JPH0218383B2 - - Google Patents

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JPH0218383B2
JPH0218383B2 JP12319283A JP12319283A JPH0218383B2 JP H0218383 B2 JPH0218383 B2 JP H0218383B2 JP 12319283 A JP12319283 A JP 12319283A JP 12319283 A JP12319283 A JP 12319283A JP H0218383 B2 JPH0218383 B2 JP H0218383B2
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Shogo Izumi
Shigetomo Ueda
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING 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
    • C23C12/00Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/36Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
    • C23C10/44Siliconising
    • C23C10/46Siliconising of ferrous surfaces
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄、鋼、ステンレス鋼のような鉄や
鉄合金の表面に珪素拡散被覆又は窒化珪素の被覆
を施すための工業的方法に関するものである。
従来から鉄鋼の浸珪処理方法としていくつかの
方法が提案され実用化されているが、金属珪素粉
末とかフエロシリコン粉末を拡散剤として使用す
ると珪素浸透拡散層が多孔質のものとなるので敬
遠されていたし、工業化されていないのが現状で
ある。
本発明はかかる欠点を解決せんとしてなされた
ものであり、その要旨は (1) 鉄鋼表面にAlを重量%で0.3〜10%含有する
Fe―Si―Al合金粉末を用いて珪素拡散被覆処
理を行うことを特徴とする鉄鋼表面に珪素拡散
被覆を形成する方法。
(2) 鉄鋼表面にAlを重量%で0.3〜10%含有する
Fe―Si―Al合金粉末を用いて珪素拡散被覆処
理を行い、ついでその表面を窒化することを特
徴とする鉄鋼表面に窒化珪素被覆を形成する方
法である。
本発明者は浸珪処理の欠陥である拡散層に於け
る多孔性をフエロシリコン粉末の使用法に於いて
解決せんと永年研究の結果、封孔効果を示すもの
として炭素、アルミニユーム、チタン、クロムが
有望であることを見出し、これらの金属のフエロ
シリコンえの混合利用を研究した。その結果Al
の添加が、封孔効果にも経済性においても最も優
れているのみならず、重量%0.3〜10%のAlを含
有するフエロシリコン塊は湿度の影響により自然
風化崩壊して粉末状となり、鋳塊を粉砕機にかけ
ることなく、そのまま浸珪処理に使用可能であり
多孔性が充分解消されること見出した。
本発明において主剤たるAl混入フエロシリコ
ン粉末と促進剤として塩化アンモニユーム、焼結
緩和剤剤としてアルミナ粉末の混合拡散剤の中に
鉄鋼成品を埋没し、800℃から1100℃の温度に加
熱すると、被処理材表面に無孔にして平滑な、珪
素浸透拡散層が形成される。この際雰囲気として
水素雰囲気もしくは無酸化雰囲気が好ましいが大
気中においてもその目的を達し得る。粉末の粘度
は80〜120メツシユの範囲が最も好ましい結果を
もたらす。また塩化アンモニユーム(NH4Cl)
の添加量は通常3%以下であるが1%でも充分良
好な珪素拡散層を形成する。加熱温度と加熱時間
の関係であるが、比較的低温即ち800℃〜950℃の
温度では長時間即ち7〜20時間の加熱が必要であ
り、比較的高温即ち1000℃〜1100℃では1〜2時
間の短時間処理で珪素の拡散層で得られる。
拡散剤の焼結緩和剤としてAl2O3を用いると
NH4Clと化学反応をおこしてAlCl3+Fe→Al+
FeCl3,Alが遊離するので無孔浸珪に好ましい影
響をもたらし、アルミナは重量%にてフエロシリ
コンの2〜4倍まで使用することが出来る。その
点緩和剤としてSiO2を用いることは好ましくな
い。拡散被覆に用いる混合拡散剤の繰返し使用に
ついては、初回の母剤に対してF,Si,Alの合
金粉末を5〜10wt%補充して2回目の処理を行
