JP3098705B2 - アルミニウム材の表面窒化処理方法および窒化処理用助剤 - Google Patents
アルミニウム材の表面窒化処理方法および窒化処理用助剤Info
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム材の
表面部に窒化層を形成する窒化処理方法および窒化に使
用される窒化処理用助剤に関する。
表面部に窒化層を形成する窒化処理方法および窒化に使
用される窒化処理用助剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム材は、周知のように鋼等に
比べて硬さが低く、鋼などと摺動した場合、非常に焼付
き易く、摩耗しやすい材料である。このためアルミニウ
ム材には、メッキ、溶射、陽極酸化を利用した各種表面
処理が検討、使用されている。これらはアルミニウム材
の表面にアルミ酸化物層を形成するものが殆どで、窒化
処理の試みはあるが、表面に形成される窒化層が薄く表
面処理アルミニウム基材として満足すべきものは得られ
ていない。その理由として、アルミニウム材は非常に活
性で酸化しやすい金属であり、表面には常に若干の酸化
層があるためとされていた。
比べて硬さが低く、鋼などと摺動した場合、非常に焼付
き易く、摩耗しやすい材料である。このためアルミニウ
ム材には、メッキ、溶射、陽極酸化を利用した各種表面
処理が検討、使用されている。これらはアルミニウム材
の表面にアルミ酸化物層を形成するものが殆どで、窒化
処理の試みはあるが、表面に形成される窒化層が薄く表
面処理アルミニウム基材として満足すべきものは得られ
ていない。その理由として、アルミニウム材は非常に活
性で酸化しやすい金属であり、表面には常に若干の酸化
層があるためとされていた。
【０００３】本発明者は特開平７−１６６３２１号広報
で、アルミニウム材の少なくとも一部表面にアルミニウ
ム粉末を含む窒化処理用助剤を接触させ、その状態で該
アルミニウム材の融点以下の処理温度で実質的に窒素ガ
スからなる雰囲気ガスによりアルミニウム材の表面を窒
化する方法を提案している。この方法では、窒化処理用
助剤として使用されるアルミニウム粉末が所定温度で窒
素ガスと接触すると、アルミニウム粉末自体が窒化さ
れ、その際、発生期の窒素（Ｎ* ）が発生し、アルミニ
ウム材内部に拡散し、窒化層を形成する。
で、アルミニウム材の少なくとも一部表面にアルミニウ
ム粉末を含む窒化処理用助剤を接触させ、その状態で該
アルミニウム材の融点以下の処理温度で実質的に窒素ガ
スからなる雰囲気ガスによりアルミニウム材の表面を窒
化する方法を提案している。この方法では、窒化処理用
助剤として使用されるアルミニウム粉末が所定温度で窒
素ガスと接触すると、アルミニウム粉末自体が窒化さ
れ、その際、発生期の窒素（Ｎ* ）が発生し、アルミニ
ウム材内部に拡散し、窒化層を形成する。
【０００４】被窒化用アルミニウム材または窒化処理用
助剤を構成するアルミニウム材にマグネシウムを含有す
ると窒化が促進され窒化速度が速くなり、より厚い窒化
層が形成され、望ましい。その理由はマグネシウムが酸
素ゲッターとして作用するためと考えられる。
助剤を構成するアルミニウム材にマグネシウムを含有す
ると窒化が促進され窒化速度が速くなり、より厚い窒化
層が形成され、望ましい。その理由はマグネシウムが酸
素ゲッターとして作用するためと考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウムは純アル
ミニウムのみでも使用されるが、工業的にはアルミニウ
ムに銅、亜鉛、シリコン、マグネシウム等を含むアルミ
ニウム合金として使用される。特に、鋳造して使用する
アルミニウム合金としては、その鋳造性（湯流れ性）の
良さで、アルミニウム−シリコン合金が多用される。
ミニウムのみでも使用されるが、工業的にはアルミニウ
ムに銅、亜鉛、シリコン、マグネシウム等を含むアルミ
ニウム合金として使用される。特に、鋳造して使用する
アルミニウム合金としては、その鋳造性（湯流れ性）の
良さで、アルミニウム−シリコン合金が多用される。
【０００６】一方、前記のアルミニウム材の表面窒化処
理法で、窒化処理用助剤として窒化力の強いマグネシウ
ムを含むアルミニウム合金粉末を使用してアルミニウム
合金材を、５００〜５５０℃の処理温度で純窒素ガスを
使用し、５〜１０時間の窒化処理を施した場合では、５
０〜３００μｍの窒化層が得られる。しかしながら、被
窒化アルミニウム合金材にシリコンを含む場合には同一
の窒化条件で窒化処理を施しても、得られる窒化層はシ
リコンを含まないアルミニウム合金材の１／５〜１／１
０となる。
理法で、窒化処理用助剤として窒化力の強いマグネシウ
ムを含むアルミニウム合金粉末を使用してアルミニウム
合金材を、５００〜５５０℃の処理温度で純窒素ガスを
使用し、５〜１０時間の窒化処理を施した場合では、５
０〜３００μｍの窒化層が得られる。しかしながら、被
窒化アルミニウム合金材にシリコンを含む場合には同一
の窒化条件で窒化処理を施しても、得られる窒化層はシ
リコンを含まないアルミニウム合金材の１／５〜１／１
０となる。
【０００７】本発明は、かかるシリコンを含むアルミニ
ウム合金材にも比較的容易に厚い窒化層が得られるアル
ミニウム材の窒化処理方法および窒化に使用される窒化
処理用助剤を提供することを目的とする。本発明のもう
一つの目的は、従来の窒化処理温度（５００〜５５０
℃）より低い温度で処理でき、より少ない処理時間で同
一の窒化層深さが得られるアルミニウム材の窒化処理方
法および窒化に使用される窒化処理用助剤を提供するこ
とである。
ウム合金材にも比較的容易に厚い窒化層が得られるアル
ミニウム材の窒化処理方法および窒化に使用される窒化
処理用助剤を提供することを目的とする。本発明のもう
一つの目的は、従来の窒化処理温度（５００〜５５０
℃）より低い温度で処理でき、より少ない処理時間で同
一の窒化層深さが得られるアルミニウム材の窒化処理方
法および窒化に使用される窒化処理用助剤を提供するこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者はシリコンを含
むアルミニウム合金材が窒化処理を受けにくい原因につ
き種々検討した結果、次の２点のためと考えた。 １）窒化処理後のシリコンを含むアルミニウム材料の窒
化層を観察すると、アルミニウム部分は窒化されている
が、シリコンは窒化されず、シリコン単体で存在する。
このため、シリコンは表面から侵入してくる窒素原子の
