JPS6141761A - 炭素鋼の部分表面硬化処理法 - Google Patents

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】 この発明は炭素鋼の部分表面硬化処理法に関するもので
ある。

従来、炭素鋼に対して部分的に表面硬化処理をほどこす
方法として、炭素鋼に対しセラミック、たとえばアルミ
ナをコーティングして硬化処理すべき部分を除きマスキ
ングした状態で炭素鋼に対しクロム、バナジウム、チタ
ンなどの金ｆｉ　炭化物による部分表面硬化処理をほど
こす方法、あるいは炭素鋼の全面に金属炭化物による硬
化処理層を形成後、必要な部分を残して硬化処理層を研
削する方法などがとられている。

このような従来方法において、前者の方法ではセラミッ
クを部分的に被覆するので手間がかかり大量処理が困難
であり、さらに精密小部品では被覆精度が出しずらいと
いう欠点があり、また後工程で焼入れ・焼戻しを必要と
する場合において、炭素鋼の表面をセラミックが覆って
いるので、セラミックと母材の炭素鋼の熱膨張・収縮率
が大きく興なることに起因する熱変形・割れが生じるお
それがあった。後者の方法をとった場合においては、硬
化処理後の研削では、母材を損傷するおそれがあり、ま
た精密小部品では研削そのものが困難であるという欠点
があった。

この発明にこうした従来例における欠点を解決した新た
な処理法を提供するものである。

つぎに本発明について説明する。

本発明によれば、炭素鋼に素地を部分的に露出させて金
属被覆膜を設け、上記炭素鋼の素地の露出した部分に金
属炭化物硬化処理層を形成することを特徴とする炭素鋼
の部分表面硬化処理法が提供される〇 本発明においては、まず炭素鋼に対し金属被覆膜を設け
る。この金属被覆膜は後工程で金属炭化物層を形成する
際のマスクの役割をするものであものであることが必要
である。

（、）　　金属炭化物層形成時に発生するハロゲン化金
属よりも゛不安定なハロゲン化金属を生成する金属であ
ること◇ すなわち下式において反応が右へ進行しなければよい Ｘ　Ｏｎ２　＋’ｌ　＠　　→ｘ＋　？　ｅ　Ｏ１２Ｘ
は金属炭化物を形成すべき粉末金属元素である０ （６）　　後工程で金属炭化物層形成の際、加熱処理を
するのでその処理温度より融点の高い金属であること。

（６）　　炭素との結合力の弱い金属であること０（ｄ
）　　母材金属の炭素鋼と密着性が良好であること０ 以上の条件を満足するものとして銅、ニッケル、コバル
トがある。

これら金属による被覆膜は軍属でもよいし、二種以上を
積層させてもよい。これら鋼、ニッケル、コバルトの中
、炭素鋼との密着性の点では銅がすぐれているので実用
的には銅を用いる・しかし、他方、ニッケル、コバルト
は、クロマイジング処理などにおいて、クロムと結合し
やすく鉄、クロムの反応を阻止する作用をする。そこで
炭素鋼の上に鋼を被覆した上にニッケル、またはコバル
トを被覆すればよい。被覆膜の厚さは、鋼の単層の場合
は１５μ倶以上は必要である・それより薄いと鋼が鉄と
相互に拡散して表面の鋼が少くなり硬化層が形成されて
しまうおそれがある＠炭素鋼に対する金属被覆膜は全面
に設けるのではなく、後で金属炭化物硬化処理すべき部
分は炭素鋼の素地を露出させる。その方法としては、あ
らかじめ部分メッキをおこなうか、メッキ後必要な部分
を剥離、研削するか、さらにはへ高精度のパターンを必
要とする場合はフォトリソグラフによりてもよい０まだ
被覆手段として、メッキ以外のものとして真空蒸着、ま
たはスパッタリングなどの方法を用いてもよいことはい
うまでもない◇炭素鋼の素地が露出した部分に施こす金
属炭化物硬化処理は従来知られているものでよく、炭化
クロム、炭化バナジウム、炭化チタン、炭化汗オプなど
が用いられる〇 つぎに本発明に関してなした実験例を説明する。

〔実験例〕

本発明についてなした実験例について説明する◇板厚α
３謡の炭素工具鋼５Ｋ−５材を用い、第１図示のプリン
タの印字ハンマ１を作成してこれにつぎのメッキ処理を
施した◎ 試料人・・・・・・銅メッキを１０μｍの厚さで設けた
。

