JPH1128622A - 表面改質方法及び表面改質工具 - Google Patents
表面改質方法及び表面改質工具Info
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- JPH1128622A JPH1128622A JP9196364A JP19636497A JPH1128622A JP H1128622 A JPH1128622 A JP H1128622A JP 9196364 A JP9196364 A JP 9196364A JP 19636497 A JP19636497 A JP 19636497A JP H1128622 A JPH1128622 A JP H1128622A
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- steel
- coating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＶＤのように特殊薬品を使用せず、窒化物
等の反応条件を整えるための前処理やガス供給条件等の
設定が容易な工具用鋼の表面改質方法及び表面改質工具
を提供。 【解決手段】 合金鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基
材表面に、融点が８００℃以上の元素（例えば、周期律
表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の遷移金属又はＢ）を真空
蒸着、スパッタリング、イオンプレ−ティング又は放電
被覆処理等で被覆した後、真空熱処理にて処理中又は処
理の一部において少なくとも窒素又は炭化水素雰囲気で
加熱恒温処理し、さらに、焼入、焼戻し、基材表面を改
質する。
等の反応条件を整えるための前処理やガス供給条件等の
設定が容易な工具用鋼の表面改質方法及び表面改質工具
を提供。 【解決手段】 合金鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基
材表面に、融点が８００℃以上の元素（例えば、周期律
表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の遷移金属又はＢ）を真空
蒸着、スパッタリング、イオンプレ−ティング又は放電
被覆処理等で被覆した後、真空熱処理にて処理中又は処
理の一部において少なくとも窒素又は炭化水素雰囲気で
加熱恒温処理し、さらに、焼入、焼戻し、基材表面を改
質する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は基材表面の改質に
関し、特に、高速度鋼等の工具用鋼の表面改質方法及び
表面改質工具に関する。
関し、特に、高速度鋼等の工具用鋼の表面改質方法及び
表面改質工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、工具用鋼は、耐摩耗性及び靱性、
耐熱性等を得るために、一般に、塩浴炉、雰囲気炉又は
真空熱処理を用いて焼入、焼き戻しが行われる。一方、
焼入、焼き戻し後に、さらに基材表面を改質するため
に、例えば、耐摩耗性や切削寿命等の向上のため物理蒸
着法（以下ＰＶＤという）で高速度鋼のドリル等にＴｉ
Ｎなどを被覆する方法が知られている。また、高速度鋼
やダイス鋼といった硬質材料では窒化や浸炭処理が行わ
れている。
耐熱性等を得るために、一般に、塩浴炉、雰囲気炉又は
真空熱処理を用いて焼入、焼き戻しが行われる。一方、
焼入、焼き戻し後に、さらに基材表面を改質するため
に、例えば、耐摩耗性や切削寿命等の向上のため物理蒸
着法（以下ＰＶＤという）で高速度鋼のドリル等にＴｉ
Ｎなどを被覆する方法が知られている。また、高速度鋼
やダイス鋼といった硬質材料では窒化や浸炭処理が行わ
れている。
【０００３】さらに、化学蒸着法（以下ＣＶＤという）
やＴＤ処理によれば、より高い耐摩耗性、特に密着性が
得られる。なお、この場合は、処理温度が１０００℃以
上と高いので、焼入、焼き戻しはＣＶＤやＴＤ処理後に
行われるのが一般である。
やＴＤ処理によれば、より高い耐摩耗性、特に密着性が
得られる。なお、この場合は、処理温度が１０００℃以
上と高いので、焼入、焼き戻しはＣＶＤやＴＤ処理後に
行われるのが一般である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、窒化や浸炭に
おいては耐摩耗性は高まるがＰＶＤ、ＣＶＤ及びＴＤ処
理に比較すると耐摩耗性が低いという問題があった。ま
た、ＰＶＤは低温処理（550 ℃以下) であるためＣＶＤ
より密着性に劣る傾向があり、また、窒化物等の反応条
件を整えるための前処理やガス供給条件等の設定が困難
であるという問題があった。さらに、ＣＶＤやＴＤ処理
