(57)【要約】      （修正有）【課題】溶射法により窒化鉄皮膜を成膜することおよびその製造方法を提供する。【解決手段】溶射法において、窒素を含む熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させながら、熱プラズマ中に鉄を投入することにより基材上に窒化鉄を主体とする溶射膜を形成する。このとき基材の温度を制御することにより皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下とした状態で溶射膜を形成する。更に、当該溶射膜中の窒化鉄粒子の隙間に鉄が残存しても、窒素を含む熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させながら鉄を投入せずに熱プラズマを照射し、かつ皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下に保つことによって、鉄の窒化を進行させ、窒化鉄の比率の高い緻密な溶射膜とすることができる。  【選択図】図１
2006169584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶射法で成膜してなり、膜厚が１μｍ以上３ｍｍ以下、膜中の窒化鉄が２５モル％以上１００モル％以下で残部が鉄のみからなる窒化鉄溶射膜。
【請求項２】
基材に請求項１の窒化鉄溶射膜を被覆した部材。
【請求項３】
熱プラズマを発生させる部位と基材を保持する部位を有する装置において、窒素を含む熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させながら、該熱プラズマ中に鉄を投入することにより基材上に窒化鉄を主体とする溶射膜を形成する方法であって、基材の温度を制御することにより皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下とすることを特徴とする窒化鉄溶射膜の製造方法。
【請求項４】
減圧容器内で高周波または直流アークにより熱プラズマを発生させる部位と基材を保持する部位を有する装置を用いることを特徴とする請求項３の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４の方法で得られた溶射膜に、窒素を含む熱プラズマの高輝な部分を接触しながら鉄を投入せずに熱プラズマを照射し、かつ皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下に保つ事によって鉄の窒化を進行させ、溶射膜中の鉄を窒化させることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の窒化鉄溶射膜の製造方法。  
【請求項６】
熱プラズマが窒素および水素を含むことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の窒化鉄溶射膜の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性および耐摩耗性などの機械的特性が要求される構造材料としての切削工具、また機械的特性が要求される部品などの被覆に好適な窒化鉄溶射膜、それを被覆した部材及びそれらの製造方法にかかわるものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化鉄は耐食性および耐摩耗性に優れる物性を持つため、従来から耐食性を必要とする装置や部品の表面改質や、工具鋼等における表面硬化に多く用いられている。窒化鉄はこのように優れた物性を有する材料であることから、より幅広く利用するために、金属や酸化物またはセラミックスの基材の上に、窒化鉄の厚膜を形成する技術への要望が高まっている。
【０００３】
これまで報告されている窒化鉄が成膜できた例としては、スパッタ法、ＣＶＤ法による薄膜の場合だけである（たとえば特許文献１、非特許文献１参照）。またスパッタ法やＣＶＤ法では高純度な膜は得られているが、これらの方法で得られる膜は薄い膜であり、耐食性や耐摩耗性が必ずしも十分なものではなかった。  
【０００４】
一方、金属やセラミックスの厚い膜を高速で成膜する方法としては一般には溶射法が知られている。溶射法は主に溶射原料を融解し、当該融解溶射原料を高速で基材にぶつけて堆積させる方法である。溶射法を用いれば一般に数μｍ〜数ｍｍの厚膜作製が可能である。しかし、窒化物、炭化物等の非酸化物を溶射法で成膜しようとした場合、それらの多くが融解する前に分解してしまうため、成膜できないという問題があった。  
