JPS5931587B2 - 耐摩耗性複合部材の製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焼入れ可能な（硬化性）鋼からなる基材上に
気相から硬質材料を付着させることによつて耐摩耗性複
合部材を製造する方法及びその装置に関する。

焼入れ可能な（硬化性）鋼には，９００〜１２００℃で
気相からの付着により硬質材料をコーテイングし得るこ
とはドイツ連邦共和国特許第１９２４６３９号明細書か
ら公知である。

高合金鋼の場合に（ま６気相付着を硬化温度における複
合化処理として行うことができる。鋼は急冷によつて硬
化するが．この操作はオーステナイト−パーライト変態
を抑制する効果がある。また．１％の炭素及び５〜１７
０のクロムを含有する低合金鋼を基材とする複合部材の
硬化（ゴ６気相付着とは無関係に行えることも知られて
いる。更に６蒸着によつて形成される硬質材料の被膜を
有する硬化鋼からなる複合部材は，圧力荷重に対して塑
性変形せずに耐える比較的大きな硬度を有していること
も知られている〔ベンダ一●ブレツヒエ・ローレ（Ｂａ
ｎｄｅｒＢｌｅｃｈｅＲＯｈｒｅ），１９６４，ｐ．５
５３〜５５９〕ｏ従来の知贋こよれば，チタン炭化物又
は窒化物で被覆されかつ空気又は油で硬化可能な鋼から
なる機械部品及びその他の作業部品は，焼鈍条件下で水
蒸気及び揮発性金属化合物等の酸素を発生する化合物及
び／又は酸素を極度に除去した雰囲気中において，硬化
温度での焼鈍及び望ましくは急冷も行えば．上記被覆物
が剥離することなしに通常の熱処理によつて硬化するこ
とができる（ドイツ連邦共和国特許第１０６５４４２号
明細書）。

上述の゛成長法“により付着したチタン炭化物ぱ真空下
において１０００℃以上の温度で分解することが知られ
ている〔キーフア一（Ｋｉｅｆｆｅｒ）：ハルトシユト
ツフエ・ウント・ハルトメタレ（ＨａｎｔｓｔＯｆｆｕ
ｎｄＨａｒｔｍｅｔａｌｌｅ），１９５３，ｐ７８〕。
上述の公知の方保により製造されかつ硬質材料で被覆さ
れた硬化Ｉの基材（ま．そのような複合部材に要求され
かつ鋼種に関し最高値として得られる硬度及び靭性を示
さない。

その上多くの場合．硬度の低下が鋼中に局在的に見受け
られ．これが原因で基材が応力下で塑性変形し．硬質材
料被膜の破壊をきたす。この理由は，上述した９００〜
１２００℃の温度での付着処理中の保持時間が長いため
に基材中に溶解する炭素の量がかなり増加し６硬質構潰
中の残留オーステナイト（即ち軟質成分）の割合が多く
なること（過硬化）にある。他の理由は６基材の靭性を
低下させる粗粒状物の形成である。もし．付着温度か用
いられる鋼の硬化温度と同程度若しく（まこれより窩い
場合．蒸着後の複合部材を急冷すると、基材中の上記の
構造的欠陥は特に顕著となる。また付着温度が鋼種の硬
化温度より低い場合には、硬化温度が通常１２００℃以
上である高速度鋼のコーテイングに特（こ適用されるが
、付着後に部材を急冷する際にオーステナイト化が不十
分となり６基材の硬化不足（アンダーハードニング）と
共に組粒伏物の形 ．″成をきたすこととなる。また．
蒸着の際にガス中の水素が基材中に拡散して周知の水素
脆性（脆化）を生じるので６基材は更に劣化する。その
他の大きな欠点として．チタン炭化物で被覆されかつ硬
化可能な鋼からなる基材は６ドイツ連邦共和国特 １許
第１０６５４４２又は１１４２４８６号明細書に基いて
，蒸着後に油浴で急冷して硬化させると、油浴中の酸素
生成化合物又は吸着酸素により表面酸化を受け，耐摩耗
性が減少することが挙げられる。本発明の目的（ま、最
高硬度及び靭性を有する硬化可能な鋼からなる基材上に
，酸化されていない硬質材料の被覆を形成することがで
きる新規な方法を提供することである。

即ち６本発明は，９００〜１２００℃の温度で６ｊ硬化
可能な鋼からなる基材上に気相から硬質材料を付着させ
ることにより耐摩耗性複合部材を製造する方法において
，（ａ）内部に加熱手段を設置した反応室中で前記硬質
材料を前記基材上に付着させる工程。

