JPS6187873A - 被処理物品表面に金属化合物層を形成する方法 - Google Patents

被処理物品表面に金属化合物層を形成する方法

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JPS6187873A
JPS6187873A JP20754884A JP20754884A JPS6187873A JP S6187873 A JPS6187873 A JP S6187873A JP 20754884 A JP20754884 A JP 20754884A JP 20754884 A JP20754884 A JP 20754884A JP S6187873 A JPS6187873 A JP S6187873A
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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
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Chemically Coating (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (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】 (産業上の利用分野) 本発明は、被処理物品表面に金属化合物層を形成する方
法、特に、被処理物品表面にi@融融塩化温浴使用して
、金属化合物、例えば金属炭化物あるいは金属ホウ化物
からなる金属化合物層を形成する方法に関する。
(従来の技術) 従来より、金属材料、特に鉄系材料において表面硬度あ
るいはその耐摩耗性を向上させる目的で各種金属あるい
は非金属元素を例えば炭化物、ホウ化物の形態で材料表
面に付着させる各種の方法が知られている。一般には、
メッキ法、tMあるいは無電解溶融塩浴浸漬法、セメン
テーンヨン法、溶射法、放電硬化法、etc、である。
例えば、無電解溶融塩浴浸漬法は、溶融ホウ酸または溶
融ホウ酸塩浴中に目的とする金属を溶融し、これに被処
理物品を浸漬することによって、上記金属の炭化物ある
いはホウ化物層を被処理材表面に付着する方法である。
一般に金属炭化物あるいはホウ化物は硬く、耐摩耗性に
富んでいるので、耐摩耗性部品、例えば金型、治工具、
工作機械あるいは自動車の摺動部品などとして今日広く
使用されている。
(発明が解決すべき問題点) このように、今日実用化されている処理方法には多くの
ものがあるが、溶融塩浸漬法はその処理方法が簡便であ
るということから、実用化には魅力のある方法である。
なお、電解溶融塩浸潤法は上述の浸漬時に被処理材を陰
極として電解を併せて行う方法であり、金属化合物の析
出が促進されるが、処理操作がかなり複雑となり、高価
な処理といえる。
そこで、本発明者は溶融塩浴による表面処理に着目して
検討をおこなった。
しかし、被処理物品表面に形成する金属化合物層は非常
に安定したものが要求され、このことは、通常の熔融塩
化物浴では多くの金属化合物は′t!離してこない、つ
まり反応しないということであり、一般にそのような金
属化合物の形成は困難と考えられていた。そのために従
来はホウ酸もしくはホウ酸塩浴を利用しているのである
ここに、本発明者は、溶融塩の組成並びにそれに添加す
る金属化合物の種類についてその組合せを種々検討し、
反応エネルギー的に最も可能性のある組合せをいくつか
取り出して、実際に処理を行ってみたところ、従来、反
応しないと号えられていた金属酸化物についてもフッ化
物の存在下ではフッ化金属イオンに変化し、かかる化合
物の存在下では金属炭化物(あるいはホウ化物)が容易
に被処理物品表面に析出し、そのようにして得られた処
理表面が基体と密着するとともにすくれた硬さ、耐摩耗
性、さらには耐食性を有することを見出し、ここに本発
明を完成した。
ここに、本発明の特徴とするところは、被処理物品表面
に溶融塩浴により目的とする金属の化合物から成る表面
皮膜を形成する方法であって、フッ化物含有溶融塩化物
浴に上記の目的とする金属の酸化物および該金属を含む
合金を添加して浸漬浴をm1!シ、次いで、処理すべき
前記被処理物品を適宜時間該漫l口浴に浸漬することを
特徴とする、被処理表面に金属化合物層を形成する方法
である。
上述の金属化合物の析出反応は該金属化合物が炭化物で
ある場合被処理物品に炭素が含まれるときに、加速され
るから、好ましくは前記被処理物品は炭素0.1重量%
以上含有する鉄系材料あるいは超硬合金さらには炭素礒
維材料である。また、前記金属化合物が金属ホウ化物で
ある場合、前記被処理物品がホウ素含有材料から成るも
のであってもよい。
