JPH05320876A - 耐食性金属物品及びその製造方法 - Google Patents
耐食性金属物品及びその製造方法Info
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- JPH05320876A JPH05320876A JP15007192A JP15007192A JPH05320876A JP H05320876 A JPH05320876 A JP H05320876A JP 15007192 A JP15007192 A JP 15007192A JP 15007192 A JP15007192 A JP 15007192A JP H05320876 A JPH05320876 A JP H05320876A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のメッキ処理の問題点を解消し、耐食性
が一段と向上した金属物品及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 金属物品の表面から０．５μｍ以上の深さま
でＣｒが濃度を減少させながら分散している耐食性金属
物品及び、金属物品の表面にイオンプレーティング法に
よりＣｒイオンを照射することを特徴とする請求項１記
載の耐食性金属物品の製造方法。
が一段と向上した金属物品及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 金属物品の表面から０．５μｍ以上の深さま
でＣｒが濃度を減少させながら分散している耐食性金属
物品及び、金属物品の表面にイオンプレーティング法に
よりＣｒイオンを照射することを特徴とする請求項１記
載の耐食性金属物品の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面に耐食性を有する
金属物品及びその製造方法に関するものである。
金属物品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より金属物品の耐食性を向上させる
には、表面にＮｉ、Ｃｒ等の耐食性の高い金属のメッキ
を施すことが行われている。
には、表面にＮｉ、Ｃｒ等の耐食性の高い金属のメッキ
を施すことが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記Ｎｉ、Ｃ
ｒ等の金属メッキ膜は金属物品表面近傍の数μｍの薄い
膜であるため、また、金属物品とメッキ層との境界面が
熱膨張係数、熱伝導度等物理的特性の異なる不連続な面
であるため、摩耗、衝撃、加熱等により破壊され易く、
破壊された部分から腐食が進行するという問題がある。
ｒ等の金属メッキ膜は金属物品表面近傍の数μｍの薄い
膜であるため、また、金属物品とメッキ層との境界面が
熱膨張係数、熱伝導度等物理的特性の異なる不連続な面
であるため、摩耗、衝撃、加熱等により破壊され易く、
破壊された部分から腐食が進行するという問題がある。
【０００４】そこで、本発明の目的は、上記従来のメッ
キ処理の問題点を解消し、耐食性が一段と向上した金属
物品及びその製造方法を提供することにある。
キ処理の問題点を解消し、耐食性が一段と向上した金属
物品及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の金属物品は、金属物品の表面から０．５μ
ｍ以上の深さまでＣｒが濃度を減少させながら分散して
いる点に特徴がある。また、その製造方法は金属物品の
表面にイオンプレーティング法によりＣｒイオンを照射
する点に特徴がある。
め、本発明の金属物品は、金属物品の表面から０．５μ
ｍ以上の深さまでＣｒが濃度を減少させながら分散して
いる点に特徴がある。また、その製造方法は金属物品の
表面にイオンプレーティング法によりＣｒイオンを照射
する点に特徴がある。
【０００６】
【作用】本発明の耐食性金属物品は、表面から０．５μ
ｍ以上の深さまで、金属物品にもともと含有されている
Ｃｒの濃度以上のＣｒが、濃度を減少させながら分散し
ているものである。この表面からＣｒが分散している領
域の深さは、高々１０μｍまであれば良く、通常は０．
５〜３μｍであり、０．５μｍより浅いと十分な耐食性
が得られない。Ｃｒの濃度勾配は一定である必要はない
が、濃度は表面から内部に向かって連続的に減少し、不
連続な濃度ギャップがないことが必要である。
ｍ以上の深さまで、金属物品にもともと含有されている
Ｃｒの濃度以上のＣｒが、濃度を減少させながら分散し
ているものである。この表面からＣｒが分散している領
域の深さは、高々１０μｍまであれば良く、通常は０．
