JPH0356307B2

JPH0356307B2 -

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Publication number: JPH0356307B2
Application number: JP17923986A
Authority: JP
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1986-07-30
Publication date: 1991-08-27
Also published as: JPS6335764A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、金型、治工具類及び機械部品などの
鉄または鉄合金材料の表面にバナジウム（Ｖ）の
炭窒化物層を形成せしめる表面処理方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

鉄または鉄合金材料（以下、被処理材とする）
の表面にバナジウムの炭化物、窒化物または炭窒
化物から成る表面層を被覆すると、被処理材の耐
摩耗性、耐焼付性、耐酸化性、耐食性などの諸性
質が改善されることはよく知られている。この表
面層を被覆する方法について、近年多くの提案が
なされている。例えば、バナジウムのハロゲン化
物などを利用してプラズマCVD（化学的気相蒸着
法）などにより被処理材表面にバナジウムの炭窒
化物から成る表面層を形成しようとする方法が提
案されている（例えば、特開昭55−65357号、特
開昭55−154563号）。これらの方法では、鉄の
A_c1変態点である約700℃以下の温度域で処理す
るため、被処理材の母材に熱による歪みを与える
ことなく表面層を形成することができるものの、
形成された表面層のつきまわり性や密着性が良好
なものを得ることは難しい。また、処理工程が複
雑で、装置が高価である。また、水素中あるいは
減圧中で実施しなければならないので能率も悪
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記従来の問題点を解消して、きわ
めて簡単な装置で、能率よく、低温での加熱処理
により、母材に歪みを発生させることなく、被処
理材に母材との密着性に優れたバナジウムの炭窒
化物から成る表面層を形成する方法を提供しよう
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本第１発明は、鉄または鉄合金材料と、バナジ
ウムを含む材料と、アルカリ金属またはアルカリ
土類金属のシアン化塩、シアン酸塩のうちの１種
または２種以上から成る処理剤とを共存せしめ
て、650℃以下において加熱処理し、バナジウム、
窒素及び炭素を上記鉄または鉄合金材料表面に拡
散せしめることにより、鉄または鉄合金材料表面
にバナジウムの炭窒化物から成る表面層を形成せ
しめることを特徴とする鉄または鉄合金材料の表
面処理方法である。

本第２発明は、鉄または鉄合金材料と、バナジ
ウムを含む材料と、アルカリ金属またはアルカリ
土類金属のシアン化塩、シアン酸塩のうちの１種
または２種以上及びアルカリ金属またはアルカリ
土類金属の塩化物、ホウ弗化物、弗化物、酸化
物、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩
のうちの１種または２種以上から成る処理剤とを
共存せしめて、650℃以下において加熱処理し、
バナジウム、窒素及び炭素を上記鉄または鉄合金
材料表面に拡散せしめることにより、鉄または鉄
合金材料表面にバナジウムの炭窒化物から成る表
面層を形成せしめることを特徴とする鉄または鉄
合金材料の表面処理方法である。

本発明において、鉄または鉄合金材料はバナジ
ウムの炭窒化物層を表面に形成する被処理材であ
る。該鉄または鉄合金材料としては、炭素を含む
もの、例えば炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、焼結合金等
でもよく、また純鉄のような炭素を全く含まない
ものでもよい。また、窒素は含まれている必要は
ないが、含まれていてもさしつかえない。

本発明において、上記被処理材と、バナジウム
を含む材料と、処理剤とを共存せしめて、加熱す
る加熱処理は、被処理材の表面にバナジウムと窒
素と炭素とを拡散させて、バナジウムの炭窒化物
から成る表面層を形成するものである。

なお、以降の作用で述べるように、形成される
バナジウムの炭窒化物から成る表面層とは、バナ
ジウムを主成分とする炭窒化物から成る層（外
層）と、その直下の鉄の炭窒化物から成る層（内
層）との２層である。また、該鉄の炭窒化物層
（内層）の直下には窒素の鉄への固溶体層（拡散
層）が形成されている。

