JPH0280557A - Ｚｎ−Ａｌ系超塑性合金製金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、耐摩耗性に優れ、使用寿命の長いＺｎ−Ｐ
ＪＩ系超塑性合金製金型の製造方法に関するものである
。

〈従来技術とその課題〉 Ｚｎ−ＡＩＶ合金は、その組成によっては適当な熱処理
後に１００〜３５０℃で引張変形させると局部収縮を生
じることなく均一変形し、結果として極めて大きな塑性
伸長性を示すところの所謂“超苧性２を示す場合のある
ことが知られている（例えば、超塑性研究全編「超塑性
と金属加工技術」９日刊工業新聞社発行、第６２頁等を
参照されたい）。

また、本発明者等も先に、Ｍ含有量が４０％超６５％以
下（以降、成分割合を表わす％は重量％とする）のＺｎ
−Ａｌ合金、或いはこれにＣｕ：２％以下。

Ｍｇ　：　０．３％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：
１％以下及びＮｉ：１％以下のうちの１種以上を含有さ
せたＺｎ−Ｍ合金が１００〜４００℃（好適には２００
〜３００℃）の温度範囲で実用上十分に満足し得る超塑
性を示すことを見出し、該合金の広範囲利用への道を開
いた（特願昭６２−１８６３４９号）。

ところで、最近、上述のような超塑性合金の特性に着目
してなされた検討結果に基づき、ｒプラスチック成形金
型や板金加工用金型の素材とじて該合金を適用し、これ
を超塑性変形させて所望形状とすれば、複雑な形状の金
型であっても実質的には低温域での簡単な押圧加工を施
すだけで容易に製作することが可能である」との報告が
なされ、従来の“鉄鋼材料を鋳造成いは切削して製作さ
れる金型”等に比べて金型製造コストを大幅に低減でき
るとして大きな注目を集めている。

また、製作が簡単で安価な該Ｚｎ−Ａｆ超塑性合金製の
金型は、所謂“テスト型”としての簡易型や、最近とみ
に目立つようになってきた成形品の少量多品種化趨勢に
も適合したものであり、この点からも少なからぬ期待が
寄せられるものであった。

しかしながら、Ｚｎ−Ａｌ合金は一般に硬度が比較的低
く、これを素材とした金型は摩耗等のために金型寿命が
短いと言う問題を有していた。即ち、Ｚｎ−Ａ１合金の
室温における耐摩耗性は、例えば鉄板の板金加工に供す
ることを考えた場合、テスト型として少量の加工を行う
には十分であるが大量生産に用いるには不十分であると
言う程度のものでしかなかった。そのため、折角前述し
た好ましい特徴を有するＺｎ−Ａｌ！超塑性合金製金型
も用途が制限されざるを得ないのが現状であった。

このような事情を踏まえ、本発明の主目的は、製作が容
易で金型コストの大幅な低減が可能な前記Ｚｎ−Ａｌ１
超塑性合金製金型の優れた特性を活かしつつ、その使用
寿命の延命化手段を見出し、これによって実用範囲の広
い簡便な成形加工用金型を提供することに置かれた。

く課題を解決するための手段〉 そこで、本発明者等は前記目的を達成すべく種々の観点
から研究を重ねたところ、ｒ　Ｚｎ　−Ｍ超塑性合金製
金型の耐摩耗性改善には、例えば超塑性特性に悪影響を
及ぼすことも懸念される“合金元素を添加する手段”等
によらずとも、温間で超塑性加工して所望形状に成形し
たＺｎ−Ａｌ超塑性合金金型材の型面表層部の窒化アル
ミニウム（ＡｆＮ）化処理が非常に効果的である」との
知見を得るに至った。

本発明は上記知見等に基づいてなされたものであり、 ｒＺｎ−Ａｉ系超超塑性合金製作した金型の表層部にＮ
゛イオン注入するか或いはＡｆＮをコーティングしてＡ
ｌＮ層を生成させることにより、耐摩耗性に優れ、使用
寿命の延命化されたＺｎ　−Ａｌ系超塑性合金製金型の
提供し得るようにした点」を特徴とするものである。

ここで、ｒＺｎ−ｕ系超塑性合金」とはＺｎ−Ａｌ合金
或いはＺｎ及びＭを主体した合金であって超塑性を発現
するものを言うが、優れた超塑性を発現させると共に後
述する表面硬化処理を容易にするにはＡＩ含有量が４０
％超６５％以下の範囲のものを適用するのが良い。つま
り、へβ含有量が４０％以下では例えば窒化処理による
表面硬化処理を行いにくくなり、また６５％を超えると
優れた超塑性の発現が難しくなるからである。

