CN1780930B

CN1780930B - 铁系部件及其制造方法

Info

Publication number: CN1780930B
Application number: CN2004800113254A
Authority: CN
Inventors: 今井彰男; 山西祐司; 筒井唯之; 石井启
Original assignee: YOSHINO HARD Inc; Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: YOSHINO HARD Inc; Resonac Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP4467042B2; JP2004277880A; TWI296290B; TW200424364A; CN1780930A; KR20050107462A; WO2004076709A1; KR101049679B1

Abstract

本发明涉及在优异的滑动跑合性和耐蚀性之外，特别是很好地调整了表面附近的硬度的铁系部件。铁或铁基合金的表面用含有碳的镍层或者含有碳和磷的镍层被覆，在铁或铁基合金基底上，形成朝向其深度部分镍量减少的镍扩散层，同时镍扩散层的至少表面层含有碳。

Description

铁系部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及作为包含铁或铁基合金的各种机械元件或机构部件使用的铁系部件及其制造方法，特别涉及在铁系部件的滑动跑合性(なじみ性)和耐蚀性之外还很好地调整了表面附近的硬度的表面改质技术。

背景技术

由铁或铁基合金制造的齿轮、凸轮、连杆臂等机械元件、照相机、办公设备、运输设备、水处理装置等机构部件，除了可根据用途从接近于纯铁到含有碳等其他元素而选择各种组成，由用金属熔液制作的材料(以下叫做“熔炼材料”)制造以外，还能够将金属粉末或其他的添加物粉末的混合物(以下叫做“烧结材料”)成形及烧结而制造。

在由熔炼材料制造上述机械元件等的场合，采用塑性加工、剪断、切削加工等各种加工方法成形为目的形状，另一方面，在由烧结材料制造的场合，通过用金属模具粉末成形，成形为接近于目的形状的形状。另外，在使用上述任意材料的场合，都根据所要求的特性实施渗碳、氮化、淬火回火、镀覆等的改质处理。

使用上述的各成形方法制造特别是要求耐蚀性的机械元件等的场合，除了使用不锈钢之类的有耐蚀性的铁基合金的情况以外，还有在碳素结构钢之类的耐蚀性比较不好的表面被覆镍镀层的情况。

这样，关于在合金表面被覆镍镀层，从而制造要求优异的耐蚀性的机械元件等的技术，过去就提出了种种的方案。例如提出了这样的技术方案：对合金钢实施化学镀镍，通过在300-400℃范围的温度下热处理所镀覆的构件，镍镀层所含的磷变成磷化三镍(Ni₃P)，镍镀层的硬度为Hv800-900左右，对镀镍面付与与其他构件的良好的跑合性(参看特开平6-313434号公报、第2、3页)。另外，还提出了这样的技术方案：对钢板实施了电镀镍后，通过在600-850℃的温度下实施10-120秒的加热处理，使镀层的一部分形成镍-铁合金相，从而得到耐蚀性优异的钢板(参看特开平11-61484号公报、第4页)。

这样，上述两专利文献所记载的技术，虽然耐蚀性和跑合性优异，但是由于未实施使从合金钢向镍镀层的硬度变化平缓化等针对从镀层表面向被镀构件深度部分的硬度变化的特别处理，因此有镍镀层易从合金钢剥离的问题。因此，在现在，要求关于下述铁系部件的制造的技术开发：在上述要求特性基础上，特别是沿深度方向，很好地调整从镀层表面到被镀构件内部的硬度，据此镀层难从被镀构件剥离。

发明内容

本发明是鉴于上述要求而完成的，其目的在于，提供一种铁系部件，该铁系部件在优异的滑动跑合性和耐蚀性之外，特别地还很好地调整了从镀层表面到被镀构件内部的硬度。

本发明的铁系部件，其特征在于，铁或铁基合金的表面用含有碳的镍层或者含有碳和磷的镍层被覆，在上述铁或铁基合金基底上，形成朝向其深度部分镍量减少的镍扩散层，同时此镍扩散层的至少表面层含有碳。

