(57)【要約】【課題】電気化学ポテンシャルが異なる複数の金属からなる合金メッキ層を製造することができる合金メッキ層の形成方法を提供する。【解決手段】本発明に係る合金メッキ層の形成方法は、母材１０上に、複数種類の金属メッキ層２０，２２，２１を積層した金属メッキ積層体２３を形成する工程と、金属メッキ積層体２３を熱処理して複数種類の金属メッキ層２０，２２，２１それぞれを拡散させることにより、母材１０上に位置する合金メッキ層２４，２６を形成する工程とを具備する。金属メッキ層２０，２１は例えばコバルト層であり、金属メッキ層２２は例えばクロム層である。この場合、合金メッキ層２４，２６はコバルトとクロムの合金メッキ層である。金属メッキ層２１に炭化クロム粒子３０が含まれていても良い。【選択図】図１
2009074141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材上に、複数種類の金属メッキ層を積層した金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記複数種類の金属メッキ層それぞれを拡散させることにより、前記母材上に合金メッキ層を形成する工程と、
を具備する合金メッキ層の形成方法。
【請求項２】
前記複数種類の金属メッキ層は、コバルトメッキ層及びクロムメッキ層であり、
前記合金メッキ層は、コバルトとクロムの合金メッキ層である請求項１に記載の合金メッキ層の形成方法。
【請求項３】
母材の上又は上方に、第１のクロムメッキ層、及び複数の炭化クロム粒子が導入された第１のコバルトメッキ層を積層した第１の金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記第１の金属メッキ積層体を熱処理して前記第１のコバルトメッキ層と前記第１のクロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上又は上方に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された第１合金メッキ層を形成する工程と、
を具備する合金メッキ層の形成方法。
【請求項４】
前記第１の金属メッキ積層体を形成する工程の前に、前記母材上に、第２のコバルトメッキ層及び第２のクロムメッキ層を交互に積層した第２の金属メッキ積層体を形成する工程を具備し、
前記第１の金属メッキ積層体は、前記第２の金属メッキ積層体上に形成され、
前記第１合金メッキ層を形成する工程において、前記第２のコバルトメッキ層及び前記第２のクロムメッキ層が拡散することにより、前記母材と前記第１合金メッキ層の間に位置していてクロムとコバルトの合金からなる第２合金メッキ層が形成される、請求項３に記載の合金メッキ層の形成方法。
【請求項５】
前記第１の金属メッキ積層体を形成する工程の前に、前記母材上に、第３のコバルトメッキ層を形成する工程を具備し、
前記第１の金属メッキ積層体は、前記第３のコバルトメッキ層上に形成される請求項３に記載の合金メッキ層の形成方法。
【請求項６】
母材の上に、クロムメッキ層及び複数の炭化クロム粒子が導入されたコバルトメッキ層を交互に複数積層した金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記コバルトメッキ層及び前記クロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された合金メッキ層を形成する工程と、
を具備する合金メッキ層の形成方法。
【請求項７】
母材と、
前記母材上に形成された金属メッキ層と、
を具備し、
前記金属メッキ層は、複数の炭化クロム粒子が導入された、クロムとコバルトの第１合金層を有し、
前記第１合金層は、クロムの濃度が重量比率で１０％以上である構造部品。
【請求項８】
前記第１合金層は前記金属メッキ層の表層に位置している請求項７に記載の構造部品。
【請求項９】
前記金属メッキ層は、前記第１合金層と前記母材の間に位置するクロムとコバルトの第２合金層を有している請求項７又は８に記載の構造部品。
【請求項１０】
前記金属メッキ層は、前記第１合金層と前記母材の間に位置するクロムとコバルトの第２合金層とクロム層が積層された金属積層体を有している請求項７又は８に記載の構造部品。
【請求項１１】
前記金属メッキ層の表面は摺動面である請求項７〜１０のいずれか一項に記載の構造部品。
【請求項１２】
前記母材は、クロムを含有する鋼であり、
前記金属メッキ層は、前記母材の一部上に形成されている請求項７〜１１のいずれか一項に記載の構造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金メッキ層の形成方法及び構造部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温で使用される部品又は部材に耐食性及び耐磨耗性を付与するコーティング材として、コバルト中に硬質粒子である炭化クロムを分散させた粒子分散メッキコーティングがある（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
