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公開番号2025086961
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2023201268
出願日2023-11-29
発明の名称鉄酸化物膜、合金鋼および鉄酸化物膜形成方法
出願人株式会社不二越
代理人個人
主分類C23C 8/14 20060101AFI20250603BHJP(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】本発明においては、隣接する金属製品との耐電食機能を備えた鉄酸化物膜、当該鉄酸化物膜形成するための合金鋼および鉄酸化物膜の形成方法を提供する。
【解決手段】
三酸化二鉄(Fe₂O₃)および四酸化三鉄(Fe₃O₄)を含有する鉄酸化物膜であり、当該鉄酸化物膜は三酸化二鉄を含有した上層膜、四酸化三鉄を含有した下層膜の二層膜から形成する。この場合、上層膜の厚さを下層膜の厚さよりも薄くすることもできる。さらに、下層膜にはCrまたはMnの中から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を更に含有させても構わない。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
Ｆｅ
２
Ｏ
３
およびＦｅ
３
Ｏ
４
を含有する鉄酸化物膜であって、前記鉄酸化物膜は、前記Ｆｅ
２
Ｏ
３
を含有する上層膜と、前記Ｆｅ
３
Ｏ
４
を含有する下層膜と、から形成されていることを特徴とする鉄酸化物膜。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
前記下層膜には、ＣｒまたはＭｎの中から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を更に含有していることを特徴とする請求項１に記載の鉄酸化物膜。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鉄酸化物膜を形成するための合金鋼であって、前記合金鋼は、重量％で、Ｃ：０．０１％以上１．０％未満、Ｓｉ：０．０１％以上１．０％未満、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｃｒ：１．０～９．０％、Ｍｏ：１．５～６．０％、Ａｌ：０．０１～５．０％、Ｖ：０．０１～１．２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする合金鋼。
【請求項４】
重量％で、Ｗ：０．０１～２．０％をさらに含有することを特徴とする請求項３に記載の合金鋼。
【請求項５】
請求項１または２に記載の鉄酸化物膜を形成する方法であって、５００℃以上６００℃以下の温度範囲で合金鋼の表面に前記鉄酸化物膜を形成することを特徴とする鉄酸化物膜形成方法。
【請求項６】
少なくとも、酸素または水蒸気のいずれかを含む雰囲気下で前記合金鋼の表面に前記鉄酸化物膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の鉄酸化物膜形成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、三酸化二鉄および四酸化三鉄を含有する鉄酸化物膜、当該鉄酸化物膜を形成するための合金鋼および鉄酸化物膜の形成方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、鋼材を用いて絶縁性を必要とされる部品を製造するには、絶縁性を有するアルミナなどのセラミックスで部品の一部を置き換えたり、あるいは部品の表面をＰＰＳなどの樹脂で覆ったりすることにより、絶縁性を付与する対策が取られている（特許文献１参照）。
【０００３】
または、所定の成分で製造された鋼材の中には、高温加熱により部品の表面に絶縁性を有する酸化層を形成することで、その部品に絶縁性を持たせる場合がある（特許文献２および３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９－２３６２５９号公報
特開２０１３－１９９６７４号公報
特開２００４－８４７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された部品の一部を樹脂で置き換えて追加した場合は、鋼材と比べて、耐摩耗性や強度が不足するという問題があった。また、セラミックスの場合は、鋼材と比べ靭性が不足し、被加工性にも問題があった。加えて、これらの材料はいずれも鋼材より材料のコストが高く、部品全体のコストが高くなってしまう。
【０００６】
一方で、特許文献２に開示されているように、鋼材の表面を酸化させて部品に絶縁性を付与する場合、コスト面では有利なものの、従来からある合金鋼の硬さは５０ＨＲＣ（ＨＲＣ：ロックウエル硬さＣスケール）を下回るものであり、耐摩耗性や耐疲労強度などを必要とする高負荷の環境下では、部品として長期間に渡って使用することが難しかった。
【０００７】
これは、合金鋼の硬さに大きく寄与する炭素の含有量が極めて少ないことが原因であり、加えて、酸化層を形成する際に必要な温度が９８０～１２２０℃程度と高温域であるため、処理前に高硬度であったとしても軟化してしまう恐れがあった。
【０００８】
仮に、焼入れと酸化処理を兼ねて１２００℃程度の加熱を行うことにより、高硬度が得られたとしても、処理前後で寸法が大きく変動する。そのため、高精度の部品を製造するには、酸化処理後に研削加工等が必要となり、せっかく形成された酸化層が研削除去されてしまうことになる。
【０００９】
さらに、特許文献３に開示された材料においても、鋼材の表面を酸化させて部品に絶縁性を持たせる手段が説明されているが、材料の硬さや強度に関する情報は開示されておらず、格段に配慮されている記述も無い。また、酸化層の形成方法は酸液への浸漬であり、水素脆化による材料強度の低下や自然環境への負荷が問題になっている。
【００１０】
そこで、本発明は隣接する金属製品との耐電食機能を備えた鉄酸化物膜、当該鉄酸化物膜形成するための合金鋼および低廉な費用で製作できる鉄酸化物膜の形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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