本发明的铁系部件，由于铁或铁基合金(以下叫做“母材”)的表面被镍层被覆着，因此能够实现上述两专利文献所记载的技术的要求特性、即优异的滑动跑合性和耐蚀性。

作为实现这样的要求特性的前提，本发明的铁系部件，在母材上形成朝向其深度部分镍层减少的镍扩散层，同时镍层和母材扩散结合着，因此能够防止镍层从母材剥离。

另外，本发明的铁系部件，由于上述镍层中含有碳或碳和磷，因此能充分提高镍层的硬度和强度，另外，通过该镍层，成为兼备滑动跑合性和耐磨耗性的部件。

在这样的铁系部件中，镍扩散层可为含有马氏体的淬火金属组织。另外，上述铁系部件，由于母材表面被镍层被覆着，因此希望应用于特别要求耐磨耗性或耐蚀性的机械元件或机构部件。而且，上述铁系部件，使用由熔炼材料得到的母材而制造是不用说的，还能够使用由烧结材料得到的母材制造。

接着，本发明人关于本发明的铁系部件的制造方法得到以下(1)-(5)的知识见解。

(1)当在渗碳性的气体气氛中加热镀镍的由低碳含量铁系材料构成的母材时，碳浸入镍层并固溶，镍层的硬度上升。另外，碳通过镍层浸入构件。到达母材的碳在镍层的表面最多，向构件的内部缓慢减少。

(2)当在比母材的碳量低的碳势的气体气氛中加热镀镍的由含碳铁系材料构成的母材时，母材中的碳浸入镍层并固溶，镍层的硬度上升。

(3)在渗碳性的气体气氛中在铁系材料的奥氏体区温度下进行的加热，温度越高越渗碳。气体气氛一定的场合，能够通过加热温度和加热时间控制渗碳量。

(4)当在铁系材料的奥氏体区温度下加热镀镍的由铁系材料构成的母材时，镍和铁相互扩散而合金化。镍含量从镍层到母材的深度部分缓慢减少。通过该镍的扩散，镍层形成与母材表面牢固地冶金粘结的状态。因此，即使对铁系部件实施淬火、塑性加工、滚磨等，镍层也不会剥离。镍层的麻坑减少或消灭，变成健康的被膜。上述镍和铁的相互扩散通过伴随气体渗碳而被促进。

(5)化学镀镍被膜中含有的磷提高镍层的硬度。另外，化学镀镍被膜中的磷，有抑制对母材的渗碳性和从母材向镍层的渗碳性及碳的通过的作用，根据化学镀镍膜的磷含量，能够调整所热处理的母材的碳含量。

即，本发明基于以上知识见解，是非常适合地制造上述的铁系部件的方法，其特征在于，在铁母材或含有碳的铁基合金母材的表面被覆镍层，前者母材在渗碳性气体气氛中，后者母材在碳势为0.1-1.2％范围内的渗碳性气体气氛中、与铁基合金的碳含量平衡的碳势的气体气氛中、或者比母材的碳量低的碳势的气体气氛中的任1气氛中，加热至铁碳系标准状态图中的奥氏体区温度后，冷却。

根据本发明的铁系烧结部件的制造方法，通过上述方案，能够实现铁系部件的优异的滑动跑合性和耐蚀性，以此为前提，在铁系部件中，特别地能够防止镍层从母材剥离，同时给予镍层优异的滑动跑合性和耐磨耗性和耐蚀性，而且，能够提高镍扩散层的硬度和强度。