５〜３μｍであり、０．５μｍより浅いと十分な耐食性
が得られない。Ｃｒの濃度勾配は一定である必要はない
が、濃度は表面から内部に向かって連続的に減少し、不
連続な濃度ギャップがないことが必要である。
【０００７】金属物品表面から０．５μｍ以上の深さの
領域はＣｒと金属物品の材料との混合層であり、Ｃｒの
濃度は表面では高く内部に向かって連続的に低くなって
いる。このためメッキ、塗布処理等でみられる表面処理
層と金属物品母材との不連続な界面が存在せず、衝撃、
加熱等によって表面層が剥離するということはない。ま
た、金属物品母材の有する耐摩耗性、硬度等の特性もほ
ぼ維持できる。
領域はＣｒと金属物品の材料との混合層であり、Ｃｒの
濃度は表面では高く内部に向かって連続的に低くなって
いる。このためメッキ、塗布処理等でみられる表面処理
層と金属物品母材との不連続な界面が存在せず、衝撃、
加熱等によって表面層が剥離するということはない。ま
た、金属物品母材の有する耐摩耗性、硬度等の特性もほ
ぼ維持できる。
【０００８】本発明に使用される金属物品の材料は、純
金属あるいは合金材料であり、特に鉄鋼材料において効
果がある。用いられる鉄鋼材料としては、例えば、Ｓ１
５Ｃなどの肌焼鋼、Ｓ４５Ｃなどの構造用鋼、ＳＵＰ１
０などのばね鋼、ＳＵＪ２などの軸受鋼、ＳＡＣＭ１な
どの窒化鋼、ＳＫＤ６などの熱間加工用工具鋼、ＳＫＤ
１１などの冷間加工用工具鋼、ＳＫＨ５１などの高速度
鋼、ＳＵＳ３１０Ｓなどの耐熱鋼、ＳＵＳ４１０などの
耐食耐酸鋼などが挙げられる。
金属あるいは合金材料であり、特に鉄鋼材料において効
果がある。用いられる鉄鋼材料としては、例えば、Ｓ１
５Ｃなどの肌焼鋼、Ｓ４５Ｃなどの構造用鋼、ＳＵＰ１
０などのばね鋼、ＳＵＪ２などの軸受鋼、ＳＡＣＭ１な
どの窒化鋼、ＳＫＤ６などの熱間加工用工具鋼、ＳＫＤ
１１などの冷間加工用工具鋼、ＳＫＨ５１などの高速度
鋼、ＳＵＳ３１０Ｓなどの耐熱鋼、ＳＵＳ４１０などの
耐食耐酸鋼などが挙げられる。
【０００９】本発明の金属物品の製造には、公知のいず
れの方式のイオンプレーティング法も用いることができ
る。イオンプレーティング法は金属を蒸発させ、この蒸
発した金属をイオン化し、さらにイオン化した金属分子
を反応性ガス雰囲気下で電界により加速して、物品の表
面に打ち込むものである。
れの方式のイオンプレーティング法も用いることができ
る。イオンプレーティング法は金属を蒸発させ、この蒸
発した金属をイオン化し、さらにイオン化した金属分子
を反応性ガス雰囲気下で電界により加速して、物品の表
面に打ち込むものである。
【００１０】金属を蒸発させるには、抵抗加熱や電子銃
加熱を用いる方法等がある。蒸発した金属のイオン化は
公知のカソードアーク放電、グロー放電、高周波放電、
イオン化電極を用いる方法、ホロカソード法のいずれで
も良い。これらの中で、カソードアーク放電型のイオン
プレーティング法は金属の蒸発とイオン化とを同時に行
う方式のものであり、他の方法に比べて金属のイオン化
効率が高い。また他の方式では、Ｃｒが完全にイオン化
されないためＣｒ蒸気が金属物品表面を覆ってＣｒ層が
形成されて、物品内部深くまでＣｒが分散しにくくなる
という問題があるが、カソードアーク放電型のイオンプ
レーティング法ではこのようなことがなく、本発明の実
施には最適である。
加熱を用いる方法等がある。蒸発した金属のイオン化は
公知のカソードアーク放電、グロー放電、高周波放電、
イオン化電極を用いる方法、ホロカソード法のいずれで
も良い。これらの中で、カソードアーク放電型のイオン
プレーティング法は金属の蒸発とイオン化とを同時に行
う方式のものであり、他の方法に比べて金属のイオン化
効率が高い。また他の方式では、Ｃｒが完全にイオン化
されないためＣｒ蒸気が金属物品表面を覆ってＣｒ層が
形成されて、物品内部深くまでＣｒが分散しにくくなる
という問題があるが、カソードアーク放電型のイオンプ
レーティング法ではこのようなことがなく、本発明の実
施には最適である。
【００１１】カソードアーク放電型のイオンプレーティ
ング法では、１０-3Torr以下の真空下でＣｒの蒸発、イ
オン化を行う。イオン化したＣｒを加速するために金属
物品に印加する電圧は５００〜２０００Ｖが望ましく、
７００〜１５００Ｖが最適である。金属物品に印加する
電圧が５００Ｖ未満ではＣｒイオンの運動エネルギーが
十分でなく、金属物品表面への打ち込み効果が小さくな
るからであり、また２０００Ｖを超えるとＣｒイオンの
運動エネルギーが大きくなりすぎ、金属物品表面をスパ
ッタリングして損傷してしまう確率が高くなるからであ
る。
ング法では、１０-3Torr以下の真空下でＣｒの蒸発、イ