といったものは被覆する物質により特殊薬品を使用する
必要があり、ＣＶＤやＴＤ処理はこの特殊薬品の使用に
より被覆膜材の種類が限定される他、特殊な設備とな
り、設備コストもかかり、処理温度が高く、エネルギー
消費も多い。また、特殊薬品を使用するため取扱いが困
難であるという問題があった。
おいては耐摩耗性は高まるがＰＶＤ、ＣＶＤ及びＴＤ処
理に比較すると耐摩耗性が低いという問題があった。ま
た、ＰＶＤは低温処理（550 ℃以下) であるためＣＶＤ
より密着性に劣る傾向があり、また、窒化物等の反応条
件を整えるための前処理やガス供給条件等の設定が困難
であるという問題があった。さらに、ＣＶＤやＴＤ処理
といったものは被覆する物質により特殊薬品を使用する
必要があり、ＣＶＤやＴＤ処理はこの特殊薬品の使用に
より被覆膜材の種類が限定される他、特殊な設備とな
り、設備コストもかかり、処理温度が高く、エネルギー
消費も多い。また、特殊薬品を使用するため取扱いが困
難であるという問題があった。
【０００５】本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、
ＣＶＤのように特殊薬品を使用せず、窒化物等の反応条
件を整えるための前処理やガス供給条件等の設定が容易
な工具用鋼の表面改質方法及び表面改質工具を提供する
ことである。
ＣＶＤのように特殊薬品を使用せず、窒化物等の反応条
件を整えるための前処理やガス供給条件等の設定が容易
な工具用鋼の表面改質方法及び表面改質工具を提供する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
鋭意研究の結果、ＰＶＤにおいては、ＴｉＮ等の複合膜
を基体上に生成するための条件は複雑で条件設定等が困
難であるが、金属単体やボロン等の高融点材料の被覆は
容易であり、処理時間も短縮できる。また、これらの炭
化物や窒化物であっても基材との反応を伴わない場合に
はスパッタイオンプレ−ティングやア−クイオンプレ−
ティング等により大量に処理できる。また、熱処理にお
いては真空熱処理もしくは燃焼法を使用しない雰囲気熱
処理によれば、表面の酸化による化合物形成がなく、恒
温処理による表面膜の拡散処理ができる。また、このと
きの表面膜は密着性の確保として自然の状態で剥離する
というようなものでなく、また昇温による剥離がない程
度の密着性でよい。これらの性質を利用すれば、反応と
拡散を分離して基材表面を改質できることを知得した。
鋭意研究の結果、ＰＶＤにおいては、ＴｉＮ等の複合膜
を基体上に生成するための条件は複雑で条件設定等が困
難であるが、金属単体やボロン等の高融点材料の被覆は
容易であり、処理時間も短縮できる。また、これらの炭
化物や窒化物であっても基材との反応を伴わない場合に
はスパッタイオンプレ−ティングやア−クイオンプレ−
ティング等により大量に処理できる。また、熱処理にお
いては真空熱処理もしくは燃焼法を使用しない雰囲気熱
処理によれば、表面の酸化による化合物形成がなく、恒
温処理による表面膜の拡散処理ができる。また、このと
きの表面膜は密着性の確保として自然の状態で剥離する
というようなものでなく、また昇温による剥離がない程
度の密着性でよい。これらの性質を利用すれば、反応と
拡散を分離して基材表面を改質できることを知得した。
【０００７】この知得により、本発明においては、合金
鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基材表面に、融点が８
００℃以上の元素を被覆した後、処理中又は処理の一部
において少なくとも窒素又は炭化水素雰囲気で加熱恒温
処理し、さらに、焼入、焼戻しすることによって上記課
題を解決した。また、融点が８００℃以上の元素は、周
期律表のＩＶａ（４ａ）、Ｖａ（５ａ）、ＶＩａ（６
ａ）族の遷移金属又はＢ（ボロン）がよい。また、加熱
恒温処理前の被覆処理は真空蒸着、スパッタリング、イ
オンプレ−ティング又は放電被覆処理のいずれかを用
い、被覆処理後は真空熱処理にて行う。
鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基材表面に、融点が８
００℃以上の元素を被覆した後、処理中又は処理の一部
において少なくとも窒素又は炭化水素雰囲気で加熱恒温
処理し、さらに、焼入、焼戻しすることによって上記課
題を解決した。また、融点が８００℃以上の元素は、周
期律表のＩＶａ（４ａ）、Ｖａ（５ａ）、ＶＩａ（６
ａ）族の遷移金属又はＢ（ボロン）がよい。また、加熱
恒温処理前の被覆処理は真空蒸着、スパッタリング、イ
オンプレ−ティング又は放電被覆処理のいずれかを用
い、被覆処理後は真空熱処理にて行う。
【０００８】かかる方法によれば、基材表面に金属単体
やボロン等の高融点材料を被膜された基材を真空熱処理
