(57)【要約】【構成】本発明は基質を基材に拡散する改良方法である。この方法は通常、触媒とともに基質を有する塩浴に基材を導入するために利用される。基材の活性化エネルギーを十分に下げる所定量の触媒および目的の塩浴温度を設定すると、基質が基材の表面に容易に拡散する。にもかかわらず、基材内部の一部の物質が基材の表面への基質の拡散を抑制することができる。従って、このような基材へのこのような基質の拡散を抑制するこのような所定の物質の浸出を十分に促進するように所定量の触媒および目的の塩浴温度を設定する。浸出した物質は拡散した基質によって実質的に置換される。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基質および窒化物を基材に拡散する方法において、
前記基材への前記基質の拡散を抑制する少なくとも一つの物質を有する基材を用意し、
炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を有する塩浴を用意し、
前記塩浴に所定量の基質および所定量の触媒を分散し、この所定量の触媒が前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記基質の拡散を抑制する前記物質の浸出を十分に促進し、
前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記基質の拡散を抑制する前記物質の浸出を十分に促進する温度に前記塩浴を加熱し、そして
前記基材に前記基質を十分に拡散する時間前記基材を前記塩浴に浸漬して、前記基材の歪みや変形を防止した状態で、浸出した前記物質を前記基質で実質的に置換することからなることを特徴とする前記拡散方法。
【請求項２】
チタンおよび窒化物を基材に拡散する方法において、
前記基材への前記チタンの拡散を抑制する少なくとも一つの物質を有する基材を用意し、
炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を有する塩浴を用意し、
前記塩浴にチタン化合物の電解によって形成した所定量のチタンを分散し、この所定量の電解チタンが前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記チタンの拡散を抑制する前記物質の浸出を十分に促進し、
前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記チタンの拡散を抑制する前記物質の浸出を十分に促進する温度に前記塩浴を加熱し、そして
前記基材に前記チタンを十分に拡散する時間前記基材を前記塩浴に浸漬して、前記基材の歪みや変形を防止した状態で、浸出した前記物質を前記チタンで実質的に置換することからなることを特徴とする前記拡散方法。
【請求項３】
チタンおよび窒化物を３００系ステンレス鋼基材に拡散する方法において、
前記基材へのチタンの拡散を抑制する量のクロムを有する３００系ステンレス基材を用意し、
炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を有する塩浴を用意し、
前記塩浴に、この塩浴における電解チタンの濃度が約０．００５％〜約０．０１０％になるように、約４０μｇ〜約６０μｇの電解チタンを分散し、この所定量の電解チタンが前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記チタンの拡散を抑制する前記物質の浸出を十分に促進し、
前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記クロムの浸出を十分に促進する５９０℃以上の温度に前記塩浴を加熱し、そして
前記３００系ステンレス鋼基材に前記チタンを十分に拡散する約１０分〜約９０分の時間前記３００系ステンレス鋼基材を前記塩浴に浸漬して、前記３００系ステンレス鋼基材の歪みや変形を防止した状態で、浸出した前記クロムを前記チタンで実質的に置換することからなることを特徴とする前記拡散方法。
【請求項４】
前記浸漬温度が約６００℃〜約６２０℃である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記浸漬時間が約１０分〜約２０分である請求項３に記載の方法。
【請求項６】
チタンおよび窒化物を４００系ステンレス鋼基材に拡散する方法において、
前記基材へのチタンの拡散を抑制する量のクロムを有し、さらに所定のコア硬度をもつ４００系ステンレス鋼基材を用意し、
炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を有する塩浴を用意し、
