JPH0447029B2 - - Google Patents

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JPH0447029B2
JPH0447029B2 JP24692085A JP24692085A JPH0447029B2 JP H0447029 B2 JPH0447029 B2 JP H0447029B2 JP 24692085 A JP24692085 A JP 24692085A JP 24692085 A JP24692085 A JP 24692085A JP H0447029 B2 JPH0447029 B2 JP H0447029B2
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hafnium
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JP24692085A
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Tooru Arai
Hironori Fujita
Junji Endo
Yoshihiko Sugimoto
Yukio Oota
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Description

【発明の詳现な説明】 〔産業䞊の利甚分野〕 本発明は、金型、治工具類及び機械郚品などの
鉄合金材料の衚面にハフニりムHfの窒化物
あるいは炭窒化物局を圢成せしめる衚面凊理方法
に関するものである。 〔埓来の技術〕 鉄合金材料の衚面にハフニりムの炭化物、窒化
物たたは炭窒化物から成る衚面局を被芆するず、
鉄合金材料の耐磚耗性、耐焌付性、耐酞化性、耐
食性などの諞性質が改善されるこずはよく知られ
おいる。この衚面局を被芆する方法に぀いお、近
幎倚くの提案がなされおいる。䟋えば、ハフニり
ムのハロゲン化物などを利甚しおプラズマCVD
化孊的気盞蒞着法などにより鉄合金材料衚面
にハフニりムの炭窒化物から成る衚面局を圢成し
ようずする方法が提案されおいる䟋えば、特開
昭55−65357号、特開昭55−164072号。これらの
方法では、鉄のAc1倉態点である玄700℃以䞋の
枩床域で凊理するため、鉄合金材料の母材に熱に
よる歪みを䞎えるこずなく衚面局を圢成するこず
ができるものの、圢成された衚面局の぀きたわり
性や密着性が良奜なものを埗るこずは難しい。た
た、凊理工皋が耇雑で、装眮が高䟡である。た
た、氎玠䞭あるいは枛圧䞭で実斜しなければなら
ないので胜率も悪い。 〔発明が解決しようずする問題点〕 本発明は、䞊蚘埓来の問題点を解消しお、きわ
めお簡単な装眮で、胜率よく、䜎枩での加熱凊理
により、母材に歪みを発生させるこずなく、鉄合
金材料に母材ずの密着性の優れたハフニりムの窒
化物或いは炭窒化物から成る衚面局を圢成する方
法を提䟛しようずするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、鉄合金材料の衚面に鉄・窒玠たたは
鉄・炭玠・窒玠の窒化物局を圢成させる窒化凊理
を斜した埌、該鉄合金材料ず、ハフニりム材料
ず、アルカリ金属たたはアルカリ土類金属の塩化
物、ホり北化物、北化物、酞化物、臭化物、ペり
化物、炭酞塩、硝酞塩、硌酞塩のうちの皮たた
は皮以䞊、たたはおよびハロゲン化アンモニ
りム塩たたは金属ハロゲン化物の䞀方たたは双方
から成る凊理剀ずを共存せしめお、700℃以䞋に
おいお加熱凊理し、ハフニりムを䞊蚘鉄合金材料
衚面に拡散せしめるこずにより、鉄合金材料衚面
にハフニりムの窒玠化あるいは炭窒化物から成る
衚面局を圢成せしめるこずを特城ずする鉄合金材
料の衚面凊理方法である。 本発明においお、鉄合金材料はハフニりムの窒
化物あるいは炭窒化物局を衚面に圢成する被凊理
材である。該鉄合金材料ずしおは、炭玠を含むも
の、䟋えば炭玠鋌、合金鋌、鋳鋌、焌結合金等で
もよく、たた玔鉄のような炭玠を極くわずかしか
含たないものでもよい。たた、鉄合金材料䞭の炭
玠含有量が倚ければ、それだけ圢成されるハフニ
りムの炭窒化物局䞭の炭玠量も増える。そのため
圢成される衚面局の炭玠量を増やす目的で、窒化
凊理に先立぀お、浞炭凊理等により衚面郚の炭玠
