JP3247964B2 - 金属部品の表面処理法 - Google Patents
金属部品の表面処理法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、その他の輸送
機器、産業機器、事務用機器等を構成する金属部品の耐
焼付き、かじり性、初期なじみ性、耐摩耗性、耐疲労性
等の向上を目的した表面処理法に関する。
機器、産業機器、事務用機器等を構成する金属部品の耐
焼付き、かじり性、初期なじみ性、耐摩耗性、耐疲労性
等の向上を目的した表面処理法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属部品の表面に硫化鉄及び硫黄化合物
からなる生成層（以下、浸硫層という。）を生成させる
表面処理法として、いわゆる低温浸硫処理法が提案され
ている（例えば、特公昭４４−１８０９号公報参照）。
該方法は溶融塩浴中に被処理材を浸漬し、被処理材を陽
極、塩浴槽を陰極として一定の電流密度のもとで連続的
に直流電解を行い、被処理材の表面に１〜１０μｍ程度
の浸硫層を生成させるものである。
からなる生成層（以下、浸硫層という。）を生成させる
表面処理法として、いわゆる低温浸硫処理法が提案され
ている（例えば、特公昭４４−１８０９号公報参照）。
該方法は溶融塩浴中に被処理材を浸漬し、被処理材を陽
極、塩浴槽を陰極として一定の電流密度のもとで連続的
に直流電解を行い、被処理材の表面に１〜１０μｍ程度
の浸硫層を生成させるものである。
【０００３】前記低温浸硫処理法において、浸硫層の厚
み（以下、膜厚という。）は、電流密度と電解時間の積
である負荷電気量により支配され、平衡状態に達するま
では、負荷電気量の増加に伴い膜厚も増加する傾向にあ
るが、被処理材の面荒れ、変寸量等の精度変化も負荷電
気量にほぼ比例して増加するものであった。
み（以下、膜厚という。）は、電流密度と電解時間の積
である負荷電気量により支配され、平衡状態に達するま
では、負荷電気量の増加に伴い膜厚も増加する傾向にあ
るが、被処理材の面荒れ、変寸量等の精度変化も負荷電
気量にほぼ比例して増加するものであった。
【０００４】浸硫層の生成メカニズムは、電解初期には
数μｍ程度のピット状の層とは言いがたい硫化鉄及び硫
黄化合物（以下、硫化物という。）が被処理材の表面に
生成され、その後さらに電解を連続的に継続すると、前
記ピット状の核を起点に被処理材の表面及び深さ方向に
硫化物が拡大され、電解終了時点では硫化物の層、すな
わち、浸硫層が生成されるものであり、浸炭処理、焼入
れ処理、窒化処理を施した金属部品にも有効である。
数μｍ程度のピット状の層とは言いがたい硫化鉄及び硫
黄化合物（以下、硫化物という。）が被処理材の表面に
生成され、その後さらに電解を連続的に継続すると、前
記ピット状の核を起点に被処理材の表面及び深さ方向に
硫化物が拡大され、電解終了時点では硫化物の層、すな
わち、浸硫層が生成されるものであり、浸炭処理、焼入
れ処理、窒化処理を施した金属部品にも有効である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ごとき反応形態により生成された浸硫層の膜厚は、非常
に不均一で、また処理前の被処理材が研削加工等を施し
た平滑な表面の場合には浸硫層の表面ならびに浸硫層と
被処理材との境界の粗さが荒れる傾向にあった。また、
被処理材の形状によっては、被処理材各部での表面粗
さ、浸硫層の膜厚及び変寸量にばらつきが生じることが
多々あった。
ごとき反応形態により生成された浸硫層の膜厚は、非常
に不均一で、また処理前の被処理材が研削加工等を施し
た平滑な表面の場合には浸硫層の表面ならびに浸硫層と
被処理材との境界の粗さが荒れる傾向にあった。また、
被処理材の形状によっては、被処理材各部での表面粗
さ、浸硫層の膜厚及び変寸量にばらつきが生じることが
多々あった。
【０００６】そこで、従来精度の要求される被処理材で
は、処理後に超仕上げ加工等により修正したり、修正の
困難な被処理材の場合には負荷電気量を下げて処理を行
い、精度変化を抑える等の方法が採用されていた。
は、処理後に超仕上げ加工等により修正したり、修正の
困難な被処理材の場合には負荷電気量を下げて処理を行
い、精度変化を抑える等の方法が採用されていた。
【０００７】しかしながら、被処理材の精度変化を極力
抑えるために負荷電気量を下げて処理すると、浸硫層の
膜厚が不均一であるため、局部的に浸硫層が生成されず
に素地が残存して、耐摩耗性に欠ける等の問題が残され
ていた。
抑えるために負荷電気量を下げて処理すると、浸硫層の
膜厚が不均一であるため、局部的に浸硫層が生成されず
