(57)【要約】【課題】簡易により一層耐食性の向上を図ることができるクロム被覆部材の提供。【解決手段】クロム被覆部材１は、基材２と、窒化クロムからなる層とされる第１層３と、クロムからなる層とされる第２層４と、クロムオキシカーバイドからなる層とされる第３層５とを備える。第２層４は、第１層３および第３層５よりも腐食電位が卑とされる。第１層３、第２層４および第３層５は、いずれもイオンプレーティング法により積層される。このような構成とすることで、第３層５のクラックによる腐食が第２層４を介して第１層３に到達すると、第２層４の優先腐食により腐食が第２層４に広がり、第３層５から基材２へ向けて進む腐食の進行を遅らせることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面にクロム化合物からなる第１層が設けられた後、この第１層の表面に、クロムからなる第２層を介してクロム化合物からなる第３層が設けられるクロム被覆方法であって、
前記第１層、前記第２層および前記第３層は、いずれも乾式めっき法により設けられるものであり、
前記第２層は、前記第１層および前記第３層よりも腐食電位が卑とされる
ことを特徴とするクロム被覆方法。
【請求項２】
前記第１層が窒化クロムからなる層とされる
ことを特徴とする請求項１に記載のクロム被覆方法。
【請求項３】
前記第３層がクロムオキシカーバイドからなる層とされる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクロム被覆方法。
【請求項４】
前記第１層、前記第２層および前記第３層の厚み合計は、約４μｍ以上とされ、
前記第２層の厚みは、前記厚み合計の約７〜１０％とされる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクロム被覆方法。
【請求項５】
前記乾式めっき法がイオンプレーティング法とされる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクロム被覆方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のクロム被覆方法により製造される
ことを特徴とするクロム被覆部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に耐食性を付与するための被覆層を形成するクロム被覆方法およびそれにより製造されるクロム被覆部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被めっき材上にクロムめっきが施されることで、被めっき材に耐食性が付与されている。しかしながら、そのめっき層には、クラックが複数形成されているため、そのクラックによって被めっき材が腐食するおそれがある。そこで、耐食性をより向上させるために、下記特許文献１の従来の技術の欄や、実施例の欄に記載されるとおり、めっき層を重ねることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１０２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、より一層耐食性を向上させることが望まれている。また、上記特許文献１の実施例の欄に記載された方法では、めっき層を重ねるごとにブラスティングを行わなければならず、手間と時間とを要する。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、簡易により一層耐食性の向上を図ることができるクロム被覆方法およびそれにより製造されるクロム被覆部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基材の表面にクロム化合物からなる第１層が設けられた後、この第１層の表面に、クロムからなる第２層を介してクロム化合物からなる第３層が設けられるクロム被覆方法であって、前記第１層、前記第２層および前記第３層は、いずれも乾式めっき法により設けられるものであり、前記第２層は、前記第１層および前記第３層よりも腐食電位が卑とされることを特徴とするクロム被覆方法である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記第１層が窒化クロムからなる層とされることを特徴とする請求項１に記載のクロム被覆方法である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記第３層がクロムオキシカーバイドからなる層とされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクロム被覆方法である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記第１層、前記第２層および前記第３層の厚み合計は、約４μｍ以上とされ、前記第２層の厚みは、前記厚み合計の約７〜１０％とされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクロム被覆方法である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記乾式めっき法がイオンプレーティング法とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクロム被覆方法である。
