(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系材料を主成分とする粉末を用いて連続空孔を有する焼結体を成形する工程と、
前記焼結体のキャビテイ面成形部位に放電加工を施して所定形状に成形する工程と、
前記放電加工後のキャビテイ面成形部位にイオン窒化処理を施す工程と、
を有することを特徴とする多孔質金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記鉄系材料は、フェライト系またはマルテンサイト系であることを特徴とする多孔質金型の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法において、前記イオン窒化処理は、グロー放電によりなされることを特徴とする多孔質金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続空孔を有する焼結体に表面処理を施す多孔質金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋳造用金型として、ガス抜き性や保温性に優れるという利点から、多孔質金型が使用されつつある。この種の多孔質金型を製造する際には、先ず、連続空孔を有する焼結体を成形した後、この焼結体に切削または研削加工を施して所定形状のキャビテイ面成形部位を設ける。さらに、鋳造される溶融金属、例えば、アルミニウムと金型材とが冶金的に反応し、焼付けや溶損等が生じて金型の耐久性が低下することを阻止するため、キャビテイ面成形部位に、塩浴窒化法、ガス窒化法または流動層窒化法等の窒化処理や、ＰＶＤまたはＣＶＤ等の蒸着処理等の表面処理が施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、焼結体の形状加工に砥石等による研削加工や切削加工が施されると、この焼結体の表面にばり等が発生する。このため、焼結体の表面側の空孔が塞がってしまい、通気性が低下するという問題が指摘されている。
【０００４】
さらに、多孔質金型の表面処理として、塩浴窒化法を用いると、焼結体内の連続空孔を通じて処理塩がこの焼結体の内部まで浸透し、前記焼結体内部まで窒化されて多孔質金型全体の靭性が低下してしまう。しかも、焼結体内部に侵入した処理塩を除去する作業が相当に煩雑なものになるという問題がある。また、ガス窒化法を用いると、処理ガスが焼結体の内部まで侵入してしまい、この焼結体全体が窒化され、多孔質金型全体の靭性が低下するおそれがある。
【０００５】
さらにまた、流動層窒化法を用いると、加熱媒体の砂礫が焼結体表面の空孔に侵入してしまい、その除去作業に多数の工程を要するという不具合がある。
【０００６】
一方、表面処理として、ＰＶＤやＣＶＤ等の蒸着法を用いると、処理時に高真空度（１０−４〜１０−２ｔｏｒｒ）を要するため、焼結体の洗浄および乾燥に相当に長時間を要してしまう。焼結体の加工時に、この焼結体内部に侵入した切削液や研削液を確実に除去していないと、蒸着処理装置の内部が汚染されるとともに、所望の真空度を得ることができないからである。
【０００７】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、所望の通気性および靭性を確保するとともに、簡単かつ効率的に表面処理を行うことが可能な多孔質金属の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、連続空孔を有する焼結体のキャビテイ面成形部位に放電加工を施して所定形状に成形するため、ばり等が発生することがなく、前記焼結体におけるキャビテイ面成形部位の表面に設けられている空孔が閉塞されることを阻止できる。さらに、放電加工後のキャビテイ面成形部位にイオン窒化処理が施される。このイオン窒化処理は、例えば、グロー放電によりなされ、キャビテイ面成形部位の表面にのみ窒化が行われる。これにより、多孔質金型全体の靭性を有効に維持することができるとともに、表面処理が迅速かつ簡単に遂行される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態に係る製造方法により製造された多孔質金型である下型１０と上型１２とを組み込む低圧鋳造金型１４の縦断説明図である。下型１０は、下型ベース１６に保持されており、そのキャビテイ面１８には湯口２０が連通している。上型１２は、上型ベース２２に支持されるとともに、そのキャビテイ面２４が下型１０のキャビテイ面１８に対向して設けられている。
【００１０】
キャビテイ面１８、２４間にキャビテイ２６が形成され、このキャビテイ２６には、上型ベース２２に摺動自在に設けられている押出ピン２８が臨入自在である。下型１０および上型１２には、それぞれ所望の位置に冷却経路３０が設けられている。
【００１１】
