JPS5942071B2 - 鉄合金および超硬合金材料表面への炭化物層形成方法 - Google Patents
鉄合金および超硬合金材料表面への炭化物層形成方法Info
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- JPS5942071B2 JPS5942071B2 JP56059486A JP5948681A JPS5942071B2 JP S5942071 B2 JPS5942071 B2 JP S5942071B2 JP 56059486 A JP56059486 A JP 56059486A JP 5948681 A JP5948681 A JP 5948681A JP S5942071 B2 JPS5942071 B2 JP S5942071B2
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- Japan
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- carbide
- treatment
- alumina
- carbide layer
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/18—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
- C23C10/20—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being diffused
- C23C10/24—Salt bath containing the element to be diffused
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は炭化物形成元素を俗人せしめた溶融硼酸または
硼酸塩の処理浴中に鉄合金材料または超硬合金材料を浸
漬してこれ等材料の表面に炭化物層を形成せしめる方法
、特にその処理浴に関するものである。
硼酸塩の処理浴中に鉄合金材料または超硬合金材料を浸
漬してこれ等材料の表面に炭化物層を形成せしめる方法
、特にその処理浴に関するものである。
硼酸や硼酸塩の溶融浴中に、周期律表のＶａ族元素やク
ロムなどの炭化物形成元素を溶入せしめてなる処理浴中
に、炭素を食む鉄合金材料または超硬合金材料を浸漬し
て、これ等材料の表面に炭化物層を形成せしめる表面処
理方法は既１″ｃ知られている。
ロムなどの炭化物形成元素を溶入せしめてなる処理浴中
に、炭素を食む鉄合金材料または超硬合金材料を浸漬し
て、これ等材料の表面に炭化物層を形成せしめる表面処
理方法は既１″ｃ知られている。
この表面処理方法は、低コストで、かつ大気雰囲気中で
容易に実施されるものであり、更に形成された炭化物層
は耐摩耗性、耐焼付性に極めてすぐれていることより、
治工具等の表面処理に広く適用されている。上記表面処
理方法において、処理浴の温度を被処理材料が溶融しな
い範囲において高温とすることは、必要な厚さの炭化物
層形成時間を短縮する点において有利である。
容易に実施されるものであり、更に形成された炭化物層
は耐摩耗性、耐焼付性に極めてすぐれていることより、
治工具等の表面処理に広く適用されている。上記表面処
理方法において、処理浴の温度を被処理材料が溶融しな
い範囲において高温とすることは、必要な厚さの炭化物
層形成時間を短縮する点において有利である。
また上記処理方法を鋼材に適用する場合には、処理浴の
温度を鋼材の焼入温度として、表面処理と同時に焼入硬
化を行なうことが一般になされており、例えば高速度鋼
では１１５０〜１３００℃の処理浴が用いられる。とこ
ろで、このような高温の処理浴を用いた場合には次のよ
うな問題が生じる。第１の問題は浴寿命の低下である。
温度を鋼材の焼入温度として、表面処理と同時に焼入硬
化を行なうことが一般になされており、例えば高速度鋼
では１１５０〜１３００℃の処理浴が用いられる。とこ
ろで、このような高温の処理浴を用いた場合には次のよ
うな問題が生じる。第１の問題は浴寿命の低下である。
即ち、上記の表面処理方法を大気雰囲気中で行なうと、
処理浴はその上層より徐々に処理能力が劣下する傾向に
ある。しかし、浴温が９５０℃程度の範囲内では処理能
力の劣下は実用上あまり問題とならないが、浴温が１０
５０℃ないしそれ以上の高温となると、処理浴の処理能
力の劣下は下層部へと速く進行するようになる。第２の
問題は、炭化物形成元素供給手段として処理浴中に添加
した金属粉末例えばフェロバナジウム（Ｆｅ−Ｖ）など
が浴の底部で凝集焼結することである。
処理浴はその上層より徐々に処理能力が劣下する傾向に
ある。しかし、浴温が９５０℃程度の範囲内では処理能