上記バナジウムを含む材料とは、被処理材の表
面に拡散させるバナジウムを供給するものであ
り、バナジウムを含む金属あるいはバナジウム化
合物等を用いる。該金属としては、金属バナジウ
ムやその合金が挙げられる。上記化合物として
は、VCl₃、VF₅、V₂O₅等の塩化物、臭化物、酸
化物等が挙げられる。しかして、これらバナジウ
ムを含む材料は、これらのうち１種または２種以
上を用いるが、バナジウム金属あるいは鉄バナジ
ウム合金を用いるのが最も実用的である。

また、前記処理剤は、被処理材表面に拡散させ
る窒素と炭素とを供給すると共にバナジウムが被
処理材の表面に拡散する媒介となる働きを有して
いる。該処理材としては、アルカリ金属またはア
ルカリ土類金属のシアン化塩、シアン酸塩の１種
または２種以上（以下、これを第１処理剤とす
る）のみでもよく、あるいは該第１処理剤にアル
カリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物、弗化
物、ホウ弗化物、酸化物、臭化物、ヨウ化物、炭
酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種または２種以
上（以下、これを第２処理剤とする）を混合した
ものでもよい。なお、第１処理剤が鉄合金材料表
面に拡散する窒素と炭素とを供給する。また、第
２処理剤は融点、粘性、蒸発量などを調節し、処
理の安定性を増す働きを有しており、加熱処理方
法によつて適宜選択して使用する。

例えば、第１処理剤としては、NaCN、KCN、
NaCNO、KCNO等が挙げられ、これらのうちの
１種または２種以上を使用する。

また、第２処理剤としては、NaCl、KCl、
CaCl₂、LiCl、NaF、KF、LiF、KBF₄、
Na₂CO₃、LiCO₃、KCO₃、NaNO₃、Na₂O等が
挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を
使用する。

処理剤とバナジウムを含む材料との配合割合
は、処理剤に対して0.5〜30重量％（以下、重量
％を％とする）のバナジウムを含む材料が望まし
い。

この範囲外であると連続的に表面層を形成する
ことが困難になり、またこの範囲の中心に近づく
と、連続的な表面層形成が容易になる傾向にあ
る。

加熱処理方法としては、溶融塩浸漬法、溶融塩
電解法、ペースト法等がある。

以下、これらにつき説明する。

上記溶融塩浸漬法とは、前記処理剤を溶融して
溶融塩浴を形成し、該溶融塩浴にバナジウムを含
む材料と被処理材とを浸漬するものである。

上記溶融塩浴にバナジウムを含む材料を浸漬す
るのは、溶融浴塩中にバナジウムを溶入させるた
めである。バナジウムを溶入させる手段として
は、該材料を粉末状（好ましくは200メツシユ以
下）または薄板状で溶融浴に添加する方法あるい
は棒状または板状の該材料を陽極として溶融浴中
に浸漬して電解しバナジウムを陽極溶解させる方
法等がある。バナジウムを含む材料からバナジウ
ムが溶融塩中に溶入する速度は用いるバナジウム
を含む材料の種類や大きさによつて異なり、被処
理材を浸漬する前に一定時間溶融塩浴を処理温度
あるいは処理温度近辺の温度で保持する（熟成）
ことが必要になる。上記陽極溶解によりバナジウ
ムを溶入する場合には、バナジウムが迅速に溶入
して作業能率を向上させることができ、しかも未
溶解のバナジウムを含む材料が浴底に堆積するこ
とはないという点で有利である。なお、この場合
の陰極としては溶融塩浴の容器または他に挿入し
た導電性物質を使用する。陽極溶解するときの陽
極電流密度は、これを大きくすれば溶入速度は大
きくなるが、電解しなくても溶入することから考
えても、比較的低い電流密度で充分である。実用
上は0.1〜0.8A／cm²が適当である。

