WO2019167692A1 - 金型装置 - Google Patents

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mold apparatus
base
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飯見　秀紀
荒井　毅
敦矢 佐藤
平岩　尚樹
真二 ▲高▼木
健 草野
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株式会社デンソー
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    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium

Definitions

  • This disclosure relates to a mold apparatus.
  • Patent Document 1 discloses that a reducing organic acid or organic acid salt is used at a concentration of 0.01 wt% or more on the surface of a mold that comes into contact with a molten metal and a release agent emulsion as a stock solution concentration.
  • the cavity of the mold is filled with molten aluminum.
  • nitriding treatment or multilayer coating of a heat-resistant ceramic layer is applied to the surface forming the cavity of the mold as a measure against aluminum adhesion to the mold and melting damage.
  • the nitrogen diffusion layer is gradually decomposed by contact with a high-temperature aluminum melt, so that it lacks durability.
  • multilayer coating of heat-resistant ceramic layers when the molten aluminum enters the coating starting from film defects, the coated mold base is eroded by reaction with the molten aluminum, and the heat-resistant ceramic layer peels off. There is a fear.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a mold apparatus that prevents welding with molten aluminum and prevents damage to the mold.
  • the present disclosure is a mold apparatus capable of manufacturing an aluminum die-cast member, and includes a mold and a molten metal supply unit.
  • the mold can form a cavity that can be filled with molten aluminum.
  • the mold has a base portion made of iron and a surface layer portion which is provided on the cavity side of the base portion and contains 20% by weight or more of chromium and can form a dichromium trioxide film on the surface of the cavity side.
  • the molten metal supply unit can supply molten aluminum to the cavity.
  • the surface layer portion provided with the cavity side of the base portion in the mold includes 20% by weight or more of chromium.
  • chromium As a result, it is possible to form a dichromium trioxide film which is a passive film relatively dense with respect to the molten aluminum and has non-wetting properties and corrosion resistance with respect to the molten aluminum on the surface of the surface layer on the cavity side. Thereby, when the molten aluminum is filled in the cavity, welding between the mold base and the molten aluminum can be reliably prevented.
  • the dichromium trioxide film on the surface layer may be peeled off due to the cooling / heating cycle of the mold or sliding when the aluminum die-cast member is removed from the mold.
  • the dichromium oxide film is peeled off, chromium moves to the surface of the surface layer portion inside the mold, and a new dichromium trioxide film can be formed.
  • FIG. 1 is a schematic view of a mold apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the mold apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the operation of the mold apparatus according to the first embodiment, and is a schematic diagram illustrating the next state of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the operation of the mold apparatus according to the first embodiment, and is a schematic diagram illustrating the next state of FIG.
  • FIG. 6 is a photograph showing experimental results regarding the mold apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a photograph showing experimental results regarding the mold apparatus of the comparative example
  • FIG. 8 is a schematic view of a mold apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the operation of the mold apparatus according to the second embodiment.
  • a mold apparatus 1 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the mold apparatus 1 is used for die-casting a member 5 (see FIG. 5) as an “aluminum die-cast member” made of aluminum.
  • the mold apparatus 1 includes a mold 10 and a molten metal supply unit 20.
  • the mold 10 has a movable mold 11 and a fixed mold 12.
  • the movable mold 11 and the fixed mold 12 form a cavity 100 that can be filled with molten aluminum.
  • the movable mold 11 is made of metal, for example, steel.
  • the movable mold 11 is provided so as to be relatively movable with respect to the fixed mold 12 as indicated by an outline arrow F0.
  • the movable mold 11 has a first space 110 having an opening on the fixed mold 12 side.
  • the first space 110 becomes a part of the cavity 100.
  • An enlarged view of the surface of the movable mold 11 on the side in contact with the molten aluminum is shown in FIG.
  • the movable mold 11 includes a base part 111, a concentration transition part 112, and a surface layer part 113.
  • the base portion 111, the concentration transition portion 112, and the surface layer portion 113 are integrally formed.
  • the base 111 is a part forming the skeleton of the movable mold 11. As shown in FIG. 2, the base 111 is provided at a position relatively distant from the first space 110. In the present embodiment, the base 111 is made of iron having a carbon concentration of 0.07% by weight or less.
  • the concentration transition part 112 is a part provided on the first space 110 side of the base part 111.
  • the concentration transition portion 112 is formed so that the chromium concentration increases in an inclined manner from the base portion 111 toward a surface layer portion 113 described later.
