JPH0424422B2 - - Google Patents

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JPH0424422B2
JPH0424422B2 JP17878185A JP17878185A JPH0424422B2 JP H0424422 B2 JPH0424422 B2 JP H0424422B2 JP 17878185 A JP17878185 A JP 17878185A JP 17878185 A JP17878185 A JP 17878185A JP H0424422 B2 JPH0424422 B2 JP H0424422B2
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JP
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layer
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JP17878185A
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Tooru Arai
Hironori Fujita
Junji Endo
Yoshihiko Sugimoto
Yukio Oota
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Priority to EP86903588A priority patent/EP0264448B1/en
Priority to US07/023,862 priority patent/US4765847A/en
Priority to CA000511632A priority patent/CA1247468A/en
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Publication of JPH0424422B2 publication Critical patent/JPH0424422B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔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
鉄合金材料の表面に周期律表の第Va族元素の窒
化物あるいは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〕 鉄合金材料の表面に第Va族元素の炭化物、窒
化物または炭窒化物から成る表面処理層を被覆す
ると、鉄合金材料の耐摩耗性、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、第
Va族元素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)などにより鉄合金材
料表面に第Va族元素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Ac1変態点である約700
℃以下の温度域で処理するため、鉄合金材料の母
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、鉄合
金材料に母材との密着性の優れた第Va族元素の
窒化物或いは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〕 本発明は、鉄合金材料の表面に鉄・窒素または
鉄・炭素・窒素の窒化物層を形成させる窒化処理
を施した後、該鉄合金材料と、周期律表の第Va
族元素(バナジウム、ニオブ、タンタル)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、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族元素を上記鉄合金材料表
面に拡散せしめることにより、鉄合金材料表面に
第Va族元素の窒化物あるいは炭窒化物から成り、
上記窒化処理の条件に応じた層厚さを有する表面
層を形成せしめることを特徴とする鉄合金材料の
表面処理方法である。 本発明において、鉄合金材料は第Va族元素の
窒化物あるいは炭窒化物層を表面に形成する被処
理材である。該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極くわずかしか
含まないものでもよい。また、鉄合金材料中の炭
素含有量が多ければ、それだけ形成される第Va
族元素の炭窒化物層中の炭素量も増える。そのた
め形成される表面層の炭素量を増やす目的で、窒
化処理に先立つて、浸炭処理等により表面部の炭
素含有量を増加させてもよく、窒化処理中に浸炭
させてもよい。なお、工業用純鉄を被処理材とす
る場合には、母材中に含有される極く微量の炭素
が第Va族元素の炭窒化物層に入る。 窒化処理とは、鉄合金材料の表面に窒素(N)
を拡散させ、窒化物層を形成するものである。こ
の窒化物層は、鉄と窒素とが反応した鉄の窒化物
あるいは鉄と窒素と母材中の炭素とが反応した鉄
の炭窒化物から成る。なお、該窒化物層の直下に
は窒素の鉄への固溶体層(拡散層)が形成されて
いる。そして、この鉄合金材料を第Va族元素を
含む材料と共に加熱処理することにより窒化物層
に第Va族元素が拡散し、第Va族元素と上記窒化
物層中の鉄との置換反応が起こる。この際、窒化
物層が鉄の炭窒化物層の場合には第Va族元素の
炭窒化物から成る表面層が形成され、また窒化物
層が鉄の窒化物層の場合には第Va族元素の窒化
物から成る表面層が形成される。該窒化処理した
鉄合金材料に形成させ得る表面層の最大厚さは、
窒化物層の層厚さと同じであり、従つて表面層の
厚さは窒化処理によつて規定される。 窒化処理の方法としては、ガス窒化、ガス軟窒
化、塩浴軟窒化、グロー放電窒化など如何なる方
法でもよい。窒化物層の窒化濃度は高い方が望ま
しく、また窒化物層厚さは深い方が望ましいが、
最も望ましいのは窒化物層厚さが3〜15μmの範
囲である。窒化物層厚さが浅すぎると形成される
第Va族元素の窒化物あるいは炭窒化物層の厚さ
が薄くなり、一方深すぎると鉄合金材料の靭性が
低下するおそれがある。 鉄合金材料に上記窒化処理を施した後、該鉄合
金材料と第Va族元素を含む材料とを共存させて
加熱処理する。 この加熱処理は、鉄合金材料の表面に第Va族
元素を拡散させて、その窒化物あるいは炭窒化物
から成る表面層を形成するものである。 上記第Va族元素を含む材料とは、鉄合金材料
の表面に拡散させる第Va族元素を供給するもの
であり、該元素を含む金属あるいは該元素を含む
化合物等を用いる。該金属としては、第Va族元
素の金属やフエロバナジウム等の合金が挙げられ
る。上記元素を含む化合物としては、VCl3
NbCl5,K2NbF7,NbF5,VF5,K2TaF7
V2O5,NaVO3,Nb2O5,Ta2O5等の塩化物、弗
化物、酸化物等が挙げられる。しかして、これら
第Va族元素を含む材料は、これらのうち1種ま
たは2種以上を用いるが、純合金を用いるのが最
も実用的である。 また、前記処理剤は、第Va族元素が鉄合金材
料の表面に拡散する媒介となる働きを有してい
る。該処理剤としては、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種以上から成るアルカリ
金属またはアルカリ土類金属の化合物、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ものであり、加熱処
理方法によつて適宜選択して使用する。 例えば、上記アルカリ金属またはアルカリ土類
金属の化合物としては、NaCl,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。また、ハ
ロゲン化アンモニウム塩としては、NH4Cl,
NH4Br,NH4I,NH4F等が挙げられ、金属ハロ
ゲン化物としては、CrI2,CrBr3,TiF4,VCl3
TiBr4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。なおTiやCrを含む化合物
を使用する場合には、第Va族元素(V,Nb,
Ta)と同時にTi,Crが含まれた表面層が形成さ
れる可能性がある。 また、処理剤としてVCl3,NbCl3等の第Va族
元素のハロゲン化物を使用する場合、前記第Va
族元素を含む材料として兼用することもできる。 加熱処理方法としては、処理温度においてこれ
ら処理剤が溶融状態にあるか固体状態にあるかに
よつて、溶融塩浸漬法、溶融塩電解法、粉末法等
がある。また、該粉末法には、埋設法、ペースト
法、非接触法、流動層法がある。 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
溶融浴を形成し、該溶融浴に第Va族元素を含む
材料と鉄合金材料とを浸漬するものである。この
方法で用いる処理剤は、前記処理剤のうちのアル
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、炭酸塩、硝酸塩、酸化物、硼酸
塩の1種または2種以上、あるいは加熱処理温度
以下の温度で溶融し蒸発しない金属ハロゲン化物
を使用する。なお、溶融状態を良好にするため、
NaClとCaCl2との組合わせのように2種類以上
の上記化合物を使用するのが望ましい。更に溶融
浴の粘性を調節するなどの目的のためにAl2O3
ZrO2等の酸化物やNaCN等のシアン化合物等を
添加してもよい。 上記溶融浴に第Va族元素を含む材料を浸漬す
るのは、溶融浴中に第Va族元素を溶入させるた
めである。第Va族元素を含む材料を浸漬する手
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第Va族元素を陽極溶
解させる方法等がある。上記陽極溶解により第
Va族元素を溶入する場合には、第Va族元素が迅
速に溶入して作業能率を向上させることができ、
しかも未溶解の第Va族元素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。 浴中に溶入した第Va族元素は鉄合金材料の前
記窒化処理により形成された窒化物層表面に拡散
して第Va族元素の窒化物あるいは炭窒化物層を
形成する。 なお、溶融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
しめた浴に第Va族元素を含む材料を浸漬し第Va
族元素を溶入せしめた状態で、該溶融浴に鉄合金
材料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。 処理剤としては、上記溶融塩浸漬法と同様なも
のを使用し、該処理剤を溶融した浴に第Va族元
素を含む材料を浸漬して第Va族元素を溶入する
手段も前記溶融浴塩浸漬法と同様な方法でよい。
また処理剤剤の溶融浴に第Va族元素を含む材料
を陽極、鉄合金材料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、第Va族元素の
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、鉄合金材料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0.8〜0.05
A/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。 次に、前記粉末法とは、前記処理剤と第Va族
