JPS5952702B2 - 金属材料の耐食性および耐摩耗性付与方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属材料の耐食性および耐摩耗性付与方法に
関し、特に比較的炭素含有量の高い金属材料に充分な厚
さでクロム拡散層を形成して耐食。

性および耐摩耗性を付与する方法に関する。金属材料の
耐食性や耐摩耗性を向上させるための方法として多くの
表面処理方法が知られている。すなわち、被処理金属材
料より耐食性に富む金属材料、多くの場合クロム、ニッ
ケル、アルミ・ニウムなどをそれぞれ単独あるいは合金
として、その表面に電気メッキ法、溶射法、拡散浸透法
などによつて被覆するものである。又、耐摩耗性を付与
する方法としてはステライト、各種の炭化物、酸化物、
窒化物、硼化物などを表面に溶射被覆する方法などが知
られている。ところで、上記の溶射法によれば、炭化物
、窒化物などの非金属材料は勿論のこと各種の金属や合
金類などを比較的容易に被覆することができるため、被
覆材料の種類に関係なく処理し得る利点を有するが、被
覆材料と被処理金属材料間の密着性が悪いため、しばし
ば剥離現象が発生し、大きなトラブルを発生する原因と
なつている。

また、上記の電気メッキ法では、適用できる被覆材料に
限度があり、又溶射法に比較すると良好ではあるが被処
理金属材料に対する密着性が必らずしも十分でなく、高
温状態で使用する場合などでは剥離することがよく知ら
れている。

電気メッキ法の最大の欠点は、被処理金属材料が大きい
場合やその形状が複雑なときには処理し得ないことであ
り、高温状態で使用する金属材料の耐食、耐摩耗性向上
には余り使用されていないのが現状である。この点上記
の拡散法は、被覆金属と被処理金属材料が相互に拡散し
て合金属を形成するため、密着性に富んだ金属被覆が生
成するので、高温状態で使用する部材、例えばタービン
ブレードなどにアルミニウム、クロムなどが被覆金属と
して実用化されている。

しかし、タービンブレード材料のようにニッケル基、コ
バルト基合金などの比較的炭素含有量の低い（一部の材
料では高炭素もあり）材料ではクロムの拡散浸透は容易
であるが、炭素含有量の高い材料、例えば各種のステン
レス鋼の鋳造品、鉄鋼の鋳造品などに対しては、クロム
が炭素と選択的に化合してクロム炭化物を被処理金属材
料表面に形成するため、基質内部への拡散が抑制される
結果、拡散層が薄くなる欠点がある。したがつて、この
ような拡散層の薄いものでは、十分な耐食性は勿論耐摩
耗性も乏しく、実用化できないことは云う迄もない。そ
こで本発明者らは、比較的炭素含有量の高い金属材料の
耐食性と耐摩耗性を向上させることを目的として鋭意研
究の結果、予め硼化処理を施しておいて、その後クロム
の拡散処理を施せば、十分な厚さで基質内部に拡散層が
形成されることを実験的に確認した。

この実験的確認事項を詳細に述べれば次の通りである。
（１）比較的炭素含有量の高い金属材料（以下、高炭素
金属材料という）に対しても硼化処理は容易に行なうこ
とができる。

すなわち、硬質の硼素の拡散層が厚く生成する。（２）
しかし、（１）で得られる硬質の硼化物層は、多孔質で
あるばかりか、耐熱性に乏しいため、高温でしかも重油
燃焼ガスなどのようにバナジウ，ム、ナトリウムあるい
は硫黄などの腐食性成分を含む環境では使用できない欠
点がある。

（３）そこで、（１）の処理後、クロムを拡散浸透させ
ると、多孔質の硼化物層中にクロムが深く侵入し、これ
により硬い硼化物層は更に硬化し、し，かもクロムが保
有する優れた耐熱、耐食性が付与されるので、硼化物層
の欠点である多孔質および低耐熱、低耐食性が一挙に改
善される。

本発明は、以上の事項に基づいてなされたもので、金属
材料、特に高炭素金属材料に、予め通常の硼化処理を行
なつて多孔質ではあるが、非常に硬い硼化物層を形成さ
せた後、通常のクロム拡散処理を施し、上記多孔質層を
利用して、特に高炭素金属材料では拡散困難なクロムを
、内部深く浸透させることを特徴とする金属材料の耐食
性および耐摩耗性付与方法である。以下、具体例を挙げ
て本発明方法を詳細に説明する。

