(57)【要約】【課題】マグネシウム材のダイカスト又は射出成形において、一般に広く用いられているＳＫＤ６１相当材の金型を用いたとき、金型表面とマグネシウム溶湯との濡れ性を低下させることによって、金型の耐焼き付き性及び被成形物の離型性を改善し、金型の寿命の改善並びに成形時に噴霧される離型剤の使用量の低減が可能な表面処理金型を提供する。【解決手段】ＳＫＤ６１相当材で形成されたマグネシウム材のダイカスト又は射出成形用金型の表面に適当な条件でガス浸硫窒化処理を施すことによって、複雑な工程を必要とせずに、金型最表面に母材との密着性に優れ、マグネシウム溶湯との濡れ性が低い硫化物層を生成する。【選択図】図１
2004114151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ鋼種ＳＫＤ６１相当材により形成され、表面に高い硬度と適度な圧縮残留応力を有する緻密な窒素化合物層及び窒素拡散硬化層に加えて、最表面にマグネシウム溶湯との濡れ性の低い硫化物層が形成されていることを特徴とする、マグネシウム材のダイカスト又は射出成形用金型。
【請求項２】
上記窒素化合物層、窒素拡散硬化層及び硫化物層の形成方法が、ガス浸硫窒化処理法であることを特徴とする、請求項１記載のマグネシウム材のダイカスト又は射出成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム材をダイカスト又は射出成形により成形するときに用いる金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、マグネシウム材（マグネシウム及びその合金を意味する。）をダイカストや射出成形により成形した部材が、携帯性の向上に有利な軽量性、あるいは優れた放熱性、電磁シールド性などの特性により、家電機器、ＯＡ機器などを中心に広く利用されている。また、自転車用フレームや自動車用部品など、高い比強度を利用した構造材料としても採用されている。さらに、環境問題の高まりにより、金属材料としての優れたリサイクル性が注目され、従来プラスチックで製造されていた部品が、マグネシウム合金に置き換わる例が見られる。このような状況により、マグネシウム合金の需要が高まっている。
【０００３】上記の製品例のような大量生産を前提としたマグネシウム材の加工法としては、マグネシウム材が冷間での塑性加工性に劣ることから、ダイカストあるいは射出成形などによる金型鋳造法が一般的である。マグネシウム材のダイカストや射出成形に用いる金型としては、高温強度、耐衝撃特性、寸法安定性、コストなどの観点から、一般に、ＪＩＳ鋼種のＳＫＤ６１相当材を成形、加工したものが用いられている。しかし、マグネシウム材を溶解したマグネシウム溶湯は、非常に活性で且つ、被成形物は軽量化のための薄肉製品が主流であることから、金型への充填性を確保するために、成形条件が高温、高圧、高速となり、金型表面との反応が促進されやすい条件にある。このとき、金型表面とマグネシウム溶湯との反応を抑えるためには、両者の濡れ性が低いことが有利であり、加えて、両者の濡れ性を低下させると、被成形物の型離れ抵抗が低くなり離型性を向上させる効果がある。本来、鉄系材料であるＳＫＤ６１材は、マグネシウム溶湯との濡れ性が比較的低い材料であるが、このような過酷な成形条件下でマグネシウム材の成形を行うと、マグネシウム溶湯と金型材が早期に反応して、金型を浸食したり焼き付きを起こしてしまう。その結果、金型の寿命が低下するという問題があった。同時に、被成形物の離型性の確保のためには離型剤の使用が不可欠であり、離型剤の使用に伴う設備の停止や金型温度の低下による作業能率及び歩留まりの低下、さらには工場内の作業環境の悪化が避けられなかった。
【０００４】ＳＫＤ６１相当材で成形された金型の長寿命化の対策としては、金型の表面に各種の窒化処理（塩浴軟窒化処理、ガス軟窒化処理、イオン窒化処理など）を施し、金型の硬度を高めて且つ、表面処理層に適度な圧縮残留応力を付与することで、熱衝撃などによる金型の損傷を遅らせることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の窒化処理のみでは、表面の硬化及び適度な圧縮応力の発生によって金型の耐熱衝撃性などが向上し、寿命の改善にある程度効果があるものの、金型表面とマグネシウム溶湯との濡れ性がほとんど変化しないため、金型の焼き付きや被成形物の離型性の改善には十分な効果が得られなかった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、成形金型用材料としてのＳＫＤ６１相当材の優れた点を生かしながら、この材料を用いた金型へのマグネシウム溶湯の焼き付きを防いで耐久性を向上させるとともに、被成形物との濡れ性を低下させ離型性を改善することで、作業時の離型剤の使用を抑えうる金型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上掲の目的実現に向けた研究の中で、発明者らは、ＳＫＤ６１相当材の調質材に、緻密な窒素層に加えて、その上に窒化層との密着性に優れた硫化物層を有する浸硫窒化処理被膜を形成させることが有効であるとの知見を得て、本発明を開発するに到った。
