JPH0521979B2

JPH0521979B2 -

Info

Publication number: JPH0521979B2
Application number: JP61300667A
Authority: JP
Inventors: Tooru Arai; Hironori Fujita; Yoshihiko Sugimoto; Yukio Oota; Shigeo Moryama; Akira Sato
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1993-03-26
Also published as: CA1304658C; DE3742914C2; US4804445A; DE3742914A1; JPS63153259A

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モリブデン（Mo）
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〕

Mo₂C，（Mo，Fe）₆Cなどのモリブデン（Mo）
の炭化物はHv1500以上の硬さを持つており、鉄
の炭化物（Fe₃C）、窒化物（Fe_2〜3Ｎ）よりは耐
摩耗性、耐焼付性に優れている。そのため、高速
度鋼中に（Mo，Fe）₆Cとして存在させ、硬さの
上昇の他に耐摩耗性の向上を図つている。しか
し、これらMoの炭化物はＶ，Ti等の炭化物（約
Hv3000）に比べ、硬さも低いし、耐摩耗性も劣
るため、耐摩耗被覆層としては実用例はごく少な
い。また、MoNも耐摩耗性はVN，TiNに比べ
て劣る。MoSは優れた固体潤滑材であるが、Mo
の炭化物、窒化物の耐焼付性に関しては十分に検
討されていなかつた。本発明者らはMoの炭窒化
物が優れた耐焼付性を示すことを見出し、鉄また
は鉄合金材料（以下、被処理材とする）の表面に
Moの炭窒化物から成る表面層を被覆することに
より被処理材の特性を向上させることを検討し
た。

従来、モリブデンの炭化物の被覆方法として
は、塩化物系の溶融塩浴中に鉄合金材料を浸漬し
てその表面にモリブデンの炭化物層を形成する方
法がある（講習会資料主催（社）日本熱処理技術
協会他「最近の表面硬化技術に関する講習会」
（1979.9.20〜21）。

しかしながら、上記の方法では、鉄のA_C1変態
点である約700℃より高い温度域で加熱処理を行
つているため、被処理材の母材に歪みが発生し、
複雑形状の材料では割れるおそれがある。また高
熱のため作業環境が悪いなどの問題点もある。

一方、700℃以下の温度域でモリブデンを含む
表面層を形成しようとする方法として、モリブデ
ンのハロゲン化物などを利用するCVD（化学的気
相蒸着法）やPVD（物理的気相蒸着法）などが提
案されている。しかし、これらの方法において
は、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モリブデンの炭窒化
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、モリブ
デンを含む材料と、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、モリブデン、
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
にモリブデン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、モリブ
デンを含む材料と、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、
モリブデン、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
合金材料表面にモリブデン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モリブ
デン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、モリブデン
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、被処理材の表面にモリブデンと窒
素と炭素とを拡散させて、モリブデンの炭窒化物
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
モリブデンの炭窒化物から成る表面層とは、モリ
ブデンを主成分とする炭窒化物から成る層であ
る。また、該モリブデンの炭窒化物層の直下には
窒素および炭素の鉄への固溶体層（拡散層）が形
成されている。

上記モリブデン（Mo）を含む材料とは、被処
理材の表面に拡散させるモリブデンを供給するも
のであり、モリブデンを含む金属あるいはモリブ
デン化合物等を用いる。該金属としては、純モリ
ブデンやフエロモリブデン（Fe−Mo）等の合金
が挙げられる。上記化合物としては、MoCl₅，
MoBr₃，MoO₃，Na₂MoO₄等の塩化物、臭化物、
酸化物等が挙げられる。しかして、これらモリブ
デンを含む材料は、これらのうち１種または２種
以上を用いるが、MoO₃等のモリブデンの酸化物
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モリブデンが被処
理材の表面に拡散する媒介となる働きを有してい
る。該処理剤としては、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，Li₂CO₃，K₂CO₃，NaNO₂，KNO₃，
LiBr，KI，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。

処理剤とモリブデンを含む材料との配合割合
は、処理剤に対して0.5〜70重量％（以下、重量
％を％とする）のモリブデン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、該溶融塩浴にモリブデンを含
む材料と被処理材とを浸漬するものである。

上記溶融塩浴にモリブデンを含む材料を浸漬す
るのは、溶融浴塩中にモリブデンを溶入させるた
めである。モリブデン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
に浸漬して電解しモリブデンを陽極溶解させる方
法等がある。モリブデンを含む材料からモリブデ
ンが溶融塩中に溶入する速度は用いるモリブデン
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モリブデ
ンを溶入する場合には、モリブデンが迅速に溶入
して作業能率を向上させることができ、しかも未
溶解のモリブデン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。

浴中に溶入したモリブデン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
モリブデン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、チタン、
鋼などが用いられるが、実施例で述べるように黒
鉛の場合に多くのMoが炭窒化物層中へ拡散する
ので黒鉛等の炭素質のものを使用するのが最も望
ましい。