浴中に溶入したバナジウムは処理剤から供給さ
れる窒素及び炭素と共に被処理材表面に拡散して
バナジウムの炭窒化物から成る表面層を形成す
る。

なお、溶融塩浴の容器としては黒鉛や鋼などが
用いられるが、実用上は鋼で充分である。

また、前記溶融塩電解法とは、処理剤を溶融せ
しめた浴にバナジウムを含む材料を浸漬しバナジ
ウムを溶入せしめた状態で、該溶融塩浴に被処理
材を陰極として浸漬し、電解処理を行うものであ
る。なおこの場合、陽極として浴の容器または別
に挿入した導電性物質を用いる。

処理剤を溶融した浴にバナジウムを含む材料を
浸漬してバナジウムを溶入する手段は前記溶融塩
浸漬法と同様な方法でよい。また処理剤の溶融塩
浴にバナジウムを含む材料を陽極、被処理材を陰
極として浸漬し電解処理を行うこともできる。こ
の場合、バナジウムの陽極溶解と表面層の形成と
を同時に行うことができるというメリツトがあ
る。

また、被処理材を浸漬して電解処理を行う陰極
電流密度は2A／cm²以下、実用的には0.05〜
1.0A／cm²が適当である。

なお、上記溶融塩浸漬法、溶融塩電解法とも大
気雰囲気あるいは保護ガス（N₂、Ar等）中いず
れにても処理が可能である。

ペースト法とは、前記処理剤とバナジウムを含
む材料との混合粉末あるいは前記のように予めバ
ナジウムを溶入させた処理剤を冷却固化させた後
に粉砕した粉末をペースト状にし、被処理材に被
覆して加熱するものである上記粉末をペースト化するためにはデキストリ
ン水溶液、グリセリン、水ガラス、エチレングリ
コール、アルコール等の粘着剤を添加する。この
粉末のペーストは、被処理材の表面に通常１mm以
上の厚さで被覆される。ペーストを被覆された鉄
合金材料は、通常容器に入れられて加熱炉で加熱
される。雰囲気は大気中でよいが非酸化性雰囲気
下ではペーストの被覆層を薄くすることができ
る。また、このペースト法では、ペーストの被覆
された表面部のみに表面層が形成されるため被処
理材の任意の一部表面部のみに表面層を形成する
ことができる。

また、この粉末の粒度は、JISNo.100のフルイ通
過程度でよい。これより粗くとも細かくとも特に
大きな影響はない。

以上のような加熱処理の加熱温度は650℃以下
とする。650℃以下の温度域で処理することによ
り被処理材の母材が歪みを受けにくくなる。ま
た、その下限温度としては450℃とするのが望ま
しい。450℃より低温で加熱処理を施した場合、
表面層の形成速度は非常に遅い。実用上はダイス
鋼の高温焼戻し温度、構造用鋼の焼戻し温度の
500〜600℃が望ましい。

加熱処理の処理時間が長くなれば表面層（バナ
ジウムを主成分とする炭窒化物層及びその直下の
鉄の炭窒化物層）の厚さは共に増加し、短時間処
理ではバナジウムを主成分とする炭窒化物層中の
バナジウム含有量も増加する。このため処理時間
は所望とする上記表面層の厚さあるいはバナジウ
ム含有量により定まるが、１〜50時間の範囲で選
ばれる。

また、形成する表面層の厚さは３〜15μｍ程度
また、表面層中のバナジウムを主成分とする炭窒
化物層の厚さは１〜10μｍ程度が実用的である。
それを越える厚さに達すると被処理材の靭性が低
下する恐れがある。

〔作用〕

本発明によるバナジウムの炭窒化物から成る表
面層の形成機構は明確ではないが、本発明者らが
Ｘ線回折、マイクロアナライザ分析や処理時間と
厚さの関係などから判断すると、以下のようにな
つていると考えられる。（以下のｍ、ｎ、ｏ、ｐ
はそれぞれ数字を表す）。