力の劣下は実用上あまり問題とならないが、浴温が１０
５０℃ないしそれ以上の高温となると、処理浴の処理能
力の劣下は下層部へと速く進行するようになる。第２の
問題は、炭化物形成元素供給手段として処理浴中に添加
した金属粉末例えばフェロバナジウム（Ｆｅ−Ｖ）など
が浴の底部で凝集焼結することである。
この焼結物は処理浴容器に強固に固着して容器の有効内
容積を減少せしめる。また、焼結物は被処理材料表面に
も強固に付着して製品の表面粗度を悪化せしめるし、付
着部には炭化物が形成されない。第３の問題は容器およ
び被処理材料の局部的腐食である。
容積を減少せしめる。また、焼結物は被処理材料表面に
も強固に付着して製品の表面粗度を悪化せしめるし、付
着部には炭化物が形成されない。第３の問題は容器およ
び被処理材料の局部的腐食である。
即ち、容器として耐熱鋳鋼を用いた場合でも、特に大気
と接した浴境部で腐食が生じる傾向があるが、腐食反応
は温度の指数函数として増大し、浴温が１２００℃程度
の高温となると腐食は著しい。また浴温が高温となると
、浴中に一部を浸漬した被処理材料の浴境部でも著しい
腐食が生じる。なお、上記の諸問題ほど致命的ではない
が、被処理材を浴中より取出したときの炭化物層の酸化
の問題がある。
と接した浴境部で腐食が生じる傾向があるが、腐食反応
は温度の指数函数として増大し、浴温が１２００℃程度
の高温となると腐食は著しい。また浴温が高温となると
、浴中に一部を浸漬した被処理材料の浴境部でも著しい
腐食が生じる。なお、上記の諸問題ほど致命的ではない
が、被処理材を浴中より取出したときの炭化物層の酸化
の問題がある。
即ち、処理浴中に被処理材料を浸漬し炭化物層を形成せ
しめて後に処理浴より取出したとき、炭化物層表面には
浴物質がその粘性により付着しており、この浴物質のカ
バーにより被処理材料取出し直後の炭化物層の酸化が防
止される。付着した浴物質はその後熱湯等により除去し
得る。ところで処理浴は高温になると粘性が著しく低下
するため、取出された被処理材料表面には極めて薄くし
か付着せず、炭化物層の酸化防止作用が充分に達せられ
ない。本発明は上記の諸問題を解決することを目的とす
るもので、発明者らは実験、研究を重ねた結果、炭化物
形成元素を溶入せしめた硼酸または硼酸塩の溶融浴に適
量のアルミナを添加した処理浴を用いることにより、浴
寿命を著しく向上し、処理浴中には炭化物形成元素の焼
結塊状体も生成せず、かつ被処理材料および浴容器の腐
食も極めて少なくし得ることを確認した。
しめて後に処理浴より取出したとき、炭化物層表面には
浴物質がその粘性により付着しており、この浴物質のカ
バーにより被処理材料取出し直後の炭化物層の酸化が防
止される。付着した浴物質はその後熱湯等により除去し
得る。ところで処理浴は高温になると粘性が著しく低下
するため、取出された被処理材料表面には極めて薄くし
か付着せず、炭化物層の酸化防止作用が充分に達せられ
ない。本発明は上記の諸問題を解決することを目的とす
るもので、発明者らは実験、研究を重ねた結果、炭化物
形成元素を溶入せしめた硼酸または硼酸塩の溶融浴に適
量のアルミナを添加した処理浴を用いることにより、浴
寿命を著しく向上し、処理浴中には炭化物形成元素の焼
結塊状体も生成せず、かつ被処理材料および浴容器の腐
食も極めて少なくし得ることを確認した。
処理浴におけるアルミナの添加含有量は５〜２０重量？
程度が適当である。
程度が適当である。
５％重量未満では上記の諸効果は顕著に現れない。
また２０重量？を越えると形成される炭化物層厚さが実
用上必要な厚さに達しないといらデイメリツトが現れる
。アルミナは粉末として添加され、その粒度が小さいほ
どアルミナ添加の効果は早く発揮される。またアルミナ
を添加すると高温処理浴の場合でも粘性の低下が少なく
、被処理材料を浴中より取出したときに被処理材料の表
面に付着してこれをカバーしており、形成された炭化物
層の酸化を防ぐ効果がある。実験例 （４） １００メツシユの炭化物形成元素たるＦｅＶ粉末を２０
％（重量％、以下同じ）を添加した１２００℃の溶融硼
砂浴（深さ２００ｍｍ）中に、直径７ｍｍ、長さ２００
ｍｍの工具鋼材料を浴の深さ方向に１０分間浸漬するバ
ナジウム炭化物層形成表面処理を継続して行なつた。
用上必要な厚さに達しないといらデイメリツトが現れる
。アルミナは粉末として添加され、その粒度が小さいほ
どアルミナ添加の効果は早く発揮される。またアルミナ
を添加すると高温処理浴の場合でも粘性の低下が少なく
、被処理材料を浴中より取出したときに被処理材料の表
面に付着してこれをカバーしており、形成された炭化物
層の酸化を防ぐ効果がある。実験例 （４） １００メツシユの炭化物形成元素たるＦｅＶ粉末を２０
％（重量％、以下同じ）を添加した１２００℃の溶融硼
砂浴（深さ２００ｍｍ）中に、直径７ｍｍ、長さ２００
