JPH03202460A

JPH03202460A - 鉄合金材料の表面処理方法および処理剤

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Publication number: JPH03202460A
Application number: JP34085489A
Authority: JP
Inventors: Toru Arai; 新井　透; Yoshihiko Sugimoto; 義彦杉本; Akira Sato; 明佐藤; Yukio Ota; 幸夫太田; Kazuyuki Nakanishi; 和之中西
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-09-04
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2518710B2

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、金型、治工具類及び機械部品などの鉄合金材
料の表面に、チタン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ族
元素の一種または二種以上の元素の窒化物あるいは炭窒
化物からなる層を形成せしめる表面処理方法およびそれ
に用いる処理剤に関するものである。

〔従来の技術およびその問題点〕

鉄合金材料の表面にチタン、クロムおよび周期律表の第
Ｖａ族元素の炭化物、窒化物または炭窒化物から成る表
面処理層を被覆すると、鉄合金材料の耐摩耗性、耐焼付
性、耐酸化性、耐食性などの諸性質が改善されることは
よく知られている。

この表面層を被覆する方法について、近年多くの提案が
なされている。例えば、ＣＶＤ　（化学的気相蒸着法）
によりチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物を被覆する方
法（特開昭５３−２８５２９号）、ＰＶＤ　（物理的気
相蒸着法）によりチタンの窒化物を被覆する方法（特公
昭５９−１８４７５号）などがある。

しかしながら、これらの方法では、前者のＣＶＤ法の場
合、鉄のＡｃ、変態点である約７００℃以上の温度域で
処理するため処理ひずみがでやすいという問題がある。

また、後者のＰＶＤ法では、鉄合金材料の母材に、熱に
よる歪みを与えることなく表面層を形成することができ
るものの、形成された表面層のつきまわり性や密着性が
良好なものを得ることは難しいという問題があった。ま
た、前記方法は、ともに処理工程が複雑で、装置が高価
である。さらに、水素中あるいは減圧中で実施しなけれ
ばならないので能率も悪いという問題があった。

これら従来の技術の問題点を解決する方法として、本出
願人は先に鉄合金材料の表面に窒化処理を施し、その後
７００℃以下の温度においてチタン、クロムおよび周期
律表の第Ｖａ族元素とアルカリ金属またはアルカリ土類
金属の塩化物、弗化物、ホウ弗化物、酸化物、臭化物、
ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種または
２種以上とからなる処理剤を共存せしめて加熱処理を施
すことにより、鉄合金材料表面にチタン、クロムおよび
周期律表の第Ｖａ族元素の窒化物または炭窒化物からな
る表面層を形成する鉄合金材料の表面処理方法を提案し
た（特開昭６１−２９１９６２号、特開昭６２−４０３
６２号、特開昭６２〜７０５６１号）。これにより、７
００℃以下の低温度での熱拡散処理により、密着性に優
れかつ緻密な窒化物または炭窒化物からなる表面層を形
成することに成功した。しかしながら、この方法では、
チタン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ族元素の拡散量
が十分ではなく、また処理剤の寿命が短く、処理浴が経
時変化して均質でなくなり層形成にバラツキを生じると
いう問題があった。

そこで、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点を
解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結果
、本発明を成すに至ったものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、鉄合金材料からなる被処理材料の表面
に、チタン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ族元素の一
種または二種以上の元素を多量に含む窒化物或いは炭窒
化物から成り、かつ母材との密着性に優れた表面層を、
低温の塩浴への浸漬処理により、母材に歪みを発生させ
ることなく、容易かつ効率よく形成する方法を提供しよ
うとするものである。

本発明の他の目的は、寿命が長くかつ安定した鉄合金材
料の表面処理用処理剤を提供するにある。

〔第１発明の説明〕産吸！僕底本第１発明の鉄合金材料の表面処理方法（請求項（１）
記載の発明）は、鉄合金材料からなる被処理材料の表面
に、窒化処理を施して鉄−窒素または鉄−炭素−窒素か
らなる窒化物層を形成する窒化処理工程と、チタン、ク
ロムおよび周期律表の第Ｖａ族元素の一種または二種以
上の元素を含む材料からなる拡散主剤と、アルカリ金属
またはアルカリ土類金属の塩化物、弗化物、ホウ弗化物
、酸化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩
のうちの１種または２種以上から成る拡散助剤と、炭素
材料とからなる処理剤を用意する工程と、該処理剤中に
前記窒化処理した被処理材料を浸漬し、７００℃以下の
所定の温度雰囲気において該被処理材料を拡散処理して
チタン、クロムおよび第Ｖａ族元素の一種または二種以
上の元素を該被処理材料表面に拡散させることにより、
被処理材料表面にチタン、クロムおよび第Ｖａ族元素の
一種または二種以上の元素の窒化物あるいは炭窒化物か
ら成る表面層を形成せしめる拡散処理工程とからなるこ
とを特徴とするものである。

発明の作用本第１発明において、チタン、クロムおよび周期律表の
第Ｖａ族元素の一種または二種以上の元素の窒化物ある
いは炭窒化物から威る表面層の形成機構は明確ではない
が、本発明者らがＸ線マイクロアナライザー分析や処理
時間と表面層厚さとの関係などから判断すると、以下の
ようであると考えられる。なお、以下の説明はチタン、
クロムおよび周期律表の第Ｖａ族元素の一種または二種
以上の元素の炭窒化物層を形成する機構について代表的
に説明した（以下の説明中のｍ、、　　ｎ、　　ｏ。

ｐはそれぞれ数字を表す）。

まず、被処理材料である鉄合金材料に窒化処理を施すこ
とにより、外部から供給される窒素（Ｎ）が鉄合金材料
の表面部の鉄（Ｆｅ）及び炭素（Ｃ）と反応してＦ　ｅ
ｍ　　（Ｃ＝　Ｎ）　ｎの形で窒化物層が形成される。

また、この窒化物層の直下には、窒素の固溶体（Ｆｅ−
Ｎの形）も形成される。

その後、拡散主剤と拡散助剤と炭素材料とからなる処理
剤を用意し、該処理剤と鉄合金材料からなる被処理材料
との共存下で該被処理材料に拡散処理を施すことにより
、前記窒化物層に前記処理剤中の拡散主剤を構成するチ
タン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ族元素の一種また
は二種以上の元素（以下、当該元素またはＭと表示する
）が十分に拡散する。この拡散は、Ｆｅ、（Ｃ，Ｎ）。

のＦｅとＭとが置換する反応であり、窒化物層は（Ｍ、
Ｆｅ）。（Ｃ，Ｎ）　、に変化する。なお、（Ｍ、Ｆｅ
）。（Ｃ，Ｎ）　、層においては表面はどＭが多く、母
材に近いほどＦｅが多い傾向にある。従って、条件によ
っては表面部のＦｅ量は著しく小さく、Ｍ。（Ｃ，Ｎ）
　、と表示するのが妥当な場合もある。

