JPH0351795B2 - - Google Patents

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JPH0351795B2
JPH0351795B2 JP20754884A JP20754884A JPH0351795B2 JP H0351795 B2 JPH0351795 B2 JP H0351795B2 JP 20754884 A JP20754884 A JP 20754884A JP 20754884 A JP20754884 A JP 20754884A JP H0351795 B2 JPH0351795 B2 JP H0351795B2
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JPS6187873A (ja
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Takeo Oki
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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
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、被処理物品表面に金属化合物層を形
成する方法、特に、被処理物品表面に溶融塩化物
浴を使用して、金属化合物、例えば金属炭化物あ
るいは金属ホウ化物からなる金属化合物層を形成
する方法に関する。 (従来の技術) 従来より、金属材料、特に鉄系材料において表
面硬度あるいはその耐摩耗性を向上させる目的で
各種金属あるいは非金属元素を例えば炭化物、ホ
ウ化物の形態で材料表面に付着させる各種の方法
が知られている。一般には、メツキ法、電解ある
いは無電解溶融塩浴浸漬法、セメンテーシヨン
法、溶射法、放電硬化法、etc.である。 例えば、無電解溶融塩浴浸漬法は、溶融ホウ酸
または溶融ホウ酸塩浴中に目的とする金属を溶融
し、これに被処理物品を浸漬することによつて、
上記金属の炭化物あるいはホウ化物層を被処理材
表面に付着する方法である。一般に金属炭化物あ
るいはホウ化物は硬く、耐摩耗性に富んでいるの
で、耐摩耗性部品、例えば金型、治工具、工作機
械あるいは自動車の摺動部品などとして今日広く
使用されている。 (発明が解決すべき問題点) このように、今日実用化されている処理方法に
は多くのものがあるが、溶融塩浸漬法はその処理
方法が簡便であるということから、実用化には魅
力のある方法である。なお、電解溶融塩浸漬法は
上述の浸漬時に被処理材を陰極として電解を併せ
て行う方法であり、金属化合物の析出が促進され
るが、処理操作がかなり複雑となり、高価な処理
といえる。 そこで、本発明者は溶融塩浴による表面処理に
着目して検討をおこなつた。 しかし、被処理物品表面に形成する金属化合物
層は非常に安定したものが要求され、このこと
は、通常の溶融塩化物浴では多くの金属化合物は
遊離してこない、つまり反応しないということで
あり、一般にそのような金属化合物の形成は困難
と考えられていた。そのために従来はホウ酸もし
くはホウ酸塩浴を利用しているのである。 ここに、本発明者は、溶融塩の組成並びにそれ
に添加する金属化合物の種類についてその組合せ
を種々検討し、反応エネルギー的に最も可能性の
ある組合せをいくつか取り出して、実際に処理を
行つてみたところ、従来、反応しないと考えられ
ていた金属酸化物についてもフツ化物の存在下で
はフツ化金属イオンに変化し、かかる化合物の存
在下では例えば金属炭化物(あるいはホウ化物)
が容易に被処理物品表面に析出し、そのようにし
て得られた処理表面が基体と密着するとともにす
ぐれた硬さ、耐摩耗性、さらには耐食性を有する
ことを見出し、ここに本発明を完成した。 ここに、本発明の特徴とするところは、被処理
物品表面に溶融塩浴により目的とする金属の化合
物から成る表面皮膜を形成する方法であつて、フ
ツ化物含有溶融塩化物浴に上記の目的とする金属
の酸化物および単体金属もしくは該金属を含む合
金を添加して浸漬浴を調製し、次いで、処理すべ
き前記被処理物品を適宜時間該浸漬浴に浸漬する
ことを特徴とする、被処理表面に金属化合物層を
形成する方法である。 本発明における技術的特徴は、溶融塩化物浴に
目的金属のフツ化金属イオンが形成され、これが
各種金属化合物として被処理物品表面に析出する
ことであり、したがつて、フツ化金属イオンが生
成する限り本発明はそれに由来する具体的金属化
合物およびそれの有する具体的特性に制限されな
い。 上述の金属化合物の析出反応は該金属化合物が
炭化物である場合被処理物品に炭素が含まれると
きに、加速されるから、好ましくは前記被処理物
品は炭素0.1重量%以上含有する鉄系材料あるい
は超硬合金さらには炭素繊維材料である。また、
前記金属化合物が金属ホウ化物である場合、前記
被処理物品がホウ素含有材料から成るものであつ
てもよい。 上記溶融塩浴に目的とする金属の酸化物を添加
する場合には、単体金属もしくは合金をも添加し
て浸漬浴を調製する。 本発明は塩化物浴の有する利点を利用するもの
で、前記溶融塩化物浴はアルカリ金属、アルカリ
土類金属の塩化物の少なくとも一種から成るもの
であつてもよく、また一態様によれば、前記フツ
化物はアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフ
ツ化物である。 (作用) 上記溶融塩化物浴は、一般にはKCl−BaCl2
基本組成とし、これにフツ化物、例えばNaFを
添加したものである。その他、溶融塩化物浴とし
ては、代表的にはNaCL、LiCl、CaCl2等が例示
され、またフツ化物としては、NaF、KF、LiF、
CaF2、BaF2等がある。好ましくはアルカリ金属
塩化物−アルカリ土類金属塩化物−アルカリ金属
フツ化物から成る浴組成が好ましい。そのときの
具体的組成割合などはすでに当業者には明らかな
ところであるが、一般には、KCl−BaCl2−NaF
系の場合、KClは、5〜95モル%、BaCl2は、5
〜95モル%、そしてNaFは、5〜50モル%であ
る。フツ化物が50モル%を超えると、浴温度が高
くなりすぎるばかりでなく、腐食の問題が生じ
る。 目的とする金属の種類は特に制限されないが、
本発明にかかる処理方法の一つの目的が被処理材
の耐摩耗性向上にあることから、一般には硬質金
属、例えばCr、V、W、Mo、Ti、Zr.Hf、Nb、
Ta等周期律表第a族、第Va族および第a族
金属である。 このような目的金属は、一部は化合物として代
表的には、酸化物として上記溶融塩化物浴に加え
られるが、これは入手も容易であり、また、一般
的に取扱も容易であることから、有利である。ま
た、他の一部は、金属粉末として添加される。こ
れは目的金属の単体金属またはそれを含む合金、
例えばフエロアロイなどとして添加してもよく、
これも本発明の有利な点である。 このように、フツ化物としてナトリウム金属フ
ツ化物を使用した場合、溶融塩中のNaFと酸化
物とが反応して、部分的にフツ化金属カリ、ソー
ダ等が生成する。そしてそれらは、それぞれ、例
えば、TiO2→NaK2TiF6、Cr2O3→NaCrF3
V2O5→Na3VF6、B2O3→KBF4、WO3→K3WF6
である。そしてそれらは、次いで被処理金属表面
で反応して、それぞれ、TiC、Cr7C3、VC、
BFe2、Fe6W6Cなどとなる。 浸漬時間、温度は目的とする生成金属化合物の
種類、被処理物品の材質によつても区々である
が、一般には、800〜1000℃で1〜数時間処理す
れば十分である。 目的とする金属の単体、合金の添加量について
は制限はないが、一般には2〜20%、好ましくは
5〜15%である。同様に金属酸化物の量も2〜7
%、好ましくは5〜7%である。 次に本発明を実施例によつて、さらに具体的に
説明する。なお、本明細書において「%」は特に
ことわりがなければ、「重量%」である。 実施例 本例では、磁性ルツボにKCl、BaCl2および
NaFをそれぞれ42.2、20.2、および37.6モル%加
えて加熱溶融した後、一旦温度を700℃に下げて、
所定量の各金属酸化物および合金粉末(フエロア
ロイ)を添加して、十分撹拌し、浸漬浴とした。 このようにして調製した浸漬浴に第1表に示す
鋼組成の試験片(JIS SKD11)を所定時間だけ
浸漬した。本例で使用した金属酸化物と合金との
組合せは第2表に示すとおりであつた。
【表】 反応条件を種々変えて一連の実験を行つた。そ
れらの結果を第3表ないし第7表にまとめて示
す。 第3表は浸漬温度を種々変えて行つたときの各
生成金属化合物の種類とその被覆厚さとのデータ
をまとめて示す。浸漬時間は2時間であつた。 TiC、Cr7C3、VC、BFe2については温度上昇
につれて被覆量を増加する傾向があるが、
Fe6W6Cの場合は900℃と1000℃とを比較した場
合、被覆量の変化はあまり見られない。 第4表は浸漬時間を種々変えて行つたときの各
金属化合物の種類とその被覆厚さとのデータをま
とめて示す。浸漬温度は1000℃であつた。 TiC、Cr7C3、VC、Fe6W6の場合の各被覆量は
時間に対して、除々に増加しているものの、約3
mg/cm2付近で飽和している。一方、BFe2の場合
の被覆量は反応時間に対してかなりの増加が見ら
れる。 第5表はNaFの量を0、13.9、37.6そして44.5
モル%と変化させたときの各金属化合物の被覆量
をまとめて示す。浸漬温度は1000℃、浸漬時間は
2時間であつた。 いずれの場合も、NaFの量の増加に伴つて被
覆量も増加している。これは添加金属酸化物が
NaFがない場合ほとんど溶解しないためと考え