図１０の各図は、母材２００の表面に炭化クロムを分散させたコバルトコーティングを行う従来の方法を説明するための断面図である。まず図１０（Ａ）に示すように、コバルトを電解メッキする為のメッキ液中に炭化クロム粒子を導入し、メッキ液を攪拌する。そしてメッキ液を攪拌した状態で、ステンレス鋼からなる母材２００をメッキ液中に浸漬させ、コバルトの電解メッキを行う。これにより、母材２００の表面にはコバルトメッキ層２１０が電解メッキされる。このとき、母材２００の表面近傍を浮遊していた炭化クロム粒子２１２も取り込まれ、複数の炭化クロム粒子２１２がコバルトメッキ層２１０内に分散した状態になる。電解メッキ中にメッキ液を攪拌するのは、炭化クロムは比重が６．７と重い為、攪拌しないとメッキ液中で炭化クロム粒子が均一に浮上しない為である。
【０００４】
しかし、電解メッキしたままでは、コバルトメッキ層２１０と母材２００の密着強度が不足する。そこで、コバルトメッキ層２１０及び母材２００を熱処理する。このときの熱処理温度は、例えば８００℃〜１０００℃であり、熱処理時間は５時間程度である。これにより、コバルトメッキ層２１０と母材２００が相互拡散し、コバルトメッキ層２１０と母材２００の密着強度が高まる。
【０００５】
一方、図１０（Ｂ）に示すように、コバルトメッキ層２１０と母材２００の密着強度を上げる為の熱処理を行うと、炭化クロム粒子２１２に含まれるクロムがコバルトメッキ層２１０に溶解し、コバルトメッキ層２１０に対する炭化クロム粒子２１２の体積率が減少し、その結果、コバルトメッキ層２１０の耐磨耗性が、例えばＨｖ５００前後からＨｖ４００前後へと低下してしまう。この炭化クロム粒子２１２の減少量は、熱処理条件、コバルトメッキ層２１０中の炭化クロム粒子２１２の体積率等に依存して変動する。このため、コバルトメッキ層２１０の耐磨耗性にばらつきが生じてしまう。なお、炭化クロム粒子２１２に含まれていた炭素は、黒鉛２１４としてコバルトメッキ層２１０中に遊離した状態で存在する。
【０００６】
図１１は、熱処理後のコバルトメッキ層２１０の断面写真の一例である。本写真に示すように、コバルトメッキ層２１０には、遊離した黒鉛が含まれている。この黒鉛は、炭化クロムのクロムがコバルトメッキ層２１０に溶解した後、遊離した炭素が凝集することにより形成されたものである。
【０００７】
図１２は、熱処理後の母材２００及びコバルトメッキ層２１０の断面写真の一例である。母材２００としては、ＳＵＳ３０４Ｌ鋼を使用した。本写真に示すように、母材２００は、表面、すなわちコバルトメッキ層２１０との界面から炭素が浸透し、この炭素が母材２００に含まれるクロムと結合して炭化クロムを形成する。この結果、母材２００の表層におけるクロム濃度が低下し、母材２００の表層の耐食性が低下する。母材２００の表面全面がコバルトメッキ層２１０に覆われている場合、この耐食性の低下は問題にならないが、コバルトメッキ層２１０が母材２００の表面の一部に形成されている場合、コバルトメッキ層２１０が形成されている領域と形成されていない領域の境界部分において、耐食性の低下が問題になる。
【非特許文献１】Transactions of the Institute of Metal Finishing,1976,Vol 54 P8-16
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、炭化クロムの粒子を分散させたコバルトメッキ層において、母材とコバルトメッキ層の密着強度を上げる為の熱処理時に炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解すると、その溶解量にばらつきが生じる為、耐磨耗性にばらつきが生じていた。また、母材がクロム含有鋼である場合に炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解すると、炭化クロムから遊離した炭素が母材の表層に含まれるクロムと結合して炭化クロムを形成し、これにより母材の表層のクロム濃度が低下していた。
このため、コバルトメッキ層に炭化クロムを溶解させない技術が求められる。
【０００９】
図１３（Ａ）は、コバルトメッキ層中に含まれる炭化クロムの体積率の熱処理温度依存性を示すグラフである。本グラフにおいて、熱処理時間は５時間である。熱処理温度が７００℃以下の場合、炭化クロムの体積率の減少は見られないが、熱処理温度が８００℃以上の場合は炭化クロムの体積率の減少が見られる。この傾向は、熱処理前の炭化クロムの体積率（以下、初期体積率と記載）が３０％の場合、及び１０％の場合のいずれも同じであった。また、炭化クロムの初期体積率が１０％の試料の場合は、熱処理温度が１０００℃になると略全ての炭化クロムがコバルトメッキ層中に溶解し、その結果、コバルトメッキ層中の炭化クロムの体積率が略０％になった。
【００１０】
図１３（Ｂ）は、コバルトメッキ層のクロム含有率の熱処理温度依存性を示すグラフである。グラフの基になった試料は、図１３（Ａ）と同じである。熱処理温度が７００℃以下の場合、コバルトメッキ層からはクロムが検出されなかったが、熱処理温度が８００℃以上になると、クロムが検出され、かつ温度が上昇するにつれてその量が増加した。ただし、熱処理温度が９００℃の場合と１０００℃の場合とでは、炭化クロムの初期体積率が３０％の場合、及び１０％の場合のいずれもコバルトメッキ層中のクロム量は大差が無かった。炭化クロムの初期体積率が１０％の場合は、炭化クロムがコバルトメッキ層中に溶解しきったためと考えられるが、炭化クロムの初期体積率が３０％の場合は、コバルトメッキ層中のクロムが飽和したためと考えられる。