図２には、放電加工装置４０の概略構成図が示されている。放電加工装置４０は、導電性を有する焼結体４２を浸漬する絶縁性放電加工液４４が貯留された槽体４６と、ＮＣ装置４８を介して所定方向に移動自在な放電電極５０とを備える。放電電極５０と焼結体４２とは、パルス電源５２に接続されるとともに、ＮＣ装置４８は、ＮＣ制御部５４に接続されている。
【００１２】
図３には、放電加工後の焼結体４２ａ、４２ｂのキャビテイ面成形部位５６ａ、５６ｂに、それぞれ下型１０、上型１２のキャビテイ面１８、２４に対応してイオン窒化処理を行うためのイオン窒化装置６０が示されている。
【００１３】
イオン窒化装置６０は、焼結体４２ａ、４２ｂを載置するための受台６２が配置された真空容器６４を備える。この真空容器６４の室６６には、反応ガス流量調整弁６８に接続された供給管７０が連通するとともに、圧力調整弁７２および真空排気装置７４に接続された排気管７６が連通する。真空容器６４には、プラズマ電源７８が接続されている。
【００１４】
次に、本実施形態に係る製造方法について、図４に示すフローチャートを参照しながら、以下に説明する。
【００１５】
先ず、鉄系材料を主成分とする粉末を用い、圧粉プレス成形により成形した後、真空炉で焼結して連続空孔を有する焼結体４２が成形される（ステップＳ１）。次に、ステップＳ２に進んで、焼結体４２に必要部分に機械加工を施し、例えば、冷却経路３０に対応する加工を行った後、放電加工装置４０によりキャビテイ部の放電加工が行われる（ステップＳ３）。
【００１６】
放電加工装置４０では、図２に示すように、焼結体４２が放電加工液４４中に浸漬された状態で、パルス電源５２から放電電極５０と前記焼結体４２とに通電するとともに、ＮＣ制御部５４を介してＮＣ装置４８が所定の方向に移動される。これにより、焼結体４２は、そのキャビテイ部側に放電加工が施されて所定形状に成形される。
【００１７】
このように、焼結体４２のキャビテイ部側には、放電加工装置４０を介して放電加工が施されるため、この焼結体４２の表面に設けられている空孔を閉塞することがない。従って、研削加工や切削加工等の従来の処理のように、焼結体４２の表面にばり等が生じてこの表面側の空孔が塞がれることにより通気性が低下するという不具合がなく、電解研摩やエッチング等のような開孔処理が不要になる。
【００１８】
これにより、所望の通気性を維持して効率的に焼結体４２を加工することができるという効果が得られる。しかも、焼結体４２の表面には、放電加工による変質層が存在しており、この変質層が実質的に高硬度となって、耐摩耗性を向上させるという機能を有する。
【００１９】
放電加工後の焼結体４２ａ、４２ｂには、洗浄および乾燥処理が施された後（ステップＳ４）、イオン窒化装置６０によるイオン窒化処理が行われる（ステップＳ５）。
【００２０】
イオン窒化装置６０では、図３に示すように、受台６２上に焼結体４２ａ、４２ｂが配置された後、真空排気装置７４および圧力調整弁７２を介して真空容器６４の室６６内が減圧される。一方、室６６内には、反応ガス流量調整弁６８を介して供給管７０から反応ガスが供給されるとともに、プラズマ電源７８が駆動されてグロー放電が行われる。なお、雰囲気温度は、５００℃〜６００℃の範囲内に設定されている。これにより、受台６２上の焼結体４２ａ、４２ｂの表面部（キャビテイ面成形部位５６ａ、５６ｂ）には、イオン窒化処理が施されることになる。
【００２１】
このように、本実施形態では、焼結体４２ａ、４２ｂの表面処理として、グロー放電を利用したイオン窒化処理が施されるため、前記焼結体４２ａ、４２ｂの表面部にのみ窒化が行われ、該焼結体４２ａ、４２ｂの内部まで窒化されることがない。
【００２２】
従って、塩浴窒化法やガス窒化法等の従来の窒化処理のように、被処理材の内部まで窒化されて該被処理材全体の靭性が低下することがなく、焼結体４２ａ、４２ｂ全体の靭性を有効に維持することができる。さらに、塩浴窒化法のように、被処理材内部に処理塩が含浸することがなく、窒化処理後に前記処理塩の除去等の後処理が不要になり、窒化処理作業が効率的かつ容易に遂行されるという効果がある。また、処理雰囲気も減圧ガス雰囲気であり、焼結体４２ａ、４２ｂの清浄度もＣＶＤやＰＶＤ等の蒸着法ほど要求されず、窒化処理が簡素化されるという利点がある。
【００２３】
イオン窒化処理によりキャビテイ面成形部位５６ａ、５６ｂがイオン窒化された焼結体４２ａ、４２ｂである下型１０、上型１２は、図１に示すように、低圧鋳造金型１４に組み込まれて調整が行われる（ステップＳ６）。次いで、湯口２０から、例えば、溶融アルミニウムがキャビテイ２６に注湯され、このキャビテイ２６でアルミニウム製成形品が成形されることになる。
【００２４】
【実施例】
実施例１