通路を狭め、窒化層深さの減少をもたらす。 ２）シリコンはマグネシウムとの結合力が強く、マグネ
シウム・シリサイト（Ｍｇ2 Ｓｉ）を形成する。このた
め、窒化処理用助剤または被窒化材に含まれるマグネシ
ウムと結合し、単体マグネシウムであれば、作用したで
あろう”酸素ゲッター効果”が消去される。
むアルミニウム合金材が窒化処理を受けにくい原因につ
き種々検討した結果、次の２点のためと考えた。 １）窒化処理後のシリコンを含むアルミニウム材料の窒
化層を観察すると、アルミニウム部分は窒化されている
が、シリコンは窒化されず、シリコン単体で存在する。
このため、シリコンは表面から侵入してくる窒素原子の
通路を狭め、窒化層深さの減少をもたらす。 ２）シリコンはマグネシウムとの結合力が強く、マグネ
シウム・シリサイト（Ｍｇ2 Ｓｉ）を形成する。このた
め、窒化処理用助剤または被窒化材に含まれるマグネシ
ウムと結合し、単体マグネシウムであれば、作用したで
あろう”酸素ゲッター効果”が消去される。
【０００９】従来の窒化処理用助剤として、２０％のマ
グネシウムを含むアルミニウム合金粉末を使用した場合
でも、この窒化処理用助剤の融点は約５６０℃程度であ
る。このため窒化処理を５００〜５５０℃で実施した場
合では窒化開始近傍の反応は”固相−固相”反応であ
る。窒化処理温度で融体である窒化処理用助剤を使用し
たとすれば窒化開始近傍の反応は”液相−固相”反応と
なり、”固相−固相”反応と比較して格段に反応性が向
上し、シリコンに妨害されても深い窒化層が期待され
る。
グネシウムを含むアルミニウム合金粉末を使用した場合
でも、この窒化処理用助剤の融点は約５６０℃程度であ
る。このため窒化処理を５００〜５５０℃で実施した場
合では窒化開始近傍の反応は”固相−固相”反応であ
る。窒化処理温度で融体である窒化処理用助剤を使用し
たとすれば窒化開始近傍の反応は”液相−固相”反応と
なり、”固相−固相”反応と比較して格段に反応性が向
上し、シリコンに妨害されても深い窒化層が期待され
る。
【００１０】アルミニウムに対して窒化処理用助剤とし
て作用し、かつ５５０℃以下で融体となる金属として
は、アルミニウム合金やマグネシウム合金が挙げられ、
合金によれば４００℃で融体となる材料が存在すること
が知られている。今一つの課題を解決するための手段は
シリコンに妨害されない酸素ゲッターの効果をもつ金属
を窒化処理助剤中、または被窒化処理材料に添加する方
法で、酸素との結合力に優れ、かつシリコンとの結合力
の小さい元素としてリチウム、ボロンが適していること
を見いだし本発明を完成させたものである。
て作用し、かつ５５０℃以下で融体となる金属として
は、アルミニウム合金やマグネシウム合金が挙げられ、
合金によれば４００℃で融体となる材料が存在すること
が知られている。今一つの課題を解決するための手段は
シリコンに妨害されない酸素ゲッターの効果をもつ金属
を窒化処理助剤中、または被窒化処理材料に添加する方
法で、酸素との結合力に優れ、かつシリコンとの結合力
の小さい元素としてリチウム、ボロンが適していること
を見いだし本発明を完成させたものである。
【００１１】本発明のアルミニウム材の窒化処理方法お
よび窒化用処理助剤は、処理温度より低い融点をもつと
とともに窒素ガスと発熱反応する第一金属粉末を含む窒
化処理用助剤を用いることを特徴とする。本発明のもう
一つのアルミニウム材の窒化処理方法および窒化用処理
助剤は、アルミニウムと、酸素との結合力が強くかつシ
リコンと共存して実質的にシリサイドを形成しない第三
元素とを含む窒化処理用助剤を用いることを特徴とす
る。
よび窒化用処理助剤は、処理温度より低い融点をもつと
とともに窒素ガスと発熱反応する第一金属粉末を含む窒
化処理用助剤を用いることを特徴とする。本発明のもう
一つのアルミニウム材の窒化処理方法および窒化用処理
助剤は、アルミニウムと、酸素との結合力が強くかつシ
リコンと共存して実質的にシリサイドを形成しない第三
元素とを含む窒化処理用助剤を用いることを特徴とす
る。
【００１２】本発明のもう一つのアルミニウム材の窒化
処理方法は、アルミニウム材として０．５重量％以上の
リチウム元素を含むアルミニウム合金を使用することを
特徴とする。処理温度より低い融点をもつととともに窒
素ガスと発熱反応する第一金属粉末としては、合金粉末
全体を１００重量％としたとき、アルミニウム８０〜３
０重量％とマグネシウム２０〜７０重量％とよりなるＡ
ｌ−Ｍｇ合金粉末、アルミニウム８０〜３０重量％とマ
グネシウム２０〜７０重量％と２５重量％以下の銅とよ
りなるＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金粉末、マグネシウム４０〜
６０重量％と亜鉛６０〜４０重量％とよりなるＭｇ−Ｚ
ｎ合金粉末、マグネシウム４０〜６０重量％と亜鉛６０
〜４０重量％と３０重量％以下の銅とよりなるＭｇ−Ｚ
ｎ−Ｃｕ合金粉末等を採用できる。なお、第一金属粉末
の酸素量は０．１重量％以下が好ましく、粉末表面に酸
化物が存在しない粉末が好ましい。
処理方法は、アルミニウム材として０．５重量％以上の
リチウム元素を含むアルミニウム合金を使用することを
特徴とする。処理温度より低い融点をもつととともに窒
素ガスと発熱反応する第一金属粉末としては、合金粉末
全体を１００重量％としたとき、アルミニウム８０〜３
０重量％とマグネシウム２０〜７０重量％とよりなるＡ
ｌ−Ｍｇ合金粉末、アルミニウム８０〜３０重量％とマ
グネシウム２０〜７０重量％と２５重量％以下の銅とよ
りなるＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金粉末、マグネシウム４０〜
６０重量％と亜鉛６０〜４０重量％とよりなるＭｇ−Ｚ
ｎ合金粉末、マグネシウム４０〜６０重量％と亜鉛６０
〜４０重量％と３０重量％以下の銅とよりなるＭｇ−Ｚ
ｎ−Ｃｕ合金粉末等を採用できる。なお、第一金属粉末
の酸素量は０．１重量％以下が好ましく、粉末表面に酸
化物が存在しない粉末が好ましい。
【００１３】第一金属粉末を含む窒化処理用助剤に、処
理温度よりも融点が高く窒素ガスと発熱反応する第二金
属粉末を配合することができる。この第二金属粉末を構
成する元素としては、アルミニウム、銅、シリコンまた
は鉄をあげることができる。なお、第二金属粉末は第一
金属粉末の窒化を抑制するもので、窒化速度を調節した
い場合に使用する。そして、第二金属粉末の配合量は、
重量で第一金属粉末の配合量以下とすることが好まし
い。
理温度よりも融点が高く窒素ガスと発熱反応する第二金
