JPS62205275A - タングステンカ−バイト層を有する耐摩耗性物品及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、タングステンカーバイト層を有する耐摩耗性
物品およびその製造方法に関する。

（従来技術） タングステンカーバイト層を有する耐摩耗性物品として
、鋼製母材とタングステンカーバイト層との間に両者の
中間硬度を有するリン化ニッケル・層を設けたダイス型
が知られている（例えば、特開昭５２−８９５８３号公
報参照）。

上記ダイス型は、例えば、触媒により活性化した鋼製ダ
イス型の素材をニッケルイオンとリン含有の還元剤とが
含まれた水溶液に浸漬することによってリン化ニッケル
層を形成し、化学寡着法により炉内での気相反応を利用
してリン化ニッケル層の表面にタングステンカーバイト
Ｒりを形成するという方法により１２造される。

かかる耐摩耗性物品は、チタンカーバイトにより耐摩耗
層を形成したものに比べ、その表面硬度は若干低いもの
の、上記化学蒸着処理を比較的低い温度で行なうことが
できるから、母材の熱変形を招くことが防止され、耐摩
耗性と寸法精度が要求される場合に適する。しかし、リ
ン化ニッケル層の上にタングステンカーバイト層を形成
した場合、リン化ニッケル層はメッキ後に極く薄い酸化
皮膜を形成し、この酸化皮膜が原因となってリン化ニッ
ケル層とタングステンカーバイト層との密着力が悪くな
り、このタングステンカーバイト層の剥離を招く昌くな
るという問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上記リン化ニッケル層を用いた場合のような
酸化皮膜による剥離の開運を実質的に生じないようにし
たタングステンカーバイト層を有する耐ＰＪ耗性物品及
びその製造方法を提供しようとするものである。

（発明の４！成） 本発明のタングステンカーバイト層を有する耐摩耗性物
品においては、金ＪｉｊＸ製の母材とタングステンカー
バイト層との間にホウ化ニッケル層を形成していること
を特徴とする。

また、上記耐摩耗性物品の製造方法についての発明は、
ニッケルイオンとホウ素含有還元剤を用いた無電解メッ
キ処理により金属製母材の表面にホウ化ニッケル層を形
成し、次に化学蒸着により上記ホウ化ニッケル層の表面
にタングステンカーバイ１一層を４００℃以下の処理温
度で形成することを特徴とする。

本発明において、母材を構成する金属としては、訪鉄、
鋼など鉄系の金属、ＡＱ−Ｍｇ合金などアルミニウム系
金属等を適用することができる。また、ホウ化ニッケル
層は例えば２〜１５μｍの厚さに、タングステンカーバ
イト層は例えば３〜２０μｍの厚さにそれぞれ形成すれ
ばよい。

しかして、上記本発明の耐摩耗性物品の場合。

ホウ化ニッケル層は、リン化ニッケルに比べて酸化し難
いため、酸化皮膜の形成によってタングステンカーバイ
ト層の密着力を低下せしめるというような不具合がない
。また、このホウ化ニッケル層は、母材となる金属の硬
度、例えばＨｖ　２００〜９００程度と、タングステン
カーバイト層の硬度Ｈｖ　２０００〜２５００程度との
中間の硬度（Ｈｖ　７０．０〜１０００）をもつことが
できるため、母材とタングステンカーバイト層との間で
の硬度変化を中間にあって緩和し、外部応力に対するタ
ングステンカーバイト層の剥離抵抗を高める。

また、本発明の上記耐摩耗性物品の製造方法の場合、無
電解メッキ処理においては、ニッケルイオンとして例え
ば塩化ニッケルや硫酸ニッケルを用いることができ、ま
た、リン含有還元剤として例えば水素化ホウ素すトリウ
ムや、Ｎ−ジエチルボラザン、Ｎ−トリメチルボラザン
などの一連のボラザンなど水素化ホウ素化合物を用いる
ことができる。また、化学蒸着においては、例えば６フ
ツ化タングステン、炭化水素及び水素ガスの混合ガスを
用いてその気相反応により行なうことができる。