另外，本发明的其他的铁系部件的制造方法，其特征在于，在铁母材或铁基合金母材的表面被覆镍层，加热至铁碳系标准状态图中的奥氏体区温度后，实施淬火回火。

通过实施淬火、回火，针对被覆镍层的部件，在使母材硬化的同时，使其组织和机械性质稳定化，还能够谋求韧性回复及残余应力降低。

作为上述淬火的具体方法，举出渗碳淬火。在该场合，希望在促进渗碳和镍扩散的第1温度下保持在奥氏体区温度下的加热，接着，在与该第1温度比更低温的第2温度下保持而实施淬火。即，在比铁系材料的A₃相变点高约100℃左右的温度(上述第1温度)促进渗碳后，通过在比A₃相变点高约50℃左右的温度(上述第2温度)保持，使之扩散从而进行淬火，能够得到渗碳量比较多、淬火导致的残余奥氏体的发生少的部件。

在上述发明的制造方法中，镍层可以为电镀镍或者化学镀镍、或者通过这两者而叠层的镀层。特别是在镍层为通过化学镀镍而形成的含磷量为15质量％或以下的镀镍·磷被膜时，在增多向上述铁或铁基合金中的渗碳量的场合，希望减少上述磷含量，在减少向上述铁或铁基合金中的渗碳量的场合，希望增多上述磷含量。在此，通过化学镀镍形成的镀镍膜中的磷含量，能够根据镀液中的次磷酸钠的含量及pH(氢离子浓度)来调整。化学镀镍中的磷，当加热该镀镍膜时，从非晶结构析出磷化三镍(Ni₃P)的共晶体，镀膜变硬。所以，磷含量越多，越能提高镍层的硬度。再者，Ni₃P可通过X射线衍射(XRD)来确认。

另外，镍层中的磷的含有，通过招致上述共晶体的出现，抑制渗碳性。另外，当镍层中的磷含量超过15质量％时，向镍层和铁基底的渗碳变得困难。这样，对母材的渗碳性的调整，在气体气氛中的碳势和加热温度之外，还可通过磷含量的调整来进行。另外，使用含有碳的铁基合金在碳势比其低的气体气氛中加热的场合，由于镍层中的磷的含有抑制向镍层的渗碳性，因此通过调整化学镀镍层中的磷含量，能够调整所热处理的母材的碳含量。

用于以上的铁系部件的制造方法的铁系部件，可使用由熔炼材料得到的母材制造，这不用说，还可使用由烧结材料得到的母材制造。

根据本发明，在母材表面形成镀镍层，在奥氏体区温度下加热，发生气体气氛中的碳或母材中的碳在母材和镍层间的移动后，通过缓冷或淬火，能够制成母材表面被含碳的镍层覆盖，镍层与铁基底牢固地结合的部件。因此，本发明在下述方面是有希望的：能够提供不论是不含碳的铁还是含碳的铁基合金，即使对于比较低级的铁系材料，也给予表面耐蚀性，同时实现优异的与匹配构件的滑动跑合性，而且兼备表层部硬、内部富有韧性的性质的机械元件或构成部件。

附图的简单说明

图1是表示距电镀镍的热处理体(实施例1)表面的深度和各元素的浓度的曲线图。

图2是表示距电镀镍的热处理体(实施例3)表面的深度和各元素的浓度的曲线图。

图3表示出盐水喷雾试验后的外观照片，A是实施例1的试样，B是实施了电镀镍后原样保持的试样。

实施发明的最佳方案

以下说明本发明的实施方案。

(1)由铁或铁基合金构成的母材

待镀覆的铁或铁合金母材，熔炼材料和烧结材料均能使用。熔炼材料能适用于碳含量很少的低碳钢或各种合金、例如机械结构用碳素钢。另外，熔炼材料的母材用塑性加工、冲裁、切削、磨削等通常的方法形成，可根据需要实施滚磨、喷丸等的后处理。

相对于此，烧结材料可使用不含添加元素的纯铁、Fe-Cu系、Fe-Cu-C系之类的合金系、或在机械强度高的用途中使用的含有Ni、Cr、Mo、V等元素的烧结合金。另外，密度可定为6.5Mg/m³左右，但由于镀液难进入到气孔中，因此优选密度高气孔少的烧结材料。此情况下，可对烧结体直接实施切削加工、滚磨、喷丸等的后加工。