（ｂ）この付着処理された基材に対して９００〜１２０
０℃の温度にて減圧ドで後加熱処理を施す工程。

（ｃ）この後加熱処理後に、減圧下．又は酸素及び水素
が存在しない雰囲気中で、前記付着処理された基材に対
して５５０〜９００℃の温度で中間加熱処理を施す工程
。

（ｄ）望ましくは前記中間加熱処理後すぐに、減圧下６
又は酸素及び水素が存在しない雰囲気中で６前記付着処
理された基材を所定の硬化温度に加熱し、次いで酸素及
び水素が存在しない雰囲気又は急冷浴（例えば油浴）中
で例えば常法により急冷する工程。

を夫々具備することを特徴とする方法に係るものである
。

本発明に用いる硬質材料は６周期律表の第〜第族の金属
の炭化物，窒化物、硼化物及び珪化物、或いはその金属
の合金，更にはこの合金と上記金属化合物との混合物で
あつてよい。

これら硬ノ質材料の付着（ま６炭化水素及び水素からな
り、必要に応じて窒素及び／又はアンモニアを含む混合
物中にて，不活性のキヤリアガスを用い，９００〜１２
００℃の温度で上記金属のハロゲン化物を気相で分解す
ることにより行つてよいが６これはいわゆるＣＶＤ法と
して知られている。

被覆されるべき基材の加熱は，通常反応室全体を外部か
ら加熱することにより行つてよい（例えばドイツ運邦共
和国特許第１０８５７４４号明細書参照）が６構造上の
理由から１１００℃以上にすることができない。本発明
においては、基材の加熱は実際上直接行つてよい。

即ち６反応室内に設けた電気的な加熱装置（Ｈｅｉｚｌ
ｅｉｔｅｒ）により基材を９００〜１２００℃の所望の
被覆処理（分解）温度に加熱できる。この結果、加熱時
間を短縮し、気相での被覆処理温度を１１００℃以上に
昇温でき、従つて反応時間を著しく短縮して気相での被
覆法の経済効率を大いに高めることができる。また本発
明によれば，反応室内においてフアンにより反応ガス混
合物を循環させて６反応時間を短縮するのが望ましい。
被処理物上への反応ガスの流速を高めることにより６化
学反応の促進，即ち硬質材料被膜の形成速度を高めるこ
とができる。さらに本発明の方法及び装置によれば、処
理されるべき基材を反応室内において高温の１３５０℃
、例えば高速度鋼からなる基材の硬化温度にまで迅速に
加熱することができる。

硬化可能な鋼からなる基材上への硬質材料の付着におい
ては、０，５〜２０μ厚さの被膜を形成するのに通常１
分〜３時間を要し、次いで被覆された基材は９００〜１
２０『Ｃの分解（付着）温度と同温度で後加熱処理を行
なう。この後加熱処理は６基材及び硬質被膜に含まれる
ガス、特に水素を周知の水素脆性の回？のために除去す
ることを目的として．１０１〜１０−４トルの減圧下で
約５〜６０分行うのがよい。圧力１０−４トル及び１２
００℃の温度においても硬質材料被覆が破壊（分解）し
なかつたことは驚ろくべき事実であつた。しかしながら
水素脆性を回避するためとはいえ９００−１２００℃の
高温において長時間保持すると２組織中に分散している
炭化物から炭素が基地中に多量に固溶され、これに伴な
い炭化物による結晶粒粗大化抑制機能が損なわれていき
，そのためオーステナイト粒子は不連続成長をして急速
に粗大化していく。

これにより基材の靭性が低下する。また基材中に溶解し
た炭素の量が増加してオーステナイトが安定化し、この
ために急冷の際に低硬度の残留オーステナイトの大きな
帯域が基材中に形成される。従つて本発明では結晶粒を
前述した粗大粒子から再度微細粒子に変換させるもので
あり、その方法として基材を恒温変態図におけるいわゆ
る鼻の部分に移行させることによつて粗大なオーステナ
イト結晶粒から微細なパーライトへと変態させ．その時
オーステナイト基地中に多量に固溶していた炭素は微細
な炭化物として析出するようにしたものである。そのた
め後述する硬化処理に先立つて基材組織を微粒伏のパー
ライトに完全に変化させるために，硬化可能な鋼からな
る基材上に硬質材料が被覆されかつ脱ガスされた複合部
材を次の段階で中間加熱処理する。この中間加熱処理に
おいては、複合部材を被覆処理温度から鋼種に応じた５
５０〜９００℃の温度に急冷し．この温度を５分〜１２
時間６好ましくは１５分〜６時間保持してよい。また被
覆処理及び脱ガスされた複合部材の５５０−９００℃に
おける中間加熱処理は６鋼種に応じて１分間当り０．４
〜１００℃の冷却速度で冷却することによつても行なう
ことができる。この中間加熱処理は、減圧下６又は酸素
及び水素が存在しない雰囲気下で行うが、この雰囲気下
でも同様の効果を奏しかつ硬質被膜に影響を及ぼすこと
はない。酸素及び水素が存在しない雰囲気としては，例
えば酸素及び水蒸気の残留含有量が１Ｐ［以下となるま
で精製された希ガスが挙げられる。本発明における次の
操作段階においては，中間加熱処理により微粒状パーラ
イト組織とした被覆基材を１０−１〜１０−４トルの減
圧Ｆ，又は酸素及び水素が存在しない雰囲気中で６硬化
鋼（基材）の硬化温度、通常７５０〜１３５０℃に加熱
する。

所望の硬化温度に到達すると，被覆された基材を，例え
ば予め脱ガスされた油浴中若しくは酸素及び水素が存在
しない雰囲気下で急冷する。本発明に適する基材として
は６空気若しくは油による急冷で加工硬さ（実用硬度）
に達する以下の硬化鋼である（ＤＩＮ材料名称）のが望
ましい。

表面焼入鋼、例えばＣｌ５；１６ＭｎＣｒ５；２０Ｃｒ
Ｍ０２窒化鋼，例えば３４ＣｒＡ１６：３１ＣｒＭ０Ｖ
９熱処理鋼，例えばＣ４５；Ｃ６Ｏ；９０Ｍｎ４：４２
ＣｒＭ０４ボールベアリングＷ４，例えば１００Ｃｒ６
：１００ＣｒＭ０６ばね鋼，例えばＣＫｌＯｌ；５１Ｍ
ｎ７：５０ＣｒＶ４非合金工具鋼．例えばＣｌＯＯＷｌ
；Ｃ６７Ｗ３冷間加工用工具鋼、例えば１２０Ｃｒ５；
Ｘ２ｌＯＣｒｌ２；Ｘｌ５５ＣｒＶＭＯｌ２ｌ；Ｘｌ６
５ＣｒＭＯＶｔ２；Ｘ２ｌＯＣｒＷｌ２熱間加工用工具
鋼，例えばＸ４ＯＣｒＭＯＶ５ｌ；Ｘ３２ＣｒＭＯＶ３
３；Ｘ３８ＣｒＭＯＶ５ｌ鋳造又は焼結高速度鋼，例え
ばＳ６−５−２；Ｓｌ２−１−４−５；ＳｌＯ−４−３
−１０；Ｓ３−３−２バルブ鋼，例えばＸ４ＯＭｎＣｒ
ｌ８；Ｘ８ＯＣｒＮｉＳｉ２Ｏ耐食及び耐酸鋼，例えば
Ｘ４ＯＣｒｌ３；Ｘ４５ＣｒＭＯｌ５；Ｘ５５ＣｒＭＯ
ｌ４本発明の方法により製造される耐摩耗性複合部材と
しては６（非切削冷間成形用の）成型工具．例えば絞り
加工６薄片化、検度（度盛り），曲げ加工６圧印加工６
プレス加工，スタンピング．穴抜き加工用等の工具が挙
げられる。

さらには、切削工具，リーマ一、ネジタツプ，平削り及
び穴あけ工具のような切削成形用工具も挙げられる。本
発明に基いて製造される他の耐摩耗性複合部材には．焼
結部品及びプラスチツク部品の製造用工具等が挙げられ
る。本発明による耐摩耗件複合部材は工具として使用さ
れるだけでなく．機械、装置及びアクセサリ一部品等に
も使用される。本発明により製造される耐摩耗性複合部
材の基材は，この基材に関する可能な最大の、及び複合
部材の用途に関する最適なＨＲｃ＝７２までの硬度を示
す。

均一に微粒子化された硬質組．織によつて基材中の局在
した軟質領域の形成（軟質化）を避けることができ、こ
の結果硬質材料被膜の基材への保持をすべての箇所にお
いて均一になし，基材の局在化したへこみ（非平坦部分
）等により被膜が破壊するようなことは起り得ない。さ
らに．その微粒子状構造及び水素が存在しないことによ
り、本発明による複合部材の基材は．この基材について
の可能な最高の硬度を示す。