なお、超塑性の発現を更に容易化し、かつ室温における
強度を増加させて金型の耐摩耗性を向上するのに有効な
結晶粒微細化成分として、上記組成のＺｎ−ＰＪＩ合金
に更にＣｕ：２％以下、Ｍｇ：ｏ、ａ％以下、Ｓｉ：０
．５％以下、Ｍｎ：１％以下及びＮｉ：１゜％以下の１
種以上を含有させても良い。但し、これらの成分を多量
に添加しても特性改善効果が得られないばかりか却って
材料の脆化を招くことから、該成分を含有させる場合に
はその上限に注意することが重要である。

本発明では、Ｚｎ−Ａｌ１系超塑性合金製の金型表層部
にＡｌＮ層を生成させる手段として、金型表層部にＮ′
″イオンを注入する方法又はＡｌＮをコーティングする
方法が採用されるが、ＡＩを含有する合金の表面からＮ
１を注入するとその表層部ではＡｌＮの合成が効果的に
なされて耐摩耗性に優れた高硬度表面が得られ、またＡ
ｌＮ膜のコーティングを行うと表面硬度は飛躍的に向上
して、何れの場合にも金型寿命は顕著に改善される。

即ち、Ｎ０注入法は、周知の如くエネルギー付与された
Ｎ・を金型表面に衝突させることによって実施されるが
、表面より注入されたＮ゛は金型表層のＭ原子と結合し
て速やかにＡｊＮとなる。ここで、一般にＡ１１−Ｚｎ
合金ではその組織はＡＥ富富化色Ｚｎ冨化相とが混在し
た２相組織となっているが、Ｎ゛注入行うとその一方の
側、即ちＭ富化相中に多数のＡｆＮ粒子が生成するので
、該ＡＩ冨化相全体が硬いＡｆＮ粒子の分散効果によっ
て硬化することになる。そして、材料全体の硬さは硬い
分散粒子の存在によって上昇することが知られているが
、更に耐摩耗性は最も硬い粒子の硬さによって支配され
ると言う事実があり、これらの理由によってＮ゛注入処
理されたＺｎ−Ａ１系超塑性合金製金型の耐摩耗性は著
しく向上する訳である。

一方、ｐＪｌＮコーティング法は、例えばＣＶＤ法等に
よって材料の表面全体をＩＶＮでコーティングするもの
であって比較的均一な被覆膜を作れると言う長所がある
が、Ｎ゛注入法の場合のような傾斜層が生成しにくいの
で剥がれ易いという短所もあり、それぞれの特徴を活か
した使い方が好まれる。

続いて、本発明を実施例により更に具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、第１表に示されるような各成分組成の合金を溶製
後、鍛造にて板状の小片とし、更にその片面を研磨した
ものを供試材として表面硬化処理を施してから（一部を
除く）、硬度測定によって性能を評価した。

なお、これらの各Ｚｎ−Ａｌ系合金は何れも１００〜４
００℃の温間で超塑性を発現することは確認済みである
。

また、このとき採用した表面硬化処理条件は次の通りで
あった。

一丈Ｊひ、 真空中において、Ｎ゛イオン　１００ｋｅＶの注入エネ
ルギーでもってＩ　Ｘ　１０　”７ｃｍ”注入。なお、
Ｎ゛注入深さは約５００人であり、この深さにわたって
ＡｌＮ層が形成された。

へ１Ｎコーティング Ｎ２ガス雰囲気中にてＭ蒸着を実施。なお、この処理に
よってコーティングされたＡＪＮ皮膜厚は約２０００人
であった。

これらの結果を第２表に示す。

第２表に示される結果からも明らかなように、Ｎ“注入
法或いはＡＪＮコーティング法の何れかによってＡＪＮ
層を形成させたＺｎ−Ａｌ系超塑性合金はＡｌＮ層を有
しないものに比べて著しく表面硬度が向上し、耐摩耗性
が十分に改善されることを窺うことができる。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、型面硬度が高
く、耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｚｎ系超塑性合金製の成形
金型を簡単・容易に製造することができ、工業上多大な
効果がもたらされることは明らかである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｚｎ−Ａｌ系超塑性合金で製作した金型の表層部
   にＮ＾＋イオンを注入してＡｌＮ層を生成させることを
   特徴とする、耐摩耗性に優れたＺｎ−Ａｌ系超塑性合金
   製金型の製造方法。
2. （２）Ｚｎ−Ａｌ系超塑性合金で製作した金型の表層部
   にＡｌＮをコーティングすることを特徴とする、耐摩耗
   性に優れたＺｎ−Ａｌ系超塑性合金製金型の製造方法。