铸造用部件和铸造方法、以及其中所使用的润滑剂的制造方法 |
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| 申请号 | CN201180073712.0 | 申请日 | 2011-09-28 | 公开(公告)号 | CN103826779A | 公开(公告)日 | 2014-05-28 |
| 申请人 | 丰田自动车株式会社; | 发明人 | 外崎修司; 古川雄一; | ||||
| 摘要 | 本 发明 为，在 铸造 用部件的熔融金属 接触 面上形成由纳米 碳 类构成的纳米碳层，且在所述纳米碳层之上，涂敷以氮化 硼 、 石墨 、滑石、或 二 氧 化 硅 构成的粉体为主要成分的 润滑剂 的方法。优选为，在形成所述纳米碳层时，在该纳米碳层与所述铸造用部件的熔融金属接触面之间形成有氮化层，并且被涂敷在所述纳米碳层上的润滑剂以BN粉体为主要成分。根据本发明，即使铸造次数重复多次也能够维持铸造用部件的脱模性以及熔融金属的流动性，并且，能够降低在铸造用部件的熔融金属接触面的 表面处理 工序中所花费的成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铸造用部件，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 铸造用部件和铸造方法、以及其中所使用的润滑剂的制造方法 技术领域[0001] 本发明涉及一种铸造用部件和铸造方法、以及其中所使用的润滑剂的制造方法。 背景技术[0003] 在专利文献1中公开了一种如下的技术，即，通过在金属模的母材表面上覆盖含有碳纳米管等纳米碳类的纳米碳膜，且在其上涂敷富勒烯类，从而在金属模的成形面上形成被膜的技术。在此，通过由富勒烯类来填埋纳米碳膜的间隙以缓和纳米碳膜的表面的凹凸，从而降低了脱模阻力。 [0004] 在先技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本特开2010-36194号公报 发明内容[0007] 发明所要解决的课题 [0008] 另一方面，获得了如下的见解，即，在利用形成有纳米碳膜以及富勒烯膜的铸造用金属模来实施铸造工序时，富勒烯类会侵入至母材表面中。还获得了如下的见解，即，虽然通过以这种方式使富勒烯类侵入至母材表面中有助于强化被膜并提高金属模寿命，但是熔融金属的流动性将降低。 [0009] 此外，已知在一般情况下涂敷富勒烯类的工序成本较高。 [0010] 本发明的课题在于提供一种铸造用部件，其即使铸造次数重复多次也能够维持脱模性以及熔融金属的流动性。此外，本发明的课题在于，例如，以省去在每次铸造工序中对铸造用金属模的型腔面涂敷脱模剂的工序，或者缓和铸造用部件的熔融金属接触面上的熔融金属的温度降低、压力阻力等铸造条件为目的，而提供一种能够以较低成本来实现在铸造用部件的熔融金属接触面上涂敷润滑剂而实施表面处理的工序的技术。 [0011] 用于解决课题的方法 [0013] 本发明的铸造用部件为，在压铸、减压铸造等铸造中所使用的部件，例如为金属模、柱塞套筒、柱塞尖端等在铸造用装置中所包含的部件。 [0014] 优选为，在形成所述纳米碳层时，在该纳米碳层与所述型腔面之间形成有氮化层，并且，被涂敷在所述纳米碳层上的润滑剂以BN粉体为主要成分。 [0015] 优选为，在所述纳米碳层的表面上形成有10μm以下的凹凸，并且所述润滑剂中所包含的粉体的粉径小于所述纳米碳层的凹凸的大小。 [0016] 本发明的铸造方法包括如下工序，即，通过在铸造用部件的熔融金属接触面上形成由纳米碳类构成的纳米碳层，并且，通过在所述纳米碳层之上，涂敷以由BN、石墨、滑石、或二氧化硅构成的粉体为主要成分的润滑剂，从而实施所述铸造用部件的熔融金属接触面的表面处理的工序。 [0017] 本发明的铸造用部件是指，在压铸、减压铸造等铸造中所使用的部件，例如金属模、柱塞套筒、柱塞尖端等，在铸造用装置中所包含的部件。 [0018] 优选为，在于所述铸造用部件的熔融金属接触面上形成纳米碳层的工序中，在该纳米碳层与所述铸造用部件的熔融金属接触面之间形成有氮化层，并且被涂敷在所述纳米碳层上的润滑剂以BN为主要成分。 [0019] 优选为，在所述纳米碳层的表面上形成有10μm以下的凹凸，并且在所述润滑剂中所包含的粉体的粉径小于所述纳米碳层的凹凸的大小。 [0020] 在本发明的润滑剂的制造方法中，通过将所述润滑剂中所包含的粉体、脂肪酸蜡混合，并对该混合物进行加热而使所述脂肪酸蜡熔融从而使其液化，并且，通过对所述所液化的混合物进行搅拌而使其均匀化，并在任意形状的模具内使其凝固，从而制造出固态的润滑剂。 [0021] 发明的效果 [0023] 图1为表示铸造用金属模的图。 [0024] 图2为表示型腔面的表面处理的图。 [0025] 图3为表示在BN评价试验中所使用的铸造物的形状的图。 [0026] 图4为表示BN评价试验的结果的图。 [0027] 图5为表示在被膜的隔热性实验中所使用的试验装置的图。 [0028] 图6为表示被膜的隔热性实验的结果的曲线图。 [0029] 图7为表示制造固态的润滑剂的工序的图。 具体实施方式[0030] 【铸造用金属模】 [0031] 如图1所示，铸造用金属模1具备作为铸造用部件的固定模10以及可动模20。固定模10以及可动模20由SKD61等合金工具钢钢材（JIS G4404）形成。固定模10以及可动模20分别被固定在支持装置以及移动装置上。 [0032] 在铸造用金属模1的合模状态下，在固定模10与可动模20之间形成有型腔30。通过使被供给至型腔30内的熔融铝合金等熔融金属2在模具内凝固，从而可以得到与型腔 30的形状相对应的铸造物。型腔30通过固定模10以及可动模20的型腔面31、31而被划分出。型腔面31、31为，与熔融金属2接触的面，且为铸造用金属模1的成形面。 [0033] 在固定模10中，固定有当将熔融金属2射出至型腔30内时暂时储存熔融金属2的柱塞套筒41、并以能够相对于柱塞套筒41而在轴向上进行移动的方式而设置有用于将柱塞套筒41内的熔融金属2射出至型腔30内的柱塞尖端42。该柱塞套筒41以及柱塞尖端42被设置于铸造用金属模1上以作为铸造用部件，且柱塞套筒41的内侧面及柱塞尖端42的顶端面、与熔融金属2接触。 [0034] 【表面处理工序】 [0035] 如图2所示，通过表面处理工序S10而对作为与熔融金属2的接触面的型腔面31实施表面处理，从而形成被膜32。通过该表面处理工序S10而使型腔面31的脱模性以及熔融金属的流动性提高，且不需实施脱模剂的涂敷工序。 [0036] 表面处理工序S10包括：在型腔面31上形成纳米碳层33的工序S11、以及在纳米碳层33上涂敷润滑剂34的工序S12。 [0037] 即，被形成在型腔面31上的被膜32以包含纳米碳层33和润滑剂34的方式而构成。 [0038] 纳米碳层33为，由碳纳米线圈、碳纳米管、碳纳米线等纳米碳类构成，且在型腔面31上析出，并且在该表面上形成有至少10μm以下的凹凸，优选形成纳米级（例如，100nm以下）的凹凸的结构。