に素地が残存して、耐摩耗性に欠ける等の問題が残され
ていた。
【０００８】そこで、本発明は、均一な膜厚の生成と、
表面粗さが小さく、変寸量のばらつきが少なく、処理後
の修正を不要とし、従来精度上適用することが困難とさ
れていた金属部品に対しても適用できる処理法を提供す
ることを目的とする。
表面粗さが小さく、変寸量のばらつきが少なく、処理後
の修正を不要とし、従来精度上適用することが困難とさ
れていた金属部品に対しても適用できる処理法を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、被
処理材の金属部品を摂氏１６０〜２４０度に保持した溶
融塩浴中に浸漬し、溶融塩電解により被処理材の表面に
硫化鉄及び硫黄化合物からなる生成層を得る表面処理法
において、その電解の際に供給する直流電流を矩形波の
断続波形としたものであり、あるいは前記矩形波の断続
波形に、連続的な直流電解を組み合わせたものである。
処理材の金属部品を摂氏１６０〜２４０度に保持した溶
融塩浴中に浸漬し、溶融塩電解により被処理材の表面に
硫化鉄及び硫黄化合物からなる生成層を得る表面処理法
において、その電解の際に供給する直流電流を矩形波の
断続波形としたものであり、あるいは前記矩形波の断続
波形に、連続的な直流電解を組み合わせたものである。
【００１０】
【作用】前記塩浴電解は、摂氏１６０〜２４０度に保持
したロダンナトリウム（ＮａＳＣＮ）、ロダンカリウム
（ＫＳＣＮ）を主剤とした溶融塩浴中に、脱脂、酸洗浄
等の前処理、さらには浸炭処理、焼入れ処理、窒化処理
等を行った被処理材を浸漬し、被処理材を陽極、塩浴槽
を陰極として直流電解として行われる。
したロダンナトリウム（ＮａＳＣＮ）、ロダンカリウム
（ＫＳＣＮ）を主剤とした溶融塩浴中に、脱脂、酸洗浄
等の前処理、さらには浸炭処理、焼入れ処理、窒化処理
等を行った被処理材を浸漬し、被処理材を陽極、塩浴槽
を陰極として直流電解として行われる。
【００１１】その結果、陽極では下記１式のごとく、鉄
イオンの生成行われ、陰極では下記２式の硫黄イオンの
生成反応が行われ、被処理材の表面近傍で行われる下記
３式の硫化反応により、被処理材の表面に浸硫層が生成
される。
イオンの生成行われ、陰極では下記２式の硫黄イオンの
生成反応が行われ、被処理材の表面近傍で行われる下記
３式の硫化反応により、被処理材の表面に浸硫層が生成
される。
【００１２】 Ｆｅ → Ｆｅ２＋ ＋２ｅ （１） ＳＣＮ− ＋ ２ｅ → Ｓ２− ＋ ＣＮ− （２） Ｆｅ２＋ ＋ Ｓ２− → ＦｅＳ （３） 本発明においても前記同様の化学反応により浸硫層が生
成される。しかしながら、本発明においては、電解初期
に従来法（図４参照）と異なり、被処理材の表面に従来
法より小さな、多数のピット状の硫化物の反応核が密に
しかも均等に生成される（図３参照）ため、それらを起
点に硫化反応が進み、その結果として均一な膜厚を得る
ことができ、さらに表面粗さが小さく、変寸量にばらつ
きが少ない等の効果が得られるものであり、処理後の修
正が不要で、従来精度上適用が困難とされていた金属部
品に対して適用が可能となったものである。
成される。しかしながら、本発明においては、電解初期
に従来法（図４参照）と異なり、被処理材の表面に従来
法より小さな、多数のピット状の硫化物の反応核が密に
しかも均等に生成される（図３参照）ため、それらを起
点に硫化反応が進み、その結果として均一な膜厚を得る
ことができ、さらに表面粗さが小さく、変寸量にばらつ
きが少ない等の効果が得られるものであり、処理後の修
正が不要で、従来精度上適用が困難とされていた金属部
品に対して適用が可能となったものである。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の一実施例を詳細に説明する。
被処理材として、所定の成分を有するＪＩＳ ＳＣＭ４
１５材を摂氏９３０度にて６時間、浸炭、拡散を行い、
摂氏８４０度に降温して油焼入れし、さらに摂氏１８０
度にて２時間焼戻しを行った後、研削加工により１．６
ｓに調整したものを用いた。
被処理材として、所定の成分を有するＪＩＳ ＳＣＭ４
１５材を摂氏９３０度にて６時間、浸炭、拡散を行い、
摂氏８４０度に降温して油焼入れし、さらに摂氏１８０
度にて２時間焼戻しを行った後、研削加工により１．６
ｓに調整したものを用いた。
【００１４】溶融塩浴として、ロダンカリウム（ＫＳＣ
Ｎ）７５％、ロダンナトリウム（ＮａＳＣＮ）２５％か
らなり、摂氏１９０度に保持したものを用いた。前記被
処理材を、前記塩浴中に浸漬し、被処理材を陽極、塩浴
槽を陰極として直流電解を行った。