(2)电镀镍

电镀镍采用现有技术。镀覆工序概括起来通过顺次进行以下处理来实现：对由铁或铁合金构成的母材的碱浸渍脱脂处理、电解洗涤处理、酸活性处理、打底镀镍处理、及镀镍处理。各工序的处理液和处理时间如下。

碱浸渍脱脂处理，在含有氢氧化钠、硅酸钠、磷酸钠、碳酸钠的水溶液的温液中浸渍约10分钟而进行。另外，电解洗涤处理，在含有氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠的水溶液的温液中，施加电流密度10A/dm²的电流，浸渍约10分钟而进行。接着，酸活性处理，在盐酸水溶液中浸渍约1分钟而进行。而且，打底镀镍处理，在含有氯化镍及盐酸的水溶液中施加电流密度5-10A/dm²的电流，浸渍约15分钟而进行。最后，镀镍处理，在含有硫酸镍、氯化镍及硼酸的水溶液中，施加电流密度5A/dm²的电流，浸渍约12分钟而进行。

(3)化学镀镍

化学镀镍采用现有技术。镀覆工序概括起来通过顺次进行对由铁或铁合金构成的母材的碱浸渍脱脂处理、酸活性处理、化学镀镍处理来实现。各工序的处理液和处理时间如下。

碱浸渍脱脂处理，在含有氢氧化钠、硅酸钠、磷酸钠、碳酸钠的水溶液的温液中浸渍约10分钟而进行。另外，酸活性处理，在盐酸水溶液中浸渍约1分钟而进行。而且，化学镀镍处理，在含有次磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠及氯化镍的水溶液的温液中浸渍约25分钟而进行。该化学镀镍，可定为镀镍·磷，在此情况下，可根据镀液中的次磷酸钠的含量及pH调整磷含量。

(4)镀镍层的厚度

镀镍层可根据制品的尺寸精度、耐蚀性等适宜设定其厚度，但通常定为厚度2-8μm左右。镀镍层厚度可根据浸渍在镀液中时间来控制。镀镍层可通过叠层电镀镍和化学镀镍的至少一方而实施，而成为多层的镀镍层。

(5)热处理

热处理，加热到铁系材料的奥氏体区的温度后缓冷的形态，以及淬火、回火的形态中的任一种均可采用。前者在期待镍向母材中的扩散效果，得到软质的部件的场合有效，后者在期待上述效果，得到更硬的部件的场合是合适的。

热处理的气体气氛、温度、加热时间等，可采用通常的处理形态。热处理的气体气氛，对于母材不含碳的，在渗碳性气体气氛中加热。另外，对于母材中含有的碳量为0.6质量％或以下的，也可在渗碳性气体气氛中加热。渗碳性气体气氛的碳势根据母材的碳量决定。例如碳量为约0.2质量％的铁合金的场合，碳势定为约0.6-0.8％左右。在该场合，热处理温度定为A₃相变点或以上的约850-900℃，另外，加热时间定为约90-180分钟左右。另外，在减少对母材的渗碳深度的场合等，可将碳势提高到1.2％左右。通过这样的加热，向镍层及位于其深度部分的母材渗碳，同时镍和铁相互扩散。另外，镍和碳的含量从表面朝向深度部分缓慢减少。

另外，在上述渗碳热处理后淬火的场合，渗碳的温度区定为比较高的温度、例如比A₃相变点高100℃左右的温度，可将淬火准备阶段的保持温度定为A₃相变点温度附近、例如比A₃相变点高50℃左右的温度。通过进行这样的2阶段加热，能缩短渗碳时间，而且淬火组织良好。回火按照通常进行的方式在180℃前后的温度加热1小时左右后，自然冷却而进行。

对于母材中含有碳的，可使热处理的气体气氛为与母材的碳量相同的碳势进行。利用这样的平衡碳浓度的气体气氛的热处理，从气体气氛及母材中向镍被膜中渗碳，镍层和铁系材料的碳量达到大致相同的状态，同时镍向母材扩散。采用的母材优选碳量为0.4-0.6质量％左右的。