【００１１】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクロム被覆方法により製造されることを特徴とするクロム被覆部材である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、第２層が第１層および第３層よりも腐食電位が卑とされるので、基材の耐食性を向上させることができる。具体的には、第３層のクラックによる腐食が第２層を介して第１層に到達しても、第２層の優先腐食により腐食が第２層に広がり、第３層から基材へ向けて進む腐食の進行を遅らせることができる。従って、単に２層にした場合と比較して、基材の耐食性を向上させることができる。また、第３層、第２層および第１層は、いずれも乾式めっき法により設けられるので、容易に積層することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、第１層が窒化クロムからなる層とされることで、基材との高い密着性を得ることができる。
【００１４】
クロムオキシカーバイドは、硬質性および耐食性に優れている。従って、請求項３に記載の発明によれば、最表面となる第３層がクロムオキシカーバイドからなる層とされることで、基材の耐食性および耐摩耗性を一層向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、第１層、第２層および第３層の厚みの合計が約４μｍ以上とされると共に、第２層の厚みが前記厚み合計の約７〜１０％とされることで、基材の耐食性をより向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、乾式めっき法がイオンプレーティング法とされることで、優れた密着性と付きまわり性を得ることができる。
【００１７】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、第２層が第１層および第３層よりも腐食電位が卑とされるので、基材の耐食性を向上させることができる。具体的には、第３層のクラックによる腐食が第２層を介して第１層に到達しても、第２層の優先腐食により腐食が第２層に広がり、第３層から基材へ向けて進む腐食の進行を遅らせることができる。従って、単に２層にした場合と比較して、基材の耐食性を向上させることができる。また、第３層、第２層および第１層は、いずれも乾式めっき法により設けられるので、容易に積層することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のクロム被覆部材の一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１のクロム被覆部材を製造するイオンプレーティング装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】図１のクロム被覆部材の腐食状態を示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明のクロム被覆部材の一実施形態を示す概略縦断面図であり、一部を示している。本実施形態のクロム被覆部材１は、基材２と、基材２の表面に設けられる第１層３と、第１層３の表面に設けられる第２層４と、第２層４の表面に設けられる第３層５とを備える。クロム被覆部材１は、たとえば、食品加工プラントの鋼材が用いられている箇所に適用される。
【００２１】
基材２は、クロム被覆部材１の母材となるものであり、本実施形態では鋼材から形成される。本実施形態の鋼材は、軟鋼とされるが、これに限定されるものではなく、たとえばステンレスなどでもよい。
【００２２】
第１層３は、クロム化合物からなる層とされ、本実施形態では、窒化クロム（ＣｒＮ）からなる層とされる。第２層４は、クロム（Ｃｒ）からなる層とされる。第３層５は、クロム化合物からなる層とされ、本実施形態では、クロムオキシカーバイド（ＣｒＣＯ）からなる層とされる。第１層３、第２層４および第３層５はそれぞれ、基材２の表面、第１層３の表面および第２層４の表面に、イオンプレーティング法によって積層される。ここで、第２層４は、第１層３および第３層５と比較して、腐食電位が卑とされる。なお、本実施形態では、第１層３と第３層５とは、腐食電位が等しいか、第１層３の方が卑とされる。
【００２３】
第１層３の厚みａ、第２層４の厚みｂおよび第３層５の厚みｃを足した厚み合計Ａは、約４μｍ以上とされるのが好ましく、より好ましくは約４．６μｍ以上とされる。この場合、第２層４の厚みｂは、厚み合計Ａの約７〜１０％とされるのが好ましい。なお、本実施形態では、第２層４の厚みｂは、第１層３の厚みａおよび第３層５の厚みｃよりも薄く形成される。これにより、全体の厚みを薄くすることができる。
