JPH0827535A - 窒素含有超耐熱軽金属材料および窒素含有超強剛軽金属 材料並びにそれらの製造方法 - Google Patents
窒素含有超耐熱軽金属材料および窒素含有超強剛軽金属 材料並びにそれらの製造方法Info
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- JPH0827535A JPH0827535A JP19633094A JP19633094A JPH0827535A JP H0827535 A JPH0827535 A JP H0827535A JP 19633094 A JP19633094 A JP 19633094A JP 19633094 A JP19633094 A JP 19633094A JP H0827535 A JPH0827535 A JP H0827535A
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- nitrogen
- light metal
- metal material
- nitriding
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 強度および剛性が大きく、また耐熱性に優れ
た軽金属を得ること。 【構成】 チタンまたはジルコニウムのピロゾル体を含
有する青化化合物塩浴中にアルミニウムまたはマグネシ
ウムを浸漬して電解を行うことにより、該アルミニウム
またはマグネシウム中に窒素が急速に浸透拡散して超強
剛もしくは超耐熱の軽金属材料が得られるようにした。
た軽金属を得ること。 【構成】 チタンまたはジルコニウムのピロゾル体を含
有する青化化合物塩浴中にアルミニウムまたはマグネシ
ウムを浸漬して電解を行うことにより、該アルミニウム
またはマグネシウム中に窒素が急速に浸透拡散して超強
剛もしくは超耐熱の軽金属材料が得られるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強度および剛性が大き
く、耐熱性に優れた新規な軽金属材料およびその製造方
法に関するものである。
く、耐熱性に優れた新規な軽金属材料およびその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の軽金属材料には例えばＡｌにＦ
ｅ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｎ等の重金属元素を加えたもの、さ
らにこれらの合金の表面を急速溶融、或は急速凝固せし
めて表面硬度および耐摩耗性等を向上せしめたもの（例
えば特開昭５４−８７７８５号公報）等があり、またＭ
ｇ−Ｔｉ系合金を焼結法で製造する方法（特開平２−１
２９３２９号公報）、或はＭｇ−Ｚｒ系合金制振材（特
開平２−４７２３７号公報）等が提案されているが、未
だ充分な強剛性或は耐熱性等を有する材料は知られてい
ない。
ｅ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｎ等の重金属元素を加えたもの、さ
らにこれらの合金の表面を急速溶融、或は急速凝固せし
めて表面硬度および耐摩耗性等を向上せしめたもの（例
えば特開昭５４−８７７８５号公報）等があり、またＭ
ｇ−Ｔｉ系合金を焼結法で製造する方法（特開平２−１
２９３２９号公報）、或はＭｇ−Ｚｒ系合金制振材（特
開平２−４７２３７号公報）等が提案されているが、未
だ充分な強剛性或は耐熱性等を有する材料は知られてい
ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような事情に鑑
み、本発明の目的は強度および剛性が大きく、もしくは
耐熱性に優れた軽金属材料およびその製造方法を提供す
ることである。
み、本発明の目的は強度および剛性が大きく、もしくは
耐熱性に優れた軽金属材料およびその製造方法を提供す
ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は先に青化化合
物の塩浴を使用した、鉄鋼の低温度域における電解窒化
法を提案した（特公昭４９−４１０２３号公報）。本発
明はこの電解窒化法を軽金属に適用することにより強剛
性が高く、もしくは耐熱性に優れた軽金属材料を得るこ
とができるようにしたものである。