【００１１】
従って、コバルトメッキ層をクロムと合金化することにより、熱処理時における炭化クロムのコバルトメッキ層への溶解を抑制できると考えられる。しかし、コバルトとクロムの電気化学ポテンシャルは異なる為、母材上にコバルトとクロムの合金層を電解メッキ法により形成することは難しかった。
【００１２】
以上をまとめると、電気化学ポテンシャルが異なる複数の金属からなる合金メッキ層を形成することは難しかった。このため、例えば炭化クロム粒子を分散したコバルトメッキ層と母材の密着強度を上げる為の熱処理時に、炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解することを抑制できなかった。
【００１３】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、電気化学ポテンシャルが異なる複数の金属からなる合金メッキ層を製造することができる合金メッキ層の形成方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、炭化クロム粒子を分散したコバルトメッキ層において、母材とメッキ層の密着強度を上げる為の熱処理時に炭化クロムがコバルトメッキ層に溶解することを抑制できる合金メッキ層の形成方法、及び構造部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る合金メッキ層の形成方法は、母材上に、複数種類の金属メッキ層を積層した金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記複数種類の金属メッキ層それぞれを拡散させることにより、前記母材上に合金メッキ層を形成する工程とを具備する。
【００１５】
前記複数種類の金属メッキ層は、例えばコバルトメッキ層及びクロムメッキ層である。この場合、前記合金メッキ層は、コバルトとクロムの合金メッキ層である。
【００１６】
本発明に係る他の合金メッキ層の形成方法は、母材の上又は上方に、第１のクロムメッキ層、及び複数の炭化クロム粒子が導入された第１のコバルトメッキ層を積層した第１の金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記第１の金属メッキ積層体を熱処理して前記第１のコバルトメッキ層と前記第１のクロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上又は上方に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された第１合金メッキ層を形成する工程とを具備する。
【００１７】
前記第１の金属メッキ積層体を形成する工程の前に、前記母材上に、第２のコバルトメッキ層及び第２のクロムメッキ層を交互に積層した第２の金属メッキ積層体を形成する工程を具備してもよい。この場合、前記第１の金属メッキ積層体は、前記第２の金属メッキ積層体上に形成される。また、前記第１合金メッキ層を形成する工程において、前記第２のコバルトメッキ層及び前記第２のクロムメッキ層が拡散することにより、前記母材と前記第１合金メッキ層の間に位置していてクロムとコバルトの合金からなる第２合金メッキ層が形成される。
【００１８】
前記第１の金属メッキ積層体を形成する工程の前に、前記母材上に、第３のコバルトメッキ層を形成する工程を具備してもよい。この場合、前記第１の金属メッキ積層体は、前記第３のコバルトメッキ層上に形成される。
【００１９】
本発明に係る他の合金メッキ層の形成方法は、母材の上に、クロムメッキ層及び複数の炭化クロム粒子が導入されたコバルトメッキ層を交互に複数積層した金属メッキ積層体を形成する工程と、
前記金属メッキ積層体を熱処理して前記コバルトメッキ層及び前記クロムメッキ層を拡散させることにより、前記母材の上に、クロムとコバルトの合金中に前記複数の炭化クロム粒子が導入された合金メッキ層を形成する工程とを具備する。
【００２０】
本発明に係る構造部品は、母材と、
前記母材上に形成された金属メッキ層と、
を具備し、
前記金属メッキ層は、複数の炭化クロム粒子が導入された、クロムとコバルトの第１合金層を有し、
前記第１合金層は、クロムの濃度が重量比率で１０％以上である。
【００２１】
前記第１合金層は、例えば前記金属メッキ層の表層に位置している。
【００２２】
前記金属メッキ層は、前記第１合金層と前記母材の間に位置するクロムとコバルトの第２合金層を有していてもよく、また、前記第１合金層と前記母材の間に位置するクロムとコバルトの第２合金層とクロム層が交互に積層された金属積層体を有していてもよい。
【００２３】
前記金属メッキ層の表面は摺動面であってもよい。
前記母材は、クロムを含有する鋼であり、前記金属メッキ層は、前記母材の一部上に形成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１の各図は、本発明の第１の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。本実施形態によって製造される合金層はクロムとコバルトの合金層であり、表層に炭化クロムの粒子を分散させている。