属粉末を配合することができる。この第二金属粉末を構
成する元素としては、アルミニウム、銅、シリコンまた
は鉄をあげることができる。なお、第二金属粉末は第一
金属粉末の窒化を抑制するもので、窒化速度を調節した
い場合に使用する。そして、第二金属粉末の配合量は、
重量で第一金属粉末の配合量以下とすることが好まし
い。
【００１４】本発明のもう一つのアルミニウム材の窒化
処理方法に使用する窒化処理用助剤は、アルミニウム
と、酸素との結合力が強くかつシリコンと実質的にシリ
サイドを形成しない第三元素とを含む。この第三元素と
しては、リチウムおよびボロンの中の少なくとも一種が
好ましい。これらの金属は金属単体粉末として、あるい
は他の金属との合金粉末としてアルミニウム粉末に混合
して使用することもできるが、第三元素を含むアルミニ
ウム合金粉末として使用するのが実用的である。配合量
としては、リチウムでは０．５重量％以上、好ましくは
１．０重量％から４．０重量％程度が好ましく、ボロン
では０．１％以上の配合が推奨される。
処理方法に使用する窒化処理用助剤は、アルミニウム
と、酸素との結合力が強くかつシリコンと実質的にシリ
サイドを形成しない第三元素とを含む。この第三元素と
しては、リチウムおよびボロンの中の少なくとも一種が
好ましい。これらの金属は金属単体粉末として、あるい
は他の金属との合金粉末としてアルミニウム粉末に混合
して使用することもできるが、第三元素を含むアルミニ
ウム合金粉末として使用するのが実用的である。配合量
としては、リチウムでは０．５重量％以上、好ましくは
１．０重量％から４．０重量％程度が好ましく、ボロン
では０．１％以上の配合が推奨される。
【００１５】なお、窒化処理用助剤の金属粉末としてア
ルミニウム−リチウム合金粉末のみを使用する場合は窒
化促進効果が若干不足するのでアルミニウム−マグネシ
ウム合金粉末と併用することが望ましい。アルミニウム
−マグネシウム合金はアルミニウム９８〜３０重量％と
マグネシウム２〜７０重量％とよりなるものが望まし
い。
ルミニウム−リチウム合金粉末のみを使用する場合は窒
化促進効果が若干不足するのでアルミニウム−マグネシ
ウム合金粉末と併用することが望ましい。アルミニウム
−マグネシウム合金はアルミニウム９８〜３０重量％と
マグネシウム２〜７０重量％とよりなるものが望まし
い。
【００１６】アルミニウムと、酸素との結合力が強くか
つシリコンと実質的にシリサイドを形成しない第三元素
の他に、添加元素としては窒素ガスと発熱反応する元
素”Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｂａ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｖ、等”を加えても構わない。窒化処理用助剤を
構成する金属粉末は被窒化用アルミニウム材に先んじて
窒化され、発生期の窒素ガスの発生と多大な反応熱（約
３００ｋＪ／ｍｏｌ）の発生により、接触している被窒
化用アルミニウム材内部に窒化反応を引き起こす役割を
担う。このため、窒化処理用助剤を構成する金属粉末は
その反応性を高めるため、比表面積が大きいものがよ
い。具体的には金属粉末の粒度は、３〜２００μｍ程度
が好ましい。粉末は粒状でも箔状でも、また両者の混合
物でもよく、その表面積が０．１〜１５ｍ2 ／ｇ程度、
好ましくは０．４〜１０ｍ2 ／ｇ程度のものが反応性の
点から特に好ましい。
つシリコンと実質的にシリサイドを形成しない第三元素
の他に、添加元素としては窒素ガスと発熱反応する元
素”Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｂａ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｖ、等”を加えても構わない。窒化処理用助剤を
構成する金属粉末は被窒化用アルミニウム材に先んじて
窒化され、発生期の窒素ガスの発生と多大な反応熱（約
３００ｋＪ／ｍｏｌ）の発生により、接触している被窒
化用アルミニウム材内部に窒化反応を引き起こす役割を
担う。このため、窒化処理用助剤を構成する金属粉末は
その反応性を高めるため、比表面積が大きいものがよ
い。具体的には金属粉末の粒度は、３〜２００μｍ程度
が好ましい。粉末は粒状でも箔状でも、また両者の混合
物でもよく、その表面積が０．１〜１５ｍ2 ／ｇ程度、
好ましくは０．４〜１０ｍ2 ／ｇ程度のものが反応性の
点から特に好ましい。
【００１７】窒化処理用助剤に使用される皮膜形成剤は
金属粉末を被窒化材上に接着する役目を担う。この皮膜
形成剤として、粘着性を有し４００〜６００℃で熱分解
して分解残渣を残さない有機高分子化合物からなる粘結
剤と溶剤とで構成することができる。粘結剤を形成する
有機高分子化合物として、ポリブテン樹脂、ポリビニー
ルブチラール、ポリカプロラクタム、ニトロセルロー
ス、エチルセルロース、ポリエチレンオキサイド等が推
奨される。また、若干のチクソ剤の添加が望ましい。
金属粉末を被窒化材上に接着する役目を担う。この皮膜
形成剤として、粘着性を有し４００〜６００℃で熱分解
して分解残渣を残さない有機高分子化合物からなる粘結
剤と溶剤とで構成することができる。粘結剤を形成する
有機高分子化合物として、ポリブテン樹脂、ポリビニー
ルブチラール、ポリカプロラクタム、ニトロセルロー
ス、エチルセルロース、ポリエチレンオキサイド等が推
奨される。また、若干のチクソ剤の添加が望ましい。
【００１８】溶剤としては、これら有機高分子化合物を
溶解もしくは分散するものであれば良く、金属粉末が分
散したペーストを形成する。また、アルミニウム材の窒
化処理用助剤は、実質的に窒化を促進する金属粉末５〜
７０重量％、粘結剤１〜３０重量％、残部が溶剤からな
る組成とするのが好ましい。
溶解もしくは分散するものであれば良く、金属粉末が分
散したペーストを形成する。また、アルミニウム材の窒
化処理用助剤は、実質的に窒化を促進する金属粉末５〜
７０重量％、粘結剤１〜３０重量％、残部が溶剤からな
る組成とするのが好ましい。
【００１９】なお、窒化処理用助剤には、粘結剤や溶剤
が含まれていなくても良い。被窒化用アルミニウム材と
しては、粉体、板材、鋳造材など、いずれでも良い。ま
た、いかなる合金組成を含むアルミニウム材でも良い。
特に、重量％で０．５％以上のリチウム元素を含むアル
ミニウム材は被処理材中に酸素ゲッターを含むことにな
り、容易に窒化される。０．５％以上のリチウム元素以
外にシリコンを含むアルミニウム材であっても、リチウ