物の塩浴を使用した、鉄鋼の低温度域における電解窒化
法を提案した（特公昭４９−４１０２３号公報）。本発
明はこの電解窒化法を軽金属に適用することにより強剛
性が高く、もしくは耐熱性に優れた軽金属材料を得るこ
とができるようにしたものである。
【０００５】
【作用】本発明軽金属材料を製造するに当っての電解窒
化法について述べる。本発明は特殊な処理を行って得た
青化物塩浴を使用し、比較的低い温度で電解を行うこと
により窒化反応の速度を増大させ、上述の如き優れた性
能の軽金属材料が得られるようにしたものである。使用
塩浴は青化化合物の塩浴で、この塩浴中に、チタンまた
はジルコニウム、或は両者の混合体の、ピロゾル含有塩
浴を構成するもので、青化化合物としては、青化ソー
ダ、青化加里の各単味、或は両者の混合体、或は両者の
何れかに、第３者的混合物を３０％以下の適量加味した
ものでも差支えない。第３者的混合物は、例えば、炭酸
ソーダ、炭酸加里、食塩、塩化加里等である。ピロゾル
含有塩浴を構成するには、チタンまたはジルコニウム、
或は両者の混合体の、水溶性の化合物溶液を、電解して
得た電解析出の金属体を必要とする。かくして製造した
金属体を、先に述べた塩浴の、６００℃に加熱された溶
融液中に浸漬すれば構成される。この理由は電解析出し
たチタンまたはジルコニウムは、６００℃以上に急加熱
されれば、気化する特性のあるもので、気化したこの金
属体は、溶液中に分散含有され、ピロゾル含有体の塩浴
が構成されるのである。かくして構成された塩浴を冷却
して凝固点近くまでに至らしめる。凝固点にあまり近接
した温度の塩浴は、粘度が大で作業がしにくいので、大
体４００℃乃至５００℃が作業温度範囲で、実用作業温
度は４５０℃である。塩浴の凝固点は主として使用青化
物溶液の組成によって差異があるものと考えられる。上
記塩浴に所望の窒化処理を行うべき製品を陽極とし浸漬
し、塩浴の容器を陰極として電解を行う。以上は鉄鋼の
電解窒化法の概要であるが上述のように塩浴の作業温度
が４００℃乃至５００℃と低温度であるため、この塩浴
を利用してアルミニウム（融点約６６０℃）、マグネシ
ウム（融点約６５０℃）或はこれらの金属を主成分とす
る合金の窒化を行うようにしたものである。これらのＡ
ｌもしくはＭｇに添加される元素としては、例えばＡｌ
に対し、Ｆｅ５．０〜１５％，Ｍｇ＜５％，Ｎｉ＜１５
％，Ｃｏ＜１５％，Ｃｒ＜１５％，Ｚｒ＜１０％，Ｖ＜
１０％，Ｔｉ＜１０％，Ｍｏ＜１０％，Ｍｎ＜１５％な
どがあり、またＭｇに対し、Ｆｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ等
（何れも１０％以下）がある。本窒化作用における化学
反応を以下に説明する。チタンのピロゾル体を例にとっ
て窒化触媒作用の化学反応を説明すれば、青化ソーダ浴
の場合を述べると、水溶液電解生成物である電解チタン
は６００℃の浴中で急速加熱されてピロゾル体となり酸
化される。 Ｔｉ＋１／２０２＝ＴｉＯ このピロゾル体である一酸化チタンが塩浴中に存在する
場合には塩浴の電解に際し触媒作用で窒化が急速に促進
される。例えばＡｌの場合； Ａｌ＋ＴｉＯ＋ＣＮ＝ＡｌＮ＋Ｔｉ＋ＣＯ Ｍｇの場合； ３Ｍｇ＋ＴｉＯ＋２ＣＮ＝Ｍｇ３Ｎ２＋Ｔｉ＋２ＣＯ かくして軽金属の窒素化合物が生成すると共に還元され
たＴｉは鉄鋼の場合と同様に、酸化されてＴｉＯに変化
し、触媒化学反応を繰返し行う。所望窒化材料の表面に
急速に析出された窒素化合物は窒素原子として、或は化
合物として急速に材料中に拡散し、分散状に材料中に含
まれ、材質の顕著な改良が行われるものと考えられる。
知見によれば、電解時の電流密度にもよるが４０分程度
の電解により１０ｍｍオーダーの窒化が可能である。上
記電解窒化法による例えばアルミニウムおよびその合金
のビッカース硬度は７５０〜８５０であり、従来の強力
アルミニウム合金の硬度に匹敵し、或はそれ以上の硬度
が得られる。上記電解窒化法により得られた軽金属は窒
素を含有することにより、それぞれの融点より高い温度
に保持しても溶融することがなく、著しい超耐熱性を示
す。さらに驚くべき事は、上記塩浴の温度を９００℃と
し、この中に材料を浸漬して電解窒化を行わせたところ
材料が溶融することなく、しかも低温の約１／２の時間
で窒化が完了することである。この理由は未だ明らかで
はないが、窒化反応が急熱により超高速度で進行するた
