JPS6335764A

JPS6335764A - 鉄または鉄合金材料の表面処理方法

Info

Publication number: JPS6335764A
Application number: JP17923986A
Authority: JP
Inventors: Toru Arai; 新井　透; Hironori Fujita; 藤田　浩紀; Yoshihiko Sugimoto; 義彦杉本; Yukio Oota; 幸夫太田; Shigeo Moriyama; 守山　重雄; Akira Sato; 明佐藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1986-07-30
Publication date: 1988-02-16
Also published as: JPH0356307B2

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〕本発明は、金型、治工具類及び機械部品などの鉄または
鉄合金材料の表面にバナジウム（Ｖ）の炭窒化物層を形
成せしめる表面処理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

鉄または鉄合金材料（以下、被処理材とする）の表面に
バナジウムの炭化物、窒化物または炭窒化物から成る表
面層を被覆すると、被処理材の耐摩耗性、耐焼付性、耐
酸化性、耐食性などの諸性質が改善されることはよく知
られている。この表面層を被覆する方法について、近年
多くの提案がなされている。例えば、バナジウムのハロ
ゲン化物などを利用してプラズマＣＶＤ　（化学的気相
蒸着法）などにより被処理材表面にバナジウムの炭窒化
物から成る表面層を形成しようとする方法が提案されて
いる（例えば、特開昭５５−６５３５７号、特開昭５５
−１５４５６３号）。これらの方法では、鉄のＡ（１変
態点である約７００″Ｃ以下の温度域で処理するため、
被処理材の母材に熱による歪みを与えることなく表面層
を形成することができるものの、形成された表面層のつ
きまわり性や密着性が良好なものを得ることは難しい。

また、処理工程が複雑で、装置が筋価である。また。

水素中あるいは減圧中で実施しなければならないので能
率も悪い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記従来の問題点を解消して、きわめて簡単
な装置で、能率よく、低温での加熱処理により一１母材
に歪みを発生させることなく、被処理材に母材との密着
性の優れたバナジウムの炭窒化物から成る表面層を形成
する方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本第１発明は、鉄または鉄合金材料と、バナジウムを含
む材料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のシア
ン化塩、シアン酸塩のうちの１種または２種以上から成
る処理剤とを共存せしめて。

６５０℃以下において加熱処理し、バナジウム。

窒素及び炭素を上記鉄または鉄合金材料表面に拡散せし
めることにより、鉄または鉄合金材料表面にバナジウム
の炭窒化物から成る表面層を形成せしめることを特徴と
する鉄または鉄合金材料の表面処理方法である。

本第２発明は、鉄または鉄合金材料と、バナジウムを含
む材料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のシア
ン化塩、シアン酸塩のうちの１種または２種以上及びア
ルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物、ホウ弗化
物、弗化物、酸化物。

臭化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１
種または２種以上から成る処理剤とを共存せしめて、６
５０℃以下において加熱処理し、バナジウム、窒素及び
炭素を上記鉄または鉄合金材料表面に拡散せしめること
により、鉄または鉄合金材料表面にバナジウムの炭窒化
物から成る表面層を形成せしめることを特徴とする鉄ま
たは鉄合金材料の表面処理方法である。

本発明において、鉄または鉄合金材料はバナジウムの炭
窒化物層を表面に形成する被処理材である。該鉄または
鉄合金材料としては、炭素を含むもの９例えば炭素鋼１
合金鋼、鋳鉄、焼結合金等でもよく、また純鉄のような
炭素を全く含まないものでもよい。また、窒素は含まれ
ている必要はないが、含まれていてもさしつかえない。

本発明において、上記被処理材と、バナジウムを含む材
料と、処理剤とを共存せしめて、加熱する加熱処理は、
被処理材の表面にバナジウムと窒素と炭素とを拡散させ
て、バナジウムの炭窒化物から成る表面層を形成するも
のである。

なお、−以降の作用で述べるように、形成されるバナジ
ウムの炭窒化物から成る表面層とは、バナジウムを主成
分とする炭窒化物から成る層（外層）と、その直下の鉄
の炭窒化物から成る層（内層）との２層である。また、
該鉄の炭窒化物層（内層）の直下には窒素の鉄への固溶
体層（拡散層）が形成されている。