この場合、前記表面層中に当該元素（Ｍ）が十分に拡散
するのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、
大気中で表面処理をした場合、大気中の酸素が溶融状態
の拡散剤に浸入し、上記Ｍと反応して、炭窒化物層中へ
Ｍの拡散を妨害する恐れがある。本発明の方法では、処
理剤中の炭素材料が還元作用、あるいは酸素の吸収など
によってＭと酸素との反応を抑制し、Ｍの炭窒化物層中
への拡散が促進されるため、当該元素が前記表面層中へ
十分拡散すると考えられる。

また、形成される表面層の厚さは最初の窒化処理により
形成される窒化物層の厚さとほぼ同じになる。そのため
、窒化処理の条件によって表面層の最大層厚さを規定す
ることができる。また、総てのＦｅｗ（Ｃ，Ｎ）。層が
（Ｍ＋　Ｆ　ｅ）　ａ　（Ｃ，Ｎ）ｐに変化するまでの
間は、表面側に（Ｍ、Ｆｅ）。

（Ｃ，Ｎ）　、層、母材側にＦｅ。（Ｃ，Ｎ）　、層の
存在する二層から成る表面層が存在している。そして、
この表面層の厚さは最初のＦｅ量（Ｃ，Ｎ）。

層の厚さにほぼ等しい。

また、当該元素（Ｍ）の窒化物から成る表面層を形成す
る場合についても、表面層形成機構はこの当該元素（Ｍ
）の炭窒化物から成る表面層を形成する場合と同様であ
る。

余亘史劾里本第１発明によれば、鉄合金材料からなる被処理材料の
表面に鉄・窒素あるいは鉄・炭素・窒素の窒化物層を形
成後、前記特殊組成の処理剤を用い、７００℃以下とい
う低温においてチタン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ
族元素の一種または二種以上の元素の拡散処理を行うの
で、該被処理材料に当該元素（Ｍ）が多量に拡散した窒
化物あるいは炭窒化物から成る優れた表面層を形成する
ことができる。

また、低温で鉄合金材料を加熱するため、材料の母材に
歪みが発生しにくい。さらに、低温処理による操作性が
良好であり、多大のエネルギーを必要としない。

また、本第１発明による層は、拡散によって形成される
ため、低温で処理するにもかかわらず、拡散反応のない
ＰＶＤによる炭化物被覆、窒化物被覆の場合と異なり母
材との密着性に優れ、緻密な表面層を形成することがで
きる。また、形成された層の厚さは、実用上十分なもの
である。

また、本第１発明のチタン、クロムおよび周期律表の第
Ｖａ族元素の一種または二種以上の元素の窒化物または
炭窒化物から戒る表面層を形成する方法では、窒化処理
を行わないで当該元素（Ｍ）の炭窒化物層を形成する方
法に比べて非常に短時間にしかも多量の当該元素（Ｍ）
を拡散した表面層を形成することができる。

〔第２発明の説明〕登璽二檀底本第２発明の鉄合金材料の表面処理用処理剤（請求項（
２）記載の発明）は、チタン、クロムおよび周期律表の
第Ｖａ族元素の一種または二種以上の元素を含む材料か
らなる拡散主剤と、アルカリ金属またはアルカリ土類金
属の塩化物、弗化物、ホウ弗化物、酸化物、臭化物、ヨ
ウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種または２
種以上から成る拡散助剤と、炭素材料とからなるもので
ある。

及亘史並果本第２発明の鉄合金材料の表面処理用処理剤は、寿命が
長くかつ経時変化の少ない質の安定した処理剤である。

〔その他の発明の説明〕

前記第１発明および第２発明のその他の発明のついて、
以下に述べる。

本第１発明の鉄合金材料の表面処理方法は、先ず、鉄合
金材料からなる被処理材料の表面に、窒化処理を施して
該被処理材料の表面に窒素（Ｎ）を拡散させ、鉄−窒素
または鉄−炭素−窒素からなる窒化物層を形成する（窒
化処理工程）。

被処理材料は、鉄合金材料からなり、チタン、クロムお
よび周期律表の第Ｖａ族元素の一種または二種以上の元
素の窒化物層あるいは炭窒化物層を表面に形成する被処
理材である。該鉄合金材料としては、炭素を含むもの、
例えば、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、焼結合金等でもよく、
また純鉄のような炭素を極くわずかしか含まないもので
もよい。

さらに、鉄合金材料中の炭素含有量が多ければ、それだ
け形成される当該元素（Ｍ）の窒化物層中の炭素量も増
える。そのため形成される表面層の炭素量を増やす目的
で、窒化処理に先立って、浸炭処理等により表面部の炭
素含有量を増加させてもよく、窒化処理中に浸炭させて
もよい。なお、工業用純鉄を被処理剤とする場合には、
母材中に含有される極く微量の炭素が当該元素（Ｍ）の
炭窒化物層に入る。

窒化処理の方法は、ガス窒化、ガス軟窒化、塩浴軟窒化
、グロー放電窒化など如何なる方法でもよい。

この窒化処理により被処理材料の表面に形成した窒化物
層は、鉄と窒素とが反応した鉄の窒化物あるいは鉄と窒
素と母材中の炭素とが反応した鉄の炭窒化物から成る。

なお、該窒化物層の直下には窒素の鉄への固溶体層（拡
散層）が形成されている。そして、この鉄合金材料を当
該元素（Ｍ）を含む処理剤と共に加熱処理することによ
り窒化物層に当該元素（Ｍ）が拡散し、当該元素（Ｍ）
と上記窒化物層中の鉄との置換反応が起こる。この際、
窒化物層が鉄の炭窒化物層の場合には当該元素（Ｍ）の
炭窒化物から成る表面層が形成され、また窒化物層が鉄
の窒化物層の場合には当該元素（Ｍ）の窒化物から成る
表面層が形成される。該窒化処理した鉄合金材料に形成
させ得る表面層の最大厚さは、窒化物層の層厚さと同じ
であり、従って表面層の厚さは窒化処理によって規定さ
れる。

この窒化物層の窒化濃度は高い方が望ましく、また窒化
物層厚さは深い方が望ましいが、最も望ましいのは窒化
物層厚さが３〜１５μｍの範囲である。窒化物層厚さが
浅すぎると形成される当該元素（Ｍ）の窒化物層あるい
は炭窒化物層の厚さが薄くなり、一方法すぎると鉄合金
材料の靭性が低下するおそれがある。

次いで、チタン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ族元素
の一種または二種以上の元素を含む材料からなる拡散主
剤と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物、
弗化物、ホウ弗化物、酸化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸
塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種または２種以上から戊
る拡散助剤と、炭素材料とからなる処理剤を用意する。

