JP7419983B2 - Mold surface treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、アルミダイカスト部材を製造する金型の表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment method for a mold for producing aluminum die-cast members.
従来、例えば特許文献1に記載されるように、金型に溶融した金属を供給し加圧することによって所望の形状の部材を製造するダイカスト鋳造方法に用いられる金型装置が知られている。 BACKGROUND ART Conventionally, as described in Patent Document 1, for example, a mold apparatus has been known that is used in a die casting method for producing a member of a desired shape by supplying molten metal to a mold and pressurizing it.
特許文献1に記載の金型装置では、金型へのアルミ溶着や溶損対策として、金型のキャビティを形成する表面である表層部は、20重量%以上のクロムを含んでいる。これにより、表層部のキャビティ側の表面に三酸化二クロム膜を形成することが可能となる。三酸化二クロム膜は、緻密な不動態膜であってアルミ溶湯に対する非濡れ性及び耐食性を有する。これにより、キャビティにアルミ溶湯が充填されるとき、金型の基部とアルミ溶湯との溶着を防止することができるとされていた。 In the mold device described in Patent Document 1, the surface layer portion, which is the surface forming the cavity of the mold, contains 20% by weight or more of chromium as a countermeasure against aluminum welding and corrosion damage to the mold. This makes it possible to form a dichromium trioxide film on the cavity side surface of the surface layer portion. The dichromium trioxide film is a dense passive film that is non-wetting to molten aluminum and has corrosion resistance. This was said to be able to prevent welding of the base of the mold and the molten aluminum when the cavity is filled with the molten aluminum.
ところが、特許文献1に記載の金型装置では、キャビティ側の最表層は、酸化クロムと酸化鉄の混合層であり、クロム濃度が高くないために、アルミ耐性の良い酸化クロム膜ではなく、アルミ溶着を防ぐ能力が不十分であった。その他、金型の表面処理としては、窒化処理や耐熱セラミック層の多層コーティングなどもあるが、いずれもアルミ溶着を抑制するには不十分であった。 However, in the mold device described in Patent Document 1, the outermost layer on the cavity side is a mixed layer of chromium oxide and iron oxide, and since the chromium concentration is not high, it is not a chromium oxide film with good aluminum resistance, but an aluminum oxide film. The ability to prevent welding was insufficient. Other mold surface treatments include nitriding and multilayer coating with heat-resistant ceramic layers, but none of these treatments were sufficient to suppress aluminum welding.
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、アルミ溶湯の溶着を抑制し、金型の破損を抑制することで金型寿命を向上させる金型の表面処理方法を提供することにある。 The present invention was created in view of these points, and its purpose is to improve the mold surface by suppressing welding of molten aluminum and suppressing mold breakage, thereby improving the mold life. The purpose is to provide a processing method.
本発明の金型の表面処理方法は、アルミ製ダイカスト部材の製造に用いられる金型(10)のキャビティ(100)を形成する表面に対して表面処理を行う方法であり、所定の試験評価により外観上表面にクラックのない状態をクラックフリーと定義すると、クロムめっき工程(S3)と、加熱工程(S4)とを含む。The mold surface treatment method of the present invention is a method of performing surface treatment on the surface forming the cavity (100) of a mold (10) used for manufacturing aluminum die-casting members, and is based on a predetermined test evaluation. Crack-free is defined as a state in which there are no cracks on the surface in terms of appearance, and includes a chrome plating step (S3) and a heating step (S4).
クロムめっき工程(S3)は、鉄から形成される基部(111)に、クロムめっき層(113)を形成する。In the chromium plating step (S3), a chromium plating layer (113) is formed on the base (111) made of iron.
加熱工程(S4)は、クロムめっき工程後、大気雰囲気で加熱することにより、クロムめっき層のキャビティ側に三酸化二クロム層(115)を形成するとともに、基部とクロムめっき層との界面に基部側拡散層(112)を形成し、クロムめっき層と三酸化二クロム層との界面に酸化側拡散層(114)を形成する。In the heating step (S4), after the chromium plating step, by heating in the air atmosphere, a dichromium trioxide layer (115) is formed on the cavity side of the chromium plating layer, and a base layer is formed on the interface between the base and the chromium plating layer. A side diffusion layer (112) is formed, and an oxidized side diffusion layer (114) is formed at the interface between the chromium plating layer and the dichromium trioxide layer.
