JP2011179067A - 金属部材の熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属の破損を防げると共に、焼入れにおける冷却性能に優れる金属部材の熱処理方法を提供すること。
【解決手段】本発明の金属部材の熱処理方法は、無機系微粒子含有液を金属部材に塗布し乾燥して塗膜付金属部材を得る塗膜形成工程と、前記塗膜付金属部材を加熱した後に冷却液中に浸漬して急冷する焼入れ工程と、を備えることを特徴とする方法である。
【選択図】なし
【解決手段】本発明の金属部材の熱処理方法は、無機系微粒子含有液を金属部材に塗布し乾燥して塗膜付金属部材を得る塗膜形成工程と、前記塗膜付金属部材を加熱した後に冷却液中に浸漬して急冷する焼入れ工程と、を備えることを特徴とする方法である。
【選択図】なし
Description
本発明は、金属部材の熱処理方法に関し、より詳しくは、鋳造、鍛造、圧延、機械加工などの成形加工方法により成形された金属部材の焼入れ処理として好適に採用することができる金属部材の熱処理方法に関する。
金属部材の焼入れは、鉄系材料に代表される急冷硬化のための焼入れやアルミニウム系材料に代表される溶体化のための焼入れがその典型なものであり、いずれも冷却中に不要な相が生成するのを防止するための急冷である。このような焼入れ方法としては、高温の金属部材を水や油などの冷却液中に浸漬することにより急冷する方法が広く行なわれている。しかしながら、このような焼入れ方法においては、高温の金属部材を冷却液中に浸漬すると金属部材表面で発生した蒸気が膜となって金属部材の表面を覆ってしまう。そのため、冷却液中への浸漬から液温にまで冷却される冷却過程において、特に、浸漬してから金属部材がまだ高温である冷却段階では蒸気膜が維持され易く、焼入れにおける冷却性能（焼入れにおいて金属部材を急冷する性能）が不十分となるという問題がある。
そこで、金属部材の焼入れにおいて、蒸気膜の発生を抑制しあるいは蒸気膜を円滑に破断させるために、種々の検討がなされており、例えば、冷却液として塩水を用いる方法が提案されている。また、焼入れ槽内の屈曲した傾斜路を通して金属部材を落下させて衝撃を与えることにより蒸気膜を除去して冷却速度を高めるという焼入れ方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、冷却液として塩水を用いる方法においては、廃液の処理が難しいという問題や金属部材が腐食するという問題がある。また、特許文献１に記載の焼入れ方法においては、衝撃によって金属部材が変形または破損する恐れがある。
そこで、本発明は、金属の破損を防げると共に、焼入れにおける冷却性能に優れる金属部材の熱処理方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、金属の破損を防げると共に、焼入れにおける冷却性能に優れる金属部材の熱処理方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決すべく、本発明は、以下のような金属部材の熱処理方法を提供するものである。すなわち、本発明の金属部材の熱処理方法は、無機系微粒子含有液を金属部材に塗布し乾燥して塗膜付金属部材を得る塗膜形成工程と、前記塗膜付金属部材を加熱した後に冷却液中に浸漬して急冷する焼入れ工程と、を備えることを特徴とする方法である。
本発明の金属部材の熱処理方法においては、前記無機系微粒子の単位面積あたりの付着量が、０．５ｍｇ/ｃｍ２以上１５ｍｇ/ｃｍ２以下であることが好ましい。
本発明の金属部材の熱処理方法においては、前記無機系微粒子が非結晶シリカ微粒子であることが好ましい。
本発明の金属部材の熱処理方法においては、前記無機系微粒子の平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の金属部材の熱処理方法においては、前記無機系微粒子の平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の金属部材の熱処理方法においては、前記無機系微粒子含有液の固形分濃度が２０質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。
本発明によれば、金属の破損を防げると共に、焼入れにおける冷却性能に優れる金属部材の熱処理方法を提供できる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
本発明の金属部材の熱処理方法は、無機系微粒子含有液を金属部材に塗布し乾燥して塗膜付金属部材を得る塗膜形成工程と、前記塗膜付金属部材を加熱した後に冷却液中に浸漬して急冷する焼入れ工程と、を備えることを特徴とする方法である。
本発明の金属部材の熱処理方法は、無機系微粒子含有液を金属部材に塗布し乾燥して塗膜付金属部材を得る塗膜形成工程と、前記塗膜付金属部材を加熱した後に冷却液中に浸漬して急冷する焼入れ工程と、を備えることを特徴とする方法である。
先ず、本発明の金属部材の熱処理方法に用いる無機系微粒子およびそれを含有する無機系微粒子含有液について説明する。本発明に用いる無機系微粒子としては、例えば、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、ジルコニア微粒子、亜鉛などの金属酸化物微粒子、カーボン微粒子が挙げられる。これらの中でも、焼入れにおける冷却性能の観点から、シリカ微粒子が好ましく、非結晶性シリカ微粒子がより好ましい。また、これらの無機系微粒子は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、これらの無機系微粒子には、分散性を向上させるなどの目的で、表面被覆処理が施されていてもよい。
