JPS58144473A - 摩耗，変形，表面疲労，腐蝕に耐え得る高い硬度を有するクロム層 - Google Patents

摩耗，変形，表面疲労，腐蝕に耐え得る高い硬度を有するクロム層

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JPS58144473A
JPS58144473A JP57154467A JP15446782A JPS58144473A JP S58144473 A JPS58144473 A JP S58144473A JP 57154467 A JP57154467 A JP 57154467A JP 15446782 A JP15446782 A JP 15446782A JP S58144473 A JPS58144473 A JP S58144473A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 機械部材、特に摩擦部材の耐摩耗性及び耐腐蝕性を改良
するため、硬クロムのガルバナイジング被覆が現在法（
行われていることは周知であるが、この種の被覆は下記
の如き欠点と不都合を有している。
０　硬度（１０００−１１００ＨＶ平均口こついては確
かに機械的構造物の通常の材質のものよりも勝れてはい
るが、研摩摩耗の苛酷な条件に耐えるには不十分である
。
・　腐蝕性雰囲気で使用する場合、底入しやずいため溶
着部の厚みを大きくするか、保護層（例えばニッケル層
）を形成する必要がある。前者の場合、溶着速度が遅い
ため不利な要件であり、後者の場合、処理部材のコスト
がそれだけ高くつくという不都合がある。
・　水和物及び酸化物を形成することと、層内に於いて
水素を閉塞することにより、被覆基質の疲労（こ対する
抵抗力に悪影響を及ぼす。
・　垂直及び接線方向の複合応力の影響番こより基質か
変形した場合、層が破壊することになり、極めて脆いも
のとなる。
・　排水に含まれる六価クロムが汚染をひき起すため、
高価な中和装置が必要となる。
これらの不都合を各々排除する方法については周知であ
る。例えば、蒸気相に於ける物理的溶着技術により汚染
を排除することができるとともに、ガルバ犬イジングに
よるものよりもひび割れのはるかに少ない溶着を得るこ
とができる。しかし、このようにして得たクロムは一般
的に硬度が低い（５００〜６００　ＨＶ　）という欠点
がある。例えば更に、窒化クロムあるいは炭化クロム層
を形成すれば硬度を高め得るとともに、特に蒸気相に於
ける物理的溶着技術番こよりこれを形成した場合、耐腐
蝕性が良好になるが、脆いために基質のわずかな変形を
こも耐え得ないという問題がある。
本発明は、いかなる基質（こも形成しつるとともに、従
来の層の持つ利点を全て有し、かつそれらの欠点を排除
したところのクロームを基礎とする層を提供するもので
、本発明に係る層は下記の利点を有する。
０　硬度が極めて高い（３０００ＨＶＶＯ２底入がない
（従って、基質が良好に保護され、耐腐蝕性が冒い）。
・　水素をこより基質が脆弱番こなることが無い（従っ
て、処理部材の量的疲労（こ対する抵抗力が低減するこ
とが卸い。これは層内にひび割れが無いということであ
る）。
・　基質がたとえ大きく変形しても、破壊することな（
支持しつる能力がある。
・　表面疲労、すなわち摩擦のくり返し応力に対する抵
抗力が勝れている。
・　熱的及び電気的伝導性が勝れている。
・　製造工程中、固体、液体、ガスのいずれの汚染も無
い。
第１実施例に於いては、反応陰極化学粉砕が行われる。
この場合、挿入固溶体をクロムとにより形成しうる少（
とも１個の元素Ｅ（元素℃は、例えばＣｒｚａＣ６の如
き第２相を生成することな（結晶網を変形してクロム内
に導入される）を含有する反応雰囲気内でクロムターゲ
ットの化学粉砕を行い、ターゲットに関して配置された
基質上に層を形成し、その成分が、対応するクロム／元
素Ｅの平衡表によって予知しつるものと合致するのを待
つ。元素Ｅは、例えば窒素、炭素、りん、硼素。
珪素である。
この成分は事実上、層内の元素Ｅの含有量がＴｍ以下の
場合と１Ｍ以上の場合に、クロム／元素Ｅの平衡表番こ
記載のものと合致する。
他方、驚くべきことに、層の元素Ｅの含有路がｒｌｌｍ
とＴＩＭの範囲内にある場合、前記層内には、対応する
クロム／元素Ｅの平衡表から予知しつるような化合物あ
るいは相はみい出されないのである。
かくして、例示のために炭素あるいは炭化生成物を基盤