对碳含量比较多的母材的热处理，可在比母材的碳量少的碳势的气体气氛中进行，此场合，能够应用例如碳量0.4-0.9质量％左右的母材。当在比母材的碳量低的碳势的气体气氛中进行热处理时，气体气氛及母材中的碳向镍层渗碳。母材的表层部在碳量减少的同时，镍扩散。当热处理的气体气氛没有碳势时，只从母材进行对镍被膜的渗碳，在母材的碳量减少的同时，镍被膜表面的碳量低，因此，气体气氛中的碳势优选为0.1％或以上。这样，通过镍和铁相互扩散，镍层和母材牢固地结合，因此即使给予剪切或冲击，也难引起剥离，另外，即使淬火也难发生裂纹或剥离。

(6)制品的截面组织

在渗碳性气体中加热镀镍的母材并缓冷的制品，表面被镍层覆盖，镍层的下层为铁的珠光体组织或铁素体与珠光体的混合组织。热处理前的母材中不含碳并且体积大的，有时母材的中心部变为铁素体组织。热处理前的母材中含碳的，缓冷的制品中母材为铁的珠光体组织或铁素体与珠光体的混合组织。另外，使用由烧结材料构成的母材时，成为表面被镍层封孔的状态。加热镀镍的由铁或铁基合金构成的母材后淬火并回火的制品，由于含碳并且镍和铁扩散的区域淬透性提高，因此特别是母材的表层部是通过急冷易变成马氏体组织的状态。母材的镍含量从母材表层向深度部分减少，因此母材的表层部即使是马氏体组织，其深度部分也有时变为托氏体组织或贝氏体组织。不含碳的比较大的母材的场合，母材的中心部变为铁素体组织。

在与母材的碳量相同的碳势的气体中加热镀镍的含碳母材并缓冷的制品，变为珠光体组织或铁素体与珠光体的混合组织。另外，使用含有碳的母材，在比母材的碳量低的碳势的气体气氛中加热并缓冷的制品，也变为珠光体组织或铁素体与珠光体的混合组织。铁基底中镍扩散的区域淬透性提高，因此冷却速度比较快的场合，变为贝氏体组织或微细的珠光体组织。

这样的制品的截面，可用电子探针微分析器(EPMA)分析碳、镍、磷及铁的浓度(其浓度表示检测计数量，以下同)。例如采用EPMA分析在渗碳性气体中加热镀镍母材并缓冷的制品的截面时，各元素的浓度大体上如下。即，碳浓度在镍层表面最高，朝向内部降低。镍浓度，由于镍层表面含有大量碳，因此在镍层表面变低。另外，朝向镍层的深度部分碳量减少的结果，在距镍层表面稍深度部分镍浓度显示出最大值，随着朝向更深度部分，因向铁基底的扩散，镍浓度降低。另一方面，在为含碳的母材，且在碳势低的气体气氛中加热并冷却的制品的场合，碳浓度，镍扩散层比深度部分低，镍层的表面最低。这是因为，母材中的碳向镍层渗碳的缘故。

另外，磷浓度与镍浓度的样式类似，在镍层表面低，通过朝向稍深度部分碳浓度减少而显示最大值，而且，越向进一步深度部分的铁和镍相互扩散的部位越低。再者，镍·磷被膜中的磷含量越多，上述碳浓度越低，从表面开始碳扩散的深度也变小。相对于此，铁浓度因镍、碳或磷的扩散而朝向制品的表面降低。

(7)制品外观

所热处理的镍层表面呈现没有光泽的灰白色。在碳势高的渗碳性气体气氛中热处理的制品，有时在镍层表面附着烟灰，但这通过滚磨等能够去除。镍层通过热处理消除麻坑等缺陷的同时，变成与母材冶金结合的状态，特别是有气孔的烧结材料的场合，由于表面被封孔，因此耐蚀性变优异。将镀镍后保持原样的制品、和将其热处理而得到的制品进行盐水喷雾试验，其差别明白显现。

