KR20030024711A - 탄화물로 코팅된 강철 물품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

체인 부품 및 다른 강철 물품에 바나듐 및/또는 니오븀의 공급원을 포함하는 미립자 혼합물로 가열된 레토르트 내에서 이들을 텀블링시킴으로써 경질의 내마모성 탄화물 코팅이 제공된다. 강철 모재는 적어도 0.3 ％, 바람직하게는 0.7 내지 1.2 ％의 탄소를 갖는 강철을 포함한다. 강철의 크롬 함량이 4 내지 12 ％, 바람직하게는 4 내지 8 ％일 때, 화학 증착 공정은 사실상 균일하게 분포된 크롬 중 소량을 강철 모재로부터 탄화 바나듐 또는 탄화 니오븀 코팅 내로 추출하는 단계를 포함하는데, 이는 코팅에 부착 강도를 제공하는 것을 돕는다.

Description

탄화물로 코팅된 강철 물품 및 이의 제조 방법 {CARBIDE COATED STEEL ARTICLES AND METHOD OF MAKING THEM}

본 발명은 특히 종래의 롤러 체인과 소위 무음 체인인 2가지 형식의 체인에 관한 것이다. 롤러 체인과 무음 체인 모두는 중요한 구성 요소로서 핀을 사용한다.

롤러 체인에서 핀은 경화된 부싱 내에서 회전이 자유롭고, 무음 체인에서 원통형 핀은 내측 링크 개구에 대해 직접 지지하고 외측 안내 링크 내로 가압 끼워맞춤된다. 무음 체인의 조인트는 체인의 비-안내 열의 링크에 대해 회전하는 핀을 포함한다. 무음 체인은 일련의 섞어 짜여진 링크를 사용한다. 즉, 내측 링크는 핀 상에 가압 끼워맞춤되고, 체인의 동일한 열의 내측 링크와 인접한 또는 비-안내 열의 외측 링크는 안내 열의 링크 내의 링크와 섞어 짜여진다. 예컨대, 코자쿠라(Kozakura) 등의 미국 특허 제6,068,568호의 도4의 설명을 참조하라. 통상, 롤러 체인 내의 부싱과 핀 사이의 접촉 응력은 무음 체인의 링크 개구와 핀 사이의 접촉 응력보다 낮을 것이어서, 롤러 체인이 무음 체인보다 더 우수한 마모 특성을 갖는 경향이 있다고 일반적으로 알려진다. 따라서, 본 발명은 무음 체인의 마모 특성을 개선하는 것을 주목적으로 하나, 체인의 2가지 형식에 그리고 마모를 받는 체인 내의 또는 그 외의 강철 부품에 적용 가능하다.

경질 코팅을 도포하는 것을 개선하도록 모재(substrate)를 미리 처리하는 일 예는 헤일(Hale)의 미국 특허 제4,608,098호에서 볼 수 있다. 화학 기상 증착 공정은 사린(Sarin) 등의 미국 특허 제4,957,780호에 설명된다. FeV는 아라이(Arai) 등의 미국 특허 제4,400,224호에서 탄화물-형성 재료로 채용된다. 탄화 바나듐 코팅은 과거에 소형 강철 부품 상에 위치되었으나, 통상 제4,400,224호 특허 및/또는 아라이 등의 제4,778,540호에 개시된 바와 같이 염욕로(salt bath) 과정에 의해 행해진다. 유체화된 베드를 제안하는 아라이 등의 미국 특허 제4,686,117호, 제4,786,526호, 제4,844,949호 및 제4,892,759호를 또한 참조하라. 유체화된 베드는 레나츠(Lennartz)의 미국 특허 제5,498,442호에서 또한 제안된다. 경질 탄화 크롬층을 갖는 핀은 970 ℃에서 핀 표면을 둘러싸는 FeCr 분말로부터 크롬을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 크롬은 분말로부터 확산되고 핀 표면 상에 증착되는데, 여기에서 탄화물을 형성하도록 모재로부터 탄소를 추출한다. 낮은 탄소 함량을 갖는 모재 강철은 이 목적을 위해 유용하지 않으며, 따라서 핀을 탄소로 처리하는 것이 필요하여, 처리 비용이 더해진다. 그럼에도 불구하고, 이러한 핀은 롤러 체인 내에서 만족스럽게 작동하는데, 여기에서 핀은 무음 체인 내에 사용된 것만큼의 응력을 겪지 않는다.