クラックフリークロムめっき層は、厚さが10μm以上30μm以下である。The crack-free chrome plating layer has a thickness of 10 μm or more and 30 μm or less.
加熱工程において、加熱温度は600℃であり、加熱時間は大気雰囲気で1時間以上10時間以下である。In the heating step, the heating temperature is 600° C., and the heating time is 1 hour or more and 10 hours or less in an air atmosphere.
本構成によれば、加熱工程の実施により、基部側拡散層および酸化側拡散層が形成される。すなわち、加熱工程により、基部側拡散層が形成されて、基部とクロムめっき層との密着力が高められる。
According to this configuration, the base side diffusion layer and the oxidation side diffusion layer are formed by performing the heating step. That is, the heating step forms a base-side diffusion layer and increases the adhesion between the base and the chromium plating layer .
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第1実施形態〉
[金型装置1の構成]
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
<First embodiment>
[Configuration of mold device 1]
第一実施形態による金型装置1および金型の表面処理方法について、図1~図6の各図に基づいて説明する。金型装置1は、アルミを材料とするアルミ製ダイカスト部材をダイカスト成形するために用いられる。金型装置1は、図1に示すように、金型10、及び、溶湯供給部20を備える。
The mold apparatus 1 and the surface treatment method for a mold according to the first embodiment will be explained based on the figures in FIGS. 1 to 6. The mold device 1 is used to die-cast an aluminum die-cast member made of aluminum. The mold apparatus 1 includes a
金型10は、可動型11、及び、固定型12を有する。金型10は、可動型11と固定型12とによってアルミ溶湯を充填可能なキャビティ100を形成する。
The
可動型11は、金属、例えば、鋼から形成されている、可動型11は、固定型12に対して白抜き矢印F0に示すように相対移動可能に設けられている。可動型11は、図1に示すように、固定型12側に開口を有する第一空間110を有する。第一空間110は、キャビティ100の一部となる。
The
固定型12は、金属、例えば、鋼から形成されている。固定型12は、移動不能に固定され、図2に示すように、可動型11側に開口を有する第二空間120、及び、連通孔121を有する。第二空間120は、キャビティ100の一部となる。すなわち、キャビティ100は、第一空間110と第二空間120とによって構成されている。連通孔121は、第二空間120と固定型12の外側とを連通する。
The
溶湯供給部20は、金型10が有するキャビティ100にアルミ溶湯を供給可能に形成されている。溶湯供給部20は、固定型12の連通孔121を介して第二空間120にアルミ溶湯を供給する。
The molten
可動型11のアルミ溶湯に接触する側の表層部の拡大図を図2に示す。図2の下側が深部側であって、上側が表面側である。図2に示すように、可動型11の表層部は、深部から順に、基部111、基部側拡散層112、クラックフリークロムめっき層113(以下、単に「クロムめっき層」ともいう)、酸化側拡散層114及び、三酸化二クロム層(以下、「Cr2O3」と示す)115を有している。基部111及び各層112,113,114,115は一体に形成されている。
FIG. 2 shows an enlarged view of the surface layer of the
基部111は、可動型11の骨格をなす部位である。基部111は、図2に示すように、第一空間110から比較的離れた位置に設けられている。本実施形態では、基部111は、炭素濃度が0.07重量%以下の鉄から形成されている。
The
クラックフリークロムめっき層113は、基部111のキャビティ100側に設けられており、後述するクロムめっき処理により形成されたクラックのないクロムめっき層である。図2において、クロムめっき層113は、破線CL1から破線CL2までに示す部位である。クロムめっき層113は、厚さT1が、10μm以上30μm以下であり、圧縮側を負とした内部応力が800MPa以下となるように形成されている。なお、図2では、各層が形成されていることがわかりやすいように模式的に図示しており、縮尺を変更して記載してある。
The crack-free
Cr2O3層115は、表層部の最も第一空間110側に形成されている。Cr2O3層115は、耐熱温度がアルミ鋳込温度である680℃に比べ高い1350℃であって、欠陥がないことが特徴である。図2において、Cr2O3層は、破線CL2から実線L5までに示す部位である。実線L5は、表層部と第一空間110との界面である。本実施形態では、Cr2O3層115は、厚さT2が、50nm以上となるように形成されている。Cr2O3層の金属成分は、クロムが100%である。なお、カーボンなど意図しない不純物としての金属成分は除く。