まず、被処理材である鉄または鉄合金材料に外
部から窒素（Ｎ）と炭素(C)とが拡散し、被処理材
の表面部の鉄（Fe）と反応してFe_n（Ｃ、Ｎ）_oの
形で窒化物層が形成される。なお、被処理材中に
炭素(C)あるいは（Ｎ）が含まれているとこの炭素
あるいは窒素（Ｎ）もFe_n（Ｃ、Ｎ）_oに含まれる。
また、この窒化物層の直下には、窒素の固浴体
（Fe−Ｎの形）も形成される。これらの反応は表
面から次第に内部へと進行する。

その直後に、上記窒化物層に外部からのバナジ
ウム（Ｖ）が拡散する反応が始まり、上記２つの
反応が平行に進行する。この拡散はFe_n（Ｃ、Ｎ）
_oのFeとＶが置換する反応であり、窒化物層は
（Ｖ、Fe）_p（Ｃ、Ｎ）_pに変化し、その反応は表面
から次第に内部に進行する。なお、（Ｖ、Fe）_p
（Ｃ、Ｎ）_p層においては表面ほどＶが多く、母材
に近いほどFeが多い傾向にある。従つて条件に
よつては表面部のFe量は著しく小さく、V_p（Ｃ、
Ｎ）_pと表示するのが妥当な場合もある。

従つて、形成される表面層は表面側に（Ｖ、
Fe）_p（Ｃ、Ｎ）_p層が形成され、更に母材側にFe_n
（Ｃ、Ｎ）_o層が形成される。

更に、上記の反応の他に被処理材表面にＶとＮ
あるいはＶとＮおよびＣが化合した形で直接折出
する反応も同時に起こつているであろう。

この（Ｖ、Fe）_p（Ｃ、Ｎ）_p層とFe_n（Ｃ、Ｎ）_o
層、それに鉄・窒素の固浴体層の厚さ、および厚
さの比率および化学組成は、母材種類、処理温
度、時間、処理剤の種類、混合比などによつて調
節することが可能である。

なお、本発明者らは先に鉄合金材料からなる被
処理材の表面処理法として被処理材の表面に周期
率表第Va族元素の窒化物あるいは炭窒化物から
成る表面層を形成せしめることを特徴とする表面
処理法に関する発明を行い、出願した（特願昭60
−178781号）。これは、被処理材の表面に鉄・窒
素または鉄・炭素・窒素の化合物層を形成させる
窒化処理を施した後、被処理材と、第Va族元素
を含む材料と、アルカリ金属またはアルカリ土類
金属の塩化物、弗化物、ホウ弗化物、酸化物、臭
化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうち
の１種または２種以上あるいはハロゲン化アンモ
ニウム塩または金属ハロゲン化物の一方または双
方から成る処理剤とを共存せしめて、580℃以下
において加熱処理し、第Va族元素を上記窒化処
理によつて形成されている化合物層に拡散せしめ
ることにより、被処理材の表面に第Va族元素の
窒化物あるいは炭窒化物から成る表面層を形成せ
しめたことを特徴とする表面処理方法（以下、２
回処理法と称す）であつた。

本発明と先の２回処理法では、熱による歪の発
生しにくい低温で、塩浴法やペースト法を用い、
被処理材の表面にバナジウムの炭窒化物から成る
表面層を形成せしめる点で似ているが、以下の点
で大きく異なる。

(A) 炭窒化物層形成の機構２回処理法では、１回目の処理で鉄・窒素お
よび鉄・炭素・窒素の化合物層を形成し、２回
目の処理で第Va族元素と上記窒化物層中の鉄
との置換反応によつて第Va族元素の窒化物層
および炭窒化物層が形成される。したがつて該
窒化処理した被処理材に形成させ得る表面層の
最大厚さは、１回目の処理で形成された鉄・窒
素および鉄・炭素・窒素の化合物層の厚さと同
じであり、従つて表面層の厚さは１回目の窒化
処理によつて規定される。