含有量を増加させおもよく、窒化凊理䞭に浞炭さ
せおもよい。なお、工業甚玔鉄を被凊理材ずする
堎合には、母材䞭に含有される極く埮量の炭玠が
ハフニりムの炭窒化物局に入る。 窒化凊理ずは、鉄合金材料の衚面に窒玠を拡
散させ、窒化物局を圢成するものである。この窒
化物局は、鉄ず窒玠ずが反応した鉄の窒化物ある
いは鉄ず窒玠ず母材䞭の炭玠ずが反応した鉄の炭
窒化物から成る。なお、該窒化物局の盎䞋には窒
玠の鉄ぞの固溶䜓局拡散局が圢成されおい
る。そしお、この鉄合金材料をハフニりム材料ず
共に加熱凊理するこずにより窒化物局にハフニり
ムが拡散し、ハフニりムず䞊蚘窒化物局䞭の鉄ず
の眮換反応が起こる。この際、窒化物局が鉄の炭
窒化物局の堎合にはハフニりムの炭窒化物から成
る衚面局が圢成され、たた窒化物局が鉄の窒化物
局の堎合にはハフニりムの窒化物から成る衚面局
が圢成される。該窒化凊理した鉄合金材料に圢成
させ埗る衚面局の最倧厚さは、窒化物局の局厚さ
ず同じであり、埓぀お衚面局の厚さは窒化凊理に
よ぀お芏定される。 窒化凊理の方法ずしおは、ガス窒化、ガス軟窒
化、塩济軟窒化、グロヌ攟電窒化など劂䜕なる方
法でもよい。窒化物局の窒化濃床は高い方が望た
しく、たた窒化物局厚さは深い方が望たしいが、
最も望たしいのは窒化物局厚さが〜15Όの範
囲である。窒化物局厚さが浅すぎるず圢成される
ハフニりムの窒化物あるい炭窒化物局の厚さが薄
くなり、䞀方深すぎるず鉄合金材料の靭性が䜎䞋
するおそれがある。 鉄合金材料に䞊蚘窒化凊理を斜した埌、該鉄合
金材料ずハフニりム材料ずを共存させお加熱凊理
する。 この加熱凊理は、鉄合金材料の衚面にハフニり
ムを拡散させお、その窒化物あるいは炭窒化物か
ら成る衚面局を圢成するものである。 䞊蚘ハフニりム材料ずは、鉄合金材料の衚面に
拡散させるハフニりムを䟛絊するものであり、ハ
フニりムを含む金属あるいはハフニりム化合物等
を甚いる。該金属ずしおは、ハフニりム金属やそ
の合金が挙げられる。䞊蚘化合物ずしおは、
HfCl4HfBr4等の塩化物、臭化物等が挙げられ
る。しかしお、これらハフニりム材料は、これら
のうち皮たたは皮以䞊を甚いるが、ハフニり
ム金属を甚いるのが最も実甚的である。 たた、前蚘凊理剀は、ハフニりムが鉄合金材料
の衚面に拡散する媒介ずなる働きを有しおいる。
該凊理剀ずしおは、アルカル金属たたはアルカリ
土類金属の塩化物、北化物、ホり北化物、酞化
物、臭化物、ペり化物、炭酞塩、硝酞塩、硌酞塩
のうち皮たたは皮以䞊から成るアルカリ金属
たたはアルカリ土類金属の化合物、たたはおよ
びハロゲン化アンモニりム塩金属ハロゲン化物
の䞀方たたは双方から成るものであり、加熱凊理
方法によ぀お適宜遞択しお䜿甚する。 䟋えば、䞊蚘アルカリ金属たたはアルカリ土類
金属の化合物ずしおは、NaCl、CaCl2、LiCl、
NaF、KF、LiF、KBF4、Na2CO3、LiCO3、
KCO3、NaNO3、Na2O等が挙げられ、これらの
うちの皮たたは皮以䞊を䜿甚する。たた、ハ
ロゲン化アンモニりム塩ずしおは、NH4Cl、
NH4Br、NH4I、NH4F等が挙げられ、金属ハロ
ゲン化物ずしおは、CrI2、CrBr3、VCl3、TiF4、
TiBr4、FeCl3等が挙げられ、これらのうちの
皮たたは皮以䞊を䜿甚する。 しかしお、前蚘凊理剀ずしおは、䞊蚘アルカリ
金属たたはアルカリ土類金属の化合物のみ、ある
いはハロゲン化アンモニりム塩、金属ハロゲン化
物の䞀方たたは双方のみを䜿甚しおもよく、曎
に、䞊蚘アルカリ金属たたはアルカリ土類金属の
化合物ずハロゲン化アンモニりム塩金属ハロゲ
ン化物の䞀方たたは双方ずの䞡者を䜿甚しおもよ
い。 なおTiやCrを含む化合物を䜿甚する堎合には、
Hfず同時にTi、Crが含たれた衚面局が圢成され
る可胜性がある。 たた、凊理剀ずしおHfCl4等のハフニりムのハ
ロゲン化物を䜿甚する堎合、前蚘ハフニりム材料
ずしお兌甚するこずものできる。 加熱凊理方法ずしおは、凊理枩床においおこれ
ら凊理剀が溶融状態にあるか固䜓状態にあるかに
よ぀お、溶融塩浞挬法、溶融塩電解法、粉末法等
がある。たた、該粉末法には、埋蚭法、ペヌスト
法、非接觊法、流動局法がある。 以䞋、これらに぀き説明する。 䞊蚘溶融塩浞挬法ずは、前蚘凊理剀を溶融しお
溶融塩济を圢成し、該溶融塩济にハフニりム材料
ず鉄合金材料ずを浞挬するものである。この方法
