(57)【要約】【課題】耐摩耗性が良好なアルミニウム部材を安定して製造すること。【解決手段】窒素ガスを含む処理ガスの存在の下、アルミナ（Al2O3）粉末及びAl-Mg合金粉末を含むAl-Mg/Al2O3充填粉末と、アルミニウムからなる基材とをバレル容器１内で混合し、該基材３の表面に窒化物層を形成することを解決手段とする。ここで充填粉末に対して、Al-Mg合金粉末が0.7質量％以上2.0質量％以下の配合比で含まれることが好ましい。【選択図】図１
2010007102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材の表面に窒化物層を形成し、耐摩耗性が改善されたアルミニウム部材を製造する方法であって、
窒素ガスを含む処理ガスの存在の下、アルミナ粉末又はアルミナ粒子を含む充填粉末と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材とを回転又は揺動するバレル容器内で混合し、該基材の表面に窒化物層を形成する表面窒化工程を具備することを特徴とするアルミニウム部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム部材の製造方法において、前記バレル容器は揺動するものであり、且つ、多角柱状に形成されているアルミニウム部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム部材の製造方法において、前記充填粉末に対して、Al-Mg合金粉末が0.7質量％以上2.0質量％以下の配合比で含まれるアルミニウム部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のアルミニウム部材の製造方法において、前記表面窒化工程において、処理温度を610℃以上640℃以下として基材の表面に窒化物層を形成するアルミニウム部材の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のアルミニウム部材の製造方法において、前記表面窒化工程において、処理時間を3.4hr以上7hr以下として基材の表面に窒化物層を形成するアルミニウム部材の製造方法。
【請求項６】
アルミニウム材の表面に窒化物層を形成し、該アルミニウム材の表面の耐摩耗性を改善するためのアルミニウム材の表面窒化装置であって、
アルミナ粉末又はアルミナ粒子を含む充填粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材とが収容されるバレル容器と、該バレル容器内に窒素ガスを含む処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、前記バレル容器内に処理ガスを導入しつつ同バレル容器を所定角度で揺動させるバレル容器揺動手段とを具備することを特徴とするアルミニウム材の表面窒化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム部材の製造方法及びアルミニウム材の表面窒化装置に関し、詳しくは、表面の耐摩耗性が改善されたアルミニウム部材の製造方法及びアルミニウム材の表面窒化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、アルミニウム合金は、軽量性、リサイクル性、高耐食性等の優れた各種の特性を備えていることから、多くの製品分野で利用されている。
アルミニウム合金は、省エネルギーの観点から、エネルギーを多量に消費する自動車、鉄道車両、船舶、航空機などの輸送機器や、各種産業機器の軽量化のために、近年では、構造用材料として特に注目されつつある。
【０００３】
ところが、そのような構造用材料としてのアルミニウム合金は、鉄鋼材料と比較した場合、耐摩耗性に劣り、特に自動車のエンジン部品等の摺動部品として使用する場合に大きな障害がある。このため、アルミニウム合金の耐摩耗性の向上が各産業界から強く求められている。
【０００４】
そこで、窒化アルミニウム（AlN）の高熱伝導性、低熱膨張性、高硬度性（高耐摩耗性）に着目され、表面に窒化アルミニウム層を有するアルミニウム部材が、構造用材料として利用されつつある。
【０００５】
アルミニウム材の表面を高硬度化、高耐摩耗化すべく、当該表面に効率的に窒化アルミニウム層を形成する方法としては、従来より、窒素イオンの拡散浸透現象を利用したイオン窒化法や、Al-Mg合金粉末を基材表面に塗布後、窒素雰囲気下で加熱する粉末塗布法が知られている。しかし、イオン窒化法では、窒化物層の成長速度が遅く、基材表面に十分な厚さの窒化アルミニウム層が得られ難い、窒化処理前にスパッタリングによって、酸化膜の除去が必要になる、窒化物層と基材との間の硬度や熱膨張率が異なるため、クラックが生じたり、表面が剥離し易いといった問題がある。また、粉末塗布法では、基材に塗布したAl-Mg合金粉末が基材表面で焼結し、部品形状が変化し易い。