  • the boundary between the base portion 111 and the concentration transition portion 112 is indicated by a virtual line VL111.
  • the surface layer portion 113 is a portion that is provided on the first space 110 side of the concentration transition portion 112 and is an inner wall that forms the first space 110.
  • the surface layer portion 113 is formed to have a thickness of 30 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the surface layer portion 113 is formed to have a chromium concentration of 20% by weight or more by, for example, chromizing such as a gas phase method or a powder method, a thermal diffusion method of a chromium coating product, or the like.
  • a dichromium trioxide (hereinafter referred to as “Cr 2 O 3 ”) film 114 is formed on the first space 110 side of the surface layer portion 113 (see FIG. 3).
  • the Cr 2 O 3 film 114 is characterized in that the heat-resistant temperature is 1350 degrees higher than the aluminum casting temperature of 680 degrees and there is no defect.
  • the Cr 2 O 3 film 114 is formed to have a thickness of 3 nm or more, for example.
  • the scale is changed to make it easy to see that the Cr 2 O 3 film 114 is formed.
  • 2 shows a boundary between the concentration transition portion 112 and the surface layer portion 113 by an imaginary line VL112
  • FIG. 3 shows a boundary between the Cr 2 O 3 film 114 and other portions in the surface layer portion 113. This is indicated by a virtual line VL113.
  • the fixed mold 12 is made of metal, for example, steel.
  • the fixed mold 12 is fixed so as not to move, and has a second space 120 having an opening on the movable mold 11 side and a communication hole 121 as shown in FIG.
  • the second space 120 becomes a part of the cavity 100. That is, the cavity 100 is constituted by the first space 110 and the second space 120.
  • the communication hole 121 communicates the second space 120 and the outside of the fixed mold 12.
  • the fixed mold 12 has the same configuration as the movable mold 11, and has a base portion, a concentration transition portion, and a surface layer portion. Each of the base portion, concentration transition portion, and surface layer portion of the fixed mold 12 has the same characteristics as the base portion 111, concentration transition portion 112, and surface layer portion 113 of the movable die 11.
  • the base part, concentration transition part, and surface layer part of the fixed mold 12 are integrally formed.
  • the molten metal supply unit 20 is formed so that molten aluminum can be supplied to the cavity 100 of the mold 10.
  • the molten metal supply unit 20 supplies molten aluminum to the second space 120 through the communication hole 121 of the fixed mold 12.
  • FIGS. 3 to 5 show changes in enlarged views in the vicinity of the surface layer portion 113 of the movable mold 11 in the die casting method using the mold apparatus 1.
  • the operation of the movable mold 11 will be described, but the same applies to the fixed mold 12.
  • a Cr 2 O 3 film 114 is formed on the surface of the surface layer portion 113 of the movable mold 11 and the surface layer portion of the fixed mold 12. Has been.
  • the movable mold 11 and the fixed mold 12 are combined to form the cavity 100.
  • the molten aluminum 4 is supplied from the molten metal supply unit 20 to the mold 10 in which the cavity 100 is formed.
  • the molten aluminum 4 supplied by the molten metal supply unit 20 is press-fitted into the cavity 100 and filled into the cavity 100.
  • the molten aluminum 4 press-fitted into the cavity 100 spreads over the surface 115 of the Cr 2 O 3 film 114 opposite to the concentration transition portion 112. That is, the movable mold 11 and the fixed mold 12 are in contact with the molten aluminum by the Cr 2 O 3 film 114.
  • the molten aluminum 4 filled in the cavity 100 is solidified to form the member 5.
  • the movable mold 11 and the fixed mold 12 are separated by moving the movable mold 11, and the member 5 is taken out from the mold 10.
  • the Cr 2 O 3 film 114 is peeled off by the movement of the member 5 as indicated by the white arrow F 1 in FIG.
  • a Cr 2 O 3 film 114 is regenerated on the surface of the surface layer portion 113 as shown in FIG.
  • the molten aluminum that is press-fitted into the cavity 100 for manufacturing the next member 5 reaches the surface 115 of the regenerated Cr 2 O 3 film 114.
  • FIGS. 6 and 7 are cross-sectional photographs of the surface of the mold on the cavity side after the molded member is taken out from the cavity.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional photograph of the vicinity of the surface of the mold 10 on the cavity 100 side in die casting using the mold apparatus 1.