ｍｍの工具鋼材料を浴の深さ方向に１０分間浸漬するバ
ナジウム炭化物層形成表面処理を継続して行なつた。
時間の経過とともに処理浴の上層は処理能力が劣化し、
各材料の上部には炭化物層が形成されなくなつた。
各材料の上部には炭化物層が形成されなくなつた。
炭化物層が形成されなくなる範囲が材料の１／２にいた
るまでの時間（以下、浴寿命という）は５時間であつた
。（Ｂ） 一方、処理浴として上記の浴に粒径３５〜５
０μで純度９９．４％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を１０
％添加した処理浴を用いて上記と同様の実験を行なつた
結果、浴寿命は１８時間で、浴寿命は大幅に向上した。
るまでの時間（以下、浴寿命という）は５時間であつた
。（Ｂ） 一方、処理浴として上記の浴に粒径３５〜５
０μで純度９９．４％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を１０
％添加した処理浴を用いて上記と同様の実験を行なつた
結果、浴寿命は１８時間で、浴寿命は大幅に向上した。
また、囚の実験では処理浴を保持したポツトの底部に塊
状の焼結物が生成されたが、（Ｂ）の実験では塊状物は
生成せず、また製品表面への粒状物の付着は全く認めら
れなかつた。
状の焼結物が生成されたが、（Ｂ）の実験では塊状物は
生成せず、また製品表面への粒状物の付着は全く認めら
れなかつた。
更に、被処理材料の浴境部における処理浴による腐食深
さは、囚の実験では０．５ｍｍであつたのに対し、（Ｂ
）の実験では０．０５ｍｍであつた。
さは、囚の実験では０．５ｍｍであつたのに対し、（Ｂ
）の実験では０．０５ｍｍであつた。
また、ポツトの浴境部における腐食深さも、（Ｂ）の実
験の方が著しく少なかつた。形成されたパナジウム炭化
物層厚さは囚の実験では６〜７μであり、アルミナ添加
浴を用いた（Ｂ）の実験では５〜６μで若干薄いが、実
用上の障害を生じるものではない。
験の方が著しく少なかつた。形成されたパナジウム炭化
物層厚さは囚の実験では６〜７μであり、アルミナ添加
浴を用いた（Ｂ）の実験では５〜６μで若干薄いが、実
用上の障害を生じるものではない。
実験例 ２
処理浴として−１００メツシユのＦｅ−Ｖ粉末２０％、
粒径３５〜５０μで純度９９，４％のアルミナ５％を添
加した１２０『Ｃの溶融硼砂浴を用いて、実験例１と同
様の実験を行なつた。
粒径３５〜５０μで純度９９，４％のアルミナ５％を添
加した１２０『Ｃの溶融硼砂浴を用いて、実験例１と同
様の実験を行なつた。
この結果、浴寿命は７時間、被処理材料の腐食深さは０
．１５ｍｍ、ポツト底部で塊状物の生成は認められなか
つた。このようにアルミナ添加５％の処理浴でも、これ
を添加しないものに比べて冒頭に記した問題点解決の効
果はあるがアルミナ添加１０％の場合よりも劣る。
．１５ｍｍ、ポツト底部で塊状物の生成は認められなか
つた。このようにアルミナ添加５％の処理浴でも、これ
を添加しないものに比べて冒頭に記した問題点解決の効
果はあるがアルミナ添加１０％の場合よりも劣る。
アルミナ添加量は５％ないしそれ以上であることが望ま
しい。実験例 ３ アルミナを２０％添加した１２００℃の炭化物形成元素
溶入硼砂浴を用いて実験例１と同様の実験を行なつた。
しい。実験例 ３ アルミナを２０％添加した１２００℃の炭化物形成元素
溶入硼砂浴を用いて実験例１と同様の実験を行なつた。
この結果、３０時間経過後でも被処理材には初期と同様
に炭化物層が形成され、浴寿命には達しなかつた。しか
しながら、形成された炭化物層厚さは１μ程度と薄かつ
た。
に炭化物層が形成され、浴寿命には達しなかつた。しか
しながら、形成された炭化物層厚さは１μ程度と薄かつ
た。
１μ程度の厚さでは製品の用途が限定される。
従つて処理浴におけるアルミナ添加量は２０％ないしそ
れ以下とすることが望ましい。なお、アルミナ２０％添
加浴は炭化物層形成処理浴用として以外に、炭化物層を
形成した高速度鋼などの焼入浴として特に有効である。
れ以下とすることが望ましい。なお、アルミナ２０％添
加浴は炭化物層形成処理浴用として以外に、炭化物層を
形成した高速度鋼などの焼入浴として特に有効である。
実験例 ４
実験例１におけるＦｅ−に代えてＶ２Ｏ５とＢ４Ｃを総
量１０％同時添加した処理浴を用いて実験例１と同様の
実１験（但し、浴温１１５０℃）を行なつた。
量１０％同時添加した処理浴を用いて実験例１と同様の
実１験（但し、浴温１１５０℃）を行なつた。
その結果、２１時間経過後もなお浴寿命に達しなかつた
。腐食深さは０．０５闘であつた。実験例 ５囚 実験
例１の囚におけるＦｅ− 粉末に代えてフエロニオブ（
Ｆｅ−Ｎｂ）粉末を用い、Ｆｅ−Ｎｂ粉末を添加溶入せ
しめた１２００゜Ｃの硼砂浴により実験例１と同様の実
験を行ない、被処理材料にニオビウム炭化物層を形成し
