JP2601045B2 - 表面被覆鋼製品及びその製造方法 - Google Patents

表面被覆鋼製品及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表面被覆鋼製品及びそ
の製造方法に関し、特に、耐食性に優れた表面被覆鋼製
品及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】工具や金型などの鋼製品の表面を改質す
る方法としては、表面に窒化層、炭化層及び/又は炭窒
化層(これらを以下表面硬化層という)を形成して鋼製
品の表面を硬化する表面硬化法、PVD法やCVD法に
より鋼製品の表面に硬質被膜を形成する方法等がある。
【0003】また、これらの表面改質法を複合した方
法、例えば、鋼製品の表面を硬化した後に該鋼製品の表
面硬化層の上に硬質被膜を形成する方法(例えば、特開
昭58−64377号公報)が提案されている。この方
法では、真空容器内に高速度工具鋼、合金工具鋼等の工
具を保持してグロー放電によりその表面に窒化層又は炭
窒化層を形成した後、引続き大気から遮断して同一容器
内でイオンプレーティング法によって前記窒化層又は炭
窒化層に上にTi、Zr、Hf、V、Nb及びTaの炭
化物、窒化物、炭窒化物の一種又はそれ以上の被覆層を
形成するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法によ
る硬質被膜、即ちTi、Zr、Hf、V、Nb及びTa
の炭化物、窒化物、炭窒化物の被膜には微小な空孔が存
在し、その空孔から基材の腐食が進行し、硬質被膜の下
に空洞を作り最終的には被膜の陥没、破壊に至るという
問題がある。
【0005】基材にステンレス鋼などの耐食性の高い材
料を用いた場合でも、ステンレス鋼に表面硬化処理を施
す際に窒素あるいは炭素が基材内部に拡散する過程にお
いてステンレス鋼の表面に形成された不動態膜が破壊さ
れ耐食性は失われる。
【0006】また、上記方法による硬質被膜は、硬度が
高いが、耐酸化正に劣り、高温雰囲気では膜物質が酸化
されて空孔の多い酸化物に変質して膜が破壊するという
問題がある。特に、切削工具などで重切削を行った場合
には切削時の摩擦熱により切削工具が高温となり、その
結果生成した酸化物質は切削時の摩擦により脱落するた
め膜の破壊は急速に進行するという欠点がある。この問
題は特に下地に表面硬化層を設けた場合には下地の塑性
変形がほとんど起こらないために硬質被膜に加わる力が
表面硬化層を設けない場合に比べて大きくなり、膜の酸
化による破壊は著しくなる。
【0007】したがって、本発明の目的は、上記従来の
表面被覆鋼製品の欠点を解消し、より耐酸化性の高い表
面被膜鋼製品及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、鋼系金属母材と、該母材の表面に形成し
た窒化層、炭化層及び/又は炭窒化層の第1層と、該第
1層に被覆したCrの炭窒化物の第2層とを有すること
を特徴とする表面被覆鋼製品を採用するものである。
【0009】また、本発明は、鋼系金属母材の表面に窒
化層、炭化層及び/又は炭窒化層の第1層を形成し、該
第1層の上にCrの炭窒化物の第2層と被覆することを
特徴とする表面被覆鋼製品の製造方法を採用するもので
ある。
【0010】
【作用】本発明に用いられる鋼系金属母材としては、例
えば構造用鋼、ばね鋼、軸受鋼、工具鋼、ステンレス鋼
等がある。
【0011】本発明においては、母材表面に窒化層、炭
化層及び/又は炭窒化層の第1層の表面硬化層を形成す
る方法は特に限定されず、任意の公知の表面硬化法、例
えば溶融塩を用いる方法、ガスを用いる方法、又はイオ
ンを用いる方法のいずれの方法でもよい。このうち、イ
オンを用いる方法は、真空容器中で処理されるため、後
工程のイオンプレーティング処理と同一の容器により引
き続いて処理を行うことができるので、本発明の方法で
用いるのに好ましいものである。
【0012】硬質被膜の形成は、公知のいずれのイオン
プレーティング方法を使用することができる。イオンプ
レーティング装置は、一般に、金属を蒸発させる手段
と、蒸発した金属をイオン化する手段と、イオン化した
金属を電界により加速する手段と、反応性ガスを導入す
る手段とから成る。
【0013】金属を蒸発させる方法は、市販のイオンプ
レーティング装置に備わった抵抗加熱や電子銃加熱など
のいずれを用いてもよく、蒸発させる金属は、各々の純
金属あるいはその成分を含有する合金でもよい。蒸発し
た金属のイオン化は、公知のアーク放電、グロー放電及
びイオン化電極を用いる方法やホロカソード法などのい
ずれでもよい。
【0014】このうち、アーク放電型のイオンプレーテ
ィング方法は金属の蒸発とイオン化を同時に行う方法で
あり、他の方法に比べて金属のイオン化効率が高く、か
つ複数の金属源を同一の真空容器に配置できるため、本
