JPH04103755A - 表面被覆鋼製品及びその製造方法 - Google Patents
表面被覆鋼製品及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH04103755A JPH04103755A JP22007590A JP22007590A JPH04103755A JP H04103755 A JPH04103755 A JP H04103755A JP 22007590 A JP22007590 A JP 22007590A JP 22007590 A JP22007590 A JP 22007590A JP H04103755 A JPH04103755 A JP H04103755A
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- Japan
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- layer
- metal
- coated steel
- steel
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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。
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〕
本発明は表面被覆鋼製品に関し、特に、耐久性に優れる
表面被覆鋼製品およびその製造方法に関する。
表面被覆鋼製品およびその製造方法に関する。
工具や金型などの鋼製品の表面を改質する方法としては
、表面に窒化層、炭化層及び／又は炭窒化層（これらを
以下表面硬化層という）を形成して鋼製品の表面を硬化
する表面硬化法、およびＰＶＤ法やＣＶＤ法により調製
品の表面に硬質被膜を形成する方法がある。しかしなが
ら、表面に硬質被膜を形成した場合には、これらの被膜
は脆いため剥離が生じ易く、−旦このような剥離が生じ
ると柔らかい下地の摩耗が進行するという問題がある。
、表面に窒化層、炭化層及び／又は炭窒化層（これらを
以下表面硬化層という）を形成して鋼製品の表面を硬化
する表面硬化法、およびＰＶＤ法やＣＶＤ法により調製
品の表面に硬質被膜を形成する方法がある。しかしなが
ら、表面に硬質被膜を形成した場合には、これらの被膜
は脆いため剥離が生じ易く、−旦このような剥離が生じ
ると柔らかい下地の摩耗が進行するという問題がある。
そこで、その解決法として、これらの表面改質法の複合
、すなわち鋼製品の表面を硬化した後に該鋼製品の表面
に硬質被膜を形成する方法が提案されている（例えば特
開昭５８−６４３７７号公報）。
、すなわち鋼製品の表面を硬化した後に該鋼製品の表面
に硬質被膜を形成する方法が提案されている（例えば特
開昭５８−６４３７７号公報）。
この方法は、真室容器内に高速度工具鋼、合金工具鋼等
の工具を保持してグロー放電によりその表面に窒化層又
は炭窒化層を形成した後、引続き大気から遮断して同一
容器内でイオンプレーティング法によって前記窒化層又
は炭窒化層の上にＴｉ。
の工具を保持してグロー放電によりその表面に窒化層又
は炭窒化層を形成した後、引続き大気から遮断して同一
容器内でイオンプレーティング法によって前記窒化層又
は炭窒化層の上にＴｉ。
Ｚｒ、 Ｈｆ、 Ｖ、 Ｎｂ及びＴａの炭化物、窒化
物および炭窒化物の１種又は２種以上の被覆層を形成す
るものである。
物および炭窒化物の１種又は２種以上の被覆層を形成す
るものである。
しかし、上記の方法による硬質被膜は硬度は高いが耐酸
化性に劣り、高温雰囲気では膜物質が酸化されて空孔の
多い酸化物に変質して膜が破壊するという問題点がある
。特に切削工具などで重切削を行なった場合には切削時
の摩擦熱により切削工具が高温となり、その結果生成し
た酸化物層は切削時の摩擦により脱落するため膜の破壊
は象、速に進行するという欠点がある。この問題は特に
下地に表面硬化層を設けた場合には下地の塑性変形がほ
とんど起こらないために硬質被膜に加わる力は表面硬化
層を設けない場合に比べて大きくなり膜の酸化による破
壊は著しくなる。
化性に劣り、高温雰囲気では膜物質が酸化されて空孔の
多い酸化物に変質して膜が破壊するという問題点がある
。特に切削工具などで重切削を行なった場合には切削時
の摩擦熱により切削工具が高温となり、その結果生成し
た酸化物層は切削時の摩擦により脱落するため膜の破壊
は象、速に進行するという欠点がある。この問題は特に
下地に表面硬化層を設けた場合には下地の塑性変形がほ
とんど起こらないために硬質被膜に加わる力は表面硬化
層を設けない場合に比べて大きくなり膜の酸化による破
壊は著しくなる。
本発明の目的は上記従来の表面被覆鋼製品の欠点を解消
し、より耐酸化性の高い表面被覆鋼製品及びその製造方
法を提供することにある。
し、より耐酸化性の高い表面被覆鋼製品及びその製造方
法を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明は、表面に窒化層、炭化