由此，通过纳米碳层33在表面上具有凹凸形状，从而提高了润滑剂34的捕集效率。 [0039] 在纳米碳层形成工序S11中，在型腔面31上形成纳米碳层33的处理使用公知技术而实施。 [0040] 例如，将铸造部件（固定模10或可动模20）放入气氛炉内，且在减压状态下清除空气之后使氮气流通而设为氮氛围，并且流通反应气体（硫化氢气体、乙炔气、氨气）而进行升温。由此，型腔面31的表面被纳米碳层33覆盖，并且在型腔面31与纳米碳层33之间形成有氮化层以及渗硫层。 [0041] 润滑剂34为，作为主要成分而包含由BN（氮化硼）、石墨、滑石、或二氧化硅构成的粉体，且作为粉体、固体或液体而被使用的物质。作为这些粉体优选为，具有层状结晶结构的物质。此外，优选使用该粉径小于在纳米碳层33的表面上所出现的凹凸的大小的物质。 [0042] 如果考虑涂敷作业的作业性，则优选为，润滑剂34的形态为固体状。例如，通过将上述粉体与脂肪酸蜡混合而使其凝固，并将润滑剂34设为固态，从而能够使涂敷作业简单易行。 [0043] 而且，如果考虑涂敷作业的作业性、作业成本等，则更优选为，润滑剂34的形态为液体状。例如，通过使上述粉体分散于溶剂中，并使润滑剂34以能够喷雾的方式构成，从而能够使涂敷操作简单易行，此外也能够降低作业所花费的成本。 [0044] 在润滑剂涂敷工序S12中，在被形成在型腔面31上的纳米碳层33之上涂敷有润滑剂34。润滑剂34中所包含的粉体进入至被形成在纳米碳层33上的纳米级的凹凸内。由此，纳米碳层33的表面变得平滑，且能够降低型腔面31的脱模阻力。此外，由于通过使润滑剂34进入至纳米碳层33的凹凸内从而使润滑剂34的捕集率变高，因此，实现了润滑剂涂敷工序S12中的良好的作业性。 [0045] 在将润滑剂34设为了粉末状的情况下，通过将润滑剂34撒在纳米碳层33上的作业来实施润滑剂涂敷工序S12。此外，在将润滑剂34设为固体状时，通过将润滑剂34涂敷在纳米碳层33上的作业来实施，而在设为液体状时，通过将润滑剂34进行喷雾等的作业来实施。 [0046] 为了保持存在于纳米碳层33的表层上的粉体的密度、即润滑剂34的作用，而在预定次数的铸造压射之后重复实施润滑剂涂敷工序S12。 [0047] 另外，涂敷润滑剂34的频率能够根据铸造用金属模1的型腔形状而在每个部位进行设定，且可以考虑熔融金属2的流动、铸造用金属模1内的热的流动等而进行设定。 [0048] 如上所述，在实施了表面处理工序S10的金属模的型腔面31中，在金属模母材之上形成有纳米碳层33，且涂敷有覆盖纳米碳层33的润滑剂34。由此，通过使纳米碳层33表面的凹凸形状捕集润滑剂34，从而使纳米碳层33的表面变得平滑。即，使被形成在型腔面31上的被膜32的表面平滑。 [0049] 以此方式，通过在型腔面31上捕集润滑剂34而形成具有平滑的表面的纳米碳层33，从而降低铸造用金属模1的脱模阻力，并提高脱模性，且无需使用脱模剂。此外，由于在润滑剂34中所包含的BN、石墨、滑石、或二氧化硅不会进入至金属模母材内，因此可以维持被保持在纳米碳层33上的状态。因此，维持了型腔面31的熔融金属的流动性。 [0050] 【被膜的残留评价试验】 [0051] 准备下述的（a）至（c）的三种状态的金属模，并分别以BN、石墨、滑石、或二氧化硅中的一种为润滑剂34的主要成分来使用，从而实施了表面处理，之后，进行了对在未使用脱模剂而实施铸造工序时的、残留有被膜32的界限次数的评价试验。 [0052] （a）在母材的表面上形成纳米碳层33，且涂敷了润滑剂34的铸造用金属模1（本实施方式） [0053] （b）在母材的表面上实施压射加工，且在其上涂敷了润滑剂34的第一比较用金属模 [0054] （c）在母材的表面上涂敷了润滑剂34的第二比较用金属模 [0055] 表1中表示残留评价试验的结果。 [0056] [0057] 当对作为本实施方式的（a）的铸造用金属模1、与实施了压射加工（b）的第一比较用金属模进行比较时，实施了压射加工时的残留次数较少。可认为其原因在于，被形成在母材表面上的凹凸的大小所导致，且推测在压射加工的凹凸中润滑剂34的捕集能力较低，从而使铸造时润滑剂34的消耗（剥离等）变大。 [0058] 即可以看出，在母材上形成纳米碳层33，且在其上涂敷润滑剂34的实施方式为优选。 [0059] 此外可以看出，将BN作为润滑剂34而使用的铸造用金属模1的残留次数为70次，从而最有效果。认为其原因在于，在纳米碳层形成工序S11中，在纳米碳层33与母材之间存在有氮化层的缘故。 [0060] 即可以看出，在纳米碳层33上涂敷以BN为主要成分的润滑剂34的实施方式的效果最大，且为最优选的实施方式。 [0061] 【BN评价试验】 [0062] 接下来，对如下的评价试验进行说明，所述评价试验中，使用（a）在型腔面31上形成纳米碳层33，且在纳米碳层33上涂敷了以BN为主要成分的润滑剂34的铸造用金属模1、和（b）在每次铸造时在型腔面上涂敷现有的脱模剂的比较用金属模的两个铸造用金属模，从而实施了1000次铸造，之后，对被形成在母材表面上的被膜的剖面的情况进行了观察。 [0063] 本试验中的铸造用金属模1以及比较用金属模为，具有相同型腔形状的金属模，如图3所示，使用了能够铸造多次折弯成曲柄状的形状的铸造物。此外，（a）对铸造用金属模1，每实施50次铸造时涂敷以BN为主要成分的润滑剂34，（b）对比较用金属模，在每次进行铸造时涂敷脱模剂而反复进行铸造。 [0064] 图4为，模式化表示在各自的条件下反复实施了1000次铸造之后，对（a）以及（b）的铸造用金属模进行切断，且对被形成在母材表面上的被膜的剖面进行拍摄的图像的图。 [0065] 如图4所示，可以看出在本实施方式所涉及的（a）的铸造用金属模1的母材表面上，与被形成在（b）的比较用金属模的母材表面上的脱模剂膜相比，残留有足够的厚度的被膜32。由此可知，在纳米碳层33上涂敷以BN为主要成分的润滑剂34的实施方式，在被膜形成以及被膜维持方面较为优异。即，即使铸造次数重复多次之后也能够维持足够的被膜32，从而能够确保该脱模性以及熔融金属的流动性。 [0066] 【被膜的隔热性实验】 [0067] 接下来，示出实施了对被膜的绝热性进行测定的试验的结果。 [0068] 如图5所示，在该试验中所使用的试验装置100为，由钢材构成，且将隔热材料120配置在具有梯形剖面的凹部的模具框110的侧面上，并且在底面上配置试样130而在该表面上形成了各种被膜的装置。试样130使用了以SKD61为材料、且直径为20mm、厚度为7mm的试样。被膜使用了（a）本实施方式所涉及的被膜32、以及（b）形成纳米碳层且在其上涂敷富勒烯类以作为润滑剂的比较用被膜这两个种类。 [0069] 将模具框110调节为80℃，且注入700℃的熔融金属150，而以5秒间隔对试样130的温度进行测定，并且通过对该温度上升程度进行比较而进行了被膜的隔热性实验。图6中表示该测定结果。图6的横轴为表示注入熔融金属150之后的经过时间，纵轴为表示试样130的温度。 [0070] 如图6所示，（a）在纳米碳层33上涂敷以BN为主要成分的润滑剂34而形成的被膜32的温度上升程度，与（b）在纳米碳层上涂敷了富勒烯类的比较用被膜的温度上升程度相比而较缓和。即，表现出被膜32的隔热性与比较用被膜的绝热性相比而较优异。 [0071] 一般已知被膜的绝热性与熔融金属的流动性相关，且已知绝热性优异的被膜的熔融金属的流动性较高。即，表现为本实施方式所涉及的被膜32的熔融金属的流动性，与在纳米碳层上涂敷了富勒烯类的比较用被膜的熔融金属的流动性相比而较优异。 [0072] 【固态润滑剂的制造方法】 [0073] 以下，参照图7，对应用固态的润滑剂34时的制造方法进行说明。 [0074] 如图7所示，固态润滑剂的制造工序包括：对定量的润滑剂34的主要成分粉末、和脂肪酸蜡进行混合的工序；使用干燥机对混合物进行加热而使脂肪酸蜡熔融的工序；对被加热而液化了的混合物进行搅拌以使其均匀的工序；向任意形状的模具内注入并使其凝固的工序。通过该一系列的工序，可以得到被成形为任意形状的固态的润滑剂34。 [0075] 在固态的润滑剂34中所包含的脂肪酸蜡优选为，具有在上述加热、熔融工序中能够充分熔融的融点，例如，优选为融点为100℃以下的脂肪酸蜡。 [0076] 虽然润滑剂34的主要成分粉末与脂肪酸蜡的质量比，只要根据加热、熔融工序中的分散性、主要成分粉末的成分特性等来选择即可，但是例如，在制造以石墨为主要成分的固态的润滑剂34的情况下，优选为，将主要成分粉末（石墨）与脂肪酸蜡的配合比例设为，主要成分粉末（石墨）:脂肪酸蜡＝3:7左右。 [0077] 在使用以上述方式制造出的固态的润滑剂34的表面处理工序S10（润滑剂涂敷工序S12）中，润滑剂34不会飞散，并且可以通过手持润滑剂34来进行涂敷，从而能够提高涂敷作业的作业性。 [0078] 此外，在涂敷包含有脂肪酸蜡的润滑剂34来实施铸造工序时，脂肪酸蜡被碳化而与纳米碳层33的亲和性变高，从而可以预期具有提高了润滑剂34的保持力等的效果。 [0079] 以上，对如下的实施方式进行了说明，即，在作为铸造用金属模1中所包含的铸造用部件的固定模10以及可动模20中，对作为与熔融金属2相接触的面的型腔面31、31实施表面处理，从而分别形成被膜32的实施方式。但是，实施表面处理而形成被膜32的面并不限定于上述方式，也可以对柱塞套筒41的内侧面以及柱塞尖端42的顶端面实施同样的表面处理工序S10而形成被膜32。 [0080] 在这种情况下，因被膜32的隔热性提高，从而能够抑制暂时被储存的柱塞套筒41内的熔融金属2的温度降低，并且因熔融金属的流动性的提高而能够降低熔融金属2与柱塞套筒41的阻力，从而能够降低压力消耗。此外，能够降低柱塞尖端42的顶端的散热。 [0081] 如上所述，通过在与熔融金属2接触的表面积较大、而且对射出压影响较大的柱塞套筒41以及柱塞尖端42中的与熔融金属2的接触面实施表面处理而形成被膜32，从而能够缓和使用了铸造用金属模1的铸造工序中的铸造条件，且可有助于品质提高。 [0082] 本发明能够应用于如下技术中，即，对铸造用部件的熔融金属接触面进行表面处理以降低脱模阻力、并且提高熔融金属的流动性的技术。 [0083] 符号说明 [0084] 1：铸造用金属模；2：熔融金属；10：固定模（铸造用部件）；20：可动模（铸造用部件）；30：型腔；31：型腔面（熔融金属接触面）；32：被膜；33：纳米碳层；34：润滑剂；41：柱塞套筒（铸造用部件）；42：柱塞尖端（铸造用部件） |
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