(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のチオシアン酸塩またはチオ硫酸塩の一種または二種以上を溶解しＦｅＳＯ4を含有した水溶液を電解液とし、この電解液中に鉄または鉄合金表面をもつ被処理品を浸漬し、該被処理品の鉄または鉄合金表面を陽極として電解処理し、該鉄または鉄合金表面に一般式Ｆｅ1-XＳ（０≦Ｘ＜１）の硫化鉄被膜を形成させることからなる鉄または鉄合金の硫化処理法。
【請求項２】
電解液はＳＣＮ-またはＳ2Ｏ32-を１０ｇ／リットル以上含有する請求項１に記載の鉄または鉄合金の硫化処理法。
【請求項３】
鉄または鉄合金表面は浸炭処理され且つＲmaxが１μｍ以下の表面粗度を有する請求項１または２に記載の鉄または鉄合金の硫化処理法。
【請求項４】
電解処理は、大気圧下で且つ電解液の凝固点以上沸点以下の温度において電流密度１〜５Ａ／ｄｍ2で行う請求項１、２または３に記載の鉄または鉄合金の硫化処理法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，鉄または鉄合金表面をもつ鉄系物品の表面処理法に係り，より詳しくは，電解処理によって鉄表面にＦｅＳ系の化合物を形成させることより，該物品の耐焼付き・耐摩耗性等を向上させる鉄系物品の硫化処理法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チオシアン酸カリウムとチオシアン酸ナトリウムの溶融塩中で鉄系物品を陽極として電解処理すると，該鉄表面に浸硫層（ＦｅＳ系化合物）が生成し，該物品の耐焼付き性や耐摩耗性を著しく向上させることができる。このような浸硫処理技術に関しては，例えば特公昭４４−１８０９号公報，特公昭６３−１２１５８号公報，特開平６−２２０６８９号公報に記載されている。
【０００３】
これらの公報に記載のように，溶融塩浴としては，例えばチオシアン酸カリウム（ロダンカリウム）とチオシアン酸ナトリウム（ロダンナトリウム）を約３：１の割合で配合したものが使用され，電解温度は１９０℃±５℃前後，電流密度は１.５〜４.０Ａ／ｄｍ2 程度がよいとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の浸硫法は溶融塩の融点をできるだけ下げるためにロダンカリウムとロダンナトリウムの共晶付近の組成を使用している。このため，共晶組成の混合塩としなければならず，安価な単塩や他の処理剤を適用することは困難であるほか，実際には１９０℃付近の浴温が必要であるので高温作業となり，作業の危険性が高いという問題がある。
【０００５】
更に，ギャ類などの摺動摩耗を受ける機械部品を処理対象とする場合，このような機械部品は焼入れ品であることが多く，１９０℃付近の浴温で処理すると焼戻し温度以上で保持されることになり，該部品の機械的強度が低下してしまうという決定的な問題が付随する。
【０００６】
本発明は従来の浸硫法のこのような問題の解決を目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のチオシアン酸塩またはチオ硫酸塩の一種または二種以上を溶解しＦｅＳＯ4を含有した水溶液を電解液とし、この電解液中に鉄または鉄合金表面をもつ被処理品を浸漬し、該被処理品の鉄または鉄合金表面を陽極として電解処理し、該鉄または鉄合金表面に一般式Ｆｅ1-XＳ（０≦Ｘ＜１）の硫化鉄被膜を形成させることからなる鉄または鉄合金の硫化処理法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従来の溶融塩浴による浸硫法は，元来がチオシアン酸塩の水溶液での電解では良好な硫化鉄被膜が得られないという考え方に立脚しており，このためにロダンカリウムとロダンナトリウムの共晶塩を電解浴としたものである。ところが，この常識に反し，本発明者らはチオシアン酸塩およびチオ硫酸塩の水溶液中での電解を試みたところ適切な条件であれば，溶融塩電解と同様に鉄系表面に硫化鉄を形成できることがわかった。
【０００９】
本発明法が適用できる被処理品は摺動面や噛み合わせ表面をもつ各種の機械部品例えば各種ギャ，シャフト，ハブ類はもとより，ピストン，シリンダー等，耐摩耗性が要求される鋼合金からなる機械部品に代表され，これら機械部品の表面に硫化鉄被膜が形成されることにより潤滑剤中での耐焼付き性や耐摩耗性を一層向上させることができる。
【００１０】
電解に供する前に，これらの物品の表面を脱脂，酸洗，水洗などによって清浄にしておくことは勿論であるが，適切な表面粗度例えばＲmax １μｍ以下となるように表面粗さを調節しておくのがよい。また，浸炭処理し，焼入れ処理したものが好ましい。
【００１１】
電解液としては，ＳＣＮ-イオン或いはＳ2Ｏ32- イオンを少なくとも１０ｇ