【００２４】
ここで、窒化クロムからなる第１層３の基材２に対する密着性について説明する。密着性を評価するための試験として、スクラッチテスタ（ＣＳＭ社製ＲＥＶＥＴＥＳＴ）を用いたスクラッチ試験を行い、第１層３と同様の窒化クロムからなる層の臨界荷重（Ｌｃ）を求めた。なお、本試験では、その窒化クロムからなる層は、イオンプレーティング法により基材２に積層される。その結果、第１層３と同様の窒化クロムからなる層は、Ｌｃ値が３１Ｎとされた。同様の試験を、第３層５と同様のクロムオキシカーバイドからなる層について行った。すなわち、イオンプレーティング法により基材２に第３層５と同様のクロムオキシカーバイドからなる層を積層した場合について、前記試験を行った。その結果、第３層５と同様のクロムオキシカーバイドからなる層は、Ｌｃ値が１３Ｎとされた。スクラッチ試験では、Ｌｃ値が高いほど密着性が良いものとされるので、本試験により、第１層３と同様の窒化クロムからなる層が基材２との密着性に優れていることが確認された。従って、本実施形態では、第１層３が窒化クロムからなる層とされることで、基材２との高い密着性を得ることができる。
【００２５】
また、本実施形態では、最表面に、クロムオキシカーバイドからなる第３層５が設けられる。ここで、第３層５の耐食性について説明する。耐食性を評価するための試験として、ＪＩＳＺ２３７１に規定されるキャス試験を８時間行い、レイティングナンバ（ＲＮ）で評価した。なお、本試験では、第３層５と同様のクロムオキシカーバイドからなる層がイオンプレーティング法により基材２に積層された場合において、その耐食性を評価した。その結果、第３層５と同様のクロムオキシカーバイドからなる層は、レイティングナンバが９とされた。同様の試験を、第１層３と同様の窒化クロムからなる層について行った。すなわち、イオンプレーティング法により基材２に第１層３と同様の窒化クロムからなる層を積層した場合において、その耐食性を評価した。その結果、第１層３と同様の窒化クロムからなる層は、レイティングナンバが８とされた。レイティングナンバは、数値が小さいほど腐食が進行していることを表しているので、本試験により、第３層５と同様のクロムオキシカーバイドからなる層が耐食性に優れていることが確認された。また、イオンプレーティング法により基材２に第３層５を一層積層してビッカース硬度を測定した結果、ビッカース硬度は最大ＨＶ１６００とされ、硬度に優れている。従って、本実施形態では、最表面がクロムオキシカーバイドからなる第３層５とされることで、耐食性および耐摩耗性をより向上させることができる。
【００２６】
以下、本実施形態のクロム被覆部材１のクロム被覆方法について説明する。本実施形態のクロム被覆方法では、基材２の表面に、第１層３、第２層４および第３層５がイオンプレーティング法により順次に積層される。ここで、図２は、本実施形態のクロム被覆部材を製造するイオンプレーティング装置の一例を示す概略構成図である。この装置６は、溶融蒸発型イオンプレーティング装置とされる。
【００２７】
イオンプレーティング装置６は、内部で被覆処理を行うための炉７と、炉７の外部に設けられる集束コイル８と、炉７内でプラズマ状態を生成するためのプラズマガン９と、被膜用原料（蒸発源）Ｘを設置するためのルツボ１０と、プラズマとなった被膜用原料を被覆させる基材２を保持する基材保持部１１とを備える。なお、炉７には、図示しないが、内部を所定真空度に維持するために排気ポンプに接続される排気口、反応ガスの導入口などが設けられる。
【００２８】
クロム被覆部材１を製造する場合には、まず基材２および蒸発源となる固形のクロムがそれぞれ、基材保持部１１およびルツボ１０に設置される。そして、炉７内を排気ポンプを用いて適切な真空度（たとえば０．０４〜０．０８Ｐａ）に調節した上で、ルツボ１０に設置したクロムをプラズマガン９を用いて、アルゴンガスを導入して高電圧の印加によりプラズマ状態を生成しながら、反応ガスの導入口から炉７内に導入した反応ガスである窒素ガスと反応させることにより、基材２の表面上に第１層３が被覆される。
【００２９】
次に、蒸発源として固形のクロムがルツボ１０に設置される。そして、ルツボ１０に設置したクロムをプラズマガン９を用いて、アルゴンガスを導入して高電圧の印加によりプラズマ状態を生成することにより、第１層３の表面上に第２層４が被覆される。この場合、反応ガスは導入されない。その後、ルツボ１０に設置した固形のクロムをプラズマガン９を用いて、アルゴンガスを導入して高電圧の印加によりプラズマ状態を生成しながら、反応ガスの導入口から炉７内に導入した反応ガスである炭酸ガスと反応させることにより、第２層４の表面上に第３層５が被覆される。
【００３０】
本実施形態によれば、第１層３と第３層５との間に、第１層３および第３層５よりも腐食電位が卑とされる第２層４が設けられることで、クロム化合物を重ねた場合と比較して、耐食性をより向上させることができる。図３は、本実施形態のクロム被覆部材の腐食状態を示す概略縦断面図である。
【００３１】