上記バナジウムを含む材料とは、被処理材の表面に拡散
させるバナジウムを供給するものであり。

バナジウムを含む金属あるいはバナジウム化合物等を用
いる。該金属としては、金属バナジウムやその合金が挙
げられる。上記化合物としては、ＶＣｌ　３＋　Ｖ　Ｆ
　ｓ、Ｖ　ｚ　Ｏｓ等の塩化物、臭化物、酸化物等が挙
げられる。しかして、これらバナジウムを含む材料は、
これらのうち１種または２種以上を用いるが、バナジウ
ム金属あるいは鉄バナジウム合金を用いるのが最も実用
的である。

また、前記処理剤は、被処理材表面に拡散させる窒素と
炭素とを供給すると共にバナジウムが被処理材の表面に
拡散する媒介となる働きを有している。該処理剤として
は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のシアン化塩
、シアン酸塩の１種または２種以上（以下、これを第１
処理剤とする）のみでもよく、あるいは該第１処理剤に
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物、弗化物
。

ホウ弗化物、酸化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩。

硝酸塩、硼酸塩のうちの１種または２種以上（以下、こ
れを第２処理剤とする）を混合したものでもよい。なお
、第１処理剤が鉄合金材料表面に拡散する窒素と炭素と
を供給する。また、第２処理剤の融点、粘性、蒸発量な
どを調節し、処理の安定性を増す働きを有しており、加
熱処理方法によって適宜選択して使用する。

例えば、第１処理剤としては、ＮａＣＮ、ＫＣＮ、Ｎａ
ＣＮ０．ＫＣＮＯ等が挙げられ、これらのうちの１種ま
たは２種以上を使用する。

また、第２処理剤としては、ＮａＣ１，ＫＣＩ。

ＣａＣ１ｚｌＬｉＣ１，ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＫＢ　
Ｆ　＊　＋　Ｎ　ａ　ｚ　ＣＯｓ　＋　Ｌ　Ｉ　ＣＯ３
１Ｋ　ＣＯ：ｌ　ｌ　Ｎ　ａ　Ｎ　０３、　Ｎ　ａ　ｚ
ｏ等が挙げられ、これらのうちの１種または２層種以上
を使用する。

処理剤とバナジウムを含む材料との配合割合は。

バナジウムを含む材料に対して０．５〜３０重量％（以
下１重量％を％とする）の処理剤が望ましい。

この範囲外であると連続的に表面層を形成することが困
難になり、またこの範囲の中心に近づくと。

連続的な表面層形成が容易になる傾向にある。

加熱処理方法としては、溶融塩浸漬法、溶融塩電解法、
ペースト法等がある。

以下、これらにつき説明する。

上記溶融塩浸漬法とは、前記処理剤を溶融して溶融塩浴
を形成し、該溶融塩浴にバナジウムを含む材料と被処理
材とを浸漬するものである。

上記溶融塩浴にバナジウムを含む材料を浸漬するのは、
溶融浴塩中にバナジウムを溶入させるためである。バナ
ジウムを溶入させる手段としては。

該材料を粉末状（好ましくは２００メツシユ以下）また
は薄板状で溶融浴に添加する方法あるいは棒状または板
状の該材料を陽極として溶融浴中に浸漬して電解しバナ
ジウムを陽極溶解させる方法等がある。バナジウムを含
む材料からバナジウムが溶融塩中に溶入する速度は用い
るバナジウムを含む材料の種類や大きさによって異なり
、被処理材を浸漬する前に一定時間溶融塩浴を処理温度
あるいは処理温度近辺の温度で保持する（７！！成）こ
とが必要になる。上記陽極溶解によりバナジウムを溶入
する場合には、バナジウムが迅速に溶入して作業能率を
向上させることができ、しかも未溶解のバナジウムを含
む材料が浴底に堆積することはないという点で有利であ
る。なお、この場合の陰極としては溶融塩浴の容器また
は他に挿入した導電性物質を使用する。陽極溶解すると
きの陽極電流密度は、これを大きくすれば溶入速度は大
きくなるが、電解しな（ても溶入することから考えても
、比較的低い電流密度で充分である。実用上は０．１〜
０．８　Ａ　／　ｃａｌが適当である。

