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図面 (4)

課題

より安全に低コストで、容易に金属材料疲労耐性を付与することができる金属疲労耐性付与剤および金属疲労耐性付与方法を提供する。

解決手段

本発明に係る金属疲労耐性付与剤は、カルボン酸またはその塩(a成分)と、第6族元素オキソアニオンを含む化合物スズ化合物マンガン化合物およびカルシウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(b成分)と、アルカリ剤(c成分)とを含む。さらに本発明の金属疲労耐性付与方法は、金属製品が接触する水系に、上記の金属疲労耐性付与剤を存在させる。

概要

背景

金属材料は疲労によって損傷し、最終的に破断することがある。金属疲労とは、非特許文献1に記載のように、金属が交番応力繰り返し応力を受けることによって損傷(割れ)が進行する現象をいう。さらに、金属材料は、腐食環境下において、疲労部分の腐食が進行しやすくなる。このように、疲労と腐食とが共存する現象は、非特許文献2に記載のように金属腐食疲労と称される。

生産機械設備は、繰り返し応力を受けることが多い。例えば、ダイカスト金型では、冷却はダイカスト生産性および品質に関する重要な要因である。冷却孔から発生する割れは、腐食環境で繰り返し応力を受けるときに生じる金属腐食疲労である。この割れによって、冷却のキャビティからの距離が制限されており、入熱が大きくなると冷却が不足する問題がある。そのため、このような機械や設備に金属疲労耐性を付与することができれば、機械や設備の更新期限延長することができ、生産性が向上する。

このような金属疲労を抑制する方法としては、金属材料自体の改良が主であり、開発から導入まで長期間にわたり、膨大なコストも要する。さらに、非特許文献1には、水中など腐食環境下で金属疲労が生じるような場合には、pHを12にすることにより金属腐食疲労を生じなくなることが記載されている。しかし、このような高いpHを有する水は、取り扱いに十分な注意が必要であり、排水時には大量の中和剤が必要となる。

概要

より安全に低コストで、容易に金属材料に疲労耐性を付与することができる金属疲労耐性付与剤および金属疲労耐性付与方法を提供する。本発明に係る金属疲労耐性付与剤は、カルボン酸またはその塩(a成分)と、第6族元素オキソアニオンを含む化合物スズ化合物マンガン化合物およびカルシウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(b成分)と、アルカリ剤(c成分)とを含む。さらに本発明の金属疲労耐性付与方法は、金属製品が接触する水系に、上記の金属疲労耐性付与剤を存在させる。なし

目的

本発明の課題は、より安全に低コストで、容易に金属材料に疲労耐性を付与することができる金属疲労耐性付与剤および金属疲労耐性付与方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

カルボン酸またはその塩(a成分)と、第6族元素オキソアニオンを含む化合物スズ化合物マンガン化合物およびカルシウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(b成分)と、アルカリ剤(c成分)と、を含む金属疲労耐性付与剤

請求項2

前記a成分が、グルコン酸乳酸グリコール酸クエン酸リンゴ酸酒石酸コハク酸安息香酸没食子酸およびこれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1に記載の金属疲労耐性付与剤。

請求項3

前記第6族元素のオキソアニオンが、モリブデン酸イオンまたはタングステン酸イオンである請求項1または2に記載の金属疲労耐性付与剤。

請求項4

前記b成分が、水溶性無機塩類である請求項1〜3のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤。

請求項5

前記c成分が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属のリン酸塩アンモニアおよびアミンからなる群より選択される少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤。

請求項6

前記アミンが、非置換または置換されていてもよいモルホリンシクロヘキシルアミンテトラエチレンペンタミン、式(I)で示される化合物および式(II)で示される化合物からなる群より選択される少なくとも1種である請求項5に記載の金属疲労耐性付与剤。式(I)中、R1〜R3はそれぞれ独立して、水素原子水酸基炭素数が1〜3のアルキル基または炭素数が1〜3のヒドロキシアルキル基であり、R1〜R3に含まれる炭素原子総数が6以下である。式(II)中、R4は炭素数1〜4の直鎖または分岐アルキル基であり、R5はメチレン基エチレン基トリメチレン基テトラメチレン基イソプロピレン基またはイソブチレン基であり、R4およびR5に含まれる炭素原子の総数が7以下である。