화학 증착에 의해 도포된 탄화 크롬 코팅이 무음 체인 핀에 시도되었으나, 무음 체인의 높은 표면 응력하에서 표면으로부터 쪼개진 경질 코팅의 마이크로비트(mircobit)는 노출된 모재의 마모를 더하고 그를 가속시킬 수 있는데, 이 마이크로비트는 비트(bit)보다 상당히 낮은 경도를 갖는다. 롤러 체인에서, 핀은 유리된 탄화 크롬 입자의 도움으로 부싱을 통해 완전히 마모될 수 있다. 이에 따라, 모재에 코팅을 결합시키는 부착층의 중요성이 설명된다. 경질 코팅의 우수한 부착성은 탄화 크롬 코팅에 대해서보다 탄화 바나듐 코팅에 대해서 달성하기가 상당히 더 곤란하다는 것을 또한 일반적으로 알 수 있다.

크롬은 확산 결합을 형성함으로써 모재 강철에 탄화 바나듐 코팅의 부착성을 개선한다. 이 효과는 크롬 증착 공정에 철-크롬 분말 또는 원소 크롬 분말을 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 철-크롬 및 원소 크롬 분말의 사용은 환경적인 규제에 의해 빈번히 배제 또는 억제된다.

핀 모재 강철의 조성은 바나듐으로 코팅된 강철 핀에 상당한 영향을 준다. 모재 강철의 적절한 탄소 함량은 코팅의 두께를 보장하고 강도와 경도를 부여할 수 있으며, 모재 강철 내의 적절한 크롬 함량은 모재 강철 핀에의 코팅의 우수한 부착성을 위해 중요하다는 것을 알았다. 중간 크롬 수준을 갖는 다양한 강철은 다양한 목적을 위해 특허 문헌에 개시된다. 예컨대, 새틀러(Sattler)의 제1,773,793호, 코닝(Corning)의 제1,496,979호, 나구모(Nagumo) 등의 제3,907,553호, 필립(Philip) 등의 제3,901,690호, 데소우자(DeSouza)의 제4,224,060호,카토(Kato) 등의 제4,842,818호, 아라타(Arata) 등의 제4,902,473호, 하마다(Hamada) 등의 제5,013,525호 및 푸쿠시마(Fukushima)의 제5,944,920호의 미국 특허를 참조하라. 그러나, 바람직한 탄소와 크롬의 사양을 만족시키는 상업적으로 입수 가능한 강철은 알려지지 않았다. 요구되는 크롬 함량을 갖는 상업적으로 입수 가능한 강철은 매우 낮은 탄소 함량을 가져, 코팅될 핀 및 다른 부품 또는 물품이 코팅 공정 전에 높은 탄소 수준으로 탄소로 처리되어야 하는데, 이는 최종 제품의 비용을 증가시키고 탄소 처리 공정에 의해 도입되는 편차로 인해 통계적인 품질 성능을 감소시킨다. 또한 상업적으로 입수 가능한 후보 강철은 본 발명의 목적을 위해 필요한 것보다 훨씬 많은 몰리브덴을 포함하는 경향이 있는데, 이는 모재 강철과 이로부터 제조된 체인 핀과 같은 요구되는 물품의 비용을 불필요하게 증가시킨다. 코팅된 핀의 전체 비용은 강철 내에서 이러한 비용이 많이 드는 요소를 낮추거나 제거함으로써 더욱 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명은 신규한 강철 조성을 포함한다.

밀봉된 레토르트 내에서 텀블링 작용에 의해 이루어진 화학 증착은 체인 핀과 같은 강철 물품 상에 경질의 내마모성 탄화 바나듐 또는 탄화 니오븀 (또는 이들 모두) 코팅을 형성하는데 사용된다. 신규한 모재 강철(substrate steel)과 코팅을 형성하는 방법뿐만 아니라 탄화물로 코팅된 물품도 청구된다.

도1a는 바나듐 공급원을 포함하고 선택된 물품 상에 코팅을 형성하기 위해 마련된 바람직한 회전 레토르트의 종단면도이다. 도1b는 내용물을 또한 도시하는 회전 레토르트의 단부도이다.