図３に示されるように、第１層３と第３層５との間に第２層４を設けることで、第３層５のクラックによる腐食が第２層４を介して第１層３に到達しても、第２層４の優先腐食により腐食が第２層４に広がり、第３層５から基材２へ向けて進む腐食の進行を遅らせることができる。これに対して、クロム化合物からなる層を単に重ねた場合には、クラックによる腐食が広がることがなく、腐食が基材２に到達する速度は、本実施形態と比較して速くなる。
【００３２】
特に、第１層３の厚みａ、第２層４の厚みｂおよび第３層５の厚みｃを足した厚み合計Ａが、約４μｍ以上、より好ましくは約４．６μｍ以上とされると共に、第２層４の厚みｂが厚み合計Ａの約７〜１０％とされることで、より一層耐食性を向上させることができる。また、本実施形態によれば、最下層である第１層３が窒化クロムからなる層とされることで、優れた密着性を得ることができる。また、本実施形態によれば、最表面に設けられる第３層５がクロムオキシカーバイドからなる層とされることで、耐食性および耐摩耗性をより向上させることができる。さらに、本実施形態によれば、イオンプレーティング法により、第１層３、第２層４および第３層５が積層されることで、短時間で簡易に連続して積層することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、前記実施形態のクロム被覆部材１の効果を確認するための試験について説明する。次に示す表１、表２および表３は、前記実施形態の耐食効果についての試験結果を示す表であり、表１はレイティングナンバ、表２は各層の厚み、表３は各層のコーティング時間を示している。各表に記載の試料１〜６は、それぞれ次のとおりとされる。
【００３４】
【表１】
2016044321.tif 000003
【００３５】
【表２】
2016044321.tif 000004
【００３６】
【表３】
2016044321.tif 000005
【００３７】
試料１および試料２は、前記実施形態のクロム被覆部材１であり、基材２の表面に、第１層３、第２層４および第３層５が積層されたものである。これに対し、試料３〜６は、前記実施形態との比較対象とされる。具体的には、試料３は、基材２の表面に窒化クロム（ＣｒＮ）からなる層が積層され、その窒化クロム層の表面にクロムオキシカーバイド（ＣｒＣＯ）からなる層が積層されたものとされる。試料４は、基材２の表面に、クロムオキシカーバイドからなる層が積層されたものとされる。試料５は、基材２の表面に、窒化クロムからなる層が積層されたものとされる。試料６は、基材２の表面に、クロム（Ｃｒ）からなる層が積層されたものとされる。
【００３８】
本試験では、各試料は、前記イオンプレーティング装置６により成膜される。成膜条件としては、バイアス電圧が−１５０Ｖ、真空度が０．０４〜０．０８Ｐａ、導入される窒素ガスの流量が約１５０ｓｃｃｍ、導入される炭酸ガスの流量が約１００ｓｃｃｍ、コーティング時間が６０分とされる。ここで、コーティング時間とは、試料１〜３では、３層または２層が積層される時間で、試料４〜６では、各１層が積層される時間である。なお、表１は、ＪＩＳＺ２３７１に規定されるキャス試験を８時間行い、レイティングナンバで評価したものである。
【００３９】
表からわかるように、試料３〜６と、試料１および試料２とを比較して、耐食性の効果が確認された。また、試料１と試料２とを比較して、耐食性の効果が特にあることが確認された。すなわち、第１層３の厚みａが１．７１μｍ、第２層４の厚みｂが０．５０μｍ、第３層の厚みｃが２．６０μｍとされるのがより好ましいことが確認された。
【００４０】
本発明は、前記実施形態の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、前記実施形態では、第１層３が窒化クロム層とされると共に、第３層５がクロムオキシカーバイド層とされたが、これとは逆に、第１層３がクロムオキシカーバイド層とされると共に、第３層５が窒化クロム層とされてもよい。また、第１層３および／または第３層５が、他のクロム化合物からなる層とされてもよい。これらの場合においても、第２層４は、第１層３および第３層５と比較して、腐食電位が卑とされる。
【００４１】
また、前記実施形態では、溶融蒸発型イオンプレーティング装置６とされたが、これに限定されるものではなく、他のイオンプレーティング装置を用いてもよい。さらに、前記実施形態では、イオンプレーティング法により形成されたが、これに限定されるものではなく、スパッタリング法などの他の乾式めっき法により形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るクロム被覆方法およびクロム被覆部材は、たとえば、食品加工プラントなどの高い耐食性が求められる場所において好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  クロム被覆部材
２  基材
３  第１層
４  第２層
５  第３層
【図１】
2016044321.tif 000006
【図２】
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【図３】
2016044321.tif 000008