【００２５】
まず、図１（Ａ）に示すように、母材１０の表面上にコバルト層２０を、例えば電解メッキ法により形成する。本工程で使用されるメッキ液には炭化クロムの粒子が導入されておらず、このためコバルト層２０には炭化クロムの粒子が含まれない。コバルト層２０の厚さは、例えば２０μｍ以上３０μｍ以下である。母材１０は、例えばＳＵＳ３０４Ｌ等のステンレス鋼であるが、他の鋼（例えばクロムが添加されている普通鋼）であってもよい。
【００２６】
次いで、コバルト層２０の表面を洗浄した後、コバルト層２０上にクロム層２２を、例えば電解メッキ法により形成する。クロム層２２の厚さは、コバルト層２０の厚さの２０％〜３０％であるのが好ましく、例えば４μｍ以上〜９μｍ以下である。
【００２７】
その後、クロム層２２の表面を洗浄する。次いで、クロム層２２上に、コバルト層２０及びクロム層２２を、この順に必要な層数だけ繰り返し形成する。ここで、最上層にはクロム層２２を位置させる。各層を形成する工程の間には、表面を洗浄する工程が設けられる。
【００２８】
次いで、最上層のクロム層２２の表面を洗浄した後、このクロム層２２上に、コバルト層２１を、例えば電解メッキ法により形成する。本工程で使用されるメッキ液には複数の炭化クロム粒子が導入され、かつメッキ液は攪拌されている。このため、コバルト層２１には複数の炭化クロム粒子３０が分散している。炭化クロム粒子３０の粒径は、例えば１μｍ以上４μｍ以下であり、平均粒径は２．５μｍ以上３．０μｍ以下であるが、ここで例示した範囲に限定されず、粒径が４μｍ以上であってもよい。クロム層２２の全体に対する炭化クロム粒子３０の体積率は、上限が４０％であるのが好ましく、下限が例えば５％であるのが好ましい。この体積率は、例えばメッキ液に含まれる炭化クロム粒子の量を変えることにより、調節できる。またこの体積率は、断面における面積率として測定することができる。
【００２９】
このようにして、母材１０の表面上に、金属積層体の一例であるメッキ層２３が形成される。メッキ層２３は、コバルト層２０及びクロム層２２を複数繰り返し積層し、さらにコバルト層２１を積層した構造を有する。クロム層２２の厚さの和は、コバルト層２０，２１の厚さの和の２０％〜３０％であるのが好ましい。なお、コバルト層２０及びクロム層２２を形成する工程を繰り返さなくても良い。この場合メッキ層２３は、コバルト層２０、クロム層２２、及びコバルト層２１をこの順に一層ずつ積層した構造になる。
【００３０】
次いで、図１（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。この熱処理における処理温度は、例えば８７５℃以上１１００℃以下であり、処理時間は、例えば４時間以上１０時間以下である。この熱処理を行うことにより、母材１０とメッキ層２３が相互拡散し、これらの間の密着強度が向上する。また、メッキ層２３の内部においてコバルト層２０とクロム層２２が拡散する。これにより、コバルトとクロムの合金層２４が形成される。合金層２４はメッキ層２３の下層を構成しており、下面が母材１０に接している。さらに、コバルト層２１のコバルト母相とコバルト層２１の下に位置するクロム層２２が拡散して、コバルトとクロムの合金層２６が形成される。合金層２６は、メッキ層２３の上層を構成している。合金層２６の中には複数の炭化クロム粒子３０が分散している。合金層２６と合金層２４の境界は、例えば母材１０の表面に水平な面であって、複数の炭化クロム粒子３０のうち最も母材１０の表面に近い粒子の下端を通る面として定義される。熱処理後のメッキ層２３の厚さは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下であり、メッキ層２３のうち合金層２６の厚さは、例えば２０μｍ以上３０μｍ以下である。
【００３１】
上記した熱処理において、合金層２４及び合金層２６の母相は、コバルトとクロムの合金になる。このため、熱処理によって炭化クロム粒子３０が合金層２６に溶解することが抑制される。特に合金層２４及び合金層２６の母相におけるクロムの含有率が１０重量％以上である場合、この効果が顕著になる。また、このクロムの含有率が１５重量％以上である場合、コバルトに対するクロムの固溶限に近くなる為、この効果が更に顕著になり、炭化クロム粒子３０は合金層２６の母相にほとんど溶解しない。なお、合金層２４及び合金層２６の母相におけるクロムの含有率の上限は、例えば２０％である。
【００３２】
以上、本実施形態によれば、母材１０の表面上にコバルト層２０とクロム層２２を、最上層がクロム層２２になるように交互に積層させ、これらを熱処理することにより、電気化学ポテンシャルが大きく異なるコバルトとクロムの合金である合金層２４を形成することができる。この熱処理は、合金層２４と母材１０の密着強度を向上させるための熱処理も兼ねているため、工程数が増加することを抑制できる。
【００３３】
