JP2009074141A - Method of forming alloy plated layer and structural component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合金メッキ層の形成方法及び構造部品に関する。 The present invention relates to a method for forming an alloy plating layer and a structural component.
高温で使用される部品又は部材に耐食性及び耐磨耗性を付与するコーティング材として、コバルト中に硬質粒子である炭化クロムを分散させた粒子分散メッキコーティングがある（例えば非特許文献１参照）。 As a coating material that imparts corrosion resistance and wear resistance to parts or members used at high temperatures, there is a particle dispersion plating coating in which chromium carbide, which is hard particles, is dispersed in cobalt (see, for example, Non-Patent Document 1).
図１０の各図は、母材２００の表面に炭化クロムを分散させたコバルトコーティングを行う従来の方法を説明するための断面図である。まず図１０（Ａ）に示すように、コバルトを電解メッキする為のメッキ液中に炭化クロム粒子を導入し、メッキ液を攪拌する。そしてメッキ液を攪拌した状態で、ステンレス鋼からなる母材２００をメッキ液中に浸漬させ、コバルトの電解メッキを行う。これにより、母材２００の表面にはコバルトメッキ層２１０が電解メッキされる。このとき、母材２００の表面近傍を浮遊していた炭化クロム粒子２１２も取り込まれ、複数の炭化クロム粒子２１２がコバルトメッキ層２１０内に分散した状態になる。電解メッキ中にメッキ液を攪拌するのは、炭化クロムは比重が６．７と重い為、攪拌しないとメッキ液中で炭化クロム粒子が均一に浮上しない為である。 Each drawing in FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for performing cobalt coating in which chromium carbide is dispersed on the surface of a base material 200. First, as shown in FIG. 10A, chromium carbide particles are introduced into a plating solution for electrolytic plating of cobalt, and the plating solution is stirred. Then, in a state where the plating solution is stirred, the base material 200 made of stainless steel is immersed in the plating solution, and electrolytic plating of cobalt is performed. Thereby, the cobalt plating layer 210 is electrolytically plated on the surface of the base material 200. At this time, the chromium carbide particles 212 floating near the surface of the base material 200 are also taken in, and a plurality of chromium carbide particles 212 are dispersed in the cobalt plating layer 210. The reason why the plating solution is agitated during the electrolytic plating is that chromium carbide has a heavy specific gravity of 6.7, and therefore, unless it is agitated, the chromium carbide particles do not float uniformly in the plating solution.
しかし、電解メッキしたままでは、コバルトメッキ層２１０と母材２００の密着強度が不足する。そこで、コバルトメッキ層２１０及び母材２００を熱処理する。このときの熱処理温度は、例えば８００℃〜１０００℃であり、熱処理時間は５時間程度である。これにより、コバルトメッキ層２１０と母材２００が相互拡散し、コバルトメッキ層２１０と母材２００の密着強度が高まる。 However, the adhesion strength between the cobalt plating layer 210 and the base material 200 is insufficient when the electrolytic plating is performed. Therefore, the cobalt plating layer 210 and the base material 200 are heat-treated. The heat treatment temperature at this time is, for example, 800 ° C. to 1000 ° C., and the heat treatment time is about 5 hours. Thereby, the cobalt plating layer 210 and the base material 200 are mutually diffused, and the adhesion strength between the cobalt plating layer 210 and the base material 200 is increased.
一方、図１０（Ｂ）に示すように、コバルトメッキ層２１０と母材２００の密着強度を上げる為の熱処理を行うと、炭化クロム粒子２１２に含まれるクロムがコバルトメッキ層２１０に溶解し、コバルトメッキ層２１０に対する炭化クロム粒子２１２の体積率が減少し、その結果、コバルトメッキ層２１０の耐磨耗性が、例えばＨｖ５００前後からＨｖ４００前後へと低下してしまう。この炭化クロム粒子２１２の減少量は、熱処理条件、コバルトメッキ層２１０中の炭化クロム粒子２１２の体積率等に依存して変動する。このため、コバルトメッキ層２１０の耐磨耗性にばらつきが生じてしまう。なお、炭化クロム粒子２１２に含まれていた炭素は、黒鉛２１４としてコバルトメッキ層２１０中に遊離した状態で存在する。 On the other hand, as shown in FIG. 10B, when heat treatment for increasing the adhesion strength between the cobalt plating layer 210 and the base material 200 is performed, chromium contained in the chromium carbide particles 212 is dissolved in the cobalt plating layer 210, and cobalt As a result, the volume ratio of the chromium carbide particles 212 with respect to the plating layer 210 is reduced, and as a result, the wear resistance of the cobalt plating layer 210 is lowered from, for example, around Hv500 to around Hv400. The amount of reduction of the chromium carbide particles 212 varies depending on the heat treatment conditions, the volume ratio of the chromium carbide particles 212 in the cobalt plating layer 210, and the like. For this reason, the wear resistance of the cobalt plating layer 210 varies. Note that the carbon contained in the chromium carbide particles 212 exists in the cobalt plating layer 210 as graphite 214 in a free state.
図１１は、熱処理後のコバルトメッキ層２１０の断面写真の一例である。本写真に示すように、コバルトメッキ層２１０には、遊離した黒鉛が含まれている。この黒鉛は、炭化クロムのクロムがコバルトメッキ層２１０に溶解した後、遊離した炭素が凝集することにより形成されたものである。 FIG. 11 is an example of a cross-sectional photograph of the cobalt plating layer 210 after the heat treatment. As shown in this photograph, the cobalt plating layer 210 contains free graphite. This graphite is formed by agglomeration of free carbon after chromium carbide chromium is dissolved in the cobalt plating layer 210.
図１２は、熱処理後の母材２００及びコバルトメッキ層２１０の断面写真の一例である。母材２００としては、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼を使用した。本写真に示すように、母材２００は、表面、すなわちコバルトメッキ層２１０との界面から炭素が浸透し、この炭素が母材２００に含まれるクロムと結合して炭化クロムを形成する。この結果、母材２００の表層におけるクロム濃度が低下し、母材２００の表層の耐食性が低下する。母材２００の表面全面がコバルトメッキ層２１０に覆われている場合、この耐食性の低下は問題にならないが、コバルトメッキ層２１０が母材２００の表面の一部に形成されている場合、コバルトメッキ層２１０が形成されている領域と形成されていない領域の境界部分において、耐食性の低下が問題になる。
上記したように、炭化クロムの粒子を分散させたコバルトメッキ層において、母材とコバルトメッキ層の密着強度を上げる為の熱処理時に炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解すると、その溶解量にばらつきが生じる為、耐磨耗性にばらつきが生じていた。また、母材がクロム含有鋼である場合に炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解すると、炭化クロムから遊離した炭素が母材の表層に含まれるクロムと結合して炭化クロムを形成し、これにより母材の表層のクロム濃度が低下していた。
このため、コバルトメッキ層に炭化クロムを溶解させない技術が求められる。
As described above, in the cobalt plating layer in which the particles of chromium carbide are dispersed, if the chromium carbide is dissolved in the cobalt plating layer during the heat treatment for increasing the adhesion strength between the base material and the cobalt plating layer, the amount of dissolution varies. For this reason, the wear resistance varied. In addition, when the base material is chromium-containing steel and chromium carbide dissolves in the cobalt plating layer, carbon released from the chromium carbide combines with chromium contained in the surface layer of the base material to form chromium carbide, thereby forming the base metal. The chromium concentration in the surface layer of the material was reduced.
For this reason, the technique which does not dissolve chromium carbide in a cobalt plating layer is calculated | required.