層及び／又は炭窒化層を形成した銅系金属母材の該層上
にイオンプレーティング法によりＴｉ、 Ｚｒ、 Ｈｆ
、 Ｖ、 Ｎｂ及びＴａの少なくとも１種とＡｌから
なる炭化物、窒化物及び／又は炭窒化物の被覆層を形成
した点に特徴がある。
層及び／又は炭窒化層を形成した銅系金属母材の該層上
にイオンプレーティング法によりＴｉ、 Ｚｒ、 Ｈｆ
、 Ｖ、 Ｎｂ及びＴａの少なくとも１種とＡｌから
なる炭化物、窒化物及び／又は炭窒化物の被覆層を形成
した点に特徴がある。
本発明に用いられる銅系金属母材としては、例えば構造
用鋼、ばね鋼、軸受鋼、工具鋼、ステンレス鋼等が挙げ
られる。
用鋼、ばね鋼、軸受鋼、工具鋼、ステンレス鋼等が挙げ
られる。
母材表面に窒化層、炭化層及び／又は炭窒化層の表面硬
化層を形成する方法は特に限定されず、公知の表面硬化
法、すなわち溶融塩を用いる方法、ガスを用いる方法又
はイオンを用いる方法の何れでも良い。特にイオンを用
いる方法は真空容器中で処理されるため後工程のイオン
プレーティング処理と同一容器により引き続いて処理を
行うことも可能となり、好都合である。
化層を形成する方法は特に限定されず、公知の表面硬化
法、すなわち溶融塩を用いる方法、ガスを用いる方法又
はイオンを用いる方法の何れでも良い。特にイオンを用
いる方法は真空容器中で処理されるため後工程のイオン
プレーティング処理と同一容器により引き続いて処理を
行うことも可能となり、好都合である。
表面硬化層の上に形成する硬質被膜中の八１の量は、全
金属成分中の１０〜４０ｍｏ１％の範囲が好ましい。ま
た、表面硬化層と硬質被膜との間に金属の蒸着膜あるい
は金属の拡散層を挟んでも差し支えない。
金属成分中の１０〜４０ｍｏ１％の範囲が好ましい。ま
た、表面硬化層と硬質被膜との間に金属の蒸着膜あるい
は金属の拡散層を挟んでも差し支えない。
硬質被膜の形成は公知のいずれのイオンプレーティング
方式をも使用することが出来る。イオンプレーティング
装置は、一般に金属を蒸発させる手段、蒸発した金属を
イオン化する手段およびイオン化した金属を電界により
加速する手段および反応性ガスを導入する手段より成る
。
方式をも使用することが出来る。イオンプレーティング
装置は、一般に金属を蒸発させる手段、蒸発した金属を
イオン化する手段およびイオン化した金属を電界により
加速する手段および反応性ガスを導入する手段より成る
。
金属を蒸発させる方法は、市販のイオンプレーティング
装置に備わった抵抗加熱や電子銃加熱などの何れを用い
てもよく、蒸発させる金属は各々の純金属あるいはその
成分より成る合金でもよい。
装置に備わった抵抗加熱や電子銃加熱などの何れを用い
てもよく、蒸発させる金属は各々の純金属あるいはその
成分より成る合金でもよい。
蒸発した金属のイオン化は公知のアーク放電、グロー放
電、高周波放電、およびイオン化電極を用いる方法やホ
ロカソード法などの何れでもよい。
電、高周波放電、およびイオン化電極を用いる方法やホ
ロカソード法などの何れでもよい。
アーク放電型のイオンプレーティング方式は金属の蒸発
とイオン化を同時に行う方式であり、他の方式に比べて
金属のイオン化効率が高く、かつ複数の金属源を同一の
真空容器に配置できるため、本発明の複数の金属の窒化
物、炭化物、炭窒化物を作製する場合に特に推奨される
。
とイオン化を同時に行う方式であり、他の方式に比べて
金属のイオン化効率が高く、かつ複数の金属源を同一の
真空容器に配置できるため、本発明の複数の金属の窒化
物、炭化物、炭窒化物を作製する場合に特に推奨される
。
このアーク放電型イオンプレーティング方式において、
イオン化した金属を加速する電界は電圧の値として５０
Ｖから７００Ｖが好ましく、さらに好ましくは１００■
から５００Ｖである。
イオン化した金属を加速する電界は電圧の値として５０
Ｖから７００Ｖが好ましく、さらに好ましくは１００■
から５００Ｖである。
反応性ガスは、イオンプレーティング法において炭化物
や窒化物を生成させるためのガスであり、Ｎ、 、ＮＨ
３、炭化水素類又は炭素と窒素を含んだ有機化合物、例
えば（ＣＨ３） ３Ｎなどが使用できる。
や窒化物を生成させるためのガスであり、Ｎ、 、ＮＨ
３、炭化水素類又は炭素と窒素を含んだ有機化合物、例
えば（ＣＨ３） ３Ｎなどが使用できる。
反応性ガスの圧力は、用いるガスの種類により異なるが
、−ｉに１０−３〜１０Ｔｏｒｒの範囲内で適宜選択す
れば良い。
、−ｉに１０−３〜１０Ｔｏｒｒの範囲内で適宜選択す
れば良い。
イオンプレーティング法により形成される硬質被膜の膜
厚は、０．１〜１０μｍが好ましく、通常１〜５μｍに
形成すればよい。
厚は、０．１〜１０μｍが好ましく、通常１〜５μｍに
形成すればよい。
硬質被膜にＡｌを含有させると耐酸化性が向上する理由
は、Ａｌ酸成分使用雰囲気で酸化されて緻密な酸化アル
ミニウムの不動態膜を形成するためと考えられる。硬質
被膜表面に一度酸化アルミニウムの硬質被膜が形成され
