JPS6058307B2 - ダイス型の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイス型の製造法に関する。

多くの金属をダイス型を介して引抜または押出しにより
管，ロッド，セクションおよびワイヤを製造している。
ダイス型に使用する材料は引抜きまたは押し出し製品に
比して硬く、かつ低い化学的相互作用を有していなけれ
ばならない。ダイス型は拡散硬化した鋼または炭化物焼
結材料から通常製造される。焼結材料は本来脆にためダ
イス型形態が非常に簡単なものの製造のためだけ使用す
ることができる。鋼製ダイス型の表面を硬化させるため
に拡散方法を使用することができるが、表面硬さの増加
は制限的なものしか達成できない。そのため、鋼表面の
硬化方法として鋼製ダイス型に適用てき、従来方法て得
られるよりも硬い表面を有する処理鋼を提供することが
要求されている。鋼製ダイス型は多くの押出し方法に使
用されてよく、例えば、非常に複雑な断面形状をしばし
ば有する固体または中空品形状にアルミニウムを押出す
のに使用される。アルミニウムビルツトは約５００′Ｃ
で、ダイス型（通常熱作用工具鋼製）を介し押出される
。ダイス型を通過するアルミニウムに加えて、ある量の
アルミニウム酸化物も存在する。この物質は非常にざら
ざらで、ダイス型の開口内面を摩耗させ勝ちである。破
損は通常開口の先端に始まりダイス型全体に広がる。ダ
イス型の使用期間は開口の摩耗率だけでなく、ダイスの
摩耗により押出し材の表面仕上げが．悪化する率によつ
ている。

従つて、アルミニウムと低い相互作用を有する硬質表面
を持つダイス型は良質のアルミニウム押出し品を製造す
るためには非常に望ましい。しかしながら、複雑なダイ
ス型の開口を被覆することを考慮するとき、多くの゛留
意すべき実際的な考慮が存在する。すなわち、複雑な内
面を研摩仕上げすることが難しいため、望ましくは被覆
材料は充分な耐用寿命に答える程硬いものであるべきて
ある。硬質表面は最大寿命のために必要であるけれども
いくつかの被膜は硬・すぎて実用的でない。鋼表面を硬
化させる方法は多数あるけれど、ほとんどの方法はダイ
ス型に使用することができない多くの理由が存在する。
ダイス型は断面が非常に狭い（時には１ｗ！ｔ以下）も
のを押出すように設計される場合が多く、フレーム（火
炎）およびプラズマ溶射または電気メッキのような゜“
ライン・オブ●サイト（１１ｎｅ０ｆｓｉｇｈｔ）２３
方法によつてダイス型の内面を被覆することは不可能で
ある。更に、ダイス型の表面を最終的に硬化させる以前
に充分に加熱処理して仕上げたダイス型を製造し、試験
することができるのが非常に望ましい。こればライン（
Ｎｌｎ）させる゛すなわち所望の押出ｌし形状を与える
ダイス型を製造するにはかなりの技術を要するからであ
る。ダイス型は後続の処理が歪曲の原因となるのでこの
試験前に充分に熱処理すべきである。このため、鋼焼入
れ温度以下で操作する処理だけがこれに適用できるもの
と考え・られる。したがつて、非常に高いつきまわり性
（スローイング・パワー）を有する方法すなわち複雑な
形状の全表面（内外両面）上に比較的均一な金属層を供
給することができる方法だけがダイス型への適用を考慮
することができる。化学蒸着（Ｃ．Ｖ．Ｄ．）方法は特
にこの形式の適用には適している。というのは蒸着方法
は加熱された表面における適当なガス混合物の相互作用
により被膜が形成され、基体の構造にはほとんど作用さ
れないからである。また、この形式の方法はガス混合物
をダイス型開口を介して流すことができるので、ダイス
型の被覆には非常に適している。炭化タングステン付着
のための化学蒸着法は公知であり、該方法において炭化
タングステンは、１六フッ化タングステンと２ベンゼン
、トルエンまたはキシレンと３水素との気相化学相互作
用を行い、該化学相互作用を４００〜１０００℃の反応
温度でかつ炭化タングステンの形成時に本質的に炭素が
付着しないよう確保するのに充分低い混合物中の炭素／
水素比で行うことにより、形成される。

この方法は、所望の高いつきまわり性を有し、４００〜
５５０℃の温度範囲て操作することができるので、低温
度要求をかなえる。この操作温度は多くの工具鋼がこの
温度で軟化することなしに被覆されるのて、満足てきる
ものである。しかしながら、鋼製ダイス型への炭化タン
グステンの化学蒸着はそれ自身適当ではない。