られる。ただし、Cr7C3の場合わずかに被覆して
いるのは、Cr2O3がNaFの存在しない場合でも多
少の溶解度を有するためである。 第6表は合金添加量と被覆量との関係を示す。
浸漬条件は第5表の場合に同じ。 合金量を5、10、15重量%添加したとき、被覆
量の変化はいずれの金属化合物の場合にもほとん
どみられない。しかし、合金添加量がゼロ%のと
きにはいずれの場合も被覆量は同じくゼロとなつ
ている。つまり、合金(もしくは金属単体)の存
在が反応進行に不可欠である。 第7表は金属酸化物量を変化させた場合の被覆
量の変化を示すものである。浸漬条件は第5表の
場合に同じ。 表に示す結果から、金属酸化物添加量が増加す
るにしたがつて、被覆量は少量ではあるが、増加
する傾向にある。金属酸化物がゼロの場合でも被
覆がみられるのは、添加合金粉末の表面の酸化物
がNaFと反応して、一部フツ化金属イオンが生
成し、反応が進行したためと思われる。 このように、本発明にかかる方法にあつては、
合金(もしくは単体金属)とフツ化金属イオンと
が同時に存在しなければ反応は進行しない。換言
すれば、合金(もしくは単体金属)と金属酸化物
およびフツ化物とが共存しなければ皮膜形成は起
こらないのである。 次に、KCl15g、BaCl220g、NaF7.5g、金属
酸化物1g、合金粉末5gを加えて調製した浸漬
浴を使い、1000℃で2時間処理した場合に得られ
た皮膜についてその硬度、耐摩耗性、および耐食
性をそれぞれ試験した。 第8表はマイクロビツカース硬度計によつて測
定した上記皮膜の表面硬さを示す。 極めて高い硬度が得られるのが分かる。 耐摩耗性の試験は往復動摩耗試験機によつて行
つたが、その結果からは、TiC、Cr7C3、VCを被
覆した試片についてはほとんど摩耗がみられなか
つた。 なお、耐食性についても、H2SO4溶液中では
TiCおよびVCが、またNaCl溶液中ではTiC、
Cr7C3、VCが特に優れていた。 本発明における金属化合物の例として炭化物お
よびホウ化物を例にとつて本発明を説明してきた
が、その他各種の金属化合物が想定されることは
当業者にとつて自明であり、それらについても本
発明は適用されるものと理解されるべきである。 (効果) このように、本発明によれば、取扱いの容易な
溶融塩化物浴を使用するという簡便な浸漬処理だ
けで従来のホウ酸塩浴で得られた、あるいは電解
処理と組合せて得られた表面皮膜と同等あるいは
それより優れた表面皮膜が得られるのであつて、
当業界の発展に寄与するところ大である。 なお、本発明方法にあつて、必要によりさらに
電解処理法を組合せても良いことは明らかであ
る。
【表】
【表】 (注) カツコ内は皮膜厚さ
【表】 (注) カツコ内は皮膜厚さ
【表】
【表】 (注) カツコ内は皮膜厚さ
【表】 (注) カツコ内は皮膜厚さ
【表】 (注) カツコ内は皮膜厚さ
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被処理物品表面に溶融塩浴により目的とする
    金属の化合物から成る表面皮膜を形成する方法で
    あつて、フツ化物含有溶融塩化物浴に上記の目的
    とする金属の酸化物および単体金属もしくは該金
    属を含む合金を添加して浸漬浴を調製し、次い
    で、被処理物品の処理すべき表面を適宜時間該浸
    漬浴に浸漬することを特徴とする、被処理物品表
    面に金属化合物層を形成する方法。 2 前記被処理物品が炭素0.1重量%以上含有す
    る鉄または鉄合金から成る物品である、特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 3 前記金属化合物が金属炭化物である特許請求
    の範囲第1項または第2項記載の方法。 4 前記金属化合物が金属ホウ化物である特許請
    求の範囲第1項または第2項記載の方法。 5 前記溶融塩化物浴がアルカリ金属およびアル
    カリ土類金属の塩化物の少なくとも一種から成
    る、特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれ
    か1項に記載の方法。 6 前記フツ化物がアルカリ金属またはアルカリ
    土類金属のフツ化物である、特許請求の範囲第1
    項ないし第5項のいずれか1項に記載の方法。
JP20754884A 1984-10-03 1984-10-03 被処理物品表面に金属化合物層を形成する方法 Granted JPS6187873A (ja)

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JPS6187873A (ja) 1986-05-06

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