实施例

以下通过实施例具体说明本发明。

·母材使用了烧结材料的场合的热处理品

(实施例1、2)

以所规定的比例混合雾化铁粉(アトメル300M：神户制钢所制)、电解铜粉(CE15：福田金属箔粉工业制)、石墨粉(サウスウエスタン制)及润滑剂(硬脂酸锌)，将所混合的粉末在金属模具中压缩成形，在丁烷改性气体中、温度1120℃下烧结。再者，烧结体的组成为铜：1.5质量％、结合碳量：0.2质量％，密度为6.7Mg/m³。

制作了对此烧结体实施了电镀镍的试样(实施例1)、和实施了化学镀镍的试样(实施例2)。在此，镀层厚度定为5μm。另外，化学镀镍层中的磷含量定为低浓度。在这样的条件下对各个试样顺次实施了淬火、回火处理。淬火通过在碳势0.8％的渗碳性气体气氛中在温度850℃下加热2小时后油淬来进行。另外，回火通过在温度180℃在大气中加热1小时并缓冷来进行。

(实施例3、4)

母材是采用与上述实施例1、2同样的原料粉和制法制作的，不同点是烧结体的结合碳量为0.6质量％。制作了对此烧结体实施了电镀镍的试样(实施例3)、和实施了化学镀镍的试样(实施例4)。分别在碳势0.1％的气体气氛中在温度880℃下加热1小时后实施油淬和回火处理。

(实施例5)

母材是采用与上述实施例3、4同样的制法制作的，烧结体的结合碳量为0.6质量％。对此烧结体与上述实施例同样地实施了电镀镍后，在碳势0.6％的气体气氛中在温度850℃下加热2小时，进行淬火及回火，制作了试样。

针对按以上那样制作的实施例1-5，表1表示出截面硬度。

表1

热处理体的截面硬度(MHV)

距表面的距离(mm)

0.1

0.3

0.5

1.0

实施例1	770	765	730	675
					实施例2	765	725	700	655
实施例3	580	600	630	660
					实施例4	600	620	640	665
实施例5	740	725	700	670

根据表1，实施例1和实施例2，母材表层部变为包含马氏体的组织。这是因为，镍向母材扩散，并渗碳。与电镀的试样比，化学镀的试样其硬度在表层部和深度部分都稍低。这是因为，化学镀镍被膜的磷抑制渗碳的缘故。相对于此，实施例3和实施例4，母材表层部的硬度低。这是因为，由于热处理的气氛气体的碳势低，因此在加热中母材的碳量减少的缘故。另外，与电镀镍的试样(实施例3)比，化学镀镍的试样(实施例4)硬度稍高。这是因为，化学镀镍被膜的磷抑制母材的碳移动的缘故。另外，实施例5的母材表层部变为包含马氏体的组织。这是因为，镍向母材扩散，由铁基烧结合金构成的母材的碳含量多的缘故。

接着，用EPMA线分析了实施例1(0.2％C母材、电镀、在碳势0.8％的气体气氛中热处理)的热处理体的截面，图1表示出结果。纵坐标表示各元素的浓度(检测计数量)，横坐标表示距表面的深度。根据图1判明，镍和铁相互扩散，碳向镍层及镍与铁的扩散层渗碳。相对于此，用EPMA线分析了实施例3(0.6％C母材、电镀、在碳势0.1％的气体气氛中热处理)的热处理体的截面，图2表示出结果。根据图2判明，镍向母材的扩散稍少，母材中的碳向镍层扩散。另外，镍层表面的碳浓度低。从这些情况判明，如实施例1那样，当在淬火时在渗碳性气体气氛中加热时，镍和铁的相互扩散被促进。

