JPH0483820A

JPH0483820A - 機構部品の製造方法

Info

Publication number: JPH0483820A
Application number: JP20074190A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hamada; 糾濱田; Shuji Yamada; 修司山田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1992-03-17

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〕この発明は、例えば、電動工具のチャック、回転軸、ギ
ヤ、カム等のような機構部品の製造方法に関し、高硬度
・強度で靭性のある母材で出来ており、表面が緻密でか
つ密着性に優れた均一な酸化アルミニウム（以下、適宜
「アルミナ」という）で覆われた高硬度・高耐摩耗性の
機構部品を製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

電動工具のチャック、回転軸、ギヤ、カム等のような機
構部品の場合、表面に酸化物や窒化物、炭化物などの高
硬度材をコーティングすることにより、耐摩耗性、耐食
性を向上させることが知られている。コーティングは、
イオンブレーティング法、スパッタリング法などの方法
でなされる。

また、機構部品全体をセラミック焼結体で形成すること
もなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述のイオンブレーティング法、スパッ
タリング法などの場合、被覆厚みを十分な厚みにするこ
とが困難である。また、複雑な形状の場合には全体に均
一にコーティングすることが難しいし、一方、平面性の
強い形状の場合には膜の密着性が良くないという問題が
ある。密着性を改善しようとするれば、表面粗化、アン
ダーコート層形成等の面倒な処理をしなければならない
後者のバルクのセラミック焼結体を使った機構部品の場
合、寸法精度が低い、靭性が十分でなく割れ易いといっ
た問題がある。

この発明は、上記事情に鑑み、部品形状の如何にかかわ
らず密着性が良好なアルミナ皮膜で十分に覆われ、しか
も、靭性、硬度等の機械的性質に優れた機構部品を得る
ことのできる方法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明の機構部品の製造方
法は、所望の部品形状に成形されたアルミニウム含有の
合金を、８００℃以上、１２００℃以下の温度で酸化雰
囲気中で加熱することにより、前記合金の表面に酸化ア
ルミニウムを析出させて酸化アルミニウム皮膜を形成す
るにあたり、前記合金として、Ｃｒ：２０〜４０重量％
、Ｎｉ：５〜２５重量％、Ａ！！：３〜８重量％、Ｔｉ
：０〜０．５重量％、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎ
ｄおよびＧｄのうちのいずれか１種または２種以上：０
．０５〜１．０重量％、Ｆｅ：残部からなるものを用い
るようにしている。

上記組成の合金は所望の部品形状に成形されているわけ
であるが、成形は、格別の方法は必要な（普通に用いら
れている方法で行えばよい。例えば、真空溶解して得ら
れたインゴットを熱間鍛造した後、圧延・・切削する方
法で成形すればよい。

部品形状も特に制限はなく、例えば、電動工具のチャッ
ク、回転軸、ギヤー、カム等に応した様々な形状がとら
れる。

所望の形状に成形された合金を酸化雰囲気中で加熱処理
する。酸化雰囲気としては、酸素（ＯＸ、０．だけでは
なく、他の元素と化合物を形成している場合も含む）を
含む気体、たとえば、大気が使用される。加熱温度は、
８００°Ｃ以上（好ましくは１０００℃以上）、１２０
０℃以下の範囲とする必要があり、たとえば、この範囲
内で目的とする酸化膜の厚みに応じて設定すればよい。

８００℃未満だと、酸化アルミニウム皮膜（以下、適宜
アルミナ皮膜と言う）の生成速度が極端に遅く、１１以
上の皮膜を得るのに長時間を要するという問題があり、
１２００℃を越えると母材合金が軟化・変形、さらに脆
化するだけでなく、生成皮膜に亀裂や剥離が生じやすい
という問題がある。また、加熱時間は特に制限はないが
、０．５時間以上とするのが好ましく、この範囲内で目
的とする酸化膜の厚みに応じて設定すればよい。加熱時
間が０．５時間よりも短いと全体に均一な酸化アルミニ
ウム膜が形成されないことがある。