  • the surface of the mold 10 on the cavity 100 side is subjected to chromium infiltration treatment.
  • FIG. 7 as a comparative example, in die casting using a mold apparatus that does not have a structure corresponding to the surface layer portion and the concentration transition section of the mold apparatus 1 (hereinafter, referred to as “mold apparatus of comparative example”).
  • die is shown.
  • the surface of the mold on the cavity side is subjected to nitriding treatment.
  • the surface layer portion 113 provided on the cavity 100 side of the base portion 111 in the mold 10 contains 20% by weight or more of chromium.
  • chromium a Cr 2 O 3 film which is a relatively dense passive film with respect to the molten aluminum 4 and has non-wetting properties and corrosion resistance with respect to the molten aluminum 4 on the cavity 100 side of the surface layer portion 113. It has become.
  • the mold apparatus 1 can reliably prevent the base 111 of the mold 10 and the molten aluminum 4 from being welded.
  • the surface of the surface layer portion of the mold 10 is maintained in a relatively flat state as shown in FIG. Thereby, dimensional accuracy can be improved, maintaining the external appearance quality of the member 5 shape
  • the metal mold apparatus 1 when the member 5 molded in the cavity 100 is taken out from the mold 10, the Cr 2 O 3 film 114 formed on the surface layer 113 may be peeled off. .
  • chromium moves to the surface of the surface layer portion 113 inside the mold 10, and a new Cr 2 O 3 film 114 can be formed.
  • the metal mold apparatus 1 by 1st embodiment can prevent welding with the metal mold
  • the concentration transition portion 112 is formed so that the chromium concentration increases in a slope from the base portion 111 toward the surface layer portion 113.
  • the first embodiment it is possible to prevent the Cr 2 O 3 film 114 by thermal stress easily peeled off from the mold 10.
  • the surface layer portion 113 is formed to have a thickness of 30 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. This is because when the thickness of the surface layer portion 113 is less than 30 ⁇ m, the Cr 2 O 3 film 114 is difficult to be reproduced, and when the thickness of the surface layer portion 113 is greater than 200 ⁇ m, the surface layer portion 113 is hardened and the Cr 2 O 3 film 114 is hardened. It is because it becomes easy to peel from the surface layer part 113. Therefore, in the first embodiment, the Cr 2 O 3 film 114 can be appropriately maintained by setting the thickness of the surface layer portion 113 to 30 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the base of the movable mold 11 and the fixed mold 12 has a carbon concentration of 0.07% by weight or less. Therefore, it is possible to prevent chromium contained in the concentration transition part on the cavity 100 side of the base from being captured by the carbon of the base. Therefore, in the first embodiment, the chromium concentration in the concentration transition portion and the surface layer portion can be maintained at a desired concentration.
  • the mold apparatus 2 includes a mold 10, a molten metal supply unit 20, and an oxidant supply unit 30.
  • the oxidant supply unit 30 includes an oxidant tank 31 and a spray nozzle 32.
  • the oxidant tank 31 is provided outside the mold 10.
  • the oxidant tank 31 stores an oxidizing acid that can react with the chromium component contained in the mold 10 to generate Cr 2 O 3 , for example, an organic acid such as nitric acid, sulfuric acid, and acetic acid.
  • the injection nozzle 32 is connected to the oxidant tank 31 through a pipe 33.
  • the injection nozzle 32 is provided to be movable relative to the mold 10.
  • the injection nozzle 32 is movable so as to be positioned between the movable mold 11 and the fixed mold 12 in a state where the movable mold 11 and the fixed mold 12 are separated as shown in FIG.
  • the injection nozzle 32 has a plurality of injection pipes 321.
  • the injection pipe 321 can inject the oxidizing agent in the oxidizing agent tank 31 onto the surface 115 of the surface layer portion 113 of the movable mold 11 and the surface 125 of the surface layer portion of the fixed mold 12 on the second space 120 side.
  • the movable mold 11 and the fixed mold 12 are separated from each other as shown in FIG. 9 before the Cr 2 O 3 film 114 drops off.
  • An injection nozzle 32 is inserted between 11 and the fixed mold 12.
  • the injection nozzle 32 inserted injects oxidant from the plurality of injection pipes 321 onto the surface of the movable mold 11 and the stationary mold 12 on the cavity 100 side (two-dot chain line IJ9 in FIG. 9).