【０００５】
しかし、窒化鉄膜を溶射法で形成しようとする試みが全くなされていなかったわけではない。例えば、鉄粉末を原料として、窒素をプラズマガスとして用いた大気圧ガストンネル型プラズマ溶射により窒化鉄を成膜することが試みられている（たとえば非特許文献２参照）。しかし、当該報告には、酸化鉄が形成され、窒化鉄の生成は見られなかったと報告されている。    
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−６９４６１号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｙｕ．Ｇｒａｃｈｅｖ，Ｄ．Ｍ．Ｂｏｒｓａ  ａｎｄ  Ｄ．Ｏ．Ｂｏｅｒｍａ，  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ，Ｖｏｌ．５１６，１５９−１６８（２００２）
【非特許文献２】新妻、移川、小林、プラズマ応用科学、Ｖｏｌ９，１３６−１３８（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、厚膜を得るために用いられる溶射法では、窒化鉄のみからなる、あるいは窒化鉄の比率の高い厚膜を得ることは困難であったため、窒化鉄特有の耐食性、耐摩耗性、高硬度等を発揮しうる厚膜、あるいはそのような厚膜を被覆した部材を得ることができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、鉄の反応性プラズマ溶射において新規な方法を提案することにより、窒化鉄のみからなる、あるいは窒化鉄比率が高く窒化鉄と鉄のみからなる緻密な溶射膜及び溶射膜を被覆した部材を提供することと同時に、その簡便な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上述のような現状に鑑み、鋭意検討を行った結果、窒素を含む熱プラズマを用い、基材が熱プラズマ中に十分に接触する距離、即ち基材が熱プラズマの高輝な部分に触れる条件において、鉄を熱プラズマ中に投入しながら鉄の融点以上でプラズマ溶射をし、かつ皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下に保つことにより、基材上に窒化鉄の含有率が高く、なおかつ緻密な溶射膜が得られることを見出した。また本発明の方法で得られた溶射膜において、当該溶射膜中の窒化鉄粒子の隙間に鉄が残存しても、窒素を含む熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させながら鉄を投入せずに熱プラズマを照射し、かつ皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下に保つ事によって、鉄の窒化を進行させ、窒化鉄の比率の高い緻密な溶射膜とすることができることを見出した。また本発明の方法においては、プラズマガスとして必須である窒素に水素を添加することによって窒化が促進されることを見出した。さらに本発明の方法で得られた窒化鉄の溶射膜を基材上に被覆した部材は、硬度、耐摩耗性、耐食性等に優れることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の窒化鉄溶射膜、窒素化鉄溶射膜を被覆した部材及びその製造方法は、以下に示す効果を有する。
本発明の溶射膜は、窒化鉄の比率が高く、窒化鉄と鉄のみからなる緻密な膜であるため、高硬度を有し、部材に被覆した場合、高い耐摩耗性及び耐食性を発揮できる。
本発明の溶射膜の製造方法は、溶射法だけで窒化鉄を主体とする緻密な溶射膜が製造可能であるため、製造工程が簡便である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の窒化鉄溶射膜について説明する。
【００１２】
本発明の窒化鉄溶射膜は溶射法によって成膜してなる厚膜であり、従来のスパッタ法やＣＶＤ法で得られる薄膜とは異なるものである。その膜厚は１μｍ以上３ｍｍ以下が好ましく、さらに、１００μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。１μｍより薄い膜では摩耗等による耐久性に問題があり、一方３ｍｍを超えてつけることは、本発明の膜を用いる技術領域では一般的に要求されない上に、経済的でない。
【００１３】