とする反応雰囲気内でクロムターゲットの化学粉砕を行
うと、クロム／炭素化合物あるいは相は層の炭素含有量
がＴＭ　＝　３％以下になるまで生成されない。ところ
で、クロム／炭素２兄素システムの平衡表によると、ク
ロム／炭素化合物あるいは相は、層の炭素含有量がＴｌ
Ｔｌの最少値（約０．２％）を超えると即座に現出する
ことがわかる。
反対に、層の炭素含有量がＴＭの最大値（約３％ンを超
えると、平衡表から予知しうる相及び若しくは化合物が
現出する。
より一般的な方法では、挿入固溶体をクロムと番こより
形成する物質、例えば炭素及び若しくは窒素、りん、硼
素、珪素を処理雰囲気が含有する場合に、同様な結果が
得られる。
Ｔｍは固溶体に対応している。炭素含有ｍ１が増大する
につれて、固溶体から出て相領域内に入る。
ところで、挿入元素の含有量がＴｍとＩＩＩＭとの間に
ある時に形成されるクロム層の特性は、挿入固溶体をク
ロムと形成する生成物を排除した雰囲気でクロムターゲ
ットを化学粉砕して得たものと、これら同元素の含有量
が、挿入元素含有量がＴＭを超える層を形成するような
値となる雰囲気でクロムターゲットを化学粉砕して得た
ものとは全（異なるものである。つまり、 ０　クロムと挿入固溶体を形成する生成物を排除した場
合、得られる層の硬度は低い（６００Ｔ（Ｖ以下）。
・　’Ｉ’Ｍ　ｉこ相等する挿入元素含有量を超える場
合、形成される層は脆性が増大するとともに表面疲労に
対する抵抗がかなり低下する。
・　反対に、挿入元素含有量がＴｍと１Ｍとの間にある
場合、形成される層は前述した特性を全て所有すること
になる。
換言すれば、２つの含有量ＴｍとＴＭの間では熱力学均
衡の状態にはないということであり、本発明は、この結
晶学状態に於いて、熱力学均衡の状態にない成分を凝固
することから成る。
この結果を得るため、処理雰囲気内に於いて反応元素の
部分圧力を１０−５〜１Ｏ−２）−ルにすることが特に
望しい。
ここで、元素Ｅが炭素か、あるいは炭素を遊離すること
の出来る物質（例えば、メタンあるいはアセチレン）で
ある場合、メタンかアセチレンを混合したアルゴン雰囲
気で部分的真空に］７て陰極化学粉砕を行う。
例示のためのひとつの実施例に於いて、最初に加熱され
ない部材を陰極化学粉砕に供する。この場合、該部材は
プラズマの存在に起因する放射線による加熱のみを受け
る。従来周知の装置を使用して、この放射線による加熱
により部材は、２００°Ｃ程度の温度に自然に安定する
温度になることが立証されている。
クロム層が所定の場所に形成されたら化学粉砕を停止し
、部材を部分的真空状態、ある、いは機械を開いた場合
は、周囲空気にさらして、自然冷却する。
次に、本発明に基づいて形成した層（該層は炭素を基盤
にしている）の注目すべき特性について記載する。同種
の結果は窒素、若しくは炭素と窒素の混合物でも、亦、
処理雰囲気がクロムと挿入固溶体を形成することのでき
る物質を含有している場合はいつでも得られるものであ
る。
例 陰極化学粉砕技法により、クロムターゲットを鋼基質上
に化学粉砕する。この粉砕は約１０トールに下げたアル
ゴン圧力下で行い、基質上に溶着時間約３０分で０．０
１５ｍ５の厚さの層を形成する。
常に同一条件下（放電出力、部材／陰極間距離、バイア
ス電圧等）で行って、炭素を含有しない層（ケース１）
、重量比で炭素を０．１８％含有している層（ケー２）
、重量比で炭素を１，２２％含有している本発明に基づ
いて形成した層（ケース３）、及び重量比で炭素を１０
　％含有する層（ケース４）を比較してみた。そして、
更に従来のガルバナイジング硬クロム層（ケース５）に
ついても比較した。
ケース１とケース２に於いて、層の炭素含有量はＴｌｎ
以下であり、ケース３の場合、炭素含有量は本発明に基
つきＴｍとＴＭの間であり、ケース４の場合、ＴＭ以上
であった。
処理雰囲気に於いて、炭素の部分圧力を変えることによ
り、各層に於ける炭素含有量が異なる。
実験により得られた結果は次の通りである。
ａ）層の平均マイクロ硬度（ビンカ一度）上記より、本
発明に係る層（ケース３）は、炭素を含まない層（ケー
ス１］と比較して硬度がはるかに高く、かつ従来のガル
バナイジング法によるクロム層よりもはるかに高い硬度
を有している。
他方、炭素含有量がＴＭＷを超える場合（ケース４）、
硬度はケース４の場合を上まわっているが、炭化物０ｒ
２ａＣ６が存在するため脆くなるという問題がある。
ｂ）量的疲労に対する耐性 実験用試験片は５７０°Ｃで焼きいれ、焼きもどしを行
