JPH02129360A - 耐食耐摩耗性被覆鋼材及びその製造方法 - Google Patents

耐食耐摩耗性被覆鋼材及びその製造方法

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JPH02129360A
JPH02129360A JP28085788A JP28085788A JPH02129360A JP H02129360 A JPH02129360 A JP H02129360A JP 28085788 A JP28085788 A JP 28085788A JP 28085788 A JP28085788 A JP 28085788A JP H02129360 A JPH02129360 A JP H02129360A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食耐摩耗性被覆鋼材及びその製造方法に関
し、更に詳しくは、耐食性に優れた窒化クロム被覆鋼材
及びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術] 工具や金型などの鋼材の耐摩耗性及び耐食性を向上させ
るために、その表面にイオンプレーティング法により窒
化クロムの被膜を被覆することは知られている。このイ
オンプレーティング法は、低温で処理することができる
ので上記鋼材を熱で変質させることなく、平滑で寸法変
形のない被覆を行い得て、有用な方法である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来このようにして製造された被rfI
鋼材は、充分な耐食性を有するものではながった。
本発明は、上記問題点に鑑み、耐食性が一段と向上した
被覆鋼材及びその鋼材を製造する方法(イオンプレーテ
ィング法)を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するものとして、本発明の耐食耐摩耗性被覆鋼材は、鋼
材上に、X線回折測定による最大の回折強度をCrNの
(220)面に持つCrの窒化物の被膜が形成されてな
るものである。例えば、用いられる鋼材としては、31
5Cなどの肌焼鋼、345Cなどの構造用鋼、5UP1
0などのバネ鋼、5UJ2などの軸受鋼、SACMIな
どの窒化鋼、5KD6などの熱間加工用工具鋼、5KD
IIなどの冷間加工用工具鋼、5KH51などの高速度
鋼、5US31O5などの耐熱鋼、5US410などの
耐食耐酸鋼などが挙げられる。このような鋼材上にX線
回折測定によりCrNの(220)面が最大の回折強度
を持つCrの窒化物の被膜が被覆される。このCrの窒
化物の被膜は、結晶が微細で緻密であるため、耐食性が
一段と向上する。この被膜の膜厚は0.2〜20μmで
あごとが好ましい。0.2μm未満では被覆する効果が
希薄で耐食性が充分向上せず、方20μmを超えると被
覆した被膜が剥離し易くなる。
本発明の耐食耐摩耗性被覆鋼材において、上記のX L
S1回折測定による最大の回折強度をCrNの(220
)面に持つCrの窒化物の被膜は、鋼材上に(1)直接
形成されても、(21)Fjl材上に公知の、周期律表
IVa族、Va族及び■a族の元素の窒化物。
炭化物及び酸化物のうちの少なくとも1種から成る被膜
が形成された後に形成されてもよい。
上記(1)で形成された上に、更に装飾などの目的で上
記(2)の窒化物、炭化物及び酸化物のうちの少なくと
も1種から成る被膜を形成してもよい、又、上記(2)
のように形成される場合、第1層としての、と記(2)
の窒化物、炭化物及び酸化物のうちの少なくとも1種か
ら成る被膜を、残留圧縮応力5GPa以下、厚み2(l
um以上のTi、Zr、Hr及びCrの窒化物のうちの
少なくとも1種からなる被膜とすることにより、耐食性
を最も好ましいものとすることができる。これは鋼材と
第2層との間に第1層を形成させ、厚膜化と積層化によ
り、第2層の表面から鋼材表面につながるピンホールな
どを大幅に減少させ得るためと推察される。
第1層の残留圧縮応力が5 G P aを超えると、厚
みが20μm以上では第1層が剥離する傾向が生じる。
又、厚みが20μm未満では、上記第1層を形成した効
果が充分発揮されない。
本発明における、X線回折測定による最大の回折強度を
CrNの(220)面に持っCrの窒化物の被膜は、金
属クロム及び窒素ガスを原料として、イオンプレーティ
