(57)【要約】【課題】本発明は、優れた耐高温性及び耐衝撃性を有する金属高温成型金型及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る金属高温成型金型は、キャビティーを有する金型基体と、前記金型基体のキャビティーの内表面に形成される、三酸化二クロム、二酸化ケイ素及び三酸化二アルミニウムからなるセラミック被覆層と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティーを有する金型基体と、
前記金型基体のキャビティーの内表面に形成される、三酸化二クロム、二酸化ケイ素及び三酸化二アルミニウムからなるセラミック被覆層と、
を備えることを特徴とする金属高温成型金型。
【請求項２】
前記セラミック被覆層は、さらに金型基体の外表面に部分的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属高温成型金型。
【請求項３】
金属材料からなる金型基体を提供するステップと、
前記金型基体の表面に対してショットブラスチング処理して、前記金型基体の表面を粗造化するステップと、
前記金型基体を予熱するステップと、
溶射方法を利用して、少なくとも前記金属高温成型金型のキャビティーの内表面に三酸化二クロム、二酸化ケイ素及び三酸化二アルミニウムからなるセラミック被覆層を形成するステップと、
を備えることを特徴とする金属高温成型金型の製造方法。
【請求項４】
前記セラミック被覆層の形成に採用される溶射材料は、三酸化二クロム、二酸化ケイ素及び三酸化二アルミニウムからなる線材であることを特徴とする請求項３に記載の金属高温成型金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型及びその製造方法に関し、特にセラミック被覆層を有する金属高温成型金型及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属チタン、マグネシウム、アルミニウム及びこれらに相応する合金を超塑性成型又は気圧成型する場合、成型しようとする金属基体を金型内に放置してから、前記金型を高温（通常８００℃以上）に加熱して、前記金属基体を軟化すると共に、前記金属基体に高気圧を加えて、軟化された前記金属基体を気圧の作用下で前記金型の内壁に貼付させて、成型品に成型する。
【０００３】
現在、金属高温成型金型の材料として、合金鋼「ＲＡ３３０」のような金属材料と、セラミック材料と、が用いられる。前記セラミック材料は、優れた表面耐酸化性を有するが、耐衝撃性が劣るため、製造及び補修し難く、且つコストも高い。前記金属材料は、優れた強度及び耐衝撃性を有し、製造及び補修し易いが、表面耐酸化性が劣り、特に、高温の作業環境で、金型の表面は酸化され易く、金型と作業テーブルとの間に付着現象が発生するので、成型品の外観に影響する一方、金型を取り外し難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の問題点に鑑みて、本発明は、優れた耐高温性及び耐衝撃性を有する金属高温成型金型及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記問題を解決するために、本発明に係る金属高温成型金型は、キャビティーを有する金型基体と、前記金型基体のキャビティーの内表面に形成される、三酸化二クロム、二酸化ケイ素及び三酸化二アルミニウムからなるセラミック被覆層と、を備える。
【０００６】
また、本発明に係る金属高温成型金型の製造方法は、金属材料からなる金型基体を提供するステップと、前記金型基体の表面に対してショットブラスチング処理して、前記金型基体の表面を粗造化するステップと、前記金型基体を予熱するステップと、溶射方法を利用して、少なくとも前記金属高温成型金型のキャビティーの内表面に三酸化二クロム、二酸化ケイ素及び三酸化二アルミニウムからなるセラミック被覆層を形成するステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る金属高温成型金型において、前記金属高温成型金型のキャビティーの内表面及び前記金属高温成型金型の一部分の外表面に耐高温及び耐酸化性セラミック被覆層が形成されているので、本発明に係る金属高温成型金型は、優れた表面耐酸化能力を有すると共に、高温環境での前記金属高温成型金型の金型基体と作業テーブルとの付着現象を防ぐ。また、前記金属高温成型金型の製造方法において、溶射方式に用いられる設備が簡単であり、セラミック材料の準備も容易であり、且つ金型に対する前処理の要求も高くないので、金型の製造コストが比較的低廉である。また、本発明に係る金属高温成型金型に対する修理維持が簡単であり、且つショットブラスチング処理で前記金属高温成型金型のセラミック被覆層を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る金属高温成型金型の断面図である。