発明のような2種以上の金属の窒化物、炭化物、炭窒化
物を積層させる場合には、推奨される。
【0015】このアーク放電型イオンプレーティング方
法において、イオン化した金属を加速する電界は電圧の
値として50Vから700Vの範囲が好ましく、特に好
ましい値としては、100Vから500Vの範囲であ
る。
【0016】反応性ガスは、イオンプレーティング法に
おいて、炭化物や窒化物を生成させるためのガスであ
り、N2 、NH3 、炭化水素類、又は炭素と窒素を含ん
だ有機化合物、例えば(CH3 3 Nなどが使用でき
る。反応性ガスの圧力は、用いるガスの種類によって異
なるが、一般に、10-3乃至10Torrの範囲内で適
宜選択される。
【0017】イオンプレーティング法により形成される
硬質被膜は、0.1乃至10μmが好ましく、通常1乃
至5μmに形成すればよい。
【0018】また、表面硬化層と硬質被膜との間に金属
の蒸着膜あるいは金属の拡散膜を挟んでもよい。さらに
また、Crの炭化物、窒化物及び/又は炭窒化物の第2
層の被覆膜の上に、必要に応じて、さらに他の被覆層を
設けてもよい。例えば、そのような被覆層としては、T
i、Zr、Hf、V、Nb、Ta又はAlの炭化物、窒
化物及び/又は炭窒化物の一種又はそれ以上の被覆層が
ある。
【0019】硬質被膜にCr化合物を用いるたとき、耐
酸化性が向上する理由は、Cr成分が使用雰囲気で酸化
されて緻密な酸化クロムの不動態膜を形成するためと考
えられる。硬質被膜表面に一旦酸化クロムの硬質被膜が
形成されると、内部の硬質被膜が使用雰囲気と遮断され
るために、酸化の進行が非常に遅くなり、硬質被膜の破
壊が起こり難くなるものと考えられる。
【0020】
【実施例】次に、実験例を参照して、本発明の好ましい
実施例を以下に説明する。
【0021】実験例1 SUS316ステンレス鋼の材質の50mmX50mm
X5mmの平板(SUS基板)と、高速度工具鋼SKH
−51(JIS G 4403)の材質の直径6mmの
ドリル(SKH基材)を、イオン窒化装置において、処
理温度500°C、ガス組成N:H:Ar=1:
5:4、全圧40Torrの条件下で、15分間、イオ
ン窒化法により処理し、表面に窒素を拡散させた(中間
製品)。
【0022】次に、アーク放電型イオンプレーティング
装置により、金属Crを蒸発源として、金属Cr陰極と
器壁の陽極の間に約30Vの電圧を印加してアーク放電
を生起させた。このときの放電により流れた電流は50
Aであった。基材と器壁との間のバイアス電圧を400
Vとし、反応性ガスとして窒素を10-2Torr導入し
て、窒化クロムの膜を2μm形成させた(CrN表面被
覆試料)。
【0023】実験例2 反応性ガスとしてCH4 を用いる以外は、実験例1と同
様な処理を行い、硬質膜として炭化クロムを形成させた
表面被覆試料を作成した(Cr32 表面被覆試料)。
【0024】実験例3 蒸発源として純チタニウムを用いる以外は、実験例1と
同様な処理を行い、硬質膜として窒化チタンを形成させ
た表面被覆試料を作成した(TiN被覆試料)。
【0025】実験例4 実験に用いた基材のドリル(A)、表面に窒素を拡散さ
せた中間製品(B)、実験例1のCrN表面被覆試料
(C)、実験例2のCr3 2 表面被覆試料(D)及び
実験例3のTiN被覆試料(E)で作成した各ドリルに
ついて次の条件で切削試験を行った。 被削材:SCM440、ドリル回転数:1500rp
m、送り速度:0.15rev、切込み深さ:20mm
【0026】この切削試験で切削できた孔の個数を図1
に示す。図1からわかるように、表面被覆ドリルは基材
及び窒素により表面硬化がなされたドリルに比べて切削
性能は上がるが、表面被覆ドリルの中では、CrN及び
Cr3 2 で被覆したものはTiN被覆品に比べて優れ
た切削性能を示す。
【0027】実験例5 実験例1で作成したSUS基材の表面に窒素を拡散させ
た中間製品では、空気中1000時間放置した後には錆
が生じているのが観察された。
【0028】その他の試料について、10%塩酸溶液中
に100時間浸せきした。実験例3のTiN被覆処理品
では被膜に多数の穴が生じでいるのが観察されたが、そ
の他の試料では外観の変化が認められなかった。
【0029】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ると、硬質被膜の耐酸化性が向上し、鋼母材表面の窒
化、炭化又は炭窒化による表面硬化効果と、硬質被膜の
効果が複合的にかつ良好に得られ、堅牢かつ耐久性のあ
る表面被覆鋼材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の効果を示す実験例としての各
種ドリルの切削試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
