JPS6138262B2 - - Google Patents

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JPS6138262B2
JPS6138262B2 JP55081843A JP8184380A JPS6138262B2 JP S6138262 B2 JPS6138262 B2 JP S6138262B2 JP 55081843 A JP55081843 A JP 55081843A JP 8184380 A JP8184380 A JP 8184380A JP S6138262 B2 JPS6138262 B2 JP S6138262B2
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JP
Japan
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group
elements
treated
bath
carbide layer
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JP55081843A
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English (en)
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JPS5729571A (en
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Norimasa Uchida
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
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Priority to KR1019810002055A priority patent/KR850001832B1/ko
Priority to CA000379645A priority patent/CA1179242A/en
Priority to DE3123871A priority patent/DE3123871C2/de
Priority to US06/274,276 priority patent/US4400222A/en
Publication of JPS5729571A publication Critical patent/JPS5729571A/ja
Publication of JPS6138262B2 publication Critical patent/JPS6138262B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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
    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/18Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C10/26Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being diffused

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は溶融塩法にて被処理材表面に炭化物層
を形成する方法に関するものである。 従来より、この種方法として特公昭47−19844
号に硼酸塩を主体とする溶融塩浴中に周期律表第
a族元素に溶入させて、被処理材表面に第a
族元素の炭化物層を形成させる方法がある。しか
しこの方法では第a族元素の炭化物被覆はでき
ない。また、特開昭53−35637号に中性塩の溶融
浴中に第a族元素を溶入させて第a族元素の
炭化物層を形成させる方法も公表されている。こ
の中性塩法では第a族元素の炭化物被覆も可能
である。 しかし、上記の従来法はいずれも単一の炭化物
層を形成させる方法に関するもので、第a族元
素と第a族元素の複炭化物層を形成させる方法
は開発されていなかつた。一般に第a族元素炭
化物は、高硬度、高融点であるため耐摩耗性に優
れているが、一方酸化されやすいため大気中で
500℃以上の高温にさらされると酸化物に変つて
しまう。欠点がある。従つて、溶融塩法などの高
温でこの炭化物を被覆処理する場合には不活性雰
囲気で処理しなければならない。これに較べ第
a族元素炭化物は第a族元素炭化物より酸化さ
れ難いため溶融塩法でも大気中処理が可能であ
る。このような第a族元素炭化物と第a族元
素炭化物の特徴を生かして、両元素の複炭化物層
を被処理材表面に形成し得ることができれば従来
法より耐摩耗性にさらに優れた炭化物を大気中に
て被覆処理可能と考えられる。 本発明は上記発想に基き、種々検討した結果、
特許請求の範囲の方法で処理すると第a族元素
と第a族元素の複炭化物層を被処理材表面に形
成できることを発見したものである。 本発明では基体となる塩浴剤は第a族元素お
よび第a族元素を溶入でき、かつ850℃〜1100
℃で安定な溶融体であればよいが、第a族元素
および第a族元素の塩化物、あるいは第a族
元素および第a族元素の塩化物、あるいは第
a族元素および第a族元素の塩化物と5〜
30mnl%の硼酸塩の混合塩が有利である。第a
族元素および第a族元素の塩化物を塩浴剤とす
るときは第a族元素は純分で2〜10wt%の範
囲で添加する必要がある。2wt%以下では炭化物
中に第a族元素の存在が認められず、また
10wt%を越えると逆に第a族元素のみの炭化
物となるからである。同時に添加される第a族
元素は25〜40wt%の範囲で添加されねばならな
い。25wt%以下では形成される第a族元素の
炭化物層は薄くて工業的価値がなくまた40wt%
以上では浴の粘性が大きくなり(沈澱が著しくな
り)、工業的処理が難しくなるからである。第
a族元素および第a族元素の塩化物と硼酸塩の
混合塩を塩浴剤とするときは添加する第a族元
素は純分で1〜4wt%の範囲でなければならな
い。1wt%以下では複炭化物層が形成されず、ま
た4wt%を越えると第a族元素が硼酸塩の1部
を還元する作用が生じるため、被覆層が全く形成
されなくなるか、第a族元素の添加量が著しく
多いときは鉄の硼化物層が表面に形成されるから
である。同時に添加される第a族元素は純分で
5〜40wt%の範囲でよい。5wt%以下では炭化物
層は被覆されず、また、40wt%以上では浴の粘
性が著しく大きくなるからである。 このように、塩浴剤にどのような塩を使用する
かによつて添加する第a族元素および第a族
元素の量を制御する必要がある。工業的には第
a族元素および第a族元素の塩化物に5〜
30mol%の硼酸塩を混合した塩に2〜3wt%の第
a族元素と10〜20wt%の第a族元素を添加
して加熱溶融するのが最も望ましい方法である。 さらに、第a族元素を添加すると、塩浴の還
元性雰囲気が強まり、高価な第a族元素が溶融
塩浴中で酸化されるのを防ぐなどの補助効果もあ
ることがわかつた。なお、本願で添加される第
a族元素および第a族元素はその単体でも、フ
エロアロイのごとき合金でもよいが、合金の場合
は純分として計算される添加量範囲でなければな
らない。またいずれも60メツシユ以下の微粉末が
望ましい。 上記浴組成にて、十分良好なる第a族と第
a族の複炭化物層を形成させることができるが、
さらに、第a族または第a族元素の酸化物、
弗化物、炭酸塩の1種または2種以上を合計で
15wt%以下添加すると浴の性状が安定化し、処
理後の肌も良好となる。 第a族元素、第a族元素、第a族および
第a族元素の酸化物、弗化物、炭酸塩の添加方
法は室温で塩浴剤と混合してから加熱溶融しても
よいし、先に塩浴剤のみを加熱溶融してから、添
加物を添加してもわまわないが、工業的には前者
のほうが取扱い易い。容器は耐熱鋼製のものが最
も望ましい。処理温度は850℃〜1100℃で被処理
材の熱処理組織が粗大化せず、目標とする熱処理
硬さが得られる温度を選ぶ。処理時間は必要とす
る層厚が得られる時間とするが、層の成長速度は
処理温度、被処理材の化学組成により異なるの
で、あらかじめ予備実験で決めておかねばならな
い。被処理材は0.3%以上の炭素を含むものが望
ましいが、0.3%以下であつても浸炭等によりあ
らかじめ表面の炭素濃度を高くしたものでよい。
処理が終了した後は被処理物を溶融塩浴中より引
き上げ、大気中でそのまま油冷、水冷、熱浴焼入
すればよい。焼もどしは500℃以下の場合は大気
中でよいが、500℃以上では無酸化雰囲気中で行
なう必要がある。 以下に実施例を述べる。 実施例 1 第1表に示す8種類の塩浴をそれぞれ2Kgづつ
調合した。塩はいずれも1級試薬を用い、Fe−
V、Fe−Tiは100メツシユ以下の微粉体を用い、
室温で混合した後、SUS304製ポツト中で大気中
加熱溶融させた。被処理材はSKD11の板で、表
面を研削仕上後トリクレン脱脂して上記塩浴中に
浸漬、保持した。処理温度は1000℃で4Hr保持し
て大気中で油冷した。被処理材表面に付着した塩
を洗浄除去した後、X線回折、X線マイクロアナ
ライザー分折、光学顕微鏡観察により被覆層の物
質の種類、化学組成層厚などを測定した。
【表】 第1表にその結果を並記して示すが、記号Aな
る浴組成ではVCの単炭化物層、記号DではTiC
の単炭化物層、記号Gでは鉄の硼化物層が形成さ
れ、また、記号BではVとTiの複炭化物層が形
成されたが極めて薄い層であり実用的でない。記
号Fでは全く被覆されなかつた。すなわち、、記
号C,Eなる浴組成でのみ目的とするVとTiの
複炭化物層が形成された。第1図は記号Cの塩浴
で処理された被覆炭化物層のX線マイクロアナラ
イザー分析の結果を示すもので、X線回析による
格子定数の測定結果と合せ考えると、形成された
炭化物層はTiCにVの固溶した(VTi)C複炭化
物であることを示している。第2図は記号Eの塩
浴で処理された炭化物層のX線マイクロアナライ
ザーの分析結果である。同様にX線回折結果を合
せ考え、この場合はVCにTiの固溶した(VTi)
C複炭化物であつた。 実施例 2 モル組成比で45:55のBaCl2とKClを混合した
塩に100メツシユ以下のフエロバナジウム30wt%