というのは、炭化タングステン膜は鋼表面に充分に付着
しないからである。この欠点は鋼と炭化タングステンと
の間に中間膜層を導入することによつて、克服すること
ができる。このような中間層は無電解ニッケル法によつ
て供給できる。この方法はまた非常に高いつきまわり性
を有し、ダイス型空間内にリン化ニッケルの均一薄層を
付着させることができる。リン化ニッケル層は付着時非
常に軟かいが、炭化タングステン付着に使用する温度で
ある４００〜５５０℃の温度範囲に加熱することによつ
て、硬さは約１０００ＶＰＮ〔ヴイツカーのダイアモン
ド，ピラミッド硬度数（ＶｉｅＫｅｒ５ｓＤｉａｍＯｎ
ｄＰ．ｙｒ′ＡｍｌｄＨａｒｄｎｅｓｓＮｕｎｌｂｅｒ
）〕まで増加する。したがつて、これら二つの被覆法の
結合によつて、各層間は充分に接着する組織となり、約
４００ＶＰＮにおける基体から２５００ＶＰＮの炭化タ
ングステン表面層まで硬さは段階的に増加する。本発明
は作用面をリン化ニッケル含有層て被覆した鋼製基体か
ら成り、上記リン化ニッケル含有層に本質的に炭化タン
グステンからなる層を被覆した金属成形用の改良ダイス
型を提供する。上述の技術によつて製造されるダイス型
における改良は表面層の最終硬さを調整することにより
達成することができる。すなわち、ダイス型空間内部の
非常に硬い表面を研摩することは非常に難しく、本原的
な寿命は幾分ロスするかもしれないが、被覆組織の表面
硬さを調整することができる点で実質的に利点がある。
これは、タングステン金属を炭化タングステン被膜に混
入させることにより達成できる。炭化タングステン付着
のための上記公知の方法において使用される化学蒸着混
合物に導入される炭化水素量を減少させることにより達
成してもよい。外部層の硬さはそれにより１０００〜２
５００ＶＰＮの範囲内て調整されるのがよい。タングス
テン純品は約６００ＶＰＮの硬さを有するが、単に、炭
化タングステンを２〜３％導入することによつて硬さは
約１０００ＶＰＮまで増加する。したがつて、本発明は
また作用面をリン化ニッケル含有層て被覆した鋼製基体
から成り、上記リン化ニッケル含有層に本質的にタング
ステンと炭化タングステンの混合物からなる層を被覆し
た金属成形用の改良ダイス型を提供する。

被覆の厚さは充分な耐摩耗性の表面を製造するに重要で
あり、リン化ニッケル含有層は表面を完全な適用範囲に
適合させることがてきる程度に薄くすべきてあり、好ま
しい厚さは約１μｍであ一る。

炭化タングステンまたはタングステン／炭化タングステ
ン層の好ましい厚さは５〜１５μｍ１最も好ましくは１
０ｐｍである。警くべきことには、これら比較的薄い被
膜がより大なる厚さの被膜より効果的であることが見い
出されている。この薄膜は厚膜よりも可撓性があり、充
分な耐用寿命を有している。本発明は、また、上記形式
のダイス型の製造法をも含むもので、その方法はニッケ
ルイオンとリン含有還元剤を含む水溶液に鋼製ダイス型
を浸漬して、その表面にリン化ニッケルを含む層を付着
させ、その後、炭化タングステン層またはタングステン
／炭化タングステン混合物を含む層を上記リン化ニッケ
ル含有層上に化学蒸着により付着させるものである。

使用するに適する鋼はＡＩＳＩシステム下でＨｌｌおよ
びＨｌ３として示されるものであるが、本発明方法は熱
作用（ＨＯｔ一ＷＯｒｋｉｎｇ）工具鋼に適用されてよ
い。鋼製ダイス型と炭化タングステン間の層はリン化ニ
ッケル層であつて、リン化ニッケルはニッケルイオンと
次亜リン酸イオンを含むアルカリ溶液から鋼上に付着さ
せるのがよい。このように被覆された鋼製ダイス型は熱
処理されるのが好ましく、例えばリン化ニッケルをその
最大硬度になるように数時間約５００℃に加熱する。こ
の熱処理は炭化タングステン層またはタングステン／炭
化タングステン層の化学蒸着前またはその間に行なわれ
るのがよい。上記公知の方法にしたがつて純炭化タング
ステンの化学蒸着が行なわれるのが好ましく、この方法
において、炭化タングステンは、１六フッ化タングステ
ンと２ベンゼン、トルエンまたはキシレンと３水素との
気相化学相互作用を行い、該化学相互作用を４００〜１
０００℃の反応温度でかつ炭化タングステンの形成時に
本質的に炭素が付着しないよう確保するのに充分低い混
合物中の炭素／水素比で行うことにより、形成される。

