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公開番号2024031057
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-07
出願番号2022134355
出願日2022-08-25
発明の名称改質金属材の製造方法
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人
主分類C23C 10/46 20060101AFI20240229BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】処理表面の大きな鋼材を用い、同じ処理を繰り返し行うことなく一挙に処理し、従来の表面処理鋼材と同等以上の特性を有しつつ、表面粗度の小さい改質金属材を製造する方法を提供する。
【解決手段】金属基材の少なくとも表面にSiとCoの1種以上を含む拡散元素を拡散させて改質金属材を製造する方法であって、所定の不活性粒子と分散媒とを含む分散液を、金属基材の表面に塗布して第1バリア層を形成する工程、第1バリア層の表面に、拡散元素を含む粉末と所定の活性種とを含む混合粉末と、分散媒とを含む混合粉末分散液を、塗布して混合粉末層を形成する工程、金属基材の表面に前記分散液を塗布して第2バリア層を形成する工程、または混合粉末層の表面に前記分散液を塗布して第2バリア層を形成する工程、金属基材等を含む層状中間体を積層させて積層体を得る工程、および前記積層体を所定の条件で熱処理する工程を含む改質金属材の製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
金属基材の少なくとも表面に、ＳｉとＣｏのうちの少なくとも１種を含む拡散元素を拡散させて、改質金属材を製造する方法であって、
８００℃以上１，２００℃以下で焼結せずかつ８００℃以上１，２００℃以下で水素ガスおよび前記拡散元素のハロゲン化物ガスと反応しない、メジアン径が０．１μｍ以上１００μｍ以下のバリア層形成用不活性粒子と、分散媒とを含むバリア層形成用不活性粒子分散液を、前記金属基材の表面に塗布して第１バリア層を形成する工程、
前記第１バリア層の金属基材側と反対側の表面に、前記拡散元素を含む粉末と、水素含有雰囲気下８００℃以上１，２００℃以下で熱分解して前記拡散元素のハロゲン化物ガスを形成する活性種とを含む混合粉末と、分散媒とを含む混合粉末分散液を、塗布して混合粉末層を形成する工程、
前記金属基材の第１バリア層側と反対側の表面に、前記バリア層形成用不活性粒子分散液を塗布して第２バリア層を形成する工程、または前記混合粉末層の第１バリア層側と反対側の表面に、前記バリア層形成用不活性粒子分散液を塗布して第２バリア層を形成する工程、
前記金属基材、第１バリア層、混合粉末層および第２バリア層を含む層状中間体を積層させ、積層体を得る工程、および
前記積層体を、水素含有雰囲気下にて８００℃以上１，２００℃以下で熱処理する工程
を含む、改質金属材の製造方法。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記混合粉末層は、８００℃以上１，２００℃以下で焼結せずかつ８００℃以上１，２００℃以下で水素ガスおよび前記拡散元素のハロゲン化物ガスと反応しない、混合粉末層形成用不活性粒子を含む、請求項１に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項３】
前記層状中間体をロール状に巻いて積層体を得る、請求項１または２に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項４】
前記バリア層形成用不活性粒子分散液は、増粘剤とバインダのうちの１以上を更に含む、請求項１または２に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項５】
前記バリア層形成用不活性粒子分散液に含まれる前記増粘剤とバインダのうちの１以上は、ＰＶＡである、請求項４に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項６】
前記バリア層形成用不活性粒子分散液に含まれる前記ＰＶＡの含有量は、３質量％以上２０質量％以下である、請求項５に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項７】
前記混合粉末分散液は、増粘剤とバインダのうちの１以上を更に含む、請求項１または２に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項８】
前記混合粉末分散液に含まれる前記増粘剤とバインダのうちの１以上は、ＰＶＡである、請求項７に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項９】
前記混合粉末分散液に含まれる前記ＰＶＡの含有量は、３質量％以上２０質量％以下である、請求項８に記載の改質金属材の製造方法。
【請求項１０】
前記第１バリア層と前記第２バリア層の少なくとも１つは、バリア層形成用不活性粒子の体積割合が１％以上７０％以下である、請求項１または２に記載の改質金属材の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、改質金属材の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば鋼材等の金属基材の表面から種々の元素を拡散浸透させ、鋼材の表面特性を向上させることが行われており、該技術は、クロマイジング（Ｃｈｒｏｍｉｚｉｎｇ）、シリコナイジング（Ｓｉｌｉｃｏｎｉｚｉｎｇ）、アルミナイジング（Ａｌｕｍｉｎｉｚｉｎｇ）等の呼称により広く活用されている。これらの技術は、金属基材と、拡散元素粉末、ハロゲン系活性種などを混合した粉末とを、例えば、密閉容器中で埋没させ、水素雰囲気中にて長時間の熱処理を行うことで、発生した金属ハロゲン化物ガスと金属基材の表面との反応拡散を生じさせ、金属基材の表面に拡散元素を浸透させる技術である。