【０００６】
これに対し、アルミナ粒子とAl-Mg合金粉末とからなる充填粉末を流動床炉中に充填し、該流動床炉に窒素ガスを導入して流動化し、この流動層内にアルミニウムまたはアルミニウム合金基材を装入して該基材の融点以下で処理することにより基材表面に窒化物層を生産性良く形成するアルミニウム材の表面窒化方法が開発されている（特許文献１を参照）。
【０００７】
この表面窒化方法によれば、窒化物層の成長速度が向上し、さらに窒素ガスにアルゴンガスを所定量混入し、炉内温度を調整することでAl-Mg合金粉末の焼結が防止されるとされている。
【特許文献１】特開２０００−１６０３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記表面窒化方法によれば、基材表面の窒化処理にあたり、流動床炉に窒素ガスを導入し、該ガスの噴流のみで充填粉末を流動化させる必要があるため、多量の窒素ガスが必要となって窒化処理が非効率的となり、アルミニウム材に耐摩耗性を付与するための窒化物層を安定して得ることが困難な場合があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、耐摩耗性が良好なアルミニウム部材が安定して得られるアルミニウム部材の製造方法及びアルミニウム材の表面窒化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、本発明のアルミニウム部材の製造方法は、アルミニウム材の表面に窒化物層を形成し、耐摩耗性が改善されたアルミニウム部材を製造する方法であって、窒素ガスを含む処理ガスの存在の下、アルミナ粉末又はアルミナ粒子を含む充填粉末と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材とを回転又は揺動するバレル容器内で混合し、該基材の表面に窒化物層を形成する表面窒化工程を具備すること、を要旨とする。
【００１１】
また、本発明のアルミニウム部材の製造方法において、前記バレル容器は揺動するものであり、且つ、多角柱状に形成されていることが好ましい。
また、本発明のアルミニウム部材の製造方法において、前記充填粉末に対して、Al-Mg合金粉末が0.7質量％以上2.0質量％以下の配合比で含まれることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のアルミニウム部材の製造方法において、前記表面窒化工程において、処理温度を610℃以上640℃以下として基材の表面に窒化物層を形成することが好ましい。
また、本発明のアルミニウム部材の製造方法において、前記表面窒化工程において、処理時間を3.4hr以上7hr以下として基材の表面に窒化物層を形成することが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明のアルミニウム材の表面窒化装置は、アルミニウム材の表面に窒化物層を形成し、該アルミニウム材の表面の耐摩耗性を改善するためのアルミニウム材の表面窒化装置であって、アルミナ粉末又はアルミナ粒子を含む充填粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材とが収容されるバレル容器と、該バレル容器内に窒素ガスを含む処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、前記バレル容器内に処理ガスを導入しつつ同バレル容器を所定角度で揺動させるバレル容器揺動手段とを具備すること、を要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、耐摩耗性が良好なアルミニウム部材が安定して得られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のアルミニウム部材の製造方法は、窒素ガスを含む処理ガスの存在の下、アルミナ粉末又はアルミナ粒子を含む充填粉末と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材とを回転又は揺動するバレル容器内で混合し、該基材の表面に窒化物層を形成する表面窒化工程を具備するものである。これにより、被窒化対象物である基材（アルミニウム材）が回転又は揺動するバレル容器内で、窒素ガスの存在の下、アルミニウムを含む充填粉末と効率的に攪拌される。そして、該基材が窒素ガスと反応し、該基材表面に窒化物層が形成される。この結果、当該基材が複雑な表面形状を呈するものであっても、硬度が高く、耐摩耗性に優れたアルミニウム部材を安定して製造することができる。