  • the mold 10 and the oxidizing agent are heated by the heat of the molten aluminum, and the Cr 2 O 3 film 114 is generated on the surfaces 115 and 125 of the movable mold 11 and the fixed mold 12 on the cavity 100 side.
  • an oxidizing agent is supplied to the surfaces 115 and 125 according to the state of the surfaces 115 and 125 on the cavity 100 side of the movable mold 11 and the fixed mold 12 in the step of molding the member 5.
  • the Cr 2 O 3 film 114 is actively generated. Thereby, it is possible to reliably prevent the base 111 of the mold 10 and the molten aluminum 4 from being welded by regenerating the Cr 2 O 3 film 114 or strengthening the already formed Cr 2 O 3 film 114. Can do. Therefore, the second embodiment can further extend the life of the mold apparatus 1 in addition to the effects of the first embodiment.
  • the mold has a concentration transition portion between the base portion and the surface layer portion.
  • the concentration transition portion may not be provided.
  • the base portion, the concentration transition portion, and the surface layer portion are integrally formed. However, it may not be integral.
  • a high-concentration chromium material may be attached to the surface layer of the base, and the adhesion may be enhanced by thermal diffusion or the like.
  • the base may be a member having a relatively high carbon concentration.
  • the concentration transition portion is formed so that the chromium concentration increases in a gradient from the base portion toward the surface layer portion.
  • the change in density of the density gradient portion is not limited to this. It is sufficient that the chromium concentration is continuously changed between the surface layer portion having a chromium concentration of 20% by weight or more and the base portion having a relatively low chromium concentration.
  • the surface layer portion has a thickness of 30 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the thickness of the surface layer portion is not limited to this.
  • the base has a carbon concentration of 0.07% by weight or less.
  • the carbon concentration of the base is not limited to this.
  • the carbon concentration of only the portion may be 0.07 wt% or less.
  • the chromium layer is infiltrated and adhered to the base interface of the mold by heating after performing chromium plating on the surface of the steel on the space side.
  • the Cr 2 O 3 film formed on the surface layer can prevent welding of the mold base and the molten aluminum for a relatively long time.
  • the oxidizing agent is injected by the injection pipe.
  • the method of supplying the oxidant to the cavity side surface of the mold is not limited to this.
  • an oxidizing agent may be applied to the cavity side surface of the mold.
  • the present disclosure is not limited to such an embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

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Abstract

アルミから形成されている部材を製造可能な金型装置（１）であって、金型（１０）、及び、溶湯供給部を備える。金型（１０）は、アルミ溶湯を充填可能なキャビティ（１００）を形成可能である。金型（１０）は、鉄から形成されている基部（１１１）、及び、表層部（１１３）を有する。表層部（１１３）は、基部（１１１）のキャビティ（１００）側に設けられ、２０重量％以上のクロムを含む。表層部（１１３）のキャビティ（１００）側の表面１１５）には三酸化二クロム膜（１１４）を形成可能である。溶湯供給部は、キャビティ（１００）にアルミ溶湯を供給可能である。

Description

金型装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年２月２８日に出願された特許出願番号２０１８－３４６２６号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、金型装置に関する。
　従来、金型に溶融した金属を加圧することによって所望の形状の部材を製造可能なダイカスト鋳造方法に用いられる金型装置が知られている。例えば、特許文献１には、金属溶湯と接触する金型の表面に、還元性を有する有機酸または有機酸塩を、使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上、且つ、原液濃度として離型剤エマルションの安定限界である所定濃度以下の割合で含む離型剤を塗布する金型装置が知られている。
特開２００７－１１８０３５号公報
　アルミを材料とする部材を成形する場合、金型が有するキャビティにアルミ溶湯が充填される。アルミ溶湯が充填される金型装置では、金型のキャビティを形成する表面に金型へのアルミ溶着や溶損対策として、窒化処理や耐熱セラミック層の多層コーティングが施される。しかしながら、窒化処理の場合、窒素拡散層が高温のアルミ溶湯との接触によって徐々に熱分解するため、耐久性に欠ける。また、耐熱セラミック層の多層コーティングの場合、膜欠陥を起点としてアルミ溶湯がコーティング内に浸入するとコーティングされている金型の基部がアルミ溶湯との反応によって侵食されるため、耐熱セラミック層が剥離するおそれがある。本開示は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミ溶湯との溶着を防止し金型の破損を防止する金型装置を提供することにある。
　本開示は、アルミ製ダイカスト部材を製造可能な金型装置であって、金型、及び、溶湯供給部を備える。
　金型は、アルミ溶湯を充填可能なキャビティを形成可能である。金型は、鉄から形成されている基部、及び、基部のキャビティ側に設けられ２０重量％以上のクロムを含みキャビティ側の表面に三酸化二クロム膜を形成可能な表層部を有する。
　溶湯供給部は、キャビティにアルミ溶湯を供給可能である。
　本開示の金型装置では、金型において基部のキャビティ側が設けられる表層部は、２０重量％以上のクロムを含んでいる。これにより、表層部のキャビティ側の表面にアルミ溶湯に対して比較的緻密な不動態膜であってアルミ溶湯に対する非濡れ性及び耐食性を有する三酸化二クロム膜を形成することが可能となる。これにより、キャビティにアルミ溶湯が充填されるとき、金型の基部とアルミ溶湯との溶着を確実に防止することができる。
　また、金型の冷熱サイクルやアルミ製ダイカスト部材を金型から取り出すときの摺動などによって、表層部の三酸化二クロム膜は、剥離するおそれがある。本開示の金型装置では、酸化二クロム膜が剥離しても金型の内部においてクロムが表層部の表面に移動し、新たな三酸化二クロム膜を形成することができる。これにより、金型の基部とアルミ溶湯との溶着を比較的長い時間防止することができるため、金型の破損を防止し金型装置の寿命を延ばすことができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第一実施形態による金型装置の模式図であり、 図２は、図１のＩＩ部拡大図であり、 図３は、第一実施形態による金型装置の作用を説明する模式図であり、 図４は、第一実施形態による金型装置の作用を説明する模式図であって、図３の次の状態を示す模式図であり、 図５は、第一実施形態による金型装置の作用を説明する模式図であって、図４の次の状態を示す模式図であり、 図６は、第一実施形態による金型装置に関する実験結果を示す写真であり、 図７は、比較例の金型装置に関する実験結果を示す写真であり、 図８は、第二実施形態による金型装置の模式図であり、 図９は、第二実施形態による金型装置の作用を説明する模式図である。
　以下、複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、他の実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
　（第一実施形態）
　第一実施形態による金型装置１を図１～６に基づいて説明する。金型装置１は、アルミを材料とする「アルミ製ダイカスト部材」としての部材５（図５の参照）をダイカスト成形するために用いられる。金型装置１は、図１に示すように、金型１０、及び、溶湯供給部２０を備える。
　金型１０は、可動型１１、及び、固定型１２を有する。金型１０は、可動型１１と固定型１２とによってアルミ溶湯を充填可能なキャビティ１００を形成する。
　可動型１１は、金属、例えば、鋼から形成されている、可動型１１は、固定型１２に対して白抜き矢印Ｆ０に示すように相対移動可能に設けられている。可動型１１は、図１に示すように、固定型１２側に開口を有する第一空間１１０を有する。第一空間１１０は、キャビティ１００の一部となる。可動型１１のアルミ溶湯に接触する側の表面の拡大図を図２に示す。可動型１１は、基部１１１、濃度遷移部１１２、及び、表層部１１３を有する。本実施形態では、基部１１１、濃度遷移部１１２、及び、表層部１１３は一体に形成されている。
　基部１１１は、可動型１１の骨格をなす部位である。基部１１１は、図２に示すように、第一空間１１０から比較的離れた位置に設けられる。本実施形態では、基部１１１は、炭素濃度が０．０７重量％以下の鉄から形成されている。
　濃度遷移部１１２は、基部１１１の第一空間１１０側に設けられている部位である。濃度遷移部１１２は、クロム濃度が基部１１１から後述する表層部１１３に向かって傾斜的に増大するよう形成されている。図２には、基部１１１と濃度遷移部１１２との境界を仮想線ＶＬ１１１で示している。
　表層部１１３は、濃度遷移部１１２の第一空間１１０側に設けられている部位であって、第一空間１１０を形成する内壁となる部位である。表層部１１３は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下となるよう形成されている。表層部１１３は、例えば、気相法や粉末法などのクロマイジング、クロムコーティング品の熱拡散法などによって、クロム濃度が２０重量％以上となるよう形成されている。これにより、表層部１１３の第一空間１１０側には、三酸化二クロム（以下、「Ｃｒ2Ｏ3」と示す）膜１１４が形成される（図３参照）。Ｃｒ2Ｏ3膜１１４は、耐熱温度がアルミ鋳込温度である６８０度に比べ高い１３５０度であって、欠陥がないことが特徴である。本実施形態では、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４は、厚さが、例えば、３ｎｍ以上となるよう形成される。なお、図３～５では、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４が形成されていることがわかりやすいよう、縮尺を変更して記載してある。また、図２には、濃度遷移部１１２と表層部１１３との境界を仮想線ＶＬ１１２で示し、図３には、表層部１１３内でのＣｒ2Ｏ3膜１１４とその他の部位との境界を仮想線ＶＬ１１３で示している。
　固定型１２は、金属、例えば、鋼から形成されている。固定型１２は、移動不能に固定され、図２に示すように、可動型１１側に開口を有する第二空間１２０、及び、連通孔１２１を有する。第二空間１２０は、キャビティ１００の一部となる。すなわち、キャビティ１００は、第一空間１１０と第二空間１２０とによって構成されている。連通孔１２１は、第二空間１２０と固定型１２の外側とを連通する。
　固定型１２は、可動型１１と同じ構成を有しており、基部、濃度遷移部、及び、表層部を有する。固定型１２の基部、濃度遷移部及び表層部のそれぞれは、可動型１１の基部１１１、濃度遷移部１１２及び表層部１１３と同じ特徴を有する。固定型１２の基部、濃度遷移部及び表層部は、一体に形成されている。
　溶湯供給部２０は、金型１０が有するキャビティ１００にアルミ溶湯を供給可能に形成されている。溶湯供給部２０は、固定型１２の連通孔１２１を介して第二空間１２０にアルミ溶湯を供給する。
　次に、金型装置１の作用について説明する。図３～５には、金型装置１を用いたダイカスト鋳造方法における可動型１１の表層部１１３近傍の拡大図の変化を示している。ここでは、便宜的に、可動型１１における作用を説明するが、固定型１２についても同様である。
　キャビティ１００にアルミ溶湯が充填される前の金型装置１には、図３に示すように、可動型１１の表層部１１３及び固定型１２の表層部の表面にＣｒ2Ｏ3膜１１４が形成されている。
　最初に、可動型１１と固定型１２とを組み合わせ、キャビティ１００を形成する。キャビティ１００が形成されている金型１０に、溶湯供給部２０からアルミ溶湯４が供給される。溶湯供給部２０が供給するアルミ溶湯４は、キャビティ１００に圧入されキャビティ１００に充填される。キャビティ１００に圧入されるアルミ溶湯４は、図４に示すように、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４の濃度遷移部１１２とは反対側の表面１１５上に行き渡る。すなわち、可動型１１及び固定型１２は、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４によってアルミ溶湯と接触する。