その上、硬質材料被膜は酸化されることがない。本発明
による方法は６気相被覆（蒸着）６後加熱処理．中間加
熱処理及び急冷工程が１つの装置又は構造ユニツトで行
なえる装置において実施するのが望ましい。即ち、本発
明は複合部材を室温にまで冷却せずに．また装置から取
り出さずに、気相被覆、後加熱処理、中間加熱処理及び
急冷を相前後して行なえる気相被覆処理用装置に関する
。本発明による装置（ま、９００〜１２００℃で，硬化
可能な鋼からなる基材上に気相から硬質材料を付着させ
て耐摩耗性複合部材を製造する装置において、理解容易
のために第１図〜第３図に例示した装置に付された符号
を参照して述べると、（ａ）望ましくは．操作用ドア２
、及び壁面上の冷却手段を有する真空気密性の鋼製容器
１。（ｂ）望ましくは少なくとも２つの相対する壁部に
設置された例えば電気的加熱手段４と共に望ましくはラ
ツク１８を収容した状態で前記容器１内に設けられた特
耐熱性材料からなる気密反応室３。

（ｃ）容器１を貫通して対向壁を通じて反応室３に通じ
る反応ガス又は反応液蒸気供給用導入管５，５ａ，及び
廃ガス用導出管６（特に閉鎖可能なパイプ）。

（ｄ）望ましくは、容器１及び反応室３の換気及び通気
用の閉鎖可能な導管７。

（ｅ）反応室３内に設けられたフアン８。

（ｆ）フアン８のほぼ回転面で反応室３の側壁に設けら
れた閉鎖可能な開口９６及び反応室３の底部に設けられ
た開鎖可能な開口１０。

（ｇ）反応室３の壁部と加熱手段４との間の間隙又は壁
面の開口部９を閉じるための調整可能なガス案内手段１
１。

（ｈ）反応室３の壁部と容器１との間の間隙内に設けら
れた熱交換器１９。

を夫々具備することを特徴とする装置に係るものである
。

図１において、１はドア２を有する真空気密性の鋼製金
属容器を示す。

容器１の壁部に設けられた冷却手段，例えば溶接により
固定された冷却管又は冷却板は図示されていない。ドア
２は、グラフアイト，モリブデン，タングステン等の耐
熱性材料からなる気密反応室３を閉じている。この反応
室内には６詳細には示されてはいない被処理物収納用の
ラツク１８が設けられている。バルブ付きパイプ７は容
器１の排気及び反応室３の換気に用いられる。

５ａは反応ガス又は反応液蒸気導入用の閉鎖可能な導管
を示す。

容器１を貫通して反応室３内に達するフアン８は反応ガ
ス混合物及び冷却ガスの循環に使用する。第２図は本発
明による装置の例をさらに詳細に示したものである。

電気的加熱手段４は６反応室３の少くとも２つの相対す
る壁部に取りつけられ、被処理物を１３５０℃まで加熱
することができる。６は廃ガスを排出するための閉鎖可
能な導管を示す。

９及び１０は反応室３の壁部及び底面に設けられた閉鎖
可能な開口を夫々示す。

１１は．反応室３の壁部に設けられた蓋又はスライド板
の如きガス案内手段であり．気相からの付着処理中には
壁面開口９を閉じ、被処理物の冷却中には開口９を開け
る作用をなす。

よた冷却中にはこれらの手段１１は反応室３の壁と加熱
手段４との間の空間を閉じ．これによつて，加熱手段４
と反応室３の壁部との間のガスの流れを停止させ、壁面
開口９を通じてガス流を反同室３の壁部と容器１との間
隙内に流入させる。８は、ガス導入管５を通じて反応室
３へ供給された反応ガス６及び被処理物の冷却時におけ
る冷却用ガスを循環させるためのフアンを示す。

板伏又は管状の熱交換器１９は．ガスの上記循環中に冷
却用ガスを冷却するためのものである。気相からの付着
処理時のガスの流れは第２図の左半分において示し、冷
却時のガスの流れはその右半分において示した。ポンプ
１２により、四塩化チタン等の液伏反応材料を６この蒸
発温度まで予熱された供給導管５へ供給する。この供給
導管の加熱は６例えばこの導管に巻きつけた電気的加熱
手段２０により行なうのが望ましい。第３図は本発明に
よる装置の他の例を示す。この装置では６実質的に同じ
大きさの第２の鋼製容器１４が容器１の前面に設けられ
ている。この第２の容器は第１の容器１のドア２の側に
開口を有しているが，この開口１ままたドア２により閉
ざされている。この場合，ドア２はスライド可能に構成
されているのが適当である。容器１４の他の側にはドア
１３が設けられている。容器１４の底部は急冷浴，例え
ば油浴を受入れる桶状に構成されている。１５は．被処
理物の入つたラツク１８を反応室３から６容器１４で形
成される急冷及び硬化室へ移動させるためのロールの如
き移送手段である。

