誰でも分かる技術
誰でも分かる鋳物基礎講座
（続）ダイカスト技術の基礎（その４）
西 直美
2.5 ダイカスト金型
2.5.3 ダイカスト金型の熱処理
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| 図2-52入れ子の熱処理工程の事例 |
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| 図2-53 窒化層のミクロ組織 |
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| 図2-54パルスDC-PCVD法により作製したTiAlSiCNO/TiAlN/TiN多層膜のSEM像19) |
ダイカスト金型で溶湯と直接接する入れ子は，2.3.2.2(b)で述べたように焼入れ，焼戻しの熱処理を行って使用する。SKD6,61は，焼入れ性に優れているため空気焼入れが可能で，これにより熱処理による歪みや変形を軽減できる。図2-52に焼入れ及び焼戻し工程の模式図を示す。
SKD6,61は，熱伝導率が小さいので，金型表面と中心部で温度差が出やすいため，500℃付近と800℃付近の2段階で十分時間をかけて徐々に加熱する。焼入れ加熱は1000℃程度で行うが，高すぎると組織が粗大化して靭性を低下させるので，焼きが入る範囲でできるだけ低い温度に設定するのが望ましい。焼入れは，金型の変形を防止するため，一般には空冷する。しかし，冷却速度が遅すぎるとベイナイト組織となり，硬さ，靭性が低下するため注意しなければならない。
焼入れによるマルテンサイトは硬くて脆いため，熱や変形による残留応力が発生している。また，マルテンサイトに変態しなかった残留オーステナイトが存在している。応力除去とマルテンサイト化を行うために焼戻しを行う。 500℃程度での1次焼戻しにより，残留オーステナイトのマルテンサイトかを行い，2次焼戻しにより目標の硬さに調節する。2次焼戻しは，鋳造時の高温に耐えられるため，金型の使用温度の50℃程度高めで処理される。また，必要に応じて3次焼戻しを行うことがある．
2.5.4 ダイカスト金型の表面処理18)
金型表面に要求される機能として，耐溶損性，耐摩耗性，耐ヒートチェック性などがあるが，金型材料，熱処理の最適化だけでは充分な特性を得ることはできない。そのため，表面処理でその特性を補う場合が多い。表面処理には，拡散法，コーティングなどがある。表2-9 に代表的な表面処理と目的及び使用部位を示す。
(a)拡散法
金型表面から元素を拡散・浸透させて表面層を改質する方法である。その主なものを以下に簡単に紹介する。
a)窒化処理
ダイカスト金型に最も一般的に使用される表面処理法で，硬質の窒化物を表面に生成して硬度を高くする。図2-53に窒化層のミクロ組織を示す。表面処理温度が500～600℃で金型材の変態点以下であるため，ひずみや変形が少ない。処理法には，ガス窒化，イオン窒化，ラジカル窒化，浸流窒化などがある。
b)金属浸透処理
金属原子を金型表面から拡散・浸透させる方法で，金属セメンテーションとも呼ばれる。拡散・浸透させる金属により，クロマイジング(Cr)，浸硼処理（B），浸流処理(S)などがある。また，金属粉末を添加した硼砂などを主成分とした塩浴中に2～10時間浸漬し，VCやCr(C,N)などの皮膜を形成するTRDプロセスなどもある。
(b)コーティング
鋳造合金との反応性が少なく，硬質，熱安定性の良い被膜を金型表面に形成させる方法である。
a)PVD法
減圧下で固体を電子ビームなどで加熱蒸発，イオン化させ被処理材に物理的に付着させて被膜を形成する方法。PVDは500℃以下の処理温度であるため，被処理材の変形が起こりにくい。TiC,TiN,CrNなどコーティングがよく使用される。密着性はCVDに比較して劣る。
b)CVD法
減圧下で種々のガスをキャリアガスと一緒に供給し，被コーティング材表面上で化学反応させて，反応物を被処理剤材に付着させ被膜を形成する方法。TiC-TiCN-TiNなどの多層被膜を容易に形成できるが，処理温度が1000℃程度の高温であるため，被コーティング材が変形しやすい。密着性はPVDに比較して優れている。
c) PCVD
CVDと同様に種々のガスと供給し，被処理剤材表面上でガスをプラズマ状態にして，反応物を生成させて被処理材に被膜を形成させる方法。TiAlN，TIC，TiCNなどの皮膜が形成できる。図2-54にパルスDC-PCVD法により作製したTiAlSiCNO/TiAlN/TiN多層膜のSEM像を示す2)。処理温度が500℃程度なので被処理剤の変形が少なく，密着性もPVDより優れている。
d)酸化皮膜処理
真空炉中で酸素分圧を制御し，Fe3O4の被膜を生成させる方法と，水蒸気雰囲気中で加熱してFe3O4の被膜を生成する方法がある。いずれも処理温度は500～600℃程度である。耐摩耗性，耐溶損性に効果ある。
参考文献
18) ダイカストの標準 DCS D1＜金型編＞：日本ダイカスト協会(2002)
19) 河田 他：2006日本ダイカスト会議論文集JD06-09(2006)
表2-8 表面処理方法の種類，目的，用途
| 区 分 |
処理法 | 目 的 | 適用部位 | 留意点 | |||||||
| 耐 焼 き 付 き 性 |
耐 か じ り 性 |
耐 溶 損 性 |
耐 ヒ ー ト チ ェ ッ ク 性 |
耐 摩 耗 性 |
入 れ 子 |
鋳 抜 き ピ ン |
鋳 込 み 口 ブ ッ シ ュ |
耐 剥 離 性 |
処 理 時 の 耐 変 形 性 |
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| 拡 散 処 理 |
浸炭 | ○ | |||||||||
| 浸炭窒化 | ○ | ○ | |||||||||
| 塩浴窒化 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||
| ガス窒化 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||
| プラズマ窒化 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 軟窒化 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 塩浴浸流窒化 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||
| 浸硫 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||||
| 浸硼 | ○ | ○ | ○ | ○ | |||||||
| クロマイジング | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ||||||
| TDR（高温） | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||||
| TDR（低温） | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||
| コ ー テ ィ ン グ |
溶射 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||
| 放電被覆（WCなど） | ○ | ○ | ○ | ○ | |||||||
| 酸化皮膜 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||||
| PVD | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ||||
| CVD | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||||
| PCVD | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |||