[发明专利]铝挤出模具的表面处理方法以及铝挤出模具

说明书

本申请要求享有于2005年7月29日提交的日本专利申请No.2005-221266和于2005年8月3日提交的美国临时申请S.N.60/704,875的优先权，这两篇申请的全文引用在此作为参考。

对相关申请的交叉参考

本申请是根据35U.S.C.§111(a)提交的申请，并根据35U.S.C.§119(e)要求享有根据35U.S.C.§111(b)于2005年8月3日提交的美国临时申请S.N.60/704,875的申请日权益。

技术领域

本发明涉及具有耐磨性和耐分离性的铝(包括其合金)挤出模具的表面处理方法，还涉及通过该方法获得的铝挤出模具。

背景技术

下面的描述提出发明人对相关技术和其中存在问题的认识，不应被认为是对现有技术的认可。

铝材料由于重量轻并且耐腐蚀性好已经被广泛地用作建筑材料等。在这些铝材料中，为了获得对光泽度有要求的构件，已广泛地采用了挤出模制成形。在这种模具中，基于JIS(日本工业标准)SKD61或SKD62的工具钢被用作模具基材。

此外，模具的用于挤出铝合金的支承面等的磨损程度对所获得的挤出材料的尺寸和/或表面质量有很大影响。特别是在3xxx系列铝合金的情况下，模具的支承面等很容易磨损。在这种情况下，为了控制这种磨损，已知对上述工具钢进行各种渗氮处理(见例如日本未审定公开专利公报No.H10-30164，该公报在下文中被称为“专利文献1”)。

上述对挤出模具的渗氮处理会产生位于最外部表面的通常称作化合物层的主要由Fe₂N和Fe₃N组成的氮化物层，并产生位于基体金属侧的其中扩散有氮的扩散硬化层。

在这种情况下，最外部表面的化合物层的硬度较高，例如1000MHv或更高，而与基体金属相比，该化合物层与所接触铝合金的亲和力较小，这有利于在进行挤出时控制模具的磨损和铝合金的粘附。此外，位于基体金属侧的扩散硬化层可用作中间层，该中间层防止化合物层和基体金属之间由于大的硬度差而分离。

在铝挤出步骤中，由于最后的构型仅通过挤出铝合金坯料而获得，所以施加在模具表面上的应力变得相当大。另一方面，通过氮扩散而使硬度增加的扩散硬化层趋于变得易脆。因此，通过例如挤出应力会使扩散硬化层破裂，从而导致扩散硬化层分离。扩散硬化层的这种分离会使挤出材料产生有缺陷的构型和/或受损的表面质量，有时还会产生分离的碎片混入挤出材料的问题。因此，经过渗氮的挤出模具需要具有耐分离性。

也就是说，在没有碳源添加到渗氮气体(用于渗氮处理的气体)的气体渗氮过程中，材料中的固溶碳C将会通过从基体金属表面扩散氮N而运动到基体金属侧。从而扩散硬化层中的C浓度减小，而扩散硬化层中的N浓度增加，这会产生易脆的渗氮层。当进行挤出而施加大的应力时，扩散硬化层的这种易脆性会导致裂纹的产生和发展。从而容易出现大的表面缺陷例如扩散硬化层的大部分分离。

为了控制渗氮层的脆性，有效地使用这样的方法，其中，不仅氮而且碳同时扩散，从而不仅形成氮化物而且形成碳氮化物或碳化物，该碳氮化物或碳化物是硬度比氮化物略低而韧性比氮化物高的化合物。对于这种方法，存在气体软化渗氮处理，其中，在含碳源的气氛和盐浴渗氮处理中进行渗氮处理。因此，如上述专利文献1所公开的一样，提出了一种通过在添加有具有碳源的气体的渗氮气体气氛中进行碳氮共渗，来改善与基体金属的分离特性的技术。

然而，铝合金的挤出温度通常为450℃或更高。因此，模具的支承部的温度会变成通常达到500℃或更高的更高的温度，其中，挤出的铝合金通过所述支承部用很大的力加工出。另一方面，主要由Fe₂N和Fe₃N形成的化合物层具有能包含大量固溶碳的特性。然而，在进行上述碳氮共渗处理的情况下，从研究结果已知，当化合物层中固溶碳的量增加时，化合物层在高温(约500℃或更高)时变得容易分解。

图1A示出在50％NH₃+50％渗碳气体(RX气体)的混合气体气氛中，在570℃加热温度×3小时保持时间的条件下，受到气体软化渗氮处理的样品的EPMA分析。另一方面，图1B示出在580℃加热温度×2小时保持时间的条件下，受到盐浴渗氮处理的样品的EPMA分析。在这些图中，“白色层”表示化合物层。利用这些方法，在最外部表面形成的化合物层也变为包括大量碳的氮化物。在这里，认为包含大量碳的化合物层在高温下容易分解的原因是因为C与Fe的粘合强度比N与Fe的粘合强度低。