【００１６】
前記基材は、アルミニウム（Al）又はアルミニウム合金からなるブロック状（塊状）のものである。ここで、アルミニウム合金としては、例えば、アルミニウムに銅、マンガン、亜鉛、シリコン、マグネシウム等を含み、各種特性が付与されたものが使用でき、熱処理型合金が含まれる。
【００１７】
このような純粋なアルミニウム（純アルミニウム）又はアルミニウム合金は、通常、酸化膜に覆われ、防食性に優れるが、この酸化膜により、窒素との反応が阻害される。このため、当該基材表面に窒化物層を形成するには、基材表面を活性化することが必要となる。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、本発明にかかる窒化処理法では、めっきや研磨で使用されるバレル容器１（バレル槽）を用い、該バレル容器１内に充填粉末２と基材３とを収容した上で同バレル容器１を点Ｏを中心として回転又は揺動し、当該回転又は揺動運動によって当該バレル容器１内で充填粉末２と基材３との衝突が引き起こされる（充填粉末２の一部はその上層で崩落層２ａを形成する）。そしてこの衝突により、基材表面が物理的に活性化され、同基材表面に高硬度、高耐摩耗性の窒化物層（AlN層）を形成することができる。尚、この窒化物層は、必ずしも窒化アルミニウムのみから構成されているわけではなく、通常、未反応のアルミニウム、アルミナ（Al2O3）、マグネシウム等も含まれている。
【００１９】
前記充填粉末２としては、アルミナ粉末又はアルミナ粒子を含むものが用いられる。具体的には、アルミナ粉末（Al2O3粉末）とアルミニウム−マグネシウム合金粉末（Al-Mg合金粉末）との混合物（Al-Mg/Al2O3充填粉末）が好ましく用いられる。
【００２０】
このように、充填粉末２には、アルミナ粉末又はアルミナ粒子に加え、Al-Mg合金粉末がさらに含まれるので、充填粉末２と基材３との衝突により、基材表面が物理的に活性化されることに加え、さらに、Al-Mg合金粉末中のマグネシウム（Mg）の還元作用により、基材表面が化学的に活性化され、同基材表面に窒化物層が効率的に形成されるようになる。
【００２１】
尚、マグネシウム（Mg）とアルミニウム（Al）の酸化標準自由エネルギーＧOを比較すると、ＧO,Mg＜ＧO,Alであり、窒化標準自由エネルギーＧNを比較すると、ＧN,Mg＞ＧN,Alであることから、Al-Mg合金粉末中のマグネシウム（Mg）により、反応系に酸素が存在しても、アルミニウムの窒化反応が促進される。
【００２２】
ここで、充填粉末２中に対するAl-Mg合金粉末の配合比（混合率）（以下、単にAl-Mg/Al2O3配合比という。）は、0.7質量％以上2.0質量％以下とすることが好ましい。0.7質量％未満であると、基材表面の一部のみに窒化物層が形成され、全面に形成されないことがあり、2.0質量％を超えると、窒化処理開始とともにアルミニウム（Al）と窒素（N）との反応による急激な発熱反応が起こり、アルミナ粉末又はアルミナ粒子を主成分とする充填粉末２が焼結することがある。
【００２３】
前記バレル容器１としては、回転又は揺動するものが用いられるが、回転では、被攪拌物の一部が上層で上滑り状態となって攪拌されないのに対し、揺動では反転動作の都度、被攪拌物が上層と下層とが入れ替わるように攪拌され、攪拌効率が向上することから、揺動するものを用いることが好ましい。また、この回転又は揺動によって、基材表面に付着する窒化反応に関与しない余分な堆積層（充填粉末２が基材表面に付着して膜状となったもの。）が基材３と充填粉末２との衝突によって除去される効果も得られる。
【００２４】
ここで、図１（ｂ）に示すように、点Ｏを中心とした揺動動作が左右に揺れる最大角度である揺動角度θは、同揺動動作の反転時にバレル容器１の収容物が攪拌されない時間帯を極力なくす観点、及び、基材表面に付着する堆積層を減らす観点から、300°までは大きい程好ましい。通常は、バレル容器１に装着した熱電対、ガス用経路配管、冷却用水路等の補機類の取り回し位置や動作を確保する観点から、270°程度とすることが良い。
【００２５】
また、揺動動作の速度である揺動速度は、充填粉末２と基材３の運動差が大きくなり、機械的（物理的）な攪拌効果が向上することから、実用上採用できる216°/secまでは高いほど好ましい。
【００２６】