い3回目以降の処理も同様にして補充を繰返して
拡散剤を使用する。
フエロシリコンは市販の2号品(Si75〜80%)
を使用してAlを0.3〜10wt%混合する。その理由
は第1図にて明かの如くフエロシリコンが崩壊し
易いからとAlによるシリコナイジングの封孔効
果を期待するからである。シリコナイジングの拡
散層の厚みは0.3〜0.5mm形成されれば充分であ
る。第1図はフエロシリコン崩壊に及ぼすP、
Alの影響を示す。
次に窒化珪素は、代表的なセラミツクの一つで
あり、耐蝕性並びに耐酸性にすぐれるとともに耐
熱性も著しくまた耐摩耗性にも強い。従つて鉄鋼
の表面をセラミツク化することにより、鉄鋼の耐
久力を倍加するとともにセラミツクの欠点である
機械的強度の弱さを鉄鋼により補わんするもので
あり、鉄や鉄合金の工業的利用分野が表面のセラ
ミツク化により著しく拡大強化されることが期待
される。本発明はかかる窒化珪素被覆を鉄鋼表面
に形成するための画期的な方法である。
すなわち本発明において、さきの鉄鋼表面にお
けるシリコナイジングの拡散層の厚みを0.3〜0.5
mm形成されたこの表面を窒化することにより最外
層はSi3N4を主体とする硬度の高い窒化物層が形
成される。
窒化はアンモニア気流中で700〜900℃の温度で
2〜8時間処理すると0.30mm以上の厚みが窒化さ
れSi3N4の皮膜が出来る。窒化物層の厚さはSiの
含有量によつて影響され、Siが増すと厚みは減少
する。例えば同一加熱条件で1%Siで14μあつた
窒化物層の厚みが、Si4%に増加すると6μに減少
する。従つて窒化物層の厚みを増すために窒化温
度は700℃以下では不充分で700℃以上が好まし
い。
窒化法としてはNH3ガスによるガス窒化法の
みならずRXガス、有機液剤の添加による窒化を
主体とする浸炭窒化法も採用される。浸炭は珪素
浸透処理層の封孔効果に寄与するので浸炭をとも
なう窒化法は好ましいものである。
以上述べた如く本発明は浸珪処理をAl含有フ
エロシリコン粉末により従来一般に行われている
パツク法により加熱炉内で処理し、珪素拡散被覆
を形成するが、更にその表面を手続き製品を一般
に行われている窒化法あるいは浸炭窒化法により
窒化あるいは浸炭窒化することにより、鉄鋼部材
の表面に窒化珪素の拡散被覆と封孔を施すための
極めて効果のある工業的方法である。
実施例 合金剤の組成 Si―75、Fe―25合金に対してAl8%の合金粉末
Al2O3粉末重量にて上記と等量 NH4Cl3wt% 処理品 軟鋼板及棒鋼 加熱温度 950℃、加熱時間5H 以上の条件にてシリコナイジングを実施し厚み
300μの無孔浸透層を得た。
次いで本資料をアンモニヤ気流中で800℃―4H
窒化処理を施した。
結果300μの浸珪層の外層180μの厚さに窒化珪
素Si3N4の検出を見た。
実施例 合金剤の組成 Si―75、Fe―25合金に対してAl5%の合金粉末 Al2O3粉末重量にて上記と等量 NH4Cl2wt% 処理品 軟鋼板及18―8鋼板 加熱温度 1000℃、加熱時間6H 以上の条件にてシリコナイジングを実施した結
果厚み250μの無孔浸珪層を得た。
次いで本資料をアンモニヤ気流中で850℃―5H
窒化処理を施した。
結果250μ浸珪層のSiが窒化されSi3N4が250μの
厚みにわたり検出された。
【図面の簡単な説明】
第1図はフエロシリコン崩壊に及ぼすP、Al
の影響を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鉄鋼表面にAlを重量%で0.3〜10%含有する
    Fe―Si―Al合金粉末を用いて珪素拡散被覆処理
    を行うことを特徴とする鉄鋼表面に珪素拡散被覆
    を形成する方法。 2 鉄鋼表面にAlを重量%で0.3〜10%含有する
    Fe―Si―Al合金粉末を用いて珪素拡散被覆処理
    を行い、ついでその表面を窒化することを特徴と
    する鉄鋼表面に窒化珪素被覆を形成する方法。
JP12319283A 1983-07-08 1983-07-08 鉄鋼表面にけい素拡散被覆又は窒化けい素被覆を形成する方法 Granted JPS6017064A (ja)

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JPS6017064A JPS6017064A (ja) 1985-01-28
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JPS6017064A (ja) 1985-01-28

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