特許 7604736 高硬度・耐磨耗性部材および高硬度・耐磨耗性部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】高硬度・耐磨耗性部材および高硬度・耐磨耗性部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 28/00 20060101AFI20241217BHJP

   C23C 8/22 20060101ALI20241217BHJP

   C23C 18/36 20060101ALI20241217BHJP

   C25D 5/50 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

C23C28/00 B

C23C8/22

C23C18/36

C25D5/50

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020187486

(22)【出願日】2020-11-10

(65)【公開番号】P2022076860

(43)【公開日】2022-05-20

【審査請求日】2023-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】304027279

【氏名又は名称】国立大学法人 新潟大学

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】大木 基史

【審査官】永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１６８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１－１６５７５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｄ３／００－７／１２

Ｃ２３Ｃ８／００－１２／０２

Ｃ２３Ｃ２４／００－３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、被膜とを有する高硬度・耐磨耗性部材であって、
前記被膜は、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体を含む材料で構成された母相と、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成され、前記母相に支持された硬質層とを有するものであり、
前記母相は、前記基材と前記硬質層との間に、層状に設けられており、
前記ＷＣ結晶粒子は、短軸長が０．１０μｍ以上１．４μｍ以下、長軸長が１．０μｍ以上４．０μｍ以下であることを特徴とする高硬度・耐磨耗性部材。

【請求項2】

前記硬質層の厚さが、０．５μｍ以上である請求項１に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【請求項3】

前記基材は、鋼材で構成されたものである請求項１または２に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【請求項4】

前記基材は、炭素鋼で構成されたものである請求項３に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【請求項5】

前記被膜の厚さが、１．５μｍ以上５．０μｍ以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【請求項6】

前記硬質層は、棒状ＷＣ結晶粒子を含んでいる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【請求項7】

Ｆｅを含む材料で構成された基材に対して無電解Ｎｉ－Ｐめっきを施し、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層を形成する無電解めっき工程と、
電気めっきにより、前記無電解Ｎｉ－Ｐめっき層上に、Ｎｉ－Ｗ合金めっき層を形成する電気めっき工程と、
還元性雰囲気中で熱処理を施すことにより、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層を形成するＷ単相結晶形成工程と、
前記複合層にガス浸炭処理を施すことにより、ＷＣ結晶粒子を形成する浸炭処理工程とを有することを特徴とする高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【請求項8】

前記無電解めっき工程で形成する前記無電解Ｎｉ－Ｐめっき層の厚さが、０．０１μｍ以上１０μｍ以下である請求項７に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【請求項9】

前記電気めっき工程で形成する前記Ｎｉ－Ｗ合金めっき層の厚さが、１．０μｍ以上１０μｍ以下である請求項７または８に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【請求項10】

前記Ｗ単相結晶形成工程は、還元性雰囲気中で、５００℃以上１０００℃以下の熱処理を施すことにより行う請求項７ないし９のいずれか１項に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【請求項11】

前記Ｗ単相結晶形成工程は、還元性雰囲気中で、１０分間以上１８０分間以下の熱処理を施すことにより行う請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【請求項12】

前記浸炭処理工程は、浸炭性ガスを含む雰囲気中で、６５０℃以上１０００℃以下の熱処理を施すことにより行う請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【請求項13】

前記浸炭処理工程は、浸炭性ガスを含む雰囲気中で、３分間以上１８０分間以下の熱処理を施すことにより行う請求項７ないし１２のいずれか１項に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高硬度・耐磨耗性部材および高硬度・耐磨耗性部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、高速度工具鋼は、切削工具や金型材料として使用されている。上記の用途における耐摩耗性および寿命の良否に直結することから、高速度工具鋼においては高い強度および靭性を有することが望まれている。

【0003】

しかし、一般に、強度と靭性とはトレードオフの関係にあることから、用途やコストに応じて、強度と靭性とのバランスを考慮して、素材、製造条件が調整されてきた。

【0004】

例えば、特許文献１では、低合金高速度工具鋼に対する熱処理条件を適切に制御することで、靭性を高めた高速度工具鋼が提案されている。

【0005】

また、特許文献２では、添加化学成分を工夫することにより、高価な添加元素の添加量を低減するとともに強度を確保する方法が提案されている。

【0006】

コスト低減や、成形・加工の容易性を確保するために、広く流通している鋼材等を基材として用い、その表面に、硬質の被膜を形成する技術も知られている。このような方法としては、炭化タングステン（ＷＣ）の粒子と、バインダーとしてのＣｏとを含む材料（サーメット材料）を溶射して被膜を形成する方法（高速フレーム溶射）がある。しかしながら、このような方法では、ＷＣとＣｏとの反応により、脆弱な相が形成されてしまうという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００４－３０７９６３号公報