試料として、ＳＵＳ４３０系粉末を圧粉成形プレスにより成形した後、真空炉で焼結して空孔率が２５ｖｏｌ％の連続空孔を有する焼結体を得た。次に、この焼結体の表面に放電加工を施した後、５８０℃で１０時間、ガス圧力が２ｔｏｒｒ（Ｎ２  ５０：Ｈ２  ５０）の条件下でイオン窒化処理を施した。
【００２５】
このようにして得られた試料の寸法は、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍであり、窒化層の厚さが６０μｍで、その硬さがＨｍＶ１２００であった。そして、前記試料を７１０℃のアルミニウム（ＡＣ２Ｂ）溶湯中に４時間浸漬した。
【００２６】
比較例として、上記と同一条件で成形および焼結した試料を用い、この試料の表面に機械加工を施した状態で、すなわち、表面処理を行うことなくアルミニウム溶湯中に浸漬した。この浸漬後、機械加工かつ表面処理なしの試料は、図５Ａに示すように、多孔質層９０の表面に製品であるアルミニウム合金９２との溶着層９４が存在するとともに、この多孔質層９０に溶損が惹起されていた。
【００２７】
これに対し、放電加工およびイオン窒化処理を施した試料では、図５Ｂに示すように、多孔質層１００の表層部にイオン窒化層１０２が設けられており、このイオン窒化層１０２の表面とアルミニウム製品１０４との間には、空間ＳＰが存在した。すなわち、実施例１では、多孔質層１００に溶損や溶着が発生しなかった。
実施例２
試料として、ＳＵＳ４３４系多孔質焼結体（新東工業社製  ポーセラックス２ＰＭ３５）を用い、そのキャビテイ部表面を放電加工した後、５３０℃で６時間、ガス圧力が２ｔｏｒｒ（Ｎ２  ５０：Ｈ２  ５０）の条件下でイオン窒化処理を施した。この試料を鋳造型の湯口近傍に入れ子として挿入した。比較例として、上記の焼結体の表面を放電加工しただけの試料を用意し、同様に、鋳造型の湯口近傍に入れ子として挿入した。この鋳造型では、７００℃のＡＣ２Ｂ材を注湯してアルミニウム製品を鋳造した。
【００２８】
その結果、図６Ａに示すように、表面に放電加工を施しただけの入れ子１１０では、８００ショットで溶損部位１１２および溶着が発生したが、放電加工面にイオン窒化処理を施した入れ子１２０では、５０００ショットの鋳造後にも溶損および溶着の発生がなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る多孔質金型の製造方法では、連続空孔を有する焼結体のキャビテイ面成形部位に放電加工を施して所定形状に成形するため、研削加工や切削加工におけるばり等の発生がなく、前記焼結体におけるキャビテイ面成形部位の表面に設けられている空孔を閉塞することがない。これにより、通気性の低下を阻止するとともに、開孔処理等の後処理が不要になる。
【００３０】
さらに、放電加工後のキャビテイ面成形部位にイオン窒化処理が施されるため、このキャビテイ面成形部位表面にのみ窒化が行われ、その内部が窒化されることを阻止することができる。従って、多孔質金型全体の靭性を有効に維持するとともに、窒化処理後の後処理が不要になり、前記多孔質金型を効率的かつ高精度に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る製造方法により製造される多孔質金型を組み込む低圧鋳造金型の縦断説明図である。
【図２】前記製造方法に使用される放電加工装置の概略説明図である。
【図３】前記製造方法に使用されるイオン窒化装置の概略説明図である。
【図４】前記製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】図５Ａは、機械加工を行いかつ表面処理がなされていない試料をアルミニウム溶湯中に浸漬した後の溶着状態を示す拡大図であり、
図５Ｂは、放電加工およびイオン窒化処理を施した試料をアルミニウム溶湯中に浸漬した後の拡大図である。
【図６】図６Ａは、放電加工のみを施した入れ子の鋳造後における一部拡大図であり、
図６Ｂは、放電加工面にイオン窒化処理を施した入れ子の鋳造後における一部拡大図である。
【符号の説明】
１０…下型                          １２…上型
１４…低圧鋳造金型                  １８、２４…キャビテイ面
２６…キャビテイ                    ４０…放電加工装置
４２、４２ａ、４２ｂ…焼結体        ４４…放電加工液
５０…放電電極                      ６０…イオン窒化装置
６４…真空容器                      ６８…反応ガス流量調整弁
７８…プラズマ電源
【図１】
0003548317.tif 000002
【図２】
0003548317.tif 000003
【図３】
0003548317.tif 000004
【図４】
0003548317.tif 000005
【図５】
0003548317.tif 000006
【図６】
0003548317.tif 000007