その反応は不活性ガス希釈剤の存在下で行なわれるのが
好ましい。タングステンおよび炭化タングステンの混合
物の化学蒸着はこの方法の修正法にしたがつて行なわれ
るのが好ましい。

この修正法によれば、反応混合物中の炭化水素濃度を炭
化水素と六フッ化タングステンの化学量論的反応に要す
る濃度の１〜９９モル％に変化させることにより、炭化
タングステンが１〜９９％に変化し、残りがタングステ
ンとなる組成１ヒすることができる。したがつて、被膜
の硬さは６００〜２５００■ＰＮの範囲で変化する。好
ましい被膜は炭化タングステン８０〜９０％とタングス
テン２０〜１０％からなり、１０００〜１５００ＶＰＮ
の範囲の硬さを有する。本発明のダイス型は特にアルミ
ニウム−ベースの材料の押出しダイス型として使用する
に適しており、非常に満足すべき結果を与えることが見
い出されている。

ダイス型表面をほとんど摩耗させることなしに押出し、
製品は良好な表面仕上げが得られる。ダイス型の三つの
材料はすべて重要な役割を果す。ベースの鋼は押出し中
の圧力に耐える程強く、かつ硬くなければならず、また
被膜に充分な支持を与えなければならない。薄いリン化
ニッケル層は鋼と炭化タングステンまたはタングステン
／炭化タングステン層間の強力なる結合を与える一方、
中間的な硬さも有する。最後に、炭化タングステンまた
はタングステンと炭化タングステンの混合物からなる層
はアルミニウムに対し非常に低い親和力を備える硬質表
面を提供するもので、製品の表面性質を改善するように
研摩することができる。本発明のダイス型は非処理また
は窒化ダイス型以上の数々の利点を供する。

第１に、より硬く、そしてより耐摩耗性を有するので、
寿命が長い。第２に、炭化タングステン層またはタング
ステン／炭化タングステン層の存在によりアルミニウム
合金とベアリング表面の接着を減少させ、粗押．出し表
面を生じさせることがしばしばあるところのベアリング
表面への金属の転移を最小とする。第３に、炭化タング
ステンまたはタングステン／炭化タングステン層を被覆
したダイス型は、窒化のような拡散方法によつて硬化さ
せたものより、ｊクラツキングを介する全体的な破損を
受けにくい。すなわち、クラツキングは熱疲労または単
なる過負荷により生するものてあり、拡散硬化表面は鋼
の大部分に表面クラックが容易に及ぶので、状態をさら
に悪化させる。一方、炭化タングステ今ンまたはタング
ステン／炭化タングステン含有層と鋼の間の中間層は、
クラック伝幡の障壁として機能する。本発明における他
の利点は炭化タングステン層またはタングステン／炭化
タングステン含有層はダイス型より剥離することができ
ることにあり、使用済のダイス型上の摩損した被膜を取
り換えることを可能とする。

タングステンと炭化タングステンの両方は水酸化ナトリ
ウムと過酸化水素の水溶液に室温で可溶である。この溶
液は室温、２〜３時間で薄い被膜を溶解させ、鋼製基体
を意義ある程浸食することはない。同様に、水酸化ナト
リウム溶液は空気存在下でタングステンおよび炭化）タ
ングステンと非常にゆつくりと反応する。したがつて、
アルミニウム押出しに使用したダイス型の清掃すなわち
、ダイス型を水酸化ナトリウム溶液中に浸漬し、すべて
の残留するアルミニウムを溶解する清掃は、本発明の炭
化タングステンまた・はタングステン／炭化タングステ
ン層を被覆したダイスに行なうことができる。またこの
処理はダイス型に色鮮かな清浄表面をもたらし、水酸化
ナトリウム溶液の処理性能以上の改善を示すが、鋼製ダ
イス型をこの溶液で処理”しない場合このダイス型は汚
れた黒色付着物で覆われたままの傾向にある。

したがつて、本発明は非処理の鋼製ダイス型よソー層改
良された性能を有するダイス型を提供する。また、窒化
のような方法で処理された鋼製ダイス型よりも意味ある
程高価とはならない。本発明を以下の実施例により、更
に詳しく説明する。

