金属的表面改性方法及金属制品技术

本发明专利技术提供得到表面硬度、耐热性、耐腐蚀性、高温氧化、高温腐蚀、环境腐蚀等特性优异的金属制品的金属的表面改性方法。该金属的表面改性方法如下：对作为铁系金属或镍系金属的母材，进行在包含卤素系气体的气氛中加热保持上述母材的卤化处理，之后，进行在包含氮化源气体的气氛中加热保持上述卤化后的母材的氮化处理，再进行使包含金属铬粉末的粉末中存在上述氮化的母材并加热保持的铬化处理，由此在上述母材形成表面改性层。所得的金属制品的硬度极高，耐热性及耐腐蚀性也优异，在高温氧化·高温腐蚀·烧蚀·气蚀等环境中发挥优异的性能。另外，上述金属制品即使在酸·碱的环境、中性环境、海水等的氯化物等腐蚀环境中也发挥优异的性能。

Surface modification method of metal and metal product

The present invention provides a surface modification method for metal products having excellent surface hardness, heat resistance, corrosion resistance, high temperature oxidation, high temperature corrosion, environmental corrosion and other metal products. The following methods of surface modification of the metal: as a base material iron metal or nickel metal halide, after heating treatment, keep the base material in containing halogen gas atmosphere, nitride processing base metal heating holds the source gas containing halide in nitriding atmosphere after, again to make the treatment of chromium nitride containing chromium metal powder in the base metal and heat preservation, the surface modification layer is formed on the base material. The resulting metal products are of high hardness, excellent heat resistance and corrosion resistance, and play an excellent role in the environment of high temperature oxidation, high temperature corrosion, ablation and cavitation erosion. In addition, the metal products also perform excellent performance in the corrosive environment such as acid, alkali environment, neutral environment, sea water and so on.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属的表面改性方法及金属制品
本专利技术涉及金属的表面改性方法及利用该方法得到的金属制品。
技术介绍
已知在铁系金属的表面形成包含铬的氮化物的表面层来改善该铁系金属的耐摩耗性·耐氧化性·耐腐蚀性等技术。作为公开此种技术的文献，包括例如以下所示的专利文献1～4。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第4242151号公报专利文献2：日本特公昭42－24967号公报专利文献3：日本特公平3－65435号公报专利文献4：日本特开2000－178711号公报上述专利文献1为如下技术：预先对铁合金材料实施氮化处理后，实施铬化处理，从而形成包含铬的碳氮化物的表面层。在上述专利文献2中公开了以下内容。“一般而言，本专利技术对想要处理的斜撑部片或其他物品相继进行常见的作为铬化表面固化处理的准备的氮化或浸碳氮化的热处理操作。”(公报第1页右栏第3～6行)。“尤其通过在含氨气氛中进行铬化处理或者在利用其他任意适当的以往已知的氮化物制法预先进行氮化后相继组合进行铬化处理，从而在物品上得到具有普通的碳化铬外皮的全部优点、通过与主体的基体金属的一体结合度和不易剥离、破裂或分离的性质以及对腐蚀及摩耗的抵抗性等均比利用电沉积法或其他的被膜或被覆的附着法得到的表面层或外皮更优异的表面层或外皮。”(公报第1页右栏第13～23行)上述专利文献3中公开了以下内容。“本专利技术为一种铁合金材料的表面处理方法，其特征在于，实施在铁合金材料的表面形成铁-氮或铁-碳-氮的氮化物层的氮化处理后，使该铁合金材料、铬材料和由碱金属或碱土金属的氯化物、硼氟化物、氟化物、氧化物、溴化物、碘化物、碳酸盐、硝酸盐、硼酸盐中的1种或2种以上或者卤化铵盐或金属卤化物中的一方或双方形成的处理材料共存，并在680℃以下进行加热处理，使铬扩散到上述铁合金材料表面，从而在铁合金材料表面形成包含铬的氮化物或碳氮化物的表面层。”(公报第2页右栏第9～22行)。“在本专利技术中，铁合金材料为在表面形成铬的氮化物或碳氮化物层的被处理材料。”(公报第2页右栏第23～25行)。上述专利文献4中公开了以下内容。“在本专利技术中，对铁系材料实施氮化处理而在表面形成包含铁氮化物及铁碳氮化物中的至少一方的氮化层，将该铁系材料在以碱金属的氯化物及碱土金属的氯化物的至少一方为主成分且含有以氧化硅为主成分的玻璃及铬的处理剂中加热保持于500℃以上且700℃以下的温度，从而使铬扩散到上述氮化层中而形成铬氮化物及铬碳氮化物中的至少一方的化合物层。”〔0014〕。“在上述各氮化处理中，尤其在预先将铁系材料加热保持于氟系气体气氛中而在表面生成氟化物膜后、在氮化气氛中加热而形成氮化层的氟化与气体软氮化的复合处理法最适合进行。”〔0017〕。
