JPH06158269A - ガラス成型金型用合金 - Google Patents

ガラス成型金型用合金

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JPH06158269A
JPH06158269A JP31386992A JP31386992A JPH06158269A JP H06158269 A JPH06158269 A JP H06158269A JP 31386992 A JP31386992 A JP 31386992A JP 31386992 A JP31386992 A JP 31386992A JP H06158269 A JPH06158269 A JP H06158269A
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広治 赤藤
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    • C03B2215/32Intermediate layers, e.g. graded zone of base/top material of metallic or silicon material

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガラス成型用金型の表面に強固なアルミナ皮膜
を形成させ成型時の離型剤の塗布作業を無くす。 【構成】重量比でCu含有量が10〜80%、Al含有量
が4〜11%、Cr含有量が3〜16%、希土類元素の
1種または2種以上0.02〜2.0%を含み、残部が鉄
および不可避的な不純物元素からなり金型表面に成型前
にアルミナペイントを塗布し強固なアルミナ皮膜を構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガラス成型金型用合金に
関する。
【0002】
【従来の技術】ガラス成型用金型は一般に鋳鉄、耐熱鋼
等により製造されているが、これらの材質の金型は10
00℃を超す高温のガラスと接触した際に酸化し、ガラ
ス表面に酸化物を付着させたり、ガラスとの粘着性が高
く離型性を悪化させたり、肌荒れと呼ばれる微細な凹凸
をガラス表面に形成する。
【0003】このため現状ではガラス成型用金型の表面
に黒鉛を主体とした潤滑離型剤を塗布するのが通例とな
っている。しかし、この油性の潤滑離型剤にあっては1
時間に数回の頻度で人手により定期的に塗布することが
必要であり、またこれが燃焼して作業環境を悪化させて
いた。さらにガラス製品表面に黒鉛粉末が付着すること
が避けられず品質を悪化させる原因となっていた。
【0004】上記課題を解決するための先行技術とし
て、特開昭57−56339号公報や特開昭63−15
6020号公報に開示されているように、鋳鉄等ベース
材料の表面にタングステンの溶射皮膜やTiN等の蒸着
皮膜を形成するものもあるが、これらはいずれも金型の
製造後に別途離型性促進金属層を被覆するものであり、
生産設備、生産工程の追加、表面損傷における再形成等
により金型コストの上昇を招くのみならず、未だ型離れ
性は完全でなく、潤滑離型剤のメンテナンスフリーを達
成するに至っていない。
【0005】また、本出願人は先に特願昭64−730
34号公報により耐高温酸化性が優れた高温用材料を開
示している。しかしこの合金は高温の酸化性雰囲気では
優れた耐酸化性を示すものの、1000℃を超す高温の
ガラスと接触すると共に、成型時に熱衝撃がかかるガラ
ス成型金型として使用した場合、酸化皮膜であるアルミ
ナ皮膜が部分的に剥離するため、離型剤のメンテナンス
フリーを達成することはできない。
【0006】そこで本出願人は、特願平04−1710
20を提案した。前記特願平04−171020に提案
したガラス成型金型用合金は、金型表面に極めて安定し
た強固なアルミナ皮膜を有しており、さらに現状鋳鉄材
料より優れた熱伝導率を具備しており、成型性を損なう
ことなく、ガラスとの離型性に優れ製品品質の向上およ
び作業環境の改善等の効果を奏するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記特願平04−17
1020の金型用合金の特徴の1つは、使用前の熱処理
により、アルミナ皮膜を事前に生成させ、成形初期から
離型剤を不要とするものである。しかしながら、この熱
処理では合金の構成上事前に生成したアルミナ皮膜中に
Cuの酸化物が少量生成するため、ガラスとの離型性に
ついては従来の潤滑剤の塗布をしなくても良好である
が、生成したCuの酸化物がガラスとの濡れ性を悪化さ