請求項7

請求項8

亜硝酸またはその塩(d成分)を、さらに含む請求項1〜7に記載の金属疲労耐性付与剤。

請求項9

金属製品が接触する水系に、請求項1〜8のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤を存在させる金属疲労耐性付与方法

請求項10

前記水系が冷却水系である請求項9に記載の方法。

請求項11

前記金属製品が、ダイカスト金型射出成形用金型またはこれらの付属部品である請求項9または10に記載の方法。

請求項12

金属製品において応力が生じる部位に、請求項1〜8のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤を含む溶液を接触させる金属疲労耐性付与方法。

請求項13

請求項1〜8のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤が存在する冷却水を使用して金型を冷却する成形品の製造方法。

請求項14

前記金型がダイカスト金型または射出成形用金型である請求項13に記載の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、金属疲労耐性付与剤および金属疲労耐性付与方法に関する。

背景技術

0002

金属材料は疲労によって損傷し、最終的に破断することがある。金属疲労とは、非特許文献1に記載のように、金属が交番応力繰り返し応力を受けることによって損傷(割れ)が進行する現象をいう。さらに、金属材料は、腐食環境下において、疲労部分の腐食が進行しやすくなる。このように、疲労と腐食とが共存する現象は、非特許文献2に記載のように金属腐食疲労と称される。

0003

生産機械設備は、繰り返し応力を受けることが多い。例えば、ダイカスト金型では、冷却はダイカスト生産性および品質に関する重要な要因である。冷却孔から発生する割れは、腐食環境で繰り返し応力を受けるときに生じる金属腐食疲労である。この割れによって、冷却のキャビティからの距離が制限されており、入熱が大きくなると冷却が不足する問題がある。そのため、このような機械や設備に金属疲労耐性を付与することができれば、機械や設備の更新期限延長することができ、生産性が向上する。

0004

このような金属疲労を抑制する方法としては、金属材料自体の改良が主であり、開発から導入まで長期間にわたり、膨大なコストも要する。さらに、非特許文献1には、水中など腐食環境下で金属疲労が生じるような場合には、pHを12にすることにより金属腐食疲労を生じなくなることが記載されている。しかし、このような高いpHを有する水は、取り扱いに十分な注意が必要であり、排水時には大量の中和剤が必要となる。

先行技術

0005

腐食反応とその制御(第3版)、産業図書、1989年12月1日、149〜158頁
金属防蝕技術便覧新版)、日刊工業新聞社、1986年、113〜119頁

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の課題は、より安全に低コストで、容易に金属材料に疲労耐性を付与することができる金属疲労耐性付与剤および金属疲労耐性付与方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
(1)カルボン酸またはその塩(a成分)と、第6族元素オキソアニオンを含む化合物スズ化合物マンガン化合物およびカルシウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(b成分)と、アルカリ剤(c成分)とを含む金属疲労耐性付与剤。
(2)a成分が、グルコン酸乳酸グリコール酸クエン酸リンゴ酸酒石酸コハク酸安息香酸没食子酸およびこれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種である上記(1)に記載の金属疲労耐性付与剤。
(3)第6族元素のオキソアニオンが、モリブデン酸イオンまたはタングステン酸イオンである上記(1)または(2)に記載の金属疲労耐性付与剤。
(4)b成分が、水溶性無機塩類である上記(1)〜(3)のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤。
(5)c成分が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属のリン酸塩アンモニアおよびアミンからなる群より選択される少なくとも1種である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤。
(6)アミンが、非置換または置換されていてもよいモルホリンシクロヘキシルアミンテトラエチレンペンタミン、式(I)で示される化合物および式(II)で示される化合物からなる群より選択される少なくとも1種である上記(5)に記載の金属疲労耐性付与剤。