図１３（Ａ）は、コバルトメッキ層中に含まれる炭化クロムの体積率の熱処理温度依存性を示すグラフである。本グラフにおいて、熱処理時間は５時間である。熱処理温度が７００℃以下の場合、炭化クロムの体積率の減少は見られないが、熱処理温度が８００℃以上の場合は炭化クロムの体積率の減少が見られる。この傾向は、熱処理前の炭化クロムの体積率（以下、初期体積率と記載）が３０％の場合、及び１０％の場合のいずれも同じであった。また、炭化クロムの初期体積率が１０％の試料の場合は、熱処理温度が１０００℃になると略全ての炭化クロムがコバルトメッキ層中に溶解し、その結果、コバルトメッキ層中の炭化クロムの体積率が略０％になった。 FIG. 13A is a graph showing the heat treatment temperature dependence of the volume fraction of chromium carbide contained in the cobalt plating layer. In this graph, the heat treatment time is 5 hours. When the heat treatment temperature is 700 ° C. or lower, the volume ratio of chromium carbide is not decreased, but when the heat treatment temperature is 800 ° C. or higher, the volume ratio of chromium carbide is decreased. This tendency was the same both when the volume ratio of chromium carbide before heat treatment (hereinafter referred to as initial volume ratio) was 30% and when it was 10%. In the case of a sample with an initial volume fraction of chromium carbide of 10%, when the heat treatment temperature reaches 1000 ° C., almost all of the chromium carbide is dissolved in the cobalt plating layer, and as a result, the volume of chromium carbide in the cobalt plating layer. The rate became approximately 0%.
図１３（Ｂ）は、コバルトメッキ層のクロム含有率の熱処理温度依存性を示すグラフである。グラフの基になった試料は、図１３（Ａ）と同じである。熱処理温度が７００℃以下の場合、コバルトメッキ層からはクロムが検出されなかったが、熱処理温度が８００℃以上になると、クロムが検出され、かつ温度が上昇するにつれてその量が増加した。ただし、熱処理温度が９００℃の場合と１０００℃の場合とでは、炭化クロムの初期体積率が３０％の場合、及び１０％の場合のいずれもコバルトメッキ層中のクロム量は大差が無かった。炭化クロムの初期体積率が１０％の場合は、炭化クロムがコバルトメッキ層中に溶解しきったためと考えられるが、炭化クロムの初期体積率が３０％の場合は、コバルトメッキ層中のクロムが飽和したためと考えられる。 FIG. 13B is a graph showing the heat treatment temperature dependence of the chromium content of the cobalt plating layer. The sample on which the graph is based is the same as FIG. When the heat treatment temperature was 700 ° C. or lower, chromium was not detected from the cobalt plating layer. However, when the heat treatment temperature was 800 ° C. or higher, chromium was detected and the amount increased as the temperature increased. However, the amount of chromium in the cobalt plating layer was not significantly different between the case where the heat treatment temperature was 900 ° C. and the case where the heat treatment temperature was 1000 ° C., both when the initial volume ratio of chromium carbide was 30% and when it was 10%. When the initial volume ratio of chromium carbide is 10%, it is considered that chromium carbide has completely dissolved in the cobalt plating layer. However, when the initial volume ratio of chromium carbide is 30%, the chromium in the cobalt plating layer is saturated. It is thought that it was because.
従って、コバルトメッキ層をクロムと合金化することにより、熱処理時における炭化クロムのコバルトメッキ層への溶解を抑制できると考えられる。しかし、コバルトとクロムの電気化学ポテンシャルは異なる為、母材上にコバルトとクロムの合金層を電解メッキ法により形成することは難しかった。 Therefore, it is considered that the dissolution of chromium carbide into the cobalt plating layer during heat treatment can be suppressed by alloying the cobalt plating layer with chromium. However, since the electrochemical potentials of cobalt and chromium are different, it is difficult to form an alloy layer of cobalt and chromium on the base material by electrolytic plating.
以上をまとめると、電気化学ポテンシャルが異なる複数の金属からなる合金メッキ層を形成することは難しかった。このため、例えば炭化クロム粒子を分散したコバルトメッキ層と母材の密着強度を上げる為の熱処理時に、炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解することを抑制できなかった。 In summary, it was difficult to form an alloy plating layer made of a plurality of metals having different electrochemical potentials. For this reason, it was not possible to suppress dissolution of chromium carbide in the cobalt plating layer, for example, during heat treatment for increasing the adhesion strength between the cobalt plating layer in which chromium carbide particles are dispersed and the base material.
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、電気化学ポテンシャルが異なる複数の金属からなる合金メッキ層を製造することができる合金メッキ層の形成方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、炭化クロム粒子を分散したコバルトメッキ層において、母材とメッキ層の密着強度を上げる為の熱処理時に炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解することを抑制できる合金メッキ層の形成方法、及び構造部品を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for forming an alloy plating layer capable of producing an alloy plating layer made of a plurality of metals having different electrochemical potentials. There is. Another object of the present invention is to provide an alloy plating layer that can suppress dissolution of chromium carbide in the cobalt plating layer during heat treatment for increasing the adhesion strength between the base material and the plating layer in the cobalt plating layer in which chromium carbide particles are dispersed. And a structural component.
上記課題を解決するため、本発明に係る合金メッキ層の形成方法は、母材上に、複数種類の金属メッキ層を積層した金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記複数種類の金属メッキ層それぞれを拡散させることにより、前記母材上に合金メッキ層を形成する工程とを具備する。
In order to solve the above problems, a method for forming an alloy plating layer according to the present invention includes a step of forming a metal plating laminate in which a plurality of types of metal plating layers are laminated on a base material,
Forming an alloy plating layer on the base material by diffusing each of the plurality of types of metal plating layers by heat-treating the metal plating laminate.
前記複数種類の金属メッキ層は、例えばコバルトメッキ層及びクロムメッキ層である。この場合、前記合金メッキ層は、コバルトとクロムの合金メッキ層である。 The plurality of types of metal plating layers are, for example, a cobalt plating layer and a chromium plating layer. In this case, the alloy plating layer is an alloy plating layer of cobalt and chromium.
本発明に係る他の合金メッキ層の形成方法は、母材の上又は上方に、第１のクロムメッキ層、及び複数の炭化クロム粒子が導入された第１のコバルトメッキ層を積層した第１の金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記第１の金属メッキ積層体を熱処理して前記第１のコバルトメッキ層と前記第１のクロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上又は上方に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された第１合金メッキ層を形成する工程とを具備する。
In another method of forming an alloy plating layer according to the present invention, a first chromium plating layer and a first cobalt plating layer into which a plurality of chromium carbide particles are introduced are laminated on or above a base material. Forming a metal plating laminate of
By heat-treating the first metal plating laminate to diffuse the first cobalt plating layer and the first chromium plating layer, the alloy is mixed with chromium and cobalt on or above the base material. Forming a first alloy plating layer into which a plurality of chromium carbide particles are introduced.
前記第１の金属メッキ積層体を形成する工程の前に、前記母材上に、第２のコバルトメッキ層及び第２のクロムメッキ層を交互に積層した第２の金属メッキ積層体を形成する工程を具備してもよい。この場合、前記第１の金属メッキ積層体は、前記第２の金属メッキ積層体上に形成される。また、前記第１合金メッキ層を形成する工程において、前記第２のコバルトメッキ層及び前記第２のクロムメッキ層が拡散することにより、前記母材と前記第１合金メッキ層の間に位置していてクロムとコバルトの合金からなる第２合金メッキ層が形成される。 Before the step of forming the first metal plating laminate, a second metal plating laminate in which a second cobalt plating layer and a second chromium plating layer are alternately laminated is formed on the base material. You may comprise a process. In this case, the first metal plating laminate is formed on the second metal plating laminate. Further, in the step of forming the first alloy plating layer, the second cobalt plating layer and the second chromium plating layer are diffused to be positioned between the base material and the first alloy plating layer. Thus, a second alloy plating layer made of an alloy of chromium and cobalt is formed.
前記第１の金属メッキ積層体を形成する工程の前に、前記母材上に、第３のコバルトメッキ層を形成する工程を具備してもよい。この場合、前記第１の金属メッキ積層体は、前記第３のコバルトメッキ層上に形成される。 A step of forming a third cobalt plating layer on the base material may be provided before the step of forming the first metal plating laminate. In this case, the first metal plating laminate is formed on the third cobalt plating layer.
本発明に係る他の合金メッキ層の形成方法は、母材の上に、クロムメッキ層及び複数の炭化クロム粒子が導入されたコバルトメッキ層を交互に複数積層した金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記コバルトメッキ層及び前記クロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された合金メッキ層を形成する工程とを具備する。
Another method of forming an alloy plating layer according to the present invention is a process of forming a metal plating laminate in which a chromium plating layer and a plurality of cobalt plating layers into which a plurality of chromium carbide particles are introduced are alternately laminated on a base material. When,
Alloy plating in which the plurality of chromium carbide particles are introduced into an alloy of chromium and cobalt on the base material by diffusing the cobalt plating layer and the chromium plating layer by heat-treating the metal plating laminate. Forming a layer.