ング法により鋼材上に、該鋼材に印加されるバイアス電
圧を−50〜−5゜O■としてCrの窒化物の被膜を形
成する方法において、窒素圧を5mTorr以上とする
ことを特徴とする方法により製造される。このイオンプ
レーティング法は、fl+金属を蒸発させる工程、(2
)蒸発した金属をイオン化する工程、(3)イオン化し
た金属を加速する工程、(4)反応性ガスを導入する工
程よりなるが、工程(4)において窒素圧を5mTor
r以上、好ましくは100mTorr以下とすること以
外は公知の方法によればよい。
バイアス電圧の絶対値が50V未満では、Crの窒化物
の被膜が柱状晶Mi織となり、耐食性が充分向上し難<
、一方、500■を超えると、鋼材の温度が上昇し過ぎ
て鋼材が変質し易くなる。
雰囲気ガス中に反応性ガスとしての窒素以外に、非反応
性のAr、)(eなどのガスが含有される場合は、上記
窒素圧は分圧を意味する。これが5mTorr未満では
、被膜の硬度が未反応Crのために低下する。又、窒素
圧が100mTorrを超えると、製膜速度の低下が著
しくなる。
本発明における、前記残留圧縮応力5GPa以下、厚み
204m以上のTi、Zr、Hf及びCrの窒化物のう
ちの少なくとも1種から成る被膜は、fa) 咳鋼材に
印加されるバイアス電圧を0〜−50Vとし、且つ山)
窒素圧を5 m To r r以上として、厚み20μ
m以上の被膜を形成することにより製造される。上記(
al及びfbl以外は公知の方法によればよい。バイア
ス電圧の絶対値が50Vを超えると、形成される窒化物
被膜の残留圧縮応力が5Gpaを超え、該被膜が剥離し
易くなる。
雰囲気ガス中の窒素ガスの圧力が分圧であること、その
圧力が5 m T o r r未満又は100mTor
rを超える場合問題があることは前述と同様である。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を比較例と共に説明する。
1)且土 171角、厚み2Rのステンレス鋼(SUS304)基
板を有機溶剤で洗浄し、真空アーク放電型イオンプレー
ティング装置に取付けた。
まず、真空度をlXl0−’Torr以上とした後、C
rイオン衝撃により基板の洗浄、加熱を行なった0次に
、反応ガスとして窒素ガスを導入して装置内圧力を30
mTorrとし、またCrターゲットに70Aの電流を
流し、真空アーク放電でCrイオンを放出させて、−2
00Vのバイアス電圧が印加された基板上にCrの窒化
物の被膜を1時間形成した。形成された膜の厚みは、螢
光X N>’A法により測定して3μmであった。
得られた被覆鋼材の被膜のX線回折測定を行った結果、
最大の回折強度を示すピークがCrNの(220)面で
ある回折チャートが得られた。尚、このXvA回折測定
はグラファイト(002)モノクロメータ−を備えたデ
イフラクトメーターを使用し、CuKα線によった。又
、この被覆鋼材の耐食性を、常温の12重量%HC4水
溶液に浸漬した後の重IN (腐食面積151角)を求
めることにより測定した。この結果を下記表に示す。
kk、V仕上 基板上に印加されたバイアス電圧を一25■とした以外
は、実施例1と全く同様にして試験をした。
被膜のX線回折測定の結果、最大の回折強度を示すピー
クがCrNの(200)面である回折チャートが得られ
た。
耐食性を測定した結果を下記表に示す。
遺」1)1B 基板上に印加されたバイアス電圧を一25Vとし、基板
上にCrの窒化物の被膜を5時間形成した点板外は、実
施例1と全く同様にして第1層を′製膜した後、上記バ
イアス電圧を一300■とし、更に第2層を1時間形成
した。
形成された膜の厚みは、走査型電子顕微鏡により測定し
たところ、第1Nが21μm、第2層が3μmであった
得られた被覆鋼材の第2層被膜のX線回折測定を実施例
1と同様に行った結果、やはり最大の回折強度を示すピ
ークがCrNの(220)面である回折チャートが得ら
れた。第iriの残留圧縮応力を測定するために、第2
層を除去してX線回折測定を行ったところ、(1)1)
面の面間隔のずれから2GPaという結果が得られた。
又、この被3i1鋼材の腐食性を実施例1と同様に測定
した。この結果を下記表に示す。
1)且土 Tiターゲットを使用して基板上にTiの窒化物の被膜
を2μm形成した以外は、実施例1と同様に第1層を製
膜した後、ターゲットをCrとし、更に第2層を277
 m形成した。