拡散主剤は、チタン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ族
元累の一種または二種以上の元素を含む材料からなるも
ので、鉄合金材料の表面に拡散させる当該元素（Ｍ）を
供給するものであり、当該元素（Ｍ）を含む金属あるい
は該元素を含む化合物等を用いる。

ここで、当該元素（Ｍ）がチタンの場合は、該チタンを
含む金属あるいは該元素を含む化合物等を用いる。この
チタンを含む金属としては、チタン金属や、フェロチタ
ン等の合金が挙げられる。

また、チタンを含む化合物としては、Ｔ　Ｉ　Ｃ１ａ　
＋ＴｉＦ４．Ｎａ２ＴｉＦａ、ＴｉＯ２，ＴｉＢｒ、等
の塩化物、弗化物、酸化物、臭化物等が挙げられる。し
かし、これらチタンは、一種または二種以上用いるが、
チタン金属、フェロチタンを用いるのが最も実用的であ
る。

また、第Ｖａ族元素としては、バナジウム（■）、ニオ
ブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔ　ａ）があり、これら元素を
含む金属あるいは該元素を含む化合物等を用いる。この
第Ｖａ族元素を含む金属としては、第Ｖａ族元素の金属
やフェロバナジウム等の合金が挙げられる。また、前記
元素を含む化合物トシテハ、ＶＣｌａ　、ＮｂＣＩｓ　
、ＫｔＮｂＦｙ。

ＮｂＦｓ、ＶＦｓ　、に２　ＴａＦｔ　、Ｖｔ　Ｏｓ　
、ＮａＶＯ５、Ｎｂｚ　Ｏｓ　、Ｔａ２０５等の塩化物
、弗化物、酸化物等が挙げられる。これら第Ｖａ族元素
を含む材料は、これらのうち一種または二種以上を用い
るが、合金を用いるのが最も実用的である。

また、クロムの場合には、該クロム（Ｃｒ）を含む金属
あるいは該元素を含む化合物等を用いる。

このクロムを含む金属としては、クロム金属やフェロク
ロム等の合金が挙げられる。また、前記クロムを含む化
合物としては、ＣｒＣ１ａ、ＣｒＦｓ。

Ｃｒ２Ｏ５、に２ＣｒｚＯｓ等のクロムの塩化物、弗化
物、酸化物等が挙げられる。これらクロムを含む材料は
、これらのうち一種または二種以上を用いるが、金属ク
ロムやフェロクロムを用いるのが最も実用的である。

拡散助剤は、前記当該元素（Ｍ）が鉄合金材料の表面に
拡散する媒介となる働きをする物質である。該拡散助剤
としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化
物、弗化物、ホウ弗化物、酸化物、臭化物、ヨウ化物、
炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種または２種以上か
ら成るアルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物か
ら成るものであり、加熱処理方法によって適宜選択して
使用する。

例えば、前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属の化
合物としては、Ｎ　ａ　Ｃ１＋　　Ｃａ　Ｃｌ　２＋Ｌ
ｉＣ１，ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＫＢＦ＜、Ｎａ２ＣＯ
３，Ｌ　Ｉ　ＣＯａ、ＫＣＯａ、ＮａＮＯｓ　、Ｎａ２
Ｏ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を
使用する。なお、ＴｉやＣｒを含む化合物を使用する場
合には、第Ｖａ族元素（Ｖ、　Ｎｂ。

Ｔａ）と同時にＴｉ、Ｃｒが含まれた複合の表面層が形
成される可能性がある。

炭素材料は、鉄合金材料からなる被処理材料の表面の前
記窒化物層に前記処理剤中の当該元素（Ｍ）が拡散する
のを促進する物質としての拡散促進材である。この炭素
材料は、浴中に存在する炭窒化物層形成元素（Ｍ）が浴
中で酸化するのを抑制し、また当該元素の活性化を増大
させる還元作用により炭窒化物層の形成を促進する物質
である。具体的には、黒鉛粉末、活性炭、および棒状や
塊状の黒鉛等を用いる。該炭素材料は、灰分や酸化物な
どの不純物が数％程度混入していても所望の表面層形成
には何ら問題はない。実用的には、黒鉛粉末が望まれる
が、あまり細かいと容量が増加し、また添加時に飛散し
易くなるので作業性が悪くなる。従って、実用的には１
００メツシユ以下の粒径が好ましい。

拡散助剤として、ＶＣｌ５−ＮｂＣｌ５等の第Ｖａ族元
素のハロゲン化物を使用する場合、前記第Ｖａ族元素を
含む材料として兼用することもできる。

また、該処理剤には、前記材料以外にさらに添加剤を加
えることができる。例えば、処理剤中に加熱処理中に固
化しやすいような物質がある場合には、アルミｆ（Ａｌ
□Ｏ，）等の不活性粉末を添加することができる。これ
らの添加物の添加量は、目的に応じて任意に選択するこ
とができる。

次いで、前記処理剤中に前記窒化処理した被処理材料を
浸漬し、７００°Ｃ以下の所定の温度雰囲気において該
被処理材料を加熱拡散処理して拡散主剤中の当該元素（
Ｍ）を該被処理材料表面に拡散せしめることにより、被
処理材料表面に当該元素（Ｍ）の窒化物あるいは炭窒化
物から成る表面層を形成せしめる（拡散処理工程）。

この拡散処理方法としては、溶融塩浸漬法、溶融塩電解
法が挙げられる。

溶融塩浸漬法は、前記処理剤中の拡散助剤を溶融して溶
融浴を形成し、該溶融浴に当該元素（Ｍ）を含む材料か
らなる拡散主剤と、炭素材料を共存させて処理剤となし
、該処理剤中に被処理材料を浸漬することにより行うも
のである。この方法で拡散処理を行う場合、拡散助剤と
しては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物
、弗化物、ホウ弗化物、炭酸塩、硝酸塩、酸化物、硼酸
塩の１種または２種以上、を使用する。なお、溶融状態
を良好にするため、ＮａＣ１とＣａ　Ｃ１２との組合わ
せのように２種類以上の上記化合物を使用するのが望ま
しい。さらに、溶融浴の粘性を調節するなどの目的のた
めにＡ　ｌ　ｔ　Ｏｓ　＋　　Ｚ　ｒ　Ｏを等の酸化物
やＮａＣＮ等のシアン化合物等を添加してもよい。