【文献】特開２０１４－１４５１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、高硬度で耐磨耗性に優れるとともに、基材と硬質な被膜との密着性にも優れる高硬度・耐磨耗性部材を提供すること、また、前記高硬度・耐磨耗性部材の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

このような目的は、下記（１）～（１３）に記載の本発明により達成される。
（１） 基材と、被膜とを有する高硬度・耐磨耗性部材であって、
前記被膜は、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体を含む材料で構成された母相と、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成され、前記母相に支持された硬質層とを有するものであり、
前記母相は、前記基材と前記硬質層との間に、層状に設けられており、
前記ＷＣ結晶粒子は、短軸長が０．１０μｍ以上１．４μｍ以下、長軸長が１．０μｍ以上４．０μｍ以下であることを特徴とする高硬度・耐磨耗性部材。

【0010】

（２） 前記硬質層の厚さが、０．５μｍ以上である上記（１）に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【0011】

（３） 前記基材は、鋼材で構成されたものである上記（１）または（２）に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【0012】

（４） 前記基材は、炭素鋼で構成されたものである上記（３）に記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【0013】

（５） 前記被膜の厚さが、１．５μｍ以上５．０μｍ以下である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【0014】

（６） 前記硬質層は、棒状ＷＣ結晶粒子を含んでいる上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の高硬度・耐磨耗性部材。

【0016】

（７） Ｆｅを含む材料で構成された基材に対して無電解Ｎｉ－Ｐめっきを施し、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層を形成する無電解めっき工程と、
電気めっきにより、前記無電解Ｎｉ－Ｐめっき層上に、Ｎｉ－Ｗ合金めっき層を形成する電気めっき工程と、
還元性雰囲気中で熱処理を施すことにより、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層を形成するＷ単相結晶形成工程と、
前記複合層にガス浸炭処理を施すことにより、ＷＣ結晶粒子を形成する浸炭処理工程とを有することを特徴とする高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【0017】

（８） 前記無電解めっき工程で形成する前記無電解Ｎｉ－Ｐめっき層の厚さが、０．０１μｍ以上１０μｍ以下である上記（７）に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【0018】

（９） 前記電気めっき工程で形成する前記Ｎｉ－Ｗ合金めっき層の厚さが、１．０μｍ以上１０μｍ以下である上記（７）または（８）に記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【0019】

（１０） 前記Ｗ単相結晶形成工程は、還元性雰囲気中で、５００℃以上１０００℃以下の熱処理を施すことにより行う上記（７）ないし（９）のいずれかに記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【0020】

（１１） 前記Ｗ単相結晶形成工程は、還元性雰囲気中で、１０分間以上１８０分間以下の熱処理を施すことにより行う上記（７）ないし（１０）のいずれかに記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【0021】

（１２） 前記浸炭処理工程は、浸炭性ガスを含む雰囲気中で、６５０℃以上１０００℃以下の熱処理を施すことにより行う上記（７）ないし（１１）のいずれかに記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【0022】

（１３） 前記浸炭処理工程は、浸炭性ガスを含む雰囲気中で、３分間以上１８０分間以下の熱処理を施すことにより行う上記（７）ないし（１２）のいずれかに記載の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、高硬度で耐磨耗性に優れるとともに、基材と硬質な被膜との密着性にも優れる高硬度・耐磨耗性部材を提供すること、また、前記高硬度・耐磨耗性部材の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の好適な実施形態を示す模式的な断面図である。

【図2】図２は、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法の好適な実施形態を示す模式的な断面図である。

【図3】図３は、実施例１、２についてのＷ単相結晶形成工程終了時および浸炭処理工程終了時のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す図である。

【図4】図４は、実施例３、４についての浸炭処理工程終了時のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す図である。

【図5】図５は、比較例１、２についての浸炭処理工程終了時のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す図である。

【図6】図６は、実施例１、２の高硬度・耐磨耗性部材についての表面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。