式(I)中、R1〜R3はそれぞれ独立して、水素原子水酸基炭素数が1〜3のアルキル基または炭素数が1〜3のヒドロキシアルキル基であり、R1〜R3に含まれる炭素原子総数が6以下である。



式(II)中、R4は炭素数1〜4の直鎖または分岐アルキル基であり、R5はメチレン基エチレン基トリメチレン基テトラメチレン基イソプロピレン基またはイソブチレン基であり、R4およびR5に含まれる炭素原子の総数が7以下である。
(7)c成分が、水酸化ナトリウム水酸化カリウム炭酸ナトリウム炭酸カリウムリン酸ナトリウムリン酸カリウム、モルホリン、シクロヘキシルアミン、テトラエチレンペンタミン、2-アミノエタノールジエタノールアミントリエタノールアミン1-アミノ-2-プロパノール2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールジエチルヒドロキシルアミンジエチルアミノエタノールメトキシプロピルアミンエトキシプロピルアミンおよびブトキシプロピルアミンからなる群より選択される少なくとも1種である上記(1)〜(6)のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤。
(8)亜硝酸またはその塩(d成分)を、さらに含む上記(1)〜(7)に記載の金属疲労耐性付与剤。
(9)金属製品が接触する水系に、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤を存在させる金属疲労耐性付与方法。
(10)系が冷却水系である上記(9)に記載の方法。
(11)金属製品が、ダイカスト金型、射出成形用金型またはこれらの付属部品である上記(9)または(10)に記載の方法。
(12)金属製品において応力が生じる部位に、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤を含む溶液を接触させる金属疲労耐性付与方法。
(13)上記(1)〜(8)のいずれかに記載の金属疲労耐性付与剤が存在する冷却水を使用して金型を冷却する成形品の製造方法。
(14)金型がダイカスト金型または射出成形用金型である上記(13)に記載の製造方法。

発明の効果

0008

本発明によれば、より安全に低コストで、容易に金属材料に疲労耐性を付与することができる。

図面の簡単な説明

0009

図1は、回転曲げ疲労試験で使用した片持ち式回転曲げ疲労試験機を示す模式図である。
図2は、回転曲げ疲労試験で使用した試験片を示す模式図である。
図3は、回転曲げ疲労試験の結果を示すグラフである。
図4は、回転曲げ疲労試験の結果を示すグラフである。

0010

(金属疲労耐性付与剤)
本発明の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤は、カルボン酸またはその塩(a成分)と、第6族元素のオキソアニオンを含む化合物、スズ化合物、マンガン化合物およびカルシウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(b成分)と、アルカリ剤(c成分)とを含む。

0011

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤に含まれるa成分は特に限定されず、例えば、鎖式カルボン酸またはその塩、脂環式カルボン酸またはその塩、芳香族カルボン酸またはその塩などが挙げられる。カルボン酸は、飽和カルボン酸であってもよく、不飽和カルボン酸であってもよく、1価カルボン酸であってもよく、多価カルボン酸であってもよい。本明細書において、カルボン酸には無水物も包含される。

0012

鎖式カルボン酸としては、例えば、アルドン酸(好ましくは炭素数が4〜6のアルドン酸)、アルダル酸(好ましくは炭素数が4〜6のアルダル酸)、オキシカルボン酸オキシモノカルボン酸オキシジカルボン酸オキシトリカルボン酸など)、グルコン酸、乳酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、イソクエン酸ロイシン酸、メバロン酸バントイン酸などが挙げられる。脂環式カルボン酸としては、例えば、シクロヘキサンカルボン酸、2−オキソシクロヘキサンカルボン酸、3−オキソシクロヘキサンカルボン酸、4−オキソシクロヘキサンカルボン酸、2−メチル−1−シクロヘキサンカルボン酸、4−メチル−1−シクロヘキサンカルボン酸、trans−4−メチルシクロヘキサンカルボン酸、1−メチルシクロヘキサンカルボン酸などが挙げられる。芳香族カルボン酸としては、例えば、安息香酸、没食子酸、フタル酸イソフタル酸テレフタル酸o−トルイル酸m−トルイル酸p−トルイル酸サリチル酸、p−サリチル酸、m−ヒドロキシ安息香酸などが挙げられる。これらのカルボン酸の中でも、好ましくは、グルコン酸、乳酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、安息香酸または没食子酸が挙げられる。

0013

a成分は、これらカルボン酸の塩の形態であってもよく、例えば、金属塩アミン塩およびアンモニウム塩の形態が挙げられる。金属塩としては、例えば、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩が挙げられ、好ましくは、ナトリウム塩またはカリウム塩が挙げられ、より好ましくはナトリウム塩が挙げられる。

0014

a成分は、金属疲労耐性付与剤中に好ましくは1〜40質量%、より好ましくは5〜35質量%の割合で含有される。a成分は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。

0015

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤に含まれるb成分のうち第6族元素のオキソアニオンを含む化合物としては、例えば、モリブデンタングステンなどのオキソアニオンを含む化合物が挙げられる。具体的には、モリブデン酸またはその塩、タングステン酸またはその塩などが挙げられ、塩としては、金属塩(好ましくはアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩など)、アミン塩、アンモニウム塩などが挙げられる。これらの塩の中でも、好ましくはナトリウム塩またはカリウム塩が挙げられる。モリブデン酸塩としては、具体的には、モリブデン酸ナトリウムモリブデン酸カリウムモリブデン酸アンモニウムなどが挙げられる。タングステン酸塩としては、具体的には、タングステン酸ナトリウムタングステン酸カリウムタングステン酸アンモニウムなどが挙げられる。

0016

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤に含まれるb成分のうちスズ化合物としては、例えば、水溶液中でスズイオン(2価または4価)を生じるスズ化合物が挙げられる。水溶液中でスズイオンを生じるスズ化合物としては、水溶性無機酸塩または有機酸塩が挙げられ、水溶性無機酸塩が好ましい。スズ化合物としては、具体的にはフッ化スズ塩化スズ、臭化スズ、ヨウ化スズ硫酸スズ硝酸スズなどが挙げられる。これらの中でも、塩化スズまたは硫酸スズが好ましい。

0017

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤に含まれるb成分のうちマンガン化合物としては、例えば、水溶液中でマンガンイオン(2価、3価、4価、5価、6価または7価)を生じるマンガン化合物が挙げられる。水溶液中でマンガンイオンを生じるマンガン化合物としては、水溶性の無機酸塩または有機酸塩が挙げられる。水溶液中でマンガンイオンを生じるマンガン化合物としては、水溶性の無機酸塩または有機酸塩が挙げられ、水溶性無機酸塩が好ましい。マンガン化合物としては、具体的には塩化マンガン臭化マンガンヨウ化マンガン硫酸マンガン硝酸マンガンなどが挙げられる。これらの中でも、塩化マンガン、硫酸マンガンまたは硝酸マンガンが好ましい。

0018

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤に含まれるb成分のうちカルシウム化合物としては、例えば、水溶液中でカルシウムイオンを生じるカルシウム化合物が挙げられる。水溶液中でカルシウムイオンを生じるカルシウム化合物としては、水溶性の無機酸塩または有機酸塩が挙げられ、水溶性無機酸塩が好ましい。カルシウム化合物としては、具体的には塩化カルシウム臭化カルシウムヨウ化カルシウム硫酸カルシウム硝酸カルシウムなどが挙げられる。これらの中でも、塩化カルシウムまたは硝酸カルシウムが好ましい。

0019

b成分は、金属疲労耐性付与剤中に好ましくは0.01〜10質量%、より好ましくは0.1〜5質量%の割合で含有される。b成分は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。