元素を含む材料との混合粉末及び鉄合金材料を共
存させ、加熱するものである。 該粉末法において、処理剤と第Va族元素を含
む材料との混合粉末及び鉄合金材料を共存させる
方法としては次のものがある。即ち、埋設法と一
般に言われている鉄合金材料を上記混合粉末中に
埋めこむ方法、ペースト法と一般に言われている
鉄合金材料の表面に上記混合粉末を被覆する方
法、非接触法と一般に言われている一定の空間内
に鉄合金材料と上記混合粉末とを非接触状態で配
置する方法、及び流動層法と一般に言われている
上記混合粉末を流動状態として流動層を形成し該
流動層に鉄合金材料を挿入する方法である。 上記粉末法で用いる処理剤は、アルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属の塩化物、弗化物、臭化
物、ヨウ化物、ホウ弗化物のうちの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もの
である。なお、粉末法の中でも流動層の場合に
は、上記金属ハロゲン化物は、加熱処理温度以下
の温度で昇華または蒸発するもの(TiF4,VF3
TiBr4等)を使用する。これは、加熱処理温度以
下の温度で昇華または蒸発しない金属ハロゲン化
物を使用すると、処理剤から発生し第Va族元素
の拡散の働きに寄与するガスの発生量が少なく生
成する層の厚さが薄くなるためである。 処理剤と第Va族元素を含む材料との配合割合
は、第Va族元素を含む材料に対して0.5〜20重量
%(以下重量%を%とする)の処理剤が含まれる
範囲が望ましい。この範囲外であると連続的に第
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。 また処理剤と第Va族元素を含む材料との混合
粉末の粒度は、埋設法、ペースト法、非接触法を
実施する場合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。また、流動層法を実施する場合60〜350メツ
シユの粒度の範囲のものが好ましい。60メツシユ
より粗いと混合粉末を流動化させるために多量の
ガスを必要とし、しかも表面層形成が進みにく
い。逆に350メツシユより細かくなると混合粉末
が浮遊しやすくなり、取り扱いが困難になる。 混合粉末には、上記処理剤と第Va族元素を含
む材料以外に添加剤を加えることができる。たと
えばペースト法を実施する場合デキストリン、水
ガラス等の粘着剤を添加することができる。ま
た、処理剤の種類によつて加熱処理中に固化しや
すい傾向のものもある。この場合にはアルミナ
(Al2O3)等の不活性粉末を添加することができ
る。更に第Va族元素を含む材料と処理剤の組合
わせによつては表面層形成効果の乏しい組合わせ
もある。かかる場合には従来活性剤として公知の
ハロゲン化物を添加し、表面層形成効果を高める
ことができる。これらの添加物の添加量は、目的
に応じて任意に選択することができる。 以下に、上記した粉末法の具体例である埋設
法、ペースト法、非接触法及び流動層法について
詳しく説明する。 埋設法では、一定の容器に処理剤と第Va族元
素を含む材料との混合粉末を入れ、その粉末中に
被処理剤たる鉄合金材料を埋めこみ、大気下の加
熱炉あるいは雰囲気炉に容器を入れ、容器ごと鉄
合金材料を加熱する方法である。なお、容器の開
口部に外気の侵入を防止するためアルミナ等の不
活性粉末あるいは鉄−ボロン粉末等の金属粉末の
層を設けることがある。 ペースト法とは、混合粉末に例えばデキストリ
ン水溶液、グリセリン、水ガラス、エチレングリ
コールとアルコール等の粘着剤を添加し、混合粉
末をペースト化して使用するものである。この混
合粉末のペーストは、鉄合金材料の表面に通常1
mm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鉄
合金材料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。 非接触法とは、一定の密閉空間中に鉄合金材料
と混合粉末を共存させるものである。具体的には
容器の開口部近くに混合粉末を配置して外気の侵
入を防止し、容器中の混合粉末と接触しない位置
に鉄合金材料を配置する方法で加熱処理を実施す
る。この方法は、鉄合金材料と混合粉末とが接触
していないため作業上の利点がある。 流動層法とは流動層式炉を用いるものであり、
混合粉末が流動中に固まりとなるのを防ぐための
アルミナ等の耐火物を上記混合粉末に添加した粉
末と鉄合金材料とを上記炉中に配置し、更に流動
化ガスを導入して粉末が流動化した流動層状態に
するものである。この方法で加熱処理を実施する
ときわめて平滑な表面層を得ることができ、さら
に流動層の温度分布が均一であるので、均一な厚
さの表面層を形成することができる。流動化ガス
としては、アルゴンガス等の不活性ガスや窒素ガ
ス等の非酸化性ガスを使用することができる。ま
た流動化ガスの流速は流動層中で50cm/分以上と
するのが、表面層に粉末の付着がなく望ましい。
ガス圧としては、取り扱い上0.5〜2Kg/cm2の範囲
がよい。 以上のような加熱処理の加熱温度は580℃以下
とする。580℃以下の温度域で処理することによ
り鉄合金材料の母材が歪を受けにくくなる。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、
第Va族元素の窒化物あるいは炭窒化物から成る
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
500〜580℃が望ましい。 加熱処理の処理時間が長くなれば表面層中の第
Va族元素の含有量が増加する。このため処理時
間は所望とする第Va族元素の含有量により定ま
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
が実用的である。 〔作用〕 本発明による第Va族元素の窒化物あるいは炭
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。なお、以下の説明
は第Va族元素の炭窒化物層を形成する機構につ
いてである(以下のm,n,o,pはそれぞれ数
字を表す)。 まず、被処理材である鉄合金材料に窒化処理を
施すことにより、外部から供給される窒素(N)
が鉄合金材料の表面部の鉄(Fe)及び炭素(C)と
反応してFen(C,N)oの形で窒化物層が形成さ
れる。また、この窒化物層の直下には、窒素の固
溶体(Fe−Nの形)も形成される。 その後、鉄合金材料に加熱処理を施すことによ
り、上記窒化物層に外部からの第Va族元素(以
下Mと表示する)が拡散する。この拡散はFen
(C,N)oのFeとMとが置換する反応であり、窒
化物層は(M,Fe)p(C,N)pに変化する。そし
てFen(C,N)o層がすべて(M,Fe)p(C,N)
pに変化するとそれ以上(M,Fe)p(C,N)p
の成長はない。なお、(M,Fe)p(C,N)p層に
おいては表面ほどM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、Mp(C,N)pと表示する
のが妥当な場合もある。 従つて、形成される表面層の厚さは最初の窒化
処理により形成される窒化物層の厚さと同じであ
る。そのため、窒化処理の条件によつて表面層の
最大層厚さを規定することができる。また、すべ
てのFem(C,N)o層が(M,Fe)p(C,N)p
変化するまでの間は表面側に(M,Fe)p(C,
N)p層、母材側にFem(C,N)o層の存在する二
層から成る表面層が存在している。そしてこの表
面層の厚さは最初のFem(C,N)o層の厚さにほ
ぼ等しい。 また、第Va族元素の窒化物から成る表面層を
形成する場合についても、表面層形成機構は上記
と同様である。 これは本発明方法が580℃以下という低温で加
熱処理を行つているためであり、このような機構
での、したがつてこのような処理時間−厚さ関係
を持つ表面層の形成はこれまで知られていない。
本発明方法では、実施例1の第1図に表されるよ
うに加熱処理を550℃で行つた場合(曲線A)の
表面層厚さ(Fem(C,N)o層の厚さと(M,
Fe)p(C,N)p層厚さの合計厚さ)は加熱処理時
間には影響されていない。それに対して1000℃の
ような高温で加熱処理を行つた場合(曲線S1)
には加熱処理時間が長くなれば一般の拡散処理と
同じく表面層厚さも増加している。 なお実用上には鉄・炭素・窒素の窒化物層を全
部(M,Fe)p(C,N)p層に変えてしまう必要は
ない。2つの層の共存する状態でも、全部が
(M,Fe)p(C,N)p層に変わつた状態でもよい
(鉄・窒素の窒化物層を第Va族元素の窒化物から
成る表面層に変える場合についても同様)。 〔発明の効果〕 本発明によれば、鉄・窒素あるいは鉄・炭素・
窒素の窒化物層を形成後、前記特定の処理剤を用
い、580℃という低温において第Va族元素の拡散
処理を行うので、低温において、鉄合金材料に第
Va族元素の窒化物あるいは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、本発明によつて形成された窒化物層等は
層境界部に鉄量が多く、該層と母材との熱膨張係
数が接近しているため、耐熱衝撃性に優れてお
り、溶融アルミニウム中で使用する場合のように
熱衝撃が加わつても剥離等が起こりにくい。ま
た、形成された層の厚さは実用上十分なものであ
る。 また、本発明の第Va族元素の窒化物または炭
窒化物から成る表面層を形成する方法では、窒化
処理を行わないで第Va族元素の炭窒化物層を形
成する方法に比べて非常に短時間で層を形成する
ことができる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を説明する。なお%は重
量%を意味する。 実施例 1 直径6mm、長さ30mmのJIS・SKH51丸棒試片を
570℃の塩浴中に2時間浸漬して塩浴窒化処理を
施した。次にCaCl2 52モル%とNaCl48モル%と
の混合物の入つた耐熱鋼容器を大気中の電気炉に
て加熱した550℃の溶融塩浴を形成し、更に浴中
に−100メツシユのフエロバナジウム(Fe−V,
JISI号)粉末を上記溶融塩浴に対して20%添加し
た。この550℃の溶融塩浴に上記窒化処理した試
片を1〜25時間浸漬後、取り出して油冷した。付
着浴剤を洗滌除去後、断面を研磨して、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。その結果を第1図の曲線Aに示す。この曲線
Aにおいて浸漬時間0時の厚さとは最初の窒化処
理により形成された窒化物層の厚さであり、1hr
以降の厚さは該窒化物層とバナジウムの炭窒化物
層との合計厚さ(全表面層の厚さ)である(な
お、Vの炭窒化物層の厚さを曲線Bに示す。)。全
表面層の厚さは、処理時間が異なつてもほとんど
同じであり、約4μmであつた。 なお、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400倍)を第2図に
示す。該表面層は表面の滑らかな層であり、しか
も層と母材との境界は複雑に入り組み、密着性に
優れた被覆層である。また、X線マイクロアナラ
イザーによる分析では第3図に示すように表面層
中にはVとともにNとCとが認められた。表面か
らの分析結果によると、約45%のV量が存在し
た。更にX線回折ではVN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、
(V,Fe)(N,C)から成るバナジウムの炭窒
化物層であることが確かめられた。 また、比較のため、上記と同じ処理で窒化され
たJIS・SKH51試片を、1000℃に加熱された上記
と同様な溶融塩浴に浸漬して、処理したところ、
第1図の曲線S1に示される厚さのバナジウム炭
窒化物層が形成された。この比較例で明らかなよ
うに、浸漬時間が長くなるにつれて層厚さは厚く
なつているが、本発明では長くなつても全表面層
厚さは厚くならない。従つて、本発明の炭窒化物
層の形成機構は比較例の高温処理の場合の形成機
構と異なつていることが明らかになつた。 実施例 2 実施例1と同様にしてJIS・S45C試片(直径7
mm、長さ50mm)を塩浴窒化処理した。次に実施例
1と同様の組成のCaCl2 +NaClの溶融塩浴を
調整し、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15%添加した。この
溶融塩浴を500℃にして上記試片を浴に1〜16時
間浸漬し、その後浴中より取り出し油冷した。 形成された表面層は浸漬時間にかかわらずほと
んど同じ層厚さ、同じ組織の層が形成された。一
例として4時間の浸漬で処理された試片を調べた
ところ、第4図の表面層の断面組織の顕微鏡写真
(倍率400倍)に示すように層厚さ約8μmの表面
層が形成されていた。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この表面
層は、(V,Fe)(N,C)より成るバナジウム
の炭窒化物層であることが確かめられた。 実施例 3 外径φ10mm、内径φ6mm、長さ25mmの円筒形
JIS・S48C試片を570℃、6時間でガス軟窒化処
理した。 次に、実施例1と同様の組成のCaCl2
NaClの溶融塩浴を調整し、更にこの浴中に上記
溶融塩浴に対して3%のAl2O3粉末(−320メツ
シユ)と20%のフエロバナジウム合金(JIS1号)
粉末(−200メツシユ)を添加した。この溶融塩
浴を550℃にして上記試片を9時間と25時間でそ
れぞれ浸漬し、その後浴中より取り出し油冷し
た。 これら2種類の試片について真円度を測定した
ところ、すべてほとんど同じ真円度であり、試片
の上部と下部とも約5μmと小さかつた。なお比
較のため溶融塩浴への浸漬温度を850℃(浸漬時
間は4時間)にした場合の試片では真円度は約
20μmであり、本発明で処理した試片に比べて約
4倍も大きかつた。 本発明で処理(浸漬温度550℃、浸漬時間9時
間)した試片を切断して表面層を観察したところ
形成された表面層は厚さ約8μmであり、また、
X線マイクロアナライザーにより分析したところ
該層は、(V,Fe)(N,C)より成るバナジウ
ムの炭窒化物層であることが確かめられた。 実施例 4 JIS・SKD11試片(直径6mm、長さ30mm)を
550℃、3時間の条件でイオン窒化処理した。 次に実施例1と同様の組成のCaCl2 +NaCl
の溶融塩浴を黒鉛容器中で調整し、更にこの浴の
中央に40mm×35mm×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15時間通電し
た。このFe−Vの陽極溶解処理によつてFe−V
板の重量減から計算して塩浴量全体に対して約6
%のバナジウムが浴中に溶入された。この溶融塩
浴中に上記試片を550℃で9時間浸漬した後、取
り出し油冷した。 処理された試片を切断してX線マイクロアナラ
イザー分析で調べたところ、第6図に示すように
表面層中にはVとNの他にCも認められた。ま
た、X線回折結果ではVNの回折線とよく一致し
たことから表面層は、バナジウムの炭窒化物層で
あることが確かめられた。 実施例 5 直径約7mm×長さ50mmのJIS・S45Cの試片を
570℃、1時間塩浴窒化処理した。 次に、KF50モル%とLiF50モル%の混合物の
入つた黒鉛容器を大気中の電気炉にて580℃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)粉末を溶融塩浴に対し
て25%添加した。この580℃の浴に上記窒化処理
した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
電解を行つた。 試片を浴から取り出し油冷して、形成された表
面層をX線マイクロアナライザーにより分析した
ところ、表面層は、(V,Fe)(C,N)より成
ることが確かめられた。また表面からの分析結果
では約45%のVの他に、NとCが確認された。 実施例 6 実施例4と同様にして直径8mm×長さ35mmの工
業用純鉄試片(炭素含有量0.03%以下)をイオン
窒化処理した。 次に、実施例1と同様な組成のCaCl2
NaClの溶融塩浴を鋼容器内で調整し、更に浴中
に−200メツシユのFe−V(JIS1号)粉末を溶融
塩浴に対して30%添加した。この浴を580℃にし
て、浴中に上記試片を8時間浸漬し、その後浴か
ら取り出し油冷した。 形成された表面層は、第7図の断面組織の顕微
鏡写真(倍率400倍)に示すように層厚さがイオ
ン窒化処理した時の窒化物層の厚さと同じ約12μ
mであつた。また、X線マイクロアナライザー分
析結果より表面層には約70%のVの他NとCとが
認められた。 また、X線回折の結果からは、V2NとVNの回
折線が認められ、形成された表面層は、(V,
Fe)2(C,N) +(V,Fe)(C,N)より成る
バナジウムの炭窒化物層であることが確かめられ
た。 実施例 7 実施例1と同様にしてJIS・S45C試片を塩浴窒
化処理した。 次に、Li2CO345%、K2CO325%、Na2CO330%
の混合物の入つた耐熱鋼容器を大気中の雰囲気炉
にて550℃に加熱して溶融塩浴を調整し、更にこ
の浴に−100メツシユの純ニオブ粉末を溶融塩浴
に対して30%添加した。この浴を十分に撹拌した
後、この550℃の浴に上記試片を4時間浸漬保持
した。 試片を浴から取り出し油冷して、形成された表
面層をX線マイクロアナライザーにより分析した
ところ、第8図に示すように表面層には、Nbの
他NとCとが認められた。また、X線回折で調べ
たところ、NbNの回折線とよく一致し、従つて
表面層は、(Nb,Fe)(C,N)より成ることが
確かめられた。 実施例 8 直径8mm×長さ30mmのJIS・SK4試片を570℃、
150分の条件でガス軟室化処理した。 次に、ステンレス鋼容器に入れた−100メツシ
ユのFe−V90%と硼フツ化カリウム(KBF4)10
%からなる混合粉末に上記試片を埋設した。更に
酸化防止のため混合粉末の上に−100メツシユの
フエロボロン粉末を3〜4mmの厚さで被覆した。
これを容器ごと大気炉で580℃、16時間加熱した。
容器を炉から取り出して空冷後、粉末中から試片
を取り出した。 試片に形成された表面層をX線マイクロアナラ
イザーで分析したところ、第9図に示すように表
面層中にVとN,Cとが認められ表面からの分析
結果では約20%のVが認められ、この層は、バナ
ジウムの炭窒化物層であることが確かめられた。 実施例 9 直径7mm×長さ30mmのJIS・S45C試片を570℃、
60時間の条件でガス窒化処理した。 次に、上記試片を実施例8と同様な粉末中に埋
設して580℃、16時間加熱した。形成された表面
層をX線マイクロアナライザーで分析したとこ
ろ、第10図に示すように表面層はV,N,Cか
ら成つており、表面からの分析結果では約40%の
Vが検出され、バナジウムの炭窒化物層であるこ
とが確かめられた。 実施例 10 アルミナ(Al2O3,−200メツシユ)40%、Fe−
V(−100メツシユ)55%、塩化アンモニウム
(NH4Cl,−80+100メツシユ)5%から成る混合
粉末を、エチルアルコールでエチルセルロースを
溶かした溶媒を用いてペースト状にした。実施例
9と同じ条件でガス窒化処理したJIS・S45C試片
(直径20mm、長さ10mm)に3〜5mm厚さに上記ペ
ーストを塗布した後、ステンレス製容器中に装入
し、アルゴン雰囲気中にて580℃、16時間加熱し
た。 形成された表面層をX線マイクロアナライザー
で分析したところ、表面層は、バナジウムの炭窒
化物より成つていることが確かめられた。 実施例 11 Al2O3(−80メツシユ)60%、Fe−V(−100メ
ツシユ)38.8%、VCl3(−80メツシユ)1.2%から
成る混合粉末を流動層炉内に入れ、炉の下部より
導入したアルゴンガス(炉内での流速200cm/分、
炉導入口での圧力1.5Kg/cm2)で上記混合粉末を流
動状態にした。この流動層炉内に実施例1と同様
に塩浴窒化処理したJIS・SK4棒(直径7mm、長
さ50mm)を装入し580℃で8時間加熱処理した。 形成された表面層をX線マイクロアナライザー
で分析したところ、第11図に示すように表面層
はVとN,Cから成つており、表面分析では約30
%のVが検出され、かつX線回折の結果ではVN
回折線と一致したことから、層は、(V,Fe)
(C,N)であることが確かめられた。 実施例 12 直径7mm、長さ50mmのJIS・SK4試片を570℃、
4時間の条件で塩浴窒化処理した。 次に、Al2O3(−80メツシユ)58.8%、Fe−Nb
(−100メツシユ)40%、NH4Cl(−80メツシユ)
1.2%から成る混合粉末を流動層炉内に入れ、炉
の下部より導入したアルゴンガス(流速200cm/
分、圧力1.5Kg/cm2)で上記混合粉末を流動状態と
した。この流動層炉内に上記SK4試片を装入し、
580℃で16時間保持して加熱処理した。 形成された表面層をX線マイクロアナライザー
で分析したところ、第12図に示すように表面層
はNbとN,Cから成り、表面からの分析では約
20%のNbが検出された。X線回折の結果では
NbN回折線と一致したことから、層は(Nb,
Fe)(C,N)であることが確かめられた。 実施例 13 長さ60mm、幅20mm、厚さ10mmの板状のJIS・
SKH51試片を実施例1と同様にして塩浴窒化処
理した。 次に、CaCl252モル%とNaCl 48モル%の混合
物を耐熱鋼容器に入れ、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−
200メツシユのFe−V(JIS1号)粉末を溶融塩浴
全量に対して25%添加した。この570℃の浴に上
記試片を8時間浸漬した後、取り出し油冷した。 形成された表面層をX線回折で調べたところ、
VNに相当する回折線が認められ、表面層はバナ
ジウムの炭窒化物層であることが確かめられた。 次に上記バナジウム炭窒化物被覆試片(試料No.
C)について、球状化焼なましされたJIS・
SCM21を相手材として大越式迅速摩耗試験機に
より乾式、最終荷重3.3Kg、すべり距離600m、す
べり速度2m/secと4.4m/secの条件で摩耗試験
を実施した。また比較のため、上記の窒化処理も
加熱処理も施していないJIS・SKH51試片(試料
No.S2)と窒化処理のみ施したSKH51試片(試料
No.S3)についても摩耗試験を実施した。 上記の摩耗試験の結果を表に示す。表より明ら
かなように、本発明により形成された表面層は、
比較例のものに比して摩耗しにくいことがわか
る。