本発明に係る構造部品は、母材と、
前記母材上に形成された金属メッキ層と、
を具備し、
前記金属メッキ層は、複数の炭化クロム粒子が導入された、クロムとコバルトの第１合金層を有し、
前記第１合金層は、クロムの濃度が重量比率で１０％以上である。
The structural component according to the present invention includes a base material,
A metal plating layer formed on the base material;
Comprising
The metal plating layer has a first alloy layer of chromium and cobalt into which a plurality of chromium carbide particles are introduced,
The first alloy layer has a chromium concentration of 10% or more by weight.
前記第１合金層は、例えば前記金属メッキ層の表層に位置している。 The first alloy layer is located on the surface layer of the metal plating layer, for example.
前記金属メッキ層は、前記第１合金層と前記母材の間に位置するクロムとコバルトの第２合金層を有していてもよく、また、前記第１合金層と前記母材の間に位置するクロムとコバルトの第２合金層とクロム層が交互に積層された金属積層体を有していてもよい。 The metal plating layer may have a second alloy layer of chromium and cobalt located between the first alloy layer and the base material, and between the first alloy layer and the base material. You may have the metal laminated body by which the 2nd alloy layer and chromium layer of chromium and cobalt which were located were laminated | stacked alternately.
前記金属メッキ層の表面は摺動面であってもよい。
前記母材は、クロムを含有する鋼であり、前記金属メッキ層は、前記母材の一部上に形成されていてもよい。
The surface of the metal plating layer may be a sliding surface.
The base material may be steel containing chromium, and the metal plating layer may be formed on a part of the base material.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１の各図は、本発明の第１の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。本実施形態によって製造される合金層はクロムとコバルトの合金層であり、表層に炭化クロムの粒子を分散させている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing in FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for forming an alloy layer according to the first embodiment of the present invention. The alloy layer manufactured according to this embodiment is an alloy layer of chromium and cobalt, and chromium carbide particles are dispersed in the surface layer.
まず、図１（Ａ）に示すように、母材１０の表面上にコバルト層２０を、例えば電解メッキ法により形成する。本工程で使用されるメッキ液には炭化クロムの粒子が導入されておらず、このためコバルト層２０には炭化クロムの粒子が含まれない。コバルト層２０の厚さは、例えば２０μｍ以上３０μｍ以下である。母材１０は、例えばＳＵＳ３０４Ｌ等のステンレス鋼であるが、他の鋼（例えばクロムが添加されている普通鋼）であってもよい。 First, as shown in FIG. 1A, a cobalt layer 20 is formed on the surface of a base material 10 by, for example, an electrolytic plating method. Chromium carbide particles are not introduced into the plating solution used in this step, and therefore the cobalt layer 20 does not contain chromium carbide particles. The thickness of the cobalt layer 20 is, for example, 20 μm or more and 30 μm or less. The base material 10 is stainless steel such as SUS304L, but may be other steel (for example, ordinary steel to which chromium is added).
次いで、コバルト層２０の表面を洗浄した後、コバルト層２０上にクロム層２２を、例えば電解メッキ法により形成する。クロム層２２の厚さは、コバルト層２０の厚さの２０％〜３０％であるのが好ましく、例えば４μｍ以上〜９μｍ以下である。 Next, after the surface of the cobalt layer 20 is cleaned, a chromium layer 22 is formed on the cobalt layer 20 by, for example, an electrolytic plating method. The thickness of the chromium layer 22 is preferably 20% to 30% of the thickness of the cobalt layer 20, for example, 4 μm to 9 μm.
その後、クロム層２２の表面を洗浄する。次いで、クロム層２２上に、コバルト層２０及びクロム層２２を、この順に必要な層数だけ繰り返し形成する。ここで、最上層にはクロム層２２を位置させる。各層を形成する工程の間には、表面を洗浄する工程が設けられる。 Thereafter, the surface of the chromium layer 22 is washed. Next, the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 are repeatedly formed on the chromium layer 22 by the required number of layers in this order. Here, the chromium layer 22 is positioned as the uppermost layer. A step of cleaning the surface is provided between the steps of forming each layer.
次いで、最上層のクロム層２２の表面を洗浄した後、このクロム層２２上に、コバルト層２１を、例えば電解メッキ法により形成する。本工程で使用されるメッキ液には複数の炭化クロム粒子が導入され、かつメッキ液は攪拌されている。このため、コバルト層２１には複数の炭化クロム粒子３０が分散している。炭化クロム粒子３０の粒径は、例えば１μｍ以上４μｍ以下であり、平均粒径は２．５μｍ以上３．０μｍ以下であるが、ここで例示した範囲に限定されず、粒径が４μｍ以上であってもよい。クロム層２２の全体に対する炭化クロム粒子３０の体積率は、上限が４０％であるのが好ましく、下限が例えば５％であるのが好ましい。この体積率は、例えばメッキ液に含まれる炭化クロム粒子の量を変えることにより、調節できる。またこの体積率は、断面における面積率として測定することができる。 Next, after cleaning the surface of the uppermost chromium layer 22, a cobalt layer 21 is formed on the chromium layer 22 by, for example, an electrolytic plating method. A plurality of chromium carbide particles are introduced into the plating solution used in this step, and the plating solution is stirred. For this reason, a plurality of chromium carbide particles 30 are dispersed in the cobalt layer 21. The particle size of the chromium carbide particles 30 is, for example, 1 μm or more and 4 μm or less, and the average particle size is 2.5 μm or more and 3.0 μm or less, but is not limited to the range exemplified here, and the particle size is 4 μm or more. May be. The upper limit of the volume ratio of the chromium carbide particles 30 to the entire chromium layer 22 is preferably 40%, and the lower limit is preferably 5%, for example. This volume ratio can be adjusted, for example, by changing the amount of chromium carbide particles contained in the plating solution. Moreover, this volume ratio can be measured as an area ratio in a cross section.
このようにして、母材１０の表面上に、金属積層体の一例であるメッキ層２３が形成される。メッキ層２３は、コバルト層２０及びクロム層２２を複数繰り返し積層し、さらにコバルト層２１を積層した構造を有する。クロム層２２の厚さの和は、コバルト層２０，２１の厚さの和の２０％〜３０％であるのが好ましい。なお、コバルト層２０及びクロム層２２を形成する工程を繰り返さなくても良い。この場合メッキ層２３は、コバルト層２０、クロム層２２、及びコバルト層２１をこの順に一層ずつ積層した構造になる。 In this way, a plating layer 23 which is an example of a metal laminate is formed on the surface of the base material 10. The plating layer 23 has a structure in which a cobalt layer 20 and a chromium layer 22 are repeatedly stacked, and a cobalt layer 21 is stacked. The sum of the thickness of the chromium layer 22 is preferably 20% to 30% of the sum of the thicknesses of the cobalt layers 20 and 21. Note that the step of forming the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 may not be repeated. In this case, the plating layer 23 has a structure in which the cobalt layer 20, the chromium layer 22, and the cobalt layer 21 are laminated one by one in this order.
次いで、図１（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。この熱処理における処理温度は、例えば８７５℃以上１１００℃以下であり、処理時間は、例えば４時間以上１０時間以下である。この熱処理を行うことにより、母材１０とメッキ層２３が相互拡散し、これらの間の密着強度が向上する。また、メッキ層２３の内部においてコバルト層２０とクロム層２２が拡散する。これにより、コバルトとクロムの合金層２４が形成される。合金層２４はメッキ層２３の下層を構成しており、下面が母材１０に接している。さらに、コバルト層２１のコバルト母相とコバルト層２１の下に位置するクロム層２２が拡散して、コバルトとクロムの合金層２６が形成される。合金層２６は、メッキ層２３の上層を構成している。合金層２６の中には複数の炭化クロム粒子３０が分散している。合金層２６と合金層２４の境界は、例えば母材１０の表面に水平な面であって、複数の炭化クロム粒子３０のうち最も母材１０の表面に近い粒子の下端を通る面として定義される。熱処理後のメッキ層２３の厚さは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下であり、メッキ層２３のうち合金層２６の厚さは、例えば２０μｍ以上３０μｍ以下である。 Next, as shown in FIG. 1B, the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. The treatment temperature in this heat treatment is, for example, 875 ° C. or more and 1100 ° C. or less, and the treatment time is, for example, 4 hours or more and 10 hours or less. By performing this heat treatment, the base material 10 and the plating layer 23 are mutually diffused, and the adhesion strength between them is improved. Further, the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 are diffused inside the plating layer 23. Thereby, the alloy layer 24 of cobalt and chromium is formed. The alloy layer 24 constitutes the lower layer of the plating layer 23, and the lower surface is in contact with the base material 10. Further, the cobalt matrix of the cobalt layer 21 and the chromium layer 22 located under the cobalt layer 21 are diffused to form an alloy layer 26 of cobalt and chromium. The alloy layer 26 constitutes the upper layer of the plating layer 23. A plurality of chromium carbide particles 30 are dispersed in the alloy layer 26. The boundary between the alloy layer 26 and the alloy layer 24 is, for example, a plane that is horizontal to the surface of the base material 10 and is defined as a plane that passes through the lower end of the particles closest to the surface of the base material 10 among the plurality of chromium carbide particles 30. The The thickness of the plated layer 23 after the heat treatment is, for example, 50 μm or more and 200 μm or less, and the thickness of the alloy layer 26 in the plated layer 23 is, for example, 20 μm or more and 30 μm or less.