0020

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤に含まれるc成分は、pHを上昇させ得る化合物であれば特に限定されず、例えば、アルカリ金属の水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)、アルカリ金属の炭酸塩(炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなど)、アルカリ金属のリン酸塩(リン酸ナトリウム、リン酸カリウムなど)、アンモニアおよびアミンなどが挙げられる。

0021

アミンとしては、例えば、非置換または置換されていてもよいモルホリン、シクロヘキシルアミン、テトラエチレンペンタミン、式(I)で示される化合物、式(II)で示される化合物などが挙げられる。

0022

0023

式(I)中、R1〜R3はそれぞれ独立して、水素原子、水酸基、炭素数が1〜3のアルキル基または炭素数が1〜3のヒドロキシアルキル基であり、R1〜R3に含まれる炭素原子の総数が6以下である。

0024

0025

式(II)中、R4は炭素数1〜4の直鎖または分岐アルキル基であり、R5はメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、イソプロピレン基またはイソブチレン基であり、R4およびR5に含まれる炭素原子の総数が7以下である。

0026

c成分としては、好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、モルホリン、シクロヘキシルアミン、テトラエチレンペンタミン、2-アミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、1-アミノ-2-プロパノール、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール、ジエチルヒドロキシルアミン、ジエチルアミノエタノール、メトキシプロピルアミン、エトキシプロピルアミン、ブトキシプロピルアミンなどが挙げられる。

0027

c成分は、金属疲労耐性付与剤を使用する際のpHを調整するための成分であり、所望のpHに応じて適宜設定される。c成分は、例えば、金属疲労耐性付与剤中に好ましくは0.1〜50質量%、より好ましくは1〜30質量%の割合で含有される。c成分は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。

0028

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤において、a成分とb成分との質量比は、例えば50000:1〜1:1000、好ましくは20000:1〜1:40、より好ましくは4000:1〜1:10である。

0029

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤には、必要に応じてd成分が含まれていてもよい。亜硝酸またはその塩としては、具体的には亜硝酸ナトリウム亜硝酸カリウム亜硝酸リチウム亜硝酸カルシウム、亜硝酸マグネシウムなどが挙げられる。これらの中でも、亜硝酸ナトリウムまたは亜硝酸カリウムが好ましい。

0030

さらに、一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤には、本発明の効果を阻害しない範囲で、スケール抑制または腐食抑制の目的のため、りん酸塩ホスホン酸塩アゾール系化合物ポリマーなどが含まれていてもよい。ポリマーとしては、例えば、ポリアクリル酸ポリマレイン酸ポリホスフィノカルボン酸、ポリアクリルアミド2−メチルプロパンスルホン酸およびその塩などが挙げられる。

0031

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤は、そのまま(原液)使用してもよく、希釈して使用してもよい。希釈する溶媒としては特に限定されず、例えば、水、メタノールエタノールギ酸酢酸、1−ブタノール1−プロパノール2−プロパノールなどが挙げられる。

0032

一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤が対象とする金属(金属材料)は特に限定されず、例えば、鉄系金属、その他の金属またはそれらの合金が挙げられる。これらの中でも鉄系金属が好ましい。「鉄系金属」とは、鉄、炭素鋼ステンレス鋼合金鋼(例えば、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデン、バナジウムコバルトニッケル、タングステンなどと鉄との合金鋼)のような鉄を主成分とするものをいう。鉄系金属としては、鉄と、炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデン、バナジウム、コバルト、ニッケルおよびタングステンからなる群より選択される少なくとも1種の金属を含有するものが好ましい。このような鉄系金属としては、例えば、熱間工具鋼、特に熱間ダイカスト鋼が挙げられ、例えば、SKD61相当鋼およびその改良鋼などのいわゆる5Cr系鋼材が挙げられる。