[Industrial Application Field] The present invention provides a surface treatment method for forming a nitride or carbonitride layer of Group Va elements of the periodic table on the surface of iron alloy materials such as molds, jigs, tools, and machine parts. It is related to. [Prior Art] When the surface of a ferrous alloy material is coated with a surface treatment layer consisting of carbides, nitrides, or carbonitrides of group Va elements, the wear resistance, seizure resistance, oxidation resistance, and corrosion resistance of the ferrous alloy material are improved. It is well known that various properties such as Many proposals have been made in recent years regarding methods of coating this surface layer. For example,
A method has been proposed in which a surface layer consisting of carbonitrides of group Va elements is formed on the surface of iron alloy materials by plasma CVD (chemical vapor deposition) using halides of group Va elements. (For example, JP-A-55-65357, JP-A-55-154563).
In these methods, the A c1 transformation point of iron is approximately 700
Since the treatment is carried out at temperatures below ℃, it is possible to form a surface layer without causing heat distortion to the base material of the iron alloy material, but the formed surface layer has good throwing power and adhesion. is difficult to obtain. Furthermore, the processing steps are complicated and the equipment is expensive. In addition, efficiency is poor because it must be carried out in hydrogen or reduced pressure. [Problems to be Solved by the Invention] The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and efficiently performs heat treatment at low temperatures using extremely simple equipment, without causing distortion in the base material. The object of the present invention is to provide a method for forming a surface layer made of a nitride or carbonitride of a Group Va element that has excellent adhesion to a base material on an iron alloy material. [Means for Solving the Problems] The present invention provides a nitriding treatment to form an iron/nitrogen or iron/carbon/nitrogen nitride layer on the surface of the iron alloy material, and then a periodic treatment with the iron alloy material. Chapter Va of the Table of Laws
Materials containing group elements (vanadium, niobium, tantalum) and alkali metal or alkaline earth metal chlorides, boron fluorides, fluorides, oxides, bromides,
heat-treated at 580°C or less in the coexistence of a treatment agent consisting of one or more of iodides, carbonates, nitrates, borates, one or both of ammonium halides and metal halides; By diffusing Group Va elements into the surface of the iron alloy material, the surface of the iron alloy material is made of nitrides or carbonitrides of Group Va elements,
This is a method for surface treatment of an iron alloy material, characterized by forming a surface layer having a layer thickness depending on the conditions of the nitriding treatment. In the present invention, the iron alloy material is a material to be treated on which a nitride or carbonitride layer of Group Va elements is formed. The iron alloy material may be one containing carbon, such as carbon steel, alloy steel, cast iron, sintered alloy, or the like, or one containing very little carbon, such as pure iron. In addition, the higher the carbon content in the iron alloy material, the more Va.
The amount of carbon in the carbonitride layer of group elements also increases. Therefore, in order to increase the amount of carbon in the surface layer formed, the carbon content of the surface portion may be increased by carburizing or the like prior to nitriding, or carburizing may be performed during nitriding. Note that when industrial pure iron is used as the material to be treated, a very small amount of carbon contained in the base material enters the carbonitride layer of Group Va elements. Nitriding is the process of adding nitrogen (N) to the surface of iron alloy materials.
is diffused to form a nitride layer. This nitride layer is made of iron nitride, which is the reaction between iron and nitrogen, or iron carbonitride, which is the reaction between iron, nitrogen, and carbon in the base material. Note that a solid solution layer (diffusion layer) of nitrogen into iron is formed directly below the nitride layer. Then, by heat-treating this iron alloy material together with a material containing Group Va elements, Group Va elements diffuse into the nitride layer, and a substitution reaction occurs between Group Va elements and iron in the nitride layer. . At this time, if the nitride layer is a carbonitride layer of iron, a surface layer consisting of carbonitride of group Va elements is formed, and if the nitride layer is a nitride layer of iron, a surface layer consisting of carbonitride of group Va elements is formed. A surface layer of elemental nitrides is formed. The maximum thickness of the surface layer that can be formed on the nitrided iron alloy material is:
It is the same as the layer thickness of the nitride layer, and therefore the thickness of the surface layer is defined by the nitriding process. Any method such as gas nitriding, gas soft nitriding, salt bath soft nitriding, glow discharge nitriding may be used as the nitriding method. It is desirable that the nitride concentration of the nitride layer be high, and that the nitride layer be thick.