加熱前は、第１図（ａ）にみるように、アルミ、す膜未
形成の合金２の表面に、前記加熱処理により、第１図（
′ｂ）にみるように、アルミナ膜１が形成するこうして
得られたものは、前記特定組成の合金２の表面に酸化ア
ルミニウム膜１が形成されており、同酸化アルミニウム
膜１が下地である合金２にいわば根３・・・が生えたよ
うに析出しているため、下地との密着性が極めて優れて
いる。このような方法だと、複雑な形状であっても、細
部まで容易に全面皮膜形成が可能であり、また、合金２
に根３が生えたように形成されたアルミナ皮膜１の厚み
ｔ　（この厚みｔは、第１図にみるように、いわゆる根
の部分を除いた最小の厚みである）についても熱処理温
度および／または熱処理時間を適宜調整することで、所
望の厚みにすることが可能である。さらに、このような
方法をイオンブレーティング法やスパッター法と比較す
ると、前述のとおり酸化物は合金の内部より合金に根の
生えたように析出しているため、密着性は遥かに優れて
いる。イオンブレーティング法やスパッター法の場合、
第２図にみるように、合金２′表面のアルミナ膜１′は
根がなく平板状である。また、セラミック焼結体で機構
部品全体を形成するときのような問題（たとえば、寸法
精度が低い、割れる）がないのである。合金２の基地中
には、微細かつ均一に分散析出したＮｉＡ１　（第１図
（ｂｌ中、４で示す）が存在しており、結晶粒の粗大化
が抑制される。このため、合金２は高温加熱処理による
基地の機械的性質の低下が殆ど生ぜず、高靭性なものと
なっている。しかも、下地である合金は、上記の組成を
有するため、高硬度である。これにより、この発明の製
造方法により得られた機構部品は、高硬度母材の上に高
密着・高硬度アルミナ皮膜が形成されており、高耐摩耗
性となっている。

なお、形成する皮膜の厚みに特に制限はない。

この発明で用いる合金は、フェライト生成元素であるＣ
ｒおよびＡｌと、オーステナイト生成元素であるＮｉと
を多量に含有したＦｅ基合金であり、合金が主としてフ
ェライト相で構成されるように各元素の量を選ばれてい
る。フェライト相の合金は、酸化加熱処理により、表面
に緻密で下地との密着性の良い厚いアルミナ皮膜を形成
しやすいが、オーステナイト相の合金はアルミナの膜が
均一に生じず、剥離するからである。合金をフェライト
相にする場合、Ｎｉ量を増加させると、（Ｃｒ　＋Ａ　
ｊｌり量も増加させる必要がある。なお、わずかのオー
ステナイト相が混合してもこの発明のフェライト合金の
性質を損なうことはない。

この発明の合金では、Ｃｒは、全体の２０〜４０重量％
を占める。Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｊ２系合金において、Ｃｒは
、合金表面に緻密で均一なアルミナ皮膜を形成させるた
めに必要であるが、この発明の合金では多量のＮｉを含
有するため、合金をフェライト相にするためには、Ｎｉ
が下限値でＡｊ２が上限値の場合でも２０重量％以上の
Ｃｒが必要である。Ｎｉ量が下限値、Ａｌ量が上限値付
近、Ｃｒ量が２０重量％未病の合金ではアルミナ皮膜の
形成が不完全である。このため、Ｃｒの下限は２０重量
％である。また、合金中のＣｒ含有量が増加するにつれ
て脆化の傾向が強くなるので、Ｃｒの上限は４０重量％
である。

この発明で用いる合金では、Ｎｉは、全体の５〜２５重
量％を占める。微細なＮｉＡＩを合金中に析出させるこ
とにより、機械的性質の向上をはかっているが、ｊｌと
の共存下でＮ１Ａ７！を析出させるためにＮｉは不可欠
の元素である。機械的性質の向上に十分効果的であるた
めには５重量％程度以上のＮｉを必要とするので、Ｎｉ
の下限は５重量％である。Ｎｉ量が増加すれば、Ｎ１Ａ
ｊ？の析出や機械的性質の同上に好都合であるが、この
発明の合金はフェライト相で構成されねばならないので
、オーステナイト生成元素のＮｉ量の増加はＣｒ、Ａｌ
量の増加を必要とする。しかし、Ｎｉ量が２５重量％を
越えると、Ｃｒ量を増加させねばならず、そうすると脆
化しやすくなるので、Ｎ　ｉの上限値は２５重量％であ
る。

この発明の合金では、Ａｌは、全体の３〜８重量％を占
める。ＡＩは合金中にＮｉＡｌを析出させ、さらに、高
温酸化処理により合金表面にアルミナ皮膜を形成させる
ためには不可欠な元素である。特に、緻密で均一な皮膜
を形成させるためには、３重量％以上のｊｌを含有する
ことが必要である。Ａｌ含有量の増加は、ＮｉＡ＃の析
出やアルミナ皮膜の形成に有利であるが、８重量％を越
えると合金の加工性が低下するので、Ａｌの上限は８重
量％でおる。

この発明の合金では、Ｚ　ｒ　１Ｙ　％　Ｈｆ　、、Ｃ
ｅ　１Ｌａ、Ｎｃｌ、Ｇｄ等のチタン族元素や希土類元
素はアルミナ皮膜内に混入して皮膜の脆さを改善すると
ともに、皮膜直下の合金内に内部酸化物粒子として分散
し、皮膜の密着性を著しく向上させる。これらの効果が
発揮されるには、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄお
よびＧｄのうちの１種または２種以上が少なくとも０．
０５重量％必要である。他方、１．０重量％を越えて含
有すると、合金の加工性が急激に低下するので上限は１
．０重量％である。

Ｔｉは合金中に０．５重量％程度含有されている場合、
適当な熱処理により微細な金属間化合物を形成し、合金
の強靭化に役立つ。この発明の合金は、Ｔｉを含んでい
ないものであってもよいが、このような理由によりＴｉ
を含んでいてもよい。

ただし、Ｔｉの含有量が０．５重量％を越えるとアルミ
ナ皮膜の密着性や緻密性を損なうおそれがあるので０．
５重量％以下が望ましい。

この発明の合金は、以上の成分以外の残部をＦｅが占め
る。ただし、残部がすべてＦｅである場合のみに限定さ
れず、たとえば、残部がＦｅ以外に不可避的に存在して
いる不純物も含んでいる場合も含める。なお、不純物の
中でも、Ｓｉ、Ｃ１Ｎの３元素は、下記の理由により、
下記の範囲となるようにすることが好ましい。

Ｓｉは高温酸化処理中にＳｉＯ□となり、アルミナ皮膜
に混入して皮膜の緻密性を損なうおそれがあることから
、０．３重量％以下とすることが望ましい。０重量％で
あってもよい。

Ｃは高温でＣｒと反応してＣｒ炭化物を形成し、合金を
脆化させる。また、ＣＯがＣＯ！ガスとなり、アルミナ
皮膜を破壊する。さらに、希土類元素と容易に反応し皮
膜の密着性向上に対する希土類元素の効果を低下させる
。これらのことから、Ｃは０．０１重量％以下が望まし
い。０重量％であってもよい。

Ｎは合金の靭性を低下させ、また、高温加熱中にＣｒと
反応してＣｒ系窒化物となり、合金の脆化の原因となり
うる。このため、０．０１５重量％以下が望ましい。０
重量％であってもよい。

〔実　施　例〕

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。

実施例１〜８および比較例１〜７第１表の実施例１〜８、比較例１〜７、および、従来例
１の各欄に示す組成の合金を高周波誘導加熱式真空溶解
炉で熔製し、熱間で２ｍｍの板状に圧延した。すなわち
、５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以上の高真空中で、電解鉄
、電解クロムおよびＮｉペレントをアルミするつぼに入
れて溶解し、熔融液中に、アルミニウム鉄合金、ＦｅＺ
ｒ合金、ＦｅＴｉ合金、ならびに、Ｈｆおよび希土類元
素小片を添加した。さらに、同じ真空中で炉内にある鉄
あるいは銅鋳型に鋳込んで合金のインゴットを得た。得
られたインゴットを１０００〜１１５０°Ｃに加温し、
ハンマーで鍛造、さらに切削加工により電動工具用のチ
ャック形状にした。これを、大気中、１１５０℃、１０
時間の熱処理により表面に厚み１０１のアルミナ皮膜を
析出させて、チャックを完成させた。

実施例および比較例について、機械的性質（硬度、引張
強さおよび伸び：いずれも常温で測定）測るとともに、
酸化皮膜の状態を、剥離なしく○）、部分的に剥離あり
　（△）、全面に剥離あり　（×）で評価した。結果を
、第２表に示す。

実施例の場合、比較例に比べ、硬度、引張強さが優れて
おり、０，２％耐力も同等以上であり、母材でみて、機
械的性質に優れることが分かるし、優れた酸化皮膜が形
成できることが分かる。

実施例の場合は膜は酸化アルミニウム膜であったが、比
較例の場合はＦｅｓ　Ｃｒｓ　ＮｉおよびＡｌの混合酸
化物膜であった。

従来例１一実施例１で得たチャック形状の合金（酸化アルミニウム
膜未形成）の表面に、下記条件のスパンター法により厚
み０．３　ｎのＴｉＮ膜を形成し電動工具用のチャック
を得た。