さらにこの硬化室には，油冷による冷却を行なう場合に
被処理物を収納するラツク１８を急冷浴中に降下させる
ための手段（特に図示せず）が設けられている。フアン
１６は、基本の急冷をガス流で十分に行える場合に６酸
素又は水素を含まないガス伏急冷媒体を循環させるため
に用いられる。容器１４の排気及び換気は導管１７を通
じて行なうが、これによつて油浴の脱ガスも行える。本
発明の方法は多くの利点を有する。即ち、酸化を受けて
いない硬質材料被膜を硬化可能な鋼に強固に付着させた
ものからなる耐摩耗性複合部材を製造することができる
。この場合６全ての鋼が使用可能であり６その必要な実
用硬度を油又はガス中での急冷により得ることができる
。また均一な微粒状でかつ水素が存在しない組織である
ため、本発明の方法により硬質材料で被覆された基材は
．この基材に対して要求されかつ可能な限り大きくて均
一な硬度及び靭性を確実に再現性良く示す。本発明の方
法により製造された複合部材は高い耐摩耗性を有するば
かりでなく、使用される鋼に関して最大限許容される機
械的負荷に対しても対応し得る負荷能力を有するもので
ある。本発明の方法によれば６Ｗ４製基材の過硬化又は
アンダーハードニングのみならず、粗大粒子の形成をも
防止することができる。本発明の方法の他の有利な点は
、ガスの循環に 二よつて付着処理時間を非常に短くす
ることができる一方．被処理物を室温まで冷却せずにま
た個々の操作段階間において装置から取り出すことなく
１つの装置で全処理工程を実施し得るという高経済性に
ある。

本発明の方法を実施するための気相付着処理装置は、特
に基材の硬化温度が１２００℃を越える場合にも，反応
室内に設けられた加熱手段により複合部材の製造を完全
に行なうことができるという利点を有する。この装置の
別の利点は６全ての導管が容器の壁部を貫通しており．
これによつてドアと導管の接続とは別個に行えることに
ある。部材を出し入れする際に全導管及び支持手段を被
覆処理の前後に上部に据え付けなければならない従来の
レトルト（例えばドイツ連邦共和国特許第１８５７４４
号明細書）に比較して，本発明の装置は６単にドアを操
作するのみでよい。こうしてかなり作業経費を節減でき
る点は，被覆処理に際する経済的操作に関する他の利点
でもある。次に本発明を以下の具悔例によつてさらに詳
細に説明する。

例 １（比較例） 約０．９％の炭素，４％のクロム６５％のモリブデン，
１．８％のバナジウム及び６．５％のタングステンを含
有し，寸法が８φ×９０ｍ７！Ｌである高速度鋼Ｓ６−
５−２（材料番号Ｓ）．１，３３４３）製のねじタツプ
を、ドイツ連邦共和国特許第１０８５７４４及び１１４
２４８６号明細書に基づき、硬質材料を気相から付着さ
せるための熱処理炉中にて常法によりチタン炭化物で被
覆した。

この被覆処理温度は１０８０℃とし．加熱手段は反応室
外に配置した。キヤリアガスとして使用される水素には
．１％のメタン及び等量の四塩化チタンを混合した。１
時間反応後、メタン炭化物（ＴｉＣ）被膜は厚さ７μと
なつた。

被覆終了後、ねじタツプをその支持装置と共に油浴に浸
漬し，被覆処理温度から急冷した。１時間ずつ２回の焼
戻しを行つた後のタツプの硬度はＨＲｃ＝５７であつた
。

ＴｉＣ被膜の表面は酸化のために青色を呈した。ねじタ
ツプ中の水素濃度は基材１００９当り５．９ｍ１であつ
た。このねじタツプを，アルミニウム−シリコン合金、
銅又は真ちゆうからなる部品に内側ねじ（雌ねじ）を切
るのに用いた場合，このねじタツプの寿命１ま被覆処理
しないねじタツプよりも短かかつた。