Most preferably, the nitride layer thickness is in the range of 3 to 15 μm. If the nitride layer thickness is too shallow, the thickness of the Group Va element nitride or carbonitride layer formed will be thin, while if it is too deep, the toughness of the iron alloy material may decrease. After the iron alloy material is subjected to the above nitriding treatment, the iron alloy material and the material containing the Group Va element are allowed to coexist and then heat treated. This heat treatment diffuses Group Va elements onto the surface of the iron alloy material to form a surface layer made of its nitride or carbonitride. The material containing the Group Va element is one that supplies the Group Va element to be diffused into the surface of the iron alloy material, and a metal containing the element or a compound containing the element is used. Examples of the metal include metals of group Va elements and alloys such as ferrovanadium. Compounds containing the above elements include VCl 3 ,
NbCl 5 , K 2 NbF 7 , NbF 5 , VF 5 , K 2 TaF 7 ,
Examples include chlorides, fluorides, and oxides of V 2 O 5 , NaVO 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and the like. Therefore, although one or more of these materials containing Group Va elements are used, it is most practical to use a pure alloy. Further, the treatment agent has the function of acting as a medium for diffusion of the Group Va element to the surface of the iron alloy material. The treatment agent consists of one or more of alkali metal or alkaline earth metal chlorides, fluorides, borate fluorides, oxides, bromides, iodides, carbonates, nitrates, and borates. It consists of an alkali metal or alkaline earth metal compound, or one or both of an ammonium halide salt and a metal halide, and is appropriately selected and used depending on the heat treatment method. For example, the alkali metal or alkaline earth metal compounds include NaCl, CaCl 2 , LiCl,
NaF, KF, LiF, KBF 4 , Na 2 CO 3 , LiCO 3 ,
Examples include KCO 3 , NaNO 3 , Na 2 O, etc., and one or more of these are used. In addition, halogenated ammonium salts include NH 4 Cl,
Examples of metal halides include NH 4 Br, NH 4 I, NH 4 F, etc., and examples of metal halides include CrI 2 , CrBr 3 , TiF 4 , VCl 3 ,
Examples include TiBr 4 and the like, and one or more of these are used. When using compounds containing Ti or Cr, group Va elements (V, Nb,
A surface layer containing Ti and Cr may be formed at the same time as Ta). In addition, when using a halide of a group Va element such as VCl 3 or NbCl 3 as a treatment agent, the above-mentioned group Va
It can also be used as a material containing group elements. Heat treatment methods include a molten salt immersion method, a molten salt electrolysis method, a powder method, and the like, depending on whether the processing agent is in a molten state or a solid state at the treatment temperature. Further, the powder method includes an embedding method, a paste method, a non-contact method, and a fluidized bed method. These will be explained below. The above-mentioned molten salt immersion method involves melting the treatment agent to form a molten bath, and immersing the material containing the Group Va element and the iron alloy material in the molten bath. The processing agent used in this method includes one or more of the above-mentioned processing agents, including chlorides, fluorides, borate fluorides, carbonates, nitrates, oxides, and borates of alkali metals or alkaline earth metals; Alternatively, a metal halide that melts and does not evaporate at a temperature below the heat treatment temperature is used. In addition, in order to improve the melting state,
It is desirable to use two or more of the above compounds, such as a combination of NaCl and CaCl 2 . Furthermore, Al 2 O 3 ,
An oxide such as ZrO 2 or a cyanide compound such as NaCN may be added. The reason why the material containing the Group Va element is immersed in the molten bath is to dissolve the Group Va element into the molten bath. A method for immersing a material containing a Group Va element is to add the material in the form of a powder (preferably 200 meshes or less) or a thin plate to the molten bath, or to use the material in the form of a rod or plate as an anode in the molten bath. There are methods such as immersing it in water and electrolyzing it to dissolve Group Va elements anodicly. The above anodic melting
When dissolving Group Va elements, the Group Va elements can dissolve quickly and improve work efficiency.
Moreover, it is advantageous in that material containing undissolved Group Va elements is not deposited on the bath bottom. In this case, as the cathode, a conductive substance inserted into the molten bath container or elsewhere is used. If the anode current density during anodic melting is increased, the infiltration rate will increase, but considering that infiltration occurs even without electrolysis, a relatively low current density is sufficient. Practically speaking, 0.1 to 0.8 A/cm 2 is appropriate. The group Va elements dissolved in the bath diffuse into the surface of the nitride layer formed by the nitriding treatment of the iron alloy material, forming a nitride or carbonitride layer of the group Va element. Note that graphite, steel, or the like is used as the container for the molten bath, but steel is sufficient for practical use. In addition, the molten salt electrolysis method is a method in which a material containing a group Va element is immersed in a bath in which a treatment agent is melted.
An iron alloy material is immersed in the molten bath as a cathode in a state in which group elements are dissolved, and electrolytic treatment is performed. In this case, the bath container or a separately inserted conductive substance is used as the anode. As the treatment agent, the same one as in the molten salt immersion method described above is used, and the method of immersing the material containing the Group Va element in a bath containing the treatment agent and infusing the Group Va element can also be performed in the molten bath. A method similar to the salt immersion method may be used.
Further, electrolytic treatment can also be performed by immersing a material containing a Group Va element in a molten bath of a treatment agent as an anode and an iron alloy material as a cathode. In this case, there is an advantage that the anodic dissolution of the Group Va element and the formation of the surface layer can be performed simultaneously. In addition, the cathode current density for electrolytic treatment by immersing the iron alloy material is 2A/ cm2 or less, which is practically 0.8 to 0.05.
A/cm 2 is appropriate. It should be noted that both the molten salt immersion method and the molten salt electrolysis method described above can be carried out either in the air or in a protective gas (N 2 , Ar, etc.). Next, the powder method is a method in which the processing agent and a mixed powder of a material containing a Group Va element and an iron alloy material are made to coexist and heated. In the powder method, the following methods are available for coexisting a treatment agent, a mixed powder of a material containing a Group Va element, and an iron alloy material. In other words, there are two methods: embedding the iron alloy material in the mixed powder, which is generally called the embedding method, coating the surface of the iron alloy material with the mixed powder, which is generally called the paste method, and the non-contact method, which is generally called the paste method. There is a method in which the iron alloy material and the above-mentioned mixed powder are arranged in a non-contact state in a certain space, and a method is generally called a fluidized bed method in which the above-mentioned mixed powder is in a fluidized state to form a fluidized bed. This method involves inserting iron alloy material into the layer. The processing agent used in the above powder method is one or two of alkali metal or alkaline earth metal chlorides, fluorides, bromides, iodides, and boron fluorides.
It consists of one or both of a halogenated ammonium salt and a metal halide. In addition, among the powder methods, in the case of a fluidized bed, the metal halides mentioned above are those that sublimate or evaporate at a temperature below the heat treatment temperature (TiF 4 , VF 3 ,
TiBr 4 etc.). This is because when metal halides that do not sublimate or evaporate at temperatures below the heat treatment temperature are used, the amount of gas generated from the processing agent that contributes to the diffusion of Group Va elements is reduced, and the resulting layer is thicker. This is because it becomes thinner. The mixing ratio of the treatment agent and the material containing the Group Va element is preferably within a range of 0.5 to 20% by weight (hereinafter referred to as % by weight) of the treatment agent relative to the material containing the Group Va element. If it is outside this range, the
It becomes difficult to form a surface layer consisting of nitrides or carbonitrides of group Va elements, and the formation of a continuous surface layer tends to become easier closer to the center of this range. Further, the particle size of the mixed powder of the treatment agent and the material containing the Group Va element may be such that it passes through a JIS No. 100 sieve when the embedding method, paste method, or non-contact method is performed.
Whether it is coarser or finer than this, there is no particular effect. Further, when carrying out the fluidized bed method, particles having a particle size in the range of 60 to 350 mesh are preferred. If the mesh is coarser than 60, a large amount of gas is required to fluidize the mixed powder, and the formation of a surface layer is difficult to proceed. On the other hand, if the powder is finer than 350 mesh, the mixed powder tends to float and becomes difficult to handle. Additives can be added to the mixed powder in addition to the treatment agent and the material containing the Group Va element. For example, when carrying out a paste method, an adhesive such as dextrin or water glass can be added. Additionally, some types of processing agents tend to solidify easily during heat treatment. In this case, inert powder such as alumina (Al 2 O 3 ) can be added. Furthermore, some combinations of materials containing Group Va elements and processing agents have poor surface layer formation effects. In such cases, a conventionally known halide as an activator can be added to enhance the effect of forming a surface layer. The amount of these additives added can be arbitrarily selected depending on the purpose. The embedding method, paste method, non-contact method, and fluidized bed method, which are specific examples of the powder methods described above, will be explained in detail below. In the burying method, a mixed powder of a treatment agent and a material containing Group Va elements is placed in a certain container, the iron alloy material as the treatment agent is buried in the powder, and the container is placed in a heating furnace or atmosphere furnace in the atmosphere. In this method, the iron alloy material is heated in the container. Note that a layer of inert powder such as alumina or metal powder such as iron-boron powder may be provided at the opening of the container to prevent outside air from entering. The paste method is a method in which an adhesive such as an aqueous dextrin solution, glycerin, water glass, ethylene glycol, and alcohol is added to a mixed powder to form a paste. A paste of this mixed powder is usually applied to the surface of the iron alloy material.