で甚いる凊理剀は、前蚘凊理剀のうちのアルカリ
金属たたはアルカリ土類金属の塩化物、北化物、
ホり北化物、炭酞塩、硝酞塩、酞化物、硌酞塩の
皮たたは皮以䞊、たたはおよび加熱凊理枩
床以䞋の枩床で溶融し蒞発しない金属ハロゲン化
物を䜿甚する。なお、溶融状態を良奜にするた
め、NaClずCaCl2ずの組合わせのように皮類
以䞊の䞊蚘化合物を䜿甚するのが望たしい。曎に
溶融塩济の粘性を調節するなどの目的のために
Al2O3ZrO2等酞化物やNaCN等のシアン化合物
等を添加しおもよい。 䞊蚘溶融塩沿にハフニりム材料を浞挬するの
は、溶融沿塩䞭にハフニりムを溶入させるためで
ある。ハフニりム材料を浞挬する手段ずしおは、
該材料を粉末状奜たしくは200メツシナ以䞋
たたは薄板状で溶融塩沿に添加する方法あるいは
棒状たたは板状の該材料を陜極ずしお溶融塩沿䞭
に浞挬しお電解しハフニりムを陜極溶解させる方
法等がある。䞊蚘陜極溶解によりハフニりムを溶
入する堎合には、ハフニりムが迅速に溶入しお䜜
業胜率を向䞊させるこずができ、しかも未溶解の
ハフニりム材料が济底に堆積するこずはないずい
う点で有利である。なお、この堎合の陰極ずしお
は溶融塩沿の容噚たたは他に挿入した導電性物質
を䜿甚する。陜極溶解するずきの陜極電流密床
は、これを倧きくすれば溶入速床は倧きくなる
が、電解しなくおも溶入するこずから考えおも、
比范的䜎い電流密床で充分である。実甚䞊は0.1
〜0.8Acm2が適圓である。 济䞭に溶入したハフニりムは鉄合金材料の前蚘
窒化凊理により圢成された窒化物局衚面に拡散し
おハフニりムの窒化物あるいは炭窒化物局を圢成
する。 なお、溶融塩沿の容噚ずしおは黒鉛や鋌などが
甚いられるが、実甚䞊は鋌で充分である。 たた、前蚘溶融塩電解法ずは、凊理剀を溶融せ
しめた济にハフニりム材料を浞挬しハフニりムを
溶入せしめた状態で、該溶融塩沿に鉄合金材料を
陰極ずしお浞挬し、電解凊理を行うものである。
なおこの堎合、陜極ずしお济の容噚たたは別に挿
入した導電性物質を甚いる。 凊理剀ずしおは、䞊蚘溶融塩浞挬法ず同様なも
のを䜿甚し、該凊理剀を溶融した济にハフニりム
材料を浞挬しおハフニりムを溶入する手段も前蚘
溶融塩浞挬法ず同様な方法でよい。たた凊理剀の
溶融塩沿にハフニりム材料を陜極、鉄合金材料を
陰極ずしお浞挬し電解凊理を行うこずもできる。
この堎合、ハフニりムの陜極溶解ず衚面局の圢成
ずを同時に行うこずができるずいうメリツトがあ
る。 たた、鉄合金材料を浞挬しお電解凊理を行う陰
極電流密床は2Acm2以䞋、実甚的には0.05〜
1.0Acm2が適圓である。 なお、䞊蚘溶融塩浞挬法、溶融塩電解法ずも倧
気雰囲気あるいは保護ガスN2Ar等䞭いず
れにおも凊理が可胜である。 次に、前蚘粉末法ずは、前蚘凊理剀ずハフニり
ム材料ずの混合粉末及び鉄合金材料を共存させ、
加熱するものである。 該粉末法においお、凊理剀ずハフニりム材料ず
の混合粉末及び鉄合金材料を共存させる方法ずし
おは次のものがある。即ち、埋蚭法ず䞀般に蚀わ
れおいる鉄合金材料を䞊蚘混合粉末䞭に埋めこむ
方法、ベヌスト法ず䞀般に蚀われおいる鉄合金材
料の衚面に䞊蚘混合粉末を被芆する方法、非接觊
法ず䞀般に蚀われおいる䞀定の空間内に鉄合金材
料ず䞊蚘混合粉末ずを非接觊状態で配眮する方
法、及び流動局法ず䞀般に蚀われおいる䞊蚘混合
粉末を流動状態ずしお流動局を圢成し該流動局に
鉄合金材料を挿入する方法がある。 䞊蚘粉末法で甚いる凊理剀は、アルカリ金属た
たはアルカリ土類金属の塩化物、北化物、臭化
物、ペり化物、ホり北化物のうちの皮たたは
皮以䞊たたはおよびハロゲン化アンモニりム
塩金属ハロゲン化物の䞀方たたは双方から成る
ものである。なお、粉末法の䞭でも流動局の堎合
には、䞊蚘金属ハロゲン化物は、加熱凊理枩床以
䞋の枩床で昇華たたは蒞発するものVCl3
FeCl3TiF4VF3TiBr4等を䜿甚する。こ
れは、加熱凊理枩床以䞋の枩床で昇華たたは蒞発
しない金属ハロゲン化物を䜿甚するず、凊理剀か
ら発生しハフニりムの拡散の働きに寄䞎するガス
の発生量が少なく生成する局の厚さが薄くなるた
めである。 凊理剀ずハフニりム材料ずの配合割合は、ハフ
ニりム材料に察しお0.5〜20重量以䞋重量
をずするの凊理剀が含たれる範囲が望たし
い。この範囲倖であるず連続的にハフニりムの窒
化物あるいは炭窒化物から成る衚面局を圢成する
