JPH0369986B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0369986B2 JPH0369986B2 JP58191751A JP19175183A JPH0369986B2 JP H0369986 B2 JPH0369986 B2 JP H0369986B2 JP 58191751 A JP58191751 A JP 58191751A JP 19175183 A JP19175183 A JP 19175183A JP H0369986 B2 JPH0369986 B2 JP H0369986B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- nitrogen
- ion nitriding
- range
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
この発明は、Ni基合金の表面にイオン窒化処
理により硬化層を形成する方法に関するものであ
る。 一般に、例えばモーターボートや上陸用舟艇な
どの特殊船舶のプロペラや、耐食耐熱バルブ、さ
らに射出成形機の金型、シリンダ、およびスクリ
ユ部材などの製造には、高強度と耐食性、さらに
耐熱性が要求されることから、これらの特性を具
備した各種のNi基合金が用いられている。 しかし、これらのNi基合金は、上記の通り高
強度、並びにすぐれた耐食性および耐熱性を有す
るものの、反面相対的に硬さが低く、耐摩耗性が
十分でないために比較的短かい使用寿命しか示さ
ない。 かかる点から、Ni基合金の表面を硬化して、
耐摩耗性を確保しようとする試みもなされたが、
未だNi基合金の表面に硬化層を形成できた成功
例を見ないのが現状である。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、Ni基合金の表面硬化をはかるべく研究を行
なつた結果、Ni基合金を、重量％で（以下％は
重量％を示す）、 Cr：10〜40％、 を含有し、さらに、 AlおよびTiのうちの１種または２種：0.1〜12
％、 を含有するNi基合金に特定した上で、これに、 0.5％〜15torrの範囲内の所定圧力の窒素雰囲
気または窒素と水素の混合ガス雰囲気（望ましく
は容量比で、H2／N2：４以下）中のグロー放電
下、500〜700℃の範囲内の所定温度でイオン窒化
処理を施すと、イオン状になつた窒素が合金表面
から浸入し、合金成分であるCrと結合して窒化
クロムを形成し、この反応は合金中に同じく合金
成分として含有するAlおよびTiによつて一段と
促進されるようになり、この窒化クロムはきわめ
て硬質なので、前記Ni基合金表面は硬化される
ようになるという研究結果を得たのである。 この発明は、上記の研究結果にもとづいてなさ
れたものであつて、 Cr：10〜40％、 を含有し、さらに、 AlおよびTiのうちの１種または２種：0.1〜12
％、 を含有するNi基合金に、 0.5％〜15torrの範囲内の所定圧力の窒素雰囲
気または窒素と水素の混合ガス雰囲気中のグロー
放電下、500〜700℃の範囲内の所定温度でイオン
窒化処理を施すことにより上記Ni基合金の表面
に硬化層を形成する方法に特徴を有するものであ
る。 つぎに、この発明の方法において、条件を上記
の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ni基合金中のCr、Al、およびTiの含有量 Cr成分は、イオン窒化処理に際して、合金
表面から侵入した窒素と結合して硬質の窒化ク
ロムを形成し、もつて合金表面に高硬度を有す
る硬化層を形成するのに不可欠の成分である
が、その含有量が10％未満では窒化クロムの形
成が少なすぎて所望の高硬度を有する硬化層を
形成することができず、一方40％を越えて含有
させると、合金自体のもつ特性が損なわれるよ
うになることから、Cr含有量を10〜40％と定
めた。また、合金中に合金成分として含有する
AlおよびTiには、イオン窒化による表面硬化
層の形成を一段と促進する作用があるが、その
含有量が0.5％未満では所望の促進効果が得ら
れず、一方12％を越えて含有させると、合金の
靭性が低下するようになることから、その含有
量を0.5〜12％と定めた。 (b) 雰囲気 イオン窒化は、グロー放電下、窒素雰囲気お
よび窒素と水素の混合ガス雰囲気のいずれでも
行なうことができるが、窒素と水素の混合ガス
雰囲気の方が、水素によつて合金表面の活性化
がはかられ、イオン窒化が促進されるようにな
るので望ましい。しかし、この場合、H2／N2
の容量比が４を越えると、イオン化窒素の量が
相対的に少なくなつて窒化速度が遅くなり、長
い処理時間が必要となるので、H2／N2の容量
比は４以下、望ましくは1/10〜４としなければ
ならない。 (c) 雰囲気圧力 雰囲気圧力が0.5torr未満でも、また15torrを
越えてもグロー放電が不安定で窒素および水素
のイオン（N+、H+）の生成が不十分となり、
所望のイオン窒化を行なうことができないの
で、雰囲気圧力を0.5〜15torrの減圧下と定め
た。 (d) 処理温度 その温度が500℃未満では合金表面への窒素
イオンの侵入が十分に行なわれず、一方700℃
を越えた処理温度にすると、形成した窒化クロ
ムが粗大化するようになるばかりでなく、炭化
クロムやその他の硬質粒子が分散析出するよう
になつて合金自体の靭性が著しく低下するよう
になることから、その温度を500〜700℃と定め
た。 つぎに、この発明の表面硬化法を実施例により
具体的に説明する。 実施例 通常の真空溶解炉を用いて、それぞれ第１表に
示される成分組成をもつた、Ni基合金を溶製し
た後、直径：80mmφ×高さ：150mmの寸法をもつ