前記拡散助剤からなる溶融浴に当該元素（Ｍ）を含む材
料からなる拡散主剤を共存させるのは、溶融浴中に当該
元素（Ｍ）を溶入させるためである。当該元素（Ｍ）を
含む材料を溶入きせる手段としては、該材料を粉末状（
好ましくは２００メツシユ以下）または薄板状で溶融浴
に添加する方法あるいは棒状または板状の該材料を陽極
として溶融浴中に浸漬して電解し、当該元素（Ｍ）を溶
融浴中に陽極溶解させる方法等がある。この陽極溶解に
より当該元素（Ｍ）を溶入する場合には、当該元素（Ｍ
）が迅速に溶入して作業能率を向上させることができ、
しかも未溶解の当該元素（Ｍ）を含む材料が浴底に堆積
することはないという点で有利である。なお、この場合
の陰極としては溶融浴の容器または他に挿入した導電性
物質を使用する。陽極溶解するときの陽極電流密度は、
これを大きくすれば溶入速度は大きくなるが、電解しな
くても溶入することから考えても、比較的低い電流密度
で充分である。実用上は、０，１〜０．８Ａ／Ｃイが適
当である。

浴中に溶入した当該元素（Ｍ）は、被処理材料の前記窒
化処理工程において形成された窒化物層表面に拡散して
当該元素（Ｍ）の窒化物層あるいは炭窒化物層を形成す
る。

溶融浴の容器としては黒鉛や鋼などが用いられるが、実
用上は鋼で充分である。

溶融塩電解法は、拡散助剤と炭素材料を溶融せしめた浴
に当該元素（Ｍ）を含む材料からなる拡散主剤を共存さ
せて当該元素（Ｍ）を溶入せしめた状態で、該溶融浴に
被処理材料を陰極として浸漬し、電解処理を行うもので
ある。なお、この場合、陽極として浴の容器または別に
挿入した導電性物質を用いる。

拡散助剤としては、前記溶融塩浸漬法と同様なものを使
用し、該拡散助剤を溶融した浴に当該元素（Ｍ）を含む
材料からなる拡散主剤および炭素材料を共存させて当該
元素（Ｍ）を溶入する手段も前記溶融海塩浸漬法と同様
な方法でよい。また、処理剤の溶融浴に当該元素（Ｍ）
を含む材料を陽極、被処理材料を陰極として浸漬し電解
処理を行うこともできる。この場合、当該元素（Ｍ）の
陽極溶解と表面層の形成とを同時に行うことができると
いうメリットがある。

被処理材料を浸漬して電解処理を行う場合、処理条件と
しては、陰極電流密度は２Ａ／ｃａｒ以下、実用的には
０．０５　Ａ／ｃｒｔ−０，８Ａ／ｃｒｄが適当である
。

なお、前記溶融塩浸漬法、溶融塩電解法とも大気雰囲気
あるいは保護ガス（Ｎ２　＋　Ａ　ｒ等）中いずれにて
も処理が可能である。

処理剤の配合割合は、全処理剤に対して、当該元素（Ｍ
）を含む材料からなる拡散主剤の配合割合が０．５〜３
０重量％（以下、重量％を単に％とする）、炭素材料が
０．１〜ｌＯ％含まれる範囲が好ましい。この範囲外の
場合、拡散主剤中の当該元素（Ｍ）の窒化物あるいは炭
窒化物から成る表面層を連続的に形成することが困難に
なり、また、この範囲の中心に近づくと連続的な表面層
形成が容易になる傾向にある。また、特に前記拡散促進
剤の配合量が前記範囲内の場合には、鉄合金材料からな
る被処理材料の表面への当該元素（Ｍ）の拡散量が十分
に多い窒化物或いは炭窒化物から成る表面層を形成する
ことができるからである。

なお、炭素材料のさらに好適な配合割合は、チタン、ク
ロムおよび第Ｖａ族元素を含む拡散主剤の種類によって
多少異なる。クロムや第Ｖａ族元素を含む拡散主剤の場
合は、炭素材料の配合割合を０．２〜１．０％と少なめ
に、またチタンを含む拡散主剤の場合は０．５〜３．０
％と多めにすることにより、より良好な表面層か得られ
る。これは、炭素材料が浴中に存在するチタン、クロム
および第Ｖａ族元素の酸化物形成自由エネルギーに関連
しているものと考えられる。

拡散処理の加熱温度条件は、７００℃以下である。これ
は、該加熱温度を７００℃以下の温度域とすることによ
り、被処理材料の母材が歪を受けにくくなるからである
。その下限温度としては、４５０℃とするのが好ましい
。これは、該加熱処理を４５０℃より低い温度条件下で
行った場合、当該元素（Ｍ）の窒化物あるいは炭窒化物
から成る表面層の形成速度が非常に遅いからである。実
用上は、ダイス鋼の高温焼戻し温度、構造用鋼の焼戻し
温度程度の５００〜６００℃の温度範囲が望ましい。

拡散処理の加熱時間は、長くなると表面層中の当該元素
（Ｍ）の含有量が増加する。このため、加熱処理時間は
当該元素（Ｍ）の含有量により定まるが、概ね１〜５０
時間の範囲で選ばれる。

形成する表面層の厚さは３〜１５μｍ程度が実用的であ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

実施ｔ± 直径７ｍｍ、長さ３０叩のＪＩＳ、５４５Ｃ丸棒試片を
５７０℃の塩浴中に９０分浸漬して塩浴窒化処理を施し
た。

次に、ＣａＣｌ２５２モル％とＮａＣｌ　４８モル％の
混合物の入った耐熱鋼容器を大気中の電気炉にて加熱し
て５７０℃の溶融塩浴を形成し、さらに、該浴中にフェ
ロバナジウム粉末（Ｆ　ｅ　−Ｖ：ＪＩＳ１号、１００
メツシユ以下）を全処理剤量に対して３０重量％（以下
、単に％とする）および炭素材料として黒鉛粉末（１０
０メツシユ以下）を０．５％添加して、本実施例にかか
る処理剤を用意した。

次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を５７０℃に保ち所
定時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中に
８時間浸漬し、その複核溶融塩浴から被処理材料を取り
出して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層を
形成した。

この時、前記処理剤を放置して所定時間経過した毎に、
浸漬処理後の被処理材料表面のバナジウム（Ｖ）のＸ線
強度をＥＰＭＡにて測定した。その結果を、第１図に示
す。同図中、「ｌ」が本実施例の結果を示す。

また、前記表面層のＸ線マイクロアナライザーによる分
析を行った。その結果を、第２図に示す。

同図より明らかの如く、表面層中にはＶとともにＮとＣ
とが認められた。さらに、Ｘ線回折により、窒化バナジ
ウム（ＶＮ）に相当する回折線が認められた。これらの
結果より、被処理材料の表面に形成された表面層は、（
Ｖ、Ｆｅ）（Ｎ、Ｃ）から戊るバナジウムの炭窒化物層
であることが確かめられた。

比較のため、比較用処理剤として、黒鉛粉末を添加しな
いほかは上述の本実施例の処理剤と同様の組成のものか
らなる処理剤を用意し、被処理材料に上述と同様の処理
を施し、該被処理材料に表面層を形成した。次いで、比
較用被処理材料に形成された表面層について、上述と同
様に、バナジウム（Ｖ）のＸ線強度をＥＰＭＡにて測定
した。