また、本発明の製造方法の場合、ニッケルイオンは還元
されＮ１−Ｂの二元合金として母材表面に析出してホウ
化ニッケル層を形成し、タングステンカーバイ１〜の化
学蒸着の際の加温により同時に熱硬化し、Ｈｖ　７００
〜１０００程度の硬度をもつに至る。上記化学蒸着の反
応温度は、３００〜４００℃が好ましい、すなわち、第
３図に示す如く、ホウ化ニッケル（Ｎｉ）ｒは、リン化
ニッケル（Ｎｉ−Ｐ）層と違ってタングステンカーバイ
１へ層被覆時の温度、つまり熱硬化温度が低いほどその
硬度が高くなる（３００℃でＨｖ　１０００程度）が、
いずれにしても３００℃未満の反応温度では化学蒸着が
難しくなる。また、４００℃わ越える反応温度ではホウ
化ニッケル層の硬度がｌ−１ｖ７００未満となり、母材
とタングステンカーバイト層との間の硬度差を中間で緩
衝する作用が少なくなり、好ましくない。従って、第３
図から判断すれば、上記反応温度は３００〜３５０°Ｃ
程度がより好ましい。

（発明の効果） 従って、本発明のタングステンカーバイ１一層を有する
耐摩耗性物品によれば、ホウ化ニッケル層を母材とタン
グステンカーバイ１一層との中間層として用いたから、
従来のような酸化皮膜の生成し；よる問題を実質的に招
くことなく、母材とタングステンカーバイト層との間で
硬度を段階的に変化させることができ、タングステンカ
ーバイト層の密着力を高めることができる。そして、こ
のことにより、タングステンカーバイト層をその剥離と
いう不測の事態の懸念なく耐摩耗性が要求される物品に
耐摩耗層として適用してその耐久性向上が図れる。

また１本発明のタングステンカーバイト層を有する耐摩
耗性物品のｉ！１２造方法造次法ば、ホウ化ニッケル層
を無電解メッキ処理で形成した後、タングステンカーバ
イト層を化学蒸着で形成するから。

この化学蒸若時の処理温度を利用してホウ化ニッケル層
の硬化を行なうことができ、しかも、この反応温度を低
くするほどホウ化ニッケル層の硬度を高めることができ
るため、処理温度を低くして母材の熱変形を確実に防止
しつつ従来のリン化ニッケル層の場合よりも高硬度のホ
ウ化ニッケル層を形成し、このホウ化ニッケル層とタン
グステンカーバイト層との間の硬度差を小さくしてタン
グステンカーバイト層の外部応力による剥離抵抗を高め
ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図には耐摩耗性物品１の表層部構造が示されており
、同図において、２は金属製の母材、３は母材２の表面
に形成されたホウ化ニッケル層、４はホウ化ニッケル層
３の表面に形成されたタングステンカーバイト層である
。この場合、母材２は合金工具鋼（ＳＫＤＩＩ）で形成
され、ホウ化ニッケル［３の厚さは３μｍ、タングステ
ンカーバイト層４の厚さは７μｍである。

上記耐摩耗性物品１は、第２図に示す如く、母材２の表
面ａｍｍ工程間同表面触媒化工程、ホウ化ニッケルの無
電解メッキ工程およびタングステンカーバイトの化学蒸
着工程を順に行なって形成される。

上記表面調整工程は、母材２の表面を清掃、脱脂により
清浄にした後、ショツトブラストを施す。

このショツトブラストは、ホウ化ニッケルＭ３の母材２
に対する密着性を高めるためである。

上記表面触媒化工程は、無電解メッキの反応を開始させ
るための触媒核を母材２に付与する処理であり、母材２
を塩化パラジウム水溶液に浸漬することにより、母材２
の表面を活性化する。この゛　　　触媒化にあたっては
パラジウム以外の他の貴金属を用いてもよい。

無電解メッキ工程は、塩化ニッケル（３０ｇＱ′−ｉ）
、エチレンジアミン（６０ｇＱ−”）、水酸化ナトリウ
ム（４０ｇ１２−’）、水素化ホウ素ナトリウム（０、
６ｇ／　Ｑ−”　）および安定剤を含む浴（温度９０〜
９５℃）に対し母材２を浸漬することにより行なう。こ
の場合、水素化ホウ素イオンがニッケルイオンを還元し
、６〜７％のホウ素を含むホウ化ニッケルが母材２の表
面に析出し、ホウ化ニッケルＮ３を形成する。