Ｎ）７５％、ロダンナトリウム（ＮａＳＣＮ）２５％か
らなり、摂氏１９０度に保持したものを用いた。前記被
処理材を、前記塩浴中に浸漬し、被処理材を陽極、塩浴
槽を陰極として直流電解を行った。
【００１５】本発明では、電解時の通電パタ−ンが図１
に示されるように制御される。すなわち、所定の電流密
度（ｉｐ）を所定の電流印加時間（ｔ−ｏｎ）と所定の
電流休止時間（ｔ−ｏｆｆ）をｎサイクル繰り返し行う
矩形波の断続波形とするものである。なお、前記電流密
度（ｉｐ）、電流印加時間（ｔ−ｏｎ）、電流休止時間
（ｔ−ｏｆｆ）、サイクル数（ｎ）は、ある所定の範囲
内で被処理材の材質、形状、要求精度等に応じて選択さ
れる。
に示されるように制御される。すなわち、所定の電流密
度（ｉｐ）を所定の電流印加時間（ｔ−ｏｎ）と所定の
電流休止時間（ｔ−ｏｆｆ）をｎサイクル繰り返し行う
矩形波の断続波形とするものである。なお、前記電流密
度（ｉｐ）、電流印加時間（ｔ−ｏｎ）、電流休止時間
（ｔ−ｏｆｆ）、サイクル数（ｎ）は、ある所定の範囲
内で被処理材の材質、形状、要求精度等に応じて選択さ
れる。
【００１６】なお、従来の電解時の通電パタ−ンは、図
２に示すごとく、所定の電流密度（ｉｄ）を一定に保
ち、連続的に所定の時間（Ｔｄ）電流を連続的に供給す
るものであった。
２に示すごとく、所定の電流密度（ｉｄ）を一定に保
ち、連続的に所定の時間（Ｔｄ）電流を連続的に供給す
るものであった。
【００１７】実施例１．前記被処理材を前記溶融塩浴に
より、本発明の通電パタ−ン、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝３２．０（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（ｔ−ｏｎ）＝０．０１（ｓ） 電流休止時間（ｔ−ｏｆｆ）＝０．０３（ｓ） サイクル（ｎ）＝６０００ により処理した。ト−タル負荷電気量は１９２０Ａ／ｄ
ｍ２ である。
より、本発明の通電パタ−ン、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝３２．０（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（ｔ−ｏｎ）＝０．０１（ｓ） 電流休止時間（ｔ−ｏｆｆ）＝０．０３（ｓ） サイクル（ｎ）＝６０００ により処理した。ト−タル負荷電気量は１９２０Ａ／ｄ
ｍ２ である。
【００１８】実施例２．前記被処理材を前記溶融塩浴に
より、前記従来の通電パタ−ン及び前記本発明の通電パ
タ−ンを組み合わせて処理した。すなわち、第１段階を
従来と同様の連続的直流電解、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝３．２（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（Ｔｄ）＝１５０（ｓ） サイクル（ｎ）＝１ により処理した後、第２段階として、本発明の通電パタ
−ン、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝６４．０（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（ｔ−ｏｎ）＝０．１（ｓ） 電流休止時間（ｔ−ｏｆｆ）＝０．９（ｓ） サイクル（ｎ）＝２２５ で処理した。なお、ト−タル負荷電気量は前記実施例１
と同じく１９２０Ａ／ｄｍ２ である。
より、前記従来の通電パタ−ン及び前記本発明の通電パ
タ−ンを組み合わせて処理した。すなわち、第１段階を
従来と同様の連続的直流電解、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝３．２（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（Ｔｄ）＝１５０（ｓ） サイクル（ｎ）＝１ により処理した後、第２段階として、本発明の通電パタ
−ン、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝６４．０（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（ｔ−ｏｎ）＝０．１（ｓ） 電流休止時間（ｔ−ｏｆｆ）＝０．９（ｓ） サイクル（ｎ）＝２２５ で処理した。なお、ト−タル負荷電気量は前記実施例１
と同じく１９２０Ａ／ｄｍ２ である。
【００１９】実施例３．前記被処理材を前記溶融塩浴に
より、前記従来の通電パタ−ン、すなわち、従来と同様
