セラミックス粉末成形用金型

【目的】粉末成形用金型の長寿命化を図ること。
【構成】フェライトを含むセラミックス粉体の乾式プレス成形用金型において、金型母材の表面にＴｉＮの第１層被膜を形成し、次いで、この第１層に積層させてＴｉＣＮの第２層被膜を形成させたセラミックス粉末成形用金型、更に上記被膜層の第２層の上に積層させたＴｉＮの第３層被膜を形成させること。
【効果】従来法に比較して、はるかに金型の長寿命化が図られ、金型費用の低減及び金型交換の頻度の減少による生産性の向上を図ることが出来た。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にセラミックスと称する材料の粉体をバインダーを添加して乾式で成形して製品を製造する場合に用いられる粉末成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸化物系・非酸化物系セラミックス材料あるいはフェライト系磁性材料等一般にセラミックスと称する材料の粉体にバインダーを添加してプレス成形する場合に使用される成形用金型を図４に示す。一般にこの粉末成形用金型はダイス１と上パンチ２（複数と単数の場合あり）及び下パンチ３（単数と複数の場合あり）から構成されており、このダイス１及び上パンチ２と下パンチ３表面（粉体と直接接触する面及びダイスとパンチの摺動面）は粉体による摩耗により寿命が著しく短かく、金型費用が増大する上、短期間に金型交換をせざるを得ない為生産性を著しく阻害していた。又、従来金型の材質としては、合金工具鋼（ＪＩＳＧ４４０４）、高速度工具鋼（ＪＩＳＧ４４０３）、超硬（Ｖ１０〜Ｖ６０が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来の粉末成形用金型は、合金工具鋼から高速度工具鋼、さらには超硬など金型の長寿命化の為に適宜材質の選定を行なっており、次第に高級化している。しかし、耐摩耗性、耐かじり性、耐焼付性（離形性）については未だ不充分であり、特に耐摩耗性と離形性については今後さらに改善することが長寿命化の為に是非とも必要とされているのが実状である。
【０００４】そこで従来、実公平４−６８８３号公報、特開平２−２８５０６４号公報及び、特公平３−１７８９１号公報などでは金型表面へのコーティングを実施している。例えば、特開平２−２８５０６４号公報では３層からなるコーティングを実施しているが金型母材との接触面第１層は、純Ｔｉのコーティングを実施し密着力を高めているが純Ｔｉは硬度がＨｖ＝７００〜９００と低く、折角第２層に高硬度（Ｈｖ＝２０００〜２４００）のＴｉＮ層をコーティングしても効果があまりでないので実用的ではない。
【０００５】又、特公平３−１７８９１号公報では２層からなるコーティングを実施しているが第１層目はチッ化炉が必要で時間も２０Ｈ程度かかり、設備コスト、能率が悪くコスト的に問題があり実用的ではない。さらに又、特開平４−６８８３号公報では、第１層目にＴｉＣのコーティングをしておりＴｉＣは硬度は高いが、母材との密着性が、ＴｉＮに比較して劣っておりやはり実用上コーティングの剥離という問題が残る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、合金工具鋼（ＪＩＳＧ４４０４）、高速度工具鋼（ＪＩＳＧ４４０３）あるいは超硬（Ｖ１０〜Ｖ６０) を金型の母材として使う場合に、第１層目に母材と密着性の良好なＴｉＮの被膜を施こし、第２層目に硬度が高く耐摩耗性の良好なＴｉＣＮ膜を積層させることによって密着性、耐摩耗性の良好な長寿命の金型が実現できた。ＴｉＣＮはＴｉＮとＴｉＣの固溶体として得られ、化学的な反応性はＴｉＮに近い組成が低く、安定であることを見出した。そこで、さらに第３層として第２層に積層させて、ＴｉＮの被膜をコーティングすることにより、粉末との離形性が良好になり、実用上非常に効果が大きく、上記の問題点をすべて解決することができた。
【０００７】その発明の要旨とするところは、（１）セラミックス粉体の乾式プレス成形用金型において、金型母材の表面にＴｉＮの第１層被膜を形成し、次いでこの第１層に積層させてＴｉＣＮの第２層被膜を形成させたことを特徴とするセラミックス粉末成形用金型。
（２）セラミックス粉体の乾式プレス成形用金型において、金型母材の表面にＴｉＮの第１層被膜を形成し、次いでこの第１層に積層させてＴｉＣＮの第２層被膜を形成させ、該第２層の上にさらにＴｉＮの第３層被膜を形成させたことを特徴とするセラミックス粉末成形用金型。
（３）金型母材を低合金工具鋼、高合金ダイス鋼、高速度鋼あるいは超硬合金とし、該金型母材の焼戻し温度以下の温度で表面被膜を形成する請求項１及び２記載のセラミックス粉末成形用金型にある。
【０００８】以下本発明について図面に従って詳細に説明する。図１は本発明に係るセラミックス粉末成形用金型の断面図である。図１に示すように、セラミックス粉末成形用金型はダイス１と上パンチ２及び下パンチ３から構成され、このダイス１及び上パンチ２と下パンチ３表面は粉体による摩耗が激しい。そこでこのダイス１及び上パンチ２と下パンチ３表面に当るコーティング層４を施こす必要がある。符号１′は内側ダイスであり、５は粉体を示す。
【０００９】そこでこのコーティング４について金型母材と被膜界面からの剥離（劣化）及び被膜内部からの剥離（劣化）を防止する為に、本発明では図２に示すように母材６の表面に密着性の良好なＴｉＮ膜７を第１層として施工し、第２層として第１層上に積層させて、炭化チタン又は炭窒化チタン膜８であって当該膜をＴｉＣ_XＮ_1-xと表わす時、ＴｉＣ_xＮ_1-x膜を第２層として施工する。この時、０＜ｘ≦１となる様に被膜成分をコントロールする。さらに又、図３に示すように粉体との離形性をよくする為に第２層に積層させて第３層としてＴｉＮ９の被膜を形成することにより耐摩耗性、離形性の良いセラミックス粉末成形用金型を開発することができた。
【００１０】
【作用】本発明で母材として使用する材質としては低合金工具鋼（ＳＫＳ２，３等）あるいは高合金ダイス鋼（ＳＫＤ１１あるいはＤＣ５３）あるいは高速度鋼（ＳＫＨ５１など）あるいは超硬合金（Ｖ１０〜Ｖ６０）を例示でき、金型母材の焼戻し温度以下で表面被膜を成膜させることが重要である。というのは母材の焼戻し温度以上で成膜すると母材が軟化したり、寸法が変化して金型として使用不可になる場合がある為である。又、これらの被膜は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、などのコーティング技術が使用可能であるが、物理蒸着法（ＰＶＤ）の方が処理温度が低く、母材の変形、変寸、軟化などが比較的少なく金型として利用する場合は適している。特にイオンプレーティング法によるものが密着力が高く好適である。
【００１１】
【実施例】さて本発明の実施例および比較例の使用条件としての母材の材質および試験結果である寿命（耐久性）指数を表１に示す。表１に示すように従来法より本発明の方がはるかに金型の長寿命化が図れた。
【００１２】
【表１】