【図7】図７は、比較例１、２の高硬度・耐磨耗性部材についての表面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。

【図8】図８は、実施例３についてのＷ単相結晶形成工程終了時の断面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示す図である。

【図9】図９は、実施例３についての浸炭処理工程終了時の表面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示す図である。

【図10】図１０は、実施例３についての浸炭処理工程終了時の表面電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）の結果を示す図である。

【図11】図１１は、実施例３についての浸炭処理工程終了時の断面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示す図である。

【図12】図１２は、実施例４についての浸炭処理工程終了時の表面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示す図である。

【図13】図１３は、実施例４についての浸炭処理工程終了時の表面ＥＤＳ／ＥＢＳＤの結果を示す図である。

【図14】図１４は、実施例４についての浸炭処理工程終了時の断面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
［１］高硬度・耐磨耗性部材
まず、本発明の高硬度・耐磨耗性部材について説明する。
図１は、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の好適な実施形態を示す模式的な断面図である。

【0026】

図１に示すように、高硬度・耐磨耗性部材１００は、基材１と、被膜２とを有している。そして、被膜２は、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体を含む材料で構成された母相２１と、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成された硬質層２２とを有している。

【0027】

このような構成により、高硬度で耐磨耗性に優れるとともに、基材と硬質な被膜との密着性にも優れる高硬度・耐磨耗性部材１００を提供することができる。

【0028】

［１－１］基材
基材１は、被膜２を支持する機能を有するものであり、通常、高硬度・耐磨耗性部材１００の主部を構成するものである。

【0029】

また、基材１は、通常、高硬度・耐磨耗性部材１００全体の概形と同様の形状を有するものである。

【0030】

基材１は、いかなる材料で構成されたものであってもよく、基材１の構成材料としては、例えば、各種金属材料、各種セラミックス材料、各種ガラス材料、各種樹脂材料、石材、炭素材料等が挙げられるが、少なくともＦｅを含むものであるのが好ましい。

【0031】

これにより、高硬度・耐磨耗性部材１００を製造する際に各種成膜法によりＦｅを含む膜を形成しなくても、母相２１中に好適にＦｅを含ませることができる。特に、後述するような方法を用いて、Ｆｅを好適に含有する母相２１を好適に形成することができる。また、基材１と母相２１との密着性を特に優れたものとすることができる。

【0032】

中でも、基材１は、鋼材で構成されたものであるのが好ましい。
これにより、高硬度・耐磨耗性部材１００全体としての硬度をより高いものとすることができる。また、基材１と被膜２との密着性をより優れたものとすることができる。また、鋼材は、比較的安価で入手も容易であるため、高硬度・耐磨耗性部材１００の安定供給、製造コストの低減の観点等からも好ましい。

【0033】

基材１を構成する鋼材としては、例えば、炭素鋼や、ステンレス鋼、マンガン鋼等の合金鋼等が挙げられる。

【0034】

特に、基材１は、炭素鋼で構成されたものであるのが好ましい。
これにより、基材１の加工性をより優れたものとすることができ、種々の形状の高硬度・耐磨耗性部材１００の製造に好適に適用することができる。また、基材１と被膜２との密着性をさらに優れたものとすることができる。また、炭素鋼は、各種鋼材の中でも、特に安価で入手も容易であるため、高硬度・耐磨耗性部材１００の安定供給、製造コストの低減の観点から、特に好ましい。

【0035】

基材１を構成する炭素鋼としては、例えば、０．０２質量％以上０．２５質量％以下の低炭素鋼、０．２５質量％以上０．６質量％以下の中炭素鋼、０．６質量％以上の高炭素鋼が挙げられる。

【0036】

基材１は、例えば、その全体が均一な材料で構成されたものであってもよいし、異なる材料で構成された複数の領域を有するものであってもよい。例えば、基材１は、基部と、当該基部の少なくとも一部を被覆する表面層とを有するものであってもよい。また、前記基部と前記表面層との間に、少なくとも１層の中間層が設けられていてもよい。

【0037】

基材１の形状は、特に限定されないが、通常、高硬度・耐磨耗性部材１００の概形と同様である。

【0038】

なお、基材１は、組成の異なる部位を有するものであってもよい。例えば、基材１は、基部と当該基部とは異なる組成の表面層とを有するものであってもよいし、複数の層を有する積層体であってもよいし、構成材料の組成が傾斜的に変化する傾斜材料で構成されたものであってもよい。このような場合、少なくとも基材１の表面が前述したような材料で構成されているのが好ましい。