도2는 본 발명의 공정에 의해 탄화 바나듐으로 코팅된 핀의 이상화된 단면도이다.

도3은 본 발명의 공정에 의해 코팅된 핀의 표면으로부터의 깊이에 대한 탄화 크롬의 이상화된 선도이다.

도4는 통상의 종래 기술 설계이나 본 발명의 공정에 의해 코팅될 수 있는 핀을 포함하는 무음 체인의 일부를 도시한다.

강철 물품 상에, 특히 체인에 사용되는 핀과 같은 소형 부품 상에 경질 표면을 형성하기 위한 공정을 발명하였다. 강철 물품 상에 탄화 바나듐, 탄화 니오븀 또는 혼합된 탄화 바나듐/탄화 니오븀 코팅을 형성하기 위해 밀봉된 용기 내에서 회전, 또는 텀블링 접촉 확산 공정을 채용하였다. 본 발명의 회전 접촉 확산 공정은 바람직하게는 FeV 및/또는 FeNb 형태로 미립자 바나듐, 니오븀 또는 혼합된 바나듐/니오븀 공급원과 바람직하게는 염화철인 할로겐화물 촉매를 포함하는 분말 혼합물(팩)의 도움으로 수행되는 체인 핀과 같은 강철 물품이 담궈지거나 또는 혼합되는 화학 증착 공정이다. 밀봉된 회전 또는 텀블링 레토르트 또는 다른 용기 내의 혼합물이 1600 내지 2000 ℉(871 내지 1093 ℃), 바람직하게는 1700 내지 1900 ℉(927 내지 1038 ℃)의 온도 범위로 가열될 때, 팩 내에서 확산하고 용기의 회전 또는 흔들림에 의해 부여된 텀블링 작용에 의해 도움을 받아 강철 물품의 표면으로 전달되는 염화 바나듐 및/또는 염화 니오븀(할로겐화물)을 생성하도록 촉매는 바나듐 및/또는 니오븀과 반응한다. 강한 탄화물-형성 원소와 같은 바나듐 및/또는 니오븀은 HV 2000 이상의 경도를 갖는 탄화물층을 형성하도록 모재 강철을 형성하도록 탄소를 추출한다. 레토르트 내에서 발생하는 반응은 다음과 같이 표현될 수 있다.

FeV + Cl₂⇔ VCl₂+ Fe및/또는FeNb + Cl₂← → NbCl₂+ Nb

VCl₂+ C ⇔ VC↓+ Cl₂NbCl₂+ C ← → NbC + Cl₂

간단히, 본 발명은 텀블링에 의해 이루어진 화학 증착에 의해 강철 물품의 표면 상에 할로겐화물 형태로 바나듐 및/또는 니오븀을 증착하는 것에 관한 것이다. 할로겐화물은 강철 물품의 표면 상에서 탄화 바나듐 및/또는 탄화 니오븀으로 바뀌고, 할로겐화물을 치환시키고 바나듐 및/또는 니오븀과 결합시키기 위한 탄소는 강철 모재로부터 확산된다. 따라서, 바람직하게는 강철의 탄소 함량은 중량으로 0.7 ％ 내지 1.2 ％의 범위이다.

또한, 모재 강철 내의 크롬 함량은 중량으로 4 ％ 내지 8 ％가 바람직하다.크롬은 확산 결합을 형성함으로써 모재 강철에 탄화 바나듐 또는 탄화 니오븀 코팅의 부착성을 개선한다. 그러나, 모재 강철 내의 과도한 크롬은 페라이트 안정성을 증진시킬 수 있고, 후-가열 처리 중에 완전한 마텐사이트 구조의 형성을 억제하는 경향이 있다. 따라서, 많은 스테인레스 강철보다 낮은 강철 내에 크롬 함량을 사용한다. 더욱 통상적으로, 4 내지 8 ％가 바람직하더라도, 4 ％ 내지 12 ％ 범위의 크롬 함량이 본 발명의 공정에 사용될 수 있고, 5 내지 6 ％가 가장 바람직하다는 것을 알았다. 12 ％보다 높은 또는 4 ％보다 낮은 크롬 함량은 부착 결합이 특히 유용하지 않을 때 사용될 수 있다.

