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1.アルミ合金の表面硬化


AlまたはA合金の表面にFeあるいはFe・Cr(2〜30%)合金メッキを施し、更にメッキ後マルチナイト(ガス浸硫窒化)処理する加工法です。表面のメッキ層は、マルチナイト処理で硬化し、ステンレス鋼の窒化硬度(約Hv1100)になります。母体とメッキ層の界面に金属間化合物が形成され密着力が著しく向上し、表面には亀甲状の亀裂が形成され、これが油道あるいは油溜りになっています。

 自動車をはじめとする輸送機類は省資源,省エネルギー,あるいは地球温暖化抑制などの観点から、重要な一つの手法として軽量化が進められ、この目的に沿い、かつ、リサイクルの面をも含めてAl合金の活用が効果的と考えられている。しかしこの場合、機能部品の材料として利用するときは、機械的な強さの上から検討の余地が十分残されている。例えば、躍動部材として用いるに当たっては耐摩耗性改善のための表面改質処理が必要となる。
 Al合金の耐摩耗性を目的とした表面改質処理には古くから行われてきた陽極酸化処理(アルマイト)をはじめ,プラズマ窒化,イオンビームミキシングなど多くの方法が挙げられる。
 しかし、陽極酸化処理以外の技術は実用化されておらず、陽極酸化処理したAl合金部材も機能部品に使用するには特性不足といわれている。そこで、Al合金部材を機能部品に使用できるように表面特性を向上させ得る技術の開発を行った。

2.内容

 新技術はメッキ・熱処理の一種で、Al合金部材の表面に鉄あるいは鉄−クロム合金メッキを施し、その後ガス浸硫窒化(マルチナイト)することにより拡散と表面硬化を狙っている。Al合金への鉄合金めっきには鉄および鉄−クロム合金の2種類があり、めっき液の組成,液温,電流密度,時間を調整し、膜厚を30μm以下に抑えている。また、鉄−クロム合金めっきは条件によってクロム含有量を2〜20%の範囲で変化させることが可能であるが、窒化系の処理に伴う硬化現象を考慮して8%を標準にしている。
 めっき後の窒化は、特に凝着抑制効果の優れたガス浸硫窒化処理を採用した。厚さ20μm前後の鉄あるいは鉄−8%クロム合金めっきを施し、450℃および500℃で3〜5hガス浸硫窒化処理を行っている。雰囲気はNH3と浸硫性ガス(N2で希釈されたH2S)の混合雰囲気である。
加熱により、めっき界面には写真1のごとくSS10μmの相互拡散層が形成され、めっき皮膜の密着性を高めている。
 これに加えて、素地のアルミ合金とめっき皮膜の鉄−8%クロム合金の加熱膨張率の相違から、加熱の過程でめっき面に写真2に示すような亀甲模様の亀裂が発生するが、潤滑下の摩擦過程でこの亀裂が油道としての役割を果たし、低摩擦,耐摩耗性に優れた状態が維持されるものと推察されている。

写真−1 表層断面組織       写真−2 表面の亀甲模様

写真―3 ガス浸硫窒化炉(マルチナイト)の外観




3.特徴

<特 徴>


(1)高硬度表面
(2)耐摩擦性、耐摩耗性
(3)耐焼付性、耐カジリ性
(4)剛性向上
(5)溶接性向上



4.用途


二輪車のブレーキディスク、ピストン、スプール、簡易樹脂成形金型

写真−4 二輪車のブレーキディスク外観/写真−5 ピストン外観



5.断面組織、表面性状


写真−6 断面組織 写真−7 表面の亀甲状亀裂

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