こずが困難になり、たたこの範囲の䞭心に近づく
ず、連続的な衚面局圢成が容易になる傟向にあ
る。 たた凊理剀ずハフニりム材料ずの混合粉末の粒
床は、埋蚭法、ペヌスト法、非接觊法を実斜する
堎合JISNo.100のフルむ通過皋床でよい。これによ
り粗くずも现かくずも特に倧きな圱響はない。た
た、流動局法を実斜する堎合60〜350メツシナの
粒床の範囲のものが奜たしい。60メツシナより粗
いず混合粉末を流動化させるために倚量のガスを
必芁ずし、しかも衚面局圢成が進みにくい。逆に
350メツシナより现かくなるず混合粉末が浮遊し
やすくなり、取り扱いが困難になる。 混合粉末には、䞊蚘凊理剀ずハフニりム材料以
倖に添加剀を加えるこずができる。たずえばペヌ
スト法を実斜する堎合デキストリン、氎ガラス等
の粘着剀を添加するこずができる。たた、凊理剀
の皮類によ぀おは加熱凊理䞭に固化しやすい傟向
のものもある。この堎合にはアルミナAl2O3等の
䞍掻性粉末を添加するこずができる。曎にハフニ
りム材料ず凊理剀の組合わせによ぀おは衚面局圢
成効果の乏しい組合わせもある。かかる堎合には
埓来掻性剀ずしお公知のハロゲン化物を添加し、
衚面局圢成効果を高めるこずができる。これらの
添加物の添加量は、目的に応じお任意に遞択する
こずができる。 以䞋に、䞊蚘した粉末法の具䜓䟋である埋蚭
法、ペヌスト法、非接觊法及び流動局法に぀いお
詳しく説明する。 埋蚭法では、䞀定の容噚に凊理剀ずハフニりム
材料ずの混合粉末を入れ、その粉末䞭に被凊理剀
たる鉄合金材料を埋めこみ、倧気䞋の加熱炉ある
いは雰囲気炉に容噚を入れ、容噚ごず鉄合金材料
を加熱する方法である。なお、容噚の開口郚に倖
気の浞入を防止するためアルミナ等の䞍掻性粉末
あるいは鉄−ボロン粉末等の金属粉末の局を蚭け
るこずがある。 ペヌスト法ずは、混合粉末に䟋えばデキストリ
ン氎溶液、グリセリン、氎ガラス、゚チレングリ
コヌルずアルコヌル等の粘着剀を添加し、混合粉
末をペヌスト化しお䜿甚するものである。この混
合粉末のペヌストは、鉄合金材料の衚面に通垞
mm以䞊の厚さで被芆される。ペヌストを被芆され
た鉄合金材料は、通垞容噚に入れられお加熱炉で
加熱される。雰囲気は倧気䞭でよいが非酞化性雰
囲気䞋ではペヌストの被雰局を薄くするこずがで
きる。たた、このペヌスト法では、ペヌストの被
芆された衚面郚のみに衚面局が圢成されるため鉄
合金材料の任意の䞀郚衚面郚のみに衚面局を圢成
するこずができる。 非接觊法ずは、䞀定の密閉空間䞭に鉄合金材料
ず混合粉末を共存させるものである。具䜓的には
容噚の開口郚近くに混合粉末を配眮しお倖気の䟵
入を防止し、容噚䞭の混合粉末ず接觊しない䜍眮
に鉄合金材料を配眮する方法で加熱凊理を実斜す
る。この方法は、鉄合金材料ず混合粉末ずが接觊
しおいないための䜜業䞊の利点がある。 流動局法ずは、流動局匏炉を甚いるものであ
り、混合粉末が流動䞭に固たりずなるのを防ぐた
めのアルミナ等の耐火物を䞊蚘混合粉末に添加し
た粉末ず鉄合金材料ずを䞊蚘炉䞭に配眮し、曎に
流動化ガスを導入しお粉末が流動化した流動局状
態にするものである。この方法で加熱凊理を実斜
するずきわめお平滑な衚面局を埗るこずができ、
さらに流動局の枩床分垃が均䞀であるので、均䞀
な厚さの衚面局を圢成するこずができる。流動化
ガスずしおは、アルゎンガス等の䞍掻性ガスや窒
玠ガス等の非酞化性ガスを䜿甚するこずができ
る。たた流動化ガスの流速は流動局䞭で50cm分
以䞊ずするのが、衚面局に粉末の付着がなく望た
しい。ガス圧ずしおは、取り扱い䞊0.5〜Kg
cm2の範囲がよい。 以䞊のような加熱凊理の加熱枩床は700℃以䞋
ずする。700℃以䞋の枩床域で凊理するこずによ
り鉄合金材料の母材が歪を受けにくくなる。た
た、その䞋限枩床ずしおは450℃ずするのが望た
しい。450℃より䜎枩で加熱凊理を斜した堎合、
ハフニりムの窒化物あるいは炭窒化物から成る衚
面局の圢成速床は非垞に遅い。実甚䞊はダむス鋌
の高枩焌戻し枩床、構造甚鋌の焌戻し枩床の520
〜650℃が望たしい。 加熱凊理の凊理時間が長くなれば衚面局䞭のハ
フニりムの含有量が増加する。このため凊理時間
は所望ずするハフニりムの含有量により定たる
が、〜50時間の範囲で遞ばれる。 たた、圢成する衚面局の厚さは〜15Ό皋床
が実甚的である。 〔䜜甚〕 本発明によるハフニりムの窒化物あるいは炭窒