【００１３】
【発明の効果】以上述べたように本発明によって、従来法に比較してはるかに金型の長寿命化が図られ、金型費用の低減及び金型交換の頻度が少なくてすみ、生産性を著しく向上させることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミックス粉末成形用金型の断面図、
【図２】本発明に係るセラミックスコーティング層の断面図、
【図３】本発明に係る他の実施例を示すセラミックスコーティング層の断面図、
【図４】従来の粉末成形用金型の断面図である。
【符号の説明】
１ダイス
１′内側ダイス
２上パンチ
３下パンチ
４コーティング層
５粉体
６母材
７ＴｉＮ膜
８炭化チタン又は炭窒化チタン膜
９ＴｉＮ膜

【特許請求の範囲】
【請求項１】セラミックス粉体の乾式プレス成形用金型において、金型母材の表面にＴｉＮの第１層被膜を形成し、次いでこの第１層に積層させてＴｉＣＮの第２層被膜を形成させたことを特徴とするセラミックス粉末成形用金型。
【請求項２】セラミックス粉体の乾式プレス成形用金型において、金型母材の表面にＴｉＮの第１層被膜を形成し、次いでこの第１層に積層させてＴｉＣＮの第２層被膜を形成させ、該第２層の上にさらにＴｉＮの第３層被膜を形成させたことを特徴とするセラミックス粉末成形用金型。
【請求項３】金型母材を低合金工具鋼、高合金ダイス鋼、高速度鋼あるいは超硬合金とし、該金型母材の焼戻し温度以下の温度で表面被膜を形成する請求項１及び２記載のセラミックス粉末成形用金型。

【図１】