[发明专利]层状铁基合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及层状铁基合金及其制造方法，所述层状铁基合金在由铁基合金构成的母材的表面设有扩散层，所述扩散层含有碳化物和氮化物并且具有比所述母材高的硬度。

背景技术

为了改善材料的诸如耐磨损性、耐腐蚀性和强度等各种特性，例如，通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀或阳极氧化等在由铁基合金制成的钢材的表面上设置覆层。不过，在上述方法中，形成覆层需要较长的时间，并且形成覆层的成本较高。

考虑到上述情况，例如，在日本特开2003-129216号公报以及日本特开2003-239039号公报中，已经广泛地实施了下述工艺，其中施加了如渗碳、渗硫、氮化和碳氮化等各种表面处理以在不使用覆层的情况下改善钢材的各种表面特性。另外，日本特开平05-171442号公报提议，可以通过如喷丸加工或喷丸处理等机械处理将10kgf/cm²(约0.1MPa)的压缩应力施加到表面，由此改善加工用刀具的耐磨损性和耐破损性。

另外，在日本特许第3083292号公报和日本特开2004-323891号公报中，着眼于Fe-Al合金的耐腐蚀性，并尝试通过进行热处理使Al扩散并渗透进钢材中。为了实现此工艺，在日本特许第3083292号公报中已提议在将Al粉末或Al合金粉末以及Ti粉末或Ti合金粉末涂布到钢材的同时进行热处理。另一方面，在日本特开2004-323891号公报中已提议在将Al粉末或Al合金粉末与金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种的混合粉末涂布到钢材的同时进行热处理。

不过，由日本特开2003-129216号公报、日本特开2003-239039号公报和日本特开平05-171442号公报所记载的常规技术带来的各种特性的改善局限于金属材料的表面。例如，在氮化和渗碳中，元素从金属材料的表面仅扩散数微米至最大约200微米的距离。这难以改善比上述更深的内部位置处的所述特性。因此，不能确保耐磨损性和耐破损性得以显著地改善。

另外，在有关常规技术的处理方法中，在所形成的氮化层等与作为母材的金属材料之间存在界面。因此，在应力集中于界面的条件下，脆性破坏可从界面不利地发生。

在日本特许第3083292号公报以及日本特开2004-323891号公报所披露的技术中，Al的扩散渗透深度也为约100μm。因此，这难以改善金属材料内部深处的各种特性。

发明内容

本发明的一般目的是提供一种在其内部深处具有改善的硬度和强度的层状铁基合金。

本发明的主要目的是提供一种层状铁基合金，其中由于物性逐渐变化，脆性破坏和应力集中难以发生。

本发明的另一目的是提供一种上述层状铁基合金的制造方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种层状铁基合金，所述层状铁基合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩散层通过碳化物和氮化物从所述母材的表面侧的扩散而形成并且具有比所述母材高的硬度，其中，

至少含有AlN作为所述氮化物；且

在所述扩散层中，所述碳化物和所述氮化物的浓度随位置变深而逐渐降低。

在本发明的层状铁基合金中，碳化物和含有AlN的氮化物扩散至作为母材的铁基合金的内部深处。因此，在铁基合金的内部深处也显示出优异的硬度和强度。另外，在所述层状铁基合金中，扩散层与母材之间不存在界面。因此，不易发生应力集中，由此不易发生脆性破坏。

由于例如氮化物和碳化物的存在，压缩残留应力得以施加。不过，在本发明中，碳化物和氮化物从最外表面的基点起扩散了0.5mm以上的深度。因此，这能够增大内部深处的压缩残留应力。因为碳化物和氮化物的浓度从最外表面向内部逐渐降低，所以压缩残留应力也逐渐降低。基于此观点，应力集中也可以避免。

金属碳化物的优选例子包括Cr、W、Mo、V、Ni和Mn的碳化物，金属氮化物的优选例子包括Cr、W、Mo、V、Ni和Mn的氮化物以及AlN。

基于下述理由，优选所述碳化物的组成式为M₆C或M₂₃C₆，其中M表示金属元素。即，具有上述组成式的碳化物在改善铁基合金的硬度方面特别优异。

所述碳化物可以通过将Cr、W、Mo、V、Ni和Mn的至少一种与Fe的固溶体碳化而获得。此情况中，上述金属碳化物的相对量减少。因此，抑制了由金属碳化物的过度生成而导致的脆性增加。