浴中に溶入したバナジウムは処理剤から供給される窒素
及び炭素と共に被処理材表面に拡散してバナジウムの炭
窒化物から成る表面層を形成する。

なお、溶融塩浴の容器としては黒鉛や鋼などが用いられ
るが、実用上は鋼で充分である。

また、前記溶融塩電解法とは、処理剤を溶融せしめた浴
にバナジウムを含む材料を浸漬しバナジウムを溶入せし
めた状態で、該溶融塩浴に被処理材を陰極として浸漬し
、電解処理を行うものである・なおこの場合、陽極とし
て浴の容器または別に挿入した導電性物質を用いる。

処理剤を溶融した浴にバナジウムを含む材料を浸漬して
バナジウムを溶入する手段は前記溶融塩浸漬法と同様な
方法でよい。また処理剤の溶融塩浴にバナジウムを含む
材料を陽極、被処理材を陰極として浸漬し電解処理を行
うこともできる。この場合、バナジウムの陽極溶解と表
面層の形成とを同時に行うことができるというメリット
がある。

また、被処理材を浸漬して電解処理を行う陰極電流密度
は２　Ａ　／　ｃａｌ以下、実用的には０．０５〜１゜
ＯＡ　／　ｃｒＡが適当である。

なお、上記溶融塩浸漬法、溶融塩電解法とも大気雰囲気
あるいは保護ガス（Ｎｚ＋Ａｒ等）中いずれにても処理
が可能である。

ペースト法とは、前記処理剤とバナジウムを含む材料と
の混合粉末あるいは前記のように予めバナジウムを溶入
させた処理剤を冷却固化させた後に粉砕した粉末をペー
スト状にし、被処理材に被覆して加熱するものである。

上記粉末をペースト化するためにはデキストリン水溶液
、グリセリン、水ガラス、エチレングリコール、アルコ
ール等の粘着剤を添加する。この粉末のペーストは、被
処理材の表面に通常１鶴以上の厚さで被覆される。ペー
ストを被覆された鉄合金材料は１通常容器に入れられて
加熱炉で加熱される。雰囲気は大気中でよいが非酸化性
雰囲気下ではペーストの被覆層を薄くすることができる
。

また、このペースト法では、ペーストの被覆された表面
部のみに表面層が形成されるため被処理材の任意の一部
表面部のみに表面層を形成することができる。

また、この粉末の粒度は、ＪＩＳＩ’ｋｌＯＯのフルイ
通過程度でよい。これより粗くとも細かくとも特に大き
な影響はない。

以上のような加熱処理の加熱温度は６５０℃以下とする
。６５０℃以下の温度域で処理することにより被処理材
の母材が歪みを受けにくくなる。

また、その下限温度としては４５０℃とするのが望まし
い。４５０℃より低温で加熱処理を施した場合１表面層
の形成速度は非常に遅い。実用上はダイス鋼の高温焼戻
し温度、構造用鋼の焼戻し温度の５００〜６００℃が望
ましい。

加熱処理の処理時間が長くなれば表面層（バナジウムを
主成分とする炭窒化物層及びその直下の鉄の炭窒化物層
）の厚さは共に増加し、短時間処理ではバナジウムを主
成分とする炭窒化物層中のバナジウム含有量も増加する
。このため処理時間は所望とする上記表面層の厚さある
いはバナジウム含有量により定まるが、１〜５０時間の
範囲で選ばれる。

また、形成する表面層の厚さは３〜１５μｍ程度また２
表面層中のバナジウムを主成分とする炭窒化物層の厚さ
は１〜１０μｍ程度が実用的である。それを越える厚さ
に達すると被処理材の靭性が低下する恐れがある。

〔作用〕

本発明によるバナジウムの炭窒化物から成る表面層の形
成機構は明確ではないが２本発明者らがＸ線回折、マイ
クロアナライザ分析や処理時間と厚さの関係などから判
断すると、以下のようになっていると考えられる（以下
のｍ、ｎ、ｏ、ｐはそれぞれ数字を表す）。