새로이 증착된 바나듐 할로겐화물 또는 니오븀 할로겐화물로부터 할로겐화물을 치환시키도록 탄소가 이동할 뿐만 아니라, 크롬도 모재 강철로부터 탄화 바나듐 및/또는 탄화 니오븀 코팅에 걸쳐 분포된 탄화 크롬을 형성하는 코팅으로 이동한다는 것을 알았다. 탄화 바나듐/탄화 니오븀 코팅에 걸친 탄화 크롬의 이러한 사실상 균일한 분산은 우리의 경험에서 유일하고, 크롬의 공급원이 분말 팩 내에 바나듐 또는 니오븀 공급원과 혼합될 때, 덜 바람직한 사실상 층상의 결과물과 대조된다.

바나듐과 니오븀은 국제 순수 및 응용 화학 연합(International Union of Pure and Applied Chemistry)에 의해 지정되고 추천된 18족 분류의 원소 주기율표의 5족에 있다. 니오븀이 41의 원자 번호를 갖기 때문에, "41보다 크지 않은 원자 번호를 갖는 5족 금속"이란 어구는 여기에서 바나듐 및 니오븀을 의미하기 위해 사용되는 것으로 의도된다.

따라서, 본 발명은 0.7 ％ 내지 1.2 ％의 탄소와 4 ％ 내지 12 ％의 크롬을 포함하는 조성을 갖는 강철 모재 상에 경질 코팅을 형성하는 방법을 포함하며, 이 방법은 1600 내지 2000 ℉(871 내지 1093 ℃)의 온도에서, 텀블링에 의해 이루어진 화학 증착에 의해 강철 모재의 표면에 41보다 크지 않은 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 5족 금속을 도포하는 단계를 포함한다. 5족 금속은 바람직하게는 FeV 또는 FeNb이다. 5족 금속 공급원 외에, 크롬 공급원이 화학 증착 공정에 사용될 수도 있으나, 결과적인 금속 탄화물 코팅의 5 ％보다 크지 않은 양이 미립자 혼합물로부터 기인하는 탄화 크롬이 되도록 하는 양이어야 한다.

알루미늄 산화물과 같은 다른 사실상 비활성 미립자는 미립자 혼합물 내에 포함될 수 있는데, 전체 혼합물의 중량으로 50 ％보다 크지 않은 양이 바람직하다.

화학 증착 공정에서, 할로겐화물 촉매가 사용된다. 촉매로서 염화물, 특히 FeCl₃를 사용하는 것이 바람직하나, 염화 암모늄, 염화 니오븀 및 염화 바나듐 또한 특별히 유용한 형태이다. 촉매로부터의 소량의 할로겐화물은 5족 금속(그리고 미립자 내에 존재한다면 크롬 금속)과 일시적으로 결합될 것으로 여겨지고 강철 물품으로부터 추출된 탄소에 의해 치환될 때 물품 표면에서 방출된다. 따라서, 할로겐화물은 촉매이기보다는 거의 틀림없이 활성제이다. 할로겐화물의 효과의 이론에서 이러한 특징 중 임의의 하나에 의해 제한되는 것을 의도하지는 않으나, 편의를 위해 촉매라는 용어를 채택하였고 할로겐화물의 기능 또는 그 기능의 임의의 다른 이론을 의미하도록 전체적으로 이를 채용한다.

더욱 바람직한 태양에서, 본 발명은 내마모성 강철 물품을 제조하는 방법을 포함하는데, 이 방법은 중량으로 0.9 ％ 내지 1.1 ％의 탄소 함량과 중량으로 4 ％ 내지 8 ％, 바람직하게는 5 내지 6 ％의 크롬 함량을 갖는 강철로 물품을 형성하는 단계와, 5족 금속을 화학 증착함으로써 물품의 표면 상에 5족 금속 탄화물을 형성하는 단계를 포함한다. 화학 증착의 본 발명의 바람직한 방법에서, 초기 내마모성 강철 물품은 바람직하게는 바나듐인 5족 금속의 공급원의 미립자 혼합물을 포함하는, 바람직하게는 용기의 회전에 의해 용기 내에서 텀블링되고, 1600 내지 2000 ℉(871 내지 1093 ℃)에서, 바람직하게는 1700 내지 1900 ℉(927 내지 1038 ℃)에서, 적어도 60 분 후에, 물품은 점차 냉각되고 미립자 혼합물로부터 분리된다.