A 基材のドリル B 中間製品 C 実験例1のCrN表面被覆試料 D 実験例2のCr3 2 表面被覆試料 E 実験例3のTiN被覆試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 28/04 C23C 28/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼系金属母材と、該母材の表面に形成し
    た窒化層、炭化層及び/又は炭窒化層の第1層と、該第
    1層に被覆したCrの炭窒化物の第2層とを有すること
    を特徴とする表面被覆鋼製品。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の表面被覆鋼製品におい
    て、前記第1層と第2層の間に金属の蒸着膜又は金属の
    拡散膜をさらに有することを特徴とする表面被覆鋼製
    品。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の表面被覆鋼製品におい
    て、前記第2層の上にTi、Zr、Hf、V、Nb、T
    a又はAlの炭化物、窒化物及び/又は炭窒化物の一種
    又はそれ以上の被覆層をさらに有することを特徴とする
    表面被覆鋼製品。
  4. 【請求項4】 鋼系金属母材の表面に窒化層、炭化層及
    び/又は炭窒化層の第1層を形成し、該第1層の上にC
    rの炭窒化物の第2層と被覆することを特徴とする表面
    被覆鋼製品の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の製造方法において、前記
    第2層の被覆をイオンプレーティング法により行うこと
    を特徴とする製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項4記載の製造方法において、前記
    第1層と第2層との間に金属の蒸着膜又は金属の拡散膜
    を形成することを特徴とする製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項4記載の製造方法において、前記
    第2層の上にTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta又はA
    lの炭化物、窒化物及び/又は炭窒化物の一種又はそれ
    以上の被覆層を形成することを特徴とする製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0694629A3 (de) 1994-07-27 1998-09-23 Balzers Sa Korrosions- und verschleissfester Körper, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Vakuumbehandlungsanlage
EP0703303A1 (de) * 1994-07-27 1996-03-27 Balzers Sa Korrosions- und verschleissfester Körper sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP7280578B2 (ja) * 2019-07-11 2023-05-24 株式会社Ihi 耐摩耗被膜を備える摺動部材及び耐摩耗被膜の形成方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52111891A (en) * 1976-03-18 1977-09-19 Honda Motor Co Ltd Method of surface treatment of metal
JPS58197263A (ja) * 1982-05-11 1983-11-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 極小径超硬ドリル
JPH0625597B2 (ja) * 1985-11-20 1994-04-06 株式会社リケン ピストンリング
JPS62193706A (ja) * 1986-02-19 1987-08-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 切削工具
JPS62260047A (ja) * 1986-05-01 1987-11-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 窒化被膜のコ−テイング方法
JPH01198464A (ja) * 1988-02-02 1989-08-10 Seikosha Co Ltd スパッタリングによる鉄鋼の表面硬化処理方法

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