また塑性変形も生じたが、この理由としては．この種の
用途に要求されるＨＲｃ＝６５／６６に比べて基材硬度
がＨＲｃ二５７にしかならず．その強度又は硬度及び耐
焼戻し性が不十分であることが挙げられる。この理由は
６上記鋼種の硬化温度が１２２０〜１２４０℃であるた
めに、１０８０℃の被覆処理温度からねじタツブを急冷
した場合に（ま硬化不足（アンダーハードニング）が生
じることに帰因する。

炉材物質の耐熱強度及び酸化安定性の理由から，上記被
覆処理温度（まドイツ連邦共和国特許第１０８５７４４
号明細書に基づく外部加熱型可動式反応容器について許
容し得る最高温度であり６従つて上述の硬化温度はこの
ような装置では達成することができない。さらに基材は
水素の吸着によつて脆性を示した。また６上記被覆処理
後に６別の真空硬化炉を用いて１２２０℃で硬化し．次
いで油浴又は窒素流により急冷し，更に５５０℃で焼戻
し又は焼き入れを行つた場合には，ねじタツプの基材の
硬度はＨＲｃ＝６０／６１となつたが、これもまた硬化
不足であつた。さらに基材組織（ま．ジユナイダーグラ
フ（Ｓｎｙｄｅｒ−Ｇｒａｆｆ）によるインターセプト
６（６１ｎｔｅｒｃｅｐｔ）の粗大粒子状であつた。ね
じタツブの水素含有量は基材１００９当り１ｍ１であつ
た。実際に（まこのねじタツプは被覆処理しないものよ
り寿命が短かかつた。例 ２（実施例） 例１で用いた高速度鋼からなるねじタツプを本発明の方
法及び装置により処理した。

第１図及び第２図を参照すれば，ねじタツブはラツク１
８に固定し６これをドア２を開放してからラツク１８を
反応室３内へ装入した。そしてドア２を閉め、導管７に
よつて鋼製容器１及び反応室３内の圧力を１０−３トル
に設定した。次に、内部加熱手段４によつてねじタツプ
をその被覆処理温度（１１５０℃）にまで直接加熱した
。この温度に達すると反応室３及び容器１に導管７を通
じて、酸素及び酸素放出物質を精製除去したアルゴンを
供給した。次いで．キヤリアガスとしての高純度の水素
で希釈された１％濃度のメタンを導人管５ａから反応室
３内に供給し６また高純度の水素で希釈された等量の四
塩化チタンを導入管５から反応室３内へ供給した。四塩
化チタン蒸気の導入管５を１３０℃に加熱し供給ポンプ
１２からの液伏の四塩化チタンを蒸発させた。廃ガスは
導出管６を通じて反応室から除去した。さらにフアン８
を作動させ、反応室内の蒸気流に付加的な循環運動を起
こさせた。この際、ガスは加熱手段４と反応室３の側壁
との間を上方から下方へ通過し、加熱手段４の他の面側
で被処理物に沿つて下方から上方へと移動した。２０分
後，チタン炭化物被膜の厚さは７μとなつた。

そこでガス及び四塩化チタン蒸気の供給を停止し．フア
ン８の操作も停止した。チタン炭化物で被覆されたねじ
タツプから水素を除去するために上記被覆処理扁度（１
１５０素Ｃ）で２０分間，反応室３及び容器１内の圧力
を１０−３トルに設定した（後加熱処理）。この後加熱
処理後，反応室の温度調節器を７５０℃に設定し、反応
室３及び容器１には精製により酸素及び酸素放出性成分
を除去した窒素を導管７を通じて充たし６フアン８を作
動させた。

そして案内手段１１を操作して，反応室の側壁に設けら
れかつそれまで閉じていた開口９を開放し．他方加熱手
段４と反応室３の側壁との間隙を閉じ，さらに反応室の
底部に存在しかつそれまで閉じていた開口１０を開放し
た。こうした開口の開放とフアン８の回転とにより、窒
素は壁面開口９を通じて反応室３と容器１との間の空間
に流入し，容器１内に配した熱交換器１９に沿つて流れ
．次いで底部に存する開口１０を通じて反応室３内に戻
された。このガス循環によつてＴｉＣで被覆されかつ水
素を含まないねじタツプを７５０℃に冷却した。次いで
この温度において．基材の組織が完全に微粒状パーライ
トに変化するまで６時間硬化時間で中間加熱処理を行な
つた。次に被処理物を．この例で用いられた高速度鋼の
通常の硬化温度である１２２０℃に加熱し，この温度か
ら上述のガス循環により室温まで冷却した。５５０℃で
従来のように１時間ずつ２回の焼入れを行なつたところ
，硬度はＨＢｃ＝６７となつた。