전술된 바와 같은 탄소 및 크롬 함량을 갖는 다양한 강철을 사용할 수 있더라도, 가장 바람직한 모재는 중량으로 이하와 같은 조성을 갖는 강철이다. 0.9 내지 1.1 ％의 탄소, 5 내지 6 ％의 크롬, 0.25 내지 0.45의 망간, 0.25 내지 0.55 ％의 실리콘, 0.2 내지 0.55 ％의 몰리브덴, 최대 0.03 ％인 인, 최대 0.03 ％인 황, 최대 0.05 ％인 알루미늄. 통상적으로, 바람직한 강철은 0.7 내지 1.2 의 탄소, 4 내지 8의 크롬, 0.25 내지 0.45의 망간, 0.25 내지 0.55의 실리콘, 0.2 내지 0.55의 몰리브덴, 최대 0.03인 인, 최대 0.03인 황, 최대 0.05인 알루미늄이다. 나머지는 철을 포함하고 소량의 다른 원소와 강철에서 통상 발견되거나 또는 사용되는 금속을 포함할 수 있다. 이하에서 이러한 강철 조성은 강철 조성 A라 한다.

탄화물 코팅이 형성된 후에, 코팅된 물품은 코팅과 코어를 포함하는 신규한 구조를 갖고, 코팅은 탄화 바나듐 및/또는 탄화 니오븀을 포함하고, 코어는 강철조성 A를 포함한다. 탄화 바나듐 및/또는 탄화 니오븀 외에, 강철 모재가 중량으로 적어도 4 ％의 크롬을 포함할 때, 코팅 조성은 전체적으로 사실상 균일하게 분포된 1 ％ 내지 3 ％의 탄화 크롬을 포함한다.

본 발명은 후-가열 처리를 더 포함하는데, 냉각 및 미립자 혼합물로부터 분리 후에, 코팅된 물품은 적어도 오스테나이트화 온도를 받고 코어를 경화시키도록 종래의 방식으로 담금질되고, 바람직하게는 Rc44-56의 최종 코어 경도를 달성하고, 그 다음 물품은 종래의 방식으로 연마될 수 있다. 그러나, 코팅된 물품은 후-가열 경화 공정 없이 신규하고, 예컨대 코팅에 의해 부여된 부식 저항에 대해 유용하다.

다른 태양에서, 본 발명은 강철 물품 상에 경질 코팅을 형성하는 방법을 포함한다. 이 방법은 할로겐화물 촉매가 존재할 때 가열된 용기 내에 41보다 크지 않은 원자 번호를 갖는 5족 금속의 미립자 공급원으로, 바람직하게는 물품을 텀블링시킴으로써, 물품의 접촉을 사용한다. 텀블링은 용기와 그 내용물을 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 강철은 중량으로 적어도 0.2 ％의 탄소 함량을 가져야 한다. 물품은 바람직하게는 5족 금속의 미립자 공급원과 촉매 내에서 혼합되고, 적어도 HV 2000의 경도를 갖는 물품 상에 요구되는 두께의 5족 금속 탄화물 코팅을 형성하기에 충분한 시간 동안, 1600 내지 2000 ℉(870 내지 1200 ℃), 바람직하게는 1700 내지 1900 ℉(927 내지 1038 ℃)에서 용기가 유지되면서, 용기는 그 내용물을 혼합시키도록 회전되며 미립자 재료와 물품의 다소 연속적인 접촉을 제공한다.

바람직하게는, 공기가 추출되고 공정은 사실상 공기가 없는 밀봉된 용기 내에서 수행되나, 누출에 대항하여 더 조심성을 요구하는 진공을 사용하기보다는 빈 공간을 비활성 가스, 바람직하게는 아르곤 또는 질소로 충전하는 것이 바람직하다. 용기의 가열 및 회전 중에, 바나듐철 및/또는 니오븀철 또는 5족 금속의 다른 공급원은 해리되어, 할로겐화물 형태로 물품의 표면에 증착된 5족 금속을 제공한다. 탄소는 할로겐화물을 치환시키도록 물품의 강철 표면으로부터 추출되고, 그 다음 공급원로부터 추가의 5족 금속과 결합하도록 미립자 혼합물로 복귀한다. 0.5 내지 2 ％로 추정되는, 금속 공급원 내의 금속의 5족 금속의 소량의 비율만이 10 내지 20 미크론의 통상의 요구되는 코팅 두께를 제공하도록 공정에서 소비된다.

본 발명의 방법은 미립자 혼합물의 2회 이상의 사용을 포함한다. 즉, 전술된 바와 같은 경질 코팅을 형성하도록 물품 또는 물품들이 처리된 후에, 미립자 혼합물과 물품들은 분리되고, 미립자 혼합물은 코팅될 다른 물품 또는 물품들이 존재할 때 다시 가열되는 용기(또는 다른 용기) 내에서 재사용을 위해 복귀될 수 있다. 미립자 혼합물은 몇몇 반복을 통해 보충될 필요는 없으나, 연속적인 사용에서 미립자 혼합물의 (적어도 50 ％의) 대부분은 이러한 목적을 위해 전에 사용된 재료를 포함할 수 있는 한편, 본 발명은 5족 금속 공급원 및/또는 촉매의 보충 가능성을 포함한다. 통상 2 ％보다 적은 바나듐 공급원은 단일 사용에서 소비되며, 표면에서 5족 금속으로부터 치환된 할로겐화물이 추가의 5족 금속과 결합되도록 미립자 혼합물로 복귀하기 때문에, 본 발명은 적어도 2회분의 물품을 위해 동일한 일회분의 미립자를 사용하는 것을 포함하고, 설비의 경제성으로서 추가 일회분을 제안할 수 있다. 통상 적어도 5회의 사용이 매우 실용적일 것이다. 바람직하게는, 임의의 주어진 사용에 대해, 5족 금속 공급원 내의 5족 금속 대 물품의 비는 중량으로 1 : 2보다 낮지 않으며, 바람직하게는 중량으로 1 : 1 내지 2 : 1이다. 비가 2 : 1보다 상당히 크지 않을 수 있는 이론적인 이유는 없으나, 10: 1과 같은 비는 일반적으로 경제적으로 만족스럽지 않을 것이다.

이제 도1a를 참조하면, 본 방법은 바람직하게는 부싱(7)에 의해 노(4)의 벽(2, 3) 내에 회전 가능하게 보유되고 밀봉된 샤프트(9)를 갖는 회전 컨테이너(1) 내에서 구현된다. 도시되지 않은 모터는 노(4)가 1600 내지 2000 ℉(871 내지 1093 ℃)에서, 바람직하게는 1700 내지 1900 ℉(927 내지 1038 ℃)에서 유지되는 동안 요구되는 속도로 컨테이너(1)를 회전시킬 것이다. 컨테이너(1) 내측에는 미립자 혼합물(5)과 코팅될 적어도 하나의 강철 물품, 이 경우에는 강철 체인 핀(6)이 있다. 이 예시적인 설명에서, 미립자 혼합물(5)은 0.8 내지 3 ㎜의 입자 크기를 갖는 바나듐철을 포함하고, 약 1 ％의 선택된 할로겐화물 촉매, FeCl₃를 포함한다. 도1b는 컨테이너(1)의 회전 중에 바람직하게는 배플(8)의 도움으로 어떻게 내용물이 혼합되는지를 도시하는, 컨테이너의 단부도이다. 미립자 혼합물과 코팅될 물품(들)은 컨테이너(1)의 회전 중에 사실상 끊임없이 접촉되어, 탄화 바나듐이 강철 체인 핀(6)의 표면 상에 형성되게 한다.

할로겐화물 촉매는 임의의 유효량으로 사용될 수 있으나, 중량으로 약 0.6 ％ 내지 3 ％의 5족 금속 공급원이 바람직하다. 용기, 레토르트 또는 컨테이너(1)는 회전될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 회전되기보다는 교반될 수 있다.

본 발명은 41보다 크지 않은 원자 번호를 갖는 5족 금속의 탄화물로 코팅된 강철 물품을 포함한다. 바람직한 물품은 0.8 내지 1.2 ％의 탄소(가장 바람직하게는 0.9 내지 1.1 ％)와 4 ％ 내지 8 ％의 크롬(가장 바람직하게는 5 내지 6 ％)을 포함하는 강철의 코어와, 탄화 바나듐, 가장 바람직하게는 코팅에 걸쳐 균일하게 분포된 1 ％ 내지 3 ％ 탄화 크롬을 포함하는 탄화 바나듐을 포함하는 경질 코팅을 가질 것이다. 여기의 모든 ％는 중량에 의한 것이다.