さらに、揺動動作は、脈動揺動とすることが好ましい。即ち、図１（ｂ）に示すように、揺動動作の途中、一定角度間隔に位置する各角度位置Ａ〜Ｄで当該動作を一時的に停止し、揺動動作を継続するような揺動とすることが好ましい。また、このように一定角度毎にできる限り短時間、例えば、1．2秒以下で停止した脈動揺動とすることで、同脈動揺動はその条件により、充填物の流れに絶えずストレスと振動を加え、充填粉末２の内部に処理ガスとしての窒素ガスを巻き込む効果が得られ、攪拌効率及び窒化処理効率が向上する。ここで、前記一定角度、即ち、脈動１回の回転（位相）角度（φ１〜Φ３；φ１＝φ２＝φ３、揺動角度θ＝φ１＋φ２＋φ３）は、図１（ｂ）を参照して、このように揺動角度θ＝270°の場合には、当該揺動角度θを自然数2，3，4，6，10又は14で除算した135°，90°，67.5°，45°，27°又は19°とすることができる。尚、図１（ｂ）に示すバレル容器１では、脈動１回の回転角度（φ１〜Φ３）＝90°である。
【００２７】
また、バレル容器１は、多角柱状のものがよく、好ましくは、図１に示すような八角柱状のものがよい。このようにバレル容器１が多角柱状、好ましくは八角柱状であると、揺動速度が大きくなっても、その際に顕著となる滑り現象、即ち、充填粉末２がバレル容器１の壁に対して生じる滑り現象を当該多角形の面が充填粉末２を一時的に保持することで効果的に抑制することができ、攪拌効率が高く維持できるようになる。
【００２８】
本発明にかかる窒化処理法では、窒化処理の処理温度（バレル容器１内の温度）は、基材表面の全体に窒化物層を形成する観点から、610℃以上640℃以下とすることが好ましい。610℃未満であると、窒化処理、即ち、前記堆積層から窒化物層への変化が不十分となることがあり、640℃を超えると、基材３が溶融することがある。
【００２９】
また、本発明にかかる窒化処理法では、窒化物層を基材表面で十分に成長させ、厚さを確保する観点から、窒化処理の処理時間は、3.4hr以上7hr以下であることが好ましい。3.4hr未満であると、基材表面に窒化物層が生成しないことがあり、7hrを超えると、窒化物層における窒化アルミニウムの含有率（生成率）が低下し、硬度や耐摩耗性が不足することがある。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
＜実施例１＞
本実施例１では、処理温度、及び、充填粉末２に対するAl-Mg/Al2O3配合比が基材表面における窒化物層の生成に与える影響を調べた。
【００３１】
ここでは、工業用純アルミニウム（記号A1050）をワイヤー放電加工により40mm×20mm×5mmの直方体状（ブロック状）に加工し、基材３とした。また、平均粒径100（mm）のアルミナ（Al2O3）粉末（昭和電工（株）製，白色アルミナ研削材，ホワイトモランダムWA）に、平均粒径200（mm）のAl-Mg合金粉末（レアメタリック（株）製，Al-50質量％Mg）を配合比0.7，0.8，0.9，1.0質量％で混合し、充填粉末２とした。
【００３２】
図２に示すように、本実施例１のアルミニウム材の表面窒化装置は、架台４に回転（揺動）可能に支持された八角柱状のバレル容器１と、該バレル容器１をベルト５及びプーリ５ａ，５ａを介して揺動させるべく、パルス発生器６に電気的に接続されたバレル容器揺動手段としてのサーボモータ７と、前記バレル容器１内にガス用経路配管８ａを介して窒素（N２）ガスを導入する処理ガス導入手段としてのマスフローコントロ−ラ８と、前記バレル容器１の内部を加熱すべく、充填粉末２の温度を計測する熱電対９ａを有する温度調節器９に制御可能に接続されたヒータ１０とを具備している。
【００３３】
ここで、前記バレル容器１には、内径151mm，全長240mmの八角柱状のものを用いた。また、各基材３の質量は10g（大きさ：40mm×20mm×5mm）、充填粉末２の全質量は1000g（容器内充填率14.9％）とした。
【００３４】
そして、図２に示すように、５個の基材３，…と充填粉末２とを、ヒータ１０の設定温度を温度調節器９で610℃又は630℃としたバレル容器１内に収容した。その後、該バレル容器１内にマスフローコントロ−ラ８で窒素（N２）ガスを100cm3/minで導入し、バレル容器１内の空気を置換しつつ、バレル容器１の温度上昇を待つため、そのまま30min放置した。さらに温度調節器９によって、各処理温度までの温度上昇が確認されたら、再度窒素ガスを900cm3/minでバレル容器１内に導入した。さらに、パルス発生器６及びサーボモータ７によって、揺動角度θを270°，揺動速度を72°/sec，脈動１回の回転（位相）角度（φ１〜φ３）を90°にそれぞれ設定し、本発明の窒化処理（表面窒化工程）を5hr行った。その後、窒素ガスの導入及びヒータ１０による加熱を停止し、バレル容器１を自然放冷した。
【００３５】