これに対して本発明では、後の実施例にも示
すように、表面側のバナジウムを主成分とする
炭窒化物層、母材側の鉄の炭窒化物層ともに、
処理時間の1/2乗にほぼ比例して厚く形成され
る傾向である。

(B) 処理材の特性形成された層の硬さ、耐摩耗性、耐焼付性は
同じ程度であるが、被処理材の靭性の面で大き
な差が見られる。

一般の窒化処理では、母材の靭性の低下を防
ぐために、表面に化合物層を形成させないよう
に処理するのが普通である。これに対し、先に
出願した２回処理法では、化合物層を厚く形成
されることが必要であり、それに伴つて鉄・窒
素の固浴体層も厚く形成される。実施例中に示
したＸ線マイクロアナライザーによる分析の結
果でも、窒素が母材中に多く固浴されているの
が明確で、これらは母材の靭性に悪影響をおよ
ぼす。

本発明による処理では、２回処理法の場合に
比べて、後の実施例にも見られるように母材中
の窒素固溶量が極めて少なく、鉄・窒素の固溶
体層も薄い。したがつて、２回処理法による被
処理材に比べて本発明による被処理材の方が靭
性が高いと考えられる。

(C) 処理能率２回処理法では、２回の異なつた処理が必要
であるのに対し、本発明の処理法では、１回の
処理で層の形成が可能である。従つて処理能率
が高い他、設備も少なくてすむ利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、前記特定の処理剤を用い、
650℃以下という低温においてバナジウムの拡散
処理を行うので、低温において、鉄または鉄合金
材料にバナジウムの炭窒化物から成る優れた表面
層を形成することができる。

また、低温で鉄または鉄合金材料を加熱するた
め、材料の母材に歪みが発生しにくい。更に低温
処理による操作性が良好であり、多大のエネルギ
ーを必要としない。

また、本発明による層は拡散によつて形成され
るため、低温で処理するにもかかわらず、拡散反
応のないPVDによる炭化物層、窒化物層の場合
と異なり母材との密着性に優れ、緻密な表面層を
形成することができる。また、形成された層の厚
さは実用上十分なものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を説明する。

実施例１ NaCNO53wt％とKC112wt％とCaCl₂35wt％と
の混合物の入つた耐熱容器を大気中の電気炉にて
加熱して570℃の溶融塩浴を形成し、更に−100メ
ツシユのフエロバナジウム（Fe−Ｖ、JIS1号）
粉末を上記溶融塩浴に対して15wt％添加した。
この溶融塩浴に直径６mm、長さ20mmのJIS・
SKH51丸棒試験片を１〜50時間浸漬後、取り出
して空冷した。付着溶剤を洗浄除去後断面を研磨
して、断面組織の観察を行つた。一例として、８
時間浸漬処理して形成された表面層の断面組織の
顕微鏡写真（倍率1000倍）を第１図に示す。該表
面層は表面の滑らかな層であり、内層と外層の２
層から成つている。この試料の断面について、Ｘ
線マイクロアナライザーによる分析を行つた結果
は、第２図に示すように表面層中にはＶ、Feと
ともにＮとＣが認められ、外層にはＶとＮが、内
層にはFeとＣが多く検出された。また、層直下
の母材中へのＮの固溶量は極めて少ない。表面か
らの分析結果によれば、約50％のＶ量が存在し、
さらにＸ線回折ではVC、VN、Fe₃Cに相当する
回折線が認められた。このことより形成された表
面層は、内層がFe_n（Ｃ、Ｎ）_oから成る鉄の炭窒
化物層、外層が（Ｖ、Fe）_p（Ｃ、Ｎ）_pから成るバ
ナジウム−鉄の炭窒化物層であることが確かめら
れた。浸漬時間を、１〜50時間の間で４種類に変
えて処理した試験片の断面組織の観察により、表
面に形成された層の厚さを測定した結果を第３図
の曲線Ａ，Ｂに示す。ここで、曲線Ａは内層
〔Fe_n（Ｃ、Ｎ）_o層〕と外層〔（Ｖ、Fe）_p（Ｃ、Ｎ）
_p層〕の合計厚さ、曲線Ｂは、外層の厚さを示す。
内層と外層の合計厚さ、外層の厚さともに、処理
時間の1/2乗にほぼ比例して増加する傾向であつ
た。

