JPS6363288B2

JPS6363288B2 -

Info

Publication number: JPS6363288B2
Application number: JP55043636A
Authority: JP
Priority date: 1980-04-04
Filing date: 1980-04-04
Publication date: 1988-12-07
Also published as: JPS56141922A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、成形用金型の成形面に特定組成の
合金めつき層を限定厚み形成したガラス、セラミ
ツク、陶磁器、樹脂、ゴム、金属などの諸材料の
成形に好適な成形用金型に関するものである。さて、成形用金型は、従来、ダクタイル鋳鉄、
ステンレススチール、ニツケル〜コバルト合金、
特殊鋼、銅などの材料から成形する材料に適合す
るものを選んで製作され、金型の成形面は使用金
属そのままであつた。そして、このような金型
は、成形面の寿命が短く、連続して成形作業に使
用すると、生産性が低いという欠点に加えて、成
形品の品質を悪くするなどの欠点もあつた。上記
欠点を改良するため、金型成形面を、ニツケルや
コバルトの合金で溶射被覆したり、金型成形面に
硬質クロムめつき層を形成する方法が試みられた
が、いずれも難点が多く、好適方法ではなかつ
た。また金型成形面に、ニツケルおよびコバルト
の少くとも一種を主成分とし、これにリンおよび
ホウ素の少くとも一種を配合した合金層を、めつ
きによつて形成させたものが特開昭51−109224号
公報に開示されている。しかしニツケル〜リン被
膜を金型成形面に形成した場合は、融点が低く過
ぎ、またモロイという欠点があり、またニツケル
〜ホウ素系の被膜を形成しても、被膜が柔軟性に
乏しいため、亀裂の発生や麟片状の剥離ができ、
上記いずれの場合も工業的には実用できないもの
であつた。また特開昭51−1328号公報には、ニツ
ケル、ホウ素またはリンから選ばれた元素と、ス
ズ、タングステン、モリブデンまたは銅からなる
群から選ばれた金属とを含有し、ニツケル、スズ
および銅からなる群より選ばれた少くとも１種の
金属の陽イオン源、ホウ素含有化合物からなる群
より選ばれた還元剤、亜リン酸塩イオン源ならび
にポリヒドロキシ化合物のエステル錯体からなる
多数の無電解浴が開示してある。しかし、この発
明は、あくまで無電解浴自体の発明であり、金型
成形面の可使用寿命の延長と、該面の耐熱、耐
食、耐摩の各特性および離型性を向上させる目的
で、めつきにより該面に特定組成の合金層を、特
定厚み設けた本発明金型とは、全く別発明であ
る。しかも前記公報中には、ある組成の浴は、機
械的、物理的、磁気的性質をもち、耐食的環境に
おいても価値があるとの極めて抽象的な記載があ
るに止り、成形用金型の成形面に適用すれば、上
記本発明の諸特性を付与できることを示唆する記
載は全くない。さらに高温強度、特に圧縮強さの
すぐれた合金としてＣ，Si，Mn，Ｐ，Ｓ，Cr，
Ni，Co，Ｗ，Nbの各元素を、それぞれ特定％を
含み、残部が実質的にFeであることを、その必
須条件とする合金が、特開昭52−65713号公報に
開示されている。しかし、これはあくまでマンド
レル用の合金自体であつて、合金中にタングステ
ンを含むといつても、成形用金型の成形面に、め
つきによつて形成するための合金組成物ではな
く、また本発明のものとは、組成を著しく相違す
るものである。本発明者等は、最近成形品自体の特性を向上す
るため、成形材料に各種添加剤を加えて成形する
ことが多くなり、これに伴い成形金型の成形面が
長時間の成形作業に耐え、かつ耐熱、耐食、耐摩
耗、離型性の諸特性の優れた金型が強く要望され
ていることを知り、その諸特性を改善するための
研究と実験とを開始した。その結果、成形用金型
の成形面に、それ自体公知の電気めつき法または
無電解めつき法により、ニツケルおよび／または