ムの作用で容易に窒化できる。
が含まれていなくても良い。被窒化用アルミニウム材と
しては、粉体、板材、鋳造材など、いずれでも良い。ま
た、いかなる合金組成を含むアルミニウム材でも良い。
特に、重量％で０．５％以上のリチウム元素を含むアル
ミニウム材は被処理材中に酸素ゲッターを含むことにな
り、容易に窒化される。０．５％以上のリチウム元素以
外にシリコンを含むアルミニウム材であっても、リチウ
ムの作用で容易に窒化できる。
【００２０】アルミニウム材の表面と窒化処理用助剤の
接触方法は、窒化処理用助剤を構成する金属粉末中にア
ルミニウム材を埋設してもよい。また、アルミニウム材
の表面に窒化処理用助剤を構成する金属粉末を被覆して
もよい。さらに上記したようにペーストまたは塗料状と
した窒化処理用助剤を使用しこれをアルミニウム材の表
面に被覆してもよい。この塗布は５〜１０００μｍの厚
さの塗膜とするのが好ましい。塗布方法は刷毛塗り、デ
ッピング、スプレーコート、ローラー塗りなどの方法が
適用できる。
接触方法は、窒化処理用助剤を構成する金属粉末中にア
ルミニウム材を埋設してもよい。また、アルミニウム材
の表面に窒化処理用助剤を構成する金属粉末を被覆して
もよい。さらに上記したようにペーストまたは塗料状と
した窒化処理用助剤を使用しこれをアルミニウム材の表
面に被覆してもよい。この塗布は５〜１０００μｍの厚
さの塗膜とするのが好ましい。塗布方法は刷毛塗り、デ
ッピング、スプレーコート、ローラー塗りなどの方法が
適用できる。
【００２１】スクリーン印刷用、スプレー塗装用あるい
はインジェクション用の窒化処理用助剤は、例えば、次
のようにして調製できる。まず、所定組成の金属材料を
溶解噴霧あるいは粉砕等で所定粒度の粉末とし、必要に
応じて第二金属粉末を加え、それにステアリン酸あるい
はオレイン酸等を配合しボールミルで混合し金属粉末を
フレーク状とする。続いて混練機に移し、増粘剤、接着
剤、チクソ剤、溶剤等を加えて混練して塗料状の窒化処
理用助剤とするものである。なお、金属粉末を得る場合
に粉末表面が酸化されないように注意する必要がある。
はインジェクション用の窒化処理用助剤は、例えば、次
のようにして調製できる。まず、所定組成の金属材料を
溶解噴霧あるいは粉砕等で所定粒度の粉末とし、必要に
応じて第二金属粉末を加え、それにステアリン酸あるい
はオレイン酸等を配合しボールミルで混合し金属粉末を
フレーク状とする。続いて混練機に移し、増粘剤、接着
剤、チクソ剤、溶剤等を加えて混練して塗料状の窒化処
理用助剤とするものである。なお、金属粉末を得る場合
に粉末表面が酸化されないように注意する必要がある。
【００２２】窒化用の雰囲気ガスとしては窒素ガスが使
用される。この窒素ガスは水分とか酸素ガスの含有量の
少ないものがよい。アルゴンガス等の不活性ガスは混入
していても問題にならない。水分は、水蒸気として０．
１体積％以下、酸素は０．０８体積％以下であるのが好
ましい。窒化処理温度は、反応性の点からは温度が高い
ことが望ましい。しかしアルミニウム材は実質的に固相
状態で処理する必要がある。また、あまり深い窒化層の
形成を望まない場合とか、熱処理歪みを少なくしたい場
合は、低い温度でおこなうのが好ましい。通常は４００
〜６００℃程度の温度で２〜２０時間の処理が標準であ
る。
用される。この窒素ガスは水分とか酸素ガスの含有量の
少ないものがよい。アルゴンガス等の不活性ガスは混入
していても問題にならない。水分は、水蒸気として０．
１体積％以下、酸素は０．０８体積％以下であるのが好
ましい。窒化処理温度は、反応性の点からは温度が高い
ことが望ましい。しかしアルミニウム材は実質的に固相
状態で処理する必要がある。また、あまり深い窒化層の
形成を望まない場合とか、熱処理歪みを少なくしたい場
合は、低い温度でおこなうのが好ましい。通常は４００
〜６００℃程度の温度で２〜２０時間の処理が標準であ
る。
【００２３】この表面窒化処理方法に使用する熱処理炉
は極くありふれた炉、例えば石英製管状炉、ベル型雰囲
気炉、箱型雰囲気炉でよい。本発明のアルミニウム材の
表面窒化処理方法および窒化処理用助剤で窒化されて得
られる窒化層の深さは、少なくとも５μｍ以上で、最大
２０００μｍ程度である。また、この窒化層の表面硬さ
はマイクロビィカース硬度（ｍＨｖ）で２５０〜１２０
０の範囲にある。そしてこの窒化層はアルミニウムと窒
化アルミニウムとの混合相で構成されている。窒化アル
ミニウムは主として５〜５０ｎｍ径と極めて微細径の針
状の形状をなす。この窒化アルミニウムの割合が多いと
高いビッカース硬度をもつ窒化層となる。
は極くありふれた炉、例えば石英製管状炉、ベル型雰囲
気炉、箱型雰囲気炉でよい。本発明のアルミニウム材の
表面窒化処理方法および窒化処理用助剤で窒化されて得
られる窒化層の深さは、少なくとも５μｍ以上で、最大
２０００μｍ程度である。また、この窒化層の表面硬さ
はマイクロビィカース硬度（ｍＨｖ）で２５０〜１２０
０の範囲にある。そしてこの窒化層はアルミニウムと窒
化アルミニウムとの混合相で構成されている。窒化アル
ミニウムは主として５〜５０ｎｍ径と極めて微細径の針
状の形状をなす。この窒化アルミニウムの割合が多いと
高いビッカース硬度をもつ窒化層となる。
【００２４】
【作用】本発明の窒化処理方法の中で金属粉末として、
合金粉末全体を１００重量％としたとき、アルミニウム
８０〜３０重量％とマグネシウム２０〜７０重量％とよ
りなるＡｌ−Ｍｇ合金粉末、アルミニウム８０〜３０重
量％とマグネシウム２０〜７０重量％と２５重量％以下
の銅とよりなるＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金粉末、マグネシウ
ム４０〜６０重量％と亜鉛６０〜４０重量％とよりなる
Ｍｇ−Ｚｎ合金粉末、マグネシウム４０〜６０重量％と
亜鉛６０〜４０重量％と３０重量％以下の銅とよりなる
Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ合金粉末の少なくとも一種を用いる場
合、金属粉末は窒化処理温度で融解し液状となって被処
理材表面を覆い、窒化を著しく促進する。このため５０
０℃以下の窒化処理温度で窒化層を容易に形成すること
ができる。
合金粉末全体を１００重量％としたとき、アルミニウム
８０〜３０重量％とマグネシウム２０〜７０重量％とよ
りなるＡｌ−Ｍｇ合金粉末、アルミニウム８０〜３０重
量％とマグネシウム２０〜７０重量％と２５重量％以下