　キャビティ１００に充填されたアルミ溶湯４が凝固し部材５が成形される。部材５が成形されると、可動型１１を移動することによって可動型１１と固定型１２とを分離し、部材５を金型１０から取り出す。このとき、可動型１１の表層部１１３及び固定型１２の表層部では、図５の白抜き矢印Ｆ１に示すような部材５の移動によってＣｒ2Ｏ3膜１１４が剥離し脱落する。
　金型１０から部材５を取り出した後、表層部１１３の表面には、図３に示すように、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４が再生される。次の部材５の製造のためにキャビティ１００に圧入されるアルミ溶湯は、再生されたＣｒ2Ｏ3膜１１４の表面１１５上に行き渡る。
　ここで、キャビティにアルミ溶湯を圧入し成形された部材を取り出した後の金型のキャビティ側の表面の変化について、図６，７に基づいて説明する。図６，７に示す写真は、いずれもキャビティから成形された部材を取り出した後の金型のキャビティ側の表面の断面写真である。
　図６に、金型装置１を用いたダイカスト鋳造における金型１０のキャビティ１００側の表面近傍の断面写真を示す。図６に示す断面写真の金型装置１では、金型１０のキャビティ１００側の表面にクロム浸透処理が施されている。
　図７に、比較例として、金型装置１の表層部及び濃度遷移部に相当する構成を有していない金型装置（以下、「比較例の金型装置」という）を用いたダイカスト鋳造における金型のキャビティ側の表面近傍の断面写真を示す。図７に示す断面写真の比較例の金型装置では、金型のキャビティ側の表面に窒化処理が施されている。
　図７に示す比較例の金型装置の表面近傍の断面写真では、金型の表面（図７の実線矢印Ａ７で示す部分）が全面的に侵食されているため、凹凸状になっていることが分かる。一方、図６に示す金型装置１の表面近傍の断面写真では、表面の侵食は確認されず比較的平坦な状態となっている（図６の実線矢印Ａ６で示す部分）。また、アルミ溶湯による孔食も確認されなかった。
　第一実施形態による金型装置１では、金型１０において基部１１１のキャビティ１００側に設けられる表層部１１３は、２０重量％以上のクロムを含んでいる。これにより、表層部１１３のキャビティ１００側に、アルミ溶湯４に対して比較的緻密な不動態膜であってアルミ溶湯４に対する非濡れ性及び耐食性を有するＣｒ2Ｏ3膜を形成することが可能となっている。これにより、金型装置１は、金型１０の基部１１１とアルミ溶湯４との溶着を確実に防止することができる。
　また、第一実施形態による金型装置１では、金型１０の表層部の表面は、図６に示すように、比較的平坦な状態を維持される。これにより、成形される部材５の外観品質を維持しつつ、寸法精度を向上することができる。
　また、第一実施形態による金型装置１では、キャビティ１００において成形された部材５を金型１０から取り出すとき、表層部１１３に形成されているＣｒ2Ｏ3膜１１４は、剥離するおそれがある。第一実施形態による金型装置１では、金型１０の内部においてクロムが表層部１１３の表面に移動し、新たなＣｒ2Ｏ3膜１１４を形成することができる。これにより、第一実施形態による金型装置１は、金型１０とアルミ溶湯４との溶着を比較的長い時間防止することができる。したがって、金型１０の破損を防止し金型装置１の寿命を延ばすことができる。また、金型１０とアルミ溶湯４との溶着を比較的長い時間防止することができるため、金型１０をメンテナンスするための工数を低減することができる。
　第一実施形態による金型装置１では、濃度遷移部１１２は、クロム濃度が基部１１１から表層部１１３に向かって傾斜的に増大するよう形成されている。これにより、第一実施形態では、熱応力によってＣｒ2Ｏ3膜１１４が金型１０から容易に剥離することを防止することができる。
　第一実施形態による金型装置１では、表層部１１３は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下となるよう形成されている。これは、表層部１１３の厚さが３０μｍより薄くなるとＣｒ2Ｏ3膜１１４が再生されにくくなり、表層部１１３の厚さが２００μｍより厚くなると表層部１１３が硬くなってＣｒ2Ｏ3膜１１４が表層部１１３から剥離しやすくなるためである。したがって、第一実施形態では、表層部１１３の厚さを３０μｍ以上２００μｍ以下とすることによって、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４を適切に維持することができる。
　また、第一実施形態による金型装置１では、可動型１１及び固定型１２の基部は、炭素濃度が０．０７重量％以下となっている。これにより、基部のキャビティ１００側にある濃度遷移部に含まれるクロムが基部の炭素に捕獲されることを防止することができる。したがって、第一実施形態では、濃度遷移部及び表層部のクロム濃度を所望の濃度に維持することができる。
　（第二実施形態）
　次に、第二実施形態による金型装置を図８，９に基づいて説明する。第二実施形態は、酸化剤供給部を備える点が第一実施形態と異なる。
　本開示の第二実施形態による金型装置２を図８，９に基づいて説明する。金型装置２は、金型１０、溶湯供給部２０、及び、酸化剤供給部３０を備える。酸化剤供給部３０は、酸化剤タンク３１及び噴射ノズル３２を有する。
　酸化剤タンク３１は、金型１０の外部に設けられている。酸化剤タンク３１は、金型１０に含まれているクロム成分と反応しＣｒ2Ｏ3を生成可能な酸化性酸、例えば、硝酸、硫酸、酢酸などの有機酸を貯留している。
