(57)【要約】【構成】鋼または鋼合金からなる基材にチタンおよび窒化物を拡散する改良拡散方法である。全体として、基材の組成は、少なくとも約１．９５％以上のバナジウムおよび約４．１％未満のクロムからなり、コバルトが存在する。拡散方法は、全体として、このような基材を準備し、二酸化ナトリウムと、シアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択した塩とを含有する塩浴を用意し、チタン化合物の電解によって生成した金属クロムを塩浴に分散し、約４３０℃〜約６７０℃の範囲にある温度に塩浴を加熱し、約１０分間〜約２４時間の時間塩浴に基材を浸漬する。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼または鋼合金からなる基材を準備し、
バナジウム含有量が約１．９５％以上になるように基材組成を選択し、
二酸化ナトリウムと、シアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択した塩とを含有する塩浴を準備し、
チタン化合物の電解によって形成した金属チタンを塩浴に分散し、
約４３０℃〜約６７０℃の温度範囲に塩浴を加熱し、そして
約１０分間〜約２４時間の時間基材を塩浴に浸漬することからなるチタンおよび窒化物を基材に拡散することを特徴とする拡散方法。
【請求項２】
さらに、上記基材中のバナジウム含有量を増やして、上記基材へのチタンおよび窒化物の拡散を促進する工程を有する請求項１に記載の拡散方法。
【請求項３】
さらに、コバルトを含有するように上記基材の組成を選択する工程を有し、上記基材中のコバルトの存在によって上記基材へのチタンおよび窒化物の拡散を促進する請求項１に記載の拡散方法。
【請求項４】
さらに、上記基材中のクロムの量を制限する工程を有する請求項１に記載の拡散方法。
【請求項５】
上記基材中のクロムの量を約４．１％未満にする請求項４に記載の拡散方法。
【請求項６】
Ｍ３および高品質高速鋼、Ｔ４および高品質高速鋼、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１９、Ｈ２１、Ｐ２０、Ｓｈｅｌｌ−Ｘ、ＦＸ、ＣＸを始めとする高品質の熱間成形／ダイカスト鋼、および冷間成形鋼からなる群から上記基材を選択する請求項１に記載の拡散方法。
【請求項７】
鋼または鋼合金からなる基材を準備し、
クロム含有量が約４．１％未満になるように基材組成を選択し、
二酸化ナトリウムと、シアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択した塩とを含有する塩浴を準備し、
チタン化合物の電解によって形成した金属チタンを塩浴に分散し、
約４３０℃〜約６７０℃の温度範囲に塩浴を加熱し、そして
約１０分間〜約２４時間の時間基材を塩浴に浸漬することからなるチタンおよび窒化物を基材に拡散することを特徴とする拡散方法。
【請求項８】
上記基材中のクロム量を制限して、上記基材へのチタンおよび窒化物の拡散を促進する請求項７に記載の拡散方法。
【請求項９】
さらに、コバルトを含有するように上記基材の組成を選択する工程を有し、上記基材中のコバルトの存在によって上記基材へのチタンおよび窒化物の拡散を促進する請求項７に記載の拡散方法。
【請求項１０】
さらに、上記基材中のバナジウム含有量を増やして、上記基材へのチタンおよび窒化物の拡散を促進する工程を有する請求項７に記載の拡散方法。
【請求項１１】
上記基材中のバナジウムの量を約１．９５％以上にする請求項１０に記載の拡散方法。
【請求項１２】
Ｍ３および高品質高速鋼、Ｔ４および高品質高速鋼、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１９、Ｈ２１、Ｐ２０、Ｓｈｅｌｌ−Ｘ、ＦＸ、ＣＸを始めとする高品質の熱間成形／ダイカスト鋼、および冷間成形鋼からなる群から上記基材を選択する請求項７に記載の拡散方法。
【請求項１３】
鋼または鋼合金からなる基材を準備し、
コバルトを含むように基材組成を選択し、
二酸化ナトリウムと、シアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択した塩とを含有する塩浴を準備し、
チタン化合物の電解によって形成した金属チタンを塩浴に分散し、
約４３０℃〜約６７０℃の温度範囲に塩浴を加熱し、そして
約１０分間〜約２４時間の時間基材を塩浴に浸漬することからなるチタンおよび窒化物を基材に拡散することを特徴とする拡散方法。
【請求項１４】
上記基材中のクロム量を制限して、上記基材へのチタンおよび窒化物の拡散を促進する請求項１３に記載の拡散方法。
【請求項１５】
さらに、上記基材中のバナジウム含有量を増やして、上記基材へのチタンおよび窒化物の拡散を促進する工程を有する請求項１３に記載の拡散方法。
【請求項１６】
上記基材中のバナジウムの量を約１．９５％以上にする請求項１５に記載の拡散方法。
【請求項１７】
Ｍ３および高品質高速鋼、Ｔ４および高品質高速鋼、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１９、Ｈ２１、Ｐ２０、Ｓｈｅｌｌ−Ｘ、ＦＸ、ＣＸを始めとする高品質の熱間成形／ダイカスト鋼、および冷間成形鋼からなる群から上記基材を選択する請求項１３に記載の拡散方法。
【請求項１８】
鋼または鋼合金からなるとともに、約１．９５％以上のバナジウムを含有するか、コバルトを存在させた基材、および
基材にチタンを存在させた場合には、これに加えて基材に拡散したチタン成分からなることを特徴とする処理製品。
【請求項１９】
上記基材が、さらに、約４．１％未満のクロムからなる請求項１８に記載の処理製品。
【請求項２０】
Ｍ３および高品質高速鋼、Ｔ４および高品質高速鋼、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１９、Ｈ２１、Ｐ２０、Ｓｈｅｌｌ−Ｘ、ＦＸ、ＣＸを始めとする高品質の熱間成形／ダイカスト鋼、および冷間成形鋼からなる群から上記基材を選択する請求項１８に記載の処理製品。
【請求項２１】
鋼または鋼合金からなるとともに、約４．１％未満のクロムを含有する基材、および
基材にチタンを存在させた場合には、これに加えて基材に拡散したチタン成分からなることを特徴とする処理製品。
【請求項２２】
上記基材が、さらに、コバルトを含有する請求項２１に記載の処理製品。
【請求項２３】
上記基材が、さらに、約１．９５％以上のバナジウムからなる請求項２１に記載の処理製品。
【請求項２４】
Ｍ３および高品質高速鋼、Ｔ４および高品質高速鋼、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１９、Ｈ２１、Ｐ２０、Ｓｈｅｌｌ−Ｘ、ＦＸ、ＣＸを始めとする高品質の熱間成形／ダイカスト鋼、および冷間成形鋼からなる群から上記基材を選択する請求項２１に記載の処理製品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
Ｐｈｉｌｏｓ  Ｊｏｎｇｈｏ  ＫｏおよびＢｏｎｇｓｕｂ  Ｓａｍｕｅｌ  Ｋｏを発明者とし、“含有量選択によって鋼または鋼合金へチタンおよび窒化物を拡散する改良拡散方法”を発明の名称とし、２００６年１０月６日に出願された米国仮出願第６０／８２８，５４７号の優先権を主張するものである。なお、これは、本明細書に援用するものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全体としては、鋼または鋼合金にチタンおよび窒化物を拡散する方法に関する。具体的には、本発明は、含有量選択によって鋼または鋼合金へチタンおよび窒化物を拡散する改良拡散方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、電解チタンの存在下で鋼または鋼合金にチタンおよび窒化物を拡散する低温拡散方法に関する。従来の表面処理方法の２つの欠点である、材料の反り、および材料の捩れを防止または緩和する点で、低温方法は有利である。一般的に、チタンは、非常に高い引っ張り強度（または靭性）およびすぐれた耐腐食性をもつ全体として不活性な軽量材料として知られている。従って、不活性な性質、高い硬度、高い引っ張り強度、および高い耐久性の理由から、チタンおよび窒化物を拡散した鋼製品または鋼合金製品は、民生用、生医学、宇宙工学、防衛産業、自動車工業、宝石分野、工具分野、工具製造、銃器製造などを始めとする各種分野で利用できるものである。
【０００４】
本明細書で援用され、本明細書の一部を構成するＵＳＰ６，６４５，５６６号公報には、鋼、鋼合金、アルミ、アルミ合金、チタンおよびチタン合金を始めとする各種基材にチタンおよび窒化物を拡散する方法が開示されている。ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報には、方法自体の操作によって効果を強化する各種実施態様が記載されているが、被処理基材の含有量の選択することは記載されていない。
【０００５】
ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載の方法の場合、多量の化学薬品を使用し、かつ数多くの処理条件を適用する必要があるため、方法の実施が面倒であることが多く、被処理各基材の効果を最適化することが難しい。従って、方法を変更することなく、被処理基材の含有量を選択することによってＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されている方法の効率を改良することが望まれている。即ち、方法自体を変更することなく、上記方法の効率を改良するためには、所望組成の基材を提供するだけでよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳＰ６，６４５，５６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
即ち、本発明の目的は、被処理基材の成分含有量を選択することによって、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されている方法の効率を改良することである。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、被処理鋼または鋼合金の成分含有量を選択することによって、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されている方法の効率を改良することである。
【０００９】
本発明の特徴の組み合わせを含む、本発明の好適な実施態様の上記作用効果および上記以外の作用効果については、以下の説明から明らかになるはずである。なお、以下の説明から明らかになると思われる所期の作用効果を始めとする本発明のすべての作用効果を達成しなくても、方法または構成は、特許請求の範囲に記載した発明に該当するものである。本発明の要旨を決定するものは、これらの所期の作用効果ではなく、特許請求の範囲である。これら任意の作用効果、および全ての作用効果は、必ずしも本発明の全体ではなく、発明の複数の実施態様から誘導されるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
特許請求の範囲に記載されている本発明の目的からみて、本発明は、鋼または鋼合金からなる基材にチタンおよび窒化物を拡散する改良拡散方法を提供するものである。ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報には、具体的に、鋼および鋼合金、例えば、ＳＫＳ、ＳＵＳ３０４、ＳＫＨ−９、ＳＵＳ、４２０Ｊ２、Ｓ３５Ｃ、ＳＣＭ４、ＳＫＤ−１１、ＳＫＤ−６１、ＳＡＣＭ１、Ｓ２５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＳ４１、ＳＫ、ＳＫＳ、ＳＣＭ、ＳＮＣ、およびＤ２にチタンおよび窒化物を拡散する拡散方法が記載されている。鋼および鋼合金は、一般的には、鉄、炭素からなり、場合に応じて他の元素を含有するものである。本発明の各実施態様では、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されているように方法の操作を変更するのではなく、鋼または鋼合金中の各種元素を選択することによって方法の効率を改良する。より具体的には、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されている方法について、鋼または鋼合金基材の組成を約１．９５％以上のバナジウム、約４．１％未満のクロム、およびコバルトのうち少なくとも一種含むように選択することによって改良することである。
【００１１】
即ち、本発明方法の場合、全体としては、鋼または鋼合金基材を用意する工程を含む。鋼または鋼合金基材については、約１．９５％以上のバナジウムおよび約４．１％未満のクロムのうち少なくとも１種を含み、そして少なくともコバルトが存在するように選択する。二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択された塩を含有する塩浴を用意する。チタン化合物の電解によって形成した金属チタンを塩浴に分散する。約４３０℃〜約６７０℃の範囲にある温度に塩浴を加熱する。約１０分間〜約２４時間の時間塩浴に選択した基材を浸漬する。
【００１２】
別な態様によれば、本発明は、チタン成分を拡散し、約１．９５％以上のバナジウムおよび約４．１％未満のクロムのうち少なくとも１種を含み、そして少なくともコバルトが存在するように選択した鋼または鋼合金基材からなる処理製品を提供するものである。この処理製品は、全体として、上記方法によって製造される。
【００１３】
なお、本発明は、単独で、および／または他の態様または特徴と組み合わされた状態で有用な多数の異なる態様または特徴を有するものである。即ち、本概要は、本明細書の、あるいは今後提出される予定の明細書の特許請求の範囲に記載される各態様または各特長を制限するものではなく、以下に記載するより詳しい説明の理解に役立つ本発明態様の概要を示すものである。本発明の範囲は、以下に記載する具体的な実施態様に制限されるものではなく、本明細書の特許請求の範囲、あるいは今後提出される予定の特許請求の範囲に記載されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本明細書全体を通して、添付図面について説明を行うものである。なお、同一要素は、同一符号で示す。
【００１５】
図１は、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されているチタン／窒化物拡散方法で処理した鋼の横断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【００１６】
図２は、本発明の一態様によるチタン／窒化物拡散方法で処理した鋼の横断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【００１７】
図３は、本発明の別な態様によるチタン／窒化物拡散方法で処理した鋼の横断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は多くの異なる形態で、そして各種の組み合わせで実施可能であるが、以下、いくつかの実施態様に焦点を絞って説明することにする。これは、以下の実施態様が本発明の原理の具体例であって、本発明の広い範囲を制限するものではないことを理解してもらうためである。
【００１９】