なお、本実施例で形成された層の密着性を調べ
るため、ロツクウエル硬度計を用い、H_RＣ測定
条件で圧子を落下させ、圧痕周辺に現れる変化を
観察した。その結果、本処理で形成された層で
は、圧痕周辺母材の盛上がりにより、層に引張応
力が作用して、約10本のクラツクが放射線状に発
生したが、層の剥離は認められなく、良好な密着
性を示した。一方比較のために、同様のテストを
イオンプレーテイングによるTiN層に行つた結
果では、周辺の層は円環状に完全に剥離した。ま
た1000℃の溶融塩浴中で形成されたVC層では本
実施例層と同様のクラツクが見られた。

実施例２ NaCNO57wt％とNaCN13wt％とNaC19wt％
とCaCl₂21wt％との混合物の入つた耐熱鋼容器を
大気中の電気炉にて加熱して550℃の溶融塩浴を
形成し、更にこの浴中にVCl₃粉末（−320メツシ
ユ）を上記溶融塩浴に対して15wt％添加したこ
の溶融塩浴に直径８mm、長さ20mmのJIS・S45C丸
棒試験片を８時間浸漬後、取り出して空冷した。

試験片の断面組織の顕微鏡写真（倍率400倍）
を第４図に示す。表面に形成された層は実施例１
の場合と同様２層から成り、Ｘ線回折や第５図に
示すＸ線マイクロアナライザー分析の結果より、
実施例１の場合と同様、内層がFe_n（Ｃ、Ｎ）_oか
ら成る鉄の炭窒化物層、外層が（Ｖ、Fe）_p（Ｃ、
Ｎ）_pから成るバナジウム−鉄の炭窒化物層である
ことが確かめられた。

また、ロツクウエル硬度計による密着性評価で
も実施例１と同様のクラツク発生形態であり、良
好な密着性を持つた層であると判定される。

実施例３実施例１に用いたのと同じNaCNO53wt％と
KC112wt％とCaCl₂35wt％との混合物の入つた
黒鉛容器を大気中の電気炉にて加熱して570℃に
保持し、更にこの浴の中央に60×30×４mmの板状
のFe−Ｖ（JIS1号）を挿入し、これを陽極、黒鉛
容器を陰極として、0.6A／cm²の陽極電流密度で
約16時間通電した。Fe−Ｖ板の重量減少から計
算すると、この陽極溶解処理により、塩浴量全体
に対して約６％のバナジウムが浴中に浴入され
た。この溶融塩浴中に直径６mm、長さ15mmの
SKH51丸棒試験片を24時間浸漬した後、取り出
し空冷した。

処理された試片を切断して、光学顕微鏡および
Ｘ線マイクロアナライザー分析で調べたところ層
は２層に形成され、第６図に示すように表面層中
には、Ｖ、FeとともにＮとＣが認められ、外層
にはＶとＮが、内層にはFeとＣが多く検出され
た。また、Ｘ線回折結果では、VC、VN、Fe₃C
に相当する回折線が認められた。

密着性も、実施例１、２と同様良好な結果が得
られた。

実施例４ NaCNO51wt％とNaCl21wt％とNa₂CO₃28wt
％との混合物の入つた黒鉛容器を大気中の電気炉
にて570℃に加熱して溶融塩浴を調整し、更にこ
の浴に−100メツシユのFe−Ｖ（JIS1号）粉末を
溶融塩に対して20％添加した。この570℃の浴に
直径８mm、長さ20mmのS45C試片を浸漬して、こ
れを陰極、黒鉛容器を陽極として陰極電流密度
0.05A／cm²で８時間通電して電解処理を行つた。