Coated with a thickness of mm or more. The paste-coated iron alloy material is usually placed in a container and heated in a heating furnace. The atmosphere may be air, but the paste coating layer can be made thinner in a non-oxidizing atmosphere. Furthermore, in this paste method, since the surface layer is formed only on the surface portion covered with the paste, it is possible to form the surface layer only on an arbitrary part of the surface portion of the iron alloy material. The non-contact method involves making the iron alloy material and the mixed powder coexist in a certain closed space. Specifically, the heat treatment is performed by placing the mixed powder near the opening of the container to prevent outside air from entering, and placing the iron alloy material at a position where it does not come into contact with the mixed powder in the container. This method has operational advantages because there is no contact between the iron alloy material and the mixed powder. The fluidized bed method uses a fluidized bed furnace.
A refractory material such as alumina is added to the mixed powder to prevent the mixed powder from forming a lump during fluidization, and the iron alloy material and the powder are placed in the furnace, and a fluidizing gas is introduced to form the powder. This creates a fluidized bed state. When the heat treatment is performed using this method, an extremely smooth surface layer can be obtained, and since the temperature distribution of the fluidized bed is uniform, a surface layer with a uniform thickness can be formed. As the fluidizing gas, an inert gas such as argon gas or a non-oxidizing gas such as nitrogen gas can be used. Further, it is desirable that the flow rate of the fluidizing gas be 50 cm/min or more in the fluidized bed to prevent powder from adhering to the surface layer.
The gas pressure is preferably in the range of 0.5 to 2 kg/cm 2 for handling reasons. The heating temperature for the above heat treatment is 580°C or less. By processing at a temperature below 580℃, the base material of the iron alloy material becomes less susceptible to distortion. Further, it is desirable that the lower limit temperature is 450°C. When heat treated at a temperature lower than 450℃,
The formation rate of the surface layer consisting of nitrides or carbonitrides of Group Va elements is very slow. In practice, the high temperature tempering temperature of die steel and the tempering temperature of structural steel are
500-580℃ is desirable. The longer the heat treatment time, the more particles in the surface layer.
The content of group Va elements increases. Therefore, the treatment time is determined by the desired content of Group Va elements, and is selected within the range of 1 to 50 hours. Further, the practical thickness of the surface layer to be formed is about 3 to 15 μm. [Operation] Although the formation mechanism of the surface layer consisting of nitride or carbonitride of group Va elements according to the present invention is not clear, the present inventors have determined from microanalyzer analysis and the relationship between processing time and thickness that , it is thought to be as follows. Note that the following explanation is about the mechanism of forming a carbonitride layer of Group Va elements (m, n, o, and p below each represent a number). First, by nitriding the iron alloy material that is the material to be treated, nitrogen (N) supplied from the outside is used.
reacts with iron (Fe) and carbon (C) on the surface of the iron alloy material to form a nitride layer in the form of Fe n (C,N) o . A solid solution of nitrogen (in the form of Fe--N) is also formed directly below this nitride layer. Thereafter, by subjecting the iron alloy material to heat treatment, group Va elements (hereinafter referred to as M) from the outside are diffused into the nitride layer. This diffusion is Fe n
This is a reaction in which Fe and M in (C,N) o are substituted, and the nitride layer changes to (M,Fe) p (C,N) p . And Fe n (C, N) o layers are all (M, Fe) p (C, N)
When it changes to p , there is no further growth of the (M, Fe) p (C, N) p layer. In addition, in the (M, Fe) p (C, N) p layer, the surface has more M, and the closer to the base material, the more Fe
There tends to be a lot of Therefore, depending on the conditions, the amount of Fe at the surface may be extremely small, and it may be appropriate to express it as M p (C, N) p . Therefore, the thickness of the surface layer formed is the same as the thickness of the nitride layer formed by the initial nitriding process. Therefore, the maximum layer thickness of the surface layer can be determined by the conditions of the nitriding treatment. In addition, until all Fem(C,N) o layers change to (M,Fe) p (C,N) p , (M, Fe) p (C,
N) There is a surface layer consisting of two layers: a p layer and a Fem(C,N) o layer on the base metal side. The thickness of this surface layer is approximately equal to the thickness of the initial Fem(C,N) o layer. Furthermore, in the case of forming a surface layer made of a nitride of a group Va element, the surface layer formation mechanism is the same as described above. This is because the method of the present invention performs heat treatment at a low temperature of 580°C or less, and thus the formation of a surface layer with such a treatment time-thickness relationship using such a mechanism has never been done before. unknown.
In the method of the present invention, as shown in FIG. 1 of Example 1, the surface layer thickness (Fem (C, N) o layer thickness and (M ,
Fe) p (total thickness of C, N) p layer thickness) is not affected by heat treatment time. On the other hand, when heat treatment is performed at a high temperature such as 1000℃ (curve S1)
As the heat treatment time becomes longer, the surface layer thickness also increases as in general diffusion treatment. In addition, in practice, it is not necessary to change all the iron, carbon, and nitrogen nitride layers to (M, Fe) p (C, N) p layers. The two layers may coexist, or the entire layer may be changed to a (M, Fe) p (C, N) p layer. (The same applies when changing to ). [Effect of the invention] According to the present invention, iron/nitrogen or iron/carbon/
After forming the nitrogen nitride layer, the Group Va element diffusion treatment is performed at a low temperature of 580°C using the above-mentioned specific treatment agent.
An excellent surface layer consisting of nitride or carbonitride of Va group elements can be formed. Additionally, since the iron alloy material is heated at a low temperature, distortion is less likely to occur in the base material of the material. Furthermore, it has good operability due to low temperature treatment and does not require a large amount of energy. Furthermore, since the layer according to the present invention is formed by diffusion, it has excellent adhesion to the base material, unlike carbide and nitride layers formed by PVD, which do not undergo diffusion reactions, despite being processed at low temperatures. A dense surface layer can be formed. In addition, the nitride layer etc. formed by the present invention has a large amount of iron at the layer boundary and the thermal expansion coefficients of the layer and the base material are close to each other, so it has excellent thermal shock resistance and Peeling is less likely to occur even if thermal shock is applied, such as when used in aluminum. Moreover, the thickness of the formed layer is practically sufficient. In addition, the method of forming a surface layer consisting of a nitride or carbonitride of a group Va element according to the present invention is much more effective than the method of forming a carbonitride layer of a group Va element without nitriding. Layers can be formed in a short time. [Examples] Examples of the present invention will be described below. Note that % means weight %. Example 1 A JIS/SKH51 round bar specimen with a diameter of 6 mm and a length of 30 mm
Salt bath nitriding treatment was performed by immersing the sample in a salt bath at 570°C for 2 hours. Next, a heat-resistant steel container containing a mixture of 52 mol% CaCl 2 and 48 mol% NaCl was heated in an electric furnace in the atmosphere to form a 550°C molten salt bath, and -100 mesh of ferrochloride was added to the bath. Vanadium (Fe-V,
JISI No.) powder was added at 20% to the above molten salt bath. The nitrided sample was immersed in this 550°C molten salt bath for 1 to 25 hours, then taken out and cooled in oil. After washing off the adhering bath agent, the cross section was polished and the thickness of the layer formed on the surface was measured by observing the cross-sectional structure. The results are shown in curve A in FIG. In this curve A, the thickness at 0 immersion time is the thickness of the nitride layer formed by the initial nitriding treatment, and is 1 hour.
The subsequent thickness is the total thickness of the nitride layer and the vanadium carbonitride layer (thickness of the entire surface layer) (the thickness of the carbonitride layer of V is shown in curve B). . The thickness of the total surface layer was almost the same for different treatment times and was approximately 4 μm. Note that FIG. 2 shows a micrograph (400x magnification) of the cross-sectional structure of the surface layer formed by immersion treatment for 8 hours. The surface layer is a layer with a smooth surface, and the boundary between the layer and the base material is complicated, making it a coating layer with excellent adhesion. Furthermore, analysis using an X-ray microanalyzer revealed that V, as well as N and C, were found in the surface layer as shown in FIG. According to the analysis results from the surface, about 45% V content was present. Furthermore, diffraction lines corresponding to VN were observed in X-ray diffraction. The surface layer formed from this is
It was confirmed that it was a vanadium carbonitride layer consisting of (V, Fe) (N, C). For comparison, a JIS/SKH51 specimen that had been nitrided using the same process as above was immersed in a molten salt bath heated to 1000°C and treated.