도2에서, 본 발명의 방법에 의해 완성된 무음 체인 핀이 단면으로 도시된다. 핀은 코어(10)와 경질 외부 코팅(11)을 포함한다. 코어(10)는 강철 조성 A의 강철이고, 외부 코팅(11)은 97 내지 99 ％의 탄화 바나듐 및/또는 탄화 니오븀과 완전히 균일하게 분포된 1 내지 3 ％의 탄화 크롬을 포함하는 코팅이다. 코팅 공정 중에, 5족 금속은 할로겐화물 형태로 물품 표면 상에 증착되고, 탄소는 5족 금속과 결합하고 할로겐화물을 치환하도록 강철의 표면으로부터 추출된다. 그러나, 전술된 양의 탄소와 크롬을 갖는 바람직한 강철 모재를 사용하는 것은 본 발명의 공정에 필수는 아니다. 본 발명의 텀블링 접촉 공정은 중량으로 적어도 0.2 ％ 그리고 2 ％에 이르는 탄소를 갖는 임의의 강철에 유리하게 사용될 수 있다.

도3은 15 미크론 두께의 코팅에 대한 코팅 깊이, 즉 본 발명의 공정에 의해 처리된 핀 상의 코팅 표면으로부터의 거리에 대한 탄화 크롬 함량의 이상화된 선도이다. 이 통상의 경우에서, 강철은 1.0 ％의 탄소 농도와 5.5 ％의 크롬 농도를 가졌다. 균일하게 분산된 탄화 크롬의 변화가 있는데, 코팅의 표면 부근에서 약 1 ％로부터 코팅의 하부 구역에서 약 3 ％까지 농도의 범위가 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 여기의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 탄화 크롬은 본 발명의 공정을 사용하기 전에 강철 내에 존재하는 탄소와 크롬으로 형성된다.

도4에서, 각각이 핀(20)을 위한 2 개의 구멍을 갖는 판(A, B)의 세트를 포함하는 통상의 무음 체인의 일부가 도시된다. 이 구성에서, 4 개의 판의 평행한 세트(A)와 3 개의 판의 평행한 세트(B)는 스프로켓을 수용하도록 하는 형상일 수 있거나 또는 그렇지 않으면 도시되지 않은 동력-전달 장치와 결합하도록 하는 형상일 수 있다. 체인의 설계에 따라, 판(A 또는 B)들 중 몇몇은 핀(20) 상에 관절식으로 연결될 수 있고, 다른 것들은 핀 상에 회전하지 않도록 이들에 고정될 수 있다. 어느 경우에서도, 판/핀 경계에서 관절 연결이 있거나 또는 없거나 간에, 상당한응력 및 마모는 핀과 판의 경계에서 발생될 수 있다.

본 발명의 공정에 의해 제조된 체인 핀과 종래 핀과의 비교는, 본 발명의 핀 상의 경질 코팅은 핀이 바이스 내에서 절곡되었을 때 핀으로부터 조각으로 벗겨지지 않은 반면, 종래 공정에 의해 제조된 핀은 조각으로 벗겨졌다는 것을 보여준다. 이는 본 발명의 핀의 코팅이 벗겨지게 될 때에도 종래 핀의 코팅보다 더욱 단단하게 부착되어 있을 것이라는 것을 의미하는 것으로 통상 여겨진다. 전술된 바와 같이, 경질 코팅의 조각으로 벗겨짐 또는 쪼개짐은 체인 부품의 마모된 접촉 표면에 상당한 해를 끼칠 수 있다.

Claims (20)

1. 중량으로 0.7 ％ 내지 1.2 ％의 탄소와 중량으로 4 ％ 내지 12 ％의 크롬을 포함하는 조성을 갖는 강철 물품 상에 경질 코팅을 형성하는 방법이며,