基材（まシユナイダーグラフによるインターセプト１５
の微粒子構造であつた。

基材中の水素含有量は基材１００９当り０．０８ｍ１で
あつた。本方法により処理したねじタツプの寿命］丸ア
ルミニウム−シリコン合金の加工においては被覆処理し
ないものの３倍であり６銅及び真ちゆうの加工の場合に
は被覆処理しないものの５倍であつた。例 ３（比較例
）炭素１％及びクロム１．５％を含有する１０φＸ４Ｏ
ｍｍの低合金鋼１００Ｃｒ６（材料番号屑１，２０６７
）製の液圧バルブ用の制御ピストンに対し．ドイツ連邦
共和国特許第１０８５７４４及び１１４２４８６号明細
書に基づく熱処理炉中で気相から硬質材料を付着させ６
従来公知の方法によりチタン炭化物で被覆した。

この付着温度は９５０℃であり、４時間反応後のチタン
炭化物被膜の厚み（ま１２μであつた。この被覆処理の
終了後．制御ピストンと共に支持装置をオイルバスに浸
漬することによつて、上記付着温度から急冷した（ドイ
ツ連邦共和国特許第１１４２４８６号明細書）。ＴｉＣ
被膜は酸化を受け，亀裂や部分的な剥離が見られた。基
材の硬度はこの種の鋼において得られかつ要求されるＨ
Ｒｃ＝６２に比べＨＲｃ＝３２と低かつた。被覆処理後
、基材（鋼）の通常の硬化温度である８３０℃で別の真
空硬化炉中で硬化を行ない６次いで油浴中で急冷したと
ころ６チタン炭化物被膜にダメージは見られなかつた。

しかし，基材の硬度（まＨＲｅ＝４５と非常に小さかつ
た。さらに基材の組織は粗大粒子状であつた。例 ４（
実施例） 例３に使用した同じ鋼種製のピストンバルブに対し．本
方法及び急冷用油浴付きの装置により例１で最初に述べ
た方式で１０２０℃にてチタン炭化物を被覆した。