技术实现思路
专利技术要解决的课题上述专利文献1为在对铁合金材料实施氮化处理后实施铬化处理(chromizing：渗铬处理)的技术。但是，文献1公开的氮化处理只不过是在氮气和氢气的混合气体气氛中且在温度450～650℃下加热40小时的方法。即，若利用该氮化处理方法得不到氮化层，则即使在之后进行铬化处理，也无法得到作为目标物的包含铬的碳氮化物的表面层。上述专利文献2为对铁系部件进行作为准备的氮化或浸碳氮化、并进行铬化表面固化处理的技术。然而，文献2公开的氮化处理只不过是预先在含氨气氛中进行氮化的方法。即，若利用该氮化处理方法得不到氮化层，则即使在之后进行铬化处理，也无法得到作为目标物的包含铬的碳氮化物的表面层。上述专利文献3为如下技术：利用所谓的盐浴处理在铁系材料的表面形成氮化物层，之后，使铬扩散到上述铁合金材料表面，从而在铁合金材料的表面形成包含铬的氮化物或碳氮化物的表面层。然而，在文献3中，为了在盐浴中进行氮化处理，而使处理剂中包含氰基系的药剂，因此存在环境负荷大的问题。上述专利文献4为对铁系材料实施氟化处理和氮化处理而形成氮化层，再在盐浴中使铬扩散到该铁系材料的技术。然而，在文献4中存在可以溶解于盐浴中的铬的量非常少、无法形成较厚的铬的碳氮化物层的问题。本专利技术是为了解决上述课题而完成的专利技术，并基于以下目的而提供金属的表面改性方法及利用该方法得到的金属制品。(1)形成硬度极高、耐热性及耐腐蚀性优异的均匀且厚的采用氮化铬的表面层。例如若为汽车部件，则应用在涡轮增压器、涡轮叶片等需要耐热性及耐摩耗性的部件中。(2)例如在用于铝·镁·锌等的用于压铸的模具中防止对合金的熔损，维持优异的性能。(3)在高温氧化、高温腐蚀、烧蚀、气蚀、气蚀·烧蚀等的环境中发挥优异的性能，应用在化学工业·火力发电·替代能源等环境中的以翼材·阀材·泵材等为代表的大多部件中。(4)即使在酸·碱的环境、中性环境、海水等的氯化物等的腐蚀环境中也发挥优异的性能，应用于在这些环境中使用的材料、部件中。用于解决课题的手段方案1所述的金属的表面改性方法为了达成上述目的而采用了以下构成。对作为铁系金属或镍系金属的母材进行在包含氮化源气体的气氛中加热保持上述母材的氮化处理，再进行使包含金属铬粉末的粉末中存在上述氮化后的母材并加热保持于850～1200℃的温度的铬化处理，由此在上述母材形成表面改性层。方案2所述的金属的表面改性方法在方案1所述的构成的基础上采用了以下构成。上述表面改性层包含形成在表面侧的铬化合物层和形成在该铬化合物层的下侧的铬稠化层这两层。方案3所述的金属的表面改性方法在方案1或2所述的构成的基础上采用了以下的构成。利用上述氮化处理形成氮浓度为10原子％以上且厚度为5μm以上的扩散有氮的扩散层。方案4所述的金属的表面改性方法在方案1～3中任一项所述的构成的基础上采用了以下构成。上述母材为奥氏体系金属。方案5所述的金属的表面改性方法在方案1～4中任一项所述的构成的基础上采用了以下构成。在上述氮化处理之前进行在包含卤素系气体的气氛中加热保持上述母材的卤化处理。方案6所述的金属制品为了达成上述目的而采用了以下构成。以铁系金属或镍系金属作为母材，并且形成包含表面侧的铬化合物层和该铬化合物层的下侧的铬稠化层这两层的表面改性层。方案7所述的金属制品在方案6所述的构成的基础上采用了以下构成。上述母材为奥氏体系金属。专利技术效果方案1所述的金属的表面改性方法准备作为铁系金属或镍系金属的母材。铁系金属或镍系金属以氧化皮膜或钝态皮膜覆盖表面。若在表面存在氧化皮膜或钝态皮膜，则通常容易妨碍氮原子的扩散渗透。因而进行在包含氮化源气体的气氛中加热保持上述母材的氮化处理。利用该氮化处理，使氮原子扩散渗透到被卤化处理所活化的母材的表面。之后，进行使上述氮化后的母材存在于包含金属铬粉末的粉末中而加热保持于850～1200℃的温度的铬化处理。利用该铬化处理，在扩散渗透有氮原子的表层部扩散渗透铬原子，形成表面改性层。在方案2所述的金属的表面改性方法中，上述表面改性层包含形成在表面侧的铬化合物层和形成在该铬化合物层的下侧的铬稠化层这两层。在上述铬化处理中，在扩散渗透有氮原子的表层部扩散渗透铬原子。由此，在表面侧形成铬化合物层，并在该铬化合物层的下侧形成铬稠化层。表面侧的铬化合物层硬质且耐摩耗性优异。另外，上述铬化合物层的化学性质稳定，通过在该铬化合物层的下侧形成铬稠化层，从而发挥在低温下的对溶液腐蚀的高耐性及在高温下的高耐氧化性。在方案3所述的金属的表面改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属的表面改性方法，其特征在于，对作为铁系金属或镍系金属的母材进行在包含氮化源气体的气氛中加热保持所述母材的氮化处理，再进行使包含金属铬粉末的粉末中存在所述氮化后的母材并加热保持于850～1200℃的温度的铬化处理，由此在所述母材上形成表面改性层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.07 JP 2014-2062361.一种金属的表面改性方法，其特征在于，对作为铁系金属或镍系金属的母材进行在包含氮化源气体的气氛中加热保持所述母材的氮化处理，再进行使包含金属铬粉末的粉末中存在所述氮化后的母材并加热保持于850～1200℃的温度的铬化处理，由此在所述母材上形成表面改性层。2.根据权利要求1所述的金属的表面改性方法，其中，所述表面改性层包含形成在表面侧的铬化合物层和形成在该铬化合物层的下侧的铬稠化层这两层。3.根据权利要求1或2所述的金属的...

【专利技术属性】
技术研发人员：富士川尚男，宫本笃，藤田守弘，
申请(专利权)人：爱沃特NV株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP