JPS6039749B2 - 鉄合金材料の表面にマンガンの炭化物層を形成させる方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素を含む鉄合金材料の表面にマンガンの炭化
物層を形成させる表面処理法に関するものである。

マンガンの炭化物は耐摩耗性、耐暁付性にすぐれており
、このマンガンの炭化物層を鉄合金材の表面に形成させ
ることは工業上極めて有用である。

発明者は先に、棚酸または棚砂などの棚酸塩にマンガン
を溶入させた溶融格を用い、これに鉄合金材料を浸債保
持することにより鉄合金材料の表面にマンガンの炭化物
層を形成させることに成功した（特開昭５０−１３７８
２４号）。この表面処理法は特に、大気雰囲気中で実施
できることにおいて極めて有効かつ実用的である。しか
しながらこの方法では、たとえ処理溶物質中に融点低下
のための物質を添加したとしても格温の実用上の下限値
は６５０ｏ○程度である。

格温はガスの発生を防ぎ浴寿命を長く維持するためにも
低いことが望ましいが、特に寸法精度を厳しく要求され
る製品の処理において熱ひずみの発生を防ぐため６５０
００以下の俗温が要求され、か）る場合には上記表面処
理法は適用できない。また、上記表面処理法で処理され
る鉄合金材料は基質中に０．７％（重量％を示す、以下
同じ）以上の炭素を含有することが必要である。

炭素含有量がこれ以下であると浸ボロン層が形成され、
マンガンの炭化物層は形成されない。従って上記処理法
は中炭素鋼、低炭素鋼程度の炭素量の材料には適用でき
ない。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、上記
処理法よりも更に低温処理が可能であるとともに、更に
炭素含有量の低い鉄合金材料にも繊密なマンガン炭化物
層を形成し得る表面処理法を提供することを目的とする
ものである。

即ち、本発明はマンガンを溶入させたアルカリ金属また
はアルカリ士類金属の塩化物を主成分とする溶融裕中に
０．１％以上の炭素を含む鉄合金材料を浸債保持するこ
とにより材料の表面にマンガンの炭化物層を形成せしめ
るものである。

本発明の熔物質は塩化ナトリウム（ＮａＣ夕）、塩化カ
ルシウム（ＣａＣで２）等のアルカリ金属またはアルカ
リ土類金属の塩化物であり、これ等は単独または複合し
て用いることができる。

またこれ等の他に俗温を下げるための塩化物、弗化物を
添加してもよい。浴中にマンガンを溶入させる手段とし
ては、例えばマンガンまたはマンガンを含む金属の粉末
または小片を添加する。

鉄−マンガン合金粉が最も実用的である。また、マンガ
ンの酸化物粉末を添加することは溶入を容易にするため
に有効であるが、この場合には同時に鉄−アルミニウム
、カルシウム、マグネシウム、シリコン等の還元剤を添
加する必要がある。マンガン等の上記粉末の添加量は裕
全量に対して１％ないし６０％であり、好ましくは５％
ないし３０％が実用的に安心して使用できる範囲である
。１％以下ではマンガン炭化物層が形成されにくく、一
方６０％以上では俗の粘性が大きくなり、また裕底に堆
積して作業性を悪くする。

上記のマンガン溶入法は処理としては簡単であるが、未
溶解の粉末が浮遊し、これが形成される被覆層中に埋め
込まれることがある。

これに対してマンガンまたはマンガンを含む金属の藤ま
たは板を裕中に浸潰し、これを陽極として電解してマン
ガンを溶出せしめる方法をとるときは、未溶解の粉末が
被覆層に埋め込まれたり、浴底に堆積することがない点
で有利である。本発明により処理される材料は基質中に
０．１％以上の炭素を含む鉄合金材料である。

従って本発明によって中炭素鋼は勿論、低炭素鋼にもマ
ンガン炭化物層を形成さることができる。また、浸炭処
理を行い表面部のみを０．１％以上の炭素を含有するも
のとした鋼も使用でき、本発明において基質中に０．１
％以上の炭素を含む鉄合金材料にはかかる浸炭材等も含
まれる。また本発明においては、格温５５０００で鉄合
金材料表面に実用し得る厚さのマンガン炭化物層を形成
せしめることができる。