試料Ｂ・・・・・・鋼メッキを１５μｍの厚さで設けた
。

試料Ｃ・・・・・・銅メッキを２０μｍの厚さで設けた
。

試料Ｄ・・・・・・銅メッキを１５μｍの厚さ、で設け
た。

上にニッケルメッキを１μｍ重ねて設けた。

これら試料Ａ　−Ｄの各印字ハンマ１の印字面２のメッ
キを研削して除去した。つぎにこれら試料に対し炭化ク
ロム被覆処理をおこなりた。クロム供給源として２００
メツシユクロム粉、緩衝材として酸化アルミニウム、触
媒として塩化アンモニウムを重量比で５０：４８：２の
割合で混合した処理粉中に上記試料Ａ　−Ｄを埋没し、
アルゴン雰囲気中で加熱した。銅の融点は１０８４．５
℃なので加熱条件１０２０℃、２時間でおこなった。

処理後の各試料に対してｘ１１回折を行ったところ、試
料Ａでは鋼メッキを１０μｍはどこした部分においても
炭化クロム、主として０ｒ２３Ｇ６が形成されているこ
とが確認され、表面の銅は少量しか残存していなかった
。これは飼メッキの厚さが不足しているため銅と鉄とか
相互拡散して鋼の被覆膜がなくなり、鉄中の炭素がクロ
ムと反応するにいたるからである。

試料Ｂおよび試料Ｃでは、銅メッキが完全に残っており
、炭化クロムの検出はなかった０まだ印字面２には主成
分Ｏｒ、、Ｏ，の炭化クロム被覆層が１２±２μの厚さ
で得られ、ビッカース硬度１’６００〜１８００Ｈマと
良好であった・ 試料りでは、ニッケルメッキをほどこした最表層のニッ
ケルにクロムが固容して、その下に銅メッキ層が完全に
残っていた。印字面２の炭化クロム層の形成は上記試料
Ｂ、Ｏの場合と同様であった。試料りのメッキをほどこ
した部分の断面をみると第２図において母材の炭素鋼３
の上に銅メッキ層４が完全に残っており、その上にニッ
ケル・クロム固容体ＪＷｓが２〜３μｍ程度形成されて
いる。これは、ニッケルがクロムを取り込む役目をし、
り゛ロムと炭素の反応に対し保護膜として働くと考えら
れる０第６図は第２図の状態を示すＸ線回折図である◇ 以上の実験例より、銅だけで表面被覆膜をなす場合には
１５μｍ以上の厚さが必要であり、下地に鋼を設けてそ
の上にニッケルまたはコバルトを設ける場合はより良好
な結果となることがわかる〇上記試料Ｂ、Ｃ，Ｄを焼入
れし、４００力、１５分の焼戻しを実施したところ、母
材内部においては正常な焼入れ組織が得られ、内部のピ
ンカース硬度４００〜５００ＨＶと強度な靭性が得られ
た。これは金属炭化物部分被覆処理において、銅が炭素
の拡散を防止し、炭素鋼内部の炭素が保持されているた
めである。すなわち、炭素鋼に対する金属炭化物被覆部
分が小さい場合は、炭素鋼の特性は維持されているもの
である。

上述の構成よりなる本発明によれば、炭素鋼に対する部
分表面硬化処理を迅速に行うことができ・また母材のマ
スキングが金属によりなされているので、母材の割れ、
変形を少くすることかでき、また必要部分のみが炭化物
被覆されて他の部分は金属で被覆されているので後加工
における他部品との接合、とくにロウ接合が容易になる
。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の詳細な説明図で、第１図は印字ハンマの
斜視図、第２図は表面硬化処理部分の断面図、第３図は
第２図の断面部分のＸＳ回析図である。 以　　上

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼に素地を部分的に露出させて金属被覆膜を
   設け、上記炭素鋼の素地の露出した部分に金属炭化物硬
   化処理層を形成することを特徴とする炭素鋼の部分表面
   硬化処理法。
2. （２）上記金属被覆膜は銅、ニッケルもしくはコバルト
   またはこれらを積層したものよりなる特許請求の範囲第
   １項の炭素鋼の部分表面硬化処理法。
3. （３）上記金属被覆膜は銅メッキを１５μｍ以上の厚さ
   で設けたものである特許請求の範囲第２項の炭素鋼の部
   分表面硬化処理法。
4. （４）上記金属被覆膜は銅メッキの上にニッケルメッキ
   またはコバルトメッキを積層したものである特許請求の
   範囲第２項の炭素鋼の部分表面硬化処理法。
5. （５）上記金属炭化物硬化処理層はクロム炭化物、バナ
   ジウム炭化物、チタンカーバイト、またはニオブカーバ
   イトよりなる特許請求の範囲第１項の炭素鋼の部分表面
   硬化処理法。