とフエロチタン5wt%、さらに粉末状のCaF5wt
%を室温で添加して大気中で1000℃に昇温させ被
処理材SKD61を浸漬し、4Hr保持後大気中で油冷
した。実施例1と同様に被覆層を調べたところ約
7μの(VTi)C複炭化物層が形成されていた。
この場合、処理後の肌は光抉のある良好なもので
あつた。 実施例 3 モル組成比で86:14のBaCl2と無水硼砂を混合
した塩に、15wt%のフエロバナジウムと3wt%の
フエロチタン粉末、さらに5wt%のNa2CO3を室
温で添加し加熱溶融させた。実施例2と同様の方
法で処理したところ、被処理材SKD61の表面に
約7.5μの(VTi)C複炭化物層が形成されてい
た。この浴組成の場合、浴の粘性は小さく、処理
後の肌も著しく良好であつた。 実施例 4 モル組成比で50:50のNaClとKClの混合塩に
25wt%のフエロバナジウムと5wt%のフエロチタ
ン粉末、さらに10wt%のCaOを室温で添加して
加熱溶融させた。実施例2と同様の方法で処理し
たところ、被処理材SKD11の表面に約9μの
(VTi)Cの複炭化物層が形成されていた。 実施例 5 モル組成比で2:4:1のBacl2、Cacl2
Ba2B4O7混合塩をベースとし、これにNb+Ta合
金の粉末10wt%とFe−Zrの粉末2wt%を添加して
混合した。実施例2と同様の方法で処理したとこ
ろ、被処理材の表面に約10μの炭化物が被覆され
ていた。この炭化物の組成をEPMAとX線回析で
確認したところ(Nb、Ta、Zr)C複炭化物であ
つた。 実施例 6 モル組成比で3:4:1のNacl、Licl、
K2B4O7混合浴を用い、これにFe−Nb粉末10wt
%、Fe−Ti粉末3wt%を添加して混合した。実施
例2と同様の方法で処理したところ、約9μの
(NbTi)C複炭化物が形成されていた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明法の一実施例により処理された
被覆炭化物層のX線マイクロアナライザー分析結
果を示す図、第2図は本発明の別な実施例により
処理された被覆炭化物層のX線マイクロアナライ
ザー分析結果を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 2〜10wt%の第a族元素またはこれを含
    む物質と25〜40wt%の第a族元素またはこれ
    を含む物質を第a族元素および第a族元素の
    塩化物に添加し、加熱溶融させ、浴中に浸漬した
    被処理材料表面に第a族元素と第a族元素の
    複炭化物層を形成せしめることを特徴とする表面
    処理方法。 2 1〜4wt%の第a族元素またはこれを含む
    物質と5〜40wt%の第a族元素またはこれを
    含む物質を第a族元素および第a族元素の塩
    化物と5〜30mol%の硼酸塩からなる混合塩に添
    加して加熱溶融させ、浴中に浸漬した被処理材料
    表面に第a族元素と第a族元素の複炭化物層
    を形成せしめることを特徴とする表面処理理方
    法。 3 2〜10wt%の第a族元素またはこれを含
    む物質と25〜40wt%の第a族元素またはこれ
    を含む物質を第a族元素および第a族元素の
    塩化物に添加し、さらに第a族または第a族
    元素の酸化物、弗化物および炭酸塩の1種または
    2種以上を合計で15wt%以下添加して加熱溶融
    させ、浴中に浸漬した被処理材料表面に第a族
    元素と第a族元素の複炭化物層を形成せしめる
    ことを特徴とする表面処理方法。 4 1〜4wt%の第a族元素またはこれを含む
    物質と5〜40wt%の第a族元素またはこれを
    含む物質を第a族元素および第a族元素の塩
    化物と5〜30mol%の硼酸塩からなる混合塩に添
    加し、さらに第a族または第a族元素の酸化
    物、弗化物および炭酸塩の1種または2種以上を
    合計で15wt%以下添加して加熱溶融させ、浴中
    に浸漬した被処理材料表面に第a族元素と第
    a族元素の複炭化物層を形成せしめることを特徴
    とする表面処理方法。
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CA000379645A CA1179242A (en) 1980-06-17 1981-06-12 Method for treating surfaces
DE3123871A DE3123871C2 (de) 1980-06-17 1981-06-16 Verfahren zur Erzeugung einer Schicht eines Carbids oder zusammengesetzten Carbids auf Kohlenstoff enthaltendem Material
US06/274,276 US4400222A (en) 1980-06-17 1981-06-16 Method for treating surfaces

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