前記塩浴に、この塩浴における電解チタンの濃度が約０．００５％〜約０．０１０％になるように、約４０μｇ〜約６０μｇの電解チタンを分散し、この所定量の電解チタンが前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記チタンの拡散を抑制する前記クロムの浸出を十分に促進し、
前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記クロムの浸出を十分に促進し、かつ前記４００系基材の元の焼き戻し処理条件を維持する４３０℃以上の温度に前記塩浴を加熱し、そして
前記４００系ステンレス鋼基材に前記チタンを十分に拡散する約１０分〜約９０分の時間前記４００系ステンレス鋼基材を前記塩浴に浸漬して、前記４００系ステンレス鋼基材の歪みや変形を防止した状態で、浸出した前記クロムを前記チタンで実質的に置換することからなることを特徴とする前記拡散方法。
【請求項７】
前記浸漬温度が約４３０℃〜約５００℃である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記浸漬時間が約１０分〜約３０分である請求項６に記載の方法。
【請求項９】
チタンおよび窒化物を３００系ステンレス鋼基材に拡散する方法において、
前記基材へのチタンの拡散を抑制する量のクロムを有し、かつ所定のコア硬度をもつ３００系ステンレス基材を用意し、
炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を有する塩浴を用意し、
前記塩浴に、この塩浴における電解チタンの濃度が約０．００５％〜約０．０１０％になるように、約４０μｇ〜約６０μｇの電解チタンを分散し、この所定量の電解チタンが前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記チタンの拡散を抑制する前記クロムの浸出を十分に促進し、
前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記クロムの浸出を十分に促進する６８０℃以上の温度に前記塩浴を加熱し、そして
前記３００系ステンレス鋼基材に前記チタンを十分に拡散する約１０分〜約３０分の時間前記３００系ステンレス鋼基材を前記塩浴に浸漬して、前記３００系ステンレス鋼基材の歪みや変形を防止した状態で、浸出した前記クロムを前記チタンで実質的に置換することからなることを特徴とする前記拡散方法。
【請求項１０】
前記浸漬温度が約６８０℃〜約７００℃である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記浸漬時間が約１０分〜約３０分である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
チタンおよび窒化物をステンレス鋼基材に分散し、得られた拡散基材を研磨する方法において、
前記基材への前記チタンの拡散を抑制する量のクロムを有し、さらに所定のコア硬度をもつステンレス鋼基材を用意し、
炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を有する塩浴を用意し、
前記塩浴に電解チタンを分散し、前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記基材への前記チタンの拡散を抑制する前記物質の浸出を十分に促進し、
前記基材の活性化エネルギーを十分に下げるとともに、前記クロムの浸出を十分に促進する温度に前記塩浴を加熱し、そして
前記ステンレス鋼基材を前記塩浴に浸漬して、前記ステンレス鋼基材の歪みや変形を防止した状態で、浸出した前記クロムを前記チタンで実質的に置換し、そして
前記チタンの拡散後前記基材を研磨することからなることを特徴とする前記方法。
【請求項１３】
酸化クロム研磨化合物を使用して、前記基材を研磨する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化クロム研磨化合物の粒子サイズが２μｍ未満である請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸化クロム研磨化合物の粒子サイズが約０．５〜約１μｍである請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
コットンドーメットフランネルタイプのポリッシングホイールを約３，０００ｒｐｍ〜約５，０００ｒｐｍの研磨速度で使用して前記基材を研磨する請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記研磨速度が約３，５００ｒｐｍ〜約４，５００ｒｐｍである請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願に関する相互参照】
【０００１】
本出願は２０１２年５月４日に出願され、“基質を基材に拡散するための改良方法”を発明の名称とする米国仮特許出願第６１/６４２，７５９号、２０１２年５月４日に出願され、“チタンをステンレス鋼基材に拡散するための改良方法”を発明の名称とする米国仮特許出願第６１/６４２，７６８号、および２０１２年５月４日に出願され、“チタンが内部に拡散しているステンレス鋼製品を研磨する方法”を発明の名称とし、そしてＰｈｉｌｏｓ  Ｊｏｎｇｈｏ  ＫｏおよびＢｏｎｇｓｕｂ  Ｓａｍｕｅｌ  Ｋｏを発明者とする米国仮特許出願第６１/６４２，７８１号の優先権を主張する出願である。これら公報の開示全体を本明細書に援用するものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、全体として基質（substrate）を基材（base material）に拡散する（diffusing）方法および得られた製品を研磨する方法に関する。一つの実施例は、基質（substrate）を触媒とともに有する塩浴（salt bath）に基材を導入する（introducing）方法に関する。基材の活性化エネルギーを十分に下げ、基質が基材の表面に十分に拡散できる所定量の触媒および所望（目的）の塩浴温度を設定する。また、基材からの所定物質の浸出を十分に促進し、基質のこのような基材への拡散を十分に抑制できる所定量の触媒および目的の塩浴温度を設定する。
【０００３】
ＵＳＰ６，６４５，５６６には、鋼、鋼合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンおよびチタン合金を始めとするさまざまな基材にチタンおよび窒化物を拡散する方法が記載されている。またＵＳＰ６，６４５，５６６にはこの方法の効果を改善するための各種の実施態様が記載されている。この改善は方法自体の操作によって行うもので、触媒量を変更し、かつ基材の活性化エネルギーを十分下げ、かつ所定物質の基材からの浸出を十分促進する時間処理温度を高くすることによるものではない。従って、本発明の目的は、基材の活性化エネルギーを十分下げ、かつ処理時に所定物質の基材からの浸出を十分促進するために、処理ステップの変更によってＵＳＰ６，６４５，５６６に記載されている方法の効果を改善することである。
【０００４】
例えば、同時係属の米国特許出願第１１/８６９，３９９号に記載されているように、鋼または鋼合金基材の含量を変更すると、ＵＳＰ６，６４５，５６６に記載されている方法の効果を改善することは可能である。例えば、バナジウムおよびコバルトを鋼または鋼合金基材に添加配合すると、この基材へのチタンおよび窒化物の拡散を強化することが可能になる。一方、クロムを添加配合すると、基材へのチタンおよび窒化物の拡散を抑制することが可能になる。従って、本発明の目的は、（チタンなどの）基質を基材に拡散する方法で、（チタンなどの）基質の基材中への拡散を抑制する（クロムなどの）所定物質の浸出を促進する方法を提供することである。
【０００５】
ところが、ＵＳＰ７，８９６，９８１に記載されているように、クロムは（ステンレス鋼などにおける）一部の基材の耐腐食性を担保することが広く知られている。にもかかわらず、チタンもクロムと同様に耐腐食性およびその他の好ましい特性を担保するものである。従って、本発明の目的は基材からの（クロムなどの）目的物質の浸出を促進し、この物質が塩浴から拡散した（チタンなどの）耐腐食性を増強した基質によって置換されるように構成し、これによって（チタンなどの）耐腐食性を強化した基質を基材に拡散する方法を提供することである。
【０００６】
本発明の、特徴の組み合わせを始めとする好適な実施態様の上記作用効果およびその他の望ましい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作用効果を始めとするこれら望ましい作用効果すべてを実現することなく請求項に記載する発明を実現する方法または構成も明らかになるはずである。これら望ましい作用効果ではなく、特許請求の範囲が本発明の要旨を構成するものである。上記作用効果の任意のものおよび全体は、必ずしも本発明全体ではなく、本発明の複数の実施態様から引き出される（derived from）ものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳＰ６，６４５，５６６
【特許文献２】米国特許出願第１１/８６９，３９９号
【特許文献３】ＵＳＰ７，８９６，９８１
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、全体としては基質を基材に拡散する方法に関する。一つの実施態様は、触媒とともに基質を有する塩浴に基材を導入する方法である。基材の活性化エネルギーを十分に低くし、基質が基材の表面に容易に拡散できるように所定量の触媒および目的の塩浴温度を設定する。にもかかわらず、基材内の所定の物質が基材の表面への基質の拡散を抑制することができる。従って、このような所定の物質の浸出を十分促進させ、このような基材への基質の拡散を抑制するように所定量の触媒および所望の塩浴温度を設定する。浸出した物質（leached substances）は拡散する基質によって実質的に置換される。
【０００９】
なお、本発明は数多くの異なる態様（aspects）を包摂し、これら態様は単独でも利用でき、および/または他の態様または特徴と併用することも可能である。従って、この概要は本明細書あるいは今後出願される明細書の特許請求の範囲に記載されるこのような態様または特徴のすべてを完全に記載するものではなく、本発明のいくつかの態様の概要を表し、以下の詳細な説明の理解の一助になるものである。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、本明細書あるいは今後出願される明細書の特許請求の範囲によって定まるものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は多数の異なる形態または各種の組み合わせの形態において実施可能であるが、以下本発明をいくつかの実施態様に焦点を当てて説明する。なお、これら実施態様は本発明の原理を説明するもので、本発明の広い態様を制限するものではない。
【００１１】
本発明は、全体としては基質を基材に拡散する方法に関する。一つの実施態様は、触媒とともに基質を有する塩浴に基材を導入する方法である。基材の活性化エネルギーを十分に低くし、基質が基材の表面に容易に拡散できるように所定量の触媒および所望の塩浴温度を設定する。にもかかわらず、基材内の所定の物質が基材の表面への基質の拡散を抑制することができる。従って、このような所定の物質の浸出を十分促進させるように所定量の触媒および所望の塩浴温度を設定する。浸出した物質は拡散基質（diffused substrate）によって実質的に置換される。
【００１２】
具体的に説明すると、加熱した塩浴を使用する。炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を約８０〜約８５ｗ/ｗ％の量で、約１５〜約２０ｗ/ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３または塩化ナトリウムを含む塩浴に添加する。この塩浴に触媒作用基質（catalyzed substrate）を添加する。他の触媒を使用することは可能であるが、触媒は電解処理された基質の形を取ることができる。触媒の量については、被処理基材の活性化エネルギーを十分に低くできる量であればよい。この所定量の触媒は基材からの所定物質の浸出(leaching)を促進するものである。即ち、この触媒が所定物質の浸出を促進する結果、基質の基材への拡散を抑制する。
【００１３】
触媒作用基質を有する塩浴にこの基材を浸漬する。この塩浴の温度については、基材の活性化エネルギーを低くし、かつ基質の基材への拡散を促進する値に設定する。温度が高くなるほど、一般に、基材の活性化エネルギーが低くなり、かつ触媒作用基質の拡散が促進する。また、塩浴温度については、このような所定物質の浸出が促進し、基質の基材への拡散が抑制されるように設定する。基材の歪みや変形などを防止するために、基材の塩浴への浸漬時間は比較的短くする。基材の活性化エネルギーが低くなり、また触媒が存在するため、塩浴の基質および窒化物（nitride）が直ちにかつ容易に基材の表面に拡散する。塩浴における基質の濃度については、浸漬処理中基材から浸出する物質によってこれが十分置換されるように設定する。
実施例１
【００１４】
一つの具体的実施例では、３００系ステンレス鋼基材を処理することができる。この３００系ステンレス鋼は一般にオーステンサイト系特性をもつ超低炭素鋼と呼ばれている。例えば、クロムはステンレス鋼に固有な耐腐食性を付与するものである。にもかかわらず、基材の表面におけるクロムの一部をチタンで置換することが好ましい。チタンが全体として、きわめて高い引っ張り強度（靭性）およびすぐれた耐腐食性をもつ不活性な軽量材料という特性を強化するからである。同時に、クロムは全体としてチタンの基材への拡散を抑制する。従って、基材表面からクロムの浸出を促進し、これを拡散チタンによって実質的に置換する方法を使用してステンレス鋼基材へチタンを拡散することが好ましい。