３０分反応後６被覆の厚みは１２μとなつた。

この被覆処理温度及び１０−３トルの圧力下で後加熱処
理を行なつて基材から水素を除去した後、被処理物をガ
ス循環により７００℃に冷却し６この温度下に１５分間
保持して基材組織を微粒伏のパーライトに完全に変化さ
せた。次に、被処理物をその基材の硬化温度（８３０℃
）に加熱した。導管１７により容器１４内を１０−３ト
ルの圧力に設定し，これによつて急冷用の油浴の脱ガス
を行なつた。容器１４内のガス圧が反応室３及び容器１
内と同じになつた後６ＴｉＣ被覆したピストンバルブを
油中で急冷するためにドア２を開放し６被処理物の入つ
たラツク１８を運搬手段１５及び上下動手段により容器
１４内の油浴中に浸漬した。冷却されたＴｉＣ被覆ピス
トンバルブはドア１３を通じて被覆装置から取り出した
。ＴｉＣ被覆はダメージを受けず、酸化もされず、銀色
の光沢を示した。１８０′Ｃで１時間焼き戻しを行なつ
た後２ピストンバルブの基材は要求硬度ＨＲｃ＝６２を
示し，また特に微粒状組織を有していた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第１図は被
覆処理室の側面からみた断面図、第２図は同処理室の前
面からみた断面図６第３図は急冷装置を付設した別の被
覆処理装置の側面からみた断面図である。 なお図面に用いられている符号において，２・・・・・
・操作用ドア、３・・・・・・反応室６４・・・・・・
加熱手段．８・・・・・・フアン、１１・・・・・・ガ
ス案内手段．１５・・・・・・移送装置６１６・・・・
・・フアン、１８・・・・・・ラツク６１９・・・・・
・熱交換器６２０・・・・・・加熱装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ９００〜１２００℃の温度から急冷することにより
   、硬化可能な鋼からなる基材上に気相から硬質材料を付
   着させることにより耐摩耗性複合部材を製造する方法に
   おいて、（ａ）内部に加熱手段を設置した反応室中で前
   記硬質材料を前記基材上に付着させる工程。 （ｂ）この付着処理された基材に対して９００〜１２０
   ０℃の温度にて減圧下で後加熱処理を施す工程。 （ｃ）この後加熱処理後に、減圧下、又は酸素及び水素
   が存在しない雰囲気中で、前記付着処理された基材に対
   して５５０〜９００℃の温度で中間加熱処理を施す工程
   。 （ｄ）減圧下、又は酸素及び水素が有在しない雰囲気中
   で前記付着処理された基材を所定の硬化温度に加熱し、
   次いで酸素及び水素が存在しない雰囲気又は急冷浴中で
   急冷する工程。 を夫々具備することを特徴とする方法。 ２ 中間加熱処理後すぐに、付着処理された基材を硬化
   温度に加熱し、次いで油浴中で常法により急冷する、特
   許請求の範囲の前記第１項に記載の方法。 ３ 後加熱処理及び中間加熱処理に際して反応室内の圧
   力を１０＾−＾１〜１０＾−＾４トルに設定する。 特許請求の範囲の前記第１項又は第２項に記載の方法。
   ４ 付着処理及び脱ガス処理された複合部材を付着温度
   から５５０〜９００℃の中間加熱処理温度に急冷する、
   特許請求の範囲の前記第１項〜第３項のいずれか１項に
   記載の方法。 ５ 中間加熱処理を５分〜１２時間行なう、特許請求の
   範囲の前記第１項〜第４項のいずれか１項に記載の方法
   。 ６ 付着処理及び脱ガス処理された複合部材の中間加熱
   処理を１分当り０．４〜１００℃の冷却速度で冷却する
   ことによつて５５０〜９００℃の範囲で行なう、特許請
   求の範囲の前記第１項〜第３項のいずれか１項に記載の
   方法。 ７ 硬化温度を７５０〜１３５０℃に設定する、特許請
   求の範囲の前記第１項〜第６項のいずれか１項に記載の
   方法。 ８ 高速度鋼からなる基材とこの基材上に気相から付着
   させた硬質材料被膜とからなりかつ切削、成形作業に用
   いられる耐摩耗性複合部材であつて、前記硬質材料から
   なる表面被膜を有する前記基材がＨＲｃ＝６０〜７２の
   硬度を有しかつシュナイダーグラフによるインターセプ
   ト１０〜２０の粒度を有する複合部材を製造する、特許
   請求の範囲の前記第１項〜７項のいずれか１項に記載の
   方法。 ９ 基材上に気相から硬質材料被膜を付着させる装置に
   おいて、（ａ）加熱手段を収容した状態で容器内に配置
   された気密反応室。 （ｂ）前記容器を貫通して前記反応室内に通じている反
   応ガス又は反応液蒸気供給用導入管及び廃ガス導出管。 （ｃ）前記反応室内に配置されているファン。 （ｄ）このファンのほぼ回転面において前記反応室の側
   壁に設けられた閉鎖可能な第１開口。（ｅ）前記反応室
   の定部に設けられた閉鎖可能な第２開口。 （ｆ）前記反応室と前記加熱手段との間の間隙又は前記
   第１開口を閉じるための調整可能なガス案内手段。 （ｇ）前記反応室と前記容器との間に配置された熱交換
   器。 を夫々具備することを特徴とする装置。 １０ 操作用ドア及び壁面上の冷却手段を有する真空気
   密性の鋼製容器と、少なくとも２つの相対する壁部に設
   置された電気的加熱手段と共にラックを収容した状態で
   前記容器内に配置された耐熱材料製気密反応室と、前記
   容器を貫通しかつ対向壁を通じて前記反応室に通じる反
   応ガス又は反応液蒸気供給用導入管と、前記容器及び前
   記反応室の排気及び通気用の閉鎖可能な導管とを夫々具
   備する、特許請求の範囲の前記第９項に記載の装置。 １１ 反応液を供給するためのガス導入管が供給ポンプ
   に接続されている、特許請求の範囲の前記第９項又は第
   １０項に記載の装置。 １２ ガス導入管の周囲に加熱手段が設けられている、
   特許請求の範囲の前記第９項〜第１１項のいずれか１項
   に記載の装置。 １３ 実質的に同じ大きさの第２の容器が気密容器の操
   作用ドア側に設置され、前記第２の容器にこの壁面側の
   冷却手段と操作用ドアとが夫々設けられ、前記第２の容
   器の下部が冷却液を収容するための容器として構成され
   、ラックを被処理物と共に前記気密反応室から前記第２
   の容器内へ移動させかつ前記被処理物を急冷浴中に浸漬
   させるための移送手段が配置され、前記第２の容器天井
   部にファンと排気及び通気用導管とが設けられている、
   特許請求の範囲の前記第１０項〜第１２項のいずれか１
   項に記載の装置。