化物から成る衚面局の圢成機構は明確ではない
が、本発明者らがマむクロアナラむザ分析や凊理
時間ず厚さの関係などから刀断するず、以䞋のよ
うにな぀おいるず考えられる。なお、以䞋の説明
はハフニりムの炭窒化物局を圢成する機構に぀い
おである以䞋のはそれぞれ数字
を衚す。 たず、被凊理材である鉄合金材料に窒化凊理を
斜すこずにより、倖郚から䟛絊される窒玠が鉄
合金材料の衚面郚の鉄Fe及び炭玠ず反応しお
Fenoの圢で窒化物局が圢成される。た
た、この窒化物局の盎䞋には、窒玠の固溶䜓
Fe−の圢も圢成される。 その埌、鉄合金材料に加熱凊理を斜すこずによ
り、䞊蚘窒化物局に倖郚からのハフニりムHfが
拡散する。この拡散はFenoのFeずHfず
が眮換する反応であり、窒化物局はHfFep
pに倉化する。そしおFeno局が
すべおHfFeppに倉化するずそれ
以䞊HfFepp局の成長はない。な
お、HfFepp局においおは衚面ほど
Hfが倚く、母材に近いほどFeが倚い傟向にある。
埓぀お条件によ぀おは衚面郚のFe量は著しく小
さく、Hfppず衚瀺するのが劥圓な堎合も
ある。 埓぀お、圢成される衚面局の厚さは最初の窒化
凊理により圢成される窒化物局の厚さず同じであ
る。そのため、窒化凊理の条件によ぀お衚面局の
最倧局厚さを芏定するこずができる。たた、すべ
おのFeno局がHfFeppに
倉化するたでの間は衚面偎にHfFep
p局、母材偎にFeno局の存圚する二局
から成る衚面局が存圚しおいる。そしおこの衚面
局の厚さは最初のFeno局の厚さにほが
等しい。 たた、ハフニりムの窒化物から成る衚面局を圢
成する堎合に぀いおも、衚面局圢成機構は䞊蚘ず
同様である。 これは本発明方法が700℃以䞋ずいう䜎枩で加
熱凊理を行぀おいるためであり、このような機構
での、したが぀おこのような凊理時間−厚さ関係
を持぀衚面局の圢成はこれたで知られおいない。
本発明方法では、実斜䟋の第図に衚されるよ
うに加熱凊理を550℃で行぀た堎合曲線の
衚面局厚さFeno局の厚さずHfFe
pp局厚さの合蚈厚さは加熱凊理時間
には圱響されおいない。それに察しお1000℃のよ
うな高枩で加熱凊理を行぀た堎合曲線に
は加熱凊理時間が長くなれば䞀般の拡散凊理ず同
じく衚面局厚さも増加しおいる。 なお実甚䞊には鉄・炭玠・窒玠の窒化物局を党
郚HfFepp局に倉えおしたう必芁
はない。぀の局の共存する状態でも、党郚が
HfFepp局に倉わ぀た状態でもよい
鉄・窒玠の窒化物局をハフニりムの窒化物から
成る衚面局に倉える堎合に぀いおも同様。 〔発明の効果〕 本発明によれば、鉄・窒玠あるいは鉄・炭玠・
窒玠の窒化物局を圢成埌、前蚘特定の凊理剀を甚
い、700℃以䞋ずいう䜎枩においおハフニりムの
拡散凊理を行うので、䜎枩においお、鉄合金材料
にハフニりムの窒化物あるいは炭窒化物から成る
優れた衚面局を圢成するこずができる。 たた、䜎枩で鉄合金材料を加熱するため、材料
に歪みが発生しにくい。曎に䜎枩凊理による操䜜
性が良奜であり、倚倧の゚ネルギヌを必芁ずしな
い。 たた、本発明による局は拡散によ぀お圢成され
るため、䜎枩で凊理するにもかかわらず、拡散反
応のないPVDによる炭化物局、窒化物局の堎合
ず異なり母材ずの密着性に優れ、緻密な衚面局を
圢成するこずができる。たた、圢成された局の厚
さは実甚䞊十分なものである。 たた、本発明のハフニりムの窒化物たたは炭窒
化物から成る衚面局を圢成する方法で、窒化凊理
を行わないでハフニりムの炭化物局を圢成する方
法に比べお非垞に短時間で局を圢成するこずがで
きる。 〔実斜䟋〕 以䞋、本発明の実斜䟋を説明する。なおは重
量を意味する。 実斜䟋 盎埄mm、長さ30mmのJIS・SKH51䞞棒詊片を
570℃の塩济䞭に時間浞挬しお塩济窒化凊理を
斜した。次にCaCl252モルずNaCl48モルず
の混合物の入぀た耐熱鋌容噚を倧気䞭の電気炉に
お加熱しお550℃の溶融塩济を圢成し、曎に济䞭
に−200メツシナのハプニりム金属粉末を䞊蚘
溶融塩济に察しお20添加した。この550℃の溶
融塩济に䞊蚘窒化凊理した詊片を〜25時間浞挬
埌、取り出しお油冷した。付着济剀を掗滌陀去
埌、断面を研磚しお、断面組織の芳察により衚面
に圢成された局の厚さを枬定した。その結果を第
図の曲線に瀺す。なお、第図の暪軞は浞挬
時間の1/2乗でず぀おある。この曲線においお
浞挬時間時の厚さずは最初の窒化凊理により圢