　噴射ノズル３２は、配管３３を介して酸化剤タンク３１に接続している。噴射ノズル３２は、金型１０に対して相対移動可能に設けられている。噴射ノズル３２は、図９に示すように可動型１１と固定型１２とが離間した状態において可動型１１と固定型１２との間に位置するよう移動可能である。噴射ノズル３２は、複数の噴射管３２１を有する。噴射管３２１は、可動型１１の表層部１１３の表面１１５及び固定型１２の表層部の第二空間１２０側の表面１２５に酸化剤タンク３１の酸化剤を噴射可能である。
　金型装置２では、部材５を成形する工程において、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４の脱落が顕著となる前に、図９に示すように可動型１１と固定型１２とが離間した状態において可動型１１と固定型１２との間に噴射ノズル３２が挿入される。挿入された噴射ノズル３２は、複数の噴射管３２１から酸化剤を可動型１１及び固定型１２のキャビティ１００側の表面に噴射する（図９の二点鎖線ＩＪ９）。その後、アルミ溶湯の熱によって金型１０と酸化剤とが加熱され、可動型１１及び固定型１２のキャビティ１００側の表面１１５、１２５にＣｒ2Ｏ3膜１１４が生成される。
　第二実施形態による金型装置２では、部材５を成形する工程において可動型１１及び固定型１２のキャビティ１００側の表面１１５、１２５の状態に応じて酸化剤を表面１１５、１２５に供給し、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４を積極的に生成する。これにより、Ｃｒ2Ｏ3膜１１４を再生、または、すでに生成されているＣｒ2Ｏ3膜１１４を強化することによって、金型１０の基部１１１とアルミ溶湯４との溶着を確実に防止することができる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態の効果に加え、金型装置１の寿命をさらに延ばすことができる。
　　（他の実施形態）
　上述の実施形態では、金型は、基部と表層部との間に濃度遷移部を有する。しかしながら、濃度遷移部はなくてもよい。
　上述の実施形態では、基部、濃度遷移部及び表層部は一体に形成される。しかしながら、一体でなくてもよい。例えば、基部の表層に高濃度クロム材を貼り付け、熱拡散などによって密着性を高めてもよい。このとき、基部は、比較的高い炭素濃度の部材であってもよい。
　上述の実施形態では、濃度遷移部は、クロム濃度が基部から表層部に向かって傾斜的に増大するよう形成されている。しかしながら、濃度傾斜部の濃度の変化はこれに限定されない。クロム濃度が２０重量％以上の表層部とクロム濃度が比較的低い基部との間のクロム濃度が連続的に変化するよう形成されていればよい。
　上述の実施形態では、表層部は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下である。しかしながら、表層部の厚さはこれに限定されない。
　上述の実施形態では、基部は、炭素濃度が０．０７重量％以下である。しかしながら、基部の炭素濃度は、これに限定されない。このとき、基部の濃度遷移層側の部位を、例えば、脱炭することによって、当該部位のみ炭素濃度が０．０７重量％以下であってもよい。また、炭素濃度が０．４重量％程度の鋼であっても、当該鋼の空間側の表面にクロムめっき加工を行った後加熱することによって金型の基部界面に浸透密着させたクロム層の表層に形成されるＣｒ2Ｏ3膜によって、金型の基部とアルミ溶湯との溶着を比較的長い時間防止することができる。
　第二実施形態では、酸化剤は、噴射管によって噴射される。しかしながら、金型のキャビティ側の表面への酸化剤の供給方法はこれに限定されない。例えば、金型のキャビティ側の表面に酸化剤を塗布してもよい。
　以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
　本開示は、実施形態に基づき記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　アルミ製ダイカスト部材（５）を製造可能な金型装置であって、
    　アルミ溶湯（４）を充填可能なキャビティ（１００）を形成可能であって、鉄から形成されている基部（１１１）、前記基部の前記キャビティ側に設けられ２０重量％以上のクロムを含み前記キャビティ側の表面（１１５，１２５）に三酸化二クロム膜（１１４）を形成可能な表層部（１１３）を有する金型（１０）と、
    　前記キャビティにアルミ溶湯を供給可能な溶湯供給部（２０）と、
    　を備える金型装置。
  2. 　前記金型は、前記基部と前記表層部との間に設けられ、前記基部から前記表層部に向かうにしたがってクロム濃度が増大するよう形成されている濃度遷移部（１１２）を有し、
    　前記基部、前記濃度遷移部、及び、前記表層部は、一体に形成されている請求項１に記載の金型装置。
  3. 　前記表層部は、厚さが３０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１または２に記載の金型装置。
  4. 　前記基部は、炭素濃度が０．０７重量％以下である請求項１～３のいずれか一項に記載の金型装置。
  5. 　前記表層部の前記キャビティ側の前記表面に酸化剤を供給可能な酸化剤供給部（３０）をさらに備える請求項１～４のいずれか一項に記載の金型装置。
  6. 　前記酸化剤は、酸化性酸である請求項５に記載の金型装置。
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