另外，关于实施例2(0.2％C母材、化学镀、在碳势0.8％的气体气氛中热处理)的热处理体，虽未图示，但铁、镍、碳都显示出与图1所示的样式同样。与图1的情况不同的点是，碳在表面部稍少，渗碳深度也稍少。这是因为磷抑制了渗碳。此情况下，磷与镍的样式同样，表面少，在距表面约4μm左右显示了最大值。另外，磷越向深度部分越减少，扩散至距表面约10μm左右。相对于此，关于实施例4(0.6％C母材、化学镀、在碳势0.1％的气体气氛中热处理)的热处理体，虽未图示，但铁、镍、碳都显示出与图2所示的样式同样的样式。此情况下，磷在母材中可看到约5μm左右的扩散。

而且，关于实施例5(0.6％C母材、电镀、在碳势0.6％的气体气氛中热处理)的热处理体，虽未图示，但铁、镍、碳都显示出与图1所示的样式类似的样式。不同的点是，镍层表面和母材的碳浓度变得大致相同。这是因为，对镍层的渗碳由热处理的气体气氛及母材中含有的碳供给的缘故。镍向母材中的扩散稍少。

然后，图3是进行了96小时盐水喷雾试验后的试样的外观照片。A是实施例1的试样，B是电镀镍后原样状态的未热处理的试样。认为，实施例1的试样，由于热处理的加热和渗碳，在镍层被烧结的状态下修复了镀镍层的缺陷，通过镍和铁的扩散，变成牢固的被膜。关于电镀镍后原样状态的试样，大量发生褐色的锈，虽然被镀镍层覆盖着，但认为有微细的间隙。虽未图示，但对于实施例2-5，也与实施例1的试样同样锈的发生少，看不到差别。这可认为，不管热处理时的气体气氛，通过加热，使镀镍层向母材扩散，切实地结合，同时修复了镀镍层的微细的裂纹或针孔等缺陷。

·母材使用了熔炼材料的场合的热处理品

(实施例6-8)

对由碳量为0.25质量％的机械结构用碳素钢构成的被切削加工的母材实施化学镀镍，在渗碳性气体气氛中、温度880℃加热90分钟后，急冷，在温度180℃实施1小时回火。化学镀镍层为3种：按质量比计，镀镍层中的磷含量为低浓度的(实施例6)、为中浓度的(实施例7)及为高浓度的(实施例8)，镀层厚度分别定为7μm。

用EPMA分析了这些被热处理的试样的截面，所得的镍扩散层的厚度，实施例6为23μm，实施例7为15μm，实施例8为10μm。另外，对于截面组织，磷含量少的实施例6，深度部分约30μm为马氏体组织，中心部为因热处理而相变的微细化珠光体组织。这是因为，通过镍在母材铁基底中扩散，该部分的淬透性提高。而且，磷含量多的实施例8，几乎未发现马氏体组织，显示出微细化的珠光体和铁素体的混合组织。这是因为，镍的扩散少，同时渗碳很少的缘故。关于这些实施例6-8，表2表示出各热处理体的截面硬度。

表2

热处理体的截面硬度(MHV)

距表面的距离(mm)	实施例6	实施例7	实施例8
				0.05	613	550	420
0.10	605	528	408
				0.30	585	500	400
0.50	578	483	396
				1.00	555	420	385

根据表2判明，磷含量少的实施例6硬，磷含量多的实施例8特别是接近表面的部分的硬度低。关于上述实施例6-8的盐水喷雾试验的耐蚀性，与实施例1的图3A所示的试样同样，均为良好。

如以上所述，关于实施例6-8判明，镀镍层中的磷含量少的试样(实施例6)，镍扩散深度及渗碳深度大，比较厚地发生改质。因此，磷含量少的试样，特别适合于淬火的部件。相对于此，镀镍层中的磷含量多的试样(实施例8)，判明虽不至于到淬透性提高的地步，但镍扩散层的厚度为10μm，渗碳也从镍层达到镍扩散层。因此，可以说是充分进行镍层的结合的同时，富有耐蚀性，而且具有镍层比较硬的性质的试样。