上記した熱処理において、合金層２４及び合金層２６の母相は、コバルトとクロムの合金になる。このため、熱処理によって炭化クロム粒子３０が合金層２６に溶解することが抑制される。特に合金層２４及び合金層２６の母相におけるクロムの含有率が１０重量％以上である場合、この効果が顕著になる。また、このクロムの含有率が１５重量％以上である場合、コバルトに対するクロムの固溶限に近くなる為、この効果が更に顕著になり、炭化クロム粒子３０は合金層２６の母相にほとんど溶解しない。なお、合金層２４及び合金層２６の母相におけるクロムの含有率の上限は、例えば２０％である。 In the heat treatment described above, the parent phase of the alloy layer 24 and the alloy layer 26 is an alloy of cobalt and chromium. For this reason, it is suppressed that the chromium carbide particles 30 are dissolved in the alloy layer 26 by the heat treatment. In particular, when the chromium content in the parent phase of the alloy layer 24 and the alloy layer 26 is 10% by weight or more, this effect becomes remarkable. Further, when the chromium content is 15% by weight or more, this effect becomes more remarkable because the chromium is close to the solid solubility limit with respect to cobalt, and the chromium carbide particles 30 are almost dissolved in the parent phase of the alloy layer 26. do not do. The upper limit of the chromium content in the parent phase of the alloy layer 24 and the alloy layer 26 is, for example, 20%.
以上、本実施形態によれば、母材１０の表面上にコバルト層２０とクロム層２２を、最上層がクロム層２２になるように交互に積層させ、これらを熱処理することにより、電気化学ポテンシャルが大きく異なるコバルトとクロムの合金である合金層２４を形成することができる。この熱処理は、合金層２４と母材１０の密着強度を向上させるための熱処理も兼ねているため、工程数が増加することを抑制できる。 As described above, according to the present embodiment, the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 are alternately laminated on the surface of the base material 10 so that the uppermost layer becomes the chromium layer 22, and these are subjected to heat treatment, whereby the electrochemical potential is obtained. It is possible to form an alloy layer 24 that is an alloy of cobalt and chromium that greatly differs. Since this heat treatment also serves as a heat treatment for improving the adhesion strength between the alloy layer 24 and the base material 10, an increase in the number of steps can be suppressed.
また、熱処理の前において、最上層に位置するクロム層２２の上には、複数の炭化クロム粒子３０を分散させたコバルト層２１が積層されている。このため、熱処理によって、複数の炭化クロム粒子３０を分散させた合金層２６を合金層２４の上に形成することができる。合金層２６の母相、及び合金層２４は、いずれもコバルトとクロムの合金である。このため、熱処理によって炭化クロム粒子３０が合金層２６に溶解することを抑制できる。従って、熱処理によって合金層２６の耐磨耗性が低下することを抑制できる。また、合金層２６における炭化クロム粒子３０の体積率がばらつくことを抑制でき、その結果、合金層２６の耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。 Prior to the heat treatment, a cobalt layer 21 in which a plurality of chromium carbide particles 30 are dispersed is laminated on the chromium layer 22 positioned at the uppermost layer. For this reason, the alloy layer 26 in which the plurality of chromium carbide particles 30 are dispersed can be formed on the alloy layer 24 by heat treatment. The parent phase of the alloy layer 26 and the alloy layer 24 are both an alloy of cobalt and chromium. For this reason, it can suppress that the chromium carbide particle 30 melt | dissolves in the alloy layer 26 by heat processing. Therefore, it can suppress that the abrasion resistance of the alloy layer 26 falls by heat processing. Moreover, it can suppress that the volume ratio of the chromium carbide particle 30 in the alloy layer 26 varies, and as a result, it can suppress that the abrasion resistance of the alloy layer 26 varies.
また、炭化クロム粒子３０が合金層２６に溶解することを抑制できるため、合金層２６中に遊離した炭素（具体的には遊離黒鉛）が生成することを抑制できる。このため、母材１０の表層に炭素が拡散して、母材１０の表層に含まれるクロムと結合し、母材１０の表層の耐食性を低下させることを抑制できる。本実施形態では、合金層２６と母材１０の間に、炭化クロム粒子を含有していない合金層２４が位置しているため、この効果は特に顕著になる。 Moreover, since it can suppress that the chromium carbide particle | grains 30 melt | dissolve in the alloy layer 26, it can suppress that carbon (specifically free graphite) liberated in the alloy layer 26 is generated. For this reason, it is possible to suppress the carbon from diffusing into the surface layer of the base material 10 and combining with chromium contained in the surface layer of the base material 10, thereby reducing the corrosion resistance of the surface layer of the base material 10. In the present embodiment, since the alloy layer 24 not containing chromium carbide particles is located between the alloy layer 26 and the base material 10, this effect is particularly remarkable.
また、熱処理前のメッキ層２３のうちコバルト層２０及びクロム層２２は、炭化クロム粒子を含有していない。このため、コバルト層２０及びクロム層２２を形成するときは、炭化クロム粒子を均一に浮上させることを目的としてメッキ液を攪拌する必要はなく、このため、メッキ層２３を形成する工程の管理が容易になる。 Further, the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 in the plating layer 23 before the heat treatment do not contain chromium carbide particles. For this reason, when the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 are formed, it is not necessary to stir the plating solution for the purpose of uniformly floating the chromium carbide particles. Therefore, the process of forming the plating layer 23 can be managed. It becomes easy.
なお、例えば熱処理前のクロム層２２がコバルト層２０に対してある程度薄い場合等、熱処理時に合金層２６に炭化クロム粒子３０が少し溶解し、合金層２６に黒鉛が生成することがある。この場合、生成した黒鉛が固体潤滑材として作用する為、母材１０が摺動部材である場合、母材１０の摩擦係数が低くなる。 Note that, for example, when the chromium layer 22 before heat treatment is somewhat thinner than the cobalt layer 20, the chromium carbide particles 30 may be slightly dissolved in the alloy layer 26 during the heat treatment, and graphite may be generated in the alloy layer 26. In this case, since the produced graphite acts as a solid lubricant, when the base material 10 is a sliding member, the friction coefficient of the base material 10 is lowered.
図２の各図は、第２の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。 Each drawing in FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a method for forming an alloy layer according to the second embodiment. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
まず図２（Ａ）に示すように、母材１０上に、コバルト層２１及びクロム層２２をこの順に交互に複数形成することにより、メッキ層２３を形成する。本図に示すように最上層がコバルト層２１となるようにしてもよいし、最上層がクロム層２２となるようにしてもよい。また、コバルト層２１を２層として、クロム層２２を１層としてもよい。すべてのコバルト層２１には、複数の炭化クロム粒子３０が分散している。 First, as shown in FIG. 2A, a plating layer 23 is formed on the base material 10 by alternately forming a plurality of cobalt layers 21 and chromium layers 22 in this order. As shown in the figure, the uppermost layer may be the cobalt layer 21, or the uppermost layer may be the chromium layer 22. The cobalt layer 21 may be two layers and the chromium layer 22 may be one layer. A plurality of chromium carbide particles 30 are dispersed in all the cobalt layers 21.