【0039】

［１－２］被膜
高硬度・耐磨耗性部材１００は、基材１に支持された被膜２を有している。
被膜２は、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体を含む材料で構成された母相２１と、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成された硬質層２２とを有している。

【0040】

被膜２は、主に、高硬度・耐磨耗性部材１００の硬度を高めたり、高硬度・耐磨耗性部材１００の耐摩耗性を向上させたりする機能を有している。

【0041】

［１－２－１］母相
母相２１は、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体を含む材料で構成されている。
このような母相２１は、通常、基材１および硬質層２２に接触する部位に設けられている。

【0042】

母相２１が上記のような材料で構成されたものであることにより、母相２１の基材１に対する密着性、および、母相２１の硬質層２２に対する密着性を、いずれも、優れたものとすることができる。

【0043】

母相２１を構成する固溶体は、ＮｉおよびＦｅを含んでいればよいが、さらに、Ｗを含んでいてもよい。

【0044】

これにより、高硬度・耐磨耗性部材１００全体としての硬度、耐摩耗性をより優れたものとすることができる。また、母相２１の硬質層２２に対する密着性を、より優れたものとすることができる。

【0045】

母相２１を構成する固溶体は、上記以外の成分を含んでいてもよい。
ただし、母相２１を構成する固溶体中におけるＮｉ、Ｆｅ、Ｗ以外の成分の含有率は、１０質量％以下であるのが好ましく、５質量％以下であるのがより好ましく、１質量％以下であるのがさらに好ましい。

【0046】

また、母相２１は、前記固溶体に加え、他の構成を含んでいてもよい。
ただし、母相２１中における前記固溶体以外の構成の占める割合は、１０質量％以下であるのが好ましく、５質量％以下であるのがより好ましく、１質量％以下であるのがさらに好ましい。

【0047】

母相２１は、いかなる形状を有するものであってもよいが、通常、基材１と硬質層２２との間に、層状に設けられている。

【0048】

このような場合、母相２１の厚さは、特に限定されないが、１．０μｍ以上２．５μｍ以下であるのが好ましく、１．０μｍ以上２．０μｍ以下であるのがより好ましい。

【0049】

これにより、高硬度・耐磨耗性部材１００の硬度や耐磨耗性、基材１と被膜２との密着性のバランスをより優れたものとすることができる。また、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができる。

【0050】

母相２１は、例えば、その全体が均一な材料で構成されたものであってもよいし、異なる材料で構成された複数の領域を有するものであってもよい。

【0051】

［１－２－２］硬質層
被膜２は、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成され、母相２１に支持された硬質層２２を有している。

【0052】

このような硬質層２２は、非常に高い硬度を有するとともに、耐摩耗性にも優れており、さらに、母相２１との密着性にも優れたものである。これにより、高硬度・耐磨耗性部材１００全体としての硬度、耐摩耗性を優れたものとすることができる。また、被膜２の不本意な剥離等が効果的に防止され、高硬度・耐磨耗性部材１００の耐久性、信頼性を優れたものとすることができる。

【0053】

硬質層２２中に含まれるＷＣ結晶粒子は、いかなる形態のものであってもよいが、硬質層２２は、棒状ＷＣ結晶粒子を含んでいるのが好ましく、これらが被膜２の厚さ方向に選択的に配向しているのがより好ましい。

【0054】

これにより、硬質層２２表面での他の物体との摩擦摩耗・摺動時にＷＣ結晶粒子の脱落がより効果的に抑制され、耐摩耗性能がさらに向上する。

【0055】

ＷＣ結晶粒子は、特に限定されないが、短軸長が０．１０μｍ以上１．４μｍ以下、長軸長が１．０μｍ以上４．０μｍ以下であるのが好ましく、短軸長が０．３０μｍ以上１．２０μｍ以下、長軸長が１．５μｍ以上３．５μｍ以下であるのがより好ましく、短軸長が０．５０μｍ以上１．００μｍ以下、長軸長が２．０μｍ以上３．０μｍ以下であるのがさらに好ましい。