The Cr 2 O 3 layer 115 is formed closest to the
基部側拡散層112は、鉄とクロムの拡散層であり、基部111とクロムめっき層113との界面に形成されている。基部側拡散層112は、図2において、二点鎖線L1から二点鎖線L2までに示す部位である。基部側拡散層112が形成されることで、基部111とクロムめっき層113との密着力が高くなる。なお、二点鎖線L1と二点鎖線L2との概ね中間位置が破線CL1と一致する。基部側拡散層112の深部側は基部111の表面側の一部分と重複しており、基部側拡散層112のキャビティ100側はクロムめっき層113の深部側の一部分と重複している。
The base
酸化側拡散層114は、クロムめっき層113へ酸素が拡散した拡散層であり、Cr2O3層とクロムめっき層113との界面に形成されている。酸化側拡散層114は、図2において、二点鎖線L3から二点鎖線L4までに示す部位であり、その厚みT3は、概ね10nmである。Cr2O3層の酸素濃度は、深さ方向に対して徐々に減少している。なお、二点鎖線L3と二点鎖線L4との概ね中間位置が破線CL2と一致する。酸化側拡散層114の深部側はクロムめっき層113の表面側の一部分と重複している。
The oxidation
なお、固定型12の表層部は、可動型11と同じ構成を有しており、基部111、基部側拡散層112、クラックフリークロムめっき層113、酸化側拡散層114及び、Cr2O3層115を有している。固定型12の基部111及び各層112,113,114,115のそれぞれは、可動型11の基部111及び各層112,113,114,115と同じ構成と特徴を有しているため、説明は省略する。
The surface layer part of the fixed
[金型10の表面処理方法]
次に、上記金型10の表面処理方法について説明する。図3に示すように、本実施形態の表面処理方法は、主に、脱脂工程S1、エッチング工程S2、クロムめっき工程S3、および加熱工程S4を有して構成されている。
[Surface treatment method for mold 10]
Next, a method for surface treatment of the
脱脂工程S1では、めっき処理前の酸アルカリ洗浄を行う。基部111の表面の油脂等の汚れをアルカリ等で除去した後、室温で塩酸により表面の酸化物を除去する。次いで、エッチング工程S2では、逆電解処理による表面のエッチングを行う。めっき対象の金型10を+に、電極を-に接続し、約30A/dm2の直流電流を流して、表面をさらに清浄する。
In the degreasing step S1, acid-alkali cleaning is performed before plating. After removing dirt such as oil and fat on the surface of the
脱脂工程S1およびエッチング工程S2を経たのち、クロムめっき工程S3では、クラックが発生しないように応力制御された所謂クラックフリーのクロムめっき処理を行う。金型10を-に、電極を+に接続し、本実施形態では、約30A/dm2の直流電流を数十分程度流して、金型10の表面にめっきを成長させる。めっき液組成は、例えば、無水クロム酸を400g/L、硫酸を4g/L、その他少量の添加剤が含まれる。その後、水道水で表面の薬品を洗い流したのち、風を当てて乾燥する。
After passing through the degreasing step S1 and the etching step S2, in the chromium plating step S3, a so-called crack-free chromium plating treatment is performed in which stress is controlled to prevent cracks from occurring. The
クロムめっき工程S3の次には、加熱工程S4が行われる。本実施形態の加熱工程S4において、加熱温度は600℃であり、加熱時間は大気雰囲気で10時間である。加熱処理条件は適宜変更できるが、加熱温度は400℃以上600℃以下で、加熱時間は1時間以上が最低条件である。図4に示すように、この加熱処理条件は、400℃より低いとCr2O3層115の形成が不十分であり、600℃より高いと焼き戻しによる母材の軟化が生じるためである。 After the chromium plating step S3, a heating step S4 is performed. In the heating step S4 of this embodiment, the heating temperature is 600° C. and the heating time is 10 hours in an air atmosphere. Although the heat treatment conditions can be changed as appropriate, the minimum conditions are that the heating temperature is 400° C. or more and 600° C. or less, and the heating time is 1 hour or more. As shown in FIG. 4, if the heat treatment conditions are lower than 400°C, the formation of the Cr 2 O 3 layer 115 will be insufficient, and if the heat treatment conditions are higher than 600°C, the base material will soften due to tempering.
加熱工程S4の実施により、金型10の最表面にCr2O3層115が形成される。図5は、クロムめっき後の加熱処理による成分組成変化を試料にて示す図である。図5(a)(b)に示すように、加熱処理後の最表面は、加熱処理前と比べて、クロムの二次イオン強度が減少し、酸素濃度が上昇している。これは、最表面にCr2O3層が形成されたことを意味する。本実施形態の条件で加熱処理することで、概ね50μm程度の厚みのCr2O3層が形成される。
By performing the heating step S4, a Cr 2 O 3 layer 115 is formed on the outermost surface of the
また、この加熱工程S4の実施により、基部側拡散層112および酸化側拡散層114が形成される。すなわち、加熱工程S4により、基部側拡散層112が形成されて、基部111とクロムめっき層113との密着力が高められる。
Further, by performing this heating step S4, the base
次に、金型装置1の作用について説明する。最初に、可動型11と固定型12とを組み合わせ、キャビティ100を形成する。キャビティ100が形成されている金型10に、溶湯供給部20からアルミ溶湯が供給される。溶湯供給部20が供給するアルミ溶湯は、キャビティ100に圧入されキャビティ100に充填される。可動型11及び固定型12は、Cr2O3層115によってアルミ溶湯と接触する。キャビティ100に充填されたアルミ溶湯が凝固し部材が成形される。部材が成形されると、可動型11を移動することによって可動型11と固定型12とを分離し、成形された部材を金型10から取り出す。
Next, the operation of the mold device 1 will be explained. First, the
[効果]
(1)上記実施形態の金型装置1では、金型10のキャビティ100側の表層部は、深部から順に、基部111、基部側拡散層112、クラックフリークロムめっき層113、酸化側拡散層114及び、Cr2O3層115が一体に成形されている。クラックフリークロムめっき層113の上層にあって、クロムめっき処理後の加熱処理により形成されたCr2O3層115は、金属成分がクロム100%とクロム濃度が高い。また、Cr2O3層115の厚みは50nm以上であり、十分な厚みを有している。
[effect]
(1) In the mold apparatus 1 of the above embodiment, the surface layer of the
すなわち、本実施形態のCr2O3層115はアルミ耐性が非常に優れており、アルミ溶湯が金型10に供給されたときには、Cr2O3層115によりアルミ溶湯の金型10への溶着が効果的に抑制され、金型装置1の寿命を向上させることができる。
That is, the Cr 2 O 3 layer 115 of this embodiment has very good aluminum resistance, and when molten aluminum is supplied to the
(2)また、クロムめっき工程S3後の加熱工程S4により形成される基部側拡散層112および酸化側拡散層114を有しており、上記実施形態の金型10は各層の密着力が高いため、金型10の破損が抑制されて金型10の耐久性を向上させることができる。
(2) In addition, the
(3)上記実施形態のクラックフリークロムめっき層113は、厚さT1が10μm以上30μm以下である。クロムめっき層は、薄すぎると寿命が短く、厚すぎるとクラックが入る。図6は、横軸に膜厚を取り、縦軸にクラックの発生状態を模式的に示した図である。図6に示すように、膜厚が30μm以下では、クラックが見られなかった。膜厚35μmでは、観察した試料の部位によってクラックが観察される場合と観察されない場合があった。膜厚40μm以上では、観察したところほとんどの場所でクラックがあった。すなわち、確実にクラックのない良好な厚みは30μm以下である。本実施形態では、クラックが生じず寿命も長いクラックフリークロムめっき層113となっている。
(3) The crack-free
(4)上記実施形態の加熱工程S4において、加熱温度は600℃であり、加熱時間は大気雰囲気で10時間である。この条件により、概ね50μm程度の適度な厚みのCr2O3層を形成することができる。Cr2O3層115が50μm程度の十分な厚みを有することで、Cr2O3層115は繰り返しの成形に対して剥がれにくく耐久性を発揮することができる。 (4) In the heating step S4 of the above embodiment, the heating temperature is 600° C. and the heating time is 10 hours in an air atmosphere. Under these conditions, it is possible to form a Cr 2 O 3 layer with an appropriate thickness of approximately 50 μm. Since the Cr 2 O 3 layer 115 has a sufficient thickness of about 50 μm, the Cr 2 O 3 layer 115 is not easily peeled off during repeated molding and can exhibit durability.