次いで、図２（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。熱処理の条件は、第１の実施形態と同様である。この熱処理を行うことにより、母材１０とメッキ層２３が相互拡散し、これらの間の密着強度が向上する。また、メッキ層２３の内部において、コバルト層２１のコバルト母相とクロム層２２が相互拡散して、メッキ層２３は、コバルトとクロムの合金層になる。この合金層の全体に、複数の炭化クロム粒子３０が分散している。 Next, as shown in FIG. 2B, the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. The conditions for the heat treatment are the same as in the first embodiment. By performing this heat treatment, the base material 10 and the plating layer 23 are mutually diffused, and the adhesion strength between them is improved. In addition, in the plating layer 23, the cobalt matrix of the cobalt layer 21 and the chromium layer 22 are diffused to each other, and the plating layer 23 becomes an alloy layer of cobalt and chromium. A plurality of chromium carbide particles 30 are dispersed throughout the alloy layer.
本実施形態によっても、コバルトとクロムの合金層（具体的にはメッキ層２３）を形成することができる。また、熱処理によって炭化クロム粒子３０がメッキ層２３に溶解することを抑制できる。従って、熱処理によってメッキ層２３の耐磨耗性が低下することを抑制できる。また、メッキ層２３における炭化クロム粒子３０の体積率がばらつくことを抑制でき、その結果、メッキ層２３の耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。 Also in this embodiment, an alloy layer of cobalt and chromium (specifically, the plating layer 23) can be formed. Moreover, it can suppress that the chromium carbide particle 30 melt | dissolves in the plating layer 23 by heat processing. Therefore, it can suppress that the abrasion resistance of the plating layer 23 falls by heat processing. Moreover, it can suppress that the volume ratio of the chromium carbide particle 30 in the plating layer 23 varies, and as a result, it can suppress that the abrasion resistance of the plating layer 23 varies.
また、メッキ層２３中に遊離した炭素（具体的には遊離黒鉛）が生成することを抑制できる。このため、母材１０の表層に炭素が拡散して、母材１０の表層に含まれるクロムと結合し、母材１０の表層の耐食性を低下させることを抑制できる。 Moreover, it can suppress that the carbon (specifically free graphite) liberated in the plating layer 23 is generated. For this reason, it is possible to suppress the carbon from diffusing into the surface layer of the base material 10 and combining with chromium contained in the surface layer of the base material 10, thereby reducing the corrosion resistance of the surface layer of the base material 10.
図３は、本発明の第３の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。本実施形態は、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理するときの熱処理条件を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。 FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a method for forming an alloy layer according to the third embodiment of the present invention. This embodiment is the same as the first embodiment except for the heat treatment conditions when the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの熱処理量は、第１の実施形態と比較して少ない。具体的には、処理温度を、例えば８００℃以上８７５℃未満にして、処理時間を、例えば４時間以上１０時間以下にする。また他の例としては、処理温度を、例えば８７５℃以上１１００℃未満にして、処理時間を、例えば２時間以上４時間未満にする。このようにすると、メッキ層２３の一部であるクロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずに残留する。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
In the present embodiment, the amount of heat treatment when the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated is smaller than that in the first embodiment. Specifically, the treatment temperature is set to, for example, 800 ° C. or more and less than 875 ° C., and the treatment time is set to, for example, 4 hours or more and 10 hours or less. As another example, the treatment temperature is set to, for example, 875 ° C. or more and less than 1100 ° C., and the treatment time is set to, for example, 2 hours or more and less than 4 hours. As a result, the chromium layer 22 which is a part of the plating layer 23 remains in the alloy layers 24 and 26 without being completely dissolved.
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
図４の各図は、本発明の第４の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。 Each drawing in FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method for forming an alloy layer according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
まず図４（Ａ）に示すように、母材１０上にコバルト層２０を一層形成する。コバルト層２０の厚さは、例えば６０μｍ以上１００μｍ以下である。次いで、コバルト層２０上にクロム層２２及びコバルト層２１をこの順に形成する。クロム層２２の厚さ及びコバルト層２１の厚さは、それぞれ第１の実施形態と同様である。このようにしてメッキ層２３が形成される。 First, as shown in FIG. 4A, a cobalt layer 20 is formed on the base material 10. The thickness of the cobalt layer 20 is, for example, 60 μm or more and 100 μm or less. Next, a chromium layer 22 and a cobalt layer 21 are formed in this order on the cobalt layer 20. The thickness of the chromium layer 22 and the thickness of the cobalt layer 21 are the same as those in the first embodiment. In this way, the plating layer 23 is formed.
次いで図４（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、クロム層２２がコバルト層２０及びコバルト層２１のコバルト母相に拡散して、メッキ層２３が、合金層２４，２６をこの順に積層した構造になる。なお、合金層２４は、母材１０に近づくにつれてクロム含有率が低下している。 Next, as shown in FIG. 4B, the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. The heat treatment conditions at this time are the same as those in the first embodiment. Thereby, the chromium layer 22 diffuses into the cobalt matrix of the cobalt layer 20 and the cobalt layer 21, and the plating layer 23 has a structure in which the alloy layers 24 and 26 are laminated in this order. The alloy layer 24 has a chromium content that decreases as it approaches the base material 10.
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずにメッキ層２３中に残留する。 Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, the conditions for heat-treating the base material 10 and the plating layer 23 may be the same as those in the third embodiment. As a result, the chromium layer 22 remains in the plating layer 23 without being completely dissolved in the alloy layers 24 and 26.
図５の各図は、本発明の第５の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。 Each drawing in FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a method for forming an alloy layer according to the fifth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
まず図５（Ａ）に示すように、母材１０上にコバルト層２０を一層形成する。コバルト層２０の厚さは、例えば３０μｍ以上７０μｍ以下である。次いで、コバルト層２０上にコバルト層２１、クロム層２２及びコバルト層２１をこの順に形成する。クロム層２２の厚さ及びコバルト層２１の厚さは、それぞれ第１の実施形態と同様である。このようにしてメッキ層２３が形成される。 First, as shown in FIG. 5A, a cobalt layer 20 is formed on the base material 10. The thickness of the cobalt layer 20 is, for example, 30 μm or more and 70 μm or less. Next, a cobalt layer 21, a chromium layer 22, and a cobalt layer 21 are formed in this order on the cobalt layer 20. The thickness of the chromium layer 22 and the thickness of the cobalt layer 21 are the same as those in the first embodiment. In this way, the plating layer 23 is formed.
次いで図５（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、２つのコバルト層２１のコバルト母相にクロム層２２のクロムが拡散して、メッキ層２３が、コバルト層２０及び合金層２６をこの順に積層した構造になる。なお、コバルト層２０にもクロムが拡散することもあるが、この場合において、コバルト層２０のクロム含有率は、母材１０に近づくにつれて低下している。 Next, as shown in FIG. 5B, the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. The heat treatment conditions at this time are the same as those in the first embodiment. As a result, the chromium of the chromium layer 22 diffuses into the cobalt matrix of the two cobalt layers 21, and the plating layer 23 has a structure in which the cobalt layer 20 and the alloy layer 26 are laminated in this order. Note that chromium may also diffuse into the cobalt layer 20, but in this case, the chromium content of the cobalt layer 20 decreases as it approaches the base material 10.
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２６に溶解しきらずにメッキ層２３中に残留する。 Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, the conditions for heat-treating the base material 10 and the plating layer 23 may be the same as those in the third embodiment. As a result, the chromium layer 22 remains in the plating layer 23 without being completely dissolved in the alloy layer 26.
図６の各図は、本発明の第６の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。 Each drawing in FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method of forming an alloy layer according to the sixth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
まず図６（Ａ）に示すように、母材１０の表面にコバルト層２０とクロム層２２を、最上層がクロム層２２になるように交互に積層させる。これら各層の厚さは、第１の実施形態と同様である。次いで、最上層のクロム層２２上にコバルト層２１を形成し、さらにコバルト層２１上にクロム層２２を形成する。コバルト層２１上に位置するクロム層２２の厚さは、他のクロム層２２の厚さと等しくても良いが、これより薄くても良い（例えば１／３以上２／３以下）。このようにしてメッキ層２３が形成される。 First, as shown in FIG. 6A, the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 are alternately laminated on the surface of the base material 10 so that the uppermost layer becomes the chromium layer 22. The thickness of each layer is the same as in the first embodiment. Next, the cobalt layer 21 is formed on the uppermost chromium layer 22, and the chromium layer 22 is further formed on the cobalt layer 21. Although the thickness of the chromium layer 22 located on the cobalt layer 21 may be equal to the thickness of the other chromium layer 22, it may be thinner (for example, 1/3 or more and 2/3 or less). In this way, the plating layer 23 is formed.