供試材料として第１表に示す化学成分の金属材料を用い
た。

なお、第１表中、材料１は通常の軟鋼、材料１１は通常
の鋳鋼、材料１１１は通常のステンレス鋼鋳物、材料１
Ｖは通常のニツケル合金、材料Ｖは通常のコバルト合金
である。上記材料１−Ｖをそれぞれ外径１５ｍｍ、長さ
５０ｍｍの形状寸法に仕上げた後、下記条件で硼化処理
、４クロム拡散処理を行なつた。

（１）硼化処理： 硼酸２０重量％、 過硼酸カリウム４０重量％、 弗化ナトリウム１５重量％、 炭酸ナトリウム１５重量％、 マグネシウム粉末１０重量％、 これらを９００℃に加熱すると溶融状態となつた。

この中に上記供試材を浸漬し、４時間処理した。（２）
クロム拡散処理： クロム粉末７５重量％、 酸化アルミニウム２３重量％、 塩化アンモニウム２重量％、 これらを１０００℃に加熱した。

これらは１０００℃に加熱しても粉体状を維持していた
ため、上記供試材はこの中で埋没処理の形で５時間処理
した。上記条件で硼化処理を行なつたものは９００℃の
処理温度から２２℃の水中に投入し、その後乾燥して試
験片の表面に付着している各種の不純物（硼化処理剤な
ど）をエメリ紙で軽く研摩した。

しかる後、表面の硬さを測定すると共に、耐熱性および
耐食性試験を実施した。また、上記の硼化処理を行なつ
たものの一部について上記条件でクロム拡散処理を行な
い、上記と同じように表面の硬さ、耐熱性、耐摩耗性を
調べた。

結果は第２〜６表にまとめて示す。

なお、硬さ、耐熱性、耐食性、耐摩耗性は下記の要領で
評価したものである。（１）硬さ：処理層の表面をミク
ロビツカースで測定した。

（２）耐摩耗性：５０〜１００μの粒度を有するアラン
ダムを噴射空気（１０ｍ／Ｓｅｃ）中に添加し、試験片
に吹き付けた。

１０時間後の試験片の重量を測定し、試験前の重量差か
ら耐摩耗性を評価した。

（３）高温耐食性：９００℃の重油燃焼ガス中で５０時
間放置し、試験前後の重量変化から耐食性を評価した。

更に、一部のものは１５０時間放置して耐食性を評価し
た。（４）処理層の厚さ：断面を光学顕微鏡によつて測
定した。

第２表から明らかなように、硼化処理によつていずれの
試験片も硬くなつており、しかも広い部分にわたつてい
る。

クロム拡散処理のみでも硬い部分は存在するか、その位
置は極めて限られた所フにある。

硼化処理後、クロム拡散処理を行なつたものは、高硬度
を有する部分がそのまま維持されるばかりか、さらにや
や広くなり、硬さも増加する傾向がある。従つて、両処
理によつて、さらに優れた硬質の拡散層が形成されてい
ることがわかる。また、第３表によれば、硼化処理によ
つて耐摩耗性はかなり向上し、クロム拡散処理を追加す
ることによつてさらに良好となつていることがわかる。

なお、無処理は勿論、クロム拡散処理のみでは十分な耐
摩耗性が得られないこともわかる。更に、第４表では、
上記第３表で良好な耐摩耗性を示した硼化処理は耐食性
に乏しく、無処理のものと同程度のものもあることを示
しており、これは多孔質の硼化物層中にバナジウム、ナ
トリウム、硫黄などの腐食性成分が侵入したためと考え
られる。そして、クロム拡散処理を追加したものは、極
めて良好な耐食性を示している。また、クロム拡散処理
のみのものも比較的良好な耐食性を示しているが、第５
、６表から明らかなように長時間の腐食試験では、厚い
拡散層が得られる本発明方法によるものに比べてかなり
耐食性が低下している。また、第６表から明らかなよう
に、クロム拡散処理層は薄いが、予め硼化処理を行なつ
た本発明方法による処理層は耐摩耗性と耐食性とを兼ね
備えるに充分な厚さとなつていることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予め硼化処理を施して多孔質で硬い処理層を形成さ
   せた後、クロム拡散処理を施し、前記多孔質硼化処理層
   中にクロムを拡散浸透させることによつて耐食性と耐摩
   耗性を兼ね備えた処理層を形成させることを特徴とする
   金属材料の耐食性および耐摩耗性付与方法。