オン化を行う。イオン化したＣｒを加速するために金属
物品に印加する電圧は５００〜２０００Ｖが望ましく、
７００〜１５００Ｖが最適である。金属物品に印加する
電圧が５００Ｖ未満ではＣｒイオンの運動エネルギーが
十分でなく、金属物品表面への打ち込み効果が小さくな
るからであり、また２０００Ｖを超えるとＣｒイオンの
運動エネルギーが大きくなりすぎ、金属物品表面をスパ
ッタリングして損傷してしまう確率が高くなるからであ
る。
【００１２】一般のイオンプレーティング法では、Ｔｉ
Ｎなどの金属窒化物を形成させるために窒素ガスなどの
反応性ガスを原料として導入するが、本発明の製造方法
においては反応性ガスを導入する必要はなく、反応容器
を１０-3Torr以上の高真空下にする。Ｃｒイオンの照射
が終了した後は真空中もしくは不活性ガス雰囲気下で金
属物品を冷却し、容器内を大気圧に戻して取り出せば良
い。
Ｎなどの金属窒化物を形成させるために窒素ガスなどの
反応性ガスを原料として導入するが、本発明の製造方法
においては反応性ガスを導入する必要はなく、反応容器
を１０-3Torr以上の高真空下にする。Ｃｒイオンの照射
が終了した後は真空中もしくは不活性ガス雰囲気下で金
属物品を冷却し、容器内を大気圧に戻して取り出せば良
い。
【００１３】
実施例 ・・・ 大きさ１７×１７×２ｍｍ、ビッカー
ス硬度Ｈｖ＝８５０のＳＫＨ５１高速度鋼の板材を母材
とし、Ｃｒカソードを備えたカソードアーク方式のイオ
ンプレーティング装置を用いて、本発明の金属物品を製
造した。装置反応容器内の所定位置に板材をセットした
後、反応容器内を１０-5Torrまで真空排気し、板材に１
０００Ｖのバイアス電圧を印加し、Ｃｒカソードよりア
ーク放電を生起させた。この時アーク放電電流は６０Ａ
であった。赤外放射温度計により板材の表面温度を監視
しながらこのアーク放電を５分間続け、金属Ｃｒを蒸
発、イオン化させた。アーク放電中最大４５０℃まで板
材表面温度の上昇が認められた。
ス硬度Ｈｖ＝８５０のＳＫＨ５１高速度鋼の板材を母材
とし、Ｃｒカソードを備えたカソードアーク方式のイオ
ンプレーティング装置を用いて、本発明の金属物品を製
造した。装置反応容器内の所定位置に板材をセットした
後、反応容器内を１０-5Torrまで真空排気し、板材に１
０００Ｖのバイアス電圧を印加し、Ｃｒカソードよりア
ーク放電を生起させた。この時アーク放電電流は６０Ａ
であった。赤外放射温度計により板材の表面温度を監視
しながらこのアーク放電を５分間続け、金属Ｃｒを蒸
発、イオン化させた。アーク放電中最大４５０℃まで板
材表面温度の上昇が認められた。
【００１４】反応容器内真空下で板材を冷却した後取り
出したところ、外観は金属光沢を有し、ビッカース硬度
はＨｖ＝７５０であった。この板材をＳＩＭＳ（二次イ
オン質量分析装置）により板材表面から深さ方向にＣｒ
の分布を測定した。図１にこのときのＳＩＭＳのスパッ
タリング時間に対するＣｒの検出強度を示す。スパッタ
リング開始後４０分間一定値以上のＣｒが連続して検出
され、母材ＳＫＨ５１鋼に含まれるＣｒ濃度よりも明ら
かに高い濃度のＣｒが板材表面から０．５μｍ以上の深
さまで単調に濃度を減少させながら存在していること確
認された。
出したところ、外観は金属光沢を有し、ビッカース硬度
はＨｖ＝７５０であった。この板材をＳＩＭＳ（二次イ
オン質量分析装置）により板材表面から深さ方向にＣｒ
の分布を測定した。図１にこのときのＳＩＭＳのスパッ
タリング時間に対するＣｒの検出強度を示す。スパッタ
リング開始後４０分間一定値以上のＣｒが連続して検出
され、母材ＳＫＨ５１鋼に含まれるＣｒ濃度よりも明ら
かに高い濃度のＣｒが板材表面から０．５μｍ以上の深
さまで単調に濃度を減少させながら存在していること確
認された。
【００１５】次に、Ｃｒイオンを照射した板材を、Ｃｒ
イオン照射面以外はテープでマスキングして、１０％、
２０℃の塩酸溶液中に５０時間浸漬して耐食性を調査し
た。浸漬後の基板の外観に変化は認められず、金属光沢
を保っていた。
イオン照射面以外はテープでマスキングして、１０％、
２０℃の塩酸溶液中に５０時間浸漬して耐食性を調査し
た。浸漬後の基板の外観に変化は認められず、金属光沢
を保っていた。
【００１６】比較例１ ・・・ バイアス電圧を２００
Ｖにした他は実施例と同様の方法でＣｒイオンを照射し
た板材を作製し、ＳＩＭＳにより板材表面から深さ方向
にＣｒの分布を測定したところ、板材表面から深さ０．
２μｍまで金属Ｃｒの層が形成され、Ｃｒイオン照射に
よって打ち込まれたＣｒは板材表面から深さ０．４μｍ
までしか検出されなかった。実施例と同様の方法で耐食