本発明の一実施態様では、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴を使用する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、基材の金属を塩浴に約１０分間〜約２４時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から基材に約２０〜約１００μの量で拡散する。
【００２０】
上記方法自体の操作を変えることなく、この方法の効率を改善するために、所望の組成の鋼または鋼合金を用意することができる。例えば、鋼または鋼合金の成分含有量を選択することによって、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報記載の方法の効率を改善することができる。例えば、バナジウムおよびコバルトを基材の鋼または鋼合金に添加すると、チタンおよび窒化物の拡散を強化することができる。一方、クロムを添加すると、チタンおよび窒化物の基材への拡散を抑制することができる。
【００２１】
より具体的には、一つの実施態様の場合、鋼または鋼合金にバナジウムを添加すると、チタンおよび窒化物をより深く、かつより均一に拡散することができる。バナジウムを添加する場合には、鋼または鋼合金の組成が約１．９５％以上の、より好ましくは約２．５％〜約４．５％のバナジウムを含むように添加すればよい。別な実施態様の場合、鋼または鋼合金にコバルトを添加すると、チタンおよび窒化物をより深く、かつより均一に拡散することができる。また、コバルトを添加する場合、鋼または鋼合金の組成が約２％以上の、より好ましくは約２％〜約１４％のコバルトを含むように添加すればよい。さらに別な実施態様の場合、クロムの量を制限して、チタンおよび窒化物をより深く、かつより均一に拡散することができる。クロムについては、鋼または鋼合金の組成が約４．１％未満の、より好ましくは約２％〜約３．８％のクロムを含むように添加すればよい。
【００２２】
上記の好ましい特性の一つかそれ以上をもつ鋼または鋼合金を例示すれば、限定するわけではないが、Ｍ３および高品質高速鋼（例えば、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ７、Ｍ３５、Ｍ４２、Ｍ４８、Ｍ６２など）；Ｔ４および高品質高速鋼（Ｔ４、Ｔ８、Ｔ１５）；Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１９、Ｈ２１、Ｐ２０、Ｓｈｅｌｌ−Ｘ、ＦＸ、ＣＸを始めとする高品質の熱間成形／ダイカスト鋼、および冷間成形鋼（例えば、Ｓｌｅｉｐｎｅｒ、ＤＣ５３）がある。驚くべきことに、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されている鋼および鋼合金の代わりに、上記の鋼および鋼合金を選択すると、上記方法の効率が改善することが、即ちチタンおよび窒化物がより深くかつより均一に拡散することがわかった。具体的には、鋼または鋼合金に添加配合するバナジウムおよび／またはコバルトの量を増やすと、チタンおよび窒化物の基材への拡散作用が強くなる。ところが、鋼合金に通常添加される他の元素（例えば、タングステン、モリブデンなど）の量は、方法の効率を高くするものではない。
【００２３】
本発明の一実施態様は、上記のように、チタンおよび窒化物を鋼または鋼合金系基材に拡散する方法であって、鋼または鋼合金系基材を選択し、二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択された塩を含有する塩浴を用意し、チタン化合物の電解によって形成した金属チタンを塩浴に分散し、約４３０℃〜約６７０℃の範囲にある温度に塩浴を加熱し、そして約１０分間〜約２４時間、好ましく約２時間〜約１０時間の時間塩浴に選択した基材を浸漬することからなる方法を含むものである。この場合、塩浴に、二酸化炭素ナトリウム、炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムからなる群から選択した塩を約１５〜約２０ｗ／ｗ％添加配合するのが好ましい。有利な浸漬温度は、約５００℃〜約６５０℃、好ましくは約５３０℃〜約６３０℃である。
【００２４】
この方法により、選択した鋼または鋼合金基材にチタンおよび窒化物が拡散する。驚くべきことに、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されている鋼および鋼合金の代わりに、上記の鋼および鋼合金を選択すると、上記方法の効率が改善することが、即ちチタンおよび窒化物がより深くかつより均一に拡散することがわかった。
【００２５】
さらに、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報には、基材の浸漬時間が約２時間〜約１０時間、好ましくは約２時間〜約６時間であることが記載されている。この浸漬時間は、一般に、チタンおよび窒化物が具体的な鋼、アルミおよびチタンに十分拡散させるのに十分な時間である。驚くべきことに、浸漬の１０分後に直ちに選択された鋼または鋼合金への浸漬が発生する。さらに、金属基材を塩浴に浸漬する時間を長くし、チタンおよび窒化物の拡散を強化することが好ましい。
【実施例１】
【００２６】