たインゴツトに鋳造し、このインゴツトに通常の
条件で、熱間鍛造、熱間圧延、および冷間圧延を
施して板厚：２mmの板材とし、この板材より平
面：10□の試験片を切出し、この試験片を陰極と
し、これに、同じく第１表に示される条件で３時
間のグロー放電を利用したイオン窒化処理を施す
ことによつて本発明法１〜10および比較法１〜４
をそれぞれ実施した。 なお、比較法１〜４は、Ni基合金がAlおよび
Tiを含有せず、かつCr含有量がこの発明の範囲
から低い方に外れた場合、およびイオン窒化処理
条件のうちのいずれかの条件（第１表に※印を付
す）がこの発明の範囲から外れた場合を示すもの
である。 第１表には、イオン窒化処理後の表面硬さをビ
ツカース硬さで示したが、本発明法１〜10におい
ては、いずれも高硬度を有する表面硬化層が形成
され、所望の表面硬化が行なわれているのに
理により硬化層を形成する方法に関するものであ
る。 一般に、例えばモーターボートや上陸用舟艇な
どの特殊船舶のプロペラや、耐食耐熱バルブ、さ
らに射出成形機の金型、シリンダ、およびスクリ
ユ部材などの製造には、高強度と耐食性、さらに
耐熱性が要求されることから、これらの特性を具
備した各種のNi基合金が用いられている。 しかし、これらのNi基合金は、上記の通り高
強度、並びにすぐれた耐食性および耐熱性を有す
るものの、反面相対的に硬さが低く、耐摩耗性が
十分でないために比較的短かい使用寿命しか示さ
ない。 かかる点から、Ni基合金の表面を硬化して、
耐摩耗性を確保しようとする試みもなされたが、
未だNi基合金の表面に硬化層を形成できた成功
例を見ないのが現状である。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、Ni基合金の表面硬化をはかるべく研究を行
なつた結果、Ni基合金を、重量％で（以下％は
重量％を示す）、 Cr：10〜40％、 を含有し、さらに、 AlおよびTiのうちの１種または２種：0.1〜12
％、 を含有するNi基合金に特定した上で、これに、 0.5％〜15torrの範囲内の所定圧力の窒素雰囲
気または窒素と水素の混合ガス雰囲気（望ましく
は容量比で、H2／N2：４以下）中のグロー放電
下、500〜700℃の範囲内の所定温度でイオン窒化
処理を施すと、イオン状になつた窒素が合金表面
から浸入し、合金成分であるCrと結合して窒化
クロムを形成し、この反応は合金中に同じく合金
成分として含有するAlおよびTiによつて一段と
促進されるようになり、この窒化クロムはきわめ
て硬質なので、前記Ni基合金表面は硬化される
ようになるという研究結果を得たのである。 この発明は、上記の研究結果にもとづいてなさ
れたものであつて、 Cr：10〜40％、 を含有し、さらに、 AlおよびTiのうちの１種または２種：0.1〜12
％、 を含有するNi基合金に、 0.5％〜15torrの範囲内の所定圧力の窒素雰囲
気または窒素と水素の混合ガス雰囲気中のグロー
放電下、500〜700℃の範囲内の所定温度でイオン
窒化処理を施すことにより上記Ni基合金の表面
に硬化層を形成する方法に特徴を有するものであ
る。 つぎに、この発明の方法において、条件を上記
の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ni基合金中のCr、Al、およびTiの含有量 Cr成分は、イオン窒化処理に際して、合金
表面から侵入した窒素と結合して硬質の窒化ク
ロムを形成し、もつて合金表面に高硬度を有す
る硬化層を形成するのに不可欠の成分である
が、その含有量が10％未満では窒化クロムの形
成が少なすぎて所望の高硬度を有する硬化層を
形成することができず、一方40％を越えて含有
させると、合金自体のもつ特性が損なわれるよ
うになることから、Cr含有量を10〜40％と定
めた。また、合金中に合金成分として含有する
AlおよびTiには、イオン窒化による表面硬化
層の形成を一段と促進する作用があるが、その
含有量が0.5％未満では所望の促進効果が得ら
れず、一方12％を越えて含有させると、合金の
靭性が低下するようになることから、その含有
量を0.5〜12％と定めた。 (b) 雰囲気 イオン窒化は、グロー放電下、窒素雰囲気お
よび窒素と水素の混合ガス雰囲気のいずれでも
行なうことができるが、窒素と水素の混合ガス
雰囲気の方が、水素によつて合金表面の活性化
がはかられ、イオン窒化が促進されるようにな
るので望ましい。しかし、この場合、H2／N2
の容量比が４を越えると、イオン化窒素の量が
相対的に少なくなつて窒化速度が遅くなり、長
い処理時間が必要となるので、H2／N2の容量
比は４以下、望ましくは1/10〜４としなければ
ならない。 (c) 雰囲気圧力 雰囲気圧力が0.5torr未満でも、また15torrを
越えてもグロー放電が不安定で窒素および水素
のイオン（N+、H+）の生成が不十分となり、
所望のイオン窒化を行なうことができないの
で、雰囲気圧力を0.5〜15torrの減圧下と定め
た。 (d) 処理温度 その温度が500℃未満では合金表面への窒素
イオンの侵入が十分に行なわれず、一方700℃
を越えた処理温度にすると、形成した窒化クロ
ムが粗大化するようになるばかりでなく、炭化
クロムやその他の硬質粒子が分散析出するよう
になつて合金自体の靭性が著しく低下するよう
になることから、その温度を500〜700℃と定め
た。 つぎに、この発明の表面硬化法を実施例により
具体的に説明する。 実施例 通常の真空溶解炉を用いて、それぞれ第１表に
示される成分組成をもつた、Ni基合金を溶製し
た後、直径：80mmφ×高さ：150mmの寸法をもつ
たインゴツトに鋳造し、このインゴツトに通常の
条件で、熱間鍛造、熱間圧延、および冷間圧延を
施して板厚：２mmの板材とし、この板材より平