本発明の窒化鉄溶射膜は窒化鉄と鉄からなる膜であり、その窒化鉄の含有量は高いことが望ましい。理由としては、窒化鉄含有量が高いほど耐食性、耐摩耗性および硬度の向上効果が高いため、それらの特性を必要とする応用分野、たとえば切削工具等に使用した際に高い性能が発揮されるからである。
【００１４】
窒化鉄の含有量は２５モル％以上、１００モル％以下、好ましくは４０モル％以上できるだけ高いことが好ましい。
窒化鉄の含有量が２５モル％に満たない場合、膜中の鉄の存在量が多くなるため、本発明の目的の性能を発揮する上で好ましくない。一方溶射膜が窒化鉄のみから形成されていれば含有量は１００モル％になる。
【００１５】
また本発明の溶射膜は、窒化鉄を主体とする膜であり、窒化鉄以外の成分としては鉄からなる膜である。
ただし、これらの原料中に不純物が存在し、その不純物に起因して本発明の窒化鉄皮膜と同等の性能を有するものは、本発明から除外されるものではない。
【００１６】
さらに本発明の膜は空気中の酸化によって形成される酸化鉄を含むものを除外するものではなく、通常考えられる範囲で自然に生成する酸化鉄を含む膜も本発明の範囲である。
【００１７】
本発明の溶射膜の組織構造は特に限定されず、緻密な膜から多孔質の膜まであらゆるモルホロジーをとり得る。しかし本発明の目的、即ち耐食性、耐摩耗性等を必要とする用途においては特に空孔を有しない緻密な膜であることが好ましい。
【００１８】
さらに本発明は、上述の窒化鉄溶射膜を基材の上に形成した部材を提供するものである。部材は特に限定されず、ガラス、セラミックス、金属等が利用できる。
【００１９】
次に本発明の溶射膜の製造方法を説明する。
【００２０】
図１、図２に示す装置の一例により本発明の窒化鉄を主体とする溶射膜の製造方法を説明する。
【００２１】
本発明の方法は、熱プラズマを発生させる部位と基材を保持する部位を有する装置に基材を装着して成膜する。
【００２２】
本発明の溶射の条件における圧力は特に限定されず、加圧、常圧、減圧で行うことができる。常圧の場合は、大気圧で行えばよいが、減圧で行う場合には、例えば図１における溶射容器をロータリーポンプ１０７により０．５Ｔｏｒｒ以下まで真空引きをした後、熱プラズマ源の石英管１１３保護のためのアルゴン等のシースガス１０８および窒素とアルゴン等のプラズマガス１０９を導入して２０〜１５０Ｔｏｒｒの圧力として成膜することが例示できる。
【００２３】
図２に大気圧で溶射する装置の例を示す。大気圧で熱プラズマを発生させる部位と基材２５を保持する部位を有する装置において、プラズマガスライン２２より窒素と水素等のプラズマガスを導入し、カソード２０とアノード２１間に電圧をかけることにより直流アークで熱プラズマ２８を発生させることができる。
【００２４】
本発明で用いる溶射膜を形成する基材は特に限定しないが、例えばステンレスや炭素鋼等の金属基材、グラファイト、石英、セラミックス等を図１の基材１０１として用いることができる。用いる基材は溶射膜との密着性を向上するために、表面をブラスト法等により粗くした後、真空槽１０３内の基材ホルダー１０２に装着することが好ましい。
【００２５】
次に本発明の溶射法は熱プラズマを利用するものである。熱プラズマの発生方法は限定しないが、例えば高周波、直流アーク、又は交流アーク等によって生成することが可能である。図１には、高周波コイル１１０に高周波を印加して熱プラズマ１０４を発生させる方法を例示している。
【００２６】
本発明の方法は、窒素を含む熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させながら溶射を行うことを特徴とする。熱プラズマは中心部の高輝な部分とその周辺の低輝な部分で構成されており、本発明では熱プラズマの高輝な部分が基材に接触する条件で溶射することにより、基材上の溶射膜の窒化を促進することができる。ここで言う熱プラズマの高輝な部分とは、上述の手段による気体放電で生成され、少なくとも部分的に電離した数千〜数万度の高温となったガス気流の部分である。熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させるには、例えばサングラスを用いて目視によって熱プラズマの状態を観察しながら、プラズマ発生部位と基材保持部位の間隔を調整することで実現できる。
例えば図１の場合、熱プラズマ１０４の出口と基材１０１の距離（溶射距離）１０６を、基材ホルダー１０２の下部にあるスペーサ１０５により調整し、熱プラズマの高輝な部分が基材に触れる状態で溶射する。このような状態を発現するためには図１の装置の場合では溶射距離１０６を１０〜１００ｍｍ程度とすることが好ましく、特に２０ｍｍから６０ｍｍとすることが好ましい。溶射距離を短くすることにより、熱プラズマの高輝な部分を十分に基材に触れさせて鉄成分の窒化を進めることができ、尚かつ緻密な膜を得ることができる。