次いで図６（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、合金層２４，２６が形成される。 Next, as shown in FIG. 6B, the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. The heat treatment conditions at this time are the same as those in the first embodiment. Thereby, the alloy layers 24 and 26 are formed.
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずにメッキ層２３中に残留する。このとき、最上層に位置するクロム層２２が合金層２６に溶解しきらずに残留することもあるが、このクロム層２２が磨耗により除去されても、特に問題はない。 Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, the conditions for heat-treating the base material 10 and the plating layer 23 may be the same as those in the third embodiment. As a result, the chromium layer 22 remains in the plating layer 23 without being completely dissolved in the alloy layers 24 and 26. At this time, the chromium layer 22 located at the uppermost layer may remain in the alloy layer 26 without being completely dissolved, but there is no particular problem even if the chromium layer 22 is removed by abrasion.
図７の各図は、本発明の第７の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。 Each drawing in FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a method for forming an alloy layer according to the seventh embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
まず図７（Ａ）に示すように、母材１０の表面にコバルト層２０を形成する。コバルト層２０の厚さは、例えば３０μｍ以上７０μｍ以下である。次いで、コバルト層２０上にコバルト層２１、及びクロム層２２をこの順に形成する。コバルト層２１及びクロム層２２の厚さは、例えば第１の実施形態と同様である。このようにしてメッキ層２３が形成される。 First, as shown in FIG. 7A, a cobalt layer 20 is formed on the surface of the base material 10. The thickness of the cobalt layer 20 is, for example, 30 μm or more and 70 μm or less. Next, a cobalt layer 21 and a chromium layer 22 are formed in this order on the cobalt layer 20. The thicknesses of the cobalt layer 21 and the chromium layer 22 are the same as those in the first embodiment, for example. In this way, the plating layer 23 is formed.
次いで図７（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、コバルト層２０上に位置する合金層２６が形成される。 Next, as shown in FIG. 7B, the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. The heat treatment conditions at this time are the same as those in the first embodiment. Thereby, the alloy layer 26 located on the cobalt layer 20 is formed.
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずに残留するが、このクロム層２２が磨耗により除去されても、特に問題はない。 Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Moreover, the conditions for heat-treating the base material 10 and the plating layer 23 may be the same as those in the third embodiment. In this case, the chromium layer 22 remains in the alloy layers 24 and 26 without being completely dissolved, but there is no particular problem even if the chromium layer 22 is removed by abrasion.
図８の各図は、本発明の第８の実施形態に係る金属層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。 Each drawing in FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a metal layer forming method according to an eighth embodiment of the present invention. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
まず図８（Ａ）に示すように、母材１９の表面にコバルト層２１を形成し、さらにコバルト層２１上にクロム層２２を形成する。このようにして、コバルト層２１及びクロム層２２からなるメッキ層２３が形成される。コバルト層２１の厚さは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下である。 First, as shown in FIG. 8A, a cobalt layer 21 is formed on the surface of the base material 19, and a chromium layer 22 is further formed on the cobalt layer 21. In this way, the plating layer 23 composed of the cobalt layer 21 and the chromium layer 22 is formed. The thickness of the cobalt layer 21 is, for example, 50 μm or more and 200 μm or less.
次いで図８（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、母材１０上に位置するメッキ層２３は、コバルトとクロムの合金層になる。この合金層の全体に、複数の炭化クロム粒子３０が分散している。 Next, as shown in FIG. 8B, the base material 10 and the plating layer 23 are heat-treated in a vacuum. The heat treatment conditions at this time are the same as those in the first embodiment. Thereby, the plating layer 23 located on the base material 10 becomes an alloy layer of cobalt and chromium. A plurality of chromium carbide particles 30 are dispersed throughout the alloy layer.
本実施形態によっても、コバルトとクロムの合金層（具体的にはメッキ層２３）を形成することができる。また、熱処理によって炭化クロム粒子３０がメッキ層２３に溶解することを抑制できる。従って、熱処理によってメッキ層２３の耐磨耗性が低下することを抑制できる。また、メッキ層２３における炭化クロム粒子３０の体積率がばらつくことを抑制でき、その結果、メッキ層２３の耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。 Also in this embodiment, an alloy layer of cobalt and chromium (specifically, the plating layer 23) can be formed. Moreover, it can suppress that the chromium carbide particle 30 melt | dissolves in the plating layer 23 by heat processing. Therefore, it can suppress that the abrasion resistance of the plating layer 23 falls by heat processing. Moreover, it can suppress that the volume ratio of the chromium carbide particle 30 in the plating layer 23 varies, and as a result, it can suppress that the abrasion resistance of the plating layer 23 varies.
なお、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が溶解しきらずにメッキ層２３の表層に残留するが、このクロム層２２が磨耗により除去されても、特に問題はない。 The conditions for heat-treating the base material 10 and the plating layer 23 may be the same as those in the third embodiment. In this case, the chromium layer 22 is not completely dissolved and remains on the surface layer of the plating layer 23, but there is no particular problem even if the chromium layer 22 is removed by abrasion.
図９は、本発明の第９の実施形態に係る過吸機の構成を説明するための断面図である。この過吸機において、タービン１０１はタービンハウジング１０６内に収容されており、コンプレッサ１０２はコンプレッサハウジング１０４内に収容されている。タービン１０１及びコンプレッサ１０２を連結するタービンシャフト１０３は、センターハウジング１０５内に配置されたベアリング１０３ａによって支持されている。センターハウジング１０５には、留具１０７，１０８によってコンプレッサハウジング１０４及びタービンハウジング１０６が固定されている。タービンハウジング１０６とセンターハウジング１０５の境界部分には、排気ガスの流路１４０が設けられている。 FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a superabsorber according to the ninth embodiment of the present invention. In this super absorber, the turbine 101 is accommodated in a turbine housing 106, and the compressor 102 is accommodated in a compressor housing 104. A turbine shaft 103 that connects the turbine 101 and the compressor 102 is supported by a bearing 103 a disposed in the center housing 105. A compressor housing 104 and a turbine housing 106 are fixed to the center housing 105 by fasteners 107 and 108. An exhaust gas flow path 140 is provided at a boundary portion between the turbine housing 106 and the center housing 105.
タービン１０１を回転させるための排気ガスの流量は、ノズルリング１１０によって調節される。ノズルリング１１０は、例えばＳＵＳ３０４Ｌ等のステンレス鋼により形成されている。ノズルリング１１０は、タービンシャフト１０３と同心に配置されており、側面１１０ｃが排気ガスの流路１４０に面している。側面１１０ｃはタービンシャフト１０３に対して略垂直になっている。側面１１０ｃ上には複数の羽１１４が設けられている。羽１１４相互間には流路１４０の一部となる隙間が設けられている。 The flow rate of the exhaust gas for rotating the turbine 101 is adjusted by the nozzle ring 110. The nozzle ring 110 is made of stainless steel such as SUS304L. The nozzle ring 110 is disposed concentrically with the turbine shaft 103, and the side surface 110 c faces the exhaust gas flow path 140. The side surface 110 c is substantially perpendicular to the turbine shaft 103. A plurality of wings 114 are provided on the side surface 110c. A gap serving as a part of the flow path 140 is provided between the wings 114.