コバルトを主成分とし、これにリン１〜15重量％
および／またはホウ素0.1〜８重量％とタングス
テン１〜15重量％を含有する合金めつき層を0.3
〜50μｍ厚み形成して、その諸特性を従来のもの
と比較したところ、後記表１に示すように、従来
のものに較べ、その特性を著しく改善できること
を実験により確認できた。本発明は上記の実験結
果に基づいて完成した。本発明の金型を実用すれ
ば、金型成形面の諸特性がよいため、連続成形作
業を極めて有利に行うことができ、また成形品の
品質向上にも寄与できる。また、精密加工の困難
な高価な特殊鋼に代えて、安価で加工容易な鋳鉄
系素材の使用も可能であり、当然のことながら、
成形作業中に金型成形面の合金めつき層が摩耗劣
化したら成形面に再めつきして引続き使用できる
ため生産性の向上にも寄与できる。従つて、本発
明は関係業界に有効な成形用金型を提供するもの
である。さらに本発明を説明すると、本発明の金型成形
面に形成する合金めつき層は、公知のめつき法に
より同一厚みの均質層が得られ、また合金層での
リン酸、ホウ素、タングステンの各成分は、主成
分のNi（Co）と互に金属状に配向し、めつきした
ままの状態では、乳白色の緻密被膜である。そし
て合金めつき層を設けた金型を変形と変質の起ら
ない例えば100〜600℃の温度範囲において１〜10
時間熱処理すれば、さらにその硬度と耐摩耗性と
を向上できる。このことは、本発明のNi（Co）−
Ｐ(B)−Ｗの合金めつき膜においては、互に金属間
化合物が形成されるためではないかと考えてい
る。また本発明の金型成形面の合金めつき被膜の
特性は、タングステンによることが大きいと考え
られる。このことは、プレスの必要な成形用金型
の成形面に、タングステンを含む合金層を設ける
と好結果を与え、またガラス成形、アルミニウム
押出し成形、熱間鋳造用の各金型の成形面におい
ても本発明範囲でタングステンを多く含む合金め
つき層が、熱間ヒズミの低減と耐熱性の向上に寄
与することからも認め得た。さらに強化プラスチ
ツクや陶磁器材料の成形の際にも、タングステン
含有合金めつき層が、金型の可使用時間の延長に
も有効であることも知り得た。なお、本発明金型
の成形面に設ける合金めつき層の組成は適宜変更
できるが、主成分のNiおよび／またはCo以外の
添加元素の配合量を一律に定めることはむつかし
い。しかし、Ｐは通常合金の全重量に対し１〜10
重量％、Ｂは１〜５重量％、Ｗは１〜15重量％の
範囲であることが好ましく、また形成する合金め
つき層の厚みは、あまり薄くすると耐熱、離型性
の点において問題が発生し、1000μｍ以上と厚く
すると脆弱となるので、通常0.3〜50μｍが好適で
ある。また、合金めつき層は、金型成形面の形状
が簡単なときは、電気めつき、複雑で高精度が要
求される場合には、無電解めつきの採用が有利で
あり、また金型成形面と合金めつき層との密着性
を良くするには、予じめ金型成形面にニツケル、
銅などのストライクめつきを行うか、金型成形面
に形成した合金めつき層を、成形作業の実施に先
立ち、100〜600℃で0.5〜10時間処理する。なお、
本発明の合金めつき層は、非鉄金属素材の金型成
形面に形成してもよい。以上、本発明の技術につ
き詳細説明したが、実施例の記載にさきだち、本
発明の金型が従来のものに較べ、その特性が著し
く優れていることを、下記表１により数値的に説
明する。

【表】実施例 (1) ダクタイル鋳鉄からなるビール大ジヨツキー用
成形金型（３つ割れ）の外側を、塩化ビニル樹脂
テープでマスキング後、苛性ソーダ10ｇ／、炭
酸ソーダ20ｇ／、メタケイ酸ソーダ20ｇ／、
非イオン活性剤３ｇ／とからなる脱脂液を用
い、60℃において10分間浸漬脱脂した。ついで苛
性ソーダ100ｇ／、グルコン酸ソーダ20ｇ／
とからなる電解脱脂液を用い、浴温50℃、電流密
度10A／ｄm²において２分間陽極脱脂を行い、さ
らにこれを５％塩酸浴に２分間浸漬後、水洗する
という前処理を行つた。引続きこれを硫酸ニツケ