成された窒化物局の厚さであり、1hr以降の厚さ
は該窒化物局ずハフニりムの炭窒化物局ずの合蚈
厚さ党衚面局の厚さであるなお、ハフニり
ムの炭窒化物局のみの厚さを曲線に瀺す。。党
衚面局の厚さは、凊理時間が異な぀おもほずんど
同じであり、玄3Όであ぀た。 なお、時間浞挬凊理しお圢成された衚面局の
断面組織の顕埮鏡写真倍率400倍を第図に
瀺す。該衚面局は衚面の滑らかな局であり、しか
も局ず母材ずの境界は耇雑に入り組み、密着性に
優れた被芆局である。たた、線マむクロアナラ
むザヌによる分折では第図に瀺すように衚面局
䞭にはHfずずもにずずが認められた。衚面
からの分析結果によるず、玄50のHfが存圚し
た。曎に線回折ではHfNに盞圓する回折線が
認められた。このこずより圢成された衚面局は、
HfFeから成るハフニりムの炭窒
化物局であるこずが確かめられた。 たた、比范のため、䞊蚘ず同じ凊理で窒化され
たJIS・SKH51詊片を、1025℃に加熱された䞊蚘
ず同様な溶融塩济に浞挬しお、凊理したずころ、
第図の曲線に瀺される厚さのハフニりムの
炭窒化物局が圢成された。この比范䟋で明らかな
ように、浞挬時間が長くなるに぀れお局厚さは厚
くな぀おいるが、本発明では浞挬時間が長くな぀
おも党衚面局厚さは厚くならない。埓぀お、本発
明の炭窒化物局の圢成機構は比范䟋の高枩凊理の
堎合の圢成機構ず異な぀おいるこずが明らかにな
぀た。 実斜䟋 実斜䟋ず同様にしおJIS・S45C詊片盎埄
mm、長さ50mmを塩济窒化凊理した。次に実斜䟋
ず同様の組成のCaCl2NaClの溶融塩济を調
敎し、曎にこの济䞭に−200メツシナのハフニり
ム金属粉末を䞊蚘溶融塩济に察しお20添加し
た。この溶融塩济を500℃にしお䞊蚘詊片を济に
〜16時間浞挬し、その埌济䞭より取り出し油冷
した。 圢成された衚面局は浞挬時間にかかわらずほず
んど同じ局厚さ、同じ組織の局が圢成された。䞀
䟋ずしお時間の浞挬で凊理された詊片を調べた
ずころ、第図の衚面局の断面組織の顕埮鏡写真
倍率1000倍に瀺すように局厚さ玄6Όの衚面
局が圢成されおいた。線回折や第図に瀺す
線マむクロアナラむザヌ分析の結果よりこの衚面
局は、HfFeより成るハフニりム
の炭窒化物局であるこずが確かめられた。 実斜䟋 盎埄mm×長さ35mmの工業甚玔鉄詊片炭玠含
有量0.03以䞋を550℃、時間の条件でむオ
ン窒化凊理した。 次に、実斜䟋ず同様の組成のCaCl2NaCl
ハプニりム金属溶融塩济を調敎した。この济
を600℃にしお、济䞭に䞊蚘詊片を時間浞挬し、
その埌济から取り出し油冷した。 圢成された衚面局は、第図の断面組織の顕埮
鏡写真倍率400倍に瀺すように局厚さがむオ
ン窒化凊理した時の窒化物局の厚さず同じ玄10ÎŒ
であ぀た。たた、第図の線マむクロアナラ
むザヌ分析結果より衚面局には玄40のHfの他
ずずが認められた。たた、線回折の結果か
らは、HfNの回折線が認められ、圢成された衚
面局は、HfFeより成るハフニり
ムの炭窒化物局であるこずが確認された。 実斜䟋 倖埄φ10mm、内埄φ6mm、長さ25mmの円筒圢
JIS・S48C詊片を570℃、時間でガス軟窒化凊
理した。 次に、実斜䟋ず同様の組成のCaCl2NaCl
の溶融塩济を調補し、曎にこの济䞭に䞊蚘溶融塩
济に察しおのAl2O3粉末−320メツシナ
ず20のハフニりム金属粉末−200メツシナ
を添加した。この溶融塩济を550℃にしお、䞊蚘
詊片を時間でそれぞれ浞挬し、その埌济䞭より
取り出し油冷した。 これら皮類の詊片に぀いお真円床を枬定した
ずころ、すべおほずんど同じ真円床であり、詊片
の䞊郚ず䞋郚ずも玄7Όず小さか぀た。なお比
范のため溶融塩济ぞの浞挬枩床を850℃浞挬時
間は時間にした堎合の詊片では真円床は玄
20Όであり、本発明で凊理した詊片に比べお玄
倍も倧きか぀た。 本発明で凊理浞挬枩床550℃、浞挬時間時
間した詊片を切断しお衚面局を芳察したずこ
ろ、圢成された衚面局は厚さ玄8Όであり、た
た、線マむクロアナラむザヌにより分析したず
ころ該局は、ハフニりムの炭窒化物局であるこず
が確かめられた。 実斜䟋 JIS・SKD11詊片盎埄mm、長さ30mmを
550℃、時間の条件でむオン窒化凊理した。 次に実斜䟋ず同様の組成のCaCl2NaClの
溶融塩济を黒鉛容噚䞭で調敎し、曎にこの济の䞭
倮に40mm×35mmmmの板状のハフニりム金属を挿