せ、製品にシワ欠陥、スジ欠陥が発生し易く、従来の潤
滑離型剤の塗布を皆無にすることはできない。
【0008】本発明は、上記の技術的背景を鑑みて、ガ
ラス成形金型材料に必要な条件すなわち1.熱伝導率が
よく熱膨張係数が小さいこと、2.高温強度が高いこ
と、3.耐熱性がよいこと、4.ガラスとの離型性およ
び濡れ性が良いこと、等によく適合すると共に潤滑離型
剤や離型性促進金属層の被覆を不要としたガラス成形金
型を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らはガラス成形
金型用材料として適する材料の検討、実験および工場で
の使用試験を進めた結果、以下の組成および条件を具備
するものが、ガラス成形金型用材料として極めて優れて
いることを見出した。
【0010】即ち本発明のものは、重量比でCu含有量
10〜80%,Al含有量4〜11%,Cr含有量3〜1
6%,希土類元素の1種または2種以上0.02〜2.0
%を含み、残部が鉄および不可避的な不純物元素からな
るガラス成型金型用合金において、使用前にAl粉を塗
布材の主成分とする顔料、ペースト、塗料等を前記ガラ
ス成型用金型の成型面に塗布した後、熱処理し、前記成
型面の表面にアルミナ皮膜を生成させたことを特徴とす
るガラス成型金型用合金である。
【0011】また第2の発明は、重量比でCu含有量1
0〜80%,Al含有量4〜11%,Cr含有量3〜16
%,希土類元素の1種または2種以上0.02〜2.0%
を含み、残部が鉄および不可避的な不純物元素からなる
ガラス成型金型用合金において使用前にAl粉および高
温においてAl23との反応性の強い物質を前記ガラス
成型用金型の成型面に塗布した後、熱処理し、前記成型
面の表面にアルミナ皮膜を生成させたことを特徴とする
ガラス成形金型用合金である。
【0012】
【作用および実施例】以下に本発明を詳細に説明する。
まず本発明の最も特徴的なところは、使用される金型の
表面に成型前、予めAl粉を主成分とする還元性の強い
物質やまた必要に応じてこれに加えて高温でAl23
の反応性の強い物質からなる塗膜を付着させ、Alの拡
散を十分に行わせるため700℃以上の高温酸化雰囲気
で熱処理施すことである。
【0013】ここでAl粉を主成分とする還元性の強い
物質はCu−Fe−Al合金を被覆して熱処理中自ら酸化
して保護性の酸化皮膜を作り、少なくとも合金中のAl
の拡散が十分に行われるような高温度に合金がなるまで
の間、合金表面を還元性に保ち、低温域で発生するCu
の酸化物の生成を阻止する効果を有するものである。
【0014】また必要に応じてこれらの物質と併用する
ところのAl23との反応性の強い物質とは、例えば水
酸化硅酸マグネシウム、水酸化硅酸クロム、Vesuvanite
(Ca,Fe,Mg,Alの水酸化硅酸化合物)、Coalingite
(Mg,Feの水酸化炭酸塩の水化物)、Imogolite(Alの
水酸化硅酸塩の水化物)、Zoisite(Ca,Alの水酸化硅
酸塩)など、Ca,Mg,Al,Ti,Cr,Fe,Zrなどの
金属元素の1種または2種以上の硅酸化合物、水酸化
物、炭酸化合物またはこれらの複合化合物で高温に於い
て脱水反応や分解反応によってAl23と反応性の高い
物質に変化して、合金表面近傍の内部酸化層に分布する
Al23と固相反応して、これを合金表面に吸収して合
金表面を健全な表面に回復させるものである。
【0015】実際にはこれらの物質が鋼表面に塗膜を形
成し易くするための展色材を加えた顔料またはペースト
状のもの、更にはこれらを塗布し易くするための溶材を
加えた塗料状のものが使い易い。また、金型として使用
前には、熱処理後残存塗料を研摩除去し、所定の表面粗
度まで仕上げたものを使用する。
【0016】次に本発明合金の組成を限定する理由につ
いて述べる。Cuの含有量を10〜80%としたのは、
10%未満では熱伝導率が現状鋳鉄材料を下まわるた
め、現状鋳鉄材並の生産性を確保するためには、冷却エ
アーを最大限供給したとしても金型の焼け過ぎ対策とし
て冷却フィンの配設等が必要でありコストが上昇する。
一方、80%超になると成型時の金型定常温度(400
℃前後)における高温硬さが低下し金型の寿命を損な
う。
【0017】Alはガラス製品の型離れをよくする耐酸
化性皮膜を形成するための重要な元素である。Alの含
有量を4〜11%としたのは、4%未満では耐酸化性皮
膜であるアルミナ皮膜を形成する効果が少なく、11%
超では脆いβ相の出現により金型全体の耐熱疲労強度が
劣化する。
【0018】Crはアルミナ皮膜の形成と安定化に不可