【０００３】
例えば非特許文献１には、オーステナイト系耐熱合金のクロマイズ処理法の検討について示されている。また特許文献１には、基板に隣接する少なくとも１つの元素金属を含む少なくとも１つの層を形成するためのスラリーであって、以下の（ａ）～（ｄ）を含むスラリーが開示されている。（ａ）溶媒、（ｂ）前記合金剤が前記少なくとも１つの元素金属を含み、前記合金剤が前記基板に拡散するように構成されている合金剤、（ｃ）前記少なくとも1つの元素金属の前記基板への拡散を促進するハロゲン化物活性剤、（ｄ）前記合金剤を前記溶媒に分散させるのを助ける不活性種であって、前記不活性種は、約２００メッシュ以下の粒子サイズを有する。また、特許文献２には、金属含有部分を形成するための方法であって、（ａ）Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定される場合、少なくとも約０．００１重量％の濃度の炭素と、ケイ素、マンガン、チタン、バナジウム、アルミニウムおよび窒素の１つ以上とを含む基材を提供する工程；（ｂ）前記基材に隣接して金属を含む第１の層を堆積させる工程；および（ｃ）前記基材に隣接する前記第１の層から第２の層を生成するのに十分な条件下で前記第１の層および前記基材をアニールに供し、それによって前記第２の層および前記基材を含む前記金属含有部分を形成する工程を含み、前記第２の層は、金属炭化物としての前記炭素および前記金属を含む方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許出願公開第２０１６／２３０２８４号明細書
特表２０１９－５１３１８７号公報
【非特許文献】
【０００５】
帆足ら，「オーステナイト系耐熱合金のクロマイズ処理法の検討」，鉄と鋼，第５６年（１９７０），第１４号，第１８８０頁～第１８９０頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１と非特許文献１に記載の方法で表面処理を行うと、得られた表面処理鋼材の表面粗度が大きくなりやすい。近年では、例えばモータ等の電磁部品は、より小型化される傾向にある。限られた空間に、例えば複数の表面処理鋼材をより多く積載することを目的に、鋼材間に形成される空隙をより小さくするには、鋼材の表面粗度を抑えることが有効である。更には、例えば長い帯状の鋼材または複数の鋼材といった処理表面の大きな鋼材に対し、同じ処理を繰り返し行うことなく一挙に処理し、表面処理鋼材を得ることが求められている。本開示はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、処理表面の大きな鋼材を用い、同じ処理を繰り返し行うことなく一挙に処理し、従来の表面処理鋼材と同等以上の特性を有しつつ、表面粗度の小さい改質金属材を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様１は、
金属基材の少なくとも表面に、ＳｉとＣｏのうちの少なくとも１種を含む拡散元素を拡散させて、改質金属材を製造する方法であって、
８００℃以上１，２００℃以下で焼結せずかつ８００℃以上１，２００℃以下で水素ガスおよび前記拡散元素のハロゲン化物ガスと反応しない、メジアン径が０．１μｍ以上１００μｍ以下のバリア層形成用不活性粒子と、分散媒とを含むバリア層形成用不活性粒子分散液を、前記金属基材の表面に塗布して第１バリア層を形成する工程、
前記第１バリア層の金属基材側と反対側の表面に、前記拡散元素を含む粉末と、水素含有雰囲気下８００℃以上１，２００℃以下で熱分解して前記拡散元素のハロゲン化物ガスを形成する活性種とを含む混合粉末と、分散媒とを含む混合粉末分散液を、塗布して混合粉末層を形成する工程、
前記金属基材の第１バリア層側と反対側の表面に、前記バリア層形成用不活性粒子分散液を塗布して第２バリア層を形成する工程、または前記混合粉末層の第１バリア層側と反対側の表面に、前記バリア層形成用不活性粒子分散液を塗布して第２バリア層を形成する工程、
前記金属基材、第１バリア層、混合粉末層および第２バリア層を含む層状中間体を積層させ、積層体を得る工程、および
前記積層体を、水素含有雰囲気下にて８００℃以上１，２００℃以下で熱処理する工程
を含む、改質金属材の製造方法である。
【０００８】
本発明の態様２は、
前記混合粉末層は、８００℃以上１，２００℃以下で焼結せずかつ８００℃以上１，２００℃以下で水素ガスおよび前記拡散元素のハロゲン化物ガスと反応しない、混合粉末層形成用不活性粒子を含む、態様１に記載の改質金属材の製造方法である。
【０００９】
本発明の態様３は、
前記層状中間体をロール状に巻いて積層体を得る、態様１または２に記載の改質金属材の製造方法である。
【００１０】
本発明の態様４は、
前記バリア層形成用不活性粒子分散液は、増粘剤とバインダのうちの１以上を更に含む、態様１～３のいずれかに記載の改質金属材の製造方法である。
（【００１１】以降は省略されています）

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