もしくは燃焼法を使用しない雰囲気熱処理で熱処理する
ことにより、表面に酸化物を形成することなく膜の物質
を浸透拡散させると同時に表面に鋼材の持つ炭素の拡散
によって基材表面に周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族
の遷移金属又はＢの窒化物、炭化物、窒炭化物、窒酸化
物、炭酸化物又は窒炭酸化物等が形成される。
やボロン等の高融点材料を被膜された基材を真空熱処理
もしくは燃焼法を使用しない雰囲気熱処理で熱処理する
ことにより、表面に酸化物を形成することなく膜の物質
を浸透拡散させると同時に表面に鋼材の持つ炭素の拡散
によって基材表面に周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族
の遷移金属又はＢの窒化物、炭化物、窒炭化物、窒酸化
物、炭酸化物又は窒炭酸化物等が形成される。
【０００９】さらに、また、本発明の表面改質工具は、
合金鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基材表面に融点が
８００℃以上の元素を被覆した後、処理中又は処理の一
部において少なくとも窒素又は炭化水素雰囲気で加熱恒
温処理、焼入、焼戻し処理により、元素が基材内部に浸
透されるようにした。
合金鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基材表面に融点が
８００℃以上の元素を被覆した後、処理中又は処理の一
部において少なくとも窒素又は炭化水素雰囲気で加熱恒
温処理、焼入、焼戻し処理により、元素が基材内部に浸
透されるようにした。
【００１０】また、さらに本発明の表面改質工具は、被
覆条件、熱処理条件により、基材内部に浸透された改質
に留まらず、被覆された被覆膜も熱処理中に反応させ、
加熱恒温処理、焼入、焼戻し処理により、基材表面に窒
化物、炭化物、窒炭化物、窒酸化物、炭酸化物又は窒炭
酸化物が表面被覆層を形成するようにした。
覆条件、熱処理条件により、基材内部に浸透された改質
に留まらず、被覆された被覆膜も熱処理中に反応させ、
加熱恒温処理、焼入、焼戻し処理により、基材表面に窒
化物、炭化物、窒炭化物、窒酸化物、炭酸化物又は窒炭
酸化物が表面被覆層を形成するようにした。
【００１１】なお、周期律表のＩＶａ族はＴｉ，Ｚｒ，
Ｈｆ等、Ｖａ族はＶ，Ｎｂ，Ｔａ等、ＶＩａ族はＣｒ，
Ｍｏ，Ｗ等の遷移金属である。また、真空熱処理等の温
度制御技術も２〜３℃のレベルのものが適している。真
空熱処理においては、１０-2Ｔｏｒｒ以下の圧力が好ま
しく、また、真空熱処理温度として８００℃以上では脱
炭の可能性もあるので分圧法を使用するとよい。なお、
分圧法では通常設備の安全性や冷却に加圧冷却を行う関
係から窒素を用いることが多いが、アンモニアやアルコ
−ルもしくはアセチレン等の炭化水素成分を使用しても
良い。これらを使用する場合には１〜１００Ｔｏｒｒの
範囲において使用するのが妥当である。
Ｈｆ等、Ｖａ族はＶ，Ｎｂ，Ｔａ等、ＶＩａ族はＣｒ，
Ｍｏ，Ｗ等の遷移金属である。また、真空熱処理等の温
度制御技術も２〜３℃のレベルのものが適している。真
空熱処理においては、１０-2Ｔｏｒｒ以下の圧力が好ま
しく、また、真空熱処理温度として８００℃以上では脱
炭の可能性もあるので分圧法を使用するとよい。なお、
分圧法では通常設備の安全性や冷却に加圧冷却を行う関
係から窒素を用いることが多いが、アンモニアやアルコ
−ルもしくはアセチレン等の炭化水素成分を使用しても
良い。これらを使用する場合には１〜１００Ｔｏｒｒの
範囲において使用するのが妥当である。
【００１２】表面に被覆する物質の膜厚は１〜５０μｍ
程度で適正な温度及び保持時間ならびに熱処理条件を選
ぶことによって比較的良い表面改質状態と僅かに残留す
る硬質物質が表面に得られる。放電被覆法の場合は放電
加工機などを用いて電極材料を転移させるのが特徴であ
るがこれらは溶液中の炭化水素系分子の転移により表面
被覆膜内に炭素が含有されるのでその効果と相まった効
果が期待できる。
程度で適正な温度及び保持時間ならびに熱処理条件を選
ぶことによって比較的良い表面改質状態と僅かに残留す
る硬質物質が表面に得られる。放電被覆法の場合は放電
加工機などを用いて電極材料を転移させるのが特徴であ
るがこれらは溶液中の炭化水素系分子の転移により表面
被覆膜内に炭素が含有されるのでその効果と相まった効
果が期待できる。
【００１３】
（実施例１）本発明の実施例について説明する。第一の
実施例においては、蒸発源にＶを使用してイオンプレ−
ティングを用いてＳＫＨ５７テストピ−スにコ−ティン
グを行い３４μｍのＶ単体を被覆し、二室型真空炉によ
り焼入れを行い三室真空炉により焼戻しを行った。表１
に熱処理条件を示す。
