JPH07188896A - Ｃｒ窒化物皮膜の形成方法 - Google Patents
Ｃｒ窒化物皮膜の形成方法Info
- Publication number
- JPH07188896A JPH07188896A JP33272493A JP33272493A JPH07188896A JP H07188896 A JPH07188896 A JP H07188896A JP 33272493 A JP33272493 A JP 33272493A JP 33272493 A JP33272493 A JP 33272493A JP H07188896 A JPH07188896 A JP H07188896A
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- Japan
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- nitride film
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- forming
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基材の軟化や変形などの問題を伴うことな
く、基材との密着力を高めることのできるＣｒ窒化物皮
膜の形成方法を提供する。 【構成】 本発明方法は、Ｃｒを含有する基材を大気中
で加熱して、該基材表面の金属Ｃｒを酸化してＣｒ酸化
物にするとともに、該基材表面のＣｒ濃度を高濃度化さ
せる工程と、上記Ｃｒ濃度を高濃度化させた基材表面を
還元処理して、該基材表面の該Ｃｒ酸化物を金属Ｃｒに
する工程と、上記還元処理した基材表面を窒化処理し
て、該基材表面にＣｒ窒化物皮膜を形成する工程とから
なることを特徴とする。このようにして形成されたＣｒ
窒化物被膜は、基材中のＣｒと窒素とが化学的に反応し
て結合されたものであるため、密着強度が高い。また、
本発明における上記各処理は、基材が軟化したり変形し
たりしない温度範囲内で行うことができる。
く、基材との密着力を高めることのできるＣｒ窒化物皮
膜の形成方法を提供する。 【構成】 本発明方法は、Ｃｒを含有する基材を大気中
で加熱して、該基材表面の金属Ｃｒを酸化してＣｒ酸化
物にするとともに、該基材表面のＣｒ濃度を高濃度化さ
せる工程と、上記Ｃｒ濃度を高濃度化させた基材表面を
還元処理して、該基材表面の該Ｃｒ酸化物を金属Ｃｒに
する工程と、上記還元処理した基材表面を窒化処理し
て、該基材表面にＣｒ窒化物皮膜を形成する工程とから
なることを特徴とする。このようにして形成されたＣｒ
窒化物被膜は、基材中のＣｒと窒素とが化学的に反応し
て結合されたものであるため、密着強度が高い。また、
本発明における上記各処理は、基材が軟化したり変形し
たりしない温度範囲内で行うことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｃｒ窒化物皮膜の形成
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、鋼材の耐摩耗性及び耐焼付性
を向上させる目的で、Ｈｖ１５００以上と比較的硬度の
高いＣｒ窒化物よりなる皮膜を鋼材表面に形成すること
がなされている。鋼材表面にＣｒ窒化物皮膜を形成する
方法としては、例えば特開昭５７−１７１６５９号公報
にも開示されているように、ＰＶＤ法（物理的蒸着法）
やＣＶＤ法がある。
を向上させる目的で、Ｈｖ１５００以上と比較的硬度の
高いＣｒ窒化物よりなる皮膜を鋼材表面に形成すること
がなされている。鋼材表面にＣｒ窒化物皮膜を形成する
方法としては、例えば特開昭５７−１７１６５９号公報
にも開示されているように、ＰＶＤ法（物理的蒸着法）
やＣＶＤ法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＰＶＤ法は、低温で処
理できるため基材の軟化、変形の問題がないが、基材と
皮膜との密着が物理的な結合によるため、密着力が低
い。このため、耐摩耗性部材としての使用中に皮膜が剥
離したり、熱サイクルの応力により皮膜が剥離したりす
るという問題がある。また、ＰＶＤ法では、皮膜形成過