前記無機系微粒子の平均粒子径は、焼入れにおける冷却性能の観点から、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。このような平均粒子径は、例えば、光散乱法により測定することができる。
前記無機系微粒子の平均粒子径は、焼入れにおける冷却性能の観点から、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。このような平均粒子径は、例えば、光散乱法により測定することができる。
本発明に用いる無機系微粒子含有液は、前記無機系微粒子を含有する液であり、例えば、前記無機系微粒子を分散媒に分散せしめてなるものである。
分散媒としては、水；メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノールなどのアルコール類；エチレングリコールなどの多価アルコール類及びその誘導体；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジメチルアセトアミドなどのケトン類；酢酸エチルなどのエステル類；トルエン、キシレンなどの非極性溶媒が挙げられる。これらの分散媒は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記無機系微粒子含有液はバインダーをさらに含有していてもよい。このような場合、バインダーとしては、例えば、合成樹脂、水系エマルション樹脂が挙げられる。合成樹脂としては、例えば、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルが挙げられる。また、水系エマルション樹脂としては、例えば、シリコンアクリルエマルション、アクリルエマルション、ウレタンエマルション、ウレタンアクリルエマルションが挙げられる。
分散媒としては、水；メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノールなどのアルコール類；エチレングリコールなどの多価アルコール類及びその誘導体；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジメチルアセトアミドなどのケトン類；酢酸エチルなどのエステル類；トルエン、キシレンなどの非極性溶媒が挙げられる。これらの分散媒は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記無機系微粒子含有液はバインダーをさらに含有していてもよい。このような場合、バインダーとしては、例えば、合成樹脂、水系エマルション樹脂が挙げられる。合成樹脂としては、例えば、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルが挙げられる。また、水系エマルション樹脂としては、例えば、シリコンアクリルエマルション、アクリルエマルション、ウレタンエマルション、ウレタンアクリルエマルションが挙げられる。
前記無機系微粒子含有液の固形分濃度は、塗布性および得られる塗膜の性能の観点から、２０質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、５０質量％以上９５質量％以下であることがより好ましく、７０質量％以上９０質量％以下であることが特に好ましい。
塗膜形成工程においては、無機系微粒子含有液を金属部材に塗布する。前記無機系微粒子含有液の塗布方法は、特に限定されないが、例えば、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、スプレーコーター、刷毛などを用いる方法を採用することができる。
前記無機系微粒子の単位面積あたりの付着量は、焼入れにおける冷却性能の観点から、０．５ｍｇ/ｃｍ２以上１５ｍｇ/ｃｍ２以下であることが好ましく、１ｍｇ/ｃｍ２以上１０ｍｇ/ｃｍ２以下であることがより好ましく、２ｍｇ/ｃｍ２以上５ｍｇ/ｃｍ２以下であることが特に好ましい。付着量が前記下限以上であれば、無機系微粒子の膜として機能するため、焼入れにおける冷却性能を十分に確保することができ、他方、前記上限以下であれば、無機系微粒子の膜の一部が剥離してしまうなどの問題もない。
前記無機系微粒子の単位面積あたりの付着量は、焼入れにおける冷却性能の観点から、０．５ｍｇ/ｃｍ２以上１５ｍｇ/ｃｍ２以下であることが好ましく、１ｍｇ/ｃｍ２以上１０ｍｇ/ｃｍ２以下であることがより好ましく、２ｍｇ/ｃｍ２以上５ｍｇ/ｃｍ２以下であることが特に好ましい。付着量が前記下限以上であれば、無機系微粒子の膜として機能するため、焼入れにおける冷却性能を十分に確保することができ、他方、前記上限以下であれば、無機系微粒子の膜の一部が剥離してしまうなどの問題もない。
本発明に用いる金属部材は、特に限定されない。また、前記金属部材の材質としても特に限定されず、適宜公知の金属や合金を用いることができる。金属部材の材質としては、例えば、鉄、マグネシウム、アルミニウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、などの金属、これらの金属からなる合金が挙げられる。