また、熱処理の前において、最上層に位置するクロム層２２の上には、複数の炭化クロム粒子３０を分散させたコバルト層２１が積層されている。このため、熱処理によって、複数の炭化クロム粒子３０を分散させた合金層２６を合金層２４の上に形成することができる。合金層２６の母相、及び合金層２４は、いずれもコバルトとクロムの合金である。このため、熱処理によって炭化クロム粒子３０が合金層２６に溶解することを抑制できる。従って、熱処理によって合金層２６の耐磨耗性が低下することを抑制できる。また、合金層２６における炭化クロム粒子３０の体積率がばらつくことを抑制でき、その結果、合金層２６の耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。
【００３４】
また、炭化クロム粒子３０が合金層２６に溶解することを抑制できるため、合金層２６中に遊離した炭素（具体的には遊離黒鉛）が生成することを抑制できる。このため、母材１０の表層に炭素が拡散して、母材１０の表層に含まれるクロムと結合し、母材１０の表層の耐食性を低下させることを抑制できる。本実施形態では、合金層２６と母材１０の間に、炭化クロム粒子を含有していない合金層２４が位置しているため、この効果は特に顕著になる。
【００３５】
また、熱処理前のメッキ層２３のうちコバルト層２０及びクロム層２２は、炭化クロム粒子を含有していない。このため、コバルト層２０及びクロム層２２を形成するときは、炭化クロム粒子を均一に浮上させることを目的としてメッキ液を攪拌する必要はなく、このため、メッキ層２３を形成する工程の管理が容易になる。
【００３６】
なお、例えば熱処理前のクロム層２２がコバルト層２０に対してある程度薄い場合等、熱処理時に合金層２６に炭化クロム粒子３０が少し溶解し、合金層２６に黒鉛が生成することがある。この場合、生成した黒鉛が固体潤滑材として作用する為、母材１０が摺動部材である場合、母材１０の摩擦係数が低くなる。
【００３７】
図２の各図は、第２の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
まず図２（Ａ）に示すように、母材１０上に、コバルト層２１及びクロム層２２をこの順に交互に複数形成することにより、メッキ層２３を形成する。本図に示すように最上層がコバルト層２１となるようにしてもよいし、最上層がクロム層２２となるようにしてもよい。また、コバルト層２１を２層として、クロム層２２を１層としてもよい。すべてのコバルト層２１には、複数の炭化クロム粒子３０が分散している。
【００３９】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。熱処理の条件は、第１の実施形態と同様である。この熱処理を行うことにより、母材１０とメッキ層２３が相互拡散し、これらの間の密着強度が向上する。また、メッキ層２３の内部において、コバルト層２１のコバルト母相とクロム層２２が相互拡散して、メッキ層２３は、コバルトとクロムの合金層になる。この合金層の全体に、複数の炭化クロム粒子３０が分散している。
【００４０】
本実施形態によっても、コバルトとクロムの合金層（具体的にはメッキ層２３）を形成することができる。また、熱処理によって炭化クロム粒子３０がメッキ層２３に溶解することを抑制できる。従って、熱処理によってメッキ層２３の耐磨耗性が低下することを抑制できる。また、メッキ層２３における炭化クロム粒子３０の体積率がばらつくことを抑制でき、その結果、メッキ層２３の耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。
【００４１】
また、メッキ層２３中に遊離した炭素（具体的には遊離黒鉛）が生成することを抑制できる。このため、母材１０の表層に炭素が拡散して、母材１０の表層に含まれるクロムと結合し、母材１０の表層の耐食性を低下させることを抑制できる。
【００４２】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。本実施形態は、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理するときの熱処理条件を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４３】
本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの熱処理量は、第１の実施形態と比較して少ない。具体的には、処理温度を、例えば８００℃以上８７５℃未満にして、処理時間を、例えば４時間以上１０時間以下にする。また他の例としては、処理温度を、例えば８７５℃以上１１００℃未満にして、処理時間を、例えば２時間以上４時間未満にする。このようにすると、メッキ層２３の一部であるクロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずに残留する。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
【００４４】
図４の各図は、本発明の第４の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４５】
まず図４（Ａ）に示すように、母材１０上にコバルト層２０を一層形成する。コバルト層２０の厚さは、例えば６０μｍ以上１００μｍ以下である。次いで、コバルト層２０上にクロム層２２及びコバルト層２１をこの順に形成する。クロム層２２の厚さ及びコバルト層２１の厚さは、それぞれ第１の実施形態と同様である。このようにしてメッキ層２３が形成される。