実施例においては、蒸発源にＶを使用してイオンプレ−
ティングを用いてＳＫＨ５７テストピ−スにコ−ティン
グを行い３４μｍのＶ単体を被覆し、二室型真空炉によ
り焼入れを行い三室真空炉により焼戻しを行った。表１
に熱処理条件を示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】この処理により、表面被覆及び加熱恒温処
理なしで、同条件の焼入れ、焼き戻しした基材表面の固
さがＨｖ８７０であるのに対して、本発明の第一実施例
においては表面硬さはＨｖ１２３０を得られた。また、
図１はＸ線回析プロフィルを示す図であるが、図１に示
すように基材には含まれない炭化物の形成が得られた。
理なしで、同条件の焼入れ、焼き戻しした基材表面の固
さがＨｖ８７０であるのに対して、本発明の第一実施例
においては表面硬さはＨｖ１２３０を得られた。また、
図１はＸ線回析プロフィルを示す図であるが、図１に示
すように基材には含まれない炭化物の形成が得られた。
【００１６】（実施例２）本発明の第二の実施例におい
ては、放電加工機によりＷ電極棒を用いて放電処理を行
ってＷ及び炭化物を含む１１μｍの被覆膜を形成した
上、表２に示す熱処理条件にて被覆されたＳＫＨ５１テ
ストピ−スを二室型真空炉により焼入れを行い三室真空
炉により焼戻しを行った。
ては、放電加工機によりＷ電極棒を用いて放電処理を行
ってＷ及び炭化物を含む１１μｍの被覆膜を形成した
上、表２に示す熱処理条件にて被覆されたＳＫＨ５１テ
ストピ−スを二室型真空炉により焼入れを行い三室真空
炉により焼戻しを行った。
【００１７】
【表２】
【００１８】その結果、表面被覆及び加熱恒温処理なし
で、同条件の焼入れ、焼き戻しした基材表面の固さがＨ
ｖ８３０であるのに対して、本発明の第二実施例におい
ては表面硬さはＨｖ１１５０を得られた。また、図示し
ないが、Ｘ線回析プロフィルにおいても、第一実施例と
同様に、炭化タングステン（ＷＣ）の他基材には含まれ
ないタングステンの炭化物等（ＷＣX ）のＸ線回析ピー
クが得られた。なお、本発明においては、工具用鋼につ
いて述べたが、他の表面被覆材料にも適用できることは
いうまでもない。
で、同条件の焼入れ、焼き戻しした基材表面の固さがＨ
ｖ８３０であるのに対して、本発明の第二実施例におい
ては表面硬さはＨｖ１１５０を得られた。また、図示し
ないが、Ｘ線回析プロフィルにおいても、第一実施例と
同様に、炭化タングステン（ＷＣ）の他基材には含まれ
ないタングステンの炭化物等（ＷＣX ）のＸ線回析ピー
クが得られた。なお、本発明においては、工具用鋼につ
いて述べたが、他の表面被覆材料にも適用できることは
いうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
基材表面に、融点が８００℃以上の元素を被覆した後、
窒素又は炭化水素雰囲気で加熱恒温処理し、さらに、焼
入、焼戻しするようにしたので、窒化物等の反応条件を
整えるための前処理やガス供給条件等の設定が容易な工
具用鋼の表面改質方法及び表面改質工具を提供するもの
となった。
基材表面に、融点が８００℃以上の元素を被覆した後、
窒素又は炭化水素雰囲気で加熱恒温処理し、さらに、焼
入、焼戻しするようにしたので、窒化物等の反応条件を
整えるための前処理やガス供給条件等の設定が容易な工
具用鋼の表面改質方法及び表面改質工具を提供するもの
となった。
【００２０】また、融点が８００℃以上の元素を、ＩＶ
ａ、Ｖａ、ＶＩａ族の遷移金属又はＢとするので、耐摩
耗性、長寿命を要求される工具鋼の表面改質に適する。
ａ、Ｖａ、ＶＩａ族の遷移金属又はＢとするので、耐摩
耗性、長寿命を要求される工具鋼の表面改質に適する。
【００２１】加熱恒温処理前の被覆処理を真空蒸着、ス
パッタリング、イオンプレ−ティング又は放電被覆処理
等を用いるので、種々の被膜が可能で、設備も簡単で、
処理温度も低く、エネルギー消費も少ない。特に、ＣＶ
Ｄのような特殊薬品を使用しないので取扱いが簡単であ
る。また、真空熱処理により酸化被膜の形成を阻止しよ
り強度の高い被膜を形成できる。
パッタリング、イオンプレ−ティング又は放電被覆処理
等を用いるので、種々の被膜が可能で、設備も簡単で、
処理温度も低く、エネルギー消費も少ない。特に、ＣＶ
Ｄのような特殊薬品を使用しないので取扱いが簡単であ
る。また、真空熱処理により酸化被膜の形成を阻止しよ
り強度の高い被膜を形成できる。
【００２２】かかる方法によって構成された表面改質工
具は、被膜との密着性に優れ、また、被膜がない場合で
も表面が改質されており、耐摩耗性が高く、長寿命であ
る。さらに、条件を設定し被膜を形成するようにすれ
ば、より耐摩耗性が高く、長寿命の表面改質工具を提供
するものとなった。
具は、被膜との密着性に優れ、また、被膜がない場合で
も表面が改質されており、耐摩耗性が高く、長寿命であ
る。さらに、条件を設定し被膜を形成するようにすれ
ば、より耐摩耗性が高く、長寿命の表面改質工具を提供
するものとなった。
【００２３】さらに、加熱恒温処理時の分圧下の雰囲気
体を制御することにより、基材表面に傾斜組成を形成さ
せることができ、表面の被覆膜としてより硬質の膜を形
成させることができるという効果を奏するものとなっ
た。
体を制御することにより、基材表面に傾斜組成を形成さ
せることができ、表面の被覆膜としてより硬質の膜を形
成させることができるという効果を奏するものとなっ
た。
【図１】従来の基材と本発明の第一実施例のＸ線回析プ
ロフィルを示す図である。
ロフィルを示す図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 合金鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基
材表面に、融点が８００℃以上の元素を被覆した後、処
理中又は処理の一部において少なくとも窒素又は炭化水
素雰囲気で加熱恒温処理し、さらに、焼入、焼戻しする
ことを特徴とする表面改質方法。 - 【請求項２】 前記融点が８００℃以上の元素は、周期
律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の遷移金属又はＢである
ことを特徴とする請求項１記載の表面改質方法。 - 【請求項３】 前記加熱恒温処理前の被覆処理は真空蒸
着、スパッタリング、イオンプレ−ティング又は放電被
覆処理のいずれかを用いて行い、被覆処理後は真空熱処
理にて行うことを特徴とする請求項１又は２記載の表面
改質方法。 - 【請求項４】 合金鋼、ダイス鋼もしくは高速度鋼の基
材表面に融点が８００℃以上の元素を被覆した後、処理
中又は処理の一部において少なくとも窒素又は炭化水素
雰囲気で加熱恒温処理、焼入、焼戻し処理により、前記
元素が基材内部に浸透されていることを特徴とする表面
改質工具。 - 【請求項５】 前記加熱恒温処理、焼入、焼戻し処理に
より、基材表面に窒化物、炭化物、窒炭化物、窒酸化
物、炭酸化物又は窒炭酸化物が表面被覆層として形成さ
れていることを特徴とする請求項４記載の表面改質工
具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9196364A JPH1128622A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | 表面改質方法及び表面改質工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9196364A JPH1128622A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | 表面改質方法及び表面改質工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1128622A true JPH1128622A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16356631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9196364A Pending JPH1128622A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | 表面改質方法及び表面改質工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1128622A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104294031A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-21 | 洛阳Lyc轴承有限公司 | 一种高温轴承钢套圈高压气淬工艺 |
-
1997
- 1997-07-08 JP JP9196364A patent/JPH1128622A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104294031A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-21 | 洛阳Lyc轴承有限公司 | 一种高温轴承钢套圈高压气淬工艺 |
| CN104294031B (zh) * | 2014-10-14 | 2016-05-18 | 洛阳Lyc轴承有限公司 | 一种高温轴承钢套圈高压气淬工艺 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001003 |