JPS6138263B2 - - Google Patents

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JPS6138263B2
JPS6138263B2 JP55108114A JP10811480A JPS6138263B2 JP S6138263 B2 JPS6138263 B2 JP S6138263B2 JP 55108114 A JP55108114 A JP 55108114A JP 10811480 A JP10811480 A JP 10811480A JP S6138263 B2 JPS6138263 B2 JP S6138263B2
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JP
Japan
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group
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carbide layer
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JP55108114A
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JPS5732362A (en
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Norimasa Uchida
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Priority to CA000379645A priority patent/CA1179242A/en
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Priority to DE3123871A priority patent/DE3123871C2/de
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Publication of JPS6138263B2 publication Critical patent/JPS6138263B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/18Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C10/26Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being diffused

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融塩法で被処理材表面に炭化物層を
被覆処理する方法に関するものである。
従来より上記表面処理方法として、硼酸塩の溶
融浴中にa族元素を溶入させ、被処理材表面に
a族の炭化物層を形成せしめる方法、中性塩の
溶融浴中にa族あるいはa族の元素を溶入さ
せ、被処理材表面にa族の炭化物層あるいは
a族の炭化物層を形成せしめる方法などが知られ
ている。しかし、上記方法はいずれも単一の炭化
物層を被覆する方法に関するものである。しか
も、硼酸塩浴を主剤とする方法ではa族元素が
硼酸塩を還元してしまうためa族元素の炭化物
層被覆は難しく、またはポツトの寿命が短かい、
浴の粘性が大きい、処理後の付着塩除去に手数が
かかるなど作業上の問題も多い。一方、従来の中
性塩浴を使用する方法では30wt%以上の多量な
a族元素またはその合金を添加して容器の下部
に沈澱層を生じさせ、その沈澱層中に被処理物を
埋込まないと良好な被覆層が形成されない。その
ため、工業的に処理する場合は、被処理物の取扱
い等で種々の困難を伴う。また、中性塩浴法では
a族元素の炭化物層を被覆可能であるが、この
場合にも沈澱層ができ、またa族元素炭化物は
非常に酸化され易いため、不活性雰囲気中で処理
せねばならない。
本発明は溶融塩浴中で第a族元素の酸化物を
第a族元素あるいはこれを含む物質で還元させ
ることにより、第a族元素の塩浴中に溶入さ
せ、同時に第a族元素の一部も溶入させて被処
理材表面に第a族元素と第a族元素の複炭化
物層を形成せしめる表面処理方法である。本発明
で形成させた複炭化物層は第a族元素の単一炭
化物よりも耐摩耗性に優れ、また第a族元素の
単一炭化物より耐酸化性に優れるため、大気中で
の処理が可能な特徴を有している。
本発明でいう第a族酸化物とはV2O5
Nb2O5、V2O3、Ta2O5などであり、3wt%〜20wt
%の範囲で添加するとよい。3wt%以下では被覆
層が形成されず20wt%以上では後述するよう
に、多量の第aの族元素を添加する必要がある
ため塩浴の粘性が著しく大きくなり実質的に処理
できなくなる。
第a族元素は第a族元素酸化物を還元する
能力があれば化合物等の第a族元素を含む物質
を添加してもかまわない。たとえば第a族元素