ル200ｇ／、硼酸40ｇ／、塩化ニツケル65
ｇ／とからなる浴温40℃のめつき浴中におい
て、電流密度を2A／ｄm²となして、５分間めつ
きを行い、前記金型の内側に薄いニツケルめつき
を施し、水洗後、硫酸ニツケル10ｇ／、タング
ステン酸アンモニウム30ｇ／、次亜リン酸ソー
ダ10ｇ／とからなる無電解ニツケルめつき浴を
用い、90℃において30μｍの無電解めつき層を形
成後、さらに水洗乾燥を行い、内面を鏡面研摩
し、一旦トリクレンで脱脂後、この金型を400℃
において３時間予熱したのち成形機にセツトし、
ビールジヨツキー65000個を成形後、金型を取り
出し、その内面（内側面）を検査したが、成形面
には異状が認められなかつた。また、この金型で
成形した品物と、内面（内側面）に硬質クロムめ
つきを施しただけの従来の金型を用いて得た成形
品とを比較したところ、実施例の金型を用いた成
形品が、特にジヨツキー把手部分の仕上がりが優
れていることを認めた。引続き上記実施例の金型を用いて、さらに
65000個成形して見たところ、金型の内面に荒れ
がでたとで、その面をフレキシブル羽布で鏡面研
摩し、さらに13万個成形し、またその内面を研摩
し、成形を続け、合計91万個の成形品を得た。こ
れは従来の金型内面（内側面）に硬質クロムめつ
きを施したものを使用した場合、その成形限度が
4200個であるのに較べると、約200倍であり、本
発明の合金層を金型に設けたことの効果は明白で
ある。なお実施例金型の成形面に形成した合金組
成は、Ni91％、P7％、W2％のものである。実施例 (2) 材質SUS−420からなる喫煙用クリスタルガラ
ス製灰ざら成形用の金型（200mmφ、深さ60mm）
に、トリクロルエチレンの蒸気脱脂処理を施した
後、その外側の不要部分を塩化ビニル系樹脂でマ
スキングし、実施例(1)と同様の前処理を施した。
ついで、これを水素化ホウ素カリウム20ｇ／、
水酸化ナトリウム10ｇ／、硫酸ニツケル30ｇ／
、タングステン酸ナトリウム30ｇ／とからな
る無電解ニツケルめつき浴を用い、浴温75℃で３
時間めつきを行い、金型内面（内側面）に50μｍ
のめつきを施した。これを水洗乾燥し、その内面
を研摩して400℃において３時間予熱後、成形機
にセツトして灰ざら11万個を成形後、一旦金型を
とり出し、その内面（内側面）を検査したが、異
状は見られなかつた。一方、従来の硬質クロムめつきを施した金型を
用い、前記と同一物を成形すると１万個におい
て、すでに金型内面の光沢が低下し、スクラツ
チ、波状模様が発生し、使用が不能であつた。す
なわち本発明の金型によれば、その11倍量の成形
が可能であり、本発明金型の効果は、明白であ
る。なお上記実施例金型成形面に形成した合金素
成はNi92％、B4％、W4％のものである。実施例 (3) 材質SUS−420からなる400mmφ、深さ80mmの
自動車ヘツドライト用金型内面（内側面）に、実
施例(1)と同様の前処理を施した後、硫酸ニツケル
250ｇ／、ホウ酸40ｇ／、塩化ニツケル45
ｇ／、タングステン酸アンモニウム30ｇ／、
EDTAの２ナトリウム塩20ｇ／とからなるニ
ツケルめつき浴を用い、浴温50℃、電流密度
2A／ｄm²において１時間電気めつきを行い、約
30μｍ厚みのめつきを施した。この金型を一旦水
洗、乾燥し、200℃において１時間予熱後、成形
機にセツトして製品６万個を成形後、金型を取り
出し、その内面（内側面）を検査したが、全く異
状はなかつた。また成形品は、従来のめつきして
いない材質SUS−420金型を用いた場合に較べ、
乱反射率の少い優れた成形品であつた。なお実施
例金型の成形面に成形した合金組成は、Ni96％、
B0.5％、W3.5％のものである。実施例 (4) 遊戯用ブラウン管成形用金型として材質SUS
−420からなる200mm×300mmの金型に実施例(1)と
同様の前処理を施したのち、塩化ニツケル30ｇ／
、クエン酸タングステン酸カリウム30ｇ／、
次亜リン酸ソーダ10ｇ／、Ｎ・N′・N″−トリ
メチルボラザン５ｇ／、塩化アンモニウム50