   밀봉된 용기 내에서 1600 내지 2000 ℉(871 내지 1093 ℃)의 온도에서, (a) 적어도 하나의 5족 금속과 (b) 할로겐화물 촉매의 미립자 공급원으로, 강철 물품을 교반시킴으로써 41보다 크지 않은 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 5족 금속을 화학 증착에 의해 강철 물품의 표면에 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 강철 물품은 중량으로 0.9 ％ 내지 1.1 ％의 탄소와 4 ％ 내지 8 ％의 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 교반시키는 것은 텀블링에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 밀봉된 용기는 1700 내지 1900 ℉(927 내지 1038 ℃)의 온도에 있고, 상기 밀봉된 용기는 사실상 비활성 분위기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 5족 금속 공급원은 FeV를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 할로겐화물 촉매는 염화철인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 물품을 냉각하는 단계와, 적어도 오스테나이트화 온도로 물품을 가열하는 단계와, 물품을 담금질하는 단계가 후속하여, 상기 물품은 Rc44-56의 코어 경도와 적어도 HV 2000의 표면 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 내마모성 강철 물품을 제조하는 방법이며,

   (a) 중량으로 적어도 0.2 ％의 탄소 함량을 갖는 강철을 포함하는 초기 내마모성 물품을 제공하는 단계와,

   (b) 1600 내지 2000 ℉(871 내지 1093 ℃)의 온도에서 할로겐화물 촉매가 존재할 때, 41보다 크지 않은 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 5족 금속의 미립자 공급원과 50 ％에 이르는 비활성 미립자를 포함하는 미립자 혼합물과 접촉하는 밀봉된 레토르트 내에서 초기 내마모성 강철 물품을 텀블링시켜, 상기 금속의 화학 증착에 의해 물품의 표면 상에 내마모성 탄화물 코팅을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 공기가 텀블링시키기 전에 레토르트 내에서 비활성 가스에 의해 사실상 대체되고, 상기 텀블링은 1700 내지 1900 ℉(927 내지 1038 ℃)의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 5족 금속 공급원은 FeV를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 강철은 0.7 내지 1.2 ％의 탄소와 4 내지 12 ％의 크롬을 포함하고, 혼합물로부터 물품을 분리하는 단계와, 오스테나이트화 온도로 물품을 가열시키는 단계와, 물품을 담금질하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제8항에 있어서, 상기 강철은 0.9 ％ 내지 1.1 ％의 탄소와 4 내지 8 ％의 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제8항에 있어서, 상기 촉매는 염화철을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 복수개의 내마모성 체인 핀을 제조하는 방법이며,

    (a) 중량으로 적어도 0.2 ％의 탄소 함량을 갖는 강철을 포함하는 초기 내마모성 체인 핀의 제1 일회분을 공급하고, 1600 내지 2000 ℉(871 내지 1093 ℃)의 온도에서 할로겐화물 촉매가 존재할 때 41보다 크지 않은 원자 번호를 갖는 적어도 하나의 5족 금속의 미립자 공급원과 50 ％에 이르는 비활성 미립자를 포함하는 미립자 혼합물과 접촉하는 초기 내마모성 체인 핀을 교반시켜, 상기 금속의 증착에 의해 체인 핀의 표면 상에 내마모성 탄화물 코팅을 형성하는 단계와,

    (b) 상기 미립자 혼합물로부터 체인 핀의 제1 일회분을 분리하는 단계와,

    (c) 초기 내마모성 체인 핀의 제2 일회분을 제공하고 단계 (a)의 반복에서 적어도 50 ％의 미립자 혼합물을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 적어도 하나의 5족 금속 탄화물을 포함하고 사실상 균일하게 산재된 1 내지 3 ％ 탄화 크롬을 포함하는 경질 코팅과 중량으로 0.7 ％ 내지 1.2 ％의 탄소와 4 내지 8 ％의 크롬을 포함하는 강철의 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
16. 제15항에 있어서, 상기 물품은 Rc44-56의 코어 경도를 갖는 체인 핀인 것을 특징으로 하는 물품.
17. 제15항에 있어서, 적어도 HV 2000의 표면 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
18. 중량 ％로 0.7 내지 1.2 의 탄소, 4 내지 8의 크롬, 0.25 내지 0.45의 망간, 0.25 내지 0.55의 실리콘, 0.2 내지 0.55의 몰리브덴, 최대 0.03인 인, 최대 0.03인 황 및 최대 0.05인 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 조성.
19. 제18항에 있어서, 상기 탄소 함량은 0.9 내지 1.1 ％인 것을 특징으로 하는 강철 조성.
20. 제18항에 있어서, 상기 크롬 함량은 5 내지 6 ％인 것을 특징으로 하는 강철 조성.