った３５ＣＤ４タイプの鋼鉄製回転屈曲型のもので、分
当り１０　、０００回転する。
上記より、本発明に係る層（ケース３）の疲労耐性は、
従来のガルバナイジングによる硬クローム（ケース５）
と比較してはるかに良好であることがわかる。
Ｃ）変形に対する耐性 このテストは、陰極化学粉砕により形成した炭素を重量
比で１，２２％含有するクロム（ケース３）の厚さ１５
ミクロンの本発明に係る層か、同一厚さのガルバナイジ
ングによる硬クロム層で片面を被覆した厚さ１關の鋼製
ブレードを使用して行った。つまり、それをいずれの場
合も、同−曲げ角度かつ同−曲げ速度にて同一条件で曲
げ変形を行った。
本発明に係るクロム層は、ブレードに曲げ実験を行った
後も、いかなる損傷もみとめられなかった（層は基質の
変形に追随した）が、ガルバナイジングによる硬クロム
層は曲げ加工を行った後、極めて多（の剥離跡を呈して
いた（つまり、この層は基質の変形に追随できず破壊し
、このため剥離したものである）。この剥離現象は、ケ
ース４（炭素含有量がＴＭより大］の場合の層でもみら
れた。
ｄ）表面疲労に対する耐性 この実験により、点蝕の如き現象を量化することができ
たのであるが、この実験は同一マイクロ容量の試験片に
同一テンソルの応力を数百ガロかけて行った。
この実験は、炭化タングステン製のパイオンで、５７０
°Ｃで焼き入れ、焼きもど１−た３５ＣＤ４の鋼製の円
筒状試験片の同一領域を循環的に打撃して行った。
円筒状試験片を厚さ１５ミクロンのガルバナイジングに
よる硬クロム層（ケース５）で被覆した場合、応力を１
２０　ｈｂａｒｓ与えた状態で、５．１０　の外力を付
与した後にもはじめの点蝕（Ｐｉｔｔｉｎｇ　）が残存
していた。
１．２２％の炭素を含む本発明に係るクロム層（ケース
３）で試験片を被覆した場合、同一応力を与えた状態で
６．１０７の外力を付与した後に、いかなる点蝕も残存
しなかった。
ケース４の層で試験片を被覆した場合、９．１０６の外
力を付与した時に最初の機能退化がみとめられた。
ｅ）腐蝕に対する抵抗力 塩分を含んだ霧に対する腐蝕実験に於いて、従来のガル
バナイジングによる硬クロムで１５ミクロン被覆した試
験片の場合、数１０時間後に最初の腐蝕点が現出した。
他方、試験片を本発明に基づいて処理した場合、１５０
時間後でも無疵であった。
特記；この例の場合、本発明に係る層（ケース３）のみ
が、硬度、変形に対する抵抗性、表面疲労に対する抵抗
性、腐蝕性に対する抵抗性の全ての要求事項を同時に満
足するものであった。
ケース１．２．５の層の硬度は相対曲番こ低く、ケース
４．５の層の表面疲労に対する抵抗性は小さかった。
第２実施例では、非反応陰極化学粉砕技法により行う。
この場合、元素Ｅは気体雰囲気では使用されず、直接、
陰極ターゲット内に導入される。
かくして、例えば、クロムとにより挿入固溶体を形成す
る元素Ｆが炭素の場合、炭素は気体雰囲気でメタンの如
き炭化物の形態で反応モードで使用することができる。
非反応モードの場合、元素形態でターゲット内に直接導
入される。かくして、ターゲットはクロムと炭素（例え
ば、黒鉛の形態）の混合物で形成され、亦、非反応モー
ドで炭化物の形態で導入される場合、ターゲットはクロ
ムと炭化クロム（例えばＣｒａＣ２）の混合物として形
成される。
窒素の場合、この元素は窒化物により導入される。この
場合、ターゲットはクロムと窒化クロム（Ｃｒ２Ｎ　Ｉ
　の混合物で形成される。
この非反応陰極化学粉砕法による実施例の場合、得られ
る層は挿入固溶体の種類によって異なる。
層内に存在する元素Ｅはターゲット内に存在する元素Ｅ
と同じ比率である。
次に、挿入元素として炭素を使用した場合のクロム層の
特性について記載する。
この例では、非反応陰極化学粉砕モードを使用してあり
、ターゲットは重量比でＯｒ　９８．８％、０１８２　
％の割合のグラファイトとクロムの混合物で形成されて
いる。
このターゲットを陰極化学粉砕することにより得た層は
、１．１８％の炭素を含有しており、マイクロ硬度は２
．２００ビツカースである。量的疲労、腐蝕に関する特
性は前述したものと同様である。
非反応雰囲気で高い硬度を有するクロム層を製造した例
について次に記載する。
クロムと炭化クロムの混合物で形成したターゲットを陰
極化学粉砕により粉砕する。このターゲットは、ターゲ
ット内の約０．５％の炭素に対応する重量比３．９％の
ＣｒａＣ２を有している。約１０−３に低減したアルゴ
ン圧力条件下で約１５分間粉砕した後、０．４５％の炭