その結果、処理温度610℃，630℃について、図３に示す関係が得られた。ここで図３中の直線は1次近似（最小二乗法）によって求めた。また、Al-Mg/Al2O3配合比が0.7質量％のときは、EPMA（Electron Probe Micro Analyzer）によって、基材表面の一部にのみ窒化物層の生成が確認できたので、図３では、当該0.7質量％のときの窒化物層厚さを0μmとした。また、Al-Mg/Al2O3配合比が2.0質量％を超えると、充填粉末２に焼結が生じた。
【００３６】
図３に示すように、基材３の溶融及び充填粉末２の焼結が起こらない範囲（653℃未満、図６参照）では、Al-Mg/Al2O3配合比が増加すると窒化物層厚さ（μm）が増加し、窒化物層の成長速度の上昇が確認できた。これによってAl-Mg合金粉末による基材表面の活性化効果が確認できた。また、図４に処理温度が630℃のときに得られた基材の表層断面の光学顕微鏡写真を示す。
【００３７】
図４に示す光学顕微鏡写真は、基材３の表層断面の状態を観察するため、以下に示す方法で基材３を処理し、得られた断面部分を光学顕微鏡で撮影することにより得たものである。即ち、基材３をアセトンによる超音波脱脂洗浄後、マイクロプレスを用いてエポキシ樹脂に埋め込む。次に、該加工部分をファインカッターにより切断し、得られた断面部分を#220〜#2000のエメリーペーパーで湿式研磨する。そして、α-Al2O3研磨材(粒度0.5μm)で当該断面部分のバフ研磨を行い、鏡面に仕上げる。
【００３８】
また、Al-Mg/Al2O3配合比が0.8質量％と1.0質量％のものについて、窒化物層のビッカース硬度Hvを調べたところ、0.8質量％のものでは、200Hv〜300Hvの結果が得られたのに対して、1.0質量％のものでは、300Hv〜600Hvの結果が得られた。これより、Al-Mg/Al2O3配合比が0.7質量％以上2.0質量％以下の範囲では、同Al-Mg/Al2O3配合比が高い程、窒化物層の硬度が向上することが確認できた。
＜実施例２＞
本実施例２では、充填粉末量が基材表面における窒化物層の生成に与える影響を調べた。
【００３９】
ここでは、Al-Mg/Al2O3配合比を1.0質量％とし、充填粉末量を1000g（容器内充填率14.9％），2000g（容器内充填率29.8％），3000g（容器内充填率44.7％）と変化させた以外は、実施例１と同様にして本発明の窒化処理を行った。その結果、窒化物層厚さと各充填粉末量について、図５に示す関係が得られた。
【００４０】
図５より、充填粉末量の変化に伴い、窒化物層の成長速度が変化することが確認できた。これは、充填粉末量が変化すると基材３の運動状態（バレル容器１内での基材３の攪拌状態）が変化し、窒化物層の成長速度が変化するためと推定できる。尚、バレル容器１の揺動により、充填粉末２の上層部が崩落層２ａ（流動層）（図１（ａ）参照）を形成する。一般的にバレル容器１内の充填粉末量が少ないと、崩落層２ａの崩落時の充填粉末２の上昇力が小さく、機械的な摩擦力が小さいため、基材表面が活性化し難いと考えられる。一方、充填粉末量が多くなると、崩落層２ａは薄くなるが、当該崩落層２ａ以外での基材３，…の滞留時間が長くなり、基材３の角が研削されるようになる。このことから、一般的には基材３及び充填粉末２のバレル容器１に対する容量比率（充填率）は50％〜60％が望ましいとされているが、本実施例２によれば、容器内充填率が14.9％のときに、窒化物層の成長速度が最も大きいことが確認できた。
＜実施例３＞
本実施例３では、処理温度が基材表面における窒化物層の生成に与える影響を調べた。
【００４１】
ここでは、Al-Mg/Al2O3配合比を1.0質量％とし、ヒータ１０の設定温度を590，600，610，620，630，640℃に変化させた以外は、実施例１と同様にして本発明の窒化処理を行った。その結果、窒化物層厚さと処理開始温度（処理温度）について、図６に示す関係が得られた。
【００４２】
図６に示すように、基材３の溶融及び充填粉末２の焼結が起こらない範囲（653℃未満）では、処理温度が高い程、窒化物層の成長速度が向上した。ここで図６中の直線は１次近似（最小二乗法）によって求めた。図６を参照して、処理開始温度が653℃では，処理開始直後にアルミニウム（Al）と窒素（N）との反応による急激な発熱が起こり、アルニミウムの融点（659℃）以上に容器内温度が上昇し、基材３が溶融した。尚、処理温度が607℃では基材表面の一部に窒化物層が生成されたが、基材表面の全体に窒化物層が生成しなかったため、図６では処理温度607℃での窒化物層厚さを0μmとしている。
＜実施例４＞
本実施例４では、処理時間が基材表面における窒化物層の生成に与える影響を調べた。
【００４３】