【００２７】
図２に示した大気圧で熱プラズマを基材へ照射する場合も、熱プラズマの出口と基材２５の距離（溶射距離）２４を基材の移動により調整し、本発明の方法の特徴である基材へ熱プラズマの高輝な部分が接触する状態で溶射すればよい。この場合は、溶射距離２４を１０〜５０ｍｍ程度とすることが好ましく、特に２０〜４０ｍｍとすることが好ましい。溶射距離を短くすることにより、熱プラズマの高輝な部分を十分に基材に触れさせることができ、鉄成分の窒化を進めることができ、尚かつ緻密な膜が得られる。
【００２８】
本発明の溶射における基材の位置は、熱プラズマが照射される位置、すなわち溶射膜を形成する部分が熱プラズマの高輝な部分に接触する位置であれば良い。基材は固定されていても良いが、基材１０１または２５を前後左右に移動させて、基材全体に熱プラズマを照射し、均一に成膜することが好ましい。この基材の移動は、基材への成膜時に本発明の条件、すなわち溶射部位に熱プラズマの高輝な部分が接触する条件であれば良く、例えば図１の溶射距離１０６で１０〜１００ｍｍが維持できる範囲が例示できる。
【００２９】
上述のように、熱プラズマの高輝な部分が基材に接触する熱プラズマ発生源と基材の距離は、熱プラズマの発生方法等によって異なる。本発明では熱プラズマの高輝な部分が基材に接触していれば良く、熱プラズマ発生源と基材の距離を限定するものではない。
【００３０】
更に本発明では、窒素を含む熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させながら、例えば図１の方法では熱プラズマ１０４中に鉄粉末を投入することにより基材上に窒化鉄を主体とする溶射膜を形成させるが、このとき成膜中の皮膜表面で、熱プラズマの高輝な部分が接触した部位の温度は窒化鉄の分解温度以上となっていても、皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下、即ち６７０℃以下になるように基材温度を制御することが本発明の特徴である。皮膜形成部位の温度を窒化鉄の分解温度以下に制御するためには、直接的には皮膜形成部位の温度を計測する事が必要であるが、皮膜形成はプラズマが照射されている皮膜表面ではなく、更にその基材側の直下においてなされていると考えられ、この部分の温度を計測する事は事実上困難であるが、実験的には溶射皮膜内部および皮膜と基材の界面を窒化鉄の分解温度以下に制御することで、略実現できることが例示される。  
【００３１】
例えば図１の方法において、基材ホルダー１０２を水冷することで基材ホルダーに接して配置された基材１０１を冷却し、皮膜中および皮膜と基材の界面が窒化鉄の分解温度以下になるように制御する。このように皮膜中および皮膜と基材の界面が窒化鉄の分解温度以下になるように基材の温度を制御することで、基材上の鉄の窒化反応が促進され、また皮膜中の皮膜形成部位で形成された窒化鉄膜が分解せずに、緻密な窒化鉄の溶射膜が堆積される。  
【００３２】
本発明では、鉄を窒化するため、熱プラズマ中には窒素を含むことが必須である。前記熱プラズマを形成するガスとしては窒素にアルゴンなどのプラズマの安定性を高めるガスを加えても良いが、特に水素を含むと、膜中の鉄表面の酸化膜が取れて窒化しやすくなるため、好ましい。また、この窒素と水素の混合ガスの代替としてアンモニアガスを用いても良い。
【００３３】
本発明の方法は、窒素を含む熱プラズマ中に鉄を投入することによって溶射膜を形成する。投入する鉄の形状としては、粉末、ペレット、ワイヤー等が例示できるが、特に粉末であることが好ましい。図１は、鉄を粉末の形で供給する方法を例示している。粉末供給器１１１にキャリアガス１１２を導入し、鉄粉末を供給し、窒素を含む熱プラズマ中に投入するが、この時の鉄の供給速度は均一であることが好ましい。
【００３４】
本発明で原料鉄に粉末を用いる場合、粉末の粒径は小さいほうが窒素を含む熱プラズマとの反応性が高いために好ましい。一方、あまり粒径が小さいと流動性が悪くなり、一定速度での供給が困難となるため、原料鉄粉末の粒径としては平均粒径が１μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましい。鉄粉末の平均粒径の測定方法は、一般的な粒度測定装置、例えば光透過型の粒度分布測定装置等で測定することができる。
【００３５】