その結果を、第１図に併せて示す。同図中、「ＣＩ」が
本比較例を示す。

第１図より明らかの如く、炭素材料として黒鉛粉末を添
加した本実施例にかかる処理剤が、該黒鉛粉末を添加し
ていない比較用処理剤に比べてバナジウム（Ｖ）濃度が
大変高く、処理剤の寿命も長いことがわかる。

また、黒鉛粉末を添加した本処理剤と黒鉛粉末を添加し
ない比較用処理剤を用いて形成した処理浴の浴面上部、
浴底部、浴槽側部でそれぞれ被処理材料の表面処理を行
ったところ、比較用処理剤を用いた場合は浴面上部で表
面処理したときの表面層のＶ濃度がかなり低かったのに
対して、本実施例の処理剤を用いた場合はどの位置で表
面処理しても同様にバナジウム濃度が高く、処理浴中の
被処理材料の浸漬位置の違いによる炭窒化物層形成には
ほとんどばらつきがなく、安定したバナジウムの炭窒化
物層が得られていることが分る。

失施旦至ＪＩＳ　　５４５Ｃ丸棒試片（直径７印、長さ３０ｍｍ
）を、５５０℃、３時間の条件でイオン窒化処理するこ
とにより、窒化処理を施した。

次いで、実施例１と同様の組成のＣａＣＬ＋ＮａＣ１の
溶融塩浴を調整しく６００°Ｃ）、さらに、この浴中に
フェロクロム粉末（Ｆｅ−Ｃｒ：ＪＩＳ　　ＦＣｒＨ１
号、１００メツシユ以下）を全処理剤量に対して２０％
および炭素材料として黒鉛粉末（１００メツシユ以下）
を全処理剤量に対して５％添加して、本実施例にかかる
処理剤を用意した。

次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を６００°Ｃに保ち
所定時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中
に８時間浸漬し、その複核溶融塩浴から被処理材料を取
り出して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層
を形成した。

この時、前記処理剤を放置して所定時間経過した毎に、
浸漬処理後の被処理材料表面のクロム（Ｃｒ）の蛍光Ｘ
線強度を測定した。その結果を、第３図に示す。同図中
、「２」が本実施例の結果を示す。

また、被処理材料の表面に形成した表面層について、そ
の断面の金属組織を顕微鏡により観察した。該表面層の
断面の金属組織の顕微鏡写真（倍率４００倍）を、第４
図に示す。図中、ｒＡ２ｊが表面層を、「Ｂ２」が母材
をそれぞれ示す。同図より明らかの如く、該表面層は表
面の滑らかな層であり、しかも層と母材との境界は複雑
に入り組み、層厚さが約８μｍの密着性に優れた被覆層
である。

また、前記表面層のＸ線マイクロアナライザーによる分
析を行った。その結果を、第５図に示す。

同図より明らかの如く、表面層中にはＣｒとともにＮと
Ｃとが認められた。表面からの分析結果によると、約５
０％のＣｒ量が存在した。さらに、Ｘ線回折により、窒
化クロム（ＣｒＮ）に相当する回折線が認められた。こ
れらの結果より、被処理材料の表面に形成された表面層
は（Ｃｒ、Ｆｅ）（Ｎ、　　Ｃ）から成るクロムの炭窒
化物層であることが確認された。

比較のため、処理剤として、前記黒鉛粉末を添加しない
ほかは上述の本実施例の処理剤と同様の組成のものから
なる処理剤を用意し、被処理材料に上述と同様な処理を
施し、該被処理材料に表面層を形成した。次いで、比較
用被処理材料に形成された表面層について、同様に、ク
ロム（Ｃｒ）の蛍光Ｘ線強度を測定した。その結果を、
第３図に併せて示す。同図中、「Ｃ２」が本比較例を示
す。

第３図より明らかの如く、炭素材料としての黒鉛粉末を
添加した本実施例にかかる処理剤が、該黒鉛粉末を添加
していない比較用処理剤に比べてクロム（Ｃｒ）濃度が
大変高く、処理剤の寿命も長いことがわかる。また、処
理浴の被処理材料の浸漬位置の差による形成差もほとん
どなかった。

衷旌旦ユＪＩＳ、５ＵＳ４２０Ｊ２丸棒試片（直径７ｎｕｎ。

長さ３０印）を、５５０℃、３時間の条件でガス窒化処
理することにより、窒化処理を施した。

次いで、実施例１と同様の組成のＣａＣＬ＋ＮａＣｌの
溶融塩浴を調整しく５７０°Ｃ）、さらに、この浴中に
金属クロム粉末（Ｃｒ：１００メッシ二以下）を全処理
剤量に対して２０％および炭素材料として黒鉛粉末（１
００メツシユ以下）を全処理剤量に対して１０％添加し
て、本実施例にかかる処理剤を用意した。

次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を５５０℃に保ち所
定時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中に
８時間浸漬し、その後該溶融塩浴から被処理材料を取り
出して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層を
形成した。

次いで、処理剤を調整して１４日経過した浴を用いて表
面処理を行った被処理材料について、表面層の断面の金
属組織を顕微鏡により観察した結果を、第６図に示す（
倍率４００倍）。図中、「Ａ３Ｊが表面層を、「Ｂ３」
が母材をそれぞれ示す。同図から明らかの如く、該表面
層Ａ３は表面の滑らかな層であり、しかも層と母材との
境界は複雑に入り組み、層厚さが約８μｍの密着性に優
れた被覆層であった。

また、前記表面層のＸ線マイクロアナライザーによる分
析を行った。その結果を、第７図に示す。

同図より明らかの如く、表面層中にはＣｒとともにＮと
Ｃとが認められた。表面からの分析結果によると、約５
０％のＣｒ量が存在した。さらに、Ｘ線回折により、窒
化クロム（ＣｒＮ）に相当する回折線が認められた。こ
れらの結果より、被処理材料の表面に形成された表面層
は（Ｃｒ、　　Ｆ　ｅ）（Ｎ、　Ｃ）から成るクロムの
炭窒化物層であることが確認された。

第７図より明らかの如く、炭素材料としての黒鉛粉末を
添加した本実施例にかかる処理剤は、建浴後１４日経過
した浴で被処理材を処理して表面層を形成しても、該表
面層のクロム（Ｃｒ）濃度が大変高く、処理剤の寿命が
長いことが分る。

さらに、拡散主剤としての金属クロム粉末の添加量を０
．５〜２０％に、炭素材料としての黒鉛粉末の添加量を
０．５％〜ｌＯ％に調整して処理剤を用意し、上記と同
様に被処理材料を表面処理し、上記と同様に表面層の断
面組織観察および表面層のＸ線マイクロアナライザーに
よる分析を行ったところ、クロム炭窒化物よりなる層が
確認され、また、該表面層のクロム（Ｃｒ）濃度につい
て蛍光Ｘ線強度測定を行ったところ、クロム（Ｃｒ）濃
度が大変高く、処理剤の寿命も長いことがわかった。ま
た、処理浴の被処理材料の浸漬位置の差による形成差も
ほとんどなかった。