塗膜形成工程においては、無機系微粒子含有液を金属部材に塗布した後に、乾燥して塗膜付金属部材を得る。ここで、乾燥条件は特に限定されない。例えば、乾燥温度は通常−１０℃以上５００℃以下であり、好ましくは１０℃以上３００℃以下である。また、乾燥時間は通常５分間以上５０時間以下であり、好ましくは１０分間以上１０時間以下である。
焼入れ工程においては、前記塗膜付金属部材を加熱した後に冷却液中に浸漬して急冷する。ここで、加熱時における前記塗膜付金属部材の温度は、通常６００℃以上１２００℃以下であり、好ましくは８００℃以上１０５０℃以下である。また、冷却液の温度は、熱処理油であれば、通常６０℃以上２００℃以下であり、好ましくは８０℃以上１６０℃以下である。水及び水系焼入れ液であれば、通常２０℃以上１００℃以下であり、好ましくは３０℃以上４０℃以下である。
本発明に用いる冷却液は、特に限定されず、焼入れに用いる冷却液として公知のものを適宜使用することができる。このような冷却液としては、例えば、水、熱処理油、水系焼入液が挙げられる。
熱処理油は、鉱油、合成油などを含有するものである。鉱油としては、例えば、パラフィン基系鉱油、中間基系鉱油、ナフテン基系鉱油などが挙げられる。また、合成油としては、例えば、ポリブテン、ポリオレフィン[α-オレフィン単独重合体や共重合体（例えばエチレン-α-オレフィン共重合体）など]、各種のエステル（例えば、ポリオールエステル、二塩基酸エステル、リン酸エステルなど）、各種のエーテル（例えば、ポリフェニルエーテルなど）、ポリグリコール、アルキルベンゼン、アルキルナフタレンなどが挙げられる。また、このような熱処理油は、必要に応じて、公知の添加剤をさらに含有していてもよい。
水系焼入液としては、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ソーダ、ポリイソブチレンマレイン酸ソーダ、ポリエチレングリコールなどの水溶性ポリマーを水に溶解させたものが挙げられる。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、各例における冷却性能は以下のような方法で評価した。
＜冷却性能＞
ＪＩＳ Ｋ ２２４２に記載のＡ法に準拠して、焼入れにおける冷却性能を評価した。すなわち、試料を８１０℃に加熱した後に、冷却液（水、温度：４０℃）に投入し、試料の冷却曲線を測定した。得られた冷却曲線から、８００℃から２００℃までに冷却されるのに要する冷却時間（単位：秒）を読み取り、その冷却時間に基づいて冷却性能を評価した。なお、冷却時間が短いほど冷却性能が高いことを示す。
＜冷却性能＞
ＪＩＳ Ｋ ２２４２に記載のＡ法に準拠して、焼入れにおける冷却性能を評価した。すなわち、試料を８１０℃に加熱した後に、冷却液（水、温度：４０℃）に投入し、試料の冷却曲線を測定した。得られた冷却曲線から、８００℃から２００℃までに冷却されるのに要する冷却時間（単位：秒）を読み取り、その冷却時間に基づいて冷却性能を評価した。なお、冷却時間が短いほど冷却性能が高いことを示す。
［実施例１］
円柱状の金属部材（材質：銀、直径：１０φｍｍ、長さ：３０ｍｍ）の表面に無機系微粒子含有液（アクアウエスト社製、製品名「セラミックカバー ＣＣ１００」、無機系微粒子：非結晶性シリカ微粒子、固形分濃度：８７質量％）を、無機系微粒子の付着量が１．０ｍｇ／ｃｍ２となるように、塗布し、温度２３℃にて１０時間乾燥して、塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例１における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
円柱状の金属部材（材質：銀、直径：１０φｍｍ、長さ：３０ｍｍ）の表面に無機系微粒子含有液（アクアウエスト社製、製品名「セラミックカバー ＣＣ１００」、無機系微粒子：非結晶性シリカ微粒子、固形分濃度：８７質量％）を、無機系微粒子の付着量が１．０ｍｇ／ｃｍ２となるように、塗布し、温度２３℃にて１０時間乾燥して、塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例１における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
［実施例２］
無機系微粒子の付着量が２．６ｍｇ／ｃｍ２となるように無機系微粒子含有液を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例２における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
無機系微粒子の付着量が２．６ｍｇ／ｃｍ２となるように無機系微粒子含有液を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例２における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
［実施例３］
無機系微粒子の付着量が４．０ｍｇ／ｃｍ２となるように無機系微粒子含有液を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例３における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
無機系微粒子の付着量が４．０ｍｇ／ｃｍ２となるように無機系微粒子含有液を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例３における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
