JP3239545B2 - Aluminizing treatment method for metal surface - Google Patents

Aluminizing treatment method for metal surface

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、溶融浸漬法による金属
基材表面のアルミナイズ処理方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for aluminizing a metal substrate surface by a melt immersion method.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属表面のアルミナイズ処理は、耐熱性
の改善を目的として一般に広く用いられてきた。従来の
溶融浸漬法による金属表面へのアルミナイズ処理の概要
を図7に示す。図7Aに示すように、処理槽1に入れた
アルミニウムをベースとする溶湯2中に被処理材の金属
ワーク3を浸漬し、処理槽1から引上げたワーク3を、
図7Bに示すように加熱器4で加熱し、ワーク3の表面
に付着したアルミニウムを母材金属に拡散させてワーク
表面に金属間化合物の薄膜を形成する。
2. Description of the Related Art Aluminizing treatment of a metal surface has been widely used for the purpose of improving heat resistance. FIG. 7 shows the outline of the aluminizing treatment on the metal surface by the conventional melt immersion method. As shown in FIG. 7A, a metal work 3 as a material to be processed is immersed in a molten metal 2 based on aluminum placed in a processing tank 1, and the work 3 pulled up from the processing tank 1 is
As shown in FIG. 7B, the heater 4 is heated to diffuse aluminum adhering to the surface of the work 3 into the base metal to form a thin film of an intermetallic compound on the work surface.

【0003】本出願人は、先に金属表面へのアルミナイ
ジングに関する発明について特許出願(特開平3−18
0461号公報)している。これは、ニッケルをベース
とする鋼材ワークをボロンとハフニウムを含有したアル
ミニウム溶湯に浸漬し、ワーク表面にNi−Al(B,
Hf)系の金属間化合物の薄膜を形成するようにしたも
のである。
The present applicant has previously filed a patent application for an invention relating to aluminizing on a metal surface (Japanese Patent Laid-Open No.
0461). In this method, a nickel-based steel work is immersed in a molten aluminum containing boron and hafnium, and Ni-Al (B,
A thin film of an Hf) -based intermetallic compound is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の一般に用いられ
ている溶融浸漬法によるアルミナイズ処理では、金属表
面に形成された皮膜が硬く、脆く、靱性に欠けるので、
例えば、エンジンのプレチャンバーや排気マニホールド
等の冷熱サイクルを伴う部品へ適用したときに、製品の
信頼性が著しく劣るものとなる。また、前記公開公報の
方法は、ニッケル基合金を母材とするので材料費が高価
となり、また加熱拡散処理時にニッケルが表面に溶出し
て製品の表面精度が得難いという問題がある。
In the conventional aluminizing treatment by the melt dipping method generally used, the film formed on the metal surface is hard, brittle, and lacks toughness.
For example, when applied to parts with a cooling / heating cycle such as an engine pre-chamber or an exhaust manifold, the reliability of the product becomes extremely poor. In addition, the method disclosed in the above-mentioned publication has a problem that the material cost is high because a nickel-based alloy is used as a base material, and nickel is eluted on the surface during the heat diffusion treatment, so that it is difficult to obtain the surface accuracy of the product.

【0005】本発明は、上記課題を解決し、鉄基合金を
母材とし、その表面に靱性があり、かつ表面精度が良好
となる皮膜が形成できる金属表面へのアルミナイズ処理
方法を提供することを目的とするものである。
[0005] The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a method for aluminizing a metal surface from an iron-based alloy as a base material and capable of forming a film having a tough surface and good surface accuracy. The purpose is to do so.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、マンガンを含
有するアルミニウム溶湯に鉄基合金ワークを浸漬し、そ
の後に加熱拡散処理を施してワーク表面に金属間化合物
の皮膜を形成することを特徴とする金属表面のアルミナ
イズ処理方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that an iron-based alloy work is immersed in a manganese-containing molten aluminum and then subjected to a heat diffusion treatment to form a film of an intermetallic compound on the work surface. Aluminizing treatment method for the metal surface.

【0007】[0007]

【作用】溶湯にマンガン(Mn)を添加することによ
り、処理製品に形成される皮膜の靱性が改善されること
が試験結果から確認された。その理由は不明であるが、
皮膜は、Al−Ni,Al−Cr,Ai−Fe等からな
る二元合金及びこれらを含む三元合金からなり、Mnを
添加した溶湯を用いる処理を行うと、これらの合金系の
どれかが母材である鉄基合金金属との境界に偏析し、皮
膜の靱性の改善に寄与しているものと推定される。
[Action] It has been confirmed from the test results that the addition of manganese (Mn) to the molten metal improves the toughness of the film formed on the treated product. The reason is unknown,
The coating is made of a binary alloy made of Al-Ni, Al-Cr, Ai-Fe and the like and a ternary alloy containing these alloys. When a treatment using a molten metal to which Mn is added is performed, one of these alloy systems is formed. It is presumed that segregation at the boundary with the iron-based alloy metal as the base material contributes to improvement of the toughness of the film.