【００１５】
一つの実施例では、家庭用電子製品用の３００系ステンレス鋼ハウジングを表面処理して、その硬度、引っ張り強度および耐腐食性を高くすることができる。加熱した塩浴を用意する。炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を約８０〜約８５ｗ/ｗ％の量で、約１５〜約２０ｗ/ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３または塩化ナトリウムを含む塩浴に添加する。
【００１６】
この塩浴に電解チタンを添加する。３００系ステンレス鋼基材の活性化エネルギーの下げを最適化し、ステンレス鋼基材からのクロムの浸出を促進し、かつステンレス鋼基材の表面へのチタンの拡散を促進するために、塩浴に約４０μｇ〜約６０μｇの電解チタンを添加し、電解チタンの濃度を約０．００５％〜約０．０１０％にすることが好ましい。ステンレス鋼基材から浸出するクロムを置換し、処理した３００系ステンレス鋼基材の耐腐食性を高めるためにはこの量の電解チタンが好ましい。塩浴を５９０℃以上の温度、好ましくは約６００℃〜約６２０℃に加熱する。電解チタンおよび高温がチタンおよび窒化物の塩浴から基材への拡散に触媒作用する。
【００１７】
上記３００系ステンレス鋼基材を約１０分〜約９０分の比較的短い時間塩浴に浸漬する。基材の歪みや変形などを防止するためには、上記ステンレス鋼基材を約６００℃〜約６２０℃に加熱された塩浴に約１０分〜約２０分程度浸漬する。ステンレス鋼基材の活性化エネルギーが低くなり、これからクロムが浸出するため、塩浴のチタンが直ちにかつ容易に基材の表面に拡散する。基材から浸出したクロムがチタンによって実質的に置換される。この改良方法を使用すると、チタンが３００系ステンレス鋼基材の表面の少なくとも２０μｍまで拡散することが判明している。
【００１８】
以上説明したように、チタンはクロムと比較した場合よりすぐれた特性をもつ。従って、ステンレス鋼基材の新しい表面は、新たに拡散したチタンによってこれら特性を獲得する。具体的には、ステンレス鋼基材の表面はより強度を増し、表面処理前の耐腐食性が犠牲になることもない。例えば、約１，３００〜１，４５０ＨＶ１００ｇの表面硬度を実現することが可能である。（クロムなどの）物質の表面からの浸出拡散を抑制し、これら物質を基質で実質的に置換し、特性を高めるため、本発明方法は広い範囲の材質に適用することが可能である。ステンレス鋼について具体的に説明すると、等級がより低く、従ってコストがより低いステンレス鋼（例えば３０４系ステンレス鋼）を、本発明方法を使用して表面処理すると、その硬度、引っ張り強度および耐腐食性を高くすることができる。
【００１９】
実施例１のチタン拡散時（titanium diffusion process）に、ステンレス鋼基材の表面に酸化物層が形成されることがある。従って、得られたステンレス鋼製品の表面を研磨（あるいは軽くバフかけ）して、目的の光沢を実現することが好ましい。さらに、ステンレス鋼製品の表面に拡散したチタンの層を傷つける（scratching）ことなく、また除去することなく目的の光沢を実現することが望ましい。一般的には、酸化クロム研磨化合物を使用して、得られたステンレス鋼製品を軽くバフかけすることができ、あるいは別な手段で研磨することができる。チタンの拡散層を傷つけることなく、また除去することなく表面を光沢化するためには、酸化クロム研磨化合物の粒子サイズを２μｍ未満に、好ましくは約０．５〜約１μｍに設定する。具体的には、この研磨化合物は微細研磨に広く使用されている１００％コットンドーメットフランネルタイプのポリッシングホイール（polishing wheel）や同種のポリッシングホイールなどのソフトなポリッシングホイールと併用することができる。このポリッシングホイールは一般に約３，０００ｒｐｍ〜約５，０００ｒｐｍ、好ましくは約３，５００ｒｐｍ〜約４，５００ｒｐｍの速度で使用されている。研磨処理後のステンレス鋼製品それ自体は光沢面をもち、チタンが拡散しているため、硬度および耐腐食性が向上する。
実施例２
【００２０】