犬塵致ユＪｒＳ、５ＫＨ５１丸棒試片丸棒径６ｍＩＩ＋、長さ３
０Ｍ）を、５８０℃の塩浴中に２時間浸漬して塩浴窒化
処理を施した。

次いで、実施例１と同様の組成のＣａＣＬ＋ＮａＣ１の
溶融塩浴を調整しく５５０℃）、さらにこの浴の中央部
に４０ｘ３５Ｘ４ｍｍのＦｅ−Ｖ（Ｊ　Ｉ　Ｓ　１号）
を浸漬してこれを陽極とし、容器を陰極として０．１　
Ａ／ｃｒｌの陽極電流密度で約３時間通電した。この陽
極溶解処理により、Ｆｅ−Ｖ板の重量減から計算して、
塩浴型全体に対して約０．５％のバナジウムが洛中に溶
出した。さらに、この浴中に炭素材料としての黒鉛粉末
（１ｏＯメツシユ以下）を全処理剤量に対して５％添加
して、本実施例にかかる処理剤を用意した。

次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を５７０００に保ち
所定時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中
に９時間浸漬し、その後該溶融塩浴から被処理材料を取
り出して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層
を形成した。

この表面層について、Ｘ線マイクロアナライザーによる
分析試験を行った結果、該表面層にはＶとともにＮとＣ
とが認められ、被処理材料の表面に形成された表面層は
、ｆｆ、　　Ｆｅ）　　（Ｎ、　　Ｃ）から成るバナジ
ウムの炭窒化物層であることが確認された。

比較のため、処理剤として前記黒鉛粉末を添加しないほ
かは上述の本実施例の処理剤と同様の組成のものからな
る処理剤を用意し、被処理材料に上述と同様な処理を施
し、該被処理材料に表面層を形成した。

上記本実施例にかかる被処理材料の表面に形成された表
面層と比較用被処理材料に形成された表面層について、
バナジウム（Ｖ）の蛍光Ｘ線強度を測定したところ、黒
鉛粉末を添加した本実施例にかかる処理剤の場合の該強
度が約２０　ｃｐｓ／ｍｍ、該黒鉛粉末を添加していな
い比較用処理剤の場合の前記強度が約５〜１０ｃｐｓ／
ｍｍであり、本実施例にかかる場合は比較例に比べてバ
ナジウム（Ｖ）濃度が大変高く、また処理剤の寿命も長
く、処理浴の被処理材料の浸漬位置の差による形成差も
ほとんどなかった。

実施例５まず外径φ１０ｍｍ、内径φ７ｍｍ、長さ２５ｍｍの、
Ｊ　Ｉ　Ｓ　−８４８Ｃ円筒形試片を５７０℃、６時間
でガス軟窒化処理した。

次に、ＫＦ５０モル％とＬｉＦ５０モル％の混合物の入
った黒鉛容器を大気中の電気炉にて加熱して５５０°Ｃ
の溶融塩浴を形成し、さらに、該浴中にフェロバナジウ
ム粉末（Ｆｅ−Ｖ：ＪＩＳ１号、Ｉ００メツシュ以下）
を全処理剤量に対して２０重量％（以下、単に％とする
）および炭素材料としての黒鉛粉末（１００メツシユ以
下）を全処理剤量に対して５％添加して、本実施例にか
かる処理剤を用意した。

次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を５２０℃に保ち所
定時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中に
９時間浸漬し、その後該溶融塩浴から被処理材料を取り
出して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層を
形成した。

次に、処理剤を調整して１４日経過した浴を用いて表面
処理を行った被処理材料について、表面層の断面組織を
顕微鏡により観察したところ、該表面層は実施例１と同
様に表面の滑らかな層であり、しかも層と母材との境界
は複雑に入り組み、密着性に優れた被覆層であった。

また、前記表面層のＸ線マイクロアナライザーによる分
析を行った。その結果、表面層中にはＶとともにＮとＣ
とが認められた。表面からの分析結果によると、約５５
％のＶ量が存在した。さらに、Ｘ線回折により、窒化バ
ナジウム（ＶＮ）に相当する回折線が認められた。これ
らの結果より、被処理材料の表面に形成された表面層は
、（Ｖ。

Ｆｅ）（Ｎ、Ｃ）から成るバナジウムの炭窒化物層であ
ることが確かめられた。

なお、本実施例の処理剤からなる溶融塩浴では、被処理
材料を上部、底部、浴槽側部などどのような位置で浸漬
・表面処理しても同様の結果が得られた。

実施例６実施例１と同様にしてＪＩＳ、５４５Ｃ丸棒試片（直径
７ｍｍ、長さ３０ｍｍ）を塩浴窒化処理した。

次に、ＣａＣｌ２５２モル％とＮａＣｌ　４８モル％の
混合物の入った耐熱鋼容器を大気中の電気炉にて加熱し
て５７０℃の溶融塩浴を形成し、さらに、該浴中に一３
５０メツシュの金属ニオブ粉末（９９，９％純度）を全
処理剤量に対して２０％および炭素材料としての黒鉛粉
末（１００メツシユ以下）を５％添加して、本実施例に
かかる処理剤を用意した。

次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を５７０°Ｃに保ち
所定時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中
に８時間浸漬し、その後該溶融塩浴から被処理材料を取
り出して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層
を形成した。形成された表面層をＸ線マイクロアナライ
ザーにより分析した結果ところ第８図に示すように、表
面層にはＮｂの他、ＮとＣが認められた。また、Ｘ線回
折により、窒化ニオビウムＮｂＮの回折線とよく−致し
、従って表面層には（Ｎｂ、Ｆｅ）（Ｃ，Ｎ）となるこ
とが確かめられた。

また、金属ニオブ粉末を５％、黒鉛粉末を１％添加して
作製した処理剤を用いて、前記と同様の実験を行ったと
ころ、表面層は（Ｎｂ、Ｆｅ）（Ｃ，Ｎ）から成るニオ
ブの炭窒化物層であることが確かめられた。

実施例７ＪＩＳ、５４５Ｃ丸棒試片（直径６闘、長さ３０ｒｒｆ
ｎ）を、５７０℃の塩浴中に９０分浸漬して塩浴窒化処
理を施した。

次いで、実施例１と同様の組成のＣａＣ１□＋ＮａＣｌ
の溶融塩浴を調整しく５７０℃）、さらに、この浴中に
フェロバナジウム粉末（Ｆｅ−Ｖ：ＪＩＳ１号、１００
メツシユ以下）を全処理剤量に対して２０％を添加し、
さらに炭素材料として黒鉛棒（φ１３ｍｎ＋、長さ２５
０ｍｍ）を５本装入して、本実施例にかかる処理剤を用
意した。