性の調査をしたところ、浸漬後の基板は金属光沢を失
い、変色した。
Ｖにした他は実施例と同様の方法でＣｒイオンを照射し
た板材を作製し、ＳＩＭＳにより板材表面から深さ方向
にＣｒの分布を測定したところ、板材表面から深さ０．
２μｍまで金属Ｃｒの層が形成され、Ｃｒイオン照射に
よって打ち込まれたＣｒは板材表面から深さ０．４μｍ
までしか検出されなかった。実施例と同様の方法で耐食
性の調査をしたところ、浸漬後の基板は金属光沢を失
い、変色した。
【００１７】比較例２ ・・・ バイアス電圧を２２０
０Ｖにした他は実施例と同様の方法でＣｒイオンを照射
した板材を作製したところ、板材表面が損傷により荒れ
てしまった。
０Ｖにした他は実施例と同様の方法でＣｒイオンを照射
した板材を作製したところ、板材表面が損傷により荒れ
てしまった。
【００１８】
【発明の効果】本発明による耐食性金属物品は耐食性が
大幅に向上し、また本発明の製造方法により該耐食性金
属物品が得られた。
大幅に向上し、また本発明の製造方法により該耐食性金
属物品が得られた。
【図１】本発明の耐食性金属物品の表面の、ＳＩＭＳに
よる深さ方向のＣｒ検出強度を示す図である。
よる深さ方向のＣｒ検出強度を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 金属物品の表面から０．５μｍ以上の深
さまでＣｒが濃度を減少させながら分散している耐食性
金属物品。 - 【請求項２】 金属物品の表面にイオンプレーティング
法によりＣｒイオンを照射することを特徴とする請求項
１記載の耐食性金属物品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15007192A JPH05320876A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 耐食性金属物品及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15007192A JPH05320876A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 耐食性金属物品及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05320876A true JPH05320876A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15488890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15007192A Pending JPH05320876A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 耐食性金属物品及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05320876A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50141541A (ja) * | 1974-04-30 | 1975-11-14 | ||
| JPS5397941A (en) * | 1977-02-07 | 1978-08-26 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Surface treating method for high temperature corrosion resistance and ion plating diffusion treatment furnace |
-
1992
- 1992-05-19 JP JP15007192A patent/JPH05320876A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50141541A (ja) * | 1974-04-30 | 1975-11-14 | ||
| JPS5397941A (en) * | 1977-02-07 | 1978-08-26 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Surface treating method for high temperature corrosion resistance and ion plating diffusion treatment furnace |
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