【0008】[0008]

【実施例】溶融浸漬法による金属表面へのアルミナイズ
処理では、表面に形成される皮膜の特性は、次の要因で
左右されるものと考えられる。 母材(被処理品)の種類 アルミニウムをベースとする溶湯に添加する成分の種
類 アルミニウムをベースとする溶湯に添加する成分の量 アルミニウムをベースとする溶湯の温度 母材(被処理品)の溶湯への浸漬時間 拡散加熱処理の温度 拡散加熱処理の時間 そこで、上記各要因ごとに、適切と思われるものを選定
し、それぞれに付いて試験片を用いてアルミナイズ処理
を施し、その試料に付いて引張り試験を行い、表面皮膜
の特性の評価を行った。
EXAMPLES In the aluminizing treatment of a metal surface by the melt immersion method, the characteristics of the film formed on the surface are considered to be influenced by the following factors. Type of base material (processed product) Type of component added to aluminum-based molten metal Amount of component added to aluminum-based molten metal Temperature of aluminum-based molten metal Base metal (processed product) molten metal Immersion time in the diffusion heat treatment temperature Diffusion heat treatment time Therefore, for each of the above factors, select the ones that are considered appropriate, apply aluminization treatment using a test piece to each, and attach A tensile test was performed to evaluate the properties of the surface film.

【0009】の母材(被処理品)の種類に付いては、
オーステナイト系鉄基耐熱合金(MIC−LC)とマル
テンサイト系高クローム耐熱鋼(SUH616)の2種
類とし、精密鍛造により図8に示す形状、寸法(単位m
m)の板状試験片を作成し、これにアルミナイズ処理を
行った。MIC−LCは、ディーゼルエンジンの高負荷
用ホットプラグに用いられている材料であり、その組成
を重量%で表わすと次のとおりである。 C:0.05〜0.2,Si:0〜1.0,Mn:0〜
1.0,P:0〜0.03,S:0〜0.03,Cr:
30.0〜33.0,Ni:24.0〜28.0,C
o:2.0〜4.0,Nb:0.2〜0.5,N:0.
15〜0.3,残部Fe SUH616は、ディーゼルエンジンの低負荷用ホット
プラグに用いられている材料であり、その組成を重量%
で表わすと次のとおりである。 C:0.2〜0.25,Si:0〜1.0,Mn:0.
5〜1.0,P:0〜0.04,S:0〜0.03,C
r:11.0〜13.0,Ni:0.5〜1.0,W:
0.75〜1.25,Mo:0.75〜1.25,V:
0.2〜0.3,残部Fe
Regarding the type of base material (workpiece),
Austenitic iron-base heat-resistant alloy (MIC-LC) and martensitic high chromium heat-resistant steel (SUH616) were used.
m), a plate-shaped test piece was prepared and subjected to an aluminizing treatment. MIC-LC is a material used for a high-load hot plug of a diesel engine. The composition of the MIC-LC is represented by the following percentage by weight. C: 0.05-0.2, Si: 0-1.0, Mn: 0
1.0, P: 0 to 0.03, S: 0 to 0.03, Cr:
30.0-33.0, Ni: 24.0-28.0, C
o: 2.0 to 4.0, Nb: 0.2 to 0.5, N: 0.
15 to 0.3, balance Fe SUH616 is a material used for a low-load hot plug of a diesel engine.
Is as follows. C: 0.2 to 0.25, Si: 0 to 1.0, Mn: 0.
5 to 1.0, P: 0 to 0.04, S: 0 to 0.03, C
r: 11.0 to 13.0, Ni: 0.5 to 1.0, W:
0.75-1.25, Mo: 0.75-1.25, V:
0.2-0.3, balance Fe

【0010】及びのアルミニウムをベースとする溶
湯に添加する成分の種類に付いては、何も添加しない
(通常のアルミナイズ処理)ものと、ボロン(B)を
0.8重量%添加したものと、マンガン(Mn)を1.
5重量%添加したものとの3種類の溶湯を用いて処理を
行った。 の溶湯の温度は、大幅な変更ができないので、標準的
な690℃と710℃の2水準とした。 の母材(被処理品)の溶湯への浸漬時間は、1分と5
分の2水準とした。 との拡散加熱処理の温度と時間は、1000℃、6
0分の1水準に固定した。
Regarding the types of components to be added to the aluminum-based molten metal, those with no addition (normal aluminization treatment) and those with 0.8% by weight of boron (B) added , Manganese (Mn).
The treatment was carried out using three kinds of molten metals with the addition of 5% by weight. Since the temperature of the molten metal cannot be changed significantly, two levels of standard 690 ° C. and 710 ° C. were used. The immersion time of the base material (processed product) in the molten metal is 1 minute and 5 minutes.
It was set to two-minute level. The temperature and time of the diffusion heat treatment are 1000 ° C., 6
It was fixed to the 1/0 level.

【0011】アルミナイズ処理によりワーク表面に金属
間化合物の皮膜が形成され、その膜厚によって皮膜の耐
酸化性等の性能が大きく左右される。また、製品の外形
寸法の大幅な変化は、生産上の障害となる。アルミナイ
ズ処理前後の試験片の外寸の変化をマイクロメータで計
測し、外寸変化量が膜厚にほぼ等しいものとして評価し
た。図1は、MIC−LCについての皮膜の平均膜厚を
示し、図2は、SUH616についての皮膜の平均膜厚
を示す。全体的に溶湯の温度が高く、浸漬時間が長いほ
ど皮膜厚さが大きくなる傾向が見られ、また、Bを添加
した場合に膜厚が厚くなる。
The intermetallic compound film is formed on the work surface by the aluminizing treatment, and the film thickness greatly affects the performance such as the oxidation resistance of the film. In addition, a large change in the external dimensions of a product is an obstacle to production. The change in the outer size of the test piece before and after the aluminizing treatment was measured with a micrometer, and the change in the outer size was evaluated as being substantially equal to the film thickness. FIG. 1 shows the average thickness of the coating for MIC-LC, and FIG. 2 shows the average thickness of the coating for SUH616. As a whole, the higher the temperature of the molten metal and the longer the immersion time, the larger the film thickness tends to be. Also, when B is added, the film thickness increases.

【0012】皮膜の靱性の評価法として、引張試験を用
いてその評価を行った。 引張試験機:100KN オートグラフ 試験方法 :試験片の片面に歪ゲージを貼付け、常温で
引張試験を行いながら、拡大鏡を用いて歪ゲージを貼付
けた面の反対側の皮膜表面を観察し、皮膜表面にクラッ
クが入ったときに、歪ゲージで応力と歪を読取る。ま
た、試験は試験片が破断するまで行い、そのときの引張
り強さと伸びを読取る。SUH616の試験片は、延性
が乏しいためか、皮膜の表面にクラックが入る前に破断
してしまい、評価することができないので、MIC−L
Cの試験片についてだけ試験を行うこととした。したが
って、以下の試験結果は、すべてMIC−LCの試験片
についてのものである。
As a method for evaluating the toughness of the film, a tensile test was used to evaluate the toughness. Tensile tester: 100KN Autograph Test method: A strain gauge is attached to one side of the test piece, and while performing a tensile test at room temperature, the coating surface on the opposite side of the surface where the strain gauge is attached is observed using a magnifying glass, and the coating is applied. When the surface cracks, read the stress and strain with a strain gauge. The test is performed until the test piece breaks, and the tensile strength and elongation at that time are read. The test piece of SUH616 was broken before the surface of the film was cracked, probably because of poor ductility, and could not be evaluated.
The test was performed only on the test piece C. Therefore, the following test results are all about MIC-LC test pieces.

【0013】図3に引張強さの試験結果を示す。図3か
ら、Bを添加した溶湯を用いた処理品では、素材の引張
強さ(図に試料番号0で示す)より大きく低下している
が、Mnを添加した溶湯を用いた処理品は、素材の引張
強さに近いものが多くなっていることがわかる。
FIG. 3 shows the test results of the tensile strength. From FIG. 3, in the treated product using the molten metal to which B was added, the tensile strength of the material was significantly reduced (indicated by sample number 0 in the figure), but the treated product using the molten metal to which Mn was added was: It can be seen that many of the materials are close to the tensile strength of the material.

【0014】図4は、表面皮膜にクラックが入った時点
での応力を示すものである。図4から、Bを添加した溶
湯を用いた処理品では、若干の応力の低下が見られる。
Mnを添加した溶湯を用いた処理品は、概して高い応力
値を示すが、11番の試料(710℃,1分)は特に高
い応力値を示している。
FIG. 4 shows the stress at the time when the surface film is cracked. From FIG. 4, in the treated product using the molten metal to which B is added, a slight decrease in stress is seen.
The treated product using the Mn-added molten metal generally shows a high stress value, but the sample No. 11 (710 ° C., 1 minute) shows a particularly high stress value.