次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を５７０°Ｃに保ち
所定時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中
に８時間浸漬し、その後該溶融塩浴から被処理材料を取
り出して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層
を形成した。なお、この８時間浸漬処理により、黒鉛棒
の浴中への溶入量は全処理剤量に対して０．１％であっ
た。

この時、前記処理剤を放置して所定時間経過した毎に、
浸漬処理後の被処理材料表面のバナジウム（Ｖ）のＸ線
強度をＥＰＭＡにて測定した。その結果を、第９図に示
す。同図中、「７」が本実施例の結果を示す。

また、この表面層をＸ線回折した結果、窒化バナジウム
（ＶＮ）に相当する回折線が認められた。

この結果より、被処理材料の表面に形成された表面層は
、ｆｆ、　Ｆｅ）　　（Ｎ、　Ｃ）から成るバナジウム
の炭窒化物層であることが確かめられた。

比較のため、処理剤として前記黒鉛棒装入しないほかは
上述の本実施例の処理剤と同様の組成のものからなる処
理剤を用意し、被処理材料に上述と同様な処理を施し、
該被処理材料に表面層を形成した。次いで、比較用被処
理材料に形成された表面層について、同様に、バナジウ
ム（Ｖ）のＸ線強度をＥＰＭＡにて測定した。その結果
を、第９図に併せて示す。同図中、「Ｃ７」が本比較例
を示す。

第９図より明らかの如く、炭素材料としての黒鉛棒を装
入した本実施例にかかる処理剤が、該黒鉛棒を装入して
いない比較用処理剤に比べてバナジウム（Ｖ）濃度が大
変高く、また処理剤の寿命も長いことがわかる。

実施例８先ず、実施例１と同様にして、ＪＩＳ　　５４５Ｃ丸棒
試片（直径７ｍｍ、長さ３０Ｍ）を塩浴窒化処理を施し
た。次に、実施例１と同様の組成のＣａＣ１２＋Ｎａ　
Ｃ１（７）溶融塩浴を調整しく５７０’Ｃ）、さらに、
この洛中にＶＣｌ、粉末（３２ｏメツシユ以下）を全処
理剤量に対して７．４％および炭素材料としての黒鉛粉
末（１００メツシユ以下）を全処理剤量に対して５％添
加して、本実施例にかかる処理剤を用意した。次いで、
該処理剤からなる溶融塩浴を５２０℃に保ち所定時間放
置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中に８時間浸
漬し、その後該溶融塩浴から被処理材料を取り出して、
油冷した。これにより、被処理材料に表面層を形成した
。この表面層をＸ線回折した結果、実施例１と同様に窒
化バナジウム（Ｖ　Ｎ）が同定され、またＸ線マイクロ
アナライザー分析の結果から、該表面層は（Ｖ、Ｆｅ）
（Ｎ、Ｃ）から成るバナジウムの炭窒化物層であること
が確かめられた。

実施例９先ず、実施例１と同様にして、ＪＩＳ　　５４５Ｃ丸棒
試片（直径７ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を塩浴窒化処理を施
した。次に、実施例１と同様の組成のＣａＣＩ　Ｒ＋Ｎ
ａ　Ｃ１の溶融塩浴を調整しく５７０°Ｃ）、さらに、
この浴中にチタン粉末（１００メツシユ以下）を全処理
剤量に対して３０％および炭素材料としての黒鉛粉末（
１００メツシユ以下）を全処理剤量に対して３％添加し
て、本実施例にかかる処理剤を用意した。次いで、該処
理剤からなる溶融塩浴を５７０℃に保ち所定時間放置・
経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中に８時間浸漬し
、その後該溶融塩浴から被処理材料を取り出して、空冷
した。これにより、被処理材料に表面層を形成した。こ
の表面層の断面の金属組織を顕微鏡により観察したとこ
ろ、第４図と同様に該表面層は表面が滑らかな健全な層
であり、しかも該表面層と母材との境界は複雑に入り組
み、層厚さが約６μｍの被覆層であった。さらに、Ｘ線
回折やＸ線マイクロアナライザー分析の結果から、該表
面層は（Ｔｉ、Ｆｅ）（Ｎ、Ｃ）から成るチタンの炭窒
化物層であることが確かめられた。また、処理剤調整後
７日経過した浴を用いて、浴面上部および中間の深さの
ところで処理を行った被処理材料について表面から分析
したところ、何れも約４０％のＴｉ量が存在した。

比較のため、処理剤として黒鉛粉末を添加しないほかは
上述の本実施例の処理剤と同様の組成のものからなる処
理剤を用意し、７日経過した浴を用いて該被処理材料に
表面層を形成した。表面からの分析結果より、Ｔｉ量が
かなり低く、また浴面上部で表面処理した表面層の厚さ
も薄かった。

次に、前記本実施例の処理剤に対して、さらに金属チタ
ン粉末を１０％、黒鉛粉末を０．５％添加して作製した
処理剤を用いて、前記と同様の実験を行ったところ、表
面層は（Ｔｉ、Ｆｅ）（Ｎ。

Ｃ）から成るチタンの炭窒化物層であることが確かめら
れた。また、黒鉛粉末を添加しない比較用処理剤と浴寿
命を比較したところ、この黒鉛粉末を添加した処理剤の
方の寿命が長いことが分かった。

以上の結果より明らかの如く、炭素材料としての黒鉛粉
末を添加した本実施例にかかる処理剤が、該黒鉛粉末を
添加していない比較用処理剤に比べてチタン（Ｔｉ）濃
度が大変高く、また処理剤の寿命も長く、処理浴の形成
範囲の大きいことがわかる。

実施例１Ｏまず、ＪＩＳＳＫＨ５１丸棒試片（直径６帥。

長さ３０ｍｍ）を５８０℃の塩浴中に２時間浸漬して塩
浴窒化処理を施した。次に、Ｌ　Ｉ　ＣＯｓ　４５モル
％、Ｋ２　Ｃ０，２５モル％、ＮａｚＣＯａ　３０モル
％の混合物の入った耐熱鋼容器を大気中の電気炉にて加
熱して５７０℃の溶融塩浴を形成し、さらに、該浴中に
金属クロム粉末（Ｃｒ：２５０メツシユ以下）を全処理
剤量に対して３０重量％（以下、単に％とする）および
炭素材料としての黒鉛粉末（１００メツシユ以下）を全
処理剤量に対して１％添加して、本実施例にかかる処理
剤を用意した。次いで、該処理剤からなる溶融塩浴を５
７０℃に保ち所定時間放置・経過後、前記被処理材料を
該溶融塩浴中に９時間浸漬し、その後該溶融塩浴から被
処理材料を取り出して、空冷した。