【００４６】
次いで図４（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、クロム層２２がコバルト層２０及びコバルト層２１のコバルト母相に拡散して、メッキ層２３が、合金層２４，２６をこの順に積層した構造になる。なお、合金層２４は、母材１０に近づくにつれてクロム含有率が低下している。
【００４７】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずにメッキ層２３中に残留する。
【００４８】
図５の各図は、本発明の第５の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４９】
まず図５（Ａ）に示すように、母材１０上にコバルト層２０を一層形成する。コバルト層２０の厚さは、例えば３０μｍ以上７０μｍ以下である。次いで、コバルト層２０上にコバルト層２１、クロム層２２及びコバルト層２１をこの順に形成する。クロム層２２の厚さ及びコバルト層２１の厚さは、それぞれ第１の実施形態と同様である。このようにしてメッキ層２３が形成される。
【００５０】
次いで図５（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、２つのコバルト層２１のコバルト母相にクロム層２２のクロムが拡散して、メッキ層２３が、コバルト層２０及び合金層２６をこの順に積層した構造になる。なお、コバルト層２０にもクロムが拡散することもあるが、この場合において、コバルト層２０のクロム含有率は、母材１０に近づくにつれて低下している。
【００５１】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２６に溶解しきらずにメッキ層２３中に残留する。
【００５２】
図６の各図は、本発明の第６の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５３】
まず図６（Ａ）に示すように、母材１０の表面にコバルト層２０とクロム層２２を、最上層がクロム層２２になるように交互に積層させる。これら各層の厚さは、第１の実施形態と同様である。次いで、最上層のクロム層２２上にコバルト層２１を形成し、さらにコバルト層２１上にクロム層２２を形成する。コバルト層２１上に位置するクロム層２２の厚さは、他のクロム層２２の厚さと等しくても良いが、これより薄くても良い（例えば１／３以上２／３以下）。このようにしてメッキ層２３が形成される。
【００５４】
次いで図６（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、合金層２４，２６が形成される。
【００５５】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずにメッキ層２３中に残留する。このとき、最上層に位置するクロム層２２が合金層２６に溶解しきらずに残留することもあるが、このクロム層２２が磨耗により除去されても、特に問題はない。
【００５６】
図７の各図は、本発明の第７の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５７】
まず図７（Ａ）に示すように、母材１０の表面にコバルト層２０を形成する。コバルト層２０の厚さは、例えば３０μｍ以上７０μｍ以下である。次いで、コバルト層２０上にコバルト層２１、及びクロム層２２をこの順に形成する。コバルト層２１及びクロム層２２の厚さは、例えば第１の実施形態と同様である。このようにしてメッキ層２３が形成される。
【００５８】
次いで図７（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、コバルト層２０上に位置する合金層２６が形成される。
【００５９】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が合金層２４，２６に溶解しきらずに残留するが、このクロム層２２が磨耗により除去されても、特に問題はない。
【００６０】
図８の各図は、本発明の第８の実施形態に係る金属層の形成方法を説明するための断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００６１】
まず図８（Ａ）に示すように、母材１９の表面にコバルト層２１を形成し、さらにコバルト層２１上にクロム層２２を形成する。このようにして、コバルト層２１及びクロム層２２からなるメッキ層２３が形成される。コバルト層２１の厚さは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下である。
【００６２】
次いで図８（Ｂ）に示すように、母材１０及びメッキ層２３を真空中で熱処理する。このときの熱処理条件は、第１の実施形態と同様である。これにより、母材１０上に位置するメッキ層２３は、コバルトとクロムの合金層になる。この合金層の全体に、複数の炭化クロム粒子３０が分散している。
【００６３】