［実施例４］
無機系微粒子の付着量が１３．２ｍｇ／ｃｍ２となるように無機系微粒子含有液を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例４における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
無機系微粒子の付着量が１３．２ｍｇ／ｃｍ２となるように無機系微粒子含有液を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例４における無機系微粒子の付着量を表１に示す。
［実施例５］
無機系微粒子含有液に代えて防炭剤（Ｈｅａｔｂａｔｈ／ＰａｒｋＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ社製、製品名「ＮＯ−ＣＡＲＢ」）を用い、防炭剤の付着量が１３．２ｍｇ／ｃｍ２となるように防炭剤を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例５における防炭剤の付着量を表１に示す。
無機系微粒子含有液に代えて防炭剤（Ｈｅａｔｂａｔｈ／ＰａｒｋＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ社製、製品名「ＮＯ−ＣＡＲＢ」）を用い、防炭剤の付着量が１３．２ｍｇ／ｃｍ２となるように防炭剤を塗布した以外は実施例１と同様にして塗膜付金属部材を得た。得られた塗膜付金属部材を試料として、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。また、実施例５における防炭剤の付着量を表１に示す。
［比較例１］
円柱状の金属部材（材質：銀、直径：１０φｍｍ、長さ：３０ｍｍ）について、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。
円柱状の金属部材（材質：銀、直径：１０φｍｍ、長さ：３０ｍｍ）について、前記した方法で冷却性能を評価し、結果を表１に示す。
［評価結果］
表１に示した結果から明らかなように、本発明の金属部材の熱処理方法（実施例１から実施例５まで）においては、無機系微粒子が付着していない金属部材と比較して冷却時間が短く、焼入れにおける冷却性能に優れることが確認された。なお、本発明の金属部材の熱処理方法（実施例１から実施例５まで）においては、金属部材の表面が無機系微粒子により覆われているため、金属の破損を防ぐことができる。
表１に示した結果から明らかなように、本発明の金属部材の熱処理方法（実施例１から実施例５まで）においては、無機系微粒子が付着していない金属部材と比較して冷却時間が短く、焼入れにおける冷却性能に優れることが確認された。なお、本発明の金属部材の熱処理方法（実施例１から実施例５まで）においては、金属部材の表面が無機系微粒子により覆われているため、金属の破損を防ぐことができる。
本発明の金属部材の熱処理方法は、鋳造、鍛造、圧延、機械加工などの成形加工方法により成形された金属部材の焼入れ処理として好適に採用することができる。
Claims (5)
- 無機系微粒子含有液を金属部材に塗布し乾燥して塗膜付金属部材を得る塗膜形成工程と、
前記塗膜付金属部材を加熱した後に冷却液中に浸漬して急冷する焼入れ工程と、
を備えることを特徴とする金属部材の熱処理方法。 - 請求項１に記載の金属部材の熱処理方法であって、
前記無機系微粒子の単位面積あたりの付着量が、０．５ｍｇ/ｃｍ２以上１５ｍｇ/ｃｍ２以下である
ことを特徴とする金属部材の熱処理方法。 - 請求項１または請求項２に記載の金属部材の熱処理方法であって、
前記無機系微粒子が非結晶シリカ微粒子である
ことを特徴とする金属部材の熱処理方法。 - 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の金属部材の熱処理方法であって、
前記無機系微粒子の平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下である
ことを特徴とする金属部材の熱処理方法。 - 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の金属部材の熱処理方法であって、
前記無機系微粒子含有液の固形分濃度が２０質量％以上９５質量％以下である
ことを特徴とする金属部材の熱処理方法。
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| PCT/JP2011/053043 WO2011108349A1 (ja) | 2010-03-01 | 2011-02-14 | 金属部材の熱処理方法 |
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| JP2010044110A JP2011179067A (ja) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | 金属部材の熱処理方法 |
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-
2010
- 2010-03-01 JP JP2010044110A patent/JP2011179067A/ja active Pending
-
2011
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140826 |