本発明では上述の溶射で得られた溶射膜に、引き続き窒素、あるいは窒素と水素を含む熱プラズマを、熱プラズマの高輝な部分を基材に接触させる条件で照射することにより、膜中の残存鉄を窒化させ、特に窒化鉄含有率の高い溶射膜を得ることができる。この場合、熱プラズマの照射の目的が、膜中に残存した鉄の窒化であるため、熱プラズマ中に原料鉄を新たに投入しないで照射する。ここで熱プラズマの照射された基材部分における皮膜中および皮膜と基材の界面の温度は上述と同様に窒化鉄の分解温度以下、即ち６７０℃以下であることが好ましい。
【００３６】
本発明の溶射膜は、何層も繰り返し堆積することによって厚い膜を成膜することができるが、例えば図１の方法では基材１０１を前後左右に振りながら基材全体に均一に成膜する際に、基材にまず本発明の条件で一層の溶射層を堆積し、次の層の溶射層を堆積する前に原料鉄を供給しない窒素を含む熱プラズマの照射工程を施し、一層目の膜中に残存する鉄の窒化をさらに促進することができる。後は同様の操作を繰り返し、即ち原料鉄を供給した熱プラズマと原料鉄を供給しない熱プラズマの照射を交互に繰り返すことにより、窒化鉄の含有率の極めて高い溶射膜を得ることができる。ここで、本発明の方法によって複数の溶射層を堆積した後に、鉄を供給しない熱プラズマで仕上げの照射工程を施しても良い。
【実施例】
【００３７】
本発明を実施例にもとづきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３８】
実施例１
図１に示す装置を用い、炭素鋼基材上に窒化鉄溶射膜を成膜した。ブラスト処理し表面を粗面化した１５ｍｍ角の炭素鋼基材１０１を、真空槽１０３内の水冷式基材ホルダー１０２に装着した。溶射距離１０６は６０ｍｍに予め調整した後、ロータリーポンプ１０７により０．５Ｔｏｒｒ以下まで真空引きした。次にシースガス１０８をアルゴン１０Ｌ／分とし、プラズマガス１０９としてアルゴン１０Ｌ／分、窒素２Ｌ／分を導入して６０Ｔｏｒｒの圧力とし、高周波コイル１１０に５ｋＷの電力の高周波を印加して熱プラズマを発生させた。
この条件で発生した熱プラズマの高輝な部分は、炭素鋼基材に十分に接触していた。
基材は基材ホルダーに接して配置し、基材ホルダーを水冷により冷却し、これにより基材を冷却した。このように基材を裏面から冷却しているため、特に予熱は行わない。
【００３９】
次に、粉末供給器１１１にテクノサーブ社製微粉末供給器を用い、アルゴンを１Ｌ／分の流量でキャリアガス１１２として導入し、平均粒径４０μｍの鉄原料粉末を約１ｇ／分で熱プラズマ中に供給した。１５ｍｍ角の基材１０１を４０ｍｍ／秒の速度で前後左右に移動させながら溶射を繰り返し、均一に１０層の溶射層を堆積させた。成膜中のプラズマが照射された部分の温度は放射温度計で測定して１５００℃から１７００℃の範囲であった。基材裏面に接触させた熱電対１１４で測定した基材裏面温度は２００℃であった。
【００４０】
得られた溶射膜は厚み約３００μｍで、X線回折により結晶構造を分析したところＦｅ４Ｎと鉄のピーク強度が観察された。蛍光X線法により組成を分析したところ窒化鉄が４１モル％、鉄が５９モル％であった。また溶射膜の断面のＳＥＭ観察を行った結果、膜組織は緻密であった。
【００４１】
実施例２
窒素流量を０．５Ｌ／分とし、高周波コイル１１０に３ｋＷの電力の高周波を印加して熱プラズマを発生させた他は実施例１の同様の条件で窒化鉄溶射膜を形成した。
溶射中の基材温度は実施例１と同範囲であった。
【００４２】
得られた溶射膜は厚み約３００μｍで、X線回折により結晶構造を分析したところＦｅ４Ｎと鉄のピーク強度が観察された。蛍光X線法により組成を分析したところ窒化鉄が２９モル％、鉄が７１モル％であった。また溶射膜の断面のＳＥＭ観察を行った結果、実施例１と同様に緻密な膜となっていた。
【００４３】
実施例３
プラズマガスとしてさらに０．５Ｌ／分の流量の水素を添加した以外は、実施例１と同様の方法で溶射膜を作製した。
【００４４】
得られた溶射膜は厚み約２００μｍで、X線回折により結晶構造を分析したところＦｅ４Ｎと鉄のピーク強度が観察された。蛍光X線法により組成を分析したところ窒化鉄が５３モル％、鉄が４７モル％であった。また溶射膜の断面のＳＥＭ観察を行った結果、実施例１と同様に緻密な膜となっていた。
【００４５】
比較例１
冷却機能を持たない基材ホルダー１０２を装着した以外は実施例１と同様の条件で窒化鉄溶射膜を形成した。成膜中のプラズマが照射された部分の温度は放射温度計で測定して１５００℃から１７００℃の範囲であった。基材裏面に接触させた熱電対１１４で測定した基材裏面温度は９００℃であった。