のフエロアロイなども効果を有する。第a族元
素の添加量は上記で添加された第a族元素酸化
物の80%を還元するに足る化学量論以上の量を必
要とする。従つて、第a族元素酸化物を多量に
添加する場合は、同時に第a族元素も多量に添
加せねばならない。添加方法は上記第a族元素
酸化物と第a族元素あるいはこれを含む物質を
基体となる塩浴剤と室温で混合してから同時に加
熱溶融してもよいし、第a族元素あるいはこれ
を含む物質のみを、あらかじめ溶融した塩浴中に
後から添加して機械的に撹拌してもよい。
第a族元素あるいはこれを含む物質は60メツ
シユ以下の微粉末を用いることが望ましい。第
a族元素酸化物はV2O5のごとき融点が1000℃以
下の場合はどのような形状でもよいが、高融点酸
化物を用いる場合はやはり60メツシユ以下の微粉
末でなければならない。
基体となる塩浴剤は850℃〜1100℃で安定な溶
融体となるものであればよいが、周期律表第a
族および第a族の1種または2種以上の塩化物
を塩化物を塩浴剤として用いると、浴の粘性が小
さく、被処理物への粘着量も少なく、処理後の塩
の除去も容易となり作業し易くなる。さらに望ま
しくは周期律表第a族および第a族の1種ま
たは2種以上の塩化物と5〜30mol%の硼酸塩の
混合した塩浴を使用すると、塩浴の蒸発、クリー
プ現象が少なくなり、被処理材の表面も良好にな
る。この場合周期律表第a族および第a族の
1種または2種以上の塩化物が主体であるため、
従来の硼酸塩を主体とした方法の欠点であるポツ
ト寿命が短かく、浴の粘性大、被処理物への粘着
量多大、および処理後の塩の除去難という問題は
生じず、また第a族元素が硼酸塩を還元するこ
ともないのできわめて実用性の高い塩浴剤であ
る。
さらに、上記塩浴に15wt%以下の少量の第
a族元素を添加すると、浴の寿命が安定になり、
長期にわたり被覆層の成長速度が一定になる効果
を有する。また第a族元素あるいは第a族元
素の弗化物の添加も浴の性状安定に効果がある。
処理に用いる容器は黒鉛、耐火物、鋼など、
種々あるが、実用的には耐熱鋼製のものが最も適
している。また容器の一部をさらに耐食性にすぐ
れた物質で保護したり、不活性ガスを吹き着けた
りすることも有効である。
処理温度は850℃〜1100℃で、被処理材の化学
組成により異なる。適正な処理温度を決める目安
としては、目標とする被覆層厚さ(通常15μ以
下)をできるだけ短時間の保持時間で処理するこ
とができ、かつ被処理材の熱処理組織を粗大化さ
せない、上限の温度以下となるよう個々の材質に
つきあらかじめ実験的に求めておくべきである。
被処理材は0.3%以上の炭素を含むものが好まし
いが0.3%以下であつても浸炭等によりあらかじ
め表面の炭素濃度を高くしたものであればよい。
また塩浴剤を浸炭雰囲気にすることにより被処理
材表面に炭化物層を形成さることも可能である。
処理が終了した後は、被処理物を溶融塩浴中よ
り引き上げ、大気中で油冷、水冷あるいは600℃
以下の熱浴焼入すればよい。焼もどしは、500℃
以下の場合は大気中でよいが、500℃以上の場合
は無酸化雰囲気中で実施する必要がある。
以下に実施例を述べる。
実施例1 モル組成比で60:40のKClとBaCl2の混合塩に
V2O5と100メツシユ以下の粉末Fe−Tiを種々の
割合で混合して後、塩浴剤とともに加熱溶融させ
た。容器はSUS304製パイプの底を同じくSUS304
製板で溶接したものを用い、電気炉中で加熱し
た。被処理材はSKD11およびSKD61の板で、表
面を研削仕上した後脱脂して、上記溶融塩浴中に
浸漬した。処理温度は1000℃とし、4時間保持し
て後大気中で油冷した。被処理材を温水で洗浄し
て付着した塩を除去した後、X線回折、X線マイ
クロアナライザー、光学顕微鏡観察により被覆層
の形成の有無およびその種類の組成を調べた。第
1図はその結果をV2O3とTiの添加割合の関係で
示す図である。図中〇は組成が(VTi)C、結晶
構造がVCであり、●は組成が(VTi)C、結晶
構造がTiCである複炭化物層が形成され、×は炭
化物層が形成されない場合を示す。Ti(%)は
添加したFe−Tiの純度(71.0%Ti)より計算し
て求めた。
本実施例よりTiの添加量はV2O5の添加量の1/2
以上でないと炭化物層は形成されないことがわか
つた。また、形成される炭化物層はいずれもVと
Tiの複炭化物層であるが、Tiの添加量が1/2V2O5
≦Ti<V2O5のときは結晶構造はVCに近く、Ti≧
V2O5のときはTiCに近いことがわかつた。第2
図は1/2V2O5≦Ti<V2O5のときに形成された複
炭化物層のX線マイクロアナライザーによる各元
素の線分析の結果の1例を示す。この場合はVC
にTiが固溶した状態となつている。第3図はTi
≧V2O5のときに形成された複炭化物層の線分析
結果の1例であるが、この場合にはTiCにVが固
定した複炭化物となつている。なお形成された複
炭化物層の厚さは3〜7.3μと多少のバラツキが
あつた。
実施例 2 モル組成比で14:86の無水硼砂とBaCl2の混合