A vanadium carbonitride layer having a thickness shown by curve S1 in FIG. 1 was formed. As is clear from this comparative example, the layer thickness increases as the immersion time increases, but in the present invention, the total surface layer thickness does not increase even if the immersion time increases. Therefore, it has become clear that the formation mechanism of the carbonitride layer of the present invention is different from the formation mechanism of the high-temperature treatment of the comparative example. Example 2 A JIS/S45C specimen (diameter 7
mm, length 50 mm) was subjected to salt bath nitriding treatment. Next, a molten salt bath of CaCl 2 +NaCl having the same composition as in Example 1 was prepared, and VCl 3 powder (-320 mesh) was added in an amount of 15% based on the molten salt bath. The molten salt bath was heated to 500° C. and the specimen was immersed in the bath for 1 to 16 hours, and then taken out from the bath and cooled in oil. The surface layer formed had almost the same thickness and texture regardless of the immersion time. As an example, when we examined a sample that had been soaked for 4 hours, we found that a surface layer with a thickness of about 8 μm was formed, as shown in the micrograph of the cross-sectional structure of the surface layer (400x magnification) in Figure 4. Ta. X-ray diffraction and X shown in Figure 5
From the results of line microanalyzer analysis, it was confirmed that this surface layer was a vanadium carbonitride layer consisting of (V, Fe) (N, C). Example 3 Cylindrical shape with outer diameter φ10mm, inner diameter φ6mm, length 25mm
A JIS/S48C specimen was subjected to gas nitrocarburizing treatment at 570°C for 6 hours. Next, CaCl 2 + with the same composition as in Example 1
A molten salt bath of NaCl was prepared, and in this bath, 3% Al 2 O 3 powder (-320 mesh) and 20% ferrovanadium alloy (JIS No. 1) were added to the molten salt bath.
Powder (-200 mesh) was added. The molten salt bath was heated to 550° C. and the specimens were immersed for 9 hours and 25 hours, respectively, and then taken out of the bath and cooled in oil. When the roundness of these two types of specimens was measured, they all had almost the same roundness, and both the upper and lower parts of the specimen were as small as about 5 μm. For comparison, the roundness of the specimen when immersed in a molten salt bath at a temperature of 850℃ (immersion time was 4 hours) was approximately
It was 20 μm, which was about 4 times larger than the specimen treated with the present invention. When the specimen treated according to the present invention (immersion temperature: 550°C, immersion time: 9 hours) was cut and the surface layer was observed, the formed surface layer was approximately 8 μm thick.
Analysis using an X-ray microanalyzer confirmed that the layer was a vanadium carbonitride layer consisting of (V, Fe) (N, C). Example 4 JIS/SKD11 specimen (diameter 6 mm, length 30 mm)
Ion nitriding treatment was performed at 550°C for 3 hours. Next, CaCl 2 +NaCl with the same composition as in Example 1
A molten salt bath of
No.) was inserted, and current was applied for approximately 15 hours at an anode current density of 0.6 A/cm 2 using this as an anode and the graphite container as a cathode. By this anodic dissolution treatment of Fe-V, Fe-V
Approximately 6% of the total amount of salt bath is calculated from the weight loss of the board.
% of vanadium was dissolved into the bath. The specimen was immersed in this molten salt bath at 550° C. for 9 hours, then taken out and cooled in oil. When the treated specimen was cut and examined using an X-ray microanalyzer, C was also found in the surface layer in addition to V and N, as shown in FIG. In addition, the X-ray diffraction results showed good agreement with the VN diffraction lines, confirming that the surface layer was a vanadium carbonitride layer. Example 5 A JIS/S45C specimen with a diameter of approximately 7 mm and a length of 50 mm was
Salt bath nitriding treatment was performed at 570°C for 1 hour. Next, a graphite container containing a mixture of 50 mol% KF and 50 mol% LiF was heated to 580°C in an electric furnace in the atmosphere to prepare a molten salt bath, and -100 mesh of Fe-V ( JIS No. 1) powder was added at 25% to the molten salt bath. The nitrided specimen was immersed in this 580° C. bath, and electrolysis was carried out by applying current at a cathode current density of 0.05 A/cm 2 for 8 hours using this as a cathode and the graphite container as an anode. The specimen was taken out of the bath and cooled in oil, and the formed surface layer was analyzed using an X-ray microanalyzer, and it was confirmed that the surface layer was composed of (V, Fe) (C, N). Furthermore, analysis results from the surface confirmed that in addition to about 45% V, N and C were also present. Example 6 In the same manner as in Example 4, an industrial pure iron specimen (carbon content: 0.03% or less) having a diameter of 8 mm and a length of 35 mm was subjected to ion nitriding treatment. Next, CaCl 2 + with the same composition as in Example 1
A molten salt bath of NaCl was prepared in a steel container, and -200 mesh Fe-V (JIS No. 1) powder was added to the bath in an amount of 30% based on the molten salt bath. The bath was heated to 580°C, and the specimen was immersed in the bath for 8 hours, and then taken out of the bath and cooled in oil. The formed surface layer has a layer thickness of about 12μ, which is the same as the thickness of the nitride layer when subjected to ion nitriding, as shown in the micrograph of the cross-sectional structure in Figure 7 (400x magnification).
It was m. Furthermore, as a result of X-ray microanalyzer analysis, approximately 70% of V, as well as N and C, were observed in the surface layer. In addition, from the results of X-ray diffraction, diffraction lines of V 2 N and VN were observed, and the formed surface layer was (V,
It was confirmed that this was a vanadium carbonitride layer consisting of Fe) 2 (C,N) + (V,Fe)(C,N). Example 7 A JIS/S45C specimen was subjected to salt bath nitriding treatment in the same manner as in Example 1. Then Li 2 CO 3 45%, K 2 CO 3 25%, Na 2 CO 3 30%
A heat-resistant steel container containing the mixture was heated to 550°C in an atmospheric furnace to prepare a molten salt bath, and -100 mesh of pure niobium powder was added to this bath at 30% of the molten salt bath. did. After thoroughly stirring this bath, the specimen was kept immersed in this 550°C bath for 4 hours. The specimen was taken out of the bath and cooled in oil, and the formed surface layer was analyzed using an X-ray microanalyzer. As shown in FIG. 8, N and C in addition to Nb were observed in the surface layer. Further, when examined by X-ray diffraction, the diffraction lines matched well with those of NbN, and it was thus confirmed that the surface layer was composed of (Nb, Fe) (C, N). Example 8 A JIS/SK4 specimen with a diameter of 8 mm and a length of 30 mm was heated at 570°C.
Gas softening treatment was performed for 150 minutes. Next, -100 mesh of Fe-V90% and potassium borofluoride ( KBF4 ) 10
The specimen was embedded in a mixed powder consisting of %. Furthermore, to prevent oxidation, the mixed powder was coated with -100 mesh ferroboron powder to a thickness of 3 to 4 mm.
The whole container was heated at 580°C for 16 hours in an atmospheric furnace.
The container was taken out of the furnace and cooled in air, and then a test piece was taken out from the powder. When the surface layer formed on the specimen was analyzed with an X-ray microanalyzer, V, N, and C were found in the surface layer, as shown in Figure 9, and the analysis results from the surface showed that about 20% of V was present in the surface layer. This layer was confirmed to be a vanadium carbonitride layer. Example 9 A JIS/S45C specimen with a diameter of 7 mm and a length of 30 mm was heated at 570°C.
Gas nitriding treatment was performed for 60 hours. Next, the sample was embedded in the same powder as in Example 8 and heated at 580°C for 16 hours. When the formed surface layer was analyzed with an X-ray microanalyzer, it was found that the surface layer was composed of V, N, and C, as shown in Figure 10, and approximately 40% of V was detected in the analysis results from the surface. It was confirmed that it was a carbonitride layer of vanadium. Example 10 Alumina (Al 2 O 3 , -200 mesh) 40%, Fe-
A mixed powder consisting of 55% V (-100 mesh) and 5% ammonium chloride (NH 4 Cl, -80+100 mesh) was made into a paste using a solvent in which ethyl cellulose was dissolved in ethyl alcohol. After applying the above paste to a thickness of 3 to 5 mm on a JIS S45C specimen (diameter 20 mm, length 10 mm) that had been gas nitrided under the same conditions as in Example 9, it was placed in a stainless steel container and placed in an argon atmosphere. The mixture was heated at 580°C for 16 hours. When the formed surface layer was analyzed with an X-ray microanalyzer, it was confirmed that the surface layer was made of vanadium carbonitride. Example 11 A mixed powder consisting of 60% Al 2 O 3 (-80 mesh), 38.8% Fe-V (-100 mesh), and 1.2% VCl 3 (-80 mesh) was placed in a fluidized bed furnace, and the lower part of the furnace Argon gas (flow rate in the furnace 200cm/min,
The mixed powder was brought into a fluid state under a pressure of 1.5 Kg/cm 2 ) at the furnace inlet. A JIS SK4 rod (diameter 7 mm, length 50 mm) which had been nitrided in a salt bath in the same manner as in Example 1 was placed in this fluidized bed furnace and heated at 580° C. for 8 hours. When the formed surface layer was analyzed with an X-ray microanalyzer, it was found that the surface layer was composed of V, N, and C, as shown in Figure 11, and the surface layer was composed of about 30%
% V was detected, and the X-ray diffraction results showed that VN
Since it matched the diffraction line, the layer was (V, Fe)
It was confirmed that (C,N). Example 12 A JIS/SK4 specimen with a diameter of 7 mm and a length of 50 mm was heated at 570°C.