の連続的直流電解、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝３．２（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（Ｔｄ）＝６００（ｓ） サイクル（ｎ）＝１ で処理した。なお、ト−タル負荷電気量は前記実施例１
及び２と同じく１９２０Ａ／ｄｍ２ である。
より、前記従来の通電パタ−ン、すなわち、従来と同様
の連続的直流電解、具体的には、 電流密度（ｉｐ）＝３．２（Ａ／ｄｍ２ ） 電流印加時間（Ｔｄ）＝６００（ｓ） サイクル（ｎ）＝１ で処理した。なお、ト−タル負荷電気量は前記実施例１
及び２と同じく１９２０Ａ／ｄｍ２ である。
【００２０】図３及び図４は、前記実施例１及び３にお
ける電解初期の被処理材の表面を撮影した顕微鏡写真を
模式的に表したもので、図４に示した従来法（実施例
３）では、比較的大きく、さらに大きさの異なるピット
状の硫化物の反応核が相互に比較的距離をおいて生成さ
れているのに対して、図３に示した本発明の方法（実施
例１及び２）では、多数の小さなピット状の硫化物の反
応核が密にしかも均等に生成されている。
ける電解初期の被処理材の表面を撮影した顕微鏡写真を
模式的に表したもので、図４に示した従来法（実施例
３）では、比較的大きく、さらに大きさの異なるピット
状の硫化物の反応核が相互に比較的距離をおいて生成さ
れているのに対して、図３に示した本発明の方法（実施
例１及び２）では、多数の小さなピット状の硫化物の反
応核が密にしかも均等に生成されている。
【００２１】図５は、前記実施例１乃至３の処理後にお
ける表面粗さの測定結果と断面組織の顕微鏡写真を模式
的に表したものである。それらを観察すると、同じ負荷
電気量のもとで生成される浸硫層の膜厚は同等である
が、本願発明の方法の方が従来法に比べて膜厚の均一性
が極めて高く、さらに表面粗さが小さいことが確認され
る。
ける表面粗さの測定結果と断面組織の顕微鏡写真を模式
的に表したものである。それらを観察すると、同じ負荷
電気量のもとで生成される浸硫層の膜厚は同等である
が、本願発明の方法の方が従来法に比べて膜厚の均一性
が極めて高く、さらに表面粗さが小さいことが確認され
る。
【００２２】さらに、被処理材の各部における変寸量の
ばらつきを小さく抑えることができ、高精度要求部品に
も処理後の修正加工手数を必要とせずに適用が可能であ
ることが確認された。
ばらつきを小さく抑えることができ、高精度要求部品に
も処理後の修正加工手数を必要とせずに適用が可能であ
ることが確認された。
【００２３】図６は、実施例１の本願発明の方法による
処理物と、実施例３の従来法による処理物の耐焼付き試
験結果であり、負荷荷重毎での摩擦係数の推移と試験終
了までの耐久荷重を示し、曲線ａが本発明の方法による
処理物の試験結果を示し、曲線ｂが従来法による処理物
の試験結果を示す。なお、曲線ｃは未処理物、すなわ
ち、前記浸炭、研削加工済の被処理材の試験結果であ
る。
処理物と、実施例３の従来法による処理物の耐焼付き試
験結果であり、負荷荷重毎での摩擦係数の推移と試験終
了までの耐久荷重を示し、曲線ａが本発明の方法による
処理物の試験結果を示し、曲線ｂが従来法による処理物
の試験結果を示す。なお、曲線ｃは未処理物、すなわ
ち、前記浸炭、研削加工済の被処理材の試験結果であ
る。
【００２４】試験条件は下記の通りである。
【００２５】 試験機 ；ＦＡＶＩＬＬＥ試験機 （図７参照） 固定片 ；Ｖブロック ＳＣＭ４１５浸炭・研削材 試験環境 ；非潤滑（大気中） 負荷荷重 ；初期荷重１５０ｋｇｆからの連続増加 荷重増加率；２０〜２５（ｋｇｆ／ｓ） すべり速度；０．１（ｍ／ｓ） 図６を観察すると、曲線ｃで示された未処理品は、摩擦
係数０．２〜０．３前後を推移し、負荷荷重６００ｋｇ
ｆ前後で焼付きにより試験終了に至った。これに対し、
本願発明の方法及び従来法の処理を施した試験片は、い
ずれも摩擦係数０．１〜０．０５前後を推移し、負荷荷
重１２００ｋｇｆ前後で摩擦熱による塑性変形から荷重
低下を起こし試験終了に至ったものであり、未処理品と
の差には著しいものが確認された。
係数０．２〜０．３前後を推移し、負荷荷重６００ｋｇ
ｆ前後で焼付きにより試験終了に至った。これに対し、
本願発明の方法及び従来法の処理を施した試験片は、い
ずれも摩擦係数０．１〜０．０５前後を推移し、負荷荷
重１２００ｋｇｆ前後で摩擦熱による塑性変形から荷重
低下を起こし試験終了に至ったものであり、未処理品と
の差には著しいものが確認された。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、均一な膜厚を得ること