【０００８】即ち、本発明は、ＳＫＤ６１材の調質材を金型に加工した後、適切なガス浸硫窒化処理を施すことにより、完成品たる金型の表面に、緻密な窒素化合物層及び窒素拡散硬化層を形成し、さらに、最表面には潤滑作用があり、マグネシウム溶湯との濡れ性が低い硫化物層を有する浸硫窒化処理被膜を形成する。これにより、表面硬度の上昇及び適度な圧縮応力の付与に加えて、金型表面とマグネシウム溶湯の濡れ性の低下を図り、マグネシウム材のダイカスト又は射出成形において、金型に良好な耐焼き付き性と被成形物の離型性を、ただ一度の処理で付与することを特徴とする。
【０００９】本発明によれば、マグネシウム材のダイカスト又は射出成形の成形用として広く用いられているＳＫＤ６１相当材を使用し、従来の窒化処理に変えて適切なガス浸硫窒化処理を施すことで、複雑な工程や後加工を必要とせずに、優れた耐焼き付き性と被成形物の離型性を有する金型を提供することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を説明する。この発明に係る浸硫窒化処理皮膜を有する金型とは、母材にＳＫＤ６１材を用い、これを調質して金型の形状に加工した後、窒素雰囲気ガスにガス状の硫化物を添加した浸硫窒化雰囲気中において、熱処理処理を行い、金型全体又は金型のマグネシウム溶湯と接触する部分に浸硫窒化処理皮膜を形成したものである。
【００１１】この処理によって得られた浸硫窒化処理皮膜は、図１に示す通り、最表面に潤滑作用に優れ母材との密着性の良好な軟質の硫化物層を有しており、さらに、その下層には、緻密な窒素化合物層及び窒素拡散硬化層を有していることを特徴とする。
【００１２】本処理における窒素化合物層及び窒素拡散硬化層は、高い硬度と適度な圧縮応力により金型の耐久性を高める一方、いわゆる白層と呼ばれる脆い化合物層を持たないため硫化物層との密着性に優れている。
【００１３】金型の最表面に形成された硫化物層は、固体潤滑作用を持ちマグネシウム溶湯との濡れ性が低いため、マグネシウム材の成形において、被成形物と金型表面との離型性向上に寄与している。
【００１４】なお、一般の浸硫窒化処理では、白層と呼ばれる脆い化合物層が生成するため、耐衝撃性、耐チッピング性に劣り、硫化物層の密着性が十分ではないことから、潤滑性に優れた硫化物層を有していながら短期間で硫化物層が剥離してしまい、硫化物層の特性を十分生かすことができなかった。本発明に用いたガス浸硫窒化法によれば、脆い白層の生成がないため、硫化物層の密着性に優れ、硫化物層の剥離に対しても優れた特性を示す。
【００１５】
【実施例】本発明の効果を評価するために、上記のガス浸硫窒化処理皮膜とマグネシウム溶湯との濡れ性を調査した。まず、母材のＳＫＤ６１材を直径１０ｍｍの円盤状に加工し、中心にマグネシウム溶湯を押し出すための直径０．５ｍｍの貫通穴を開け、その片面に上記のガス浸硫窒化処理を施した。さらに、比較のためにガス軟窒化および各種セラミック系コーティング処理を施したものを用意した。これらを試験片とし、高純度アルゴン中で７５０℃に加熱したマグネシウム溶湯との濡れ性を、押出し液適法で比較した。マグネシウム材には、現在ダイカスト又は射出成形において主流となっているＡＺ９１Ｄを用いた。その結果、図２に示すようにガス浸硫窒化処理を施したものが、他の表面処理と比べて最も濡れ性が低かった。このことは、マグネシウム材のダイカスト又は射出成形において、上記の浸硫窒化処理皮膜が他の表面処理皮膜に比べて、金型の耐焼き付き性及び被成形物の離型性に対して優れた特性を有することを示している。
【００１６】
【発明の効果】本発明による金型をマグネシウム材のダイカスト又は射出成形に用いることで、従来のＳＫＤ６１相当材又は、その窒化処理材に比べて、金型の成形面における耐焼き付き性及び被成形物の離型性が向上する。その結果、金型の寿命が向上すると共に、離型剤の使用量を減少させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって、ＳＫＤ６１相当材の表面に形成した硫化物層、窒素化合物層及び窒素拡散硬化層を模式的に示す断面図である。
【図２】ＳＫＤ６１相当材に施した各種表面処理皮膜とマグネシウム溶湯との濡れ性試験結果を示す。
【符号の説明】
１　ＳＫＤ６１相当材
２　窒素拡散硬化層
３　窒素化合物層
４　硫化物層
【図１】
2004114151.tif 000003
【図２】
2004114151.tif 000004