JPS6056061A - 耐摩耗部品 - Google Patents

耐摩耗部品

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JPS6056061A
JPS6056061A JP16330083A JP16330083A JPS6056061A JP S6056061 A JPS6056061 A JP S6056061A JP 16330083 A JP16330083 A JP 16330083A JP 16330083 A JP16330083 A JP 16330083A JP S6056061 A JPS6056061 A JP S6056061A
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nitride
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Takeshi Yasui
安井 毅
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は基材とその表面を複機する耐摩耗性の被覆層と
から成る耐摩耗部品に関し、更に詳しくは、該被覆層の
有用性を一層高度に発揮できるようにした耐隷粍部品に
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
コンプレッサーのブレードなど各種の摺動部品の特性と
しては耐摩耗性が要求される。この要求を満たすために
、ステンレス鋼などで構成した基材の表面に窒化処理1
次炭処坦、ホウ化処理などを施して表面−の硬度を高め
ることが行なわれてきた。しかしながら、この場合の表
面硬化層はグイツカース硬さくHv)で500〜100
0程度であシ、必ずしも充分な硬度とはいえず耐摩耗性
の点で満足すべき結果を与えることがなかった。
そのため、最近では基材の表面に直接TiN 。
TiC; SiCなどのセラミックス材を数μmコーテ
ィングして被覆層を形成することが行なわれている。こ
の場合には、形成されたセラミックス被覆層の硬度はH
vで約2000と高いので耐摩耗性という点では充分に
満足のいくものである。
しかしながら、この場合、応々にして基材とセラミック
ス被覆層との熱膨張率が異なるため両者間の密着性に難
点が生じ剥離等の現象が起き易くなる。また、被覆層の
厚みは数μmと極めて薄く、しかも基材は例えば鉄の場
合Hvで約200と極めて軟らかいので、被覆層に外力
が印加されたとき基材が該外力に抵抗し得す結局は損壊
等の現象が起こシ、耐摩耗性という点では極めて有用な
被覆層の効果が充分に発揮されないという問題があった
〔発明の目的〕
本発明は、上記した欠点を解消し、セラミックス被覆層
の効果全充分に発揮し得る耐摩耗部品の提供を目的とす
る。
〔発明の概要〕
本発明者は上記目的全達成すべく鋭意研究を重ねる中で
、基材の表面に直接セラミックス被覆層を形成するので
はなく、基材の表面に一旦、表面硬化処理を施して該表
面を硬化し、しかる後にこの硬化層の上にセラミックス
被覆層を形成すれば、たとえ該被覆層に外力が印加され
ても、該硬化層は硬℃のでいわば軟かい基材本体に対す
る防!!壁として作用することによフ、得られた耐摩耗
部品は損壊しないということ全着想し、本発明の耐摩耗
部品を開発するに到った。
すなわち、本発明の耐摩耗部品は、基材と、該基材の表
面に表面硬化処理を施して形成した硬化層と、該硬化層
を被&して形成した被覆層とがら構成されることを%徴
とT心。
まず、基材としては、その表面に後述する表面硬化処理
を施すことのできる材質であれば何であってもよいが、
通常、鉄(Fe)若しくはステンレススチールなどのF
e系合金;チタン(Ti )若しくはTi−6At−4
VなどのTi系合金:アルば二つ、ム(At)若しくは
At−Cu系、 At −Mg系などのAt系合金が好
ましい。これら材質のうち、Fe若しくはFe系合金は
その表面への硬化層形成が容易なのでとくに好ましい。
上記した基材の表面には表面硬化処理が施されて所定厚
みの硬化層が形成される。
表面硬化処理としては、表面硬化法として常用されてい
る窒化処理、浸炭処理、ホウ化処理のいずれか全適宜に
選定して行なう。このとき、どの処理方法を採択するか
ということは、基材の種類(表面硬化処理が可能か否か
)、後刻に形成する被覆層の種類(得られた硬化層の上
に被覆層を密着して形成できるのか否か)K関係する問
題や、また、得られるであろう硬化層は硬くかつその熱
膨張係数が基材と被栓−のそれの中間の値になるのか否
かに関する問題、などを考慮して決めればよい。とくに
、窒化処理の場合、得られる硬化層の硬度は浸炭処理、
ホウ化処理の場合よシも幾分小さいが、処理時の温度は
500〜600 ’C(9炭処理の場合的900℃、ホ
ウ化処理の場合的1000℃)と低く処理時におけるエ
ネルギー効率が大であるので、好ましい。硬化層の厚み
は、通常、表面から50〜200μm程度であればよい
なお、基材としてFe若しくはFe系合金を用いたとき
、窒化処理時、硬化層の表面には、硬くて脆いF e 
2〜3N相(ε相)が選択的に形成されるので、次のセ
ラミックス被覆層形成に先立ってこの相を研磨、研削の
ような方法で除去することあるいけ体積率を減少させる
ことが好ましい。
この硬化層の上にセラミックス被覆層が形成される。用
いるセラミックスとしては、周期律表■a族、 Va族
+ Ma族に属するいずれかの元素又はSt若しくはB
の窒化物、災化物、ホウ化物のいずれかである。こc/
)′Ika合、セラミックスとしては、硬化層が窒化処
理による層であれば窒化物を、硬化層が浸炭処理による
層であれば炭化物を、硬化層がホウ化処理による層であ
ればホウ化物全それぞれ用いることが好ましい。
窒化物としては、例えは、窒化チタン(TiN)。
窒化ジルコニウム(ZrN)、 窒化ノーフニウム(H
fN)。
窒化バナジウム(VN)、窒化ニオブ(NbN) 、窒
化タンタル(TaN) +窒化クロム(CrN、Crz
N) l窒化モリブデン(MogN I MoN ) 
*窒化タングステン(W2N 、 WNt + WzN
s ) r窒化シリコン(S ixN< ) +窒化ポ
ロン(BN)があげられ;炭化物としては、炭化チタン
(Tic) 、炭化ジルコニウム(ZrC)、炭化ハフ
ニウム(HfC) 、炭化バナジウム(VC)、炭化ニ
オブ(NbC)、炭化タンタル(TaC)、炭化クロム
(CrxCz 、Cr7C1+CrzsCs ) +炭
化モリブデン(Mo2C* MOC) +炭化タングス
テン(Wz C、WC)。
炭化シリコン(SiC) 、炭化ボロン(B4C,) 
があげられニホウ化物としては、ホウ化チタン(TtB
z)。
ホウ化ジルコニウム(ZrIh ) eホウ化ノS7ニ
ウム(Hflh)、ホウ化バナジウム(Vlh)、ホウ
化ニオブ(Nb B * Nba B 41 Nb B
 2 ) *ホウ化タンタk (Ta2B。
TaB r Ta5B< ) + ホウ化りC1ム(C
rsBz 、 CrB ) 。
ホウ化モリプデy (MoJ 、 MoB 、 MO2
Bll ) *ホウ化タングステン(W露B 、 WB
 、 W2 BB )があげられる。
これらセラミックスのうち、被種層が比較的容易に形成
できる、入手し易すいなどの点からL7て、窒化物又は
炭化物は好ましい。とくにTiN 、 Tic。
SiCが好ましい。
これら被覆層の形成は、薄膜形成法として常用されてい
る物理的蒸着法(PVD法)、物理化学的蒸着法(PC
VD法)のいずれかの方法を適用して行なわれる。すな
わち、窒化物の破&層を例にとった場合、PVD法は、
基材を陰極とし、N3又u Nz + Hzの低圧(0
,01Torr 、 500℃〜600℃)雰囲気中で
被覆すべき金属全蒸気に1−てこれを電惚的に蒸着する
方法である。また、PCVD法は基材全陰極とし、金属
ハロゲン化物の蒸気ガスとN2又n Nz +H2の低
圧(数Torr、400〜600℃)の雰囲気中でグロ
ー放tTh起し、基材表面を被覆するという1款である
。とくに、PCVD法は、耐摩耗性に優れた被覆層が得
られること、被種層と硬化層との密着性が良好であるこ
と、成膜操作も比較的簡単であること、などの点からし
て好ましい方法である。
被覆層の厚みは任童であるが、6ま夛厚くすると硬化層
との間で熱応力を発生して剥離し易すくなるので、通常
は2μm程度である。
〔発明の実施例〕
鉄系合金として5US304 、SCMI 。
545C,SACMl金選び、チタン系合金としテTi
−3At−2,5V、Ti−6At−4V k選び、ア
ルミニウム系合金としてA3083.A3052を選ん
だ。各試別の形状は7アレツクス試験用の丸棒であった
各試片に適宜に下記する条件の各表面硬化処理を施し7
て硬化層を形成した。硬化層の厚み約50〜200μm
0 窒化処理: N2とH:の容積混合比が1=3で全ガス
圧が2 Torr の雰囲気中に試片?入れ、これt5
70℃で2時間イ オン窒化処理した。
浸炭処理:ガス圧3 Torr のメタンガス中に試片
を置き、これ1950℃で1時間 ゛イオン浸炭処理し
た。
ホウ化処理:ボロン、フェロボロン、アルミチウム及び
塩化アンモニウムの混合粉末 中に試片を埋設したのち、全体を 1000℃で3時間加熱処理した。
形成された各硬化層の)lv’に測定し、しかる後、そ
の上に表に示したような条件のPCVD法を適用して各
被覆層全それぞれ形成しそれらのHv k測定した。被
覆層の厚みはいずれも2μmであった。
比較のために、基相の表面に表面硬化処理を施さず基材
の表面に直接同一の製造条件で各被覆層を形成した部品
を製造した。
得られた各部品につき、その耐摩耗性をファレツクス試
験機を用いて調べて評価を下した。また、硬化層と被覆
層との装置性に関しては、部品を200〜300℃に加
崩して室温に急冷するという熱サイクル操作″ft5回
反復し、そのときの被種層の剥離の有無又はクラック発
生の有無を観察して評価した。密着性良好を○印、不可
をx印、その中間をΔ印で示した。
〔発明の効果〕・ 表かも明らかなように5本発明の耐摩耗部品は、基材に
直接セラミックス被覆層を形成する従来のものに比べて
、基材との密着性に優れると同時に基材表面の硬化層が
硬く、薄い被覆層に外力が加わった場合でも、被覆層が
陥没した97jることがなく、被覆層の耐摩耗性が有効
に発揮されるので、その使用寿命が長くなるばかシでは
なく使用時における信頼性も高まって有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 基材と、該基材の表面に表面硬化処理を施して形
    成した硬化層と、該硬化層を被接して形成(7た破機層
    とから成ることを特徴とする耐摩耗部品。 2、 該基材が、鉄若しくは鉄系合金、チタン若しくは
    チタン系合金、アルミニウム若しくはアルミニウム系合
    金のいずれかである特許請求の範囲第1項記載の耐摩耗
    部品。 3、 該表面硬化処理が、窒化処理、浸炭処理。 又はホウ化処理のいずれかである特許請求の範囲第1項
    記載の耐摩耗部品。 4、該被接層が、周期律表IVa族、 va族、 ■a
    族に属するいずれかの元素の窒化物、炭化物。 ホウ化物のいずれかの層又は複合層;ケイ素。 ホウ素の窒化物、炭化物、ホウ化物のいずれかの層又は
    複合層である特許請求の範囲第1項記載の耐摩耗部品。 5、 該被覆層が、物理的蒸着法(PVD法)又は物理
    的化学的蒸着法CPCVD法)のいずれかの方法で形成
    された層である特許請求の範囲第1項、第4項のいずれ
    かに記載の耐摩耗部品。 6 該基材がステンレス鋼であシ、該硬化層が窒化鉄を
    主成分とする層であり、かつ、該被覆層が賭化チタン層
    である特許請求の範囲第1項記載の耐摩耗部品。
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