これにより、被処理材料に表面層を形成した。この表面
層は、処理浴のどの位置で処理しても表面の滑らかな層
であり、しかも層と母材との境界は複雑に入り組み、密
着性に優れた約５μｍ厚さの被覆層である。また、Ｘ線
マイクロアナライザーによる表面からの分析結果による
と、約６０％のＣｒとともにＮとＣが存在した。さらに
、Ｘ線回折の結果、ＣｒＮに相当する回折線が認められ
た。

これより、形成された表面層は、（Ｃｒ、Ｆｅ）（Ｎ、
　　Ｃ）からなるクロムの炭窒化物層であることが確か
められた。

次に、前記本実施例の処理剤に対して、さらに金属クロ
ム粉末を１０％、黒鉛粉末を５％添加して作製した処理
剤を用いて、前記と同様の実験を行ったところ、表面層
は（Ｃｒ、Ｆｅ）（Ｎ、Ｃ）からなるクロムの炭窒化物
層であることが確かめられた。

叉施剋土上先ず、ＪＩＳ　５４５Ｃ丸棒試片（直径６．５ｍｍ。

長さ４０ｍｍ）を用意し、実施例１と同様にして塩浴窒
化処理を施した。次に、実施例１と同様の組成のＣａＣ
Ｌ　＋ＮａＣ１の溶融塩浴を調整しく６００℃）、さら
に、この浴中に純クロム粉末（Ｃｒ、１００メツシユ以
下）を全処理剤量に対して２５％および炭素材料として
黒鉛粉末（１００メツシユ以下）を全処理剤量に対して
５％添加して、本実施例にかかる処理剤を用意した。次
いで、該処理剤からなる溶融塩浴を６００℃に保ち所定
時間放置・経過後、前記被処理材料を該溶融塩浴中に８
時間浸漬し、その後該溶融塩浴から被処理材料を取り出
して、油冷した。これにより、被処理材料に表面層を形
成した。

これより形成された表面層をＸ線回折で分析した結果（
Ｃｒ、Ｆｅ）ｇ　（Ｃ，Ｎ）＋　（Ｃｒ、Ｆｅ）（Ｃ，
Ｎ）に相当する回折線が認められ、表面層はクロムの炭
窒化物層であることが確認された。

次に、表面処理した被処理材料について、ガス浸炭焼入
されたＪＩＳ−８ＣＭ４１５を相手材としてファビリー
試験機により乾式、荷重２００ｋｇ、回転数３００ｒ、
ｐ、ｍ、、摩擦速度０．１ｍ／ｓｅｅの条件で摩擦試験
を行った。なお比較のために、ＪＩＳＳ４５Ｃ丸棒試片
（比較例Ｃ１１−１）およびこの丸棒試片に窒化処理を
施した試片（比較例Ｃ１１−２）についても、同様に摩
擦試験を実施した。

その結果、比較例Ｃ１１−１は約３秒の試験時間で焼付
き、約９０　ｋｇ／ｍｍ２の摩耗量を示した。また、比
較例Ｃ１１−２は３分の試験時間では焼付かなかったが
、約３５　ｋｇ／ｍｍ”の大きな磨耗量を示した。これ
に対して本実施例の場合は、３分の試験時間で磨耗量は
ほとんど認められず、また焼付いた形跡も認められなか
った。

なお、９００℃の高温度の溶融塩浴中に３時間浸漬して
約３μｍ厚さの炭化バナジウム層（ＶＣ）を被覆したＪ
ＩＳ、５４５Ｃ試片および８５０℃、４時間の条件で化
学蒸着法（ＣＶＤ）により約７μｍの厚さのＴｉ（ＣＮ
）からなるチタンの炭窒化物層を被覆したＪＩＳＸＳ４
５Ｃ試片についても、前記と同様に摩擦試験を行った結
果、上記本実施例と同様な摩耗量を示した。この結果よ
り、本実施例で形成した表面層は、高温での溶融塩浸漬
法やＣＶＤ法により形成した表面層と耐摩耗性や耐焼付
性の点において同等の性能が得られていることがわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例１を示し、第１図
はその処理剤の経過日数とＶのＥＰＭＡ−Ｘ線強度との
関係を示す線図、第２図はその被処理材料の表面層のＸ
線マイクロアナライザー分析結果を示す図、第３図ない
し第５図は本発明の実施例２を示し、第３図は処理剤の
経過日数とＣｒの蛍光Ｘ線強度との関係を示す線図、第
４図は被処理材料に形成された表面層の断面の金属組織
を示す顕微鏡写真図（４００倍）、第５図は被処理材料
の表面層のＸ線マイクロアナライザー分析結果を示す図
、第６図および第７図は本発明の実施例３を示し、第６
図は被処理材料に形成された表面層の断面の金属組織を
示す顕微鏡写真図（４００倍）、第７図は被処理材料の
表面層のＸ線マイクロアナライザー分析結果を示す図、
第８図は本発明の実施例６における被処理材料の表面層
のＸ線マイクロアナライザー分析結果を示す図、第９図
は本発明の実施例７における処理剤の経過日数とＶの蛍
光Ｘ線強度との関係を示す線図である。ｌ、２．７　・・・　本実施例ＣＩ、Ｃ２、Ｃ７・・・　比較例Ａ２、Ａ３　・・・　表面層Ｂ２、Ｂ３・・・母材第７図第４［禎第６図２第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄合金材料からなる被処理材料の表面に、窒化処
理を施して鉄−窒素または鉄−炭素−窒素からなる窒化
物層を形成する窒化処理工程と、チタン、クロムおよび
周期律表の第Ｖａ族元素の一種または二種以上の元素を
含む材料からなる拡散主剤と、アルカリ金属またはアル
カリ土類金属の塩化物、弗化物、ホウ弗化物、酸化物、
臭化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１
種または２種以上から成る拡散助剤と、炭素材料とから
なる処理剤を用意する工程と、該処理剤中に前記窒化処理した被処理材料を浸漬し、７
００℃以下の所定の温度雰囲気において該被処理材料を
拡散処理してチタン、クロムおよび第Ｖａ族元素の一種
または二種以上の元素を該被処理材料表面に拡散させる
ことにより、被処理材料表面にチタン、クロムおよび第
Ｖａ族元素の一種または二種以上の元素の窒化物あるい
は炭窒化物から成る表面層を形成せしめる拡散処理工程
と、からなることを特徴とする鉄合金材料の表面処理方
法。
（２）チタン、クロムおよび周期律表の第Ｖａ族元素の
一種または二種以上の元素を含む材料からなる拡散主剤
と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物、弗
化物、ホウ弗化物、酸化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩
、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種または２種以上から成る
拡散助剤と、炭素材料とからなることを特徴とする鉄合
金材料の表面処理用処理剤。