程において、塊状の膜生成物が順次堆積されることによ
り針状又は柱状に膜が形成されるため、皮膜表面には、
微視的に多くの欠陥が含まれている。
理できるため基材の軟化、変形の問題がないが、基材と
皮膜との密着が物理的な結合によるため、密着力が低
い。このため、耐摩耗性部材としての使用中に皮膜が剥
離したり、熱サイクルの応力により皮膜が剥離したりす
るという問題がある。また、ＰＶＤ法では、皮膜形成過
程において、塊状の膜生成物が順次堆積されることによ
り針状又は柱状に膜が形成されるため、皮膜表面には、
微視的に多くの欠陥が含まれている。
【０００４】一方、ＣＶＤ法は、化学反応を伴って皮膜
と基材とが結合されるため、基材と皮膜との密着力がＰ
ＶＤ法と比べて高くなるが、１０００℃以上の高温で処
理するため、基材の軟化、変形などの問題を伴う。本発
明は上記実情に鑑みてなされたものであり、基材の軟化
や変形などの問題を伴うことなく、基材との密着力を高
めることのできるＣｒ窒化物皮膜の形成方法を提供する
ことを解決すべき技術課題とするものである。
と基材とが結合されるため、基材と皮膜との密着力がＰ
ＶＤ法と比べて高くなるが、１０００℃以上の高温で処
理するため、基材の軟化、変形などの問題を伴う。本発
明は上記実情に鑑みてなされたものであり、基材の軟化
や変形などの問題を伴うことなく、基材との密着力を高
めることのできるＣｒ窒化物皮膜の形成方法を提供する
ことを解決すべき技術課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のＣｒ窒化物皮膜の形成方法は、Ｃｒを含有する基材
を大気中で加熱して、該基材表面の金属Ｃｒを酸化して
Ｃｒ酸化物にするとともに、該基材表面のＣｒ濃度を高
濃度化させる工程と、上記Ｃｒ濃度を高濃度化させた基
材表面を還元処理して、該基材表面の該Ｃｒ酸化物を金
属Ｃｒにする工程と、上記還元処理した基材表面を窒化
処理して、該基材表面にＣｒ窒化物皮膜を形成する工程
とからなることを特徴とするものである。
明のＣｒ窒化物皮膜の形成方法は、Ｃｒを含有する基材
を大気中で加熱して、該基材表面の金属Ｃｒを酸化して
Ｃｒ酸化物にするとともに、該基材表面のＣｒ濃度を高
濃度化させる工程と、上記Ｃｒ濃度を高濃度化させた基
材表面を還元処理して、該基材表面の該Ｃｒ酸化物を金
属Ｃｒにする工程と、上記還元処理した基材表面を窒化
処理して、該基材表面にＣｒ窒化物皮膜を形成する工程
とからなることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】本発明のＣｒ窒化物皮膜の形成方法は、まずＣ
ｒを含有する基材を大気中で加熱し、該基材表面の金属
Ｃｒを酸化してＣｒ酸化物にするとともに、該基材表面
のＣｒ濃度を高濃度化させる。つまり、Ｃｒを含有する
基材を大気中で加熱することにより、基材表面の金属Ｃ
ｒが大気中の酸素と反応してＣｒ酸化物となる。その結
果、基材表面の金属Ｃｒが欠乏するので、平衡状態を保
とうとして基材内部の金属Ｃｒが基材表面に拡散・集中
する。これにより、基材表面においては、基材内部から
拡散された金属ＣｒとＣｒ酸化物とが存在することとな
り、基材表面におけるＣｒ濃度が高濃度化される。
ｒを含有する基材を大気中で加熱し、該基材表面の金属
Ｃｒを酸化してＣｒ酸化物にするとともに、該基材表面
のＣｒ濃度を高濃度化させる。つまり、Ｃｒを含有する
基材を大気中で加熱することにより、基材表面の金属Ｃ
ｒが大気中の酸素と反応してＣｒ酸化物となる。その結
果、基材表面の金属Ｃｒが欠乏するので、平衡状態を保
とうとして基材内部の金属Ｃｒが基材表面に拡散・集中
する。これにより、基材表面においては、基材内部から
拡散された金属ＣｒとＣｒ酸化物とが存在することとな
り、基材表面におけるＣｒ濃度が高濃度化される。
【０００７】このようにＣｒ濃度が高濃度化された基材
表面を還元処理して、基材表面のＣｒ酸化物を金属Ｃｒ
とすれば、基材表面には高濃度化された金属Ｃｒが存在
することとなる。そして、その後の窒化処理により、Ｃ
ｒ窒化物皮膜が部材表面に形成される。このようにして
形成されたＣｒ窒化物皮膜は、基材中のＣｒと窒素とが
化学的に反応して結合されたものであるため、密着強度
が高い。
表面を還元処理して、基材表面のＣｒ酸化物を金属Ｃｒ
とすれば、基材表面には高濃度化された金属Ｃｒが存在
することとなる。そして、その後の窒化処理により、Ｃ
ｒ窒化物皮膜が部材表面に形成される。このようにして
形成されたＣｒ窒化物皮膜は、基材中のＣｒと窒素とが
化学的に反応して結合されたものであるため、密着強度
が高い。
【０００８】また、本発明における上記各処理は、基材
が軟化したり変形したりしない温度範囲内で行うことが
できる。
が軟化したり変形したりしない温度範囲内で行うことが
できる。
【０００９】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （実施例１）基材として、Ｃｒ濃度が２０〜２２ｗｔ％
である鋼材：ＳＵＨ３５（２１−４Ｎ鋼）を準備した。
る。 （実施例１）基材として、Ｃｒ濃度が２０〜２２ｗｔ％
である鋼材：ＳＵＨ３５（２１−４Ｎ鋼）を準備した。
【００１０】この基材をアルカリ洗浄して、その表面を
洗浄した後、大気炉に入れて加熱した。なお、加熱条件
は鋼の変態温度以下の７００℃×１０時間とした。加熱
後の基材表面におけるＣｒ濃度プロフィールをＥＰＭＡ
分析（ライン分析）により調べた。その結果を図１に示
すように、基材表面から約４μｍの深さまでにおいて
は、Ｃｒ濃度が高濃度化されているのがわかる。これ
は、基材表面において金属Ｃｒが大気中の酸素と反応し
てＣｒ酸化物となり、その結果金属Ｃｒが欠乏するの
で、平衡状態を保とうとして基材内部の金属Ｃｒが基材
表面に拡散・集中したためと考えられる。
洗浄した後、大気炉に入れて加熱した。なお、加熱条件
は鋼の変態温度以下の７００℃×１０時間とした。加熱
後の基材表面におけるＣｒ濃度プロフィールをＥＰＭＡ
分析（ライン分析）により調べた。その結果を図１に示
すように、基材表面から約４μｍの深さまでにおいて
は、Ｃｒ濃度が高濃度化されているのがわかる。これ
は、基材表面において金属Ｃｒが大気中の酸素と反応し
てＣｒ酸化物となり、その結果金属Ｃｒが欠乏するの
で、平衡状態を保とうとして基材内部の金属Ｃｒが基材
表面に拡散・集中したためと考えられる。
【００１１】上記基材表面のＣｒ濃度が高濃度化された
基材を、還元材料としてのＳｉとともに、真空中で加熱
して、還元処理した。なお、加熱条件は７００℃×２０
時間、真空度：１．３３×１０-2Ｐａとした。これによ
り、基材表面のＣｒ酸化物が金属Ｃｒとされ、基材表面
には高濃度化された金属Ｃｒが存在することとなる。そ
して、上記還元処理した基材を、アンモニアガス雰囲気
のガス窒化炉に入れて加熱した。なお、加熱条件は５７
０℃×４時間とした。この窒化処理により、基材表面に
約５μｍのＣｒ窒化物皮膜が形成された。
基材を、還元材料としてのＳｉとともに、真空中で加熱
して、還元処理した。なお、加熱条件は７００℃×２０
時間、真空度：１．３３×１０-2Ｐａとした。これによ
り、基材表面のＣｒ酸化物が金属Ｃｒとされ、基材表面
には高濃度化された金属Ｃｒが存在することとなる。そ
して、上記還元処理した基材を、アンモニアガス雰囲気
のガス窒化炉に入れて加熱した。なお、加熱条件は５７
０℃×４時間とした。この窒化処理により、基材表面に
約５μｍのＣｒ窒化物皮膜が形成された。
【００１２】（実施例２）基材として、Ｃｒ濃度が１８
ｗｔ％である鋼材：ＳＵＳ３０４を準備した。この基材
の表面に、上記実施例１と同様の方法により、約４μｍ
のＣｒ窒化物皮膜を形成した。 （比較例１）上記実施例１と同様の鋼材を基材として準
備し、その表面にアークイオンプレーティングを用いる
ＰＶＤ法により膜厚５μｍのＣｒ窒化物皮膜を形成し
た。なお、イオンプレーティング条件としては、アーク
電流：１２０Ａ、バイアス電圧：−１５０Ｖ、プロセス
ガス圧：８×１０-2Ｐａとした。
ｗｔ％である鋼材：ＳＵＳ３０４を準備した。この基材
の表面に、上記実施例１と同様の方法により、約４μｍ
のＣｒ窒化物皮膜を形成した。 （比較例１）上記実施例１と同様の鋼材を基材として準
備し、その表面にアークイオンプレーティングを用いる
ＰＶＤ法により膜厚５μｍのＣｒ窒化物皮膜を形成し
た。なお、イオンプレーティング条件としては、アーク
電流：１２０Ａ、バイアス電圧：−１５０Ｖ、プロセス
ガス圧：８×１０-2Ｐａとした。
【００１３】（比較例２）上記実施例１と同様の鋼材を
基材として準備し、その表面にホロカソードを用いるＰ
ＶＤ法により膜厚５μｍのＣｒ窒化物皮膜を形成した。
なお、イオンプレーティング条件としては、ＨＣＤ銃、
ビーム出力：３５Ｖ×５００Ａ、バイアス電圧：−２０
０Ｖ、圧力：１．３３×１０-1Ｐａとした。
基材として準備し、その表面にホロカソードを用いるＰ
ＶＤ法により膜厚５μｍのＣｒ窒化物皮膜を形成した。
なお、イオンプレーティング条件としては、ＨＣＤ銃、
ビーム出力：３５Ｖ×５００Ａ、バイアス電圧：−２０
０Ｖ、圧力：１．３３×１０-1Ｐａとした。
【００１４】（密着力の評価）上記実施例１、実施例
２、比較例１及び比較例２のＣｒ窒化物皮膜について、
スクラッチ試験を行い、基材とＣｒ窒化物皮膜との密着
強度を測定した。このスクラッチ試験は、ＡＥセンサー
付きスクラッチ試験機を用いて、以下の試験条件により
行った。この結果を図２に示す。
２、比較例１及び比較例２のＣｒ窒化物皮膜について、
スクラッチ試験を行い、基材とＣｒ窒化物皮膜との密着
強度を測定した。このスクラッチ試験は、ＡＥセンサー
付きスクラッチ試験機を用いて、以下の試験条件により
行った。この結果を図２に示す。
【００１５】試験機：ＣＳＥＭ−ＲＥＶＥＴＥＳＴ試験
機（Ｎｅｕｃｈａｔｅｌ社（Ｓｗｉｓｓ）製） 荷重速度：９．８Ｎ／ｍｉｎ 触針移動速度：１ｍｍ／ｍｉｎ 図２からも明らかなように、本実施例１及び２により形
成したＣｒ窒化物皮膜は、従来のＰＶＤ法により形成し
た比較例１及び２に係るＣｒ窒化物皮膜と比べて基材と
の密着強度が格段と向上している。これは、本実施例１
及び２により形成したＣｒ窒化物皮膜においては、基材
表面に高濃度化された基材中のＣｒが化学的反応を伴っ
て窒素と結合しているためと考えられる。
機（Ｎｅｕｃｈａｔｅｌ社（Ｓｗｉｓｓ）製） 荷重速度：９．８Ｎ／ｍｉｎ 触針移動速度：１ｍｍ／ｍｉｎ 図２からも明らかなように、本実施例１及び２により形
成したＣｒ窒化物皮膜は、従来のＰＶＤ法により形成し
た比較例１及び２に係るＣｒ窒化物皮膜と比べて基材と
の密着強度が格段と向上している。これは、本実施例１
及び２により形成したＣｒ窒化物皮膜においては、基材
表面に高濃度化された基材中のＣｒが化学的反応を伴っ
て窒素と結合しているためと考えられる。
【００１６】なお、本発明のＣｒ窒化物皮膜の形成方法
において、還元処理する際の還元材料としては、酸化物
の標準生成自由エネルギー−温度図（金属データブック
（丸善）の第９０頁参照、１９８４）及び融点を考慮し
て、上記実施例で用いたＳｉの他に、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ等
の活性金属を選定することができる。つまり、酸化物の
標準生成自由エネルギーがＣｒ酸化物と比較して小さ
く、かつ、融点が本発明の各加熱工程における加熱温度
よりも高い金属を選定することができる。
において、還元処理する際の還元材料としては、酸化物
の標準生成自由エネルギー−温度図（金属データブック
（丸善）の第９０頁参照、１９８４）及び融点を考慮し
て、上記実施例で用いたＳｉの他に、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ等
の活性金属を選定することができる。つまり、酸化物の
標準生成自由エネルギーがＣｒ酸化物と比較して小さ
く、かつ、融点が本発明の各加熱工程における加熱温度
よりも高い金属を選定することができる。
【００１７】また、本発明のＣｒ窒化物皮膜の形成方法
において、各加熱工程における加熱温度は、処理工程時
間を短縮する観点からは、基材が軟化したり変形したり
しない範囲内で、なるべく高い温度に設定することが好
ましい。
において、各加熱工程における加熱温度は、処理工程時
間を短縮する観点からは、基材が軟化したり変形したり
しない範囲内で、なるべく高い温度に設定することが好
ましい。
【００１８】
【効果】以上詳述したように本発明のＣｒ窒化物皮膜の
形成方法は、基材が軟化したり変形したりしない温度範
囲内での各処理を経て、窒素と基材中のＣｒとが化学的
反応を伴って結合されることにより、基材表面にＣｒ窒
化物皮膜が形成されるものであるから、基材の軟化や変
形などの問題を伴うことなく、基材とＣｒ窒化物皮膜と