図１は、ＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されているチタン／窒化物拡散方法で処理した鋼製品を示す図である。予め処理した鋼は、全体として、約０．９％のバナジウムおよび約１２％のクロムを含有する。この組成の鋼は、一般に、Ｄ２タイプ鋼と呼ばれている。
【００２７】
活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から鋼製品に約２０〜約１００μの量で拡散する。
【００２８】
図１に、チタンおよび窒化物の拡散状態を示すが、より軽量な材料は暗くなっている。この暗い部分は、鋼構造の粒子間の間隙を充填したチタンおよび窒化物に対応する。即ち、（例えば、チタンおよび窒化物が鋼製品に拡散している）拡散層１０および（例えば、チタンおよび窒化物が鋼製品に拡散してない）非拡散層１２が図示されている。図示の場合、拡散層１０の厚みは、約６５μｍである。なお、図示のように、拡散層と非拡散層との間の中間部分１４は、明るい部分と暗い部分とのコントラストによってむしろ分断しているように見える。さらに、中間部分１４は、全体として、複数のルート（ｒｏｏｔ）からなる。
【実施例２】
【００２９】
図２は、本発明の一態様のチタン／窒化物拡散方法で処理した鋼製品を示す図である。鋼製品の含有量については、バナジウム含有量を約１．９５％に高め、クロム含有量が約４．１％に制限されるように選択する。この組成をもつ鋼は、一般に、Ｍ２タイプ鋼として知られている。Ｍ２タイプ鋼はＵＳＰ６，６４５，５６６号公報に記載されているが、本実施例では、鋼または鋼合金のバナジウム含有量を高くして、方法効率を改善している。なお、Ｍ３および高品質高速鋼の場合、一般に、Ｍ２タイプ鋼よりもバナジウム含有量が高く、クロム含有量が低い。
【００３０】
選択鋼製品を実施例１と同様な条件で処理する。具体的には、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から選択鋼製品に約２０〜約１００μの量で拡散する。
【００３１】
図２に、チタンおよび窒化物の拡散状態を示すが、より軽量な材料は暗くなっている。この暗い部分は、鋼構造の粒子間の間隙を充填したチタンおよび窒化物に対応する。即ち、（例えば、チタンおよび窒化物が鋼製品に拡散している）拡散層２０および（例えば、チタンおよび窒化物が鋼製品に拡散してない）非拡散層２２が図示されている。
【００３２】
図１の鋼（約６５μｍ）と比較した場合、同じ約６時間の浸漬時間でも、図２の選択鋼にはチタンおよび窒化物がより深く（約１００μｍ）拡散している。即ち、図２の拡散層２０のほうが、図１の拡散層１０よりも大きい。
【００３３】
なお、拡散層２０と非拡散層２２との間の中間層２４は、明るい部分と暗い部分とのコントラストによって、均質性が高いように見える。例えば、拡散層２０の場合、図１に示すように分断部分１４をもつというよりは、非拡散層２２に徐々に連続している（例えば、暗い部分から明るい部分への連続性）。図２の拡散層２０と非拡散層２２との間の中間部分２４にはルートが見られず、拡散の深度および均一性が改善していることを示している。
【実施例３】
【００３４】
図３は、本発明の一態様のチタン／窒化物拡散方法で処理した鋼製品を示す図である。鋼製品の含有量については、バナジウム含有量を約４％に高め、クロム含有量が約４％に制限されるように選択する。この組成をもつ鋼は、一般に、Ｍ４タイプ鋼として知られている。
【００３５】
選択鋼製品を実施例１および２と同様な条件で処理する。具体的には、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの選択鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、選択鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から選択鋼製品に約２０〜約１００μの量で拡散する。
【００３６】
図３に、チタンおよび窒化物の拡散状態を示すが、より軽量な材料は暗くなっている。この暗い部分は、鋼構造の粒子間の間隙を充填したチタンおよび窒化物に対応する。即ち、（例えば、チタンおよび窒化物が鋼製品に拡散している）拡散層３０および（例えば、チタンおよび窒化物が鋼製品に拡散してない）非拡散層３２が図示されている。
【００３７】
図２の選択鋼（約１００μｍ鋼）および図１の選択鋼（約６５μｍ）と比較した場合、同じ約６時間の浸漬時間でも、図３の選択鋼にはチタンおよび窒化物がより深く（約１２０μｍ）拡散している。即ち、図３の拡散層３０のほうが、図２の拡散層２０または図１の拡散層１０よりも大きい。
【００３８】
なお、拡散層３０と非拡散層３２との間の中間層３４は、明るい部分と暗い部分とのコントラストによって、均質性が高いように見える。例えば、拡散層３０の場合、図１に示すように分断部分１４をもつというよりは、非拡散層３２に徐々に連続している（例えば、暗い部分から明るい部分への連続性）。図３の拡散層３０と非拡散層３２との間の中間部分３４にはルートが見られず、拡散の深度および均一性が改善していることを示している。
【実施例４】
【００３９】