た。
。腐食深さは０．０５闘であつた。実験例 ５囚 実験
例１の囚におけるＦｅ− 粉末に代えてフエロニオブ（
Ｆｅ−Ｎｂ）粉末を用い、Ｆｅ−Ｎｂ粉末を添加溶入せ
しめた１２００゜Ｃの硼砂浴により実験例１と同様の実
験を行ない、被処理材料にニオビウム炭化物層を形成し
た。
その結果浴寿命は１２時間であつた。またポツトの底部
には米粒大の塊状物が生成された。（Ｂ） 一方上記Ｆ
ｅ−Ｎｂ粉末２０％、更にアルミナ粉末１０％を添加し
た１２００℃の溶融硼砂浴により実験例１と同様の実験
を行なつた。
には米粒大の塊状物が生成された。（Ｂ） 一方上記Ｆ
ｅ−Ｎｂ粉末２０％、更にアルミナ粉末１０％を添加し
た１２００℃の溶融硼砂浴により実験例１と同様の実験
を行なつた。
その結果、浴寿命は２８時間であり、この時点でもポツ
ト底部に塊状物は生成されなかつた。また、浴寿命に達
した浴中に、硼砂２４５９、Ｆｅ−Ｎｂ７Ｏ９、アルミ
ナ３５ｇ（初期の浴組成と同じ）を添加したところ、被
処理材料には初期と同じ範囲にニオビウム炭化物層が形
成された。
ト底部に塊状物は生成されなかつた。また、浴寿命に達
した浴中に、硼砂２４５９、Ｆｅ−Ｎｂ７Ｏ９、アルミ
ナ３５ｇ（初期の浴組成と同じ）を添加したところ、被
処理材料には初期と同じ範囲にニオビウム炭化物層が形
成された。
実験例 ６炭化物形成元素としてクロム（Ｃｒ）粉末２
０％、更にアルミナ粉末１０％を添加した１２００℃の
炭化物形成元素溶入溶融硼砂浴を用い、実験例１と同様
の実験を行ない、被処理材にクロム炭化物層を形成した
。
０％、更にアルミナ粉末１０％を添加した１２００℃の
炭化物形成元素溶入溶融硼砂浴を用い、実験例１と同様
の実験を行ない、被処理材にクロム炭化物層を形成した
。
浴寿命は２０時間であり、この時点でもポツト底部には
塊状物は生成されなかつた。これに対し、アルミナを含
まない処理浴を用いてクロム炭化物を形成せしめたとこ
ろ、浴寿命は４時間で、ポツト底部には塊状物が生成さ
れた。実験例 ７ノ 実験例１の囚、（Ｂ）の処理浴を用い、超硬合金材料に
炭化物層を形成させた。
塊状物は生成されなかつた。これに対し、アルミナを含
まない処理浴を用いてクロム炭化物を形成せしめたとこ
ろ、浴寿命は４時間で、ポツト底部には塊状物が生成さ
れた。実験例 ７ノ 実験例１の囚、（Ｂ）の処理浴を用い、超硬合金材料に
炭化物層を形成させた。
アルミナを添加しない囚の処理浴では浴寿命は５時間で
、ポツト底部には塊状物が生成された。
、ポツト底部には塊状物が生成された。
一方、アルミナを添加した処理浴では浴寿命は１８時間
で、ポツト底部には塊状物は生成されなかつた。以上の
実験例より知られるように、炭化物形成元素を溶入せし
めた高温の硼酸または硼酸塩の処理浴を用い、これに炭
素を含む鉄合金材料または超硬合金材料を浸漬して材料
表面に炭化物層を形成せしめるに際して、処理浴中に適
量のアルミナを添加することにより、浴寿命を大幅に向
上させることができる。
で、ポツト底部には塊状物は生成されなかつた。以上の
実験例より知られるように、炭化物形成元素を溶入せし
めた高温の硼酸または硼酸塩の処理浴を用い、これに炭
素を含む鉄合金材料または超硬合金材料を浸漬して材料
表面に炭化物層を形成せしめるに際して、処理浴中に適
量のアルミナを添加することにより、浴寿命を大幅に向
上させることができる。
また、処理浴中に炭化物形成元素粉末が焼結した塊状物
が生成されるのを防止することができる。更に、被処理
材や浴容器の腐食を少なくすることができる。更にまた
、アルミナを添加すると浴の粘性が上るので、処理され
た材料を高温の処理浴より取出したときにも材料表面に
は浴物質が比較的厚く付着し材料をカバーしているので
、形成された炭化物層が酸化されないという効果もある
。処理浴中にＦｅ２Ｏ３、０ｒ２０３、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ
２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５等が含まれていても、その量が多く
なければ上記アルミナの効果は減殺されない。なお、上
記の実験では、小容量のポツトに処理浴を保持して表面
処理がなされた。
が生成されるのを防止することができる。更に、被処理
材や浴容器の腐食を少なくすることができる。更にまた
、アルミナを添加すると浴の粘性が上るので、処理され
た材料を高温の処理浴より取出したときにも材料表面に
は浴物質が比較的厚く付着し材料をカバーしているので
、形成された炭化物層が酸化されないという効果もある
。処理浴中にＦｅ２Ｏ３、０ｒ２０３、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ
２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５等が含まれていても、その量が多く
なければ上記アルミナの効果は減殺されない。なお、上
記の実験では、小容量のポツトに処理浴を保持して表面
処理がなされた。
Claims (1)
- １ 炭化物形成元素を溶入せしめた硼酸または硼酸塩の
溶融浴中に５重量％ないし２０重量％のアルミナを添加
してなる処理浴を、１０５０℃ないし被処理材料の溶融
温度にいたらない温度範囲に保持し、この処理浴に炭素
を含む鉄合金被処理材料または超硬合金被処理材料を浸
漬することを特徴とする鉄合金および超硬合金材料表面
への炭化物層形成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56059486A JPS5942071B2 (ja) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | 鉄合金および超硬合金材料表面への炭化物層形成方法 |
| US06/365,022 US4400224A (en) | 1981-04-20 | 1982-04-02 | Method for forming a carbide layer on the surface of a ferrous alloy article or a cemented carbide article |
| CA000401191A CA1191435A (en) | 1981-04-20 | 1982-04-19 | Method for forming a carbide layer on the surface of a ferrous alloy article or a cemented carbide article |
| DE8282103324T DE3265758D1 (en) | 1981-04-20 | 1982-04-20 | Method for forming a carbide layer on the surface of a ferrous alloy article or a cemented carbide article |
| EP82103324A EP0063386B1 (en) | 1981-04-20 | 1982-04-20 | Method for forming a carbide layer on the surface of a ferrous alloy article or a cemented carbide article |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56059486A JPS5942071B2 (ja) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | 鉄合金および超硬合金材料表面への炭化物層形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57174447A JPS57174447A (en) | 1982-10-27 |
| JPS5942071B2 true JPS5942071B2 (ja) | 1984-10-12 |
Family
ID=13114673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56059486A Expired JPS5942071B2 (ja) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | 鉄合金および超硬合金材料表面への炭化物層形成方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4400224A (ja) |
| EP (1) | EP0063386B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5942071B2 (ja) |
| CA (1) | CA1191435A (ja) |
| DE (1) | DE3265758D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6242291U (ja) * | 1985-08-31 | 1987-03-13 |
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Also Published As
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| US4400224A (en) | 1983-08-23 |
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