ると、内部の硬質被膜は使用雰囲気と遮断されるため酸
化の進行は非常に遅くなり、硬質被膜の破壊が起こり難
くなるものと考えられる。
は、Ａｌ酸成分使用雰囲気で酸化されて緻密な酸化アル
ミニウムの不動態膜を形成するためと考えられる。硬質
被膜表面に一度酸化アルミニウムの硬質被膜が形成され
ると、内部の硬質被膜は使用雰囲気と遮断されるため酸
化の進行は非常に遅くなり、硬質被膜の破壊が起こり難
くなるものと考えられる。
実験患１
高速度工具鋼５ＫＨ−５１（ＪＩＳ Ｇ ４４０３）の
材質で、直径１２ｍｍのエンドミル（基材）を、イオン
窒化装置にて処理温度５００℃、ガス組成Ｎｚ ：
Ｈ２：Ａｒ＝１：５：４、全圧４ＱＴｏｒｒの条件下１
５分、イオン窒化法により処理し表面に窒素を拡散させ
た（中間製品）。
材質で、直径１２ｍｍのエンドミル（基材）を、イオン
窒化装置にて処理温度５００℃、ガス組成Ｎｚ ：
Ｈ２：Ａｒ＝１：５：４、全圧４ＱＴｏｒｒの条件下１
５分、イオン窒化法により処理し表面に窒素を拡散させ
た（中間製品）。
次にアーク放電型イオンプレーティング装置にてＴｉＡ
ｌ合金を蒸発源として、ＴｉＡ１合金陰極と器壁の陽極
の間に約３０Ｖの電圧を印加してアーク放電を生起させ
た。このときの放電により流れた電流は約５０Ａであっ
た。基材と器壁との間のバイアス電圧は４００Ｖとし、
反応性ガスとして窒素を１０−”Ｔｏｒｒ導入してチタ
ニウム−アルミニウム窒化物の膜を２μｍ形成させた（
表面被覆エンドミル）。ここで得られたチタニウム−ア
ルミニウム窒化物の組成は、Ｔｉ ：Ａ１＝ ７ ：
３であった。
ｌ合金を蒸発源として、ＴｉＡ１合金陰極と器壁の陽極
の間に約３０Ｖの電圧を印加してアーク放電を生起させ
た。このときの放電により流れた電流は約５０Ａであっ
た。基材と器壁との間のバイアス電圧は４００Ｖとし、
反応性ガスとして窒素を１０−”Ｔｏｒｒ導入してチタ
ニウム−アルミニウム窒化物の膜を２μｍ形成させた（
表面被覆エンドミル）。ここで得られたチタニウム−ア
ルミニウム窒化物の組成は、Ｔｉ ：Ａ１＝ ７ ：
３であった。
実験階２
蒸発源として純チタニウムを用いる以外は実験階１と同
様な処理を行い、硬質膜として窒化チタンを形成させた
表面被覆エンドミルを作製した。
様な処理を行い、硬質膜として窒化チタンを形成させた
表面被覆エンドミルを作製した。
実験階３
窒化処理を施さないこと以外は実験＆Ｉと同様な処理を
行い、チタニウム−アルミニウム窒化物膜で被覆した表
面被覆エンドミルを作製した。
行い、チタニウム−アルミニウム窒化物膜で被覆した表
面被覆エンドミルを作製した。
実験隘４
実験に用いた基材のエンドミル（Ａ）、表面に窒素を拡
散させた中間製品（Ｂ）、実験階１（Ｃ） 、２ （Ｄ
）および３ （Ｅ）で作製した各エンドミルについて次
の条件で切削試験を行った。
散させた中間製品（Ｂ）、実験階１（Ｃ） 、２ （Ｄ
）および３ （Ｅ）で作製した各エンドミルについて次
の条件で切削試験を行った。
被削材： 高珪素球状黒鉛鋳鉄
切削速度： ２５．６ｍ／ｍｉｎ、 切込み＝１ｆ
ｌ送 リ： ３８ｍ／ｒｅｖ。
ｌ送 リ： ３８ｍ／ｒｅｖ。
この切削試験で得られた逃げ面摩耗と切削長さの関係を
第１図に示す。ここで逃げ面摩耗が０．３鶴となった時
点を工具の寿命とすると実施例の表面被覆エンドミルは
比較例にくらべて外挿により約２倍以上の寿命となるこ
とが推定される。
第１図に示す。ここで逃げ面摩耗が０．３鶴となった時
点を工具の寿命とすると実施例の表面被覆エンドミルは
比較例にくらべて外挿により約２倍以上の寿命となるこ
とが推定される。
本発明によると、硬質被膜の耐酸化性が向上し、銅系金
属母材表面の窒化、炭化又は炭窒化による表面硬化効果
と、硬質被膜の効果が複合的に良好に得られ、堅牢かつ
耐久性のある表面被覆鋼材を製造することができる。
属母材表面の窒化、炭化又は炭窒化による表面硬化効果
と、硬質被膜の効果が複合的に良好に得られ、堅牢かつ
耐久性のある表面被覆鋼材を製造することができる。
第１図は実施例における各種エンドミルについての切削
試験の結果を示す図である。 Ａ：基材のエンドミル Ｂ：表面に窒素を拡散させた中間製品 Ｃ：実験屋１０表面被覆エンドミル Ｄ：実験屋２の表面被覆エンドミル Ｅ：実験屋３の表面被覆エンドミル 特許出願人 住友金属鉱山株式会社 切削長（ｍ） 第１図
試験の結果を示す図である。 Ａ：基材のエンドミル Ｂ：表面に窒素を拡散させた中間製品 Ｃ：実験屋１０表面被覆エンドミル Ｄ：実験屋２の表面被覆エンドミル Ｅ：実験屋３の表面被覆エンドミル 特許出願人 住友金属鉱山株式会社 切削長（ｍ） 第１図
Claims (2)
- （１）鋼系金属母材の表面に窒化層、炭化層及び／又は
炭窒化層を有し、該層の上にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ及びＴａの少なくとも１種とＡｌからなる炭化物、窒
化物及び／又は炭窒化物の被覆層が設けられてなる表面
被覆鋼製品。 - （２）鋼系金属母材の表面に窒化層、炭化層及び／又は