另外，镀镍层中磷的含有，由于抑制渗碳及镍扩散，因此可利用化学镀镍的磷含量作为控制渗碳量及镍的扩散的方法之一。但是，使用上述方法的场合，考虑适宜的截面组织、截面硬度及镍的扩散状态，需要适宜选择镀镍层中的磷含量。

如由以上各实施例判明的那样，对由铁系材料构成的母材实施镀镍后，在有碳势的气体气氛中热处理的制品，镍层的镍与铁基底相互扩散，机械强度高，镍层和母材形成高的附着性，难剥离。另外，通过热处理，镍层被热处理的气体气氛或母材所含的碳渗碳，变成Ni-C系合金，成为比镍稍硬的软质相的同时，镀层的缺陷消失。再者，淬火的场合，Fe-Ni-C系合金部分易变成马氏体组织，因此变硬，如果使用低碳量或不含碳的母材，则能够制成表层部硬而中心部为软质的铁系部件。另外，当对热处理品实施喷丸或滚磨处理时，能够制成表面有光泽的部件。

Claims

1.一种铁系部件，其特征在于，由烧结材料制造的铁或铁基合金的表面用含有碳的镍层或者含有碳和磷的镍层被覆，在上述铁或铁基合金基底上，形成朝向其深度部分镍量减少的镍扩散层，上述镍扩散层的至少表面层含有碳。

2.根据权利要求1所述的铁系部件，其特征在于，上述镍扩散层是含有马氏体的淬火金属组织。

3.根据权利要求1或2所述的铁系部件，其特征在于，是要求耐磨耗性或耐蚀性的机械元件或者机构部件。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铁系部件，其特征在于，上述烧结材料是Fe-Cu系合金、或者Fe-Cu-C系合金。

5.一种铁系部件的制造方法，其特征在于，在由烧结材料制造的铁或铁基合金构成的底材的表面被覆镍层，在渗碳性气体、平衡碳浓度气体、或者比上述底材的碳量低的碳势的气体气氛中加热至铁碳系标准状态图中的奥氏体区温度，在上述底材的表面形成镍扩散层，同时使上述镍扩散层中含有碳。

6.根据权利要求5所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，加热至上述奥氏体区温度后，实施淬火和回火。

7.根据权利要求5或6所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，将在上述奥氏体区温度下的加热保持在促进渗碳和镍扩散的第1温度，接着，在与上述第1温度比为低温的第2温度下保持而实施淬火。

8.根据权利要求5-7任一项所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，上述镍层是通过电镀镍而形成的镍层、或者是通过化学镀镍而形成的含有磷的镍层。

9.根据权利要求5-8任一项所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，上述烧结材料是Fe-Cu系合金或者Fe-Cu-C系合金。

10.一种铁系部件的制造方法，其特征在于，是对由铁或铁基合金构成的底材的表面实施化学镀镍，被覆含磷的镍层，在渗碳性气体、平衡碳浓度气体、或者比上述底材的碳量低的碳势的气体气氛中加热至铁碳系标准状态图中的奥氏体区温度，在上述底材表面形成镍扩散层，同时使上述镍扩散层中含有碳的铁系部件的制造方法，其中上述含磷的镍层的磷含量为15重量％或以下，在增加向上述底材中的渗碳量的场合，减少上述磷含量，在减少向上述底材中的渗碳量的场合，增加上述磷含量。

11.根据权利要求10所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，加热至上述奥氏体区温度后，实施淬火和回火。

12.根据权利要求10或11所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，将在上述奥氏体区温度下的加热保持在促进渗碳和镍扩散的第1温度，接着，在与上述第1温度比为低温的第2温度下保持而实施淬火。

13.根据权利要求10-12任一项所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，上述铁或铁基合金由烧结材料或熔炼材料构成。

14.根据权利要求13所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，上述烧结材料是Fe-Cu系合金、或者Fe-Cu-C系合金。

15.根据权利要求13所述的铁系部件的制造方法，其特征在于，上述熔炼材料是机械结构用碳素钢。