また、前記溶融塩電解法とは、処理剤を溶融せ
しめた浴にモリブデンを含む材料を浸漬しモリブ
デン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モリブデンを含む材料を
浸漬してモリブデン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
浴にモリブデンを含む材料を陽極、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、モリブデン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、前記処理剤とモリブデンを含
む材料との混合粉末あるいは前記のように予めモ
リブデン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
500〜650℃が望ましい。

加熱処理の処理時間が長くなれば表面層の厚さ
は増加し、長時間処理では表面層中のモリブデン
含有量が増加する。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モリブデン含有量に
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１〜30μm程度
が実用的である。それを越える厚さに達すると被
処理材の靭性低下や層の剥離が生ずる恐れがあ
る。

〔作用〕

本発明によるモリブデン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）あるいは窒素（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、
窒素および炭素鉄への固溶体（Fe−Ｎ−Ｃ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モリブ
デン（Mo）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Moとが置換する反応であり、窒化物
層は（Mo，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、（Mo，
Fe）_p（Ｃ，Ｎ）_p層においては表面ほどMo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、
MO_p（Ｃ，Ｎ）_pと表示するのが妥当な場合もある。

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

この（Mo，Fe）_p（Ｃ，Ｎ）_p層と鉄・窒素・炭
素の固溶体層の厚さ、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モリ
ブデン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60−288885
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、モリブデンを含む材料
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、700℃以下において加
熱処理し、モリブデン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、被処理材の表面にモリブデンの窒化物あるい
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、
被処理材の表面にモリブデン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) 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・窒素の固溶体
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
母材中に多く固溶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・窒素および炭素の
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。

(B)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。

以上のように、本発明者らは２回処理の欠点を
改良すべく鋭意努力した結果、１回の処理操作
で、２回処理によつて得られる窒化物または炭窒
化物とほぼ等しい表面層を形成できる方法を見出
した。窒化物または炭窒化物形成元素には窒化物
生成自由エネルギーが負に大きなバナジウム
（Ｖ）、クロム（Cr）、チタン（Ti）、タングステ
ン（Ｗ）やモリブデン（Mo）などがある。２回
処理法ではこれらのすべての元素について窒化物
または炭窒化物からなる表面層を形成させ得た。
しかし、１回の処理操作のみで炭窒化物等の表面
層を形成させる本発明ではＶ，Cr，Moの窒化物
または炭窒化物は形成させることができたが、
Ti，Ｗ，Taなどについては種々の検討を行つた
が、窒化物等の表面層を形成させることができな
かつた。

したがつて、本発明の層形成反応は生成自由エ
ネルギーの大小では説明することができない。

〔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モリブデンの拡散
処理を行うので、低温において、鉄または鉄合金
材料にモリブデン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KCl12wt％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℃の溶融塩浴を形成し、更に−100メ
ツシユの純モリブデン粉末を上記塩浴に対して
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８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。
その顕微鏡写真（倍率400倍）を第１図に示す。
該表面層は表面の滑らかな層であり、層厚さ約
5μmの内層と層厚さ約3μmの外層との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を第２図
に示す。表面層中にはMo，FeとともにＮとＣが
認めら、外層にはMo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70％のMo量が存在し、さらにＸ線回折で
はMoN（δ），（Mo，Fe）₆Cに相当する回折線が
認められた。このことにより形成された表面層
は、内層が（Mo，Fe）_n（Ｃ，Ｎ）_oから成るモリ
ブデン−鉄の炭窒化物層、外層がFeを若干固溶
した（Mo，Fe）（Ｃ，Ｎ）からなるMoの炭窒化
物層であることが確かめられた。

実施例２ NaCNO57wt％とNaCN13wt％とNaCl9wt％
とCaCl₂21wt％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℃の溶融塩浴を形
成し、更にこの浴中にMoO₃粉末（−325メツシ
ユ）を上記溶融塩に対して15wt％添加したこの
溶融塩浴に直径８mm、長さ20mmのJIS・SKH51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３図に示す。表面に形成された層は２層から
成るが、内層は外層に比べて著しく薄かつた（層
厚さ内層約2μm、外層約12μm）。Ｘ線回折では
MoN（δ），（Mo，Fe）₆Cに相当する回折線が認
められることと、第４図に示すＸ線マイクロアナ
ライザー分析の結果より外層は（Mo，Fe）（Ｃ，
Ｎ）から成るモリブデン‐鉄の炭窒化物層である
ことが確かめられた。内層は薄いため同定が難し
いが、Fe_n（Ｃ，Ｎ）からなる鉄の炭窒化物層で
あると考えられる。