試片を浴から取り出して空冷し、切断して光学
顕微鏡により断面の組織観察を行つた。表面層の
断面組織の顕微鏡写真を第７図に示す。他の実施
例の場合と同様に表面層は外層と内層の２層から
成り、第８図にＸ線マイクロアナライザーによる
分析結果を示すように、外層にはＶとＮが内層に
はFeとＣが多く認められた。これも他の実施例
の同様の結果であつた。

実施例５ NaCNO45wt％とKC110wt％とCaCl₂25wt％と
Fe−Ｖ（JIS1号）粉末20wt％を650℃に加熱し、
この溶融浴を十分撹拌して均一とした後、この浴
の４重量部に対して、黒鉛とアルミナ粉末をそれ
ぞれ１重量部を添加し、さらに十分に混合しスラ
リー塗布用処理剤を作成した。

その後、上記処理剤を冷却し、粉末状としたの
ち、エチルアルコールを添加してスラリー状と
し、これをS45Cに約５mmの厚さに塗布し乾燥さ
せた。上記試料を窒素雰囲気中で570℃で８時間
加熱後冷却した。

試料に付着した処理剤を除去後、Ｘ線回折、Ｘ
線マイクロアナライザーで調べた結果、実施例１
と同様、２層からなる表面層が形成され、内層が
Fe_n（Ｃ、Ｎ）_oから成る鉄の単窒化物層、外層が
（Ｖ、Fe）_p（Ｃ、Ｎ）_pから成るバナジウム−鉄の
炭窒化物層であることが確かめられた。

実施例６実施例１に用いたのと同じく、NaCNO53wt％
とKC112wt％とCaCl₂35wt％との混合物の入つ
た耐熱容器を大気中の電気炉にて加熱して570℃
の溶融塩浴を形成し、更に100メツシユのフエロ
バナジウム（Fe−Ｖ、JIS1号）粉末を上記溶融
塩浴に対して15wt％添加した。この溶融塩浴に
予め標準条件で焼入焼もどしされた直径6.5mm、
長さ40mmのSKH51試片を８時間浸漬後、取り出
して空冷した。

付着浴剤を洗浄除去後、形成された表面層をＸ
線回折で調べたところ、VC、VN、Fe₃Cに相当
する回折線が確められた。

次に上記バナジウム炭窒化物被覆試片（試料No.
１）について、ガス浸炭焼入されたJIS・
SCM415を相手材としてフアビリー試験機により
乾式、荷重200Kg、回転数300rpm摩擦速度0.1
ｍ／sec、試験時間4minの条件で摩擦試験を実施
した。また、比較のためJIS・SKH51焼入焼もど
し試片（試料No.S1）と窒化処理のみ施した
SKH51試片（試料No.S2）についても同様の摩擦
試験を実施した。

試料No.S1の試片は、約17mg／cm²の摩耗量を示
し、試験開始から30秒後に測定された摩擦係数は
0.280であつた。また試料No.S2の試片は約15mg／
cm²の摩耗量を示し、試験開始から30秒後の摩擦係
数は0.265であつた。