面：10□の試験片を切出し、この試験片を陰極と
し、これに、同じく第１表に示される条件で３時
間のグロー放電を利用したイオン窒化処理を施す
ことによつて本発明法１〜10および比較法１〜４
をそれぞれ実施した。 なお、比較法１〜４は、Ni基合金がAlおよび
Tiを含有せず、かつCr含有量がこの発明の範囲
から低い方に外れた場合、およびイオン窒化処理
条件のうちのいずれかの条件（第１表に※印を付
す）がこの発明の範囲から外れた場合を示すもの
である。 第１表には、イオン窒化処理後の表面硬さをビ
ツカース硬さで示したが、本発明法１〜10におい
ては、いずれも高硬度を有する表面硬化層が形成
され、所望の表面硬化が行なわれているのに
【表】
対して、比較法１〜４に見られるように、Ni基
合金の組成が、この発明の範囲から外れたり、イ
オン窒化処理条件のうちのいずれかの条件がこの
発明の範囲から外れたりすると、十分な表面硬化
処理を行なうことができないことが明らかであ
る。 上述のように、この発明の表面硬化法によれ
ば、従来表面硬化が不可能であつたNi基合金の
表面に、実用に際してすぐれた耐摩耗性を示す高
硬度の表面硬化層を形成することができるのであ
る。
合金の組成が、この発明の範囲から外れたり、イ
オン窒化処理条件のうちのいずれかの条件がこの
発明の範囲から外れたりすると、十分な表面硬化
処理を行なうことができないことが明らかであ
る。 上述のように、この発明の表面硬化法によれ
ば、従来表面硬化が不可能であつたNi基合金の
表面に、実用に際してすぐれた耐摩耗性を示す高
硬度の表面硬化層を形成することができるのであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Cr：10〜40重量％、 を含有し、さらに、 AlおよびTiのうちの１種または２種：0.1〜12
重量％、 を含有するNi基合金に、 0.5〜15torrの範囲内の所定圧力の窒素雰囲気
または窒素と水素の混合ガス雰囲気中のグロー放
電下、500〜700℃の範囲内の所定温度でイオン窒
化処理を施すことを特徴とするNi基合金のイオ
ン窒化による表面硬化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19175183A JPS6086263A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Ｆｅ基、Νｉ基、およびＣｏ基合金のイオン窒化による表面硬化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19175183A JPS6086263A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Ｆｅ基、Νｉ基、およびＣｏ基合金のイオン窒化による表面硬化法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086263A JPS6086263A (ja) | 1985-05-15 |
| JPH0369986B2 true JPH0369986B2 (ja) | 1991-11-06 |
Family
ID=16279893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19175183A Granted JPS6086263A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Ｆｅ基、Νｉ基、およびＣｏ基合金のイオン窒化による表面硬化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6086263A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6274066A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-04 | Hitachi Cable Ltd | 押出機部品の耐食性向上方法 |
| FR2630133B1 (fr) * | 1988-04-18 | 1993-09-24 | Siderurgie Fse Inst Rech | Procede pour l'amelioration de la resistance a la corrosion de materiaux metalliques |
| GB8823668D0 (en) * | 1988-10-08 | 1988-11-16 | Tecvac Ltd | Surface treatment of metals & alloys |
| JP2013155393A (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-15 | Toyota Central R&D Labs Inc | 被覆部材およびその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS531141A (en) * | 1976-06-25 | 1978-01-07 | Hitachi Ltd | Metal treating process |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP19175183A patent/JPS6086263A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6086263A (ja) | 1985-05-15 |
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