塩に8wt%のV2O5と7wt%のFe−Tiを添加して、
加熱溶融し、被処理材SKD11を1000℃で4Hr浸漬
保持した後油冷した。温水で洗浄した後、実施例
1と同様にX線回折、X線マイクロアナライザー
分析、光学顕微鏡観察を行なつたところ、約7.5
μの被覆層が形成されていた。この層はVCの結
晶格子に近いVとTiの複炭化物であつた。の塩
浴組成の場合には、実施例1の中性塩のみを基体
とする場合よりも浴の蒸発、沈澱層の状況、被処
理材の処理後の肌等いずれもすぐれていた。
実施例 3 モル組成比で60:40のKClとBaCl2の混合塩に
5wt%のV2O5と100メツシユ以下の粉末状Fe−Ti
およびFe−Vをそれぞれ5wt%添加した塩浴組成
で実施例2と同一方法で処理したところ、約7μ
の均一な被覆層が形成された。この層はVCの結
晶格子に近いVとTiの複炭化物であつた。
実施例 4 モル組成比で61:39のNaClとBaCl2の混合塩
に、10wt%のV2O5と5wt%のTiと5wt%のNaF
(いずれも粉末状)を添加して加熱溶融し実施例
2と同一方法で処理したところ、約6μの被覆層
が形成された。この層もVCの結晶格子に近いV
とTiの複炭化物であつた。
【図面の簡単な説明】
第1図はTiとV2O5の混合割合と被覆される物
質の組成、結晶構造の関係を示す図、第2図は被
覆層がVC炭化物にTiが固溶した複炭化物である
場合のX線マイクロアナライザーによるV、
Ti、C各元素の線分析の結果を示す図、第3図
は被覆層がTiC炭化物にVが固溶した複炭化物で
ある場合のX線マイクロアナライザーによるV、
Ti、C各元素の線分析の結果を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 周期律表第a族元素酸化物3wt%〜20wt%
    と第a族元素酸化物の80%を還元するに足る化
    学量論以上の量の第a族元素またはこれを含む
    物質を含む周期律表第a族および第a族元素
    の1種または2種以上の塩化物浴中に被処理材料
    を浸漬しその表面に第a族元素と第a族元素
    の複炭化物層を形成せしめることを特徴とする表
    面処理方法。 2 周期律表第a族元素酸化物3wt%〜20wt%
    と第a族元素酸化物の80%を還元するに足る化
    学量論以上の量の第a族元素またはこれを含む
    物質を含む5〜30mol%の硼酸塩と残り周期律表
    第a族および第a族元素の1種または2種以
    上の塩化物の混合物である塩浴中に被処理材料を
    浸漬しその表面に第a族元素と第a族元素の
    複炭化物層を形成せしめることを特徴とする表面
    処理方法。 3 周期律表第a族元素酸化物3wt%〜20wt%
    と第a族元素酸化物の80%を還元するに足る化
    学量論以上の量の第a族元素またはこれを含む
    物質の混合物に、15wt%以下の第a族元素ま
    たはこれを含む物質を第a族元素量として
    15wt%以下を添加して加熱溶融した周期律表第
    a族および第a族の1種または2種以上の塩
    化物浴中に浸漬した被処理材料表面に第a族元
    素と第a族元素の複炭化物層を形成せしめるこ
    とを特徴とする表面処理方法。 4 周期律表第a族元素酸化物3wt%〜20wt%
    と第a族元素酸化物の80%を還元するに足る化
    学量論以上の量の第a族元素またはこれを含む
    物質の混合物に、15wt%以下の第a族元素ま
    たはこれを含む物質を第a族元素量として
    15wt%以下を添加して加熱溶融した、5〜30mol
    %の硼酸塩と残り周期律表第a族および第a
    族の1種または2種以上の塩化物の混合物である
    塩浴中に浸漬した被処理材料表面に第a族元素
    と第a族元素の複炭化物層を形成せしめること
    を特微とする表面処理方法。
JP10811480A 1980-06-17 1980-08-06 Surface treatment Granted JPS5732362A (en)

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CA000379645A CA1179242A (en) 1980-06-17 1981-06-12 Method for treating surfaces
US06/274,276 US4400222A (en) 1980-06-17 1981-06-16 Method for treating surfaces
DE3123871A DE3123871C2 (de) 1980-06-17 1981-06-16 Verfahren zur Erzeugung einer Schicht eines Carbids oder zusammengesetzten Carbids auf Kohlenstoff enthaltendem Material

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