の密着力を高めることができる。
形成方法は、基材が軟化したり変形したりしない温度範
囲内での各処理を経て、窒素と基材中のＣｒとが化学的
反応を伴って結合されることにより、基材表面にＣｒ窒
化物皮膜が形成されるものであるから、基材の軟化や変
形などの問題を伴うことなく、基材とＣｒ窒化物皮膜と
の密着力を高めることができる。
【図１】本実施例に係り、大気中での加熱工程後におい
て、基材表面からの距離とＣｒ濃度との関係を示すグラ
フである。
て、基材表面からの距離とＣｒ濃度との関係を示すグラ
フである。
【図２】本実施例及び比較例に係るＣｒ窒化物皮膜につ
いて、スクラッチ試験結果を示す棒グラフである。
いて、スクラッチ試験結果を示す棒グラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】Ｃｒを含有する基材を大気中で加熱して、
該基材表面の金属Ｃｒを酸化してＣｒ酸化物にするとと
もに、該基材表面のＣｒ濃度を高濃度化させる工程と、 上記Ｃｒ濃度を高濃度化させた基材表面を還元処理し
て、該基材表面の該Ｃｒ酸化物を金属Ｃｒにする工程
と、 上記還元処理した基材表面を窒化処理して、該基材表面
にＣｒ窒化物皮膜を形成する工程とからなることを特徴
とするＣｒ窒化物皮膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33272493A JPH07188896A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Ｃｒ窒化物皮膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33272493A JPH07188896A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Ｃｒ窒化物皮膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07188896A true JPH07188896A (ja) | 1995-07-25 |
Family
ID=18258161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33272493A Pending JPH07188896A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Ｃｒ窒化物皮膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07188896A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011077945A1 (ja) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | 本田技研工業株式会社 | マルエージング鋼の窒化処理方法 |
| CN113652626A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 合肥工业大学 | 一种实现复杂形状钢铁零件低温渗氮的方法 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33272493A patent/JPH07188896A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011077945A1 (ja) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | 本田技研工業株式会社 | マルエージング鋼の窒化処理方法 |
| CN102666907A (zh) * | 2009-12-25 | 2012-09-12 | 本田技研工业株式会社 | 马氏体时效钢的氮化处理方法 |
| CN113652626A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 合肥工业大学 | 一种实现复杂形状钢铁零件低温渗氮的方法 |
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