実施例３実施例２に用いたのと同じく、NaCNO57wt％
とNaCN13wt％とNaCl9wt％とCaCl₂21wt％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610℃に保持し、更にこの浴中にMoO₃
粉末（−325メツシユ）を上記溶融塩に対して
15wt％添加した。この溶融塩浴に直径７mm、長
さ20mmの工業用純鉄丸棒試験片を８時間浸漬後、
取り出して空冷した。浸漬処理後の試験片の断面
組織を第５図に示す。形成された層は内層（層厚
さ約12μm）と外層（層厚さ約5μm）の２層から
成つており、これをＸ線マイクロアナライザーで
分析した結果を第６図に示す。Ｘ線回折では
MoN（δ）とFe₃Cに相当する回折線が認められ
ることから、外層は（Mo，Fe）_n（Ｃ，Ｎ）_oから
成るモリブデン−鉄の炭窒化物層であり、内層は
モリブデンを若干固溶した鉄の炭窒化物層Fe_p
（Ｃ，Ｎ）_pである。

実施例４実施例１に用いたのと同じく、NaCNO53wt％
とKCl12wt％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
の純モリブデンを挿入し、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。Mo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５％のモリブデンが浴中に溶入された。この
溶融塩浴中に直径６mm、長さ20mmのSKH51丸棒
試験片を24時間浸漬した後、取り出して空冷し
た。

処理された試験片を切断して、光学顕微鏡で調
べたところ、実施例２の場合と同様に層厚さ約
10μmの外層と、層厚さ約2μmの内層からなる表
面層が形成されていた。この部分をＸ線マイクロ
アナライザーで分析した結果表面層中には約50％
のMoとその他Fe，Ｎ，Ｃが認められ、外層に
MoとＮが、内層にはFeとＣが多く検出された。
また、Ｘ線回折ではMoN（δ），（Mo，Fe）₆Cに
相当する回折線が認められた。

実施例５ NaCNO51wt％とNaCl21wt％とNa₂CO₃28wt
％との混合物の入つたステンレス鋼容器を大気中
の電気炉にて加熱して650℃に加熱して溶融塩浴
を形成し、更にこの浴に−100メツシユの純モリ
ブデン粉末を溶融塩に対して15wt％添加した。
この650℃の浴に直径７mm、長さ20mmの工業用純
鉄丸棒試験片を浸漬して、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。

実施例２の場合と同様に表面層は外層と内層の
２層から成り、Ｘ線マイクロアナライザーによる
分析の結果、外層には約30％のMo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
例とほぼ同様の結果であつた。

実施例６ NaCNO45wt％とKCl10wt％とCaCl₂25wt％と
純Mo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３
と同様、２層から成る表面層が形成され、内層が
Fe_n（Ｃ，Ｎ）_oからなる鉄の炭窒化物層、外層が
（Mo，Fe）（Ｃ，Ｎ）から成るモリブデン−鉄の
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に用いたのと同じく、NaCNO53wt％
とKCl12wt％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メツシユの純モリブ
デン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、MoN（δ），（Mo，
Fe）₆Cに相当する回折線が認められた。

次に上記モリブデンの炭窒化物被覆試片（試料
No.１）について、ガス浸炭焼入れされた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
0.1m／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.２）についても同様の摩擦
実験を実施した。

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６mg／cm²と小さく、試験開始から
30秒後の摩擦係数も0.110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
した約3μm厚さの炭化バナジム層（VC）を被覆
したJIS−SKH51試片、あるいは850℃、４時間
の条件で化学的気相蒸着法（CVD）により8μm
厚さのTi（Ｃ，Ｎ）から成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の試片と同じような摩耗量および摩擦係
数でつた。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、耐摩耗性が耐焼付性の
点において劣つていないことがわかる。

実施例８ NaCN60wt％とKCN40wt％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、
600℃の溶融塩浴を形成した。更にこの浴中に
MoO₃粉末（−250メツシユ）を上記溶融塩浴に
対して15wt％添加した溶融塩浴中に、直径８mm、
長さ20mmのJIS・SKH51丸棒試片を２時間浸漬
後、取り出して空冷した。試片に付着した処理材
を洗浄除去後、Ｘ線回折、Ｘ線マイクロアナライ
ザーで調べた結果、他の実施例と同様、表面に
MoN（δ），（Mo，Fe）₆Cを主体とした混合層か
らなるモリブデン−鉄の炭窒化物層が形成されて
いることが確かめられた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第５図はそれぞれ実施例１，
２，３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（倍率はいずれ
も400倍）、第２図、第４図、第６図はそれぞれ実
施例１，２，３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である。

Claims

【特許請求の範囲】１鉄または鉄合金材料と、モリブデンを含む材
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、モリブデン、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モリブデン
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上記モリブデンを含む材料は、純モリブデ
ン、モリブデン合金、モリブデン化合物の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
溶融塩浴中にモリブデン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、モリブデン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、電界処理
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、上記処理剤とモリブデンを
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、モリブデンを含む材
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、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、モリブデン、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
モリブデン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上記モリブデンを含む材料は、純モリブデ
ン、モリブデン合金、モリブデン化合物の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
溶融塩浴中にモリブデン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の表面処理
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、モリブデン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、上記処理剤とモリブデン
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。