ｇ／とからなる無電解ニツケルめつき浴を用
い、浴温90℃で２時間めつきを行い金型内面に
30μｍのめつきを施した。ついで、その内面を一
様にサンドブラストした後、金型を成形機にセツ
トし、25000個成形したのち、１旦金型をとりだ
し、その内面（内側面）を検査したが何等の異常
もなく、成形品自体も、硬質クロム30μｍをその
内面に施した従来の金型にくらべ、その光沢が均
一で、キズ、しみの発生もなかつた。なお、本実
施例の金型成形面に形成した合金組成は、Ni90
％、P4％、B2％、W4％のものである。実施例 (5) 材質がSUS−316であるFRP（ガラス繊維強化
プラスチツク）成形用の大きさ450×250×200mm
の金型に、実施例(1)と同様の前処理を施した後、
硫酸ニツケル30ｇ／、タングステン酸アンモニ
ウム８ｇ／、塩化アンモニウム60ｇ／、次亜
リン酸ソーダ10ｇ／、水素化ホウ素カリウム５
ｇ／、リンゴ酸ソーダ20ｇ／とからなるめつ
き浴（PH4.8）を用い、浴温90℃で４時間めつき
を行い、金型の成形面に40μｍ厚みの合金層を形
成後、金型を200℃で３時間熱処理し、合金層面
をサンドペーパーで研摩した後、金型を成形機に
セツトしてFRPの成形を130時間連続して行つた
後、金型を取り出し、その成形面を検査してみた
が、全く異常はなかつた。比較のため実施例と同材質金型成形面に、従来
の硬質クロムめつきを40μｍ施した金型を用い、
FRPを12時間連続して成形してみたところ金型
の成形面が摩耗し、使用が不能となつた。このこ
とからも、本発明の金型は耐久性において優れて
いることは明白である。なお、実施例金型の成形
面に形成した合金組成はNi93％、W3％、P4％の
ものである。実施例 (6) 材質SKS−３のトラツクバンパー製造用金型
（2400mm×350mm×300mm）に、実施例(1)と同様の
前処理を施したのち、塩化ニツケル10ｇ／、タ
ングステン酸ソーダ10ｇ／、塩化コバルト８
ｇ／、塩化アンモニウム10ｇ／、クエン酸ソ
ーダ10ｇ／、水素化ホウ素カリウム５ｇ／、
ジメチルアミンボラン３ｇ／とからなるめつき
浴（PH5.0）を用い、浴温70℃で４時間めつきし、
金型の内面に30μｍ厚みの合金層を形成後、この
金型を200℃で２時間熱処理し、合金層面をサン
ドペーパーで研摩し、成形機に取付け、連続して
120時間成形して20000個を成形後、金型を取りは
ずし、その成形面を検査したが、全く異常はな
く、引続き成形が可能であることを認め得た。比
較のため従来の金型（材質SKD−61）を用い、
同一品を成形したところ、30時間の成形で、成形
品の側面にスクラツチ（引かき傷）の発生が見ら
れ、金型の交換が必要であることを認めた。な
お、本実施例の金型成形面に形成された合金組成
はNi80％、Co13％、B4％、W3％である。実施例 (7) 材質Fc−25からなる1000mmφ、深さ150mmの単
車タイヤ成形用の金型を、トリクロルエチレンに
よる蒸気脱脂を施した後、その外側不要部分を塩
化ビニル系の樹脂でマスキングし、実施例(1)と同
様の前処理を施した。ついでこれを水素化ホウ素
ナトリウム10ｇ／、水酸化ナトリウム５ｇ／
、エチレンジアミン30ｇ／、塩化ニツケル10
ｇ／、タングステン酸アンモニウム10ｇ／、
とからなる無電解ニツケルめつき浴を用い、75℃
で３時間めつきし、金型内面（内側面）に30μｍ
厚みのめつきを施し、水洗乾燥後、その内面をペ
ーパー研摩し、300℃で４時間加熱後、成形機に
セツトし、単車タイヤ８万本を成形後、一旦金型
を取り出し、その内面（内側面）を検査したが異
常はなかつた。比較のため、従来の無電解ニツケ
ル（Ni−Ｐ）浴を用いて30μｍのめつきを施した
金型を用い、単車タイヤ１万本を成形したとこ
ろ、離型性が劣化し、金型の使用が不可能とな
り、金型成形面に再めつきを施す必要があること
を知つた。なお、本実施例金型成形面に形成した
合金組成はNi85％、B6％、W5％のものである。実施例 (8) アルミサツシ押出し成形用のSKD−61からな