めと考えられる。上記各窒化作業終了後、材料を常温も
しくは５００℃以下の温度で時効硬化（例えば７２時
間）せしめることにより、さらに強度を増加させること
が可能である。
化法について述べる。本発明は特殊な処理を行って得た
青化物塩浴を使用し、比較的低い温度で電解を行うこと
により窒化反応の速度を増大させ、上述の如き優れた性
能の軽金属材料が得られるようにしたものである。使用
塩浴は青化化合物の塩浴で、この塩浴中に、チタンまた
はジルコニウム、或は両者の混合体の、ピロゾル含有塩
浴を構成するもので、青化化合物としては、青化ソー
ダ、青化加里の各単味、或は両者の混合体、或は両者の
何れかに、第３者的混合物を３０％以下の適量加味した
ものでも差支えない。第３者的混合物は、例えば、炭酸
ソーダ、炭酸加里、食塩、塩化加里等である。ピロゾル
含有塩浴を構成するには、チタンまたはジルコニウム、
或は両者の混合体の、水溶性の化合物溶液を、電解して
得た電解析出の金属体を必要とする。かくして製造した
金属体を、先に述べた塩浴の、６００℃に加熱された溶
融液中に浸漬すれば構成される。この理由は電解析出し
たチタンまたはジルコニウムは、６００℃以上に急加熱
されれば、気化する特性のあるもので、気化したこの金
属体は、溶液中に分散含有され、ピロゾル含有体の塩浴
が構成されるのである。かくして構成された塩浴を冷却
して凝固点近くまでに至らしめる。凝固点にあまり近接
した温度の塩浴は、粘度が大で作業がしにくいので、大
体４００℃乃至５００℃が作業温度範囲で、実用作業温
度は４５０℃である。塩浴の凝固点は主として使用青化
物溶液の組成によって差異があるものと考えられる。上
記塩浴に所望の窒化処理を行うべき製品を陽極とし浸漬
し、塩浴の容器を陰極として電解を行う。以上は鉄鋼の
電解窒化法の概要であるが上述のように塩浴の作業温度
が４００℃乃至５００℃と低温度であるため、この塩浴
を利用してアルミニウム（融点約６６０℃）、マグネシ
ウム（融点約６５０℃）或はこれらの金属を主成分とす
る合金の窒化を行うようにしたものである。これらのＡ
ｌもしくはＭｇに添加される元素としては、例えばＡｌ
に対し、Ｆｅ５．０〜１５％，Ｍｇ＜５％，Ｎｉ＜１５
％，Ｃｏ＜１５％，Ｃｒ＜１５％，Ｚｒ＜１０％，Ｖ＜
１０％，Ｔｉ＜１０％，Ｍｏ＜１０％，Ｍｎ＜１５％な
どがあり、またＭｇに対し、Ｆｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ等
（何れも１０％以下）がある。本窒化作用における化学
反応を以下に説明する。チタンのピロゾル体を例にとっ
て窒化触媒作用の化学反応を説明すれば、青化ソーダ浴
の場合を述べると、水溶液電解生成物である電解チタン
は６００℃の浴中で急速加熱されてピロゾル体となり酸
化される。 Ｔｉ＋１／２０２＝ＴｉＯ このピロゾル体である一酸化チタンが塩浴中に存在する
場合には塩浴の電解に際し触媒作用で窒化が急速に促進
される。例えばＡｌの場合； Ａｌ＋ＴｉＯ＋ＣＮ＝ＡｌＮ＋Ｔｉ＋ＣＯ Ｍｇの場合； ３Ｍｇ＋ＴｉＯ＋２ＣＮ＝Ｍｇ３Ｎ２＋Ｔｉ＋２ＣＯ かくして軽金属の窒素化合物が生成すると共に還元され
たＴｉは鉄鋼の場合と同様に、酸化されてＴｉＯに変化
し、触媒化学反応を繰返し行う。所望窒化材料の表面に
急速に析出された窒素化合物は窒素原子として、或は化
合物として急速に材料中に拡散し、分散状に材料中に含
まれ、材質の顕著な改良が行われるものと考えられる。
知見によれば、電解時の電流密度にもよるが４０分程度
の電解により１０ｍｍオーダーの窒化が可能である。上
記電解窒化法による例えばアルミニウムおよびその合金
のビッカース硬度は７５０〜８５０であり、従来の強力
アルミニウム合金の硬度に匹敵し、或はそれ以上の硬度
が得られる。上記電解窒化法により得られた軽金属は窒
素を含有することにより、それぞれの融点より高い温度
に保持しても溶融することがなく、著しい超耐熱性を示
す。さらに驚くべき事は、上記塩浴の温度を９００℃と
し、この中に材料を浸漬して電解窒化を行わせたところ
材料が溶融することなく、しかも低温の約１／２の時間
で窒化が完了することである。この理由は未だ明らかで
はないが、窒化反応が急熱により超高速度で進行するた
めと考えられる。上記各窒化作業終了後、材料を常温も
しくは５００℃以下の温度で時効硬化（例えば７２時
間）せしめることにより、さらに強度を増加させること
が可能である。
【０００６】
【実施例】アルミニウムの窒化処理に当り、青化ソーダ
浴中チタンのピロゾル体含有量２５０ｐｐｍの窒化浴を
使用、浴温４５０℃で電流５アンペアを通じた時、４０
分間の浸漬加熱で窒化層の厚さ約１０ｍｍのオーダーで
ビッカース硬度数８００を得た。また、上例と同様の窒
化条件でマグネシウムを浸漬加熱したところ、約３０分
間の浸漬で窒化層の厚さ約１０ｍｍのオーダーでビッカ
ース硬度数７５０を得た。
浴中チタンのピロゾル体含有量２５０ｐｐｍの窒化浴を
使用、浴温４５０℃で電流５アンペアを通じた時、４０
分間の浸漬加熱で窒化層の厚さ約１０ｍｍのオーダーで
ビッカース硬度数８００を得た。また、上例と同様の窒
化条件でマグネシウムを浸漬加熱したところ、約３０分
間の浸漬で窒化層の厚さ約１０ｍｍのオーダーでビッカ
ース硬度数７５０を得た。
【０００７】
【発明の効果】マグネシウムは現用各種アルミニウム合
金に対し、大約３分の２の軽量であるので、窒化マグネ
シウムの超耐熱性を利用し、もしエンジンのピストンを
作れば、エネルギーは現用軽合金ピストンに対して３分
の１の節約が期待され、また、燃料ガソリンも大約３分
の１の節約が期待されること明白である。一方アルミニ
ウムは、上記塩浴窒化すれば熱伝導性良好、超強剛かつ
高硬度になるのでもしエンジンの空冷鰭付鋳造シリンダ
ー、およびシリンダー・ヘッドを作れば、熱伝導優秀か
つ耐摩耗良好で、シリンダー・ライナーの省略可能な、
最優秀冷却エンジンの工作が期待される。さらにこれら
の超耐熱超強剛軽金属材料が上記の如き窒素含有塩浴中
の電解により比較的簡単な方法で得ることができる優れ
た効果を有している。
金に対し、大約３分の２の軽量であるので、窒化マグネ
シウムの超耐熱性を利用し、もしエンジンのピストンを
作れば、エネルギーは現用軽合金ピストンに対して３分
の１の節約が期待され、また、燃料ガソリンも大約３分
の１の節約が期待されること明白である。一方アルミニ
ウムは、上記塩浴窒化すれば熱伝導性良好、超強剛かつ
高硬度になるのでもしエンジンの空冷鰭付鋳造シリンダ
ー、およびシリンダー・ヘッドを作れば、熱伝導優秀か
つ耐摩耗良好で、シリンダー・ライナーの省略可能な、
最優秀冷却エンジンの工作が期待される。さらにこれら
の超耐熱超強剛軽金属材料が上記の如き窒素含有塩浴中
の電解により比較的簡単な方法で得ることができる優れ
た効果を有している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２５Ｂ 1/00 Ｚ
Claims (5)
- 【請求項１】 窒素またはマグネシウムの窒素化合物を
分散状態で含有するマグネシウムを主成分とする窒素含
有超耐熱軽金属材料。 - 【請求項２】 窒素またはアルミニウムの窒素化合物を
分散状態で含有するアルミニウムを主成分とする窒素含
有超強剛軽金属材料。 - 【請求項３】 チタンまたはジルコニウムの各単味、或
は両者の混合体のうち何れかを含有する青化化合物塩浴
を使用し、窒化希望のマグネシウムまたはアルミニウム
もしくはこれらを主成分とする合金からなる材料を陽極
として直流電流を通じ、約５００℃の温度にて窒化作用
を行わせることを特徴とする窒素含有超耐熱もしくは超
強剛軽金属材料の製造方法。 - 【請求項４】 上記窒化温度を約５００℃以下の温度か
ら９００℃に上昇することを特徴とする請求項３に記載
の窒素含有超耐熱もしくは超強剛軽金属材料の製造方
法。 - 【請求項５】 上記窒化作用完了後、物体を常温乃至５
００℃以下の適温で時効せしめることを特徴とする請求
項３もしくは４に記載の窒素含有超耐熱もしくは超強剛
軽金属材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19633094A JPH0827535A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 窒素含有超耐熱軽金属材料および窒素含有超強剛軽金属 材料並びにそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19633094A JPH0827535A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 窒素含有超耐熱軽金属材料および窒素含有超強剛軽金属 材料並びにそれらの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0827535A true JPH0827535A (ja) | 1996-01-30 |
Family
ID=16356037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19633094A Pending JPH0827535A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 窒素含有超耐熱軽金属材料および窒素含有超強剛軽金属 材料並びにそれらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827535A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014051740A (ja) * | 2008-10-22 | 2014-03-20 | Rohm Co Ltd | 積層構造体 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4941023A (ja) * | 1972-08-28 | 1974-04-17 | ||
| JPS5126381A (ja) * | 1974-08-28 | 1976-03-04 | Tokuyama Soda Kk | Mukisenisotohogoshiitotono setsuchakuhoho |
| JPS6436744A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-07 | Shinzo Sato | Product and material reinforced by distributing metallic nitrogen compound into total area of copper titanium, aluminum, magnesium as well as alloy of these metallic groups and normal cast iron |
| JPH0633164A (ja) * | 1992-07-13 | 1994-02-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 窒化物分散Ａｌ合金部材の製造方法 |
-
1994
- 1994-07-18 JP JP19633094A patent/JPH0827535A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4941023A (ja) * | 1972-08-28 | 1974-04-17 | ||
| JPS5126381A (ja) * | 1974-08-28 | 1976-03-04 | Tokuyama Soda Kk | Mukisenisotohogoshiitotono setsuchakuhoho |
| JPS6436744A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-07 | Shinzo Sato | Product and material reinforced by distributing metallic nitrogen compound into total area of copper titanium, aluminum, magnesium as well as alloy of these metallic groups and normal cast iron |
| JPH0633164A (ja) * | 1992-07-13 | 1994-02-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 窒化物分散Ａｌ合金部材の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014051740A (ja) * | 2008-10-22 | 2014-03-20 | Rohm Co Ltd | 積層構造体 |
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