の銅とよりなるＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金粉末、マグネシウ
ム４０〜６０重量％と亜鉛６０〜４０重量％とよりなる
Ｍｇ−Ｚｎ合金粉末、マグネシウム４０〜６０重量％と
亜鉛６０〜４０重量％と３０重量％以下の銅とよりなる
Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ合金粉末の少なくとも一種を用いる場
合、金属粉末は窒化処理温度で融解し液状となって被処
理材表面を覆い、窒化を著しく促進する。このため５０
０℃以下の窒化処理温度で窒化層を容易に形成すること
ができる。
【００２５】また、リチウム、ボロン等の酸素との結合
力が強くかつシリコンと共存して実質的にシリサイドを
形成しない第三元素を配合した場合には、この第三元素
が被処理アルミニウム材中に含まれるシリコンの窒化抑
制作用を弱める。このためシリコンを含むアルミニウム
材の表面にも厚い窒化層を形成できる。また、被処理材
としてのアルミニウム材に、０．５重量％以上のリチウ
ム元素を配合することにより窒化処理の容易なアルミニ
ウム材とすることができる。
力が強くかつシリコンと共存して実質的にシリサイドを
形成しない第三元素を配合した場合には、この第三元素
が被処理アルミニウム材中に含まれるシリコンの窒化抑
制作用を弱める。このためシリコンを含むアルミニウム
材の表面にも厚い窒化層を形成できる。また、被処理材
としてのアルミニウム材に、０．５重量％以上のリチウ
ム元素を配合することにより窒化処理の容易なアルミニ
ウム材とすることができる。
【００２６】
【実施例】以下実施例により具体的に説明する。 （１）窒化処理用助剤の調製 表１に示す組成の合金粉末を、市販のアルミニウム合金
板、または必要組成の鋳造材からマイクログラインダー
により研削することによりそれぞれ製造した。ついで、
これらの合金粉末を１５０メッシュでスクリーンした。
スクリーンによって得られた合金粉末（３０．０重量
部）を、エチルセルロース Ｎ−７（Hercules製）（１
０．０重量部）とブチルグリコール系溶剤（日本乳化剤
製）（６０．０重量部）とで配合して表１に示すＮｏ．
１〜Ｎｏ．５の５種類の窒化処理用助剤を製作した。
板、または必要組成の鋳造材からマイクログラインダー
により研削することによりそれぞれ製造した。ついで、
これらの合金粉末を１５０メッシュでスクリーンした。
スクリーンによって得られた合金粉末（３０．０重量
部）を、エチルセルロース Ｎ−７（Hercules製）（１
０．０重量部）とブチルグリコール系溶剤（日本乳化剤
製）（６０．０重量部）とで配合して表１に示すＮｏ．
１〜Ｎｏ．５の５種類の窒化処理用助剤を製作した。
【００２７】
【表１】 （２）窒化処理 被窒化処理用アルミニウム材としては市販のアルミニウ
ム合金板、または鋳造素材から、サイズ２０ｍｍ×３０
ｍｍ、厚さ；１０ｍｍの試験片を切り出し、上面を研磨
加工したものを使用した。
ム合金板、または鋳造素材から、サイズ２０ｍｍ×３０
ｍｍ、厚さ；１０ｍｍの試験片を切り出し、上面を研磨
加工したものを使用した。
【００２８】窒化処理はこの被窒化処理用アルミニウム
材の研磨面に、上記各種窒化処理用助剤を５０μｍ／ｃ
ｍ2 を塗布後、所定の窒化処理温度で各１０Ｈｒ処理し
た。また窒化処理条件としては９９．９９％の純窒素ガ
スを１リットル／分の流量で炉内に導入し、炉内露点を
−４０℃以下に保った。
材の研磨面に、上記各種窒化処理用助剤を５０μｍ／ｃ
ｍ2 を塗布後、所定の窒化処理温度で各１０Ｈｒ処理し
た。また窒化処理条件としては９９．９９％の純窒素ガ
スを１リットル／分の流量で炉内に導入し、炉内露点を
−４０℃以下に保った。
【００２９】（実施例１）被窒化処理用アルミニウム材
としては、Ａｌ−Ｓｉ合金のうち、含まれるＳｉ量が０
重量％、７重量％、１２重量％、１７重量％の４種類の
合金を用いた。また、窒化処理用助剤としては表１のＮ
ｏ．１助剤を用いた。このＮｏ．１助剤に使用した金属
粉末（Ａｌ−３３Ｍｇ−３Ｃｕ合金粉末）の融点は４５
０℃であり、前記４種類の被窒化処理用アルミニウム材
を５００℃以下で処理することを狙いとしたものであ
る。そして、４９５℃の窒化処理温度によって窒化処理
を行った。
としては、Ａｌ−Ｓｉ合金のうち、含まれるＳｉ量が０
重量％、７重量％、１２重量％、１７重量％の４種類の
合金を用いた。また、窒化処理用助剤としては表１のＮ
ｏ．１助剤を用いた。このＮｏ．１助剤に使用した金属
粉末（Ａｌ−３３Ｍｇ−３Ｃｕ合金粉末）の融点は４５
０℃であり、前記４種類の被窒化処理用アルミニウム材
を５００℃以下で処理することを狙いとしたものであ
る。そして、４９５℃の窒化処理温度によって窒化処理
を行った。
【００３０】この窒化により、Ｓｉ量が０重量％、７重
量％、１２重量％、１７重量％の被窒化処理用アルミニ
ウム材において、それぞれ表面に窒化層が形成された。
得られた窒化層深さおよび窒化層の表面層硬さを表２に
示す。表２により、いずれの被窒化処理用アルミニウム
材においても７０μｍ以上の窒化層を有し、硬さは高Ｓ
ｉ材の方が高め傾向にあることがわかった。従って、本
実施例により上記組成のアルミニウム−マグネシウム−
銅の合金粉末を窒化処理用助剤の主要金属粉末とするこ
とによって、Ｓｉ量が０〜１７重量％の範囲で異なる各
種Ａｌ−Ｓｉ合金を５００℃以下の窒化処理温度で窒化
層が形成されることがわかった。
量％、１２重量％、１７重量％の被窒化処理用アルミニ
ウム材において、それぞれ表面に窒化層が形成された。
得られた窒化層深さおよび窒化層の表面層硬さを表２に
示す。表２により、いずれの被窒化処理用アルミニウム
材においても７０μｍ以上の窒化層を有し、硬さは高Ｓ
ｉ材の方が高め傾向にあることがわかった。従って、本
実施例により上記組成のアルミニウム−マグネシウム−
銅の合金粉末を窒化処理用助剤の主要金属粉末とするこ
とによって、Ｓｉ量が０〜１７重量％の範囲で異なる各
種Ａｌ−Ｓｉ合金を５００℃以下の窒化処理温度で窒化
層が形成されることがわかった。
【００３１】（実施例２） 被窒化処理用アルミニウム材としては、各種非熱処理型
アルミニウム合金材のうち、ＪＩＳ １１００材、５０
５２材、６０６１材の３種類の合金を用いた。また、窒
化処理用助剤としては表１のＮｏ．２助剤を用いた。こ
のＮｏ．２助剤に使用した金属粉末（Ｍｇ−５３Ｚｎ−
１Ｃｕ合金粉末）の融点は３５０℃であり、前記３種類
の被窒化処理用アルミニウム材をより低温で処理するこ
とを狙いとしたものである。そして、４６０℃の窒化処
理温度によって窒化処理を行った。