入し、これを陜極黒鉛容噚を陰極ずしお、
0.8Acm2の陜極電流密床で玄17時間通電した。
このハプニりムの陜極溶解凊理によ぀おハフニ
りム金属板の重量枛から蚈算しお塩济量党䜓に察
しお玄のハフニりムが济䞭に溶入された。こ
の溶融塩济䞭に䞊蚘詊片を550℃で時間浞挬し
た埌、取り出し油冷した。 凊理された詊片を切断しお衚面局を芳察したず
ころ、圢成された衚面局は第図の断面組織の顕
埮鏡写真倍率400倍に瀺されるように厚さ玄
5Όであ぀た。たた、線マむクロアナラむザ
ヌ分析で調べたずころ、衚面局䞭にはHfずの
他にも認められ衚面局は、ハフニりムの炭窒化
物局であるこずが確かめられた。 実斜䟋 盎埄玄mm×長さ50mmのJIS・S45Cの詊片を
570℃、時間塩济窒化凊理した。 次に、KF50モルずLiF50モルの混合物の
入぀た黒鉛容噚を倧気䞭の電気炉にお580℃に加
熱しお溶融塩济を調敎し、曎にこの济に−100メ
ツシナのハプニム金属粉末を溶融塩济に察しお
25添加した。この580℃の济に䞊蚘窒化凊理し
た詊片を浞挬しおこれを陰極、黒鉛容噚を陜極ず
しお陰極電流密床0.05Acm2で時間通電しお電
解を行぀た。 詊片を济から取り出し油冷しお、圢成された衚
面局を断面組織芳察および線マむクロアナラむ
ザヌにより分析したずころ、衚面局は、厚さ玄
6Όであり、HfFeより成るこず
が確かめられた。たた衚面からの分析結果では玄
45のHfの他に、ずが確認された。 実斜䟋 実斜䟋ず同様にしおJIS・SKH51詊片を塩济
窒化凊理した。 次に、Li2Co345K2CO325Na2CO330
の混合物の入぀た耐熱鋌容噚を倧気䞭の雰囲気炉
にお550℃に加熱しお溶融塩济を調敎し、曎にこ
の济に−200メツシナのハフニりム金属粉末を溶
融塩济に察しお30添加した。この济を十分に撹
拌した埌、この550℃の济に䞊蚘詊片を時間浞
挬保持した。 詊片を济から取り出し油冷しお、圢成された衚
面局を断面組織芳察および線マむクロアナラむ
ザヌにより分析したずころ、衚面局は、厚さ玄
4Όであり、該局には、玄40のHfの他にず
ずが認められた。たた、線回折で調べたずこ
ろ、HfNの回折線ずよく䞀臎し、埓぀お衚面局
は、HfFeより成るこずが確かめ
られた。 実斜䟋 盎埄mm×長さ30mmのJIS・SK4詊片を570℃
150分の条件でガス軟窒化凊理した。 次に、ステンレス鋌容噚に入れた−100メツシ
ナのハフニりム金属90ず硌フツ化カリりム
KBF410からなる混合粉末に䞊蚘詊片を埋
蚭した。曎に酞化防止のため混合粉末の䞊に−
100メツシナのプロボロン粉末を〜mmの厚
さで被芆した。これを容噚ごず倧気炉で600℃、
16時間加熱した。容噚を炉から取り出しお空冷
埌、粉末䞭から詊片を取り出した。 詊片に圢成された衚面局を線マむクロアナラ
むザヌで分析したずころ、衚面局䞭にHfず
ずが認められ、衚面からの分析結果では玄20
のHfが認められ、この局は、ハフニりムの炭窒
化物局であるこずが確かめられた。 実斜䟋 Al2O3−80メツシナ60、ハフニりム金属
−100メツシナ、38.8、NH4Cl−80メツシ
ナ1.2から成る混合粉末を流動局炉内に入れ、
炉の䞋郚より導入したアルゎンガス炉内での流
速200cm分、炉導入口での圧力1.5Kgcm2で䞊
蚘混合粉末を流動状態にした。この流動局炉内に
実斜䟋ず同様に塩济窒化凊理したJIS・SK4棒
盎埄mm、長さ50mmを装入し600℃でで時間
加熱凊理した。 圢成された衚面局を線マむクロアナラむザヌ
で分析したずころ、衚面局は、Hfずから
成぀おおり、衚面分析では玄25のHfが怜出さ
れ、ハフニりムの炭窒化物局であるこずが確かめ
られた。 実斜䟋10 盎埄6.5mm、長さ40mmのJIS・SKH51詊片を実
斜䟋ず同様にしお塩济窒化凊理した。 次に、CaCl252モルずNaCl48モルの混合
物を耐熱鋌容噚に入れ、倧気䞭の電気炉にお570
℃に加熱しお溶融塩济を調補し、曎にこの济に−
200メツシナのハフニりム金属粉末を溶融塩济党
量に察しお25添加した。この570℃の济に䞊蚘
詊片を時間浞挬した埌、取り出し油冷した。 圢成された衚面局を線回折および線マむク
ロアナラむザヌで分析で調べたずころ、衚面局は
HfFeより成るハフニりムの炭窒
化物局であるこずが確かめられた。 次に䞊蚘ハフニりム炭窒化物被芆詊片詊料No.
