JPS62151581A - 金属表面処理材 - Google Patents

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、金属表面処理材に関し、特に金属表面にセラ
ミックスを含む耐摩耗性の被覆層を形成する金属表面処
理材に係わる。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

各種の機械部品、電子部品等において、その動作の構造
−ヒ、互いに摺動又は接触することが余儀無くされる構
成部品が多く存在するが、それらを構成する金属体表面
は当然、高度の耐摩耗性を有することが要求される。こ
のため、金属表面に耐摩耗性に富む被覆層を形成する目
的で１表面処理が度々行われてきた。しかしながら、現
在の表面処理方法で形成された被覆層は、耐摩耗性金属
を主成分とするものがほとんどであり、硬さ、耐摩耗性
が充分と言えず、満足すべき性能を有するものは未だ得
られていなかった。

一方、セラミックス、例えば窒化ケイ素セラミックスは
、物理的機械的に優れた材料であり、高強度、高硬度を
有し、耐摩耗性も金属材料より格段に優れている。この
ため、金属表面にセラミックス層を形成することにより
優れた耐摩耗性を有する構成部品となりうる。しかしな
がら、金属表面にセラミックス層を形成するためには、
セラミックス部材を金属表面に接合する必要がある。こ
の場合、金属表面が複雑な形状を有する時、その形状に
合うように加工性の劣るセラミックスを加工することは
、多大な労力を必要とする。また、セラミックスと金属
は、一般に熱膨張係数が大きく異なるため、金属表面上
のセラミックス部材に、温度変化に伴いクラックが発生
する問題があった。

更にセラミックスと金属は化学的、物理的性質が大きく
異なるため本質的に接合することが著しく困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、極めて簡単な手法で任意形状の金属表面にセ
ラミックス層を形成し得る金属表面処理材を提供しよう
とするものである。

〔発明の概要〕 本発明者らは、上述した従来の問題点を解消すべく鋭意
研究を重ねた結果、金属表面にセラミックス粒子と活性
金属ろう材を配し、ろう材の鮮魚以上に加熱することに
より、セラミックス粗粒を含む耐摩耗性被覆層が容易に
形成され、良好な金属表面処理材と金属表面処理方法が
得られることを見い出した。

セラミックス粗粒は活性金属ろう材の作用で、被覆層中
に強固に接合され、また、被覆層も活性金属ろう材で金
属表面に接合される。

さらにセラミックスとして粒子状のものを使用すること
によって、バルク状のセラミックスに比較して、接合時
の熱応力を減少でき、セラミックスのクラック発生を容
易に防止できる上、セラミックス被覆層を複雑形状の金
属表面にも形成できる方法となることを見出した。

即ち、本発明は、セラミックス粒子と活性金属ろう材か
ら成る金属表面処理材および上記金属表面処理材を用い
ることを特徴とする金属表面処理方法である。

上記セラミックスは、耐摩耗性に優れ、高強度であるこ
とが必要で、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化チ
タンなどのセラミックスが挙げられる。セラミックス粒
子の粒径は目的に応じて選択されれば鳥いが、一般には
、数μｓから数■のものが望ましい。セラミックス粒子
が数１以上になると、セラミックス粒子にクラックが発
生し易くなる。

活性金属ろう材としては、セラミックスとのぬれが良好
であれば種類を問わないが、セラミックスが１例えば溶
融金属とのぬれ性が非常に悪い窒化ケイ素などの場合は
活性金属として、活性度の高いＴｉ、　Ｚｒ、　Ｖの使
用が望ましい、また、活性金属は一般に融点が高く、単
体ではろう材として使用しにくいため、低融点のろう材
と組み合わせるか、活性金属と低融点の共晶合金を生成
する金属と組み合わせることが有効な手法である。この
ような目的に対しＣｕ、　Ａｇ、　Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｃ
ｏが特に有効な組み合わせとなり得る。ちなみにＴｉ　
−Ａｇ　−Ｃｕの組み合わせで融点は最小７８０℃、Ｔ
ｉ　−Ｎｉの組み合わせで融点は最小９５５℃であり、
活性金属単体より融点は１０００℃以上も低下させるこ
とが出来る。

活性金属ろうの形態も、特に問わないが、粉末。

箔などがセラミックス粒子との混合材として用いる場合
は有用である。

粉末の活性金属ろうとセラミックス粒子の混合材を金属
表面に固定する場合、混合材を結合材や溶剤を用いてペ
ースト状にしたり、あるいは板状に整形するなどして用
いることも実用上大いに有効である。

〔発明の実施例〕

（実施例１） 平均粒径０．５ｍ＋の窒化ケイ素粒子を厚さ４０ｔＩｍ
の３重量％Ｔｉ−７２重量％Ａｇ　−Ｃｕの活性金属ろ
う箔の上にポリビニルアルコールを用いて固定した。上
記表面処理材を、１５ｎｎ　Ｘ　１５ｎｎ　Ｘ　３＋＋
ｎ厚さのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の表面に配した
のち真空炉中に設置した。つづいて８５０℃まで加熱し
５分間保持し、しかる後冷却した。

しかして、真空炉からステンレス鋼板を取出したところ
、該ステンレス鋼板表面には、窒化ケイ素被覆層が形成
されており、かつ、該被覆層は窒化ケイ素粒子を主材と
し、その粗粒が活性金属ろうで被覆、接合した構造を有
していた。

（実施例２） まず、Ｎｉ基合金、ハステロイメからなる直径２０Ｉの
丸棒外表面に直径０．１〜０．５ｍの炭化ケイ素セラミ
ックス粒子と平均直径４０μｓのＴｉとＣｕの粉末を重
量比で７＝３に混合した混合粉を、ポリビニルアルコー
ルと水を媒体として塗布し、これを真空炉に設置した。

つづいて真空炉を５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒにしたのち
９５０℃まで加熱し、１０分間保持し、しかるのち冷却
した。

しかして、真空炉からハステロイメ製の丸棒を取出した
ところ、該丸棒表面にはセラミックス被覆層が形成され
ており、かつ該被覆層は炭化ケイ素セラミックス粒子を
主材とし、その粒子表面をＴｉとＣｕからなる活性金属
ろうで被覆、接合した構造を有していた。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明の金属表面処理材と金属表面
処理方法によれば極めて簡単な手法で任意形状の金属表
面に耐摩耗性の優れたセラミックス躬を形成でき、ひい
てはかかるセラミックス被覆金属を耐摩耗性、高硬度の
各種機械部品、電子部品等に有効に利用できる等顕著な
効果を有する。

代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）セラミックス粒子と活性金属ろう材からなることを
   特徴とする金属表面処理材。 ２）活性金属が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖの少なくとも１種から
   なる活性金属ろう材である特許請求の範囲第１項記載の
   表面処理材。 ３）活性金属ろう材が、活性金属およびＣｕ、Ａｇ、Ｎ
   ｉ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１種を主成分とする特許請
   求の範囲第１項記載の表面処理材。 ４）セラミックスが窒化ケイ素である特許請求の範囲第
   １項記載の表面処理材。 ５）セラミックス粒子、活性金属ろう材、結合材、溶剤
   とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の表面処理材。