アルミニウム合金材のうち、ＪＩＳ １１００材、５０
５２材、６０６１材の３種類の合金を用いた。また、窒
化処理用助剤としては表１のＮｏ．２助剤を用いた。こ
のＮｏ．２助剤に使用した金属粉末（Ｍｇ−５３Ｚｎ−
１Ｃｕ合金粉末）の融点は３５０℃であり、前記３種類
の被窒化処理用アルミニウム材をより低温で処理するこ
とを狙いとしたものである。そして、４６０℃の窒化処
理温度によって窒化処理を行った。
【００３２】この窒化により、ＪＩＳ １１００材、５
０５２材、６０６１材のそれぞれ表面に窒化層が形成さ
れた。得られた窒化層深さおよび窒化層の表面層硬さを
表２に示す。純アルミニウム材である１１００材では窒
化層厚さが２０〜５０μｍと浅く、カタサはＨｖ１４３
〜３３０であった。また、５０５２材のアルミニウム材
の断面を切断し、得られた窒化層を金属顕微鏡により観
察した。その断面顕微鏡写真を図５に示す。約１５０μ
ｍの窒化処理用助剤層に続いて、１００〜１２０μｍの
滑らかな窒化層（カタサ；Ｈｖ１５０〜３２２）があ
り、細い境界を挟んで内部組織につながっていることが
わかった。従って、本実施例により上記組成のＭｇ−５
３Ｚｎ−１Ｃｕ合金粉末を窒化処理用助剤に含ませるこ
とによって、非熱処理型アルミニウム合金材を５００℃
以下の窒化処理温度で窒化層が形成されることがわかっ
た。
０５２材、６０６１材のそれぞれ表面に窒化層が形成さ
れた。得られた窒化層深さおよび窒化層の表面層硬さを
表２に示す。純アルミニウム材である１１００材では窒
化層厚さが２０〜５０μｍと浅く、カタサはＨｖ１４３
〜３３０であった。また、５０５２材のアルミニウム材
の断面を切断し、得られた窒化層を金属顕微鏡により観
察した。その断面顕微鏡写真を図５に示す。約１５０μ
ｍの窒化処理用助剤層に続いて、１００〜１２０μｍの
滑らかな窒化層（カタサ；Ｈｖ１５０〜３２２）があ
り、細い境界を挟んで内部組織につながっていることが
わかった。従って、本実施例により上記組成のＭｇ−５
３Ｚｎ−１Ｃｕ合金粉末を窒化処理用助剤に含ませるこ
とによって、非熱処理型アルミニウム合金材を５００℃
以下の窒化処理温度で窒化層が形成されることがわかっ
た。
【００３３】
【表２】 （実施例３）被窒化処理用のアルミニウム材としてはダ
イキャスト合金ＪＩＳ ＡＤＣ１４（１７重量％Ｓｉ、
４．５重量％Ｃｕ、０．５重量％Ｍｇ含有）を用いた。
また、窒化処理用助剤としては表１のＮｏ．３助剤を用
いた。このＮｏ．３助剤は２．５重量％Ｌｉ、１．３重
量％Ｃｕ、１重量％Ｍｇ含有のＡｌ合金粉末を使用して
おり高ＳｉのＡｌ材の窒化を狙いとしている。窒化処理
温度としてはＪＩＳＡＤＣ１４の溶体化処理温度として
推奨されている４９５℃を採用した。
イキャスト合金ＪＩＳ ＡＤＣ１４（１７重量％Ｓｉ、
４．５重量％Ｃｕ、０．５重量％Ｍｇ含有）を用いた。
また、窒化処理用助剤としては表１のＮｏ．３助剤を用
いた。このＮｏ．３助剤は２．５重量％Ｌｉ、１．３重
量％Ｃｕ、１重量％Ｍｇ含有のＡｌ合金粉末を使用して
おり高ＳｉのＡｌ材の窒化を狙いとしている。窒化処理
温度としてはＪＩＳＡＤＣ１４の溶体化処理温度として
推奨されている４９５℃を採用した。
【００３４】この窒化によりアルミニウム材の全上面に
窒化層が形成された。得られた窒化層をアルミニウム材
の断面を切断し、金属顕微鏡により観察した。その断面
顕微鏡写真を図１に示す。図１において、内部の白色お
よび灰色まだら部分（アルミニウム−シリコン組織）の
上に細かい雲状の少し暗い部分（実物では茶褐色として
観察される。）として窒化層が観察される。最表層部の
より黒い部分は約６０μｍの窒化処理用助剤の窒化硬化
部分（その硬さはＨｖ４２０）である。窒化層の深さは
１００〜１３０μｍであり、その硬さはＨｖ５４２〜５
７４であった。なお、窒化層内の初晶シリコン部は窒化
されず、図中灰色の島状のままである。
窒化層が形成された。得られた窒化層をアルミニウム材
の断面を切断し、金属顕微鏡により観察した。その断面
顕微鏡写真を図１に示す。図１において、内部の白色お
よび灰色まだら部分（アルミニウム−シリコン組織）の
上に細かい雲状の少し暗い部分（実物では茶褐色として
観察される。）として窒化層が観察される。最表層部の
より黒い部分は約６０μｍの窒化処理用助剤の窒化硬化
部分（その硬さはＨｖ４２０）である。窒化層の深さは
１００〜１３０μｍであり、その硬さはＨｖ５４２〜５
７４であった。なお、窒化層内の初晶シリコン部は窒化
されず、図中灰色の島状のままである。
【００３５】（実施例４） 被窒化処理用アルミニウム材としてはアルミニウム−リ
チウム−シリコン合金（Ｌｉ；２．５％，Ｓｉ；１２％
含有）を用いた。また、窒化処理用助剤としては表１の
Ｎｏ．５助剤（Ａｌ−５０重量％Ｍｇ材）を使用した。
そして、窒化処理温度として５２０℃を採用した。
チウム−シリコン合金（Ｌｉ；２．５％，Ｓｉ；１２％
含有）を用いた。また、窒化処理用助剤としては表１の
Ｎｏ．５助剤（Ａｌ−５０重量％Ｍｇ材）を使用した。
そして、窒化処理温度として５２０℃を採用した。
【００３６】この窒化によりアルミニウム材の全上面に
窒化層が形成された。得られた窒化層をアルミニウム材
の断面を切断し、金属顕微鏡により観察した。アルミニ
ウム−リチウム−シリコン合金の窒化部分（２ケ所）の
顕微鏡写真を図２および図３に示す。また、図２に示す
断面のＥＰＭＡ（エレクトロ プローグ マイクロアナ
ライザー）分析によるＮ、ＡｌおよびＳｉの各元素の線
分析を実施した。元素強度のチャートを図４に示す。
窒化層が形成された。得られた窒化層をアルミニウム材
の断面を切断し、金属顕微鏡により観察した。アルミニ
ウム−リチウム−シリコン合金の窒化部分（２ケ所）の
顕微鏡写真を図２および図３に示す。また、図２に示す
断面のＥＰＭＡ（エレクトロ プローグ マイクロアナ
ライザー）分析によるＮ、ＡｌおよびＳｉの各元素の線
分析を実施した。元素強度のチャートを図４に示す。
【００３７】図２の断面には、厚い窒化処理用助剤層が
見られ、この下に窒化層が形成されている。この窒化層
の厚さは５００〜６００μｍである。図３の断面には、
薄い窒化処理用助剤層が見られ、この下に厚さ４００〜
５００μｍの窒化層がみられる。これら図２および図３
に示す窒化層は、いずれも通常よりかなり厚いものであ
る。
見られ、この下に窒化層が形成されている。この窒化層
の厚さは５００〜６００μｍである。図３の断面には、
薄い窒化処理用助剤層が見られ、この下に厚さ４００〜
５００μｍの窒化層がみられる。これら図２および図３