【0056】

これにより、前述した被膜２の厚さ方向への選択的配向が成された状態において、硬質層２２の厚さとＷＣ結晶粒子の長軸長が適合する。

【0057】

なお、本明細書においては、測定対象となる部位（例えば、ＷＣ結晶粒子については硬質層２２）の表面における測定対象の結晶粒子を画像解析ソフトウェアにより検出したうえで、当該結晶粒子の全てについて短軸長および長軸長を求め、それぞれの算術平均値を、結晶粒子の短軸長および長軸長と定義する。

【0058】

硬質層２２は、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成されているが、さらに、ＷＣ以外の成分を含んでいてもよい。

【0059】

ただし、硬質層２２中におけるＷＣ以外の成分の含有率は、１０質量％以下であるのが好ましく、５質量％以下であるのがより好ましく、１質量％以下であるのがさらに好ましい。

【0060】

硬質層２２の厚さは、特に限定されないが、０．５μｍ以上であるのが好ましく、１．０μｍ以上２．５μｍ以下であるのがより好ましい。

【0061】

これにより、高硬度・耐磨耗性部材１００の硬度や耐磨耗性、基材１と被膜２との密着性のバランスをより優れたものとすることができる。また、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができる。

【0062】

硬質層２２は、例えば、その全体が均一な材料で構成されたものであってもよいし、異なる材料で構成された複数の領域を有するものであってもよい。

【0063】

なお、図示の構成では、層状をなす母相２１と硬質層２２との間に、明確な境界が存在しているが、母相２１と硬質層２２との境界は非不明瞭なものであってもよく、例えば、母相２１の構成材料と硬質層２２の構成材料とが混在する領域を有していてもよい。また、被膜２は、母相２１および硬質層２２以外の領域、例えば、中間層や下地層を有していてもよい。このような領域としては、例えば、Ｎｉを含みかつＦｅを含まない領域等が挙げられる。

【0064】

また、図示の構成では、基材１と被膜２との間に、明確な境界が存在しているが、基材１と被膜２との境界は非不明瞭なものであってもよい。

【0065】

被膜２の厚さは、特に限定されないが、１．５μｍ以上５．０μｍ以下であるのが好ましく、２．０μｍ以上４．５μｍ以下であるのがより好ましい。

【0066】

これにより、高硬度・耐磨耗性部材１００の硬度や耐磨耗性、基材１と被膜２との密着性のバランスをより優れたものとすることができる。また、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができる。

【0067】

被膜２は、基材１の表面の少なくとも一部を被覆するものであればよく、基材１は、被膜２で被覆されていない部位を有していてもよい。

【0068】

高硬度・耐磨耗性部材１００は、前述した基材１および被膜２に加えて、他の構成をさらに有していてもよい。このような構成としては、例えば、基材１と被膜２との間に設けられた中間層や、被膜２の表面の少なくとも一部を被覆するコート層等が挙げられる。また、基材１が被膜２で被覆されていない領域を有する場合、当該領域は、被膜２以外の膜で被覆されていてもよい。

【0069】

上述したように、高硬度・耐磨耗性部材１００は、高硬度で耐磨耗性に優れるとともに、基材１と被膜２との密着性に優れている。

【0070】

高硬度・耐磨耗性部材１００の被膜２が設けられた部位における、ＪＩＳ Ｚ ２２４４で規定されるビッカース硬さ試験方法に準じて測定されるビッカース硬さは、１０００以上２７００以下であるのが好ましく、１１００以上２５００以下であるのがより好ましく、１２００以上２３００以下であるのがさらに好ましい。

【0071】

ビッカース硬さは、例えば、微小硬さ試験機（フィッシャー・インストルメンツ社製、ピコデンターＨＭ５００）を用いた測定により求めることができる。

【0072】

また、高硬度・耐磨耗性部材１００の被膜２が設けられた部位における、ＩＳＯ １８５３５で規定されるボールオンディスク摩擦摩耗試験で求められる比摩耗量（specific wear rate）は、５．０×１０^－１６ｍ^２／Ｎ以下であるのが好ましく、１．４×１０^－１６ｍ^２／Ｎ以上２．５×１０^－１６ｍ^２／Ｎ以下であるのがより好ましい。