炭窒化層を形成し、該層の上にイオンプレーティング法
によりＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ及びＴａの少なくと
も１種とＡｌからなる炭化物、窒化物及び／又は炭窒化
物の被覆層を形成することを特徴とする表面被覆鋼製品
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22007590A JPH04103755A (ja) | 1990-08-23 | 1990-08-23 | 表面被覆鋼製品及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22007590A JPH04103755A (ja) | 1990-08-23 | 1990-08-23 | 表面被覆鋼製品及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04103755A true JPH04103755A (ja) | 1992-04-06 |
Family
ID=16745550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22007590A Pending JPH04103755A (ja) | 1990-08-23 | 1990-08-23 | 表面被覆鋼製品及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04103755A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6904148B1 (en) | 1999-04-21 | 2005-06-07 | Yabusaki Kougyousho Co., Ltd | Operation panel of portable telephone |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6256565A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Mitsubishi Metal Corp | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆硬質部材 |
| JPS6342362A (ja) * | 1986-08-06 | 1988-02-23 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 表面被覆鋼材の製造方法 |
| JPH02138459A (ja) * | 1988-11-16 | 1990-05-28 | Raimuzu:Kk | 複合硬質材料及びその製造方法 |
| JPH02138458A (ja) * | 1988-11-16 | 1990-05-28 | Raimuzu:Kk | 複合硬質材料及びその製造方法 |
| JPH02194159A (ja) * | 1988-03-24 | 1990-07-31 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
-
1990
- 1990-08-23 JP JP22007590A patent/JPH04103755A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6256565A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Mitsubishi Metal Corp | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆硬質部材 |
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| JPH02194159A (ja) * | 1988-03-24 | 1990-07-31 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性皮膜形成方法 |
| JPH02138459A (ja) * | 1988-11-16 | 1990-05-28 | Raimuzu:Kk | 複合硬質材料及びその製造方法 |
| JPH02138458A (ja) * | 1988-11-16 | 1990-05-28 | Raimuzu:Kk | 複合硬質材料及びその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6904148B1 (en) | 1999-04-21 | 2005-06-07 | Yabusaki Kougyousho Co., Ltd | Operation panel of portable telephone |
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