【0015】図5に伸びの試験結果を示す。図5から、
11番の試料(Mn,710℃,1分)は、素材の引張
強さ(図に試料番号0で示す)と同程度の伸びを有する
が、12番の試料(Mn,710℃,5分)では、半分
程度の伸びとなり、他の処理では、いずれも4〜6%の
伸びに止まっている。
FIG. 5 shows the elongation test results. From FIG.
The sample No. 11 (Mn, 710 ° C., 1 minute) has the same degree of elongation as the tensile strength of the material (shown as sample number 0 in the figure), but the sample No. 12 (Mn, 710 ° C., 5 minutes) ), The elongation is about half, and in the other treatments, it is only 4-6%.

【0016】図6は、皮膜表面にクラックが入った時点
での歪ゲージの読取値を示す。図6から、11番の試料
(Mn,710℃,1分)の歪値が一番高く、また、M
nを添加した溶湯を用いた処理品が概して高い歪値を示
している。これは、皮膜の靱性改善にMnを添加した溶
湯を用いることが有効であることを示している。
FIG. 6 shows the values read by a strain gauge at the time when cracks are formed on the film surface. From FIG. 6, the strain value of the 11th sample (Mn, 710 ° C., 1 minute) is the highest, and
A treated product using a molten metal to which n is added generally shows a high strain value. This indicates that it is effective to use a molten metal containing Mn to improve the toughness of the film.

【0017】以上の試験結果から、溶湯にMnを添加す
ることにより、処理品に形成される皮膜の靱性が改善さ
れることが確認された。その理由は不明であるが、皮膜
は、Al−Ni,Al−Cr,Ai−Fe等からなる二
元合金及びこれらを含む三元合金からなり、Mnを添加
した溶湯を用いる処理を行うと、これらの合金系のどれ
かが母材(被処理材)との境界に偏析し、皮膜の靱性の
改善に寄与しているものと推定される。
From the above test results, it has been confirmed that the addition of Mn to the molten metal improves the toughness of the film formed on the treated product. Although the reason is unknown, the coating is made of a binary alloy composed of Al-Ni, Al-Cr, Ai-Fe and the like and a ternary alloy containing these alloys. It is presumed that one of these alloys segregates at the boundary with the base material (material to be treated) and contributes to the improvement of the toughness of the film.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明は、安価な鉄基合金を母材とし、
その表面に靱性があり、かつ表面精度が良好となる皮膜
が形成できるので、金属表面へのアルミナイズ処理の適
用範囲を拡張できると共に、処理製品の信頼性を向上さ
せることができる。
According to the present invention, an inexpensive iron-based alloy is used as a base material,
Since a film having toughness and good surface accuracy can be formed on the surface, the applicable range of the aluminizing treatment on the metal surface can be expanded, and the reliability of the treated product can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】MIC−LCを素材とした試料の平均膜厚を示
す図。
FIG. 1 is a diagram showing an average film thickness of a sample using MIC-LC as a material.

【図2】SUH616を素材とした試料の平均膜厚を示
す図。
FIG. 2 is a diagram showing an average film thickness of a sample using SUH616 as a material.

【図3】引張強さの試験結果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing test results of tensile strength.

【図4】皮膜にクラックが入った時点での応力を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing stress at the time when a crack is formed in a film.

【図5】伸びの試験結果を示す図。FIG. 5 is a view showing a test result of elongation.

【図6】皮膜にクラックが入った時点での歪値を示す
図。
FIG. 6 is a view showing a strain value when a crack is formed in a film.

【図7】アルミナイズ処理の概要を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an outline of an aluminizing process.

【図8】試験片を示す図。FIG. 8 is a view showing a test piece.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 処理槽 2 溶湯 3 ワーク 4 加熱器 1 treatment tank 2 molten metal 3 work 4 heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/12 C23C 10/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 2/12 C23C 10/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 マンガンを含有するアルミニウム溶湯に
鉄基合金ワークを浸漬し、その後に加熱拡散処理を施し
てワーク表面に金属間化合物の皮膜を形成することを特
徴とする金属表面のアルミナイズ処理方法。
An aluminizing treatment of a metal surface, characterized in that an iron-based alloy work is immersed in a manganese-containing molten aluminum and then subjected to a heat diffusion treatment to form an intermetallic compound film on the work surface. Method.
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