本実施例の鋼製品の含有量については、バナジウム含有量が１．９５％未満から４％以上になるように選択する。選択鋼製品を実施例１、２および３と同様な条件で処理する。具体的には、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの選択鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、選択鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から選択鋼製品表面に拡散する。比較用鋼製品も同様に処理する。処理後の両鋼製品を比較した場合、選択鋼製品のほうが、比較品よりもチタン拡散度が大きかった。
【実施例５】
【００４０】
クロム含有量が４．１％以上から約３．８％に低くなるように鋼製品の組成を選択した。選択鋼製品を実施例１〜４と同様な条件で処理する。具体的には、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの選択鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、選択鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から選択鋼製品表面に拡散する。比較用鋼製品も同様に処理する。処理後の両鋼製品を比較した場合、選択鋼製品のほうが、比較品よりもチタン拡散度が大きかった。
【実施例６】
【００４１】
約８％のコバルトが添加配合された鋼製品組成を選択した。選択鋼製品を実施例１〜５と同様な条件で処理する。具体的には、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの選択鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、選択鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から選択鋼製品表面に拡散する。コバルトを含有しない比較用鋼製品も同様に処理する。処理後の両鋼製品を比較した場合、選択鋼製品のほうが、比較品よりもチタン拡散度が大きかった。
【実施例７】
【００４２】
タングステンを異なる含有量で含む鋼製品の組成を選択した。選択鋼製品を実施例１〜６と同様な条件で処理する。具体的には、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの選択鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、選択鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から選択鋼製品表面に拡散する。比較用鋼製品も同様に処理する。処理後の両鋼製品を比較した場合、選択鋼製品と、比較品のチタン拡散量は同じであった。
【実施例８】
【００４３】
モリブデンを異なる含有量で含む鋼製品の組成を選択した。選択鋼製品を実施例１〜７と同様な条件で処理する。具体的には、活性化電解金属チタンを含有する、穏やかに加熱された非電解塩浴にこの選択鋼製品を浸漬する。約１５〜約２０ｗ／ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、または塩化ナトリウムを含有する塩浴に、約８０〜約８５ｗ／ｗ％の量の二酸化ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムおよびシアン酸カリウムからなる群から選択される塩を存在させる。この塩浴に、約２〜約２０μｇの電解金属チタンを添加する。約４３０℃〜約６７０℃の温度で、選択鋼製品を塩浴に約６時間浸漬する。電解チタンの触媒作用により、チタンおよび窒化物が塩浴から選択鋼製品表面に拡散する。比較用鋼製品も同様に処理する。処理後の両鋼製品を比較した場合、選択鋼製品と、比較品のチタン拡散量は同じであった。
【００４４】
以上の各実施例から理解できるように、鋼または鋼合金中のバナジウムおよび／またはコバルトの量を増やすと、チタンおよび窒化物の基材への拡散を促進することができる。また、鋼または鋼合金中のクロムの量を制限すると、チタンおよび窒化物の基材への拡散を促進することができる。対照的に、鋼合金に通常添加配合される他の元素（例えば、タングステン、モリブデンなど）の量を選択変更しても、方法効率に影響することはない。
【００４５】
本発明を限定的な態様について説明してきたが、この説明に制限する意図はない。むしろ、発明の真の精神、中心的な特徴および範囲から逸脱しなくても、以上説明し、かつ特許請求の範囲に記載した各特長の組み合わせを始めとする各種の変更や改変を各実施態様に加えることができる。さらに、当業者ならば、これら変更や改変は、特許請求の範囲に記載した要件の一つ以上と等価であり、特許請求の範囲に法によって許される最大限の範囲で記載されていることを理解できるはずである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、鋼および鋼合金分野において顕著な作用効果を発揮するものである。
【符号の説明】
【００４７】
１０、２０，３０：拡散層
１２、２２、３２：非拡散層
１４、２４、３４：中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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