に示す窒化層は、いずれも通常よりかなり厚いものであ
る。
【００３８】また、アルミニウム−リチウム−シリコン
合金の窒化層硬さはＨｖ６４８〜７４４であり、リチウ
ムを含まないアルミニウム−シリコン合金材に形成され
る窒１層および実施例１で形成された窒化層の硬さ（Ｈ
ｖ５４２〜５７４）よりも硬い。このことは次に記述す
る図４の元素強度のチャートで示される窒素濃度が相対
的に高いことからも説明される。
合金の窒化層硬さはＨｖ６４８〜７４４であり、リチウ
ムを含まないアルミニウム−シリコン合金材に形成され
る窒１層および実施例１で形成された窒化層の硬さ（Ｈ
ｖ５４２〜５７４）よりも硬い。このことは次に記述す
る図４の元素強度のチャートで示される窒素濃度が相対
的に高いことからも説明される。
【００３９】なお、図４は、窒化表面から内部のアルミ
ニウム母材に向かって、窒素、アルミニウム、シリコン
の元素強度（相対元素濃度）を測定したものである。窒
素は窒化処理用助剤層（ペースト部）、窒化層で高く、
窒化層を越すと急激に強さが減少する。表面付近の窒化
層の窒素濃度は１５〜１６％であり、リチウムを含まな
いアルミニウム−シリコン合金材に形成された窒化層の
窒素濃度１２〜１４％より高い。初晶シリコンの存在部
では窒素強さが極端に減少する。この事より、シリコン
は窒化されていないと推定される。
ニウム母材に向かって、窒素、アルミニウム、シリコン
の元素強度（相対元素濃度）を測定したものである。窒
素は窒化処理用助剤層（ペースト部）、窒化層で高く、
窒化層を越すと急激に強さが減少する。表面付近の窒化
層の窒素濃度は１５〜１６％であり、リチウムを含まな
いアルミニウム−シリコン合金材に形成された窒化層の
窒素濃度１２〜１４％より高い。初晶シリコンの存在部
では窒素強さが極端に減少する。この事より、シリコン
は窒化されていないと推定される。
【００４０】以上のように、被窒化用アルミニウム材に
リチウムを含む合金を使用することにより、同一窒化処
理条件でも、強くかつ深い窒化層が得られる。なお、リ
チウムの酸素ゲッター作用を利用して、この実施例で使
用したアルミニウム−リチウム−シリコン合金のリボン
状箔材を窒化処理用の炉中に装入することにより、炉内
の酸素クリーニング剤として使用することもできる。
リチウムを含む合金を使用することにより、同一窒化処
理条件でも、強くかつ深い窒化層が得られる。なお、リ
チウムの酸素ゲッター作用を利用して、この実施例で使
用したアルミニウム−リチウム−シリコン合金のリボン
状箔材を窒化処理用の炉中に装入することにより、炉内
の酸素クリーニング剤として使用することもできる。
【００４１】（実施例５）被窒化処理用アルミニウム材
としてはＪＩＳ ５０５２材を用いた。また、窒化処理
用助剤としては表１のＮｏ．４助剤を用いた。この窒化
処理用助剤はＡｌ−２．５重量％Ｌｉ−１２重量％Ｓｉ
粉末とＡｌ−２．５重量％Ｍｇ合金粉末とをそれぞれ等
量混合した混合合金粉末を使用したもので、リチウムの
酸素ゲッター作用を利用し各種非熱処理型アルミニウム
合金材に適用した場合の窒化層内の酸素量の低減を狙い
とするものである。そして、５２０℃の窒化処理温度に
よって、窒化処理を行った。
としてはＪＩＳ ５０５２材を用いた。また、窒化処理
用助剤としては表１のＮｏ．４助剤を用いた。この窒化
処理用助剤はＡｌ−２．５重量％Ｌｉ−１２重量％Ｓｉ
粉末とＡｌ−２．５重量％Ｍｇ合金粉末とをそれぞれ等
量混合した混合合金粉末を使用したもので、リチウムの
酸素ゲッター作用を利用し各種非熱処理型アルミニウム
合金材に適用した場合の窒化層内の酸素量の低減を狙い
とするものである。そして、５２０℃の窒化処理温度に
よって、窒化処理を行った。
【００４２】この窒化により、厚さが１５０〜２００μ
ｍ，表層部の硬さがＨｖ３５０〜５００の窒化層が被窒
化処理用アルミニウム材の表面に形成された。表層部の
硬さは通常処理材とほぼ同じであるが、内部組織に向か
ってＨｖ１４３〜３２２の硬さを有する滑らかな窒化層
が形成された。
ｍ，表層部の硬さがＨｖ３５０〜５００の窒化層が被窒
化処理用アルミニウム材の表面に形成された。表層部の
硬さは通常処理材とほぼ同じであるが、内部組織に向か
ってＨｖ１４３〜３２２の硬さを有する滑らかな窒化層
が形成された。
【００４３】
【発明の効果】本発明のアルミニウム材の表面窒化処理
方法または窒化処理用助剤を採用すると、従来の窒化処
理用助剤を使用した場合に比較して低い処理温度で厚く
かつ硬い窒化層が得られる。このため被窒化処理用アル
ミニウム材の熱処理歪みが軽減される。また、シリコン
の含有量の多いアルミニウム合金材にも厚くかつ硬さの
高い表面窒化層を形成することができる。このため、本
発明のアルミニウム材の表面窒化処理方法または窒化処
理用助剤は、耐摩耗性が要求される自動車の摺動部分、
例えばシリンダー摺動部、エンジン、ピストンのリング
溝などの表面処理として最適である。
方法または窒化処理用助剤を採用すると、従来の窒化処
理用助剤を使用した場合に比較して低い処理温度で厚く
かつ硬い窒化層が得られる。このため被窒化処理用アル
ミニウム材の熱処理歪みが軽減される。また、シリコン
の含有量の多いアルミニウム合金材にも厚くかつ硬さの
高い表面窒化層を形成することができる。このため、本
発明のアルミニウム材の表面窒化処理方法または窒化処
理用助剤は、耐摩耗性が要求される自動車の摺動部分、
例えばシリンダー摺動部、エンジン、ピストンのリング
溝などの表面処理として最適である。
【００４４】また、本発明のアルミニウム材の表面窒化
処理方法では、窒化処理用助剤を塗布しない部位は窒化
されない。この事を利用して、必要な部分に限定し窒化
処理することができる。
処理方法では、窒化処理用助剤を塗布しない部位は窒化
されない。この事を利用して、必要な部分に限定し窒化
処理することができる。
【図１】この図は、実施例３の窒化層を形成したアルミ
ニウム材の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡写真
図である。
ニウム材の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡写真
図である。
【図２】この図は、実施例４の窒化層を形成したアルミ
ニウム材の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡写真
図である。
ニウム材の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡写真