【図２】酸化チタン及び三酸化二クロムからなるセラミック被覆層の表面の使用前の顕微鏡による写真である。
【図３】本発明に係る金属高温成型金型のセラミック被覆層の表面の使用前の顕微鏡による写真である。
【図４】酸化チタン及び三酸化二クロムからなるセラミック被覆層の断面の顕微鏡による写真である。
【図５】本発明に係る金属高温成型金型のセラミック被覆層の断面の顕微鏡による写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本発明に係る金属高温成型金型及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１０】
本発明に係る金属高温成型金型は、チタン、マグネシウム、アルミニウム及びこれらの合金などのような金属の成型に用いられる。
【００１１】
図１に示したように、本発明に係る金属高温成型金型１０は、金型基体１２及び前記金型基体１２の表面に形成されているセラミック被覆層１４を備える。
【００１２】
前記金型基体１２の材料は、金属である。例えば、ＲＡ３３０、３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ、３ＣｒＭｏ３Ｗ２Ｖ、５Ｃｒ４Ｍｏ２Ｗ２ＶＳｉ、５Ｃｒ４Ｍｏ３ＳｉＭｎＶＡｅ、５Ｃｒ４Ｗ５Ｍｏ２Ｖ等のタイプの高耐熱性合金鋼が採用される。前記金型基体１２の材料として、ＲＡ３３０の合金鋼を採用することが好ましい。
【００１３】
前記セラミック被覆層１４は、フレーム溶射またはプラズマ溶射のような溶射方式によって、少なくとも金属高温成型金型１０のキャビティーの内表面１２１（即ち、前記金型基体１２と成型しようとする金属軟化体との接触表面）及び前記金属高温成型金型１０の一部分の外表面１２３（例えば、前記金型基体１２と作業テーブルとの接触表面及び金型１０の外周表面）に形成される。
【００１４】
前記セラミック被覆層１４は、８９〜９３重量％の三酸化二クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、６〜１０重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び０．５〜１．５重量％の三酸化二アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる。その中、三酸化二クロムが９１重量％で、二酸化ケイ素が８重量％で、三酸化二アルミニウムが１重量％であることが好ましい。前記セラミック被覆層１４の厚さは０．０５〜０．１５ｍｍであるが、その厚さが０．１〜０．１２ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
前記金属高温成型金型１０の製造方法は、以下のステップを含む。
【００１６】
第一ステップでは、金属材料からなる金型基体１２を提供する。
【００１７】
第二ステップでは、前記金型基体１２の表面に対して予め処理を行う。前記予め処理は、洗浄処理及びショットブラスチング（Ｓｈｏｔ  Ｂｌａｓｔｉｎｇ）処理を含む。前記洗浄処理では、塩基性洗浄剤で前記金型基体１２の汚れを除去し、前記ショットブラスチングでは、前記洗浄された金型基体１２の表面を粗造化する。前記粗造化された金型基体１２の表面粗さＲｙは、４０〜１００μｍである。
【００１８】
第三ステップでは、前記金型基体１２を１５０〜２００℃まで予熱する。後続の溶射ステップ（第四ステップ）で溶融の溶射材料の温度が相当に高く、溶融の溶射材料の温度は２５００℃に達する。高温度の溶射材料が冷たい金型基体１２に直接に溶射されれば、前記高温度の溶射材料が急冷されて前記金型基体１２によく付着されない。従って、前記高温度の溶射材料と前記金型基体１２の結合を向上させるために、溶射材料を溶射する前に前記金型基体１２を予熱する。
【００１９】