まず、被処理材である鉄または鉄合金材料に外部から窒
素（Ｎ）と炭素（Ｃ）とが拡散し、被処理材の表面部の
鉄（Ｆｅ）と反応してＦｅ、（Ｃ。

Ｎ）、、の形で窒化物層が形成される。なお、被処理材
中に炭素（Ｃ）あるいは窒素（Ｎ）が含まれているとこ
の炭素あるいは窒素（Ｎ）もＦｅ、（Ｃ。

Ｎ）７に含まれる。また、この窒化物層の直下には、窒
素の固溶体（Ｆｅ−Ｎの形）も形成される。

これらの反応は表面から次第に内部へと進行する。

その直後に、上記窒化物層に外部からのバナジウム（Ｖ
）が拡散する反応が始まり、上記２つの反応が平行に進
行する。。この拡散はＦ　ｅ　ｍ　（Ｃ。

Ｎ）、′のＦｅと■とが置換する反応であり、窒化物理
は（Ｖ、Ｆｅ）　。（Ｃ，Ｎ）ｐに変化し、その反応は
表面から次第に内部に進行する。なお、（■。

Ｆｅ）。（Ｃ，Ｎ）　ｐ層においては表面はどＶが多く
、母材に近いほどＦｅが多い傾向にある。従って条件に
よっては表面部のＦｅ量は著しく小さく。

■。（Ｃ，Ｎ）、と表示するのが妥当な場合もある。

従って、形成される表面層は表面側に（Ｖ、　　Ｆｅ）
。（Ｃ，Ｎ）、層が形成され、更に母材側にＦｅ、（Ｃ
，Ｎ）−Ｎが形成される。

更に、上記の反応の他に被処理材表面に■とＮあるいは
■とＮおよびＣが化合した形で直接析出する反応も同時
に起こっているであろう。

この（Ｖ、Ｆｅ）　。（Ｃ，Ｎ）ｐ層とＦｅ、（Ｃ。

Ｎ）、、層、それに鉄・窒素の固溶体層の厚さ、および
厚さの比率および化学組成は、母材種類、処理温度２時
間、処理剤の種類２混合比などによって調節することが
可能である。

なお２本発明者らは先に鉄合金材料からなる被処理材の
表面処理法として被処理材の表面に周期律表第Ｖａ族元
素の窒化物あるいは炭窒化物から成る表面層を形成せし
めることを特徴とする表面処理法に関する発明を行い、
出願したく特願昭６０−１７’８７８１号）。これは、
被処理材の表面に鉄・窒素または鉄・炭素・窒素の化合
物層を形成させる窒化処理を施した後、被処理材と、第
Ｖａ族元素を含む材料と、アルカリ金属またはアルカリ
土類金属の塩化物、弗化物、ホウ弗化物、酸化物、臭化
物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種ま
たは２種以上あるいはハロゲン化アンモニウム塩または
金属ハロゲン化物の一方または双方から成る処理剤とを
共存せしめて、５８０℃以下において加熱処理し、第Ｖ
ａ族元素を上記窒化処理によって形成されている化合物
層に拡散せしめることにより、被処理材の表面に第Ｖａ
族元素の窒化物あるいは炭窒化物から成る表面層を形成
せしめることを特徴とする表面処理方法（以下、２回処
理法と称す）であった。

本発明と先の２回処理法では、熱による歪の発生しにべ
い低温で、塩浴法やペースト法を用い。

被処理材の表面にバナジウムの炭窒化物から成る表面層
を形成せしめる点で似ているが、以下の点で大きく異な
る。

（Ａ）炭窒化物層形成の機構２回処理法では、１回目の処理で鉄・窒素および鉄・炭
素・窒素の化合物層を形成し、２回目の処理で第Ｖａ族
元素と上記窒化物層中の鉄との置換反応によって第Ｖａ
族元素の窒化物層および炭窒化物層が形成される。した
がって該窒化処理した被処理材に形成させ得る表面層の
最大厚さは。

１回目の処理で形成された鉄・窒素および鉄・炭素・窒
素の化合物層の厚さと同じであり、従って表面層の厚さ
は１回目の窒化処理によって規定される。

これに対して本発明では、後の実施例にも示すように１
表面側のバナジウムを主成分とする炭窒化物層、母材側
の鉄の炭窒化物層ともに、処理時間の２乗にほぼ比例し
て厚く形成される傾向である。

（Ｂ）処理材の特性形成された層の硬さ、耐摩耗性、耐焼付性は同じ程度で
あるが、被処理材の靭性の面で大きな差が見られる。

一般の窒化処理では、母材の靭性の低下を防ぐために１
表面に化合物層を形成させないように処理するのが普通
である。これに対し、先に出願した２回処理法では、化
合物層を厚く形成されることが必要であり、それに伴っ
て鉄・窒素の固溶体層も厚く形成される。実施例中に示
したＸ″！ｆＡ！ｆＡマイクロアナライザー析の結果で
も、窒素が母材中に多く固溶されているのが明確で、こ
れらは母材の靭性に悪影響をおよぼす。

本発明による処理では、２回処理法の場合に比べて、後
の実施例にも見られるように母材中の窒素固溶量が極め
て少なく、鉄・窒素の固溶体層も薄い。したがって、２
回処理法による被処理材に比べて本発明による被処理材
の方が靭性が高いと考えられる。

（Ｃ）処理能率２回処理法では、２回の異なった処理が必要であるのに
対し９本発明の処理法では、１回の処理で層の形成が可
能である。従って処理能率が高い他、設備も少なくてす
む利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、前記特定の処理剤を用い、６５０℃以
下という低温においてバナジウムの拡散処理を行うので
、低温において、鉄または鉄合金材料にバナジウムの炭
窒化物から成る優れた表面層を形成することができる。

また、低温で鉄または鉄合金材料を加熱するため、材料
の母材に歪みが発生しにくい。更に低温処理による操作
性が良好であり、多大のエネルギーを必要としない。

また９本発明による層は拡散によって形成されるため、
低温で処理するにもかかわらず、拡散反応のないＰＶＤ
による炭化物層、窒化物層の場合と異なり母材との密着
性に優れ、緻密な表面層を形成することができる。また
、形成された層の厚さは実用上十分なものである。

〔実施例〕

以下２本発明の詳細な説明する。

実施例ｌＮａＣＮ０５３ｗｔ％とＫＣｌ１２ｗｔ％とＣａｃｌｚ
３５ｗｔ％との混合物の入った耐熱容器を大気中の電気
炉にて加熱して５７０℃の溶融塩浴を形成し、更に一１
００メツシュのフェロバナジウム（Ｆｅ−Ｖ、ＪＩＳＩ
号）粉末を上記溶融塩浴に対して１５ｗｔ％添加した。

この溶融塩浴に直径６１）．長さ２０鶴のＪＩＳ−ＳＫ
Ｈ５１丸棒試験片を１〜５０時間浸漬後、取り出して空
冷した。付着溶剤を洗浄除去後断面を研摩して、断面組
織の観察を行った。−例として、８時間浸漬処理して形
成された表面層の断面ｍ織の顕微鏡写真（倍率１ｏｏｏ
倍）を第１図に示す。該表面層は表面の滑らかな層であ
り、内層と外層の２層から成っている。この試料の断面
について、Ｘ線マイクロアナライザーによる分析を行っ
た結果は。

第２図に示すように表面層中にはＶ、ＦｅとともにＮ、
、！：Ｃが認められ、外層にはＶとＮが、内層にはＦｅ
−とＣが多く検出された。また１層直下の母材中へのＮ
の固溶量は極めて少ない。表面からの分析結果によれば
、約５０％のＶｉが存在し、さらにＸ線回折ではＶ　Ｃ
，Ｖ　Ｎ、　Ｆ　ｅ　３Ｃに相当する回折線が認められ
た。このことより形成された表面層は、内層がＦｅ、（
Ｃ，Ｎ）、から成る鉄の炭窒化物層、外層が（Ｖ、　　
Ｆ　ｅ　）　。（Ｃ，Ｎ）　ｐから成るバナジウム−鉄
の炭窒化物層であることが確かめられた。浸漬時間を、
１〜５０時間の間で４種類に変えて処理した試験片の断
面組織の観察により５表面に形成された層の厚さを測定
した結果を第３図の曲線Ａ、Ｂに示す。ここで２曲線Ａ
は内層（Ｆ　ｅ、（Ｃ，Ｎ）　、、層〕と外層（（Ｖ、
Ｆｅ）。（Ｃ，Ｎ）、層〕の合計厚さ１曲線Ｂは、外層
の厚さを示す、内層と外層の合計厚さ、外層の厚さとも
に、処理時間の２乗にほぼ比例して増加する傾向であっ
た。

なお２本実施例で形成された層の密着性を調べるため、
ロックウヱル硬度計を用い、Ｈ＊Ｃ測定条件で圧子を落
下させ、圧痕周辺に現れる変化を観察した。その結果９
本処理で形成された層では。

圧痕周辺母材の盛上がりにより１層に引張応力が作用し
て、約１０本のクランクが放射線状に発生したが３層の
剥離は認められなく、良好な密着性を示した。一方比較
のために、同様のテストをイオンブレーティングによる
ＴｉＮ層に行った結果では１周辺の層は円環状に完全に
剥離した。また１０００℃の溶融塩浴中で形成された７
０層では本実施例層と同様のクランクが見られた。

実施例２ＮａＣＮＯ５７ｗｔ％とＮａＣＮ１３ｗｔ％とＮａＣ１
９ｗｔ％とＣａＣＩｚ２１ｗｔ％との混合物の入った耐
熱鋼容器を大気中の電気炉にて加熱して５５０℃の溶融
塩浴を形成し、更にこの浴中にＶＣｔ、粉末（−３２０
メツシユ）を上記溶融塩浴に対して１５ｗｔ％添加した
この溶融塩浴に直径８■婁、長さ２０鶴のＪＩＳ−３４
５Ｃ丸棒試験片を８時間漫清後、取り出して空冷した。

試験片の断面組織の顕微鏡写真（倍率４００倍）を第４
図に示す。表面に形成された層は実施例１の場合°と同
様２層から成り、Ｘ線回折や第５図に示すＸ線マイクロ
アナライザー分析の結果より。

実施例１の場合と同様、内層がＦ　ｅ、（Ｃ，Ｎ）。

から成る鉄の炭窒化物層、外層が（Ｖ、Ｆｅ）。

（Ｃ，Ｎ）、から成るバナジウム−鉄の炭窒化物層であ
ることが確かめられた。

また、ロックウェル硬度計による密着性評価でも実施例
１と同様のクラック発生形態であり、良好な密着性を持
った層であると判定される。

実施例３実施例１に用いたのと同じＮａＣＮ０５３ｗｔ％とＫＣ
ｌ１２ｗｔ％とＣａＣＩｚ　３５ｗｔ％との混合物の入
った黒鉛容器を大気中の電気炉にて加熱して５７０℃に
保持し、更にこの浴の中央に６０Ｘ３０Ｘ４ｍの板状の
Ｆｅ−Ｖ（ＪＩＳＩ号）を挿入し、これを陽極、黒鉛容
器を陰極として、０．６Ａ／ｃｎｌの陽極電流密度で約
１６時間通電した。Ｆｅ−Ｖ板の重量減少から計算する
と、この陽極溶解処理により、塩浴量全体に対して約６
％のバナジウムが浴中に俗人された。この溶融塩浴中に
直径６鶴、長さ１５關のＳ　Ｋ　Ｈ５１丸棒試験片を２
４時間浸漬した後、取り出し空冷した。

処理された試片を切断して、光学顕微鏡およびＸ、ｌマ
イクロアナライザー分析で調べたとこ口層は２層に形成
され、第６図に示すように表面層中には、Ｖ、Ｆｅとと
もにＮ（！：ｃが認められ、外層にはＶとＮが、内層に
はＦｅとＣが多く検出された。また、Ｘ線回折結果では
、ＶＣ，ＶＮ、ＦｅｆｆＣに相当する回折線が認められ
た。

密着性も、実施例１．２と同様良好な結果が得られた。

実施例４ＮａＣＮＯ５１ｗｔ％とＮａＣｌ２１ｗｔ％とＮａｚＣ
Ｏ＊２８ｗ　ｔ％との混合物の入った黒鉛容器を大気中
の電気炉にて５７０℃に加熱して溶融塩浴を調整し、更
にこの浴に一１００メソシュのＦｅ−Ｖ（ＪＩＳＩ号）
粉末を溶融塩に対して２０％添加した。この５７０℃の
浴に直径８關、長さ２０鰭の５４５Ｃ試片を浸漬して、
これを陰極。

黒鉛容器を陽極として陰極電流密度０．０５Ａ／ｃｆｆ
ｌで８時間Ｊ電して電解処理を行った。

試片を浴から取り出して空冷し、切断して光学顕微鏡に
より断面の組織観察を行った。表面層の断面組織の顕微
鏡写真を第７図に示す。他の実施例の場合と同様に表面
層は外層と内層の２Ｎから成り、第８図にＸ線マイクロ
アナライザーによる分析結果を示すように、外層には■
とＮが内層にはＦｅとＣが多く認められた。これも他の
実施例と同様の結果であった。

実施例５ＮａＣＮＯ４５ｗｔ％とＫＣｌｌ０ｗｔ％とＣａＣ１ｚ
２５ｗｔ％とＦｅ−Ｖ（ＪＩＳＩ号）粉末２Ｑｗｔ％を
６５０℃に加熱し、この溶融浴を十分撹拌して均一とし
た後、この浴の４重量部に対して、黒鉛とアルミナ粉末
をそれぞれ１重量部を添加し、さらに十分に混合しスラ
リー塗布用処理剤を作成した。

その後、上記処理剤を冷却し、粉末状としたのち、エチ
ルアルコールを添加してスラリー状とし。

これを３４５Ｃに約５　ｍｍの厚さに塗布し乾燥させた
。上記試料を窒素雰囲気中で５７０℃で８時間加熱後冷
却した。

試料に付着した処理剤を除去後、Ｘ線回折、Ｘ線マイク
ロアナライザーで調べた結果、実施例１と同様、２層か
らなる表面層が形成され、内層がｐ　ｅ、（Ｃ，Ｎ）ｎ
から成る鉄の炭窒化物層、外層が（Ｖ、Ｆｅ）。（Ｃ，
Ｎ）　ｐから成るバナジウム−鉄の炭窒化物層であるこ
とが確かめられた。

実施例６実施例１に用いたのと同じ＜、ＮａＣＮ０５３ｗｔ％と
ＫＣｌ１２ｗｔ％とＣａ　Ｃｌ　ｚ　　３５　ｗ　ｔ％
との混合物の入った耐熱容器を大気中の電気炉にて加熱
して５７０″Ｃの溶融塩浴を形成し２更に１００メソシ
ユのフェロバナジウム（Ｆ　ｅ　−Ｖ。

ＪＩＳＩ号）粉末を上記溶融塩浴に対して１５ｗｔ％添
加した。この溶融塩浴に予め標準条件で焼入焼もどしさ
れた直径６．５＋ｎ、長さ４Ｑ＋＋ａのＳＫ■（５層試
片を８時間浸漬後、取り出して空冷した。

付着浴剤を洗浄除去後、形成された表面層をＸ線回折で
調べたところ、ＶＣ，ＶＮ、Ｆ　ｅ３Ｃに相当する回折
線が認められた。

次に上記バナジウム炭窒化物被覆試片（試料隘１）につ
いて、ガス浸炭焼入されたＪＩＳ−３ＣＭ４１５を相手
材としてファビリー試験機により乾式、荷重２００ｋｇ
、回転数３０Ｏｒｐｍ摩擦速度０．１ｍ／ｓｅｃ、試験
時間４　ｍｉｎの条件で摩擦試験を実施した。また、比
較のためＪＩＳ−３ＫＨ５１焼入焼もどし試片（試料１
）ｈｓｌ）と窒化処理のみ施した５ＫＨ５１試片（試料
１ｌｈｓ　２）についても同様の摩擦試験を実施した。