勿論、それ以上で鉄合金材料の融点までの俗温での処理
は可能であり、格温を上げれば所定厚さの被覆層を形成
させる処理時間は短縮される。しかし被処理材にひずみ
が発生しない俗温の上限は彼処理材のＡｃ，変態点であ
る。従って、５５０００からＡｃ，変態点以下の温度で
処理すればひずみの発生がない処理ができる。具体的に
は所望の被覆層厚さ、処理時間、そして彼処理材の熱ひ
ずみならびに製品が要求する寸法精度等を考慮して決定
される。処理時間は被覆層厚さ等により定まるが、１時
間〜５０餌時間位の範囲で選ばれる。被覆層厚さは２ム
〜１５山程度が実用的である。本発明の処理は大気雰囲
気中および保護ガス中のいずれにても可能である。処理
裕中にて鉄合金材料を処理するに際しては、材料を単に
裕中に浸債保持する方法の他に、電解を加えてもよい。

即ち、裕中に浸潰した鉄合金材料を陰極、別に浴中に挿
入した導電性部材を陽極として電解処理を行なう。電解
処理を行なう場合には、単に浸潰する場合よりも処理時
間を短縮することができる。本発明により形成される炭
化物層はマンガンを主体とする炭化物層であり、その中
に鉄を含む。

鉄は層表面部には存在しないか、存在したとしても極〈
徴量であり、母材に近い程、即ち層の下部において多く
なる。実施例 １ 耐熱鋼容器にＣａＣ〆２５２モル％とＮａＣそ４８モル
％の混合物を入れて大気中で電気炉にて加熱し６５０ｑ
ｏの溶融俗をつくった。

この浴中に−１００メッシュのＦｅ−Ｍｎ粉を２０％（
重量％）だけ添加した。この処理俗の温度を５５０℃、
６００℃、７５０ｏｏに変化させ各温度でＳＫ４材（０
．９５％Ｃ）を４時間浸潰し、取り出して油冷した。

洗総後、断面組織を観察したところ、第１図に代表して
示されるように（６５０ｑ０処理のもの）、均一な厚さ
の孔のない繊密な層が形成されていた。

その厚さは上記各処理温度においてそれぞれ２山、５山
、７仏と、処理温度が高くなるほど厚〈なつていた。ま
たＸ線マイクロアナライザー分析を行なったところ、第
６図（上記６５０℃処理のもの）のように形成された層
にはＭｎ、Ｃが多く、Ｆｅを含むＭｎ炭化物（母材に近
いほどＦｅが多い）であることがわかった。

また、上記５５０ｏ○および７５０００処理のものにつ
いてＸ線回折を行なったところ、Ｍｎ，５Ｃ４、ＭはＣ
２、Ｆｅ３Ｃに相当する回折線が認められ、硬さもＨｖ
１５１０と著しく硬く、Ｍｎを主体とする炭化物である
ことが確認された。実施例 ２ 実施例１と同様にしてＳＩ５Ｃ材（０．１５％Ｃ）およ
びＳＫＨ９材（０．８％Ｃ）を７５０ｏ○で１曲時間処
理したところ、ＳＩに材には４〃、ＳＫＨ功水こは２仏
の炭化物層が形成された。

第２図にＳＫＨ財材の、第３図にＳＩ５Ｃ材の断面組織
を示す。実施例 ３ 実施例１と同様にして灰鋳鉄（３％Ｃ）を６５０℃で１
餌時間処理したところ、５仏の炭化物層が形成された。

断面組織を第４図に示す。実施例 ４ 耐熱鋼容器にＣａＣそ２５２モル％とＮａＣそ４８モル
％の混合物を入れ、大気中で電気炉にて加熱し６５００
０の格をつくった。

この中に７側？のＳＫ４材の棒を３仇肋の深さだけ浸潰
し、ＳＫ叫菱を陰極、別に浸潰した黒鉛棒を陽極として
０．私／係およびＩＡ／嫌の陰極電流密度で２時間電解
処理した後、取出して油冷した。処理されたＳＫ叫黍を
調べたところ、０．珍／塊処理のもので５仏、ＩＡ／の
処理のもので６〃厚さの炭化物層が形成されていた。

０．少／仇処理のものの断面組織を第５図に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はいずれも本発明の実施により鉄合
金材表面に形成された炭化物層の断面組織を示す顕微鏡
写真（×４００）である。 第６図は本発明の実施により鉄合金材表面に形成された
炭化物層のＸ線マイクロアナライザー分析線図である。
第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マンガンを溶入させたアルカリ金属またはアルカリ
   土類金属の塩化物を主成分とする溶融浴中に０．１重量
   ％以上の炭素を含む鉄合金材料を浸漬保持することを特
   徴とする鉄合金材料の表面にマンガンの炭化物層を形成
   させる方法。