〈他の実施形態〉
上記実施形態では、クラックフリークロムめっき層113は、厚さT1が10μm以上30μm以下であり、内部応力が800MPa以下であるとしたが、厚さおよび内部応力はこれに限定されるものではない。
<Other embodiments>
In the above embodiment, the crack-free
上記実施形態では、Cr2O3層115は、厚さT2が50μm以上であるとしたが、厚さはこれに限定されるものではない。 In the embodiment described above, the thickness T2 of the Cr 2 O 3 layer 115 is 50 μm or more, but the thickness is not limited to this.
上記実施形態では、加熱温度は600℃であり、加熱時間は大気雰囲気で10時間としたが、良好なCr2O3層115および各拡散層112,114が形成されればその他の条件でも良い。概ね、加熱温度が400℃~600℃であり、加熱時間が大気雰囲気で1時間以上であれば良い。
In the above embodiment, the heating temperature was 600° C. and the heating time was 10 hours in the air atmosphere, but other conditions may be used as long as a good Cr 2 O 3 layer 115 and each
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.
1 ・・・金型装置
10 ・・・金型
20 ・・・溶湯供給部
100 ・・・キャビティ
111 ・・・基部
112 ・・・基部側拡散層
113 ・・・クラックフリークロムめっき層
114 ・・・酸化側拡散層
115 ・・・三酸化二クロム層
1...
Claims (1)
鉄から形成される基部(111)に、クラックのないクラックフリークロムめっき層(113)を形成するクロムめっき工程(S3)と、
前記クロムめっき工程後、大気雰囲気で加熱することにより、前記クラックフリークロムめっき層の前記キャビティ側に三酸化二クロム層(115)を形成するとともに、前記基部と前記クラックフリークロムめっき層との界面に基部側拡散層(112)を形成し、前記クラックフリークロムめっき層と前記三酸化二クロム層との界面に酸化側拡散層(114)を形成する加熱工程(S4)と、
を含み、
前記クラックフリークロムめっき層は、厚さが10μm以上30μm以下であり、
前記加熱工程において、加熱温度は600℃であり、加熱時間は大気雰囲気で1時間以上10時間以下である金型の表面処理方法。 A mold surface treatment method that performs surface treatment on the surface forming a cavity (100) of a mold (10) used for manufacturing an aluminum die-cast member, and the surface treatment method involves performing a surface treatment on the surface forming a cavity (100) of a mold (10) used for manufacturing an aluminum die-casting member. If we define crack-free as the state without
a chromium plating step (S3) of forming a crack-free chrome plating layer (113) on a base (111) made of iron;
After the chromium plating step, by heating in the air atmosphere, a dichromium trioxide layer (115) is formed on the cavity side of the crack-free chromium plating layer, and the interface between the base and the crack-free chromium plating layer is formed. a heating step (S4) of forming a base side diffusion layer (112) on the substrate, and forming an oxidation side diffusion layer (114) on the interface between the crack-free chromium plating layer and the dichromium trioxide layer;
including;
The crack-free chrome plating layer has a thickness of 10 μm or more and 30 μm or less,
In the heating step, the heating temperature is 600° C., and the heating time is 1 hour or more and 10 hours or less in an air atmosphere .
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