得られた被覆鋼材の第2層被膜のX線回折及び耐食性を
実施例1と同様に測定した。その結果、前者は実施例1
と同様であった。又、後者の結果を下記表に示す。
大亙五↓ 基板上に第1層としてTiの窒化物の被膜を6時間形成
した以外は、実施例2と同様にして製膜した。膜の厚み
は、走査型電子顕微鏡により測定したところ第1層が2
3μm、第2層が2μmであった。
得られた被覆鋼材の被膜のX線回折及び耐食性を実施例
1.2と同様に測定した。その結果、前者は第1層の残
留圧縮応力がIGPaで、第2層が実施例1と同様であ
った。又、後者の結果を下記表に示す。
此ノλ−吋主 l&板上にCrの窒化物の被膜を5時間形成した以外は
、実施例1と同様に製膜した。膜の厚みは、走査型電子
顕微鏡により測定したところ22μmであった。
得られた被覆鋼材の被膜のX線回折及び耐食性を実施例
1と同様に測定した。その結果、前者は実施例1と同様
であり、後者は下記表のようであった。尚、この鋼材の
被膜上には目視でチッピングが散在しているのが観察さ
れた。
且釆且 17n角、厚み2舅璽のステンレス鋼(SUS304)
基板を有機溶剤で洗浄し、電子銃加熱型イオンプレーテ
ィング装置に取付けた。
まず、真空度をIXIQ−’Torr以上とした後、C
rイオン衝撃により基板の洗浄、加熱を行った。次に、
反応ガスとして窒素ガスを導入して装置内圧力を0.5
mTorrとし5、またイオン化電圧を40Vとし、C
r尊発源から電子銃力り熱でCrイオンを放出させて、
−1oovのバイアス電圧が印加された基板上にCrの
窒化物の被膜を3μm形成した。
j)られた被覆鋼材の被膜のX線回折及び耐食性を実施
例1と同様に測定した。その結果、前者は最大の回折強
度を示すピークがCrNの(1!1)面である回折チャ
ートが得られ、後者は下記表のようであった。
明による製造方法により該被覆鋼材を得ることができる
〔発明の効果〕

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鋼材上に、X線回折測定による最大の回折強度を
    CrNの(220)面に持つCrの窒化物の被覆が形成
    されてなる耐食耐摩耗性被覆鋼材。
  2. (2)Crの窒化物の被膜の厚さが0.2〜20μmで
    ある請求項(1)に記載の耐食耐摩耗性被覆鋼材。
  3. (3)鋼材とX線回折測定による最大の回折強度をCr
    Nの(220)面に持つCrの窒化物の被膜との間、又
    は該Crの窒化物の被膜上に、周期律表IVa族、Va族
    及びVIa族の元素の窒化物、炭化物及び酸化物のうちの
    少なくとも1種から成る被膜が形成された請求項(1)
    又は(2)に記載の耐食耐摩耗性被覆鋼材。
  4. (4)金属クロム及び窒素ガスを原料として、イオンプ
    レーティング法により鋼材上に、該鋼材に印加されるバ
    イアス電圧を−50〜−500VとしてCrの窒化物の
    被膜を形成する方法において、窒素圧を5mTorr以
    上とすることを特徴とする請求項(1)乃至(3)の何
    れかに記載の耐食耐摩耗性被覆鋼材の製造方法。
  5. (5)鋼材上に、第1層として、残留圧縮応力5GPa
    以下、厚み20μm以上の、Ti、Zr、Hf及びCr
    の窒化物のうちの少なくとも1種から成る被膜が形成さ
    れ、第2層として、X線回折測定による最大の回折強度
    をCrNの(220)面に持つCrの窒化物の被膜が形
    成されてなる請求項(3)に記載の耐食耐摩耗性被覆鋼
    材。
  6. (6)金属及び窒素ガスを原料として、イオンプレーテ
    ィング法により鋼材上に窒化物の被膜を形成する際、第
    1層として、(a)該金属をTi、Zr、Hf及びCr
    のうちの少なくとも1種とし、(b)該鋼材に印加され
    るバイアス電圧を0〜−50Vとして、且つ(c)窒素
    圧を5mTorr以上として厚み20μm以上の被膜を
    形成し、次に第2層として、(a)該金属をCrとし、
    (b)該鋼材に印加されるバイアス電圧を−50〜−5
    00Vとし、且つ(c)窒素圧を5mTorr以上とす
    ることを特徴とする請求項(5)に記載の耐食耐摩耗性
    被覆鋼材の製造方法。
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