化学蒸着工程は、上記メッキ処理を施した素材をチャン
バー内に挿入した後、このチャンバー内を３５０℃に昇
温せしめるとともに、排気ポンプにて１０ｔｏｒ″ｒ〜
２００ｔｏｒｒまで減圧させる。そして、直ちに６フツ
化タングステン、炭化水素及び水素ガスを含む混合ガス
をチャンバー内に流入させ、気相反応によりタングステ
ンカーバイト層４をホウ化ニッケル層３の表面に析出形
成する。

しかして、上記製造方法において、ホウ化ニッケル層３
は、メッキ処理後の状態では硬度がＩ（ｖ１００〜３０
０程度であるが、タングステンカーバイト層４の被覆時
に熱硬化して第３図に示す如（Ｈｖ９００弱の高い硬度
となる。

さて、第４図は上記実施例の耐摩耗性物品１について、
第５図は従来の耐摩耗性物品１について。

それぞれタングステンカーバイト層の密着力試験（３点
曲げ試験）を行なった結果の表面状態を示す写真（倍率
は１０倍）である。この場合、それぞれの供試材の構成
は次表のとおりである。

なお、従来例のリン化ニッケル層は無電解メッキ処理に
より、また、同側のタングステンカーバイト層は実施例
と同様の処理（処理温度３５０℃）によりそ九ぞれ形成
した。

第４図に示す実施例のものにはクラックの発生は認めら
れないが、第５図に示す従来例のものにはエツジをたて
た部分の周囲に多数のクラックの発生が認められる。

因に、母材をＡＱ−Ｍｇ合金製としたものについて同じ
試験を行なったところ上記５ＫＤＩＩの場合と同様の結
果が得られた。

従って２本発明のように中間層としてホウ化ニッケル層
を形成した場合、リン化ニッケル層を形成した場合より
もタングステンカーバイト層の′Ｍ着力が高くなること
がわかる。理由は、ホウ化ニッケル層はその表面にタン
グステンカーバイ１一層の密着力を低下させるような酸
化皮膜が実質的に形成されず、かつ母材とタングステン
カーバイ１一層との間の硬度差を緩衝する中間硬度をも
つためと認められる。

よって１本発明の上記耐摩耗性物品及びその製造方法は
アルミニウム押出ダイス、エアプラグゲージ、ジャーナ
ルガスベアリング、アルミニウムダイキャスト注入プラ
ンジャ、缶蓋の巻締め用工具などに適用すれば、タング
ステンカーバイ１一層の剥離など不測の事態を招くこと
なくその耐久性向上が図れることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における耐摩耗性物品の表層部
構造を示す縦断面図、第２図は同耐摩耗性物品の製造工
程図、第３図はタングステンカーバイト層被覆時の処理
温度とホウ化ニッケル層、リン化ニッケル層の硬度との
関係を示すグラフ図、第４図と第５図は実施例と従来例
のそれぞれ密着力試験後のタングステンカーバイト層の
表面状態を示す顕微鏡写真である。 １・・・・・・耐摩耗性物品、２・・・・・・母材、３
・・・・・・ホウ化ニッケル層、４・・・・・・タング
ステンカーバイト層。 第　３　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属を母材としタングステンカーバイト層を耐摩
   耗層として有する物品であって、母材とタングステンカ
   ーバイト層との間にホウ化ニッケル層が形成されている
   ことを特徴とするタングステンカーバイト層を有する耐
   摩耗性物品。
2. （２）ニッケルイオンおよびホウ素含有還元剤を用いた
   無電解メッキ処理により金属製母材の表面にホウ化ニッ
   ケル層を形成し、次に化学蒸着により上記ホウ化ニッケ
   ル層の表面にタングステンカーバイト層を４００℃以下
   の処理温度で形成することを特徴とするタングステンカ
   ーバイト層を有する耐摩耗性物品の製造方法。