0033

鉄系金属としては、例えば、C:0.1〜0.7質量%(好ましくは0.2〜0.6質量%、より好ましくは0.3〜0.5質量%);Si:0.1〜2質量%(好ましくは0.4〜1.5質量%、より好ましくは0.6〜1.2質量%);Mn:0.1〜2質量%(好ましくは0.15〜1.2質量%、より好ましくは0.2〜0.6質量%);Ni:0〜2質量%(好ましくは0〜1質量%);Cr:2.5〜9質量%(好ましくは4〜7質量%、より好ましくは4.5〜6質量%);V:0.1〜3質量%(好ましくは0.3〜2質量%、好ましくは0.5〜1.5質量%);W(1/2)および/またはMo:0.2〜3質量%(好ましくは1〜2.5質量%)を含む金属(残部はFeおよび不可避不純物)が挙げられる。

0034

(金属疲労耐性付与方法)
本発明の一実施形態に係る金属疲労耐性付与方法は、金属製品が接触する水系に、上述の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤を存在させる。

0035

金属製品が接触する水系は、金属製品と常時接触していてもよく、金属製品と断続的または間欠的に接触していてもよい。断続的または間欠的に接触させる場合、一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤は、水系が金属製品と接触している間に存在させてもよく、接触する前に予め存在させてもよい。さらに、水系は金属製品の全体に接触している必要はなく、一部のみに接触していてもよい。

0036

水系は、例えば冷却水系、特に金属製品を冷却するための冷却水系である。冷却水系には、冷却を目的とするものだけでなく、別の目的であっても結果として冷却するような水系も包含される。このような水系に、一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤は、例えばpHが5〜14、好ましくはpHが6〜13、より好ましくはpHが8〜12となるように添加される。具体的には、a成分は、水系で例えば1〜50000mg/L、好ましくは5〜10000mg/L、より好ましくは10〜4000mg/L、さらに好ましくは20〜2000mg/Lの濃度となるように添加される。b成分は、水系で例えば0.1〜2000mg/L、好ましくは0.5〜1000mg/L、より好ましくは1〜500mg/Lの濃度となるように添加される。d成分は、水系で例えば10〜10000mg/L、好ましくは20〜5000mg/L、より好ましくは50〜1000mg/Lの濃度となるように添加される。

0037

金属製品としては特に限定されず、例えば装置や機械など製品全体であってもよく、製品部品や部材であってもよい。このような金属製品としてはダイカスト金型、射出成形用金型およびそれらの付属部品などが挙げられる。

0038

特に、ダイカスト金型およびその付属部品は、鋳造に際して、注入溶湯による加熱、あるいは冷却水や離型剤による冷却に曝されることから、金型には熱応力が発生し疲労が生じる。注入溶湯時に圧力がかかり、その後に成型品を取り出すときに圧力を解放することの繰り返しによる疲労によっても、金型へ残留応力が生じる。そのため、鋳造の繰返しにより金型に損傷(例えば、ヒートチェック)が発生する。

0039

ダイカスト金型の付属部品は冷却水系の流路を構成する部品であり、その一例として、ダイカスト金型の冷却水通水部位に設置する通水ノズル冷却ピン)が挙げられる。冷却ピンに通水する冷却水は、入口からピン内部を通じ、出口から金型冷却水通水部位へと放出される。この放出の際、ピンに振動が生じて金属疲労が発生する。

0040

ダイカスト金型およびその付属部品は鋳造に際して、射出された溶湯により急速に加熱され高温になり、その後金型内の冷却やキャビティ面への離型剤のスプレーにより急激に冷却され冷やされる過程で、繰り返し熱応力の振幅を受ける。キャビティに近くに設置した冷却通路では、同様の熱応力振幅を受け、加工キズなどの起点部より冷却水の腐食環境下で起きる金属腐食疲労が生じる。金属腐食疲労は金属疲労より低い応力で発生し、進展速度が速い。そのため、金属腐食疲労現象により、キャビティまで割れが進行して、水がキャビティより染み出す、いわゆる水残り現象が発生する。その結果、ダイカスト製品の品質が大幅に低下し、これが市場に流出するとリコールにつながることがある。熱応力以外にも射出時の鋳造圧力によりによる応力の負荷や、ダイカスト製品の凝固収縮により金型が受ける応力の繰り返しもあり、この応力振幅でも同様の金属腐食疲労が生じる。