ノズルリング１１０は、センターハウジング１０５のうちタービンハウジング１０６に面する部分に設けられたリング状の凹部１２０内に収容されており、羽１１４は、タービンハウジング１０６のうちセンターハウジング１０５に面する部分に設けられたリング状の凹部１３０内に収容されている。凹部１２０，１３０はタービンシャフト１０３と同心であり、タービンシャフト１０３が延伸する方向に窪んでいる。凹部１２０の深さはノズルリング１１０の厚さより深く、このため、ノズルリング１１０は凹部１２０内をタービンシャフト１０３に沿う方向に摺動することができる。この摺動において、ノズルリング１１０の外周面１１０ａは凹部１２０の側面１２０ａと摺動し、ノズルリング１１０の内周面１１０ｂは凹部１２０の側面１２０ｂと摺動する。 The nozzle ring 110 is accommodated in a ring-shaped recess 120 provided in a portion of the center housing 105 facing the turbine housing 106, and the blades 114 are formed in a portion of the turbine housing 106 facing the center housing 105. It is housed in a ring-shaped recess 130 provided. The recesses 120 and 130 are concentric with the turbine shaft 103 and are recessed in the direction in which the turbine shaft 103 extends. The depth of the recess 120 is deeper than the thickness of the nozzle ring 110, and thus the nozzle ring 110 can slide in the recess 120 in the direction along the turbine shaft 103. In this sliding, the outer peripheral surface 110 a of the nozzle ring 110 slides with the side surface 120 a of the recess 120, and the inner peripheral surface 110 b of the nozzle ring 110 slides with the side surface 120 b of the recess 120.
ノズルリング１１０がセンターハウジング１０５から離れる方向に摺動すると、流路１４０がノズルリング１１０によって塞がれ、流路１４０を流れる排気ガスの流量が減少する。逆にノズルリング１１０がセンターハウジング１０５に近づく方向に摺動すると、流路１４０が広がり、流路１４０を流れる排気ガスの流量が増加する。 When the nozzle ring 110 slides away from the center housing 105, the flow path 140 is blocked by the nozzle ring 110, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the flow path 140 decreases. Conversely, when the nozzle ring 110 slides in the direction approaching the center housing 105, the flow path 140 widens and the flow rate of the exhaust gas flowing through the flow path 140 increases.
そして、ノズルリング１１０の外周面１１０ａ及び内周面１１０ｂには、第１〜第７の実施形態のいずれかに係るメッキ層２３（図１等に図示）が形成されている。メッキ層２３の形成方法は、第１〜第７の実施形態のいずれかと同様である。このため、外周面１１０ａ及び内周面１１０ｂの耐磨耗性は高く、また耐磨耗性のばらつきは小さい。また、メッキ層２３からノズルリング１１０に遊離黒鉛が拡散することが抑制される為、ノズルリング１１０の表層のうち、外周面１１０ａと側面１１０ｃの境界に位置する部分及び内周面１１０ｂと側面１１０ｃの境界に位置する部分においてクロム量が低下することが抑制される。従って、これら境界に位置する部分において耐食性が低下することが抑制される。 A plating layer 23 (shown in FIG. 1 and the like) according to any of the first to seventh embodiments is formed on the outer peripheral surface 110a and the inner peripheral surface 110b of the nozzle ring 110. The formation method of the plating layer 23 is the same as that in any of the first to seventh embodiments. For this reason, the wear resistance of the outer peripheral surface 110a and the inner peripheral surface 110b is high, and the variation in the wear resistance is small. Further, since free graphite is prevented from diffusing from the plating layer 23 to the nozzle ring 110, a portion of the surface layer of the nozzle ring 110 located at the boundary between the outer peripheral surface 110a and the side surface 110c and the inner peripheral surface 110b and the side surface 110c. It is suppressed that the amount of chromium falls in the part located in the boundary. Therefore, it is suppressed that corrosion resistance falls in the part located in these boundaries.
なお、上記した各実施形態において、合金層２４，２６のクロム含有率は、厚さ方向に分布を有していても良い。具体的には、コバルト層２０，２１が厚い場合、クロム層２２が存在していた部分が最もクロム含有率が高く、クロム層２２が存在していた部分から離れるに従ってクロム含有率が低くなっても良い。このとき、合金層２４，２６のうち厚さ方向においてコバルト層２０，２１の中央に位置していた部分を中心に、クロムをほとんど有さずにほぼコバルト単相となっている領域が存在する場合もある。これらの場合においても、合金層２６のうちクロム含有率が高い部分では、炭化クロム粒子３０の溶解を抑制でき、耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。 In each of the above embodiments, the chromium content of the alloy layers 24 and 26 may have a distribution in the thickness direction. Specifically, when the cobalt layers 20 and 21 are thick, the portion where the chromium layer 22 is present has the highest chromium content, and the chromium content decreases as the distance from the portion where the chromium layer 22 is present. Also good. At this time, there is a region in which the alloy layers 24 and 26 are substantially in a cobalt single phase with almost no chromium, centering on the portion located in the center of the cobalt layers 20 and 21 in the thickness direction. In some cases. Even in these cases, in the portion of the alloy layer 26 having a high chromium content, dissolution of the chromium carbide particles 30 can be suppressed, and variation in wear resistance can be suppressed.
また、母材１０上にクロム層２２及びコバルト層２１をこの順に積層し、母材１０、クロム層２２、及びコバルト層２１を熱処理することにより、クロムとコバルトの合金からなり炭化クロム粒子３０が分散しているメッキ層２３を形成しても良い。 Further, the chromium layer 22 and the cobalt layer 21 are laminated in this order on the base material 10, and the base material 10, the chromium layer 22, and the cobalt layer 21 are heat-treated, whereby the chromium carbide particles 30 made of an alloy of chromium and cobalt are formed. A dispersed plating layer 23 may be formed.
第１の実施形態と同様の方法により、ＳＵＳ３０４Ｌからなる母材上にメッキ層２３を作製した。母材は直径が２５ｍｍ、厚さが４ｍｍの略円板形状である。コバルト層２０，２１の厚さは２０μｍであり、クロム層２２の厚さは５μｍである。コバルト層２０及びクロム層２２の積層数は、それぞれ３層である。 The plating layer 23 was produced on the base material which consists of SUS304L by the method similar to 1st Embodiment. The base material has a substantially disk shape with a diameter of 25 mm and a thickness of 4 mm. The thickness of the cobalt layers 20 and 21 is 20 μm, and the thickness of the chromium layer 22 is 5 μm. The number of layers of the cobalt layer 20 and the chromium layer 22 is three.
本実施例において、コバルト層２０を形成するためのメッキ液として、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４・６Ｈ２Ｏ）を２５０ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を１６ｇ／Ｌ、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を３０ｇ／Ｌほど導入したものを使用した。このメッキ液のＰＨは４．７であった。またメッキ処理中のメッキ液の温度を５０℃とした。またコバルト層２１を形成するためのメッキ液は、コバルト層２０を形成するためのメッキ液に、粒子径が１〜４μｍの炭化クロム粒子を２５０ｇ／Ｌほど導入したものを使用した。このメッキ液のＰＨは４．７であった。またメッキ処理中のメッキ液の温度を５０℃とした。またコバルト層２０，２１を形成するための電解メッキにおける電流密度を５（Ａ／ｄｍ２）とした。 In this example, cobalt sulfate (CoSO 4 .6H 2 O) is 250 g / L, sodium chloride (NaCl) is 16 g / L, and boric acid (H 3 BO 3 ) is used as a plating solution for forming the cobalt layer 20. In which about 30 g / L was introduced. The plating solution had a pH of 4.7. The temperature of the plating solution during the plating process was 50 ° C. The plating solution for forming the cobalt layer 21 was obtained by introducing about 250 g / L of chromium carbide particles having a particle diameter of 1 to 4 μm into the plating solution for forming the cobalt layer 20. The plating solution had a pH of 4.7. The temperature of the plating solution during the plating process was 50 ° C. Further, the current density in the electrolytic plating for forming the cobalt layers 20 and 21 was set to 5 (A / dm 2 ).
またクロム層２２を形成するためのメッキ液として、無水クロム酸（ＣｒＯ３）を２５０ｇ／Ｌ、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を２５０ｇ／Ｌほど導入したものを使用した。メッキ処理中のメッキ液の温度を５０℃とした。クロム層２２を形成するときの電解メッキにおける電流密度を２０（Ａ／ｄｍ２）とした。 Further, as a plating solution for forming the chromium layer 22, a solution into which about 250 g / L of chromic anhydride (CrO 3 ) and about 250 g / L of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) were used was used. The temperature of the plating solution during the plating process was set to 50 ° C. The current density in the electrolytic plating when forming the chromium layer 22 was 20 (A / dm 2 ).