欠であり、アルミナ皮膜にクラックが生じた場合には、
その間生成したクロム酸化物によって一時的に耐酸化性
を維持することができる。その必要量は鉄−クロム合金
において20%であり、鉄の成分範囲に合わせて3〜1
6%である。
【0019】Y,Ce,La等の希土類元素はアルミナ皮
膜の形成と安定化をはかり、とくに後述する実施例の表
2に示すように、アルミナ皮膜の耐剥離性を高め、該皮
膜によるガラスとの結合反応を抑止し、離型剤のメンテ
ナンスフリーを達成する。このためには0.02%以上
必要である。しかし2%を超えると、高温での金型全体
の耐熱疲労強度が低下するので好ましくない。
【0020】
【実施例】表1に示す合金成分のテストピースを10枚
製作し、本発明であるアルミ粉および水酸化硅酸マグネ
シウムを主成分とするペイントを塗布し、比較材には塗
布しないものを、共に700℃×8時間の酸化熱処理を
実施した。
【0021】
【表1】
【0022】このテストピースとガラスとの濡れ性を調
査するため、各テストピース表面にガラス材料をのせ、
雰囲気温度が900℃になった時点のテストピースとガ
ラスとの濡れ角度θを図1に示す方法で測定した。その
結果表2に示すように、本発明であるアルミ粉および水
酸化硅酸マグネシウムを主成分とするペイントを塗布
し、残存ペイント材を研摩除去したものは、未処理に比
べ1.5倍程度濡塗れ性が向上した。
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】また、各テストピースの表面(表面〜1μ
m深さ)の元素分析を実施した結果、本発明材はCuの
酸化物が減少し、Al23が増加している。
【0026】次に、各種ガラス製品の中でも特に濡れ性
を必要とするシワ欠陥、スジ欠陥の発生し易いものとし
てドリンクビン用金型を両者の方法で製造し、同一ライ
ンで成形を行った。その結果、熱処理のみの金型では、
ガラス素材挿入時のすべりが悪く、シワ欠陥、スジ欠陥
が散発し、1時間に1回の頻度で潤滑離型剤が必要であ
った。本発明金型については、ガラス素材挿入時のすべ
り性は良好であり、シワ欠陥、スジ欠陥は発生せず、2
0時間の連続成形の間において潤滑離型剤を全く必要と
せず、ガラスビンの表面品質、寸法規格とも十分満足す
るものであった。
【0027】本実施例では、ガラス成型用金型としてガ
ラスビン成型用金型を示したが、本発明は、これに限ら
れるものではなく、ガラス成型用金型として本実施例と
同様な使用環境である例えば建材用、コップ等の食器類
用等幅広く適用可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明のガラス成型金型用合金は、金型
表面に極めて安定した強固なアルミナ皮膜を形成する特
徴を有しており、さらに現状鋳鉄材料より優れた熱伝導
率を具備していることから、成型性を損なうことなく、
ガラスとの離型性に優れ、煩雑な潤滑離型剤の塗布が不
要となる。
【0029】このため、ガラス器具成型の生産性増大、
離型剤の混入皆無による製品品質の向上および作業環境
の著しい改善等極めて大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
図1は実施例における溶融ガラスの濡れ角度の測定の説
明図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量比でCu含有量10〜80%,Al含有
    量 4〜11%,Cr含有量 3〜16%,希土類元素
    の1種または2種以上0.02〜2.0%を含み、残部が
    鉄および不可避的な不純物元素からなるガラス成型金型
    用合金において、使用前にAl粉を塗布材の主成分とす
    る顔料、ペースト、塗料等を前記ガラス成型用金型の成
    型面に塗布した後、熱処理し、前記成型面の表面にアル
    ミナ皮膜を生成させたことを特徴とするガラス成型金型
    用合金。
  2. 【請求項2】重量比でCu含有量10〜80%,Al含有
    量 4〜11%,Cr含有量 3〜16%,希土類元素
    の1種または2種以上0.02〜2.0%を含み、残部が
    鉄および不可避的な不純物元素からなるガラス成型金型
    用合金において、使用前にAl粉および高温においてAl
    23との反応性の強い物質を前記ガラス成型用金型の成
    型面に塗布した後、熱処理し、前記成型面の表面にアル
    ミナ皮膜を生成させたことを特徴とするガラス成型金型
    用合金。
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