スパッター法の条件ＲＦスパッター装置を用い、１０　””〜１０−”Ｔ。

ｒｒの（Ａｒ十Ｎｇ）ガス中で印加電圧２ｋＶ、電流２
００ｍＡで３時間ずつ軸に垂直な２方向からスパンター
するようにした。

実施例１および従来例１のチャ・７りについて、膜の密
着性を垂直引張強度テスト（被覆面を垂直に方向に引っ
張り剥離するときの引張力を測る）で評価した。

実施例の場合は約１０ｋｇ／ｃｎｌであり、従来例の場
合は約４　ｋｇ／ｃｏｔであった。また、実施例では細
部まで膜が均一に形成されているのに対し、従来例では
細部の膜は厚みが薄かった。

従来例２ダイス鋼を用いた実施例１と同様の形状のチャックを得
た。

実施例のチャックと従来例２のチャックを、回転してい
る＃８０エメリペーパー紙に２０ｋｇの一定荷重で押し
付け、５００ｍ摺動させた後の摩耗量を比較した。実施
例１〜８では約１０ｇ／ｎ（、従来例２では約４０　ｇ
　／　ｍであり、実施例の場合、優れた耐摩耗性を有し
ていることが分がる。

このように、実施例の場合、母材合金が耐高温酸化性と
機械的強度を兼ね備えた合金であり、母材の機械的性質
を損なわずに、大気中で熱処理することにより密着性の
よいアルミナ皮膜で十分に覆うことができるのである。

〔発明の効果〕

この発明の機構部品の製造方法よれば、以上に述べたよ
うに、形状の如何にかかわらず密着性が良好なアルミナ
皮膜で十分に覆われ、靭性、硬度等の機械的性質に優れ
た機構部品を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の機構部品の製造方法の一例におけ
るアルミナ皮膜形成前後の合金の様子をあられす断面図
、第２図は、従来の方法により皮膜を形成した合金の様
子をあられす断面図である第１図（ａ）１・・・酸化アルミニウム皮膜　　２・・・合金代理人
　弁理士　　松　本　武　彦手続補正書（自発平成２年１１月？特願平２−２００７４１号２、発明の名称機構部品の製造方法３、補正をする者事件との関係　　　特許出願人住　　　所　　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地
名　称（５８３）松下電工株式会社４、代理人なし日６、補正の対象明細書７、補正の内容 ■　明細書の特許請求の範囲欄の全文を下記のとおりに
訂正する。記「１　所望の部品形状に成形されたアルミニウム含有の
合金を、８００℃以上圓温度で酸化雰囲気中で加熱する
ことにより、前記合金の表面に酸化アルミニウムを析出
させて酸化アルミニウム皮膜を形成するようにする機構
部品の製造方法において、前記合金が、Ｃｒ：２０〜４
０重量％、Ｎｉ：５〜２５重量％、Ａｊ！：３〜８重量
％、Ｔｉ：０〜０．５重量％、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、（、ｅ
、ｌ＝ａ、ＮｄおよびＧｄのうちのいずれか１種または
２種以上？　０．０５〜１．０重量％、Ｆｅ：残部から
なることを特徴とする機構部品の製造方法。」■　明細
書第３頁第１６〜１７行に「８００℃以上、１２００℃
以下」とあるを、１８００℃以上」と訂正する。 ■　明細書第４頁第１９行にｒ１２００℃以下」とある
を、ｒ１３００℃程度以下（例えば１２００℃以下）」
と訂正する。 ■　明細書第５頁第５行にｒ１２００℃」とあるを、ｒ
１３００℃」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

１　所望の部品形状に成形されたアルミニウム含有の合
金を、８００℃以上、１２００℃以下の温度で酸化雰囲
気中で加熱することにより、前記合金の表面に酸化アル
ミニウムを析出させて酸化アルミニウム皮膜を形成する
ようにする機構部品の製造方法において、前記合金が、
Ｃｒ：２０〜４０重量％、Ｎｉ：５〜２５重量％、Ａｌ
：３〜８重量％、Ｔｉ：０〜０．５重量％、Ｚｒ、Ｙ、
Ｈｆ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＧｄのうちのいずれか１
種または２種以上：０．０５〜１．０重量％、Ｆｅ：残
部からなることを特徴とする機構部品の製造方法。