本実施形態によっても、コバルトとクロムの合金層（具体的にはメッキ層２３）を形成することができる。また、熱処理によって炭化クロム粒子３０がメッキ層２３に溶解することを抑制できる。従って、熱処理によってメッキ層２３の耐磨耗性が低下することを抑制できる。また、メッキ層２３における炭化クロム粒子３０の体積率がばらつくことを抑制でき、その結果、メッキ層２３の耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。
【００６４】
なお、母材１０及びメッキ層２３を熱処理するときの条件は、第３の実施形態と同様であっても良い。このようにすると、クロム層２２が溶解しきらずにメッキ層２３の表層に残留するが、このクロム層２２が磨耗により除去されても、特に問題はない。
【００６５】
図９は、本発明の第９の実施形態に係る過吸機の構成を説明するための断面図である。この過吸機において、タービン１０１はタービンハウジング１０６内に収容されており、コンプレッサ１０２はコンプレッサハウジング１０４内に収容されている。タービン１０１及びコンプレッサ１０２を連結するタービンシャフト１０３は、センターハウジング１０５内に配置されたベアリング１０３ａによって支持されている。センターハウジング１０５には、留具１０７，１０８によってコンプレッサハウジング１０４及びタービンハウジング１０６が固定されている。タービンハウジング１０６とセンターハウジング１０５の境界部分には、排気ガスの流路１４０が設けられている。
【００６６】
タービン１０１を回転させるための排気ガスの流量は、ノズルリング１１０によって調節される。ノズルリング１１０は、例えばＳＵＳ３０４Ｌ等のステンレス鋼により形成されている。ノズルリング１１０は、タービンシャフト１０３と同心に配置されており、側面１１０ｃが排気ガスの流路１４０に面している。側面１１０ｃはタービンシャフト１０３に対して略垂直になっている。側面１１０ｃ上には複数の羽１１４が設けられている。羽１１４相互間には流路１４０の一部となる隙間が設けられている。
【００６７】
ノズルリング１１０は、センターハウジング１０５のうちタービンハウジング１０６に面する部分に設けられたリング状の凹部１２０内に収容されており、羽１１４は、タービンハウジング１０６のうちセンターハウジング１０５に面する部分に設けられたリング状の凹部１３０内に収容されている。凹部１２０，１３０はタービンシャフト１０３と同心であり、タービンシャフト１０３が延伸する方向に窪んでいる。凹部１２０の深さはノズルリング１１０の厚さより深く、このため、ノズルリング１１０は凹部１２０内をタービンシャフト１０３に沿う方向に摺動することができる。この摺動において、ノズルリング１１０の外周面１１０ａは凹部１２０の側面１２０ａと摺動し、ノズルリング１１０の内周面１１０ｂは凹部１２０の側面１２０ｂと摺動する。
【００６８】
ノズルリング１１０がセンターハウジング１０５から離れる方向に摺動すると、流路１４０がノズルリング１１０によって塞がれ、流路１４０を流れる排気ガスの流量が減少する。逆にノズルリング１１０がセンターハウジング１０５に近づく方向に摺動すると、流路１４０が広がり、流路１４０を流れる排気ガスの流量が増加する。
【００６９】
そして、ノズルリング１１０の外周面１１０ａ及び内周面１１０ｂには、第１〜第７の実施形態のいずれかに係るメッキ層２３（図１等に図示）が形成されている。メッキ層２３の形成方法は、第１〜第７の実施形態のいずれかと同様である。このため、外周面１１０ａ及び内周面１１０ｂの耐磨耗性は高く、また耐磨耗性のばらつきは小さい。また、メッキ層２３からノズルリング１１０に遊離黒鉛が拡散することが抑制される為、ノズルリング１１０の表層のうち、外周面１１０ａと側面１１０ｃの境界に位置する部分及び内周面１１０ｂと側面１１０ｃの境界に位置する部分においてクロム量が低下することが抑制される。従って、これら境界に位置する部分において耐食性が低下することが抑制される。
【００７０】
なお、上記した各実施形態において、合金層２４，２６のクロム含有率は、厚さ方向に分布を有していても良い。具体的には、コバルト層２０，２１が厚い場合、クロム層２２が存在していた部分が最もクロム含有率が高く、クロム層２２が存在していた部分から離れるに従ってクロム含有率が低くなっても良い。このとき、合金層２４，２６のうち厚さ方向においてコバルト層２０，２１の中央に位置していた部分を中心に、クロムをほとんど有さずにほぼコバルト単相となっている領域が存在する場合もある。これらの場合においても、合金層２６のうちクロム含有率が高い部分では、炭化クロム粒子３０の溶解を抑制でき、耐磨耗性がばらつくことを抑制できる。
【００７１】
また、母材１０上にクロム層２２及びコバルト層２１をこの順に積層し、母材１０、クロム層２２、及びコバルト層２１を熱処理することにより、クロムとコバルトの合金からなり炭化クロム粒子３０が分散しているメッキ層２３を形成しても良い。
【実施例】
【００７２】
第１の実施形態と同様の方法により、ＳＵＳ３０４Ｌからなる母材上にメッキ層２３を作製した。母材は直径が２５ｍｍ、厚さが４ｍｍの略円板形状である。コバルト層２０，２１の厚さは２０μｍであり、クロム層２２の厚さは５μｍである。コバルト層２０及びクロム層２２の積層数は、それぞれ３層である。
【００７３】