図である。
【図３】この図は、実施例４の窒化層を形成したアルミ
ニウム材の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡写真
図である。
ニウム材の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡写真
図である。
【図４】この図は、実施例４の図２に示すアルミニウム
材の表面部分の断面にそってＥＰＭＡで線分析された
Ｎ、ＡｌおよびＳｉの各元素の強度を示すチャートであ
る。
材の表面部分の断面にそってＥＰＭＡで線分析された
Ｎ、ＡｌおよびＳｉの各元素の強度を示すチャートであ
る。
【図５】この図は、実施例２の窒化層を形成したアルミ
ニウム材の他の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡
写真図である。
ニウム材の他の表面部分の断面の金属組織を示す顕微鏡
写真図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 晴三 大阪市中央区久太郎町三丁目６番８号 東洋アルミニウム株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 8/24,8/30 C23C 10/30,12/00
Claims (15)
- 【請求項１】 アルミニウム材の少なくとも一部表面に
窒化処理用助剤を接触させ、その状態で該アルミニウム
材料の融点以下の処理温度で実質的に窒素ガスからなる
雰囲気ガスにより該アルミニウム材の表面を窒化させる
窒化処理方法において、 前記窒化処理用助剤は、該処理温度より低い融点をもつ
ととともに窒素ガスと発熱反応する第一金属粉末を含む
ことを特徴とするアルミニウム材の窒化処理方法。 - 【請求項２】 前記第一金属粉末は、合金粉末全体を１
００重量％としたとき、アルミニウム８０〜３０重量％
とマグネシウム２０〜７０重量％とよりなるＡｌ−Ｍｇ
合金粉末、アルミニウム８０〜３０重量％とマグネシウ
ム２０〜７０重量％と２５重量％以下の銅とよりなるＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金粉末、マグネシウム４０〜６０重量
％と亜鉛６０〜４０重量％とよりなるＭｇ−Ｚｎ合金粉
末、マグネシウム４０〜６０重量％と亜鉛６０〜４０重
量％と３０重量％以下の銅とよりなるＭｇ−Ｚｎ−Ｃｕ
合金粉末の少なくとも一種である請求項１記載のアルミ
ニウム材の窒化処理方法。 - 【請求項３】 前記窒化処理用助剤は前記第一金属粉末
とともに前記処理温度よりも融点が高く窒素ガスと発熱
反応する第二金属粉末を含む請求項１記載のアルミニウ
ム材の窒化処理方法。 - 【請求項４】 前記第二金属粉末を構成する元素はアル
ミニウム、銅、シリコンおよび鉄の少なくとも一種であ
り、該第二金属粉末の配合量は重量で前記第一粉末の配
合量以下である請求項１記載のアルミニウム材の窒化処
理方法。 - 【請求項５】 アルミニウム材の少なくとも一部表面に
窒化処理用助剤を接触させ、その状態で該アルミニウム
材料の融点以下の処理温度で実質的に窒素ガスからなる
雰囲気ガスにより該アルミニウム材の表面を窒化させる
窒化処理方法において、 前記窒化処理用助剤は、アルミニウムと、酸素との結合
力が強くかつシリコンと実質的にシリサイドを形成しな
い第三元素とを含むことを特徴とするアルミニウム材の
窒化処理方法。 - 【請求項６】 前記第三元素はリチウムおよびボロンの
中の少なくとも一種である請求項５記載のアルミニウム
材の窒化処理方法。 - 【請求項７】 前記アルミニウムと前記第三元素は合金
を形成している請求項５記載のアルミニウム材の窒化処
理方法。 - 【請求項８】 アルミニウム材の少なくとも一部表面に
窒化処理用助剤を接触させ、その状態で該アルミニウム
材料の融点以下の処理温度で実質的に窒素ガスからなる
雰囲気ガスにより該アルミニウム材の表面を窒化させる
窒化処理方法において、 前記アルミニウム材は、０．５重量％以上のリチウム元
素を含むアルミニウム合金であることを特徴とするアル
ミニウム材の窒化処理方法。 - 【請求項９】 アルミニウム材の少なくとも一部表面を
覆い該アルミニウム材料の融点以下の処理温度で該アル
ミニウム材の表面に窒化層の形成を促進する窒化処理用
助剤であって、 該処理温度より低い融点をもつととともに窒素ガスと発
熱反応する第一金属粉末と皮膜形成剤とを含有すること
を特徴とするアルミニウム材の窒化処理用助剤。 - 【請求項１０】 前記第一金属粉末は、合金粉末全体を
１００重量％としたとき、アルミニウム８０〜３０重量
％とマグネシウム２０〜７０重量％とよりなるＡｌ−Ｍ
ｇ合金粉末、アルミニウム８０〜３０重量％とマグネシ
ウム２０〜７０重量％と２５重量％以下の銅とよりなる
Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金粉末、マグネシウム４０〜６０重
量％と亜鉛６０〜４０重量％とよりなるＭｇ−Ｚｎ合金
粉末、マグネシウム４０〜６０重量％と亜鉛６０〜４０
重量％と３０重量％以下の銅とよりなるＭｇ−Ｚｎ−Ｃ
ｕ合金粉末の少なくとも一種である請求項９記載のアル
ミニウム材の窒化処理用助剤。 - 【請求項１１】 前記第一金属粉末とともに前記処理温
度よりも融点が高く窒素ガスと発熱反応する第二金属粉
末を含む請求項９記載のアルミニウム材の窒化処理用助
剤。 - 【請求項１２】 前記第二金属粉末を構成する元素はア
ルミニウム、銅、シリコンおよび鉄の少なくとも一種で
あり、該第二金属粉末の配合量は重量で前記第一粉末の
配合量以下である請求項１１記載のアルミニウム材の窒
化処理用助剤。 - 【請求項１３】 アルミニウム材の少なくとも一部表面
を覆い該アルミニウム材料の融点以下の処理温度で該ア
ルミニウム材の表面に窒化層の形成を促進する窒化処理
用助剤であって、 アルミニウムと、酸素との結合力が強くかつシリコンと
実質的にシリサイドを形成しない第三元素と皮膜形成剤
とを含有することを特徴とするアルミニウム材の窒化処
理用助剤。 - 【請求項１４】 前記第三元素はリチウムおよびボロン
の中の少なくとも一種である請求項１３記載のアルミニ
ウム材の窒化処理用助剤。 - 【請求項１５】 前記アルミニウムと前記第三元素は合
金を形成している請求項１４記載のアルミニウム材の窒
化処理用助剤。
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