0041

ダイカスト金型は製作のしやすさやメンテナンス性を考慮して中子が使用されており、多くの場合はピン形状を有する。このような中子では溶湯との反応を防ぎ適切に溶湯を冷却凝固させるために、中子の中には冷却通路が設置されている。このような中子でも金型と同様の応力振幅を受け、冷却通路の起点部より冷却水による腐食環境下での金属腐食疲労が生じ、同様の問題が発生する。

0042

したがって、金型に備えられた冷却水路系(例えば、冷却水通水部位)に通水される冷却水に、上述の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤を存在させることによって、金型(ダイカスト金型、射出成形用金型など)およびそれらの付属部品に、金属疲労耐性を付与することができる。その結果、金型およびその付属部品の寿命延ばすことができ、生産コストの減少にも寄与できる。

0043

さらに、冷却水路を備える金型に、一実施形態に係る金属疲労耐性付与方法を採用する場合、ヒートチェックのようなひび割れが冷却水路から生じて成形面にまで到達することを回避できる。そのため、冷却水路を、成形面のより近傍に設けた金型を用いることが可能となり、冷却効率が向上する。その結果、鋳造の高サイクル化が実現され、生産性が向上する。

0044

別の実施形態に係る金属疲労耐性付与方法は、金属製品において応力(疲労)が生じる部位に、上述の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤を含む溶液を接触させる。一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤は、応力が生じている間だけ接触させるのではなく、応力が生じる前など応力が生じていないときにも接触させてよい。詳細な説明については上述のとおりであり、省略する。

0045

(成形品の製造方法)
本発明の一実施形態に係る成形品の製造方法は、上述の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤が存在する冷却水を使用して金型を冷却する。金型は特に限定されず、例えば、ダイカスト金型、射出成形用金型などが挙げられる。

0046

一実施形態に係る成形品の製造方法を、ダイカスト金型を用いた成形品の製造方法を例に挙げて説明する。まず、ダイカスト金型を用いた成形品の製造方法においては、ダイカスト鋳造法で通常使用されるダイカストマシンを用いることができる。具体的には、ダイカストマシンは、固定型可動型とからなるダイカスト金型と、金型内に溶湯を高速圧入するプランジャーと、鋳造されたダイカスト製品を押出す押出ピンとを備える。

0047

鋳造の工程は、ます可動型が閉じた状態(可動型の成形面が固定型の成形面と合わさって成形空間キャビティー)が形成されている状態)で、キャビティー内に溶湯を高速圧入する。溶湯を冷却固化するため、金型(可動型および固定型)に設けられた冷却孔に冷却用媒体(例えば、水)が通水される。溶湯の固化後、可動型が開かれて押出ピンにより可動型または固定型からダイカスト製品が押し出される。その後、次の鋳造のために可動型が閉じられる。以後、これらの工程が繰り返される。冷却は、溶湯を冷却固化するとともに、製品品質の安定化のための冷却でもあり、この冷却に使用される冷却水に上述の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤が存在する。

0048

一実施形態に係る成形品の製造方法によれば、ダイカスト金型や射出成形用金型などのような金型に、金属疲労耐性を付与することができる。その結果、金型およびその付属部品の寿命を延ばすことができ、生産コストの減少にも寄与できる。さらに、高サイクルでの鋳造も可能となり、生産性を向上させる(結果として生産コストを低下させる)こともできる。

0049

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

0050

(実施例1)
a成分としてグルコン酸ナトリウム(グルコン酸Na)、b成分としてモリブデン酸ナトリウム(モリブデン酸Na)およびc成分として水酸化ナトリウム(水酸化Na)を、それぞれ表1に記載の濃度となるように純水に溶解させ、試験水を調製した。