本発明は塩化物浴の有する利点を利用するもので、前記
溶融塩化物浴はアルカリ金属、アルカリ土類金属の塩化
物の少なくとも一種から成るものであってもよく、また
−6様によれば、前記フッ化物はアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属のフッ化物である。
(作用) 上記溶融塩化物浴は、一般にはにC1−BaC1,を基
本組成とし、これにフッ物、例えばNaFを添加したも
のである。その他、溶融塩化物浴としては、代表的には
NaCL、 LiCl、 CaCIx等が例示され、ま
たフッ化物としては、NaF %KF、 LiF 、 
CaFz、8aFt等がある。好ましくはアルカリ金属
塩化物−アルカリ土類金属塩化物−アルカリ金属フッ化
物から成る浴組成が好ましい、そのときの具体的組成割
合などはすでに当業者には明らかなところであるが、一
般には、KCl−BaC1t−NaF系の場合、MCI
は、5〜95モルχ、BaC1tは、5〜95モルχ、
そしてNaFは、5〜50モルχである。フッ化物が5
0モル%を超えると、浴温度が高くなりすぎるばかりで
なく、腐食の問題が生しる。
目的とする金属の種類は特に制限されないが、本発明に
かかる処理方法の一つの目的が被処理材の耐摩耗性向上
にあることから、−aには硬n金属、例えばCr、ν、
W 、Mo+Ti+Zr5If、 Nb+Ta等周期律
表第■8族、第Va族および第VTa族金属である。
このような目的金属は、一部は化合物として代表的には
、酸化物として上記溶融塩化物浴に加えられるが、これ
は入手も容易であり、また、−S的に取扱も容易である
ことから、有利である。また、他の一部は、金属粉末と
して添加される。これは目的金属の草体金属またはそれ
を含む合金、例えばフェロアロイなどとして添加しても
よく、これも本発明の有利な点である。
このように、フッ化物としてナトリウム金属フッ化物を
使用した場合、溶融塩中のNaFと酸化物とが反応して
、部分的にフッ化金属カリ、ソーダ等が生成する。そし
てそれらは、それぞれ、例えば、Ti02=NaKtT
iFイCrt03 →NaCrFs、V、0.−eNa
sVFh−BtOs=KBFa、11103 →KJF
bである。そしてそれらは、次いで被処理金属表面で反
応して、それぞれ、TiC、CrtCs−νC,,BP
e、、Pe、W、Cなどとなる。
浸漬時間、温度は目的とする生成金属化合物の種類、被
処理物品の材質によっても区々であるが、−Sには、8
00−1000℃で1〜数時間処理すれば十分である。
目的とする金属の単体、合金の添加量については制限は
ないが、−Cには2〜20%、好ましくは5〜15%で
ある。同様に金属酸化物の量も2〜7%、好ましくは5
〜7%である。
次に本発明を実施例によって、さらに具体的に説明する
。なお、本明細書においてrX Jは特にことわりがな
ければ、「重量2」である。
l施炎 本例では、磁性ルツボにKCl5BaC1tおよびNa
Fをそれぞれ42.2.20.2、および37.6モル
χ加えて加熱溶融した後、一旦温度を700℃に下げて
、所定量の各金属酸化物および合金粉末(フェロアロイ
ンを添加して、十分撹拌し、浸漬浴とした。
このようにして調製した浸漬浴に第1表に示す鋼組成の
試験片(J I S 5KDII)を所定時間だけ浸漬
した。本例で使用した金属酸化物と合金との組合せは第
2表に示すとおりであった。
第1表   (重量%) CSi   Mn   P   S   Cr反応条件
を種々変えて一連の実験を行った。それらの結果を第3
表ないし第7表にまとめて示す。
第3表は浸漬温度を種々変えて行ったときの各生成金属
化合物の種類とその被i1j厚さとのデータをまとめて
示す、浸漬時間は2時間であった。
T+C−CtqC5、VC% BFezについては温度
上昇につれて被覆量を増加する傾向があるが、Fe、W
、Cの場合は900℃と1000℃とを比較した場合、
被覆量の変化はあまり見られない。
第4表は浸漬時間を種々変えて行ったときの各金属化合
物の種類とその被覆厚さとのデータをまとめて示す、浸
γn温度は1000℃であった。
TiC+CrrCs 、VC% FeJaCの場合の各
被覆量は時間に対して、徐々に増加しているものの、約
31118/c+*”付近で飽和している。一方、BF
etの場合の被覆量は反応時間に対してかなりの増加が
見られる。
第5表はNaFO量を0.13.9.37.6そして4
4.5モルXと変化させたときの各金属化合物の被覆量
をまとめて示す、浸漬温度は1000℃、浸漬時間は2
時間であった。
いずれの場合も、NaFの量の増加に伴って被覆量も増
加している。これは添加金属酸化物がNaFがない場合
はとんど溶解しないためと考えられる。
ただし、Cr、C,の場合わずかに被覆しているのは、
Crt03がNaFの存在しない場合でも多少の溶解度
を有するためである。
第6表は合金添加量と被覆量との関係を示す。
浸潤条件は第5表の場合に同し。
合金量を5.10.15重量%添加したとき、被覆量の
変化はいずれの金属化合物の場合にもほとんどみられな
い、しかし、合金添加量がゼロ2のときにはいずれの場
合も被1’!Iは同しくゼロとなっている。つまり、合
金(もしくは金属単体)の存在が反応進行に不可欠であ
る。
第7表は金属酸化物量を変化させた場合の@覆量の変化
を示すものである。浸漬条件は第5表の場合に同し。
表に示す結果から、金属酸化物添加量が増加するにした
がって、被覆量は少量ではあるが、増加する傾向にある
。金属酸化物がゼロの場合でも被覆がみられるのは、添
加合金粉末の表面の酸化物がNaPと反応して、一部フ
ッ化金属イオンが生成し、反応が進行したためと思われ
る。
このように、本発明にかかる方法にあっては、合金(も
しくは単体金属)とフッ化金属イオンとが同時に存在し
なければ反応は進行しない、換言すれば、合金(もしく
は単体金属)と金属酸化物およびフッ化物とが共存しな
ければ皮膜形成は起こらないのである。
次に、にC115g 、 BaC1z 20g 、 N
aP 7.5g、金属酸化物1g、合金粉末5gを加え
て調製した浸清浴を使い、1000℃で2時間処理した
場合に得られた皮膜についてその硬度、n(摩耗性、お
よび耐食性をそれぞれ試験した。
第8表はマイクロビッカース硬度計によって測定した上
記皮膜の表面硬さを示す。
極めて高い硬度が得られるのが分かる。
耐摩耗性の試験は往復動摩耗試験機によって行ったが、
その結果からは、TiC、CrtC,1,VCを被覆し
た試片についてはほとんど摩耗がみられなかった・ なお、耐食性についても、HzSOa ’I’fJ液中
ではTiCおよびVCが、またNaC1?8液中ではT
iCSCr、Cs、VCが特に優れていた。
(効果) このように、本発明によれば、取扱いの容易な溶融塩化
物浴を使用するという筒便な浸漬処理だけで従来のホウ
酸塩浴で得られた、あるいは電解処理と組合せて得られ
た表面皮膜と同等あるいはそれより優れた表面皮膜が得
られるのであって、当業界の発展に寄与するところ大で
ある。
なお、本発明方法にあって、必要によりさらに電解処理
法を組合せても良いことは明らかである。
第2表 第3表 (注)カッコ内は皮膜厚さ 第4表 (注)カッコ内は皮膜厚さ 第5表 (注)カッコ内は皮膜厚さ 第6表 (注)カッコ内は皮膜厚さ 第7表 (注)カッコ内は皮膜厚さ 第8表

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被処理物品表面に溶融塩浴により目的とする金属
    の化合物から成る表面皮膜を形成する方法であって、フ
    ッ化物含有溶融塩化物浴に上記の目的とする金属の酸化
    物および該金属を含む合金を添加して浸漬浴を調製し、
    次いで、被処理物品の処理すべき表面を適宜時間該浸漬
    浴に浸漬することを特徴とする、被処理物品表面に金属
    化合物層を形成する方法。
  2. (2)前記被処理物品が炭素0.1重量%以上含有する
    鉄または鉄合金である、特許請求の範囲第1項記載の方
    法。
  3. (3)前記金属化合物が金属炭化物である特許請求の範
    囲第1項または第2項記載の方法。
  4. (4)前記金属化合物が金属ホウ化物である特許請求の
    範囲第1項または第2項記載の方法。
  5. (5)前記溶融塩化物浴がアルカリ金属、アルカリ土類
    金属の塩化物の少なくとも一種から成る、特許請求の範
    囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の方法。
  6. (6)前記フッ化物がアルカリ金属またはアルカリ土類
    金属のフッ化物である、特許請求の範囲第1項ないし第
    5項のいずれかに記載の方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6227578A (ja) * 1985-07-26 1987-02-05 Takeo Oki ボロン化合物層を備えた被処理Ti材物品およびその製造法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6227578A (ja) * 1985-07-26 1987-02-05 Takeo Oki ボロン化合物層を備えた被処理Ti材物品およびその製造法
JPH0351796B2 (ja) * 1985-07-26 1991-08-07 Takeo Oki

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