／リットル以上含有する水溶液を使用するが，ＳＣＮ-イオンの供給剤としてはアルカリ金属またはアルカリ土類金属のチオシアン酸塩であればよく，またＳ2Ｏ32- イオンの供給剤としてもアルカリ金属またはアルカリ土類金属のチオ硫酸塩であればよく，これらは単塩でもそれら二種以上を混合したものでもよい。十分な濃度を維持する上では，未溶解塩が液中に存在するように溶解度以上にこれらの塩を水中に混在させておくこともできる。また，浴維持剤としてＦｅＳＯ4 等を適量含有させておくのがよい。
【００１２】
電解条件は，大気圧下で且つ電解液の凝固点以上沸点以下の温度において電流密度１〜５Ａ／dm2 で行うのがよく，実際には，大気雰囲気下において浴温を常温とし，該物品の鉄または鉄合金の表面を陽極とし，別途に配置した陰極との間に電流密度１〜５Ａ/dm2に設定して電解すればよい。
【００１３】
これにより鉄または鉄合金の表面に一般式Ｆｅ1-X Ｓ（０≦Ｘ＜１）の硫化鉄被膜が形成される。この硫化鉄被膜は必ずしも化学量論量のＦｅＳとなるとは限らず，またそうであっても薄い被膜（例えば４〜６μｍ程度）が物品の表面に形成されることにより，該表面の耐摩耗性および耐焼付き性効果を向上させることができる。
【００１４】
代表的な電解条件を示すと次のとおりである。
被処理品：はだ焼鋼の浸炭および熱処理品
浴組成  ：ＳＣＮ-を２１４ｇ／リットル含有する水溶液
浴温    ：２０℃
電流密度：３.２Ａ／dm2 
電解時間：１０分
極間距離：１０ｍｍ
【００１５】
【実施例】
〔実施例１〕
ＳＣＭ４１５のはだ焼鋼を機械加工して製作した焼付試験用ファビリーテストピン（外径６.５ｍｍ，長さ４０ｍｍ）を供試材として本発明に従う硫化処理を行った。
【００１６】
該硫化処理を行う前の前処理として，先ず該ピンを９３０℃×５時間の浸炭処理を行い，８３０℃で油焼入れ，１８０℃で焼もどし処理し，さらに硫化処理を施す表面を研削加工でＲmax が１μｍ以下の表面粗度に調整し，次いで，脱脂，酸洗，水洗を行った。
【００１７】
電解浴として，水１００重量部に対し，ＮａＳＣＮを７.５重量部およびＫＳＣＮを２２.５重量部を混合溶解し，さらに浴維持剤としてＦｅＳＯ4 を１０重量部を加えた水溶液を使用し，この水溶液５００ミリリットルを１リットルのガラス製ビーカーに入れ，浴温を室温となるようにした。
【００１８】
この水溶液を入れたビーカーの中心部に前記の前処理ピンを垂直に浸漬し，このピンを挟んで二枚のＳＵＳ３０４製の陰極板をピンから等距離１０ｍｍ離して浸漬した。そして，ピンを正電極，陰極を負電極として電流密度３.２Ａ／dm2 で１０分間電解処理した。ピンの表面には４〜６μｍの厚さの硫化鉄被膜が形成された。
【００１９】
〔実施例２〕
水１００重量部に対し，ＫＳＣＮを３０重量部溶解し且つ浴維持剤としてＦｅＳＯ4 を１０重量部を加えた水溶液を電解浴とした以外は，実施例１の方法を繰り返した。その結果，ピンの表面には４〜６μｍの厚さの硫化鉄被膜が形成された。
【００２０】
〔実施例３〕
水１００重量部に対し，ＮａＳＣＮを３０重量部溶解し且つ浴維持剤としてＦｅＳＯ4 を１０重量部を加えた水溶液を電解浴とした以外は，実施例１の方法を繰り返した。その結果，ピンの表面には４〜６μｍの厚さの硫化鉄被膜が形成された。
【００２１】
〔実施例４〕
水１００重量部に対し，ＮａＳＣＮを５０重量部溶解し且つ浴維持剤としてＦｅＳＯ4 を１０重量部を加えた水溶液を電解浴とした以外は，実施例１の方法を繰り返した。その結果，ピンの表面には４〜６μｍの厚さの硫化鉄被膜がに形成された。
【００２２】
〔実施例５〕
水１００重量部に対し，Ｃａ（ＳＣＮ)2 を３０重量部溶解し且つ浴維持剤としてＦｅＳＯ4 を１０重量部を加えた水溶液を電解浴とした以外は，実施例１の方法を繰り返した。その結果，ピンの表面には４〜６μｍの厚さの硫化鉄被膜が形成された。
【００２３】
〔実施例６〕
水１００重量部に対し，Ｂａ（ＳＣＮ)2 を３０重量部溶解し且つ浴維持剤としてＦｅＳＯ4 を１０重量部を加えた水溶液を電解浴とした以外は，実施例１の方法を繰り返した。その結果，ピンの表面には４〜６μｍの厚さの硫化鉄被膜が形成された。
【００２４】
〔実施例７〕
水１００重量部に対し，Ｎａ2Ｓ2Ｏ3を３０重量部溶解し且つ浴維持剤としてＦｅＳＯ4 を１０重量部を加えた水溶液を電解浴とした以外は，実施例１の方法を繰り返した。その結果，ピンの表面には４〜６μｍの厚さの硫化鉄被膜が形成された。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば溶融塩電解によらずとも水溶液中での電解によって鉄系物品の表面に硫化鉄被膜を形成させることができるので，安価で作業性のよい処理によって，機械部品母材の品質低下をもたらすことなく，該部品表面の耐摩耗性や耐焼付き性を向上させることができる。