試料Ｎｌｌ５Ｉの試片は、約１７Ｂ／ｃａｌの摩耗量を
示し、試験開始から３０秒後に測定された摩擦係数は０
．２８０であった。また試料Ｎｌ５２の試片は約１５ｍ
ｇ／ｃ４の摩耗量を示し、試験開始から３０秒後の摩擦
係数は０．２６５であった。

これに対して本実施例による試料磁１の試片では、摩耗
量は約３ｔａｇ１０１と小さく、試験開始から３０秒後
の摩擦係数もＯ，ｌ　５０と小さかった。

また１０２０℃の高温の溶融塩浴中に１．５時間浸潤し
て約３μｍ厚さの炭化バナジウム層（ＶＣ）を被覆した
ＪＩＳ−５ＫＨ５１試片、あるいは８５０℃、４時間の
条件で化学気相蒸着法（ＣＶ　Ｄ）により８μｍ厚さの
Ｔｉ　　（Ｃ，Ｎ）からなるチタンの炭窒化物層を被覆
したＪＩＳ−３ＫＨ５１試片についても同様の摩擦試験
を行ったところ１本実施例により処理した試料魚１の試
片とほとんど同じような摩耗量および摩擦係数であった
。このことより２本実施例により形成した表面層は、高
温での溶融塩浸漬法やＣＶＤにより形成した表面層に比
べて、耐摩耗性や耐焼付性の点において劣っていないこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第７図はそれぞれ実施例１゜２．４に
おいて本発明の処理により形成された表面層の断面組織
を示す顕微鏡写真（第１図：１０００倍、第４図、第７
図＝４００倍）、第２図。第５図、第６図、第８図はそれぞれ実施例１，２゜３．
４．において本発明により処理された鉄合金材料の表面
部のＸ線マイクロアナライザー分析結果を示す線図、第
３図は実施例１において形成された表面層の層厚さの浸
漬時間に対する変化を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄または鉄合金材料と、バナジウムを含む材料と
、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のシアン化塩、
シアン酸塩のうちの１種または２種以上から成る処理剤
とを共存せしめて、６５０℃以下において加熱処理し、
バナジウム、窒素及び炭素を上記鉄または鉄合金材料表
面に拡散せしめることにより、鉄または鉄合金材料表面
にバナジウムの炭窒化物から成る表面層を形成せしめる
ことを特徴とする鉄または鉄合金材料の表面処理方法。
（２）鉄または鉄合金材料と、バナジウムを含む材料と
、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のシアン化塩、
シアン酸塩のうちの１種または２種以上及びアルカリ金
属またはアルカリ土類金属の塩化物、弗化物、ホウ弗化
物、酸化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸
塩のうちの１種または２種以上から成る処理剤とを共存
せしめて、６５０℃以下において加熱処理し、バナジウ
ム、窒素及び炭素を上記鉄または鉄合金材料表面に拡散
せしめることにより、鉄または鉄合金材料表面にバナジ
ウムの炭窒化物から成る表面層を形成せしめることを特
徴とする鉄または鉄合金材料の表面処理方法。
（３）上記バナジウム材料は、金属バナジウム、バナジ
ウム合金、バナジウム化合物の１種または２種以上から
成る特許請求の範囲第（１）項及び第（２）項記載の鉄
または鉄合金材料の表面処理方法。
（４）上記加熱処理は、上記処理剤を溶融せしめた溶融
塩浴中にバナジウムを含む材料と鉄または鉄合金材料と
を浸漬することにより行う特許請求の範囲第（１）項及
び第（２）項記載の鉄または鉄合金材料の表面処理方法
。
（５）上記加熱処理は、上記処理剤を溶融せしめると共
に、バナジウムを含む材料を浸漬した溶融塩浴中で鉄ま
たは鉄合金材料を陰極とし、電解処理により行う特許請
求の範囲第（１）項及び第（２）項記載の鉄または鉄合
金材料の表面処理方法。
（６）上記加熱処理は、上記処理剤とバナジウムを含む
材料との混合粉末のペーストを鉄または鉄合金材料に塗
布した状態において行う特許請求の範囲第（１）項及び
第（２）項記載の鉄または鉄合金材料の表面処理方法。