また比較例として、実施例と同様の母材に対して、コバルト層２１を形成するときのメッキ液を用いた電解メッキを行い、厚さが１００μｍのコバルトメッキ層を形成した。電解メッキの条件は、コバルト層２１を形成するときの条件と同様である。このコバルトメッキ層には、全体に複数の炭化クロム粒子が分散している。 In addition, as a comparative example, electrolytic plating using a plating solution for forming the cobalt layer 21 was performed on the same base material as in the example to form a cobalt plating layer having a thickness of 100 μm. The conditions for electrolytic plating are the same as the conditions for forming the cobalt layer 21. A plurality of chromium carbide particles are dispersed throughout the cobalt plating layer.
その後、実施例に係る試料及び比較例に係る試料をそれぞれ２分割し、それぞれ片方の試料を９００℃で５時間ほど熱処理した。 Thereafter, the sample according to the example and the sample according to the comparative example were each divided into two, and one of the samples was heat-treated at 900 ° C. for about 5 hours.
比較例に係る試料は、熱処理を行わなかった試料片のコバルト層の硬度がＨｖ５１５であったのに対して、熱処理を行った試料片のコバルト層の硬度はＨｖ３８６であった。このように、比較例では熱処理によってコバルト層の硬度が低下したが、これは熱処理によって炭化クロム粒子がコバルト層に溶解した為である。 In the sample according to the comparative example, the hardness of the cobalt layer of the sample piece that was not heat-treated was Hv515, whereas the hardness of the cobalt layer of the sample piece that was heat-treated was Hv386. As described above, in the comparative example, the hardness of the cobalt layer was reduced by the heat treatment, which is because the chromium carbide particles were dissolved in the cobalt layer by the heat treatment.
これに対して実施例に係る試料は、熱処理を行わなかった試料片、及び熱処理を行った試料片の双方とも、メッキ層２３の表層の硬度がＨｖ５２４であった。これは、熱処理によってメッキ層２３に炭化クロム粒子がほとんど溶解しなかった為である。 On the other hand, in the sample according to the example, the hardness of the surface layer of the plating layer 23 was Hv 524 in both the sample piece not subjected to the heat treatment and the sample piece subjected to the heat treatment. This is because the chromium carbide particles were hardly dissolved in the plating layer 23 by the heat treatment.
以上から、実施例に係る試料は、熱処理によってメッキ層２３の表層の硬度が低下することを抑制できることが示された。 From the above, it was shown that the sample according to the example can suppress the decrease in the hardness of the surface layer of the plating layer 23 by the heat treatment.
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えばコバルト層２０，２１及びクロム層２２の代わりに、他の複数種類の金属メッキ層（例えばニッケル及びクロム、ニッケル及びコバルト、若しくはニッケル、コバルト、クロム、及び鉄の中から選ばれた少なくとも２種類以上の金属成分）を積層し、この金属メッキ積層体を母材１０とともに加熱することにより、母材１０上に合金メッキを形成しても良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, instead of the cobalt layers 20 and 21 and the chromium layer 22, a plurality of other types of metal plating layers (for example, nickel and chromium, nickel and cobalt, or at least two kinds selected from nickel, cobalt, chromium, and iron) Alloy plating may be formed on the base material 10 by laminating the above metal components) and heating the metal plating laminate together with the base material 10.
１０，２００…母材、２０，２１，２１０…コバルト層、２２…クロム層、２３…メッキ層、２４，２６…合金層、３０，２１２…炭化クロム粒子、１０１…タービン、１０２…コンプレッサ、１０３…タービンシャフト、１０３ａ…ベアリング、１０４…コンプレッサハウジング、１０５…センターハウジング、１０６…タービンハウジング、１０７，１０８…留具、１１０…コバルトメッキ層、１１０ａ…外周面、１１０ｂ…内周面、１１０ｃ…側面、１１４…羽、１２０，１３０…凹部、１２０ａ，１２０ｂ…側面、１４０…流路、２１４…黒鉛 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,200 ... Base material, 20, 21, 210 ... Cobalt layer, 22 ... Chromium layer, 23 ... Plating layer, 24, 26 ... Alloy layer, 30, 212 ... Chromium carbide particle, 101 ... Turbine, 102 ... Compressor, 103 ... turbine shaft, 103a ... bearing, 104 ... compressor housing, 105 ... center housing, 106 ... turbine housing, 107, 108 ... fastener, 110 ... cobalt plating layer, 110a ... outer peripheral surface, 110b ... inner peripheral surface, 110c ... side surface 114 ... Wings, 120, 130 ... Recess, 120a, 120b ... Side, 140 ... Flow path, 214 ... Graphite
Claims (12)
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記複数種類の金属メッキ層それぞれを拡散させることにより、前記母材上に合金メッキ層を形成する工程と、
を具備する合金メッキ層の形成方法。 Forming a metal plating laminate in which a plurality of types of metal plating layers are laminated on a base material;
Forming an alloy plating layer on the base material by diffusing each of the plurality of types of metal plating layers by heat-treating the metal plating laminate; and
A method of forming an alloy plating layer comprising:
前記合金メッキ層は、コバルトとクロムの合金メッキ層である請求項１に記載の合金メッキ層の形成方法。 The plurality of types of metal plating layers are a cobalt plating layer and a chromium plating layer,
The method for forming an alloy plating layer according to claim 1, wherein the alloy plating layer is an alloy plating layer of cobalt and chromium.
前記第１の金属メッキ積層体を熱処理して前記第１のコバルトメッキ層と前記第１のクロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上又は上方に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された第１合金メッキ層を形成する工程と、
を具備する合金メッキ層の形成方法。 Forming a first metal plating laminate in which a first chromium plating layer and a first cobalt plating layer into which a plurality of chromium carbide particles are introduced are laminated on or above a base material;
By heat-treating the first metal plating laminate to diffuse the first cobalt plating layer and the first chromium plating layer, the alloy is mixed with chromium and cobalt on or above the base material. Forming a first alloy plating layer into which a plurality of chromium carbide particles are introduced;
A method of forming an alloy plating layer comprising:
前記第１の金属メッキ積層体は、前記第２の金属メッキ積層体上に形成され、
前記第１合金メッキ層を形成する工程において、前記第２のコバルトメッキ層及び前記第２のクロムメッキ層が拡散することにより、前記母材と前記第１合金メッキ層の間に位置していてクロムとコバルトの合金からなる第２合金メッキ層が形成される、請求項３に記載の合金メッキ層の形成方法。 Before the step of forming the first metal plating laminate, a second metal plating laminate in which a second cobalt plating layer and a second chromium plating layer are alternately laminated is formed on the base material. Comprising steps,
The first metal plating laminate is formed on the second metal plating laminate,
In the step of forming the first alloy plating layer, the second cobalt plating layer and the second chromium plating layer are diffused to be positioned between the base material and the first alloy plating layer. The method for forming an alloy plating layer according to claim 3, wherein a second alloy plating layer made of an alloy of chromium and cobalt is formed.
前記第１の金属メッキ積層体は、前記第３のコバルトメッキ層上に形成される請求項３に記載の合金メッキ層の形成方法。 Before the step of forming the first metal plating laminate, comprising the step of forming a third cobalt plating layer on the base material,
The method of forming an alloy plating layer according to claim 3, wherein the first metal plating laminate is formed on the third cobalt plating layer.
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記コバルトメッキ層及び前記クロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された合金メッキ層を形成する工程と、
を具備する合金メッキ層の形成方法。 On the base material, a step of forming a metal plating laminate in which a plurality of cobalt plating layers into which a chromium plating layer and a plurality of chromium carbide particles are introduced are alternately laminated;
Alloy plating in which the plurality of chromium carbide particles are introduced into an alloy of chromium and cobalt on the base material by diffusing the cobalt plating layer and the chromium plating layer by heat-treating the metal plating laminate. Forming a layer;
A method of forming an alloy plating layer comprising:
前記母材上に形成された金属メッキ層と、
を具備し、
前記金属メッキ層は、複数の炭化クロム粒子が導入された、クロムとコバルトの第１合金層を有し、
前記第１合金層は、クロムの濃度が重量比率で１０％以上である構造部品。 With the base material,
A metal plating layer formed on the base material;
Comprising
The metal plating layer has a first alloy layer of chromium and cobalt into which a plurality of chromium carbide particles are introduced,
The first alloy layer is a structural component having a chromium concentration of 10% or more by weight.
前記金属メッキ層は、前記母材の一部上に形成されている請求項７〜１１のいずれか一項に記載の構造部品。 The base material is steel containing chromium,
The structural component according to claim 7, wherein the metal plating layer is formed on a part of the base material.
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