0051

(実施例2〜9)
表1に示す成分を、表1に示す濃度となるように純水に溶解させた以外は、実施例1と同様の手順で試験水を調製した。表1に記載の「塩化Sn」は塩化スズ、「塩化Mn」は塩化マンガン、「塩化Ca」は塩化カルシウム、「水酸化K」は水酸化カリウム、「亜硝酸Na」は亜硝酸ナトリウムである。

0052

(比較例1)
グルコン酸Na、水酸化Naおよび亜硝酸Naを、それぞれ表1に記載の濃度となるように純水に溶解させ、試験水を調製した。

0053

(参考例1)
モルホリンを900mg/Lおよびヒドラジンを580mg/Lの濃度となるように純水に溶解させ、試験水を調製した。

0054

0055

実施例1〜9、比較例1および参考例1で得られた試験水を用い、JIS Z2274(金属材料の回転曲げ疲れ試験方法)に準拠して、回転曲げ疲労試験を行った。具体的には、次の手順で行った。まず、図1に示す片持ち式回転曲げ疲労試験機を準備した。試験機回転体1に試験片2を取り付けた。次いで、腐食環境下を再現するために、試験片2と試験水3とを接触させた。具体的には、図2に示す試験片2のテーパー状部分2a(荷重がかかる部分)を試験水3と接触させるために、試験片2のテーパー状部分2aを被覆するように配置された密閉容器3aに試験水3を入れて、テーパー状部分2aを試験水3に浸漬させた。下記の条件で回転曲げ疲労試験を行い、試験片2が破断するまでの繰り返し数回転数)を測定した。さらに、試験水を使用せずに大気中、および試験水の代わりに純水を使用して同様の試験を行った。結果を表2および図3に示す。
試験条件
応力:700MPa
回転速度:1回転/秒
試験片:SKD61

0056

0057

表2および図3に示すように、腐食環境下ではない大気中では、87100回転まで破断しなかった。一方、腐食環境下である純水中では、19600回転で破断した。従来の金属疲労耐性付与剤を添加した試験水(比較例1)では、45900回転まで破断していないことがわかる。

0058

これに対して、本発明の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤を添加した試験水では、50000回転を超えても破断しなかった。特に、実施例2〜9では、腐食環境下であるにもかかわらず、大気中での回転数を大幅に超えていることがわかる。すなわち、実施例2〜9で添加した金属疲労耐性付与剤は、従来にない格別顕著な金属疲労耐性付与効果を発揮することがわかる。

0059

参考例1についても、比較例1より優れた効果を有している。しかし、実際の設備に適用した場合、ヒドラジンが大気との接触によって消費され莫大なコストがかかる。さらに、系内のヒドラジン濃度を常に管理し、消費分を補充するなど煩雑な管理が必要なため、実用的ではない。ヒドラジンは安全面についても問題があり、発ガン性などが示唆されている化合物である。

0060

(実施例10〜12)
表3に示す成分を表3に示す濃度となるように純水に溶解させた以外は、実施例1と同様の手順で試験水を調製した。実施例10〜12で得られた試験水を用いた以外は、上述の回転曲げ疲労試験と同様の手順で試験を行った。結果を表4および図4に示す。

0061

0062

0063

表4および図4に示すように、本発明の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤(実施例10〜12)は、従来の金属疲労耐性付与剤を添加した試験水(比較例1)より、破断するまでの回転数が多いことがわかる。すなわち、本発明の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤は、従来の金属疲労耐性付与剤よりも優れた金属疲労耐性付与効果を発揮することがわかる。表4および図4に記載の「実施例2、比較例1、大気中および純水中」は、表2および図3に記載の「実施例2、比較例1、大気中および純水中」と同じである。

実施例

0064

本発明の一実施形態に係る金属疲労耐性付与剤は、各成分の濃度を変更しても、優れた金属疲労耐性付与効果を発揮することが明らかである。

0065

1回転体
2試験片
2aテーパー状部分
3試験水
3a密閉容器
4荷重(

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