実施例２では、４００系ステンレス鋼基材を処理することができる。４００系ステンレス鋼は、３００系ステンレス鋼とは異なり、マルテンサイト系の特性（martensitic properties）をもつ。この４００系ステンレス鋼も約３００℃〜約５３０℃の所定の焼き戻し処理温度で焼き戻し処理し、所定のコア硬度（約４０〜５５ＨＲｃ）を実現したものである。例えば、クロムはステンレス鋼に固有な耐腐食性を付与するものである。にもかかわらず、基材の表面におけるクロムの一部をチタンで置換することが好ましい。チタンが全体として、きわめて高い引っ張り強度（靭性）（toughness）およびすぐれた耐腐食性をもつ不活性な軽量材料という特性を強化するからである。同時に、クロムは全体としてチタンの基材への拡散を抑制する。従って、基材表面からクロムの浸出を促進し、これが拡散したチタンによって実質的に置換する方法を使用してステンレス鋼基材へチタンを拡散することが好ましい。
【００２１】
一つの実施例では、家庭用電子製品用の４００系ステンレス鋼ハウジングを表面処理し、その硬度、引っ張り強度および耐腐食性を高くすることができる。加熱した塩浴を用意する。炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を約８０〜約８５ｗ/ｗ％の量で、約１５〜約２０ｗ/ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３または塩化ナトリウムを含む塩浴に添加する。
【００２２】
この塩浴に電解チタンを添加する。４００系ステンレス鋼基材の活性化エネルギーの下げを最適化（optimally lower）し、ステンレス鋼基材からのクロムの浸出を促進し、かつステンレス鋼基材の表面へのチタンの拡散を促進するために、塩浴に約４０μｇ〜約６０μｇの電解チタンを添加し、電解チタンの濃度を約０．００５％〜約０．０１０％にすることが好ましい。４００系ステンレス鋼基材から浸出するクロムを置換し、処理したステンレス鋼基材の耐腐食性を高めるためにはこの量の電解チタンが好ましい。塩浴を４３０℃以上の温度、好ましくは約４３０℃〜約５３０℃に加熱する。塩浴の温度については、基材の元の焼き戻し処理条件（焼き戻し処理温度、コア硬度など）が維持されるように選択する。電解チタンがチタンおよび窒化物の塩浴から基材への拡散に触媒作用するが、反応速度は実施例１の場合よりも遅い。従って、一般的には、４００系ステンレス鋼の場合、３００系ステンレス鋼よりも処理時間を延長する必要がある。
【００２３】
上記ステンレス鋼基材を約１０分〜約９０分の比較的短い時間塩浴に浸漬する。基材の歪みや変形などを防止するためには、約４３０℃〜約５００℃に加熱された塩浴に約１０分〜約３０分程度浸漬する。ステンレス鋼基材の活性化エネルギーが低下し、これからクロムが浸出するため、塩浴のチタンが基材の表面に拡散する。基材から浸出したクロムがチタンによって実質的に置換される。この改良方法を使用すると、チタンが４００系ステンレス鋼基材の表面の少なくとも１５μｍまで拡散することが判明している。
【００２４】
以上説明したように、チタンはクロムと比較した場合よりすぐれた特性をもつ。従って、ステンレス鋼基材の新しい表面は新たに拡散したチタンによってこれら特性を獲得する。具体的には、ステンレス鋼基材の表面はより強度を増し、表面処理前の耐腐食性が犠牲になることもない。例えば、約９００〜１，１００ＨＶ１００ｇの表面硬度を実現することが可能である。（クロムなどの）物質の表面からの浸出拡散を抑制し、これら物質を基質（チタンなど）で実質的に置換し、特性を高めるため、本発明方法は広い範囲の材質に適用することが可能である。
【００２５】
実施例２のチタン拡散時に、ステンレス鋼基材の表面に酸化物層が形成することがある。従って、得られたステンレス鋼製品の表面を研磨（あるいは軽くバフかけ）して、目的の光沢を実現することが好ましい。さらに、ステンレス鋼製品の表面に拡散したチタンの層を傷つけることなく、また除去することなく目的の光沢を実現することが可能である。一般的には、酸化クロム研磨化合物を使用して、得られたステンレス鋼製品を軽くバフかけすることができ、あるいは別な手段で研磨することができる。チタンの拡散層を傷つけることなく、また除去することなく表面を光沢化するためには、酸化クロム研磨化合物の粒子サイズを２μｍ未満に、好ましくは約０．５〜約１μｍに設定する。具体的には、この研磨化合物は微細研磨に広く使用されている１００％コットンドーメットフランネルタイプのポリッシングホイールや同種のポリッシングホイールなどのソフトなポリッシングホイールと併用することができる。このポリッシングホイールは一般に約３，０００ｒｐｍ〜約５，０００ｒｐｍ、好ましくは約３，５００ｒｐｍ〜約４，５００ｒｐｍの速度で使用されている。研磨処理後のステンレス鋼製品それ自体は光沢面をもち、チタンが拡散しているため、硬度および耐腐食性が向上している。
実施例３
【００２６】