ここでは、Al-Mg/Al2O3配合比を1.0質量％、及び、処理温度を630℃とし、バレル窒化の処理時間を1，3，4，5，6，7hrと変化させた以外は、実施例１と同様にして本発明の窒化処理を行った。その結果、光学顕微鏡写真による観察によれば、処理時間1hr及び3hrでは、窒化物層の生成が確認できなかったが、3.4hrで基材表面の一部に窒化物層が生成され、4hrで基材表面全体に窒化物層が形成され、以下処理時間の延長に伴い、成長していったことが確認できた。
【００４４】
その結果、処理時間4，5，6，7hrで得られた窒化物層のビッカース硬度Hvは、それぞれ533，422，385，299Hvとなり、処理時間の増大と共に減少する傾向が確認できた。これは、別途XRD（Ｘ線回折）によって計測した窒化物層における窒素とアルミニウムの重量比の結果と合致した。即ち、窒化物層において、窒化アルミニウムの含有率が低下する程、該窒化物層のビッカース硬度Hvが低下することも確認できた。
【００４５】
ここでは、窒化物層表面のXRDにより得られた回折ピークの強度からAlN（窒化アルミニウム）及びAl（アルミニウム）の強度比を求めた。ここで、窒化物層（構成相Ｘ）における面指数(hkl)の強度をIX(hkl)と定義し、さらにAlN及びAlの強度比をそれぞれIR,AlN及びIR,Alと定義すると、IR,AlN及びIR,Alは下式１で表される。
【００４６】
【数１】
2010007102.tif 000003
以上の結果を下表１に纏めて示す。
【００４７】
【表１】
2010007102.tif 000004
上表１より、処理時間が7hrを超えると、窒化物層における窒化アルミニウムの含有率（生成率）が低下する。それに伴い、ビッカース硬度Hvが299よりも低下し、硬度や耐摩耗性が不足することが確認できた。
【００４８】
また、各サンプルについてEPMA元素マッピング分析及び線分析によれば、窒化物層中に窒素が一様に分布し、酸素が含まれていないことを確認した。
尚、EPMAによる観察によれば、処理時間3hrでは、基材表面のみが白色となり、当該基材表面にマグネシウム（Mg）の濃化が観察された。これにより当該基材表面にマグネシウムが固溶しており、処理時間4hr以上の窒化処理ではこの固溶層が窒化物層の生成に関与していることが推定できる。
【００４９】
また、得られた窒化物層厚さと窒化処理の処理時間の平方根との関係を図７に示す。図７に示すように、窒化物層厚さは、潜伏期間t0以後は処理時間の平方根に比例して増加していることが判る。またこれより窒化物層の成長は、堆積層ないし窒化物層へのアルミニウム又は窒素の拡散律速によることが確認できた。
【００５０】
さらに図７より、本発明の窒化処理によれば、窒化物層の成長速度は約180μm/hrであり、イオン窒化処理で得られる窒化物層の成長速度0.5μm/hr〜2μm/hrと比較すると、より高速に窒化物層を基材表面に形成できることが確認できた。さらにまた、図７より窒化物層の生成が起こらない潜伏期間t0はt0＝3.4hrであることも確認できた。
【００５１】
尚、本発明は、その技術的思想を逸脱しない範囲で適宜設計変更しうるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態及び実施例では、充填粉末２としてアルミナ粉末（Al2O3粉末）とアルミニウム−マグネシウム合金粉末（Al-Mg合金粉末）との混合物（Al-Mg/Al2O3充填粉末）を用いたが、純粋なアルミナ粉末を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）はバレル容器内における基材及び充填粉末の攪拌状態を示す要部断面図、（ｂ）はバレル容器の揺動角度等を示す説明図。
【図２】アルミニウム材の表面窒化装置を示す装置構成図。
【図３】窒化物層厚さ（μm）とAl-Mg/Al2O3配合比（質量％）との関係を示すグラフ図。
【図４】窒化処理後の基材の表層断面を示す光学顕微鏡写真。
【図５】窒化物層厚さ（μm）と充填粉末量（g）との関係を示すグラフ図。
【図６】窒化物層厚さ（μm）と処理温度（℃）との関係を示すグラフ図。
【図７】窒化物層厚さ（μm）と窒化処理の処理時間の平方根（hr1/2）との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００５３】
１…バレル容器、２…充填粉末（Al-Mg/Al2O3充填粉末）、３…基材（アルミニウム材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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