素を含有する０、０１０ｔｈｍの高い硬度を有するクロ
ム層を得ることができる。
そのマイクロ＠’Ｉｔはビ、７力−ス里位で約］へ００
であり、他の特性は例１のケース３の場合と同様である
。
窒素の存在下で反応陰極化学粉砕方式により高い硬度を
Ｈするクロム層を製造した例について次に記載する。
１０％の窒素を含有する約２，２．１０＝　ｉこ低減し
たアルゴンの圧力条件下で反応陰極化学粉砕を行うと、
２５分後−こ１％の窒素を含む０．０１５ｆｉｍ厚さの
高い硬度を有する層が形成される。
そのマイクロ硬度はビッカース単位で１．２００であり
、他の特性は例１のケース３の場合と同様である。
特許出願人　　　コミソサリア　ア　レネルジ　アトミ
ック同」ニ　　　サントウル　ステファノワ　ドウ　ル
シェルシュ　メカニック　イドロメカニノク第１頁の続
き ■出　願　人　サントウル・ステファノヮ・ドウ・ルシ
エルシュ・メカニック ・イドロメカニック・工・フロ ットマン フランス国ロワール・アンドレ ズユーブーテオン・リュ・ブノ ワ・フルニイロン（番地なし）

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）挿入固溶体をクロムとにより形成することのでき
    る少くとも１個の元素Ｅの陰極化学粉砕により、真空下
    で従来の被覆技法に基づきどんな基質上番こも形成しう
    る高い硬度を有するクロム層であって、 元素Ｆの含有率は最少限界値Ｔｍと最大限界値ＴＭの範
    囲内にあり、この２個の限界値の範囲内に於いて、該元
    素Ｅとクロムの平衡表から予知し得る熱力学化合物、あ
    るいは熱力学相が該層内に存在せず、該最少限界値Ｔｍ
    は、クロムと該元素Ｅとの平衡表から決まるようなりロ
    ム／元素Ｅの固溶体の飽和限界であることを特徴とする
    クロム層。
  2. （２）元素Ｅは炭素、りん、窒素、硼素、珪素から成る
    群から選択されることを特徴とする特許請求の範囲第（
    １）項に記載のクロム層。
  3. （３）元素Ｅは炭素であり、Ｔｍは重量比０．２％、Ｔ
    Ｍは重量比３％に相等することを特徴とする特許請求の
    範囲第（１）項番こ記載のクロム層。
  4. （４）元素Ｅは窒素であり、Ｔｍは重量比０．０４％、
    ＴＭは重量比３．５％に相等することを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）項に記載のクロム層。
  5. （５）元素Ｅは少くとも１個の固溶体をクロムとにより
    形成しつる反応雰囲気内に導入されることを特徴とする
    特許請求の範囲第（１）乃至第（４）項のいずれかに記
    載のクロム層。
  6. （６）処理領域に導入され、炭素元素をもたらし得る物
    質は炭化水素、例えばメタンであることを特徴とする特
    許請求の範囲第（５）項に記載のクロム層。
  7. （７）１個若しくは複数個の元素Ｅは非反応雰囲気内に
    導入され、該元素はターゲット内に直接的に導入される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）乃至第１３）
    項のいずれかに記載のクロム層。
  8. （８）１個若しくは複数個の元素Ｅは元素形態にてター
    ゲット内に導入されることを特徴とする特許請求の範囲
    第（７）項に記載のクロム層。
  9. （９）１個若しくは複数個の元素Ｅは、例えば元素Ｅが
    炭素の場合、炭化水素の如き、１個若しくは複数個の化
    合物の形態でターゲット門番こ導入されることを特徴と
    する特許請求の範囲第（７）項に記載のクロム層。
JP57154467A 1981-09-03 1982-09-03 摩耗，変形，表面疲労，腐蝕に耐え得る高い硬度を有するクロム層 Expired - Lifetime JP2551745B2 (ja)

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JPS58144473A true JPS58144473A (ja) 1983-08-27
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CA (1) CA1179969A (ja)
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