ができ、さらに表面粗さが小さく、変寸量にばらつきが
少なく、したがって、処理後の修正が不要で、従来精度
上適用が困難とされていた金属部品に対しても適用でき
る効果が得られる。
ができ、さらに表面粗さが小さく、変寸量にばらつきが
少なく、したがって、処理後の修正が不要で、従来精度
上適用が困難とされていた金属部品に対しても適用でき
る効果が得られる。
【図１】本発明の方法を実施する通電パタ−ンを示す波
形図である。
形図である。
【図２】従来法の通電パタ−ンを示す波形図である。
【図３】本発明における電解初期の被処理材の表面を模
式的に表した図である。
式的に表した図である。
【図４】従来法における電解初期の被処理材の表面を模
式的に表した図である。
式的に表した図である。
【図５】各実施例における処理品の表面粗さの測定結果
及び断面組織を模式的に表した図である。
及び断面組織を模式的に表した図である。
【図６】各実施例における処理品の耐焼付き試験結果を
示す線図である。
示す線図である。
【図７】試験機の構成を示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 勝 栃木県真岡市鬼怒ケ丘17 同和鉱業株式 会社真岡工場内 (72)発明者 ピエール マス フランス国 42100 サン・エテイ エ ンヌ・リュー・ラセーニュ８ (56)参考文献 特開 昭51−54041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−89793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65295（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−133794（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−228483（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25D 11/00 - 11/34 C23C 8/40
Claims (2)
- 【請求項１】 被処理材の金属部品を摂氏１６０〜２４
０度に保持した溶融塩浴中に浸漬し、溶融塩電解により
被処理材の表面に硫化鉄及び硫黄化合物からなる生成層
を得る表面処理法において、その電解の際に供給する直
流電流を矩形波の断続波形としたことを特徴とする金属
部品の表面処理法。 - 【請求項２】 矩形波の断続波形による直流電解に、連
続的な直流電解を組み合わせた請求項１記載の金属部品
の表面処理法。
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|---|---|---|---|
| JP03145793A JP3247964B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 金属部品の表面処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP03145793A JP3247964B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 金属部品の表面処理法 |
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|---|---|
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| JP03145793A Expired - Fee Related JP3247964B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 金属部品の表面処理法 |
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| CN107419314A (zh) * | 2017-08-08 | 2017-12-01 | 肥西县通力机械有限公司 | 一种降低汽车冲压件拉毛现象的处理方法 |
-
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- 1993-01-27 JP JP03145793A patent/JP3247964B2/ja not_active Expired - Fee Related
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