実施例１ クロム鋼（Ｈｌ３）製ダイス型を清掃し、よく脱脂する
。

短時間ショットブラストした後、塩化パラジウム水溶液
（約０．０５％（重量）溶液）に１０秒間浸漬して活性
化する。その後、ダイス型を塩化ニッケル（３１．５ｆ
「１）、次亜リン酸ナトリウム（１０．５ｙ１−１）、
塩化アンモニウム（５２．５ｙＩ−１）およびクエン酸
ナトリウム（１０５ｙ１−１）を含むＰＨ８〜１０（Ｎ
ａＯＨて調整）の水溶液に４００Ｃで３紛間浸漬すると
、１μｍ厚さのリン化ニッケル層が、ダイス型上に付着
した。その後、ダイス型を減圧下５００゜Ｃまで加熱し
た部屋に移し、水素，アルゴン，ベンゼンおよび六フッ
化タングステンをモル比（１０６：１３：１：２６）で
含むガス混合物を全流量７０１ｈｒ−１（大気圧て測定
）で、かっ、３０トールの圧力て３Ｃ＠間送入する。約
１０μｍ厚さの炭化タングステン被膜がダイス型上に形
成される。上述した方法で製造したダイス型をアルミニ
ウムの押出しに使用した。

従来技術により被覆したダイス型の性能と比較すると、
押出しビレツト数は３０％増加した。実施例２ クロム鋼（Ｈｌ３）製のダイス型を清掃し、よく脱脂し
、短時間ショットブラストした後、塩化パラジウム水溶
液（約０．０５％（重量）．溶液）に１０秒間浸漬して
活性化する。

その後、ダイス型を塩化ニッケル（３１．５ｙ１−”）
、次亜リン酸ナトリウム（１０．５ダ１−”）、塩化ア
ンモニウム（５２．５ｙ１−１ ）およびクエン酸ナト
リウム（１０５ｙ１−１ ）を含むＰＨ８〜１０（Ｎａ
ＯＨで調整）の水溶液に４５℃で３紛間浸漬する。１μ
ｍ厚さのリン化ニッケル層がダイス型上に付着した。そ
の後、ダイス型を減圧下４５０℃まで加熱した部屋に残
し、水素，アルゴン，ベンゼンおよび六フッ化タングス
テンをモル比（２１７：１．５７：１ ：３８．６）で
含むガス混合物を全流量９５１ｈｒ゛（ＳＴＰ）で、か
つ、４０トールの圧力で３紛間送入し温度を４００〜４
５０℃の範囲に維持する約１０μｍ厚さのタングステン
と炭化タングステン混合物被膜が、ダイス型上に形成さ
れる。その硬さはＩＩＯＯＶＰＮであつた。タングステ
ンと炭化タングステンの両方が存在することをＸ線分析
によつて検知した。

上述した方法で製造したダイス型をアルミニウムの押出
しに使用した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作用面をリン化ニッケル含有層で被覆した鋼製基体
   から成る金属成形用ダイス型の製造法において、鋼製ダ
   イス型をニッケルイオンおよびリン含有還元剤を有する
   水溶液に浸漬させ、無電解ニッケル法にて該鋼製ダイス
   型の表面にリン化ニッケル含有層を付着した後、該リン
   化ニッケル含有層上に本質的に炭化タングステンまたは
   タングステンと炭化タングステンの混合物からなる層を
   ４００〜５００℃にて化学蒸着法で付着してリン化ニッ
   ケル含有層の硬さを約１０００ＶＰＮに増加させること
   を特徴とするダイス型の製造法。 ２ 炭化タングステン層の化学蒸着を、１六フッ化タン
   グステンと、２ベンゼン、トルエンまたはキシレンと３
   水素との気相化学相互作用によつて行い、該化学相互作
   用を４００〜５００℃の反応温度でかつ炭化タングステ
   ンの形成時に本質的に炭素が付着しないよう確保するの
   に充分低い混合物中の炭素／水素比で行なう前記第１項
   記載の方法。 ３ 反応を不活性ガス希釈剤の存在下で行なう前記第２
   項記載の方法。 ４ 本質的にタングステンと炭化タングステンの混合物
   からなる層の化学蒸着を、１六フッ化タングステンと、
   ２ベンゼン、トルエンまたはキシレンと３水素との気相
   化学相互作用によつて行い、該化学相互作用を４００〜
   ５００℃の反応温度でかつ炭化タングステンの形成時に
   本質的に炭素が付着しないよう確保するのに充分低い混
   合物中の炭素／水素比で行ない、反応混合物中の炭化水
   素濃度を炭化水素と六フッ化タングステンの化学量論的
   反応に要する濃度の１〜９９モル％に変化させることに
   より、炭化タングステンが１〜９９％に変化し、残りが
   タングステンとなる前記第１項記載の方法。 ５ 反応混合物中の炭化水素濃度を変化させ、炭化タン
   グステンが８０〜９０％に変化し、残りがタングステン
   となる組成にする前記第４項記載の方法。 ６ 反応を不活性ガス希釈剤の存在下で行なう前記第４
   項または第５項記載の方法。