第四ステップでは、溶射方法を利用して、前記金型基体１２と成型しようとする金属軟化体との接触表面（金属高温成型金型１０のキャビティーの内表面１２１）及び前記金型基体１２と作業テーブルとの接触表面（前記金属高温成型金型１０の一部分の外表面１２３）にセラミック被覆層１４を形成する。前記セラミック被覆層１４の材料は、８９〜９３重量％の三酸化二クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、６〜１０重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び０．５〜１．５重量％の三酸化二アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる線材または粉末材料である。前記セラミック被覆層１４の材料が、９１重量％の三酸化二クロム、８重量％の二酸化ケイ素、１重量％の三酸化二アルミニウムからなることが好ましい。溶射方式は、フレーム溶射方式またはプラズマ溶射方式を採用することができる。本実施形態において、前記セラミック被覆層１４の材料としては、直径が４．７５ｍｍの線材を採用し、溶射方式としては、フレーム溶射方式を採用する。前記フレーム溶射方式のパラメーターは、酸素の出力圧力が約０．４〜０．４４Ｍｐａ、アセチレンの出力圧力が約０．１４〜０．１８Ｍｐａ、空気の入力圧力が約０．４５〜０．５Ｍｐａ、線材の供給速度が０．４５〜０．４８ｍ／ｍｉｎ、溶射ガンの移動速度が１０００ｍｍ／ｓである。前記セラミック被覆層１４の厚さは０．０５〜０．１５ｍｍであるが、その厚さが０．１〜０．１２ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
８００〜９００℃の作業温度で、セラミック被覆層が形成されていない普通金型と、前記セラミック被覆層１４が形成されている本発明の金属高温成型金型１０と、酸化チタン及び三酸化二クロムからなるセラミック被覆層（以下、酸化チタンセラミック被覆層と呼ぶ）が形成されている金型と、を利用してチタン合金の成型品をそれぞれ１００個製造してから、前記酸化チタンセラミック被覆層の金型及び本発明の金属高温成型金型１０を使用する前の前記酸化チタンセラミック被覆層と本発明のセラミック被覆層１４との表面及び断面の状況、前記３種類の金型を使用してからの前記３種類の金型の表面状況及び前記３種類の金型によって成型された成型品に対して対比分析する。
【００２１】
その対比分析の結果、図２及び図３に示したように、前記酸化チタンセラミック被覆層の金型を使用する前の前記酸化チタンセラミック被覆層の表面は粗く、その平均表面粗さＲｙが９．９２５μｍであり、本発明の金属高温成型金型１０を使用する前の前記セラミック被覆層１４の表面は比較的滑らかで、その平均表面粗さＲｙは１．５６２μｍにしかならない。また、図４及び図５に示したように、前記チタンセラミック被覆層の金型を使用する前の前記酸化チタンセラミック被覆層の断面（図４）には、大量の穴が存在し、且つ前記穴のサイズが比較的大きく、前記穴の平均サイズが約１６．４μｍであり、本発明の金属高温成型金型１０を使用する前の前記セラミック被覆層１４の断面は、比較的密であり、穴が少なく、前記穴の平均サイズが５μｍ以下である。前記３種類の金型を使用してそれぞれ１００個の成型品を製造した後、普通金型において、キャビティーの表面が酸化されており、且つ酸化膜の脱落現象が発生し、前記酸化チタンセラミック被覆層の金型において、前記チタンセラミック被覆層の脱落が多く、脱落箇所の金型の表面に酸化現象が発生し、本発明の金属高温成型金型１０において、変化は明らかでない。成型品については、前記普通金型によって製造された成型品の表面の粗さがかなり大きく、且つ表面に大量の穴が存在し、前記酸化チタンセラミック被覆層の金型によって製造された成型品の表面に大量の凹部及び穴が存在し、本発明の金属高温成型金型１０によって製造された成型品の表面は滑らか及び平坦であって、且つ色彩及び光沢も均一である。
【００２２】
本発明に係る金属高温成型金型１０において、前記金属高温成型金型１０のキャビティーの内表面１２１及び前記金属高温成型金型１０の一部分の外表面１２３（例えば、前記金型基体１２と作業テーブルとの接触表面）に耐高温及び耐酸化性セラミック被覆層１４が形成されているので、本発明に係る金属高温成型金型１０は、優れた表面耐酸化能力を有すると共に、高温環境での前記金属高温成型金型１０の金型基体１２と作業テーブルとの付着現象を防ぐ。また、前記金属高温成型金型１０の製造方法において、溶射方式に用いられる設備が簡単であり、セラミック材料の準備も容易であり、且つ金型に対する前処理の要求も高くないので、金型の製造コストが比較的低廉である。また、本発明に係る金属高温成型金型１０に対する修理維持が簡単であり、且つショットブラスチング処理で前記金属高温成型金型１０のセラミック被覆層１４を除去することができる。
【００２３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００２４】
１０      金属高温成型金型
１２      金型基体
１２１    内表面
１２３    外表面
１４      セラミック被覆層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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