一つの具体的実施例では、３００系ステンレス鋼基材を別な方法に従って処理することができる。例えば、クロムはステンレス鋼に固有な耐腐食性を付与するものである。にもかかわらず、基材の表面におけるクロムの一部をチタンで置換することが好ましい。チタンが全体として、きわめて高い引っ張り強度（靭性）およびすぐれた耐腐食性をもつ不活性な軽量材料という特性を強化するからである。同時に、クロムは全体としてチタンの基材への拡散を抑制する。従って、基材表面からクロムの浸出を促進し、これが拡散したチタンによって実質的に置換する方法を使用してステンレス鋼基材へチタンを拡散することが好ましい。
【００２７】
一つの実施例では、家庭用電子製品用の３００系ステンレス鋼ハウジングを表面処理して、その硬度、引っ張り強度および耐腐食性を高くすることができる。加熱した塩浴を用意する。炭酸ナトリウム、およびシアン酸ナトリウムとシアン酸カリウムとからなる群から選択される塩を約８０〜約８５ｗ/ｗ％の量で、約１５〜約２０ｗ/ｗ％のＮａＣＯ２、ＮａＣＯ３または塩化ナトリウムを含む塩浴に添加する。
【００２８】
この塩浴に電解チタンを添加する。ステンレス鋼基材の活性化エネルギーの下げを最適化し、ステンレス鋼基材からのクロムの浸出を促進し、かつステンレス鋼基材の表面へのチタンの拡散を促進するために、塩浴に約４０μｇ〜約６０μｇの電解チタンを添加し、電解チタンの濃度を約０．００５％〜約０．０１０％にすることが好ましい。ステンレス鋼基材から浸出するクロムを置換し、処理したステンレス鋼基材の耐腐食性を高めるためにはこの量の電解チタンが好ましい。塩浴を６８０℃以上の温度に加熱する。電解チタンがチタンおよび窒化物の塩浴から基材への拡散に触媒作用する。
【００２９】
上記ステンレス鋼基材を約１０分〜約３０分の比較的短い時間塩浴に浸漬する。基材の歪みや変形などを防止するためには、約６８０℃〜約７００℃に加熱された塩浴に約１０分〜約１７分程度浸漬するのが好ましい。ステンレス鋼基材の活性化エネルギーが低くなっているため、塩浴のチタンが直ちにかつ容易に基材の表面に拡散する。他の実施例と比較すると、この実施例３の高い塩浴温度は反応速度を速め、チタンの基材への拡散速度を速める。同時に、クロムが基材から浸出する。ただし、塩浴温度がより高いため、クロムの基材からの浸出速度は遅い。この結果、より多くのクロムが基材に保持される一方で、より多くのチタンが拡散する結果、他の実施例の場合よりも拡散する基材がより濃くなる。この改良方法を使用すると、チタンが３００系ステンレス鋼基材の表面の少なくとも３０〜３５μｍまで拡散することが判明している。
【００３０】
従って、ステンレス鋼基材の新しい表面は新たに拡散したチタンおよび保持クロムによってこれら特性を獲得する。具体的には、他の実施例と比較した場合ステンレス鋼基材の表面は、より強度を増し、表面処理前の耐腐食性が犠牲になることもない。例えば、約１，４００〜１，５５０ＨＶ１００ｇの表面硬度を実現することが可能である。
【００３１】
実施例３のチタン拡散時に、ステンレス鋼基材の表面に酸化物層が形成することがある。従って、得られたステンレス鋼製品の表面を研磨（あるいは軽くバフかけ）して、目的の光沢を実現することが好ましい。さらに、ステンレス鋼製品の表面に拡散したチタンの層を傷つけることなく、また除去することなく目的の光沢を実現することが望ましい。一般的には、酸化クロム研磨化合物を使用して、得られたステンレス鋼製品を軽くバフかけすることができ、あるいは別な手段で研磨することができる。チタンの拡散層を傷つけることなく、また除去することなく表面を光沢化するためには、酸化クロム研磨化合物の粒子サイズを２μｍ未満に、好ましくは約０．５〜約１μｍに設定する。具体的には、この研磨化合物は微細研磨に広く使用されている１００％コットンドーメットフランネルタイプのポリッシングホイールや同種のポリッシングホイールなどのソフトなポリッシングホイールと併用することができる。このポリッシングホイールは一般に約３，０００ｒｐｍ〜約５，０００ｒｐｍ、好ましくは約３，５００〜約４，５００ｒｐｍの速度で使用されている。研磨処理後のステンレス鋼製品それ自体は光沢面をもち、チタンが拡散しているため、硬度および耐腐食性が向上している。
【００３２】
以上本発明をいくつかの例示的な態様を参照して説明してきたが、この説明には制限的な意味は全くない。むしろ、個々に本明細書に開示され、特許請求の範囲に記載された特徴の組み合わせを含む各種の変更、改良などは、本発明の精神、中心的な特徴および範囲から逸脱しなくても実施可能である。さらに、任意のこのような変更、改良などは当業者にとっては特許請求の範囲に記載されている一つかそれ以上の要素と等価なものとして認識されるはずであり、また各請求項によって法律によって許容されている最大限の範囲までカバーされるものである。
【国際調査報告】
2015531023.tif 000002