本実施例において、コバルト層２０を形成するためのメッキ液として、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４・６Ｈ２Ｏ）を２５０ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を１６ｇ／Ｌ、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を３０ｇ／Ｌほど導入したものを使用した。このメッキ液のＰＨは４．７であった。またメッキ処理中のメッキ液の温度を５０℃とした。またコバルト層２１を形成するためのメッキ液は、コバルト層２０を形成するためのメッキ液に、粒子径が１〜４μｍの炭化クロム粒子を２５０ｇ／Ｌほど導入したものを使用した。このメッキ液のＰＨは４．７であった。またメッキ処理中のメッキ液の温度を５０℃とした。またコバルト層２０，２１を形成するための電解メッキにおける電流密度を５（Ａ／ｄｍ２）とした。
【００７４】
またクロム層２２を形成するためのメッキ液として、無水クロム酸（ＣｒＯ３）を２５０ｇ／Ｌ、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を２５０ｇ／Ｌほど導入したものを使用した。メッキ処理中のメッキ液の温度を５０℃とした。クロム層２２を形成するときの電解メッキにおける電流密度を２０（Ａ／ｄｍ２）とした。
【００７５】
また比較例として、実施例と同様の母材に対して、コバルト層２１を形成するときのメッキ液を用いた電解メッキを行い、厚さが１００μｍのコバルトメッキ層を形成した。電解メッキの条件は、コバルト層２１を形成するときの条件と同様である。このコバルトメッキ層には、全体に複数の炭化クロム粒子が分散している。
【００７６】
その後、実施例に係る試料及び比較例に係る試料をそれぞれ２分割し、それぞれ片方の試料を９００℃で５時間ほど熱処理した。
【００７７】
比較例に係る試料は、熱処理を行わなかった試料片のコバルト層の硬度がＨｖ５１５であったのに対して、熱処理を行った試料片のコバルト層の硬度はＨｖ３８６であった。このように、比較例では熱処理によってコバルト層の硬度が低下したが、これは熱処理によって炭化クロム粒子がコバルト層に溶解した為である。
【００７８】
これに対して実施例に係る試料は、熱処理を行わなかった試料片、及び熱処理を行った試料片の双方とも、メッキ層２３の表層の硬度がＨｖ５２４であった。これは、熱処理によってメッキ層２３に炭化クロム粒子がほとんど溶解しなかった為である。
【００７９】
以上から、実施例に係る試料は、熱処理によってメッキ層２３の表層の硬度が低下することを抑制できることが示された。
【００８０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えばコバルト層２０，２１及びクロム層２２の代わりに、他の複数種類の金属メッキ層（例えばニッケル及びクロム、ニッケル及びコバルト、若しくはニッケル、コバルト、クロム、及び鉄の中から選ばれた少なくとも２種類以上の金属成分）を積層し、この金属メッキ積層体を母材１０とともに加熱することにより、母材１０上に合金メッキを形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る合金層の形成方法を説明するための断面図。
【図９】本発明の第９の実施形態に係る過吸機を説明するための断面図。
【図１０】各図は母材２００の表面に炭化クロムを分散させたコバルトコーティングを行う従来の方法を説明するための断面図。
【図１１】熱処理後のコバルトメッキ層２１０の断面写真の一例。
【図１２】熱処理後の母材２００及びコバルトメッキ層２１０の断面写真の一例。
【図１３】（Ａ）はコバルト層中に含まれる炭化クロムの体積率の熱処理温度依存性を示すグラフ、（Ｂ）はコバルト層のクロム含有率の熱処理温度依存性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８２】
１０，２００…母材、２０，２１，２１０…コバルト層、２２…クロム層、２３…メッキ層、２４，２６…合金層、３０，２１２…炭化クロム粒子、１０１…タービン、１０２…コンプレッサ、１０３…タービンシャフト、１０３ａ…ベアリング、１０４…コンプレッサハウジング、１０５…センターハウジング、１０６…タービンハウジング、１０７，１０８…留具、１１０…コバルトメッキ層、１１０ａ…外周面、１１０ｂ…内周面、１１０ｃ…側面、１１４…羽、１２０，１３０…凹部、１２０ａ，１２０ｂ…側面、１４０…流路、２１４…黒鉛
【図１】
2009074141.tif 000003
【図２】
2009074141.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009074141.tif 000009
【図８】
2009074141.tif 000010
【図９】
2009074141.tif 000011
【図１０】
2009074141.tif 000012
【図１３】
2009074141.tif 000013
【図１１】
2009074141.tif 000014
【図１２】
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