これに対して本実施例による試料No.１の試片で
は、摩耗量は約３mg／cm²と小さく、試験開始から
30秒後の摩擦係数も0.150と小さかつた。

また1020℃の高温の溶融塩浴中に1.5時間浸漬
して約3μｍ厚さの炭化バナジウム層（VC）を被
覆したJIS・SKH51試片、あるいは850℃、４時
間の条件で化学気相蒸着法（CVD）により8μｍ
厚さのTi（Ｃ、Ｎ）からなるチタンの炭窒化物層
を被覆したJIS・SKH51試片についても同様の摩
擦試験を行つたところ、本実施例により処理した
試料No.１の試片とほとんど同じような摩耗量およ
び摩擦係数であつた。このことより、本実施例に
より形成した表面層は、高温での溶融塩浸漬法や
CVDにより形成した表面層に比べて、耐摩耗性
や耐焼付性の点において劣つていないことがわか
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第７図はそれぞれ実施例１、
２、４において本発明の処理により形成された表
面層の断面組織を示す顕微鏡写真（第１図：1000
倍、第４図、第７図：400倍）、第２図、第５図、
第６図、第８図はそれぞれ実施例１、２、３、４
において本発明により処理された鉄合金材料の表
面部のＸ線マイクロアナライザー分析結果を示す
線図、第３図は実施例１において形成された表面
層の層厚さの浸漬時間に対する変化を示す線図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１鉄または鉄合金材料と、バナジウムを含む材
料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のシ
アン化塩、シアン酸塩のうちの１種または２種以
上から成る処理剤とを共存せしめて、650℃以下
において加熱処理し、バナジウム、窒素及び炭素
を上記鉄または鉄合金材料表面に拡散せしめるこ
とにより、鉄または鉄合金材料表面にバナジウム
の炭窒化物から成る表面層を形成せしめることを
特徴とする鉄または鉄合金材料の表面処理方法。２上記バナジウム材料は、金属バナジウム、バ
ナジウム合金、バナジウム化合物の１種または２
種以上から成る特許請求の範囲第１項記載の鉄ま
たは鉄合金材料の表面処理方法。３上記加熱処理は、上記処理剤を溶融せしめた
溶融塩浴中にバナジウムを含む材料と鉄または鉄
合金材料とを浸漬することにより行う特許請求の
範囲第１項記載の鉄または鉄合金材料の表面処理
方法。４上記加熱処理は、上記処理剤を溶融せしめる
と共に、バナジウムを含む材料を浸漬した溶融塩
浴中で鉄または鉄合金材料を陽極とし、電解処理
により行う特許請求の範囲第１項記載の鉄または
鉄合金材料の表面処理方法。５上記加熱処理は、上記処理剤とバナジウムを
含む材料との混合粉末のペーストを鉄または鉄合
金材料に塗布した状態において行う特許請求の範
囲第１項記載の鉄または鉄合金材料の表面処理方
法。６鉄または鉄合金材料と、バナジウムを含む材
料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のシ
アン化塩、シアン酸塩のうちの１種または２種以
上およびアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
塩化物、弗化物、ホウ弗化物、酸化物、臭化物、
ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硼酸塩のうちの１種
または２種以上から成る処理剤とを共存せしめ
て、650℃以下において加熱処理し、バナジウム、
窒素及び炭素を上記鉄または鉄合金材料表面に拡
散せしめることにより、鉄または鉄合金材料表面
にバナジウムの炭窒化物から成る表面層を形成せ
しめることを特徴とする鉄または鉄合金材料の表
面処理方法。７上記バナジウム材料は、金属バナジウム、バ
ナジウム合金、バナジウム化合物の１種または２
種以上から成る特許請求の範囲第６項記載の鉄ま
たは鉄合金材料の表面処理方法。８上記加熱処理は、上記処理剤を溶融せしめた
溶融塩浴中にバナジウムを含む材料と鉄または鉄
合金材料とを浸漬することにより行う特許請求の
範囲第６項記載の鉄または鉄合金材料を表面処理
方法。９上記加熱処理は、上記処理剤を溶融せしめる
と共に、バナジウムを含む材料を浸漬した溶融塩
浴中で鉄または鉄合金材料を陰極とし、電解処理
により行う特許請求の範囲第６項記載の鉄または
鉄合金材料の表面処理方法。１０上記加熱処理は、上記処理剤とバナジウム
を含む材料との混合粉末のペーストを鉄または鉄
合金材料に塗布した状態において行う特許請求の
範囲第６項記載の鉄または鉄合金材料の表面処理
方法。