る350mmφ、厚さ80mmの金型に対し、トリクロル
エチレンの蒸気脱脂を行つた後、不要部分を塩化
ビニル系樹脂でマスキングし、実施例(1)と同様の
前処理を施した。ついで塩化ニツケル50ｇ／、
塩化コバルト50ｇ／、ホウ酸30ｇ／、マンニ
ツトール20ｇ／、EDTA・2Na10ｇ／、タ
ングステン酸アンモニウム10ｇ／、からなる電
気めつき浴を用い、温度50℃、PH4.5電流密度
2A／ｄm²で４時間めつきして、50μｍのめつきを
行い、これを成形前300℃で３時間予熱した後、
成形機にセツトし、窓わく用のサツシ3500ｍを成
形後、一旦金型を取り出し、その押出口を検査し
て見たが、内面には全く異常なく、摩耗による押
出口の口径の拡大も認められなかつた。アルミサツシは、従来材質がSKD−61の金型
で成形を行い、1500ｍの窓わく用サツシを成形す
ると、その時点で金型を廃棄していた。その理由
は、摩耗により押出口径が拡大し、規格検査が不
合格になるからであつた。すなわち、上記本発明
の金型によれば、従来の金型の特性を顕著に向上
できたことは明らかである。なお、上記実施例の
金型成形面を形成した合金組成はNi88％、Co10
％、B1％、W1％のものである。実施例 (9) 耐火レンガ成形用の材質SKD−６からなる500
mmφ、深さ800mmの金型に、トリクロルエチレン
脱脂を施した後、不要部分を塩化ビニル系の樹脂
でマスキングし、実施例(1)と同様の前処理を施し
た。ついで、これを硫酸ニツケル20ｇ／、水素
化ホウ素カリウム20ｇ／、クエン酸ソーダ10
ｇ／、タングステン酸ソーダ10ｇ／、ジエチ
レントリアミン10ｇ／からなるPH5.0の無電解
ニツケルめつき浴を用い、浴温を80℃とし、４時
間処理し30μｍ厚みのめつきを行い、これを成形
前400℃で30分加熱後、成形機にセツトし、耐火
レンガ３万個を成形後、金型をとりだし、その内
面（内側面）の摩耗度を検査したところ両側で25
ミクロン程摩耗により拡巾されていた。比較のた
め行つたSKD−６を材質とする従来の金型にお
いては、耐火レンガ１万個を成形した段階で、す
でに金型成形面の摩耗度が両側で100ミクロンに
なり、使用不能のため廃棄していた。このことか
らも上記実施例のものは従来品に較べ金型寿命を
大巾に改善したものである。なお、実施例金型の
成形面に形成した合金組成は、Ni91％、B5％、
W4％である。実施例 (10) 純銅からなる鋼板連続鋳造用鋳型（短辺280mm
×高さ700mm、長辺幅1300mm×高さ800mm）の成形
面以外を塩化ビニル系樹脂でコーテイングし、実
施例(1)と同様の前処理を施した後、塩化ニツケル
15ｇ／、塩化コバルト15ｇ／、水素化ホウ素
ナトリウム20ｇ／、DL−リンゴ酸ソーダ30
ｇ／、タングステン酸アンモニウム10ｇ／、
トリエタノールアミン20ｇ／からなるPH5.5、
浴温90℃の無電解ニツケルめつき浴を用い５時間
処理し、40μｍのめつきを行い、これを鋳造前に
300℃で２時間加熱後、鋳造機にセツトし、チヤ
ージ数4000回で鋳型を取り出し、その内面を検査
したが異常はなかつた。これと比較のため公知の
電気めつきで50μｍ、無電解めつき（Ni−Ｐ）で
50μｍ、クロムめつき20μｍからなる多層めつき
を行つて得た鋳型を用いたところ、チヤージ数
1500回でスラブ表皮にキズがつき、使用が不能と
なつた。すなわち、上記実施例の金型は、従来の
金型の寿命を大巾に延伸させたものである。な
お、実施例金型成形面に形成した合金組成は、
Ni84％、Co10％、B2％、W4％のものである。

Claims

【特許請求の範囲】

１成形用金型の成形面に、それ自体公知の電気
めつき法または無電解めつき法により、ニツケル
および／またはコバルトを主成分とし、これにリ
ン１〜15重量％および／またはホウ素0.1〜８重
量％とタングステン１〜15重量％を含有する合金
めつき層を0.3〜50μｍの厚みに形成したことを特
徴とする成形用金型。