JP6274530B2 - 金属基材の表面処理方法 - Google Patents
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Description
(1)金属基材がFe−Al合金粉末と塩化アンモニウム粉末とを含有し、アルミナ粉末を含まない処理剤中に埋設されて容器内部に充填された容器を準備する準備工程と、
前記容器を加熱して、前記金属基材の表層部にアルミニウム拡散層を形成するカロライジング処理工程と、を有し、
前記カロライジング処理工程は大気雰囲気下で行われ、前記アルミニウム拡散層を形成する前に、前記処理剤と大気との界面に緻密な膜を形成することを特徴とする金属基材の表面処理方法である。
(2)前記緻密な膜が、前記処理剤に含まれるアルミニウムと大気中の酸素との反応により得られるアルミナを含むことを特徴とする(1)に記載の金属基材の表面処理方法である。
(3)前記カロライジング処理において、加熱時の最高温度が650〜1000℃の範囲内であることを特徴とする(1)または(2)に記載の金属基材の表面処理方法である。
(4)前記準備工程において、前記金属基材および前記処理剤が充填された前記容器を密封または半密封状態とすることを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載の金属基材の表面処理方法である。
(5)前記容器が加熱炉の筐体であることを特徴とする(1)から(4)のいずれかに記載の金属基材の表面処理方法である。
(6)前記容器がるつぼであることを特徴とする(1)から(4)のいずれかに記載の金属基材の表面処理方法である。
(7)前記処理剤全体を100質量%とすると、前記Fe−Al合金粉末の割合が、85〜99.9質量%であることを特徴とする(1)から(6)のいずれかに記載の金属基材の表面処理方法である。
(8)前記金属基材がFe系材料であることを特徴とする(1)から(7)のいずれかに記載の金属基材の表面処理方法である。
1.金属基材の表面処理方法
1−1 準備工程
1−2 カロライジング処理工程
1−3 表面処理後の金属基材
2.本実施形態の効果
3.変形例
本実施形態に係る金属基材の表面処理方法は、Fe系材料からなる金属基材に対して、大気雰囲気下でカロライジング処理を行う。以下、当該表面処理方法について具体的に説明する。
まず、カロライジング処理の被処理物である金属基材を準備する。金属基材はFe系材料またはNi系材料から構成され、本実施形態では、金属基材はFe系材料である。Fe系材料は、Feおよび不可避的不純物から構成されていてもよいし、Feが主成分である材料であってもよい。Fe系材料には、Fe以外に、C、Cr、Ni等の公知の合金元素が含まれていてもよい。また、金属基材1は、当該金属基材が用いられる用途に応じて種々の形状を有しており、特に制限されない。
続いて、金属基材1および処理剤5が充填された加熱炉を加熱してカロライジング処理を行う。このとき、加熱炉内部の雰囲気は調整せず、大気雰囲気とする。
上記の表面処理方法により得られる金属基材は、表層部にアルミニウム拡散層が形成されている。このアルミニウム拡散層は、金属基材の表層部に存在していた金属元素(たとえば、Fe)の一部がAlに置換されることにより形成された層であるため、金属基材と一体化されている。
本実施形態では、被処理物である金属基材と処理剤とが充填された加熱炉を加熱することにより、処理剤と大気との界面において、処理剤の表面が酸化されて、緻密なアルミナ膜が形成される。一旦形成されたアルミナ膜は大気の進入を遮断するため、アルミナ膜の内側に配置されている被処理物および処理剤には酸素が到達しない。したがって、被処理物およびその近傍に存在している処理剤は酸化されず、大気雰囲気下でカロライジング処理を行っても、被処理物(金属基材)の表層部にAlを十分に拡散させることができる。その結果、表層部が良好な耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性等を有するように改質された金属基材を得ることができる。
上記の実施形態では、加熱炉の筐体(炉心管)内部に被処理物および処理剤を充填し、カロライジング処理を行ったが、被処理物および処理剤を充填したるつぼを、加熱炉内部に載置してカロライジング処理を行ってもよい。るつぼに被処理物および処理剤を充填する方法、用いる処理剤等は、上記の実施形態と同様にすればよい。また、「るつぼ」とは、被処理物および処理剤を充填できるように構成された容器状の部材をいう。
1a…表面層
1b…中間層
1c…母材
5…処理剤
5a…緻密な膜(アルミナ膜)
10…容器又は加熱炉筐体
20…グラスウール
30…発熱体
40…るつぼ
41…ふた
70…大気
Claims (8)
- 金属基材がFe−Al合金粉末と塩化アンモニウム粉末とを含有し、アルミナ粉末を含まない処理剤中に埋設されて容器内部に充填された容器を準備する準備工程と、
前記容器を加熱して、前記金属基材の表層部にアルミニウム拡散層を形成するカロライジング処理工程と、を有し、
前記カロライジング処理工程は大気雰囲気下で行われ、前記アルミニウム拡散層を形成する前に、前記処理剤と大気との界面に緻密な膜を形成することを特徴とする金属基材の表面処理方法。 - 前記緻密な膜が、前記処理剤に含まれるアルミニウムと大気中の酸素との反応により得られるアルミナを含むことを特徴とする請求項1に記載の金属基材の表面処理方法。
- 前記カロライジング処理において、加熱時の最高温度が650〜1000℃の範囲内であることを特徴とする請求項1または2に記載の金属基材の表面処理方法。
- 前記準備工程において、前記金属基材および前記処理剤が充填された前記容器を密封または半密封状態とすることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の金属基材の表面処理方法。
- 前記容器が加熱炉の筐体であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の金属基材の表面処理方法。
- 前記容器がるつぼであることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の金属基材の表面処理方法。
- 前記処理剤の合計を100質量%とすると、前記Fe−Al合金粉末の割合が、85〜99.9質量%であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の金属基材の表面処理方法。
- 前記金属基材がFe系材料であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の金属基材の表面処理方法。
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