【００４６】
得られた溶射膜は厚み約３００μｍで、X線回折により結晶構造を分析したところ鉄のピーク強度のみが観察され、窒化鉄は生成されていなかった。
【００４７】
比較例２
溶射距離を１９０ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で溶射膜を作製した。窒素を含む熱プラズマの高輝な部分は基材に接触しておらず、成膜中のプラズマが照射された部分の温度は放射温度計で測定して４００℃から７００℃の範囲であった。基材裏面に接触させた熱電対１１４で測定した基材裏面温度は１５０℃であった。  
【００４８】
得られた溶射膜は厚み約２００μｍで、X線回折により結晶構造を分析したところＦｅ４Ｎと鉄のピーク強度が観察された。蛍光X線法により組成を分析したところ窒化鉄が１１モル％、鉄が８９モル％であった。
【００４９】
実施例４
図２に示す装置により窒化鉄溶射膜を作製した。炭素鋼を基材２５として表面をブラスト法により粗した後、基材を装置に装着し、溶射距離２４を３０ｍｍとした。次に窒素４０Ｌ／分と水素１０Ｌ／分のプラズマガスを導入して３５ｋＷの電力を供給して熱プラズマを発生させた。
この条件で発生した窒素および水素を含む熱プラズマ２８の高輝な部分は基材に十分に接触していた。
基材裏面に窒素ガスを吹き付けてこれにより基材を冷却した。このように基材を裏面から冷却しているため、特に予熱は行わない。
【００５０】
次に、テクノサーブ社製微粉末供給器により鉄の粉末（平均粒径４０μｍ）を約３ｇ／分で供給し、窒素および水素を含む熱プラズマ中に投入した。１００ｍｍ角の基材２５を１５０ｍｍ／秒の速度で左右に動かし、４ｍｍ／秒の速度で上下の往復運動を繰り返して移動させながら溶射を繰り返し、均一に１０層の溶射層を堆積させた。成膜中のプラズマが照射された部分の温度は放射温度計で測定して１５００℃から１７００℃の範囲であった。基材裏面に接触させた熱電対２９で測定した基材裏面温度は２００℃であった。
【００５１】
得られた溶射膜は厚み約２００μｍで、X線回折により結晶構造を分析したところＦｅ４Ｎと鉄のピーク強度が観察された。蛍光X線法により組成を分析したところ窒化鉄が３３モル％、鉄が６７モル％であった。また溶射膜の断面のＳＥＭ観察を行った結果、緻密な膜となっていた。
【００５２】
実施例５
実施例１〜４、比較例１、２の溶射膜の硬度を加重１００ｇでビッカース硬度計を用いて測定した。硬度は実施例１から実施例４まで各々２５０Ｈｖ、１５０Ｈｖ、３７０Ｈｖ、１１０Ｈｖであり、比較例１で７５Ｈｖ、比較例２で８０Ｈｖであった。窒化鉄含有量の高い本発明の実施例では高い硬度が得られ、特に窒化鉄含有比率の高いものほど相対的に硬度が高くなった。
【００５３】
実施例６
実施例１〜４、比較例１、２の溶射皮膜が形成された試料を温度６０度の王水に浸漬した。１０時間後に目視で確認したところすべての例で基材である炭素鋼は溶解していた。一方溶射膜については、実施例１から４まではそのまま変化無く残っていたが、比較例１、２は残存鉄と見られる部分が選択的に溶解し、表面が粗面化していた。本発明の溶射膜は耐酸化性に優れていることが認められた。  
【産業上の利用可能性】
【００５４】
かかる特徴を有する本発明の窒化鉄溶射膜およびその製造方法は、耐食性および耐摩耗性などの特性が要求される構造材料や部品などの被覆に好適な皮膜として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明における溶射膜を減圧で製造するための装置の一例を示す図である。
【図２】本発明における溶射膜を常圧で製造するための装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１：  基材
１０２：  基材ホルダー
１０３：  真空槽
１０４：  熱プラズマ
１０５：  スペーサ
１０６：  溶射距離
１０７：  ロータリーポンプ
１０８：  シースガス
１０９：  プラズマガス
１１０：  高周波コイル
１１１：  粉末供給器
１１２：  キャリアガス
１１３：  熱プラズマ源の石英管
１１４：  熱電対
２０：  カソード
２１：  アノード
２２：  プラズマガスライン
２３：  粉末供給ライン
２４：  溶射距離
２５：  基材
２６：  溶射膜
２７：  直流電源
２８：  熱プラズマ
２９：  熱電対
【図１】
2006169584.tif 000003
【図２】
2006169584.tif 000004