Salt bath nitriding treatment was carried out for 4 hours. Next, Al 2 O 3 (−80 mesh) 58.8%, Fe−Nb
(−100 mesh) 40%, NH 4 Cl (−80 mesh)
A mixed powder consisting of 1.2% was placed in a fluidized bed furnace, and argon gas (flow rate 200cm/
The mixed powder was brought into a fluid state at a pressure of 1.5 kg/cm 2 ). The above SK4 specimen was charged into this fluidized bed furnace,
Heat treatment was performed by holding at 580°C for 16 hours. When the formed surface layer was analyzed with an X-ray microanalyzer, it was found that the surface layer was composed of Nb, N, and C, as shown in Figure 12.
20% Nb was detected. According to the results of X-ray diffraction
Since it matched the NbN diffraction line, the layer was (Nb,
Fe) (C,N). Example 13 A plate-shaped JIS sheet with a length of 60 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 10 mm.
The SKH51 specimen was subjected to salt bath nitriding treatment in the same manner as in Example 1. Next, a mixture of 52 mol% CaCl2 and 48 mol% NaCl was placed in a heat-resistant steel container and heated to 570 mol% in an electric furnace in the atmosphere.
Prepare a molten salt bath by heating to
200 meshes of Fe-V (JIS No. 1) powder was added in an amount of 25% based on the total amount of the molten salt bath. After immersing the specimen in this 570°C bath for 8 hours, it was taken out and cooled in oil. When the formed surface layer was examined by X-ray diffraction, it was found that
Diffraction lines corresponding to VN were observed, and the surface layer was confirmed to be a vanadium carbonitride layer. Next, the above vanadium carbonitride coated specimen (Sample No.
Regarding C), spheroidized JIS/
A dry wear test was conducted using SCM21 as a mating material using an Okoshi type rapid wear tester under the conditions of a final load of 3.3 kg, a sliding distance of 600 m, and a sliding speed of 2 m/sec and 4.4 m/sec. For comparison, a JIS/SKH51 specimen (sample
No.S2) and SKH51 specimen with only nitriding treatment (sample
A wear test was also conducted for No.S3). The results of the above wear test are shown in the table. As is clear from the table, the surface layer formed according to the present invention is
It can be seen that it is less prone to wear compared to the comparative example.

【表】 また100℃の高温度の溶融塩浴中に2時間浸漬
して約4μm厚さの炭化バナジウム層(VC)層を
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)により約7μ
m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試片についても摩耗試
験を行つたところ、本発明により処理した試料No.
Cの試片とほとんど同じような摩耗量であつた。
このことより、本発明により形成した表面層は、
高温での溶融塩浴浸漬法や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分かる。
[Table] JIS/SKH51 specimens were coated with a vanadium carbide (VC) layer approximately 4 μm thick by immersing them in a high-temperature molten salt bath at 100°C for 2 hours, or by chemical treatment at 850°C for 4 hours. Approximately 7μ by vapor phase deposition (CVD)
Abrasion tests were also conducted on JIS/SKH51 specimens coated with a titanium carbonitride layer made of Ti(C,N) with a thickness of m.
The amount of wear was almost the same as that of specimen C.
From this, the surface layer formed according to the present invention is
It can be seen that the surface layer is not inferior in terms of wear resistance and seizure resistance compared to surface layers formed by immersion in a molten salt bath at high temperatures or CVD.

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

第1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図、第2
図、第4図、第7図はそれぞれ実施例1、2、6
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(400倍)、第3図、第
5図、第6図、第8図、第9図、第10図、第1
1図、第12図はそれぞれ実施例1、2、4、
7、8、9、11、12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図である。
FIG. 1 is a diagram showing changes in the layer thickness of the surface layer formed in Example 1 with respect to immersion time, and FIG.
Figures 4 and 7 are examples 1, 2, and 6, respectively.
Micrographs (400x) showing the cross-sectional structure of the surface layer formed by the treatment of the present invention, Figs. 3, 5, 6, 8, 9, 10, 1
1 and 12 are Examples 1, 2, 4, and 1, respectively.
7, 8, 9, 11, and 12 are diagrams showing the results of X-ray microanalyzer analysis of the surface portion of the iron alloy material treated according to the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 鉄合金材料の表面に鉄・窒素または鉄・炭
素・窒素の窒化物層を形成させる窒化処理を施し
た後、該鉄合金材料と、周期律表の第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族元素を上記鉄合金
材料表面に拡散せしめることにより、鉄合金材料
表面に第Va族元素の窒化物あるいは炭窒化物か
ら成り、上記窒化処理の条件に応じた層厚さを有
する表面層を形成せしめることを特徴とする鉄合
金材料の表面処理方法。 2 上記第Va族元素を含む材料は、第Va族元素
の金属、第Va族元素の合金、第Va族元素を含む
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
溶融浴中に第Va族元素を含む材料と鉄合金材料
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、第Va族元素を含む材料を浸漬した溶融
浴中で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1項記載の鉄合金材料の表面
処理方法。 5 上記加熱処理は、上記処理剤と第Va族元素
を含む材料との混合粉末中に鉄合金材料を埋設す
ることにより行う特許請求の範囲第1項記載の鉄
合金材料の表面処理方法。 6 上記加熱処理は、上記処理剤と第Va族元素
を含む材料との混合粉末のペーストを鉄合金材料
に塗布した状態において行う特許請求の範囲第1
項記載の鉄合金材料の表面処理方法。 7 上記加熱処理は、上記処理剤と第Va族元素
を含む材料との混合粉末と鉄合金材料とを一定空
間内に非接触状態で配置することにより行う特許
請求の範囲第1項記載の鉄合金材料の表面処理方
法。 8 上記加熱処理は、上記処理剤と第Va族元素
を含む材料との混合粉末を流動状態にしてその中
に鉄合金材料を入れることにより行う特許請求の
範囲第1項記載の鉄合金材料の表面処理方法。
[Claims] 1. After performing a nitriding treatment to form a nitride layer of iron/nitrogen or iron/carbon/nitrogen on the surface of an iron alloy material, the iron alloy material and a group Va element of the periodic table are treated. and one or more of alkali metal or alkaline earth metal chlorides, fluorides, borate fluorides, oxides, bromides, iodides, carbonates, nitrates, borates, or halogenated materials. By coexisting with a treatment agent consisting of one or both of ammonium salts and metal halides and heat-treating at 580°C or lower, Group Va elements are diffused onto the surface of the iron alloy material. A method for surface treatment of an iron alloy material, comprising forming a surface layer made of a nitride or carbonitride of a group Va element and having a layer thickness according to the conditions of the nitriding treatment. 2. The material containing the Group Va element is one or more of a metal of the Group Va element, an alloy of the Group Va element, and a compound containing the Group Va element as set forth in claim 1. Surface treatment method for iron alloy materials. 3. The heat treatment is carried out by immersing the material containing the Group Va element and the iron alloy material in a molten bath in which the treatment agent is melted.
A method for surface treatment of iron alloy materials as described in . 4. The iron alloy according to claim 1, wherein the heat treatment is performed by electrolytic treatment in which the treatment agent is melted and the iron alloy material is used as a cathode in a molten bath in which a material containing a Group Va element is immersed. Material surface treatment method. 5. The method for surface treatment of an iron alloy material according to claim 1, wherein the heat treatment is performed by embedding the iron alloy material in a mixed powder of the treatment agent and a material containing a Group Va element. 6. The heat treatment is performed in a state where a paste of mixed powder of the treatment agent and a material containing a Group Va element is applied to the iron alloy material.
A method for surface treatment of iron alloy materials as described in . 7. The heat treatment is performed by arranging the mixed powder of the treatment agent and the material containing the Group Va element and the iron alloy material in a fixed space in a non-contact state. Surface treatment method for alloy materials. 8. The heat treatment is carried out by making a mixed powder of the treatment agent and a material containing a Group Va element into a fluidized state and placing the iron alloy material therein. Surface treatment method.
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