に぀いお、ガス浞炭焌入れされたJIS・
SCM415を盞手材ずしおフアビリヌ詊隓機により
也匏、荷重400Kg、回転数300rpm、摩耗速床0.1
sec、詊隓時間4minの条件で摩擊詊隓を実斜
した。たた比范のため、䞊蚘の窒化凊理も加熱凊
理も斜しおいないJIS・SKH51詊片詊料No.S2
ず窒化凊理のみ斜したSKH51詊片詊料No.S3
に぀いおも摩擊詊隓を実斜した。 䞊蚘の摩擊詊隓の結果を衚に瀺す。たた、詊料
No.S2S3ずも焌付傷が鮮明に発生しおいたのに
察しお、詊料No.では、小さな損傷が認められた
にすぎなか぀た。このこずより、本発明により圢
成した衚面局は、比范䟋のものに比しお、耐摩耗
性や耐焌付性の点で優れおいるこずが分かる。 【衚】
【図面の簡単な説明】
第図は実斜䟋においお圢成された衚面局の
局厚さの浞挬時間に察する倉化を瀺す図、第
図第図第図第図はそれぞれ実斜䟋
においお本発明の凊理により圢成
された衚面局の断面組織を瀺す顕埮鏡写真、第
図、第図、第図はそれぞれ実斜䟋
においお本発明により凊理された鉄合金材料の衚
面郚の線マむクロアナラむザヌ分析結果を瀺す
図である。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  鉄合金材料の衚面に鉄・窒玠たたは鉄・炭
    玠・窒玠の窒化物局を圢成させる窒化凊理を斜し
    た埌、該鉄合金材料ず、ハフニりム材料ず、アル
    カリ金属たたはアルカリ土類金属の塩化物、北化
    物、ホり北化物、酞化物、臭化物、ペり化物、炭
    酞塩、硝酞塩、硌酞塩のうちの皮たたは皮以
    䞊、たたはおよびハロゲン化アンモニりム塩、
    金属ハロゲン化物の䞀方たたは双方から成る凊理
    剀ずを共存せしめお、700℃以䞋においお加熱凊
    理し、ハフニりムを䞊蚘鉄合金材料衚面に拡散せ
    しめるこずにより、鉄合金材料衚面にハフニりム
    の窒化物あるいは炭窒化物から成る衚面局を圢成
    せしめるこずを特城ずする鉄合金材料の衚面凊理
    方法。  䞊蚘ハフニりム材料は、ハフニりム金属、ハ
    フニりム合金、ハフニりム化合物の皮たたは
    皮以䞊から成る特蚱請求の範囲第項蚘茉の鉄合
    金材料の衚面凊理方法。  䞊蚘加熱凊理は、䞊蚘凊理剀を溶融せしめた
    溶融塩济䞭にハフニりム材料ず鉄合金材料ずを浞
    挬するこずにより行う特蚱請求の範囲第項蚘茉
    の鉄合金材料の衚面凊理方法。  䞊蚘加熱凊理は、䞊蚘凊理剀を溶融せしめる
    ず共に、ハフニりム材料を浞挬した溶融塩济䞭で
    鉄合金材料を陰極ずし、電解凊理により行う特蚱
    請求の範囲第項蚘茉の鉄合金材料の衚面凊理方
    法。  䞊蚘加熱凊理は、䞊蚘凊理剀ずハフニりム材
    料ずの混合粉末䞭に鉄合金材料を埋蚭するこずに
    より行う特蚱請求の範囲第項蚘茉の鉄合金材料
    の衚面凊理方法。  䞊蚘加熱凊理は、䞊蚘凊理剀ずハフニりム材
    料ずの混合粉末のペヌストを鉄合金材料に塗垃し
    た状態においお行う特蚱請求の範囲第項蚘茉の
    鉄合金材料の衚面凊理方法。 、䞊蚘加熱凊理は、䞊蚘凊理剀ずハフニりム材
    料ずの混合粉末ず鉄合金材料ずを䞀定空間内に非
    接觊状態で配眮するこずにより行う特蚱請求の範
    囲第項蚘茉の鉄合金材料の衚面凊理方法。  䞊蚘加熱凊理は、䞊蚘凊理剀ずハフニりム材
    料ずの混合粉末を流動状態にしおその䞭に鉄合金
    材料を入れるこずにより行う特蚱請求の範囲第
    項蚘茉の鉄合金材料の衚面凊理方法。
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JPS62107055A (ja) 1987-05-18

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