【0073】

ボールオンディスク摩擦摩耗試験には、例えば、ボールオンディスク摩擦摩耗試験機（CSM instrument社製、Tribometer）を用いることができる。

【0074】

高硬度・耐磨耗性部材１００は、いかなる用途のものであってもよいが、高硬度、耐摩耗性が求められる用途の物であるのが好ましい。このような物としては、例えば、切削工具等の各種工具、金型、圧延ロール等の各種ロール、ピストンリング、シリンダー、軸受、ベアリング等の各種摺動部品、各種バルブやポンプ用部品等が挙げられる。

【0075】

［２］高硬度・耐磨耗性部材の製造方法
次に、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法について説明する。
図２は、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法の好適な実施形態を示す模式的な断面図である。

【0076】

図２に示すように、本実施形態の高硬度・耐磨耗性部材１００の製造方法は、Ｆｅを含む材料で構成された基材１を用意する基材用意工程（１ａ）と、基材１に対して無電解Ｎｉ－Ｐめっきを施し、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層２Ａ’を形成する無電解めっき工程（１ｂ）と、電気めっきにより、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層２Ａ’上に、Ｎｉ－Ｗ合金めっき層２Ｂ’を形成する電気めっき工程（１ｃ）と、還元性雰囲気中で熱処理を施すことにより、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層２’を形成するＷ単相結晶形成工程（１ｄ）と、複合層２’にガス浸炭処理を施すことにより、ＷＣ結晶粒子を形成する浸炭処理工程（１ｅ）とを有する。

【0077】

これにより、高硬度で耐磨耗性に優れるとともに、基材１と硬質な被膜２との密着性にも優れる高硬度・耐磨耗性部材１００の製造方法を提供することができる。特に、上記のような優れた特性の高硬度・耐磨耗性部材１００を生産性よく、優れた歩留まりで製造することができる。

【0078】

［２－１］基材用意工程
基材用意工程では、前述したような基材１、特に、少なくともＦｅを含む材料で構成された基材１を用意する（１ａ）。

【0079】

本工程で用意する基材１は、例えば、洗浄処理や、鏡面加工、ブラスト処理、プラズマ処理等の表面処理が施されたものであってもよい。

【0080】

［２－２］無電解めっき工程
無電解めっき工程では、基材１に対して無電解Ｎｉ－Ｐめっきを施し、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層２Ａ’を形成する（１ｂ）。

【0081】

無電解めっき工程は、Ｎｉ濃度が３ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下のめっき液を用いることにより、好適に行うことができる。

【0082】

めっき液としては、例えば、市販のめっき液をそのまま用いてもよいし、市販のめっき液原料として、希釈する等して調製したものを用いてもよい。

【0083】

無電解めっき工程で用いるめっき液のｐＨ（２５℃におけるｐＨ）は、特に限定されないが、３．０以上４．５以下であるのが好ましく、３．３以上４．２以下であるのがより好ましい。

【0084】

無電解めっき工程での処理温度は、特に限定されないが、５０℃以上９５℃以下であるのが好ましく、６０℃以上９０℃以下であるのがより好ましい。

【0085】

無電解めっき工程での処理条件（例えば、処理温度等）は、無電解めっき工程中において変更してもよい。

【0086】

無電解めっき工程の処理時間は、特に限定されないが、１０分間以上１２０分間以下であるのが好ましく、１５分間以上６０分間以下であるのが好ましい。

【0087】

これにより、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。また、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができる。

【0088】

無電解めっき工程で形成する無電解Ｎｉ－Ｐめっき層２Ａ’の厚さは、特に限定されないが、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましく、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であるのがより好ましく、１．５μｍ以上２．０μｍ以下であるのがさらに好ましい。

【0089】

これにより、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００における被膜２の厚さ、母相２１の厚さを、前述した条件を満たすように好適に調整することができる。

【0090】

［２－３］電気めっき工程
電気めっき工程では、電気めっきにより、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層２Ａ’上に、Ｎｉ－Ｗ合金めっき層２Ｂ’を形成する（１ｃ）。

【0091】

Ｎｉ－Ｗ合金めっき層２Ｂ’は、母相２１の構成成分となるとともに、硬質層２２を構成するＷＣのＷ源ともなるものである。

【0092】

電気めっき工程は、例えば、タングステン酸イオンとニッケルイオンとそれらの錯化剤とを含むめっき液を用いることにより、好適に行うことができる。

【0093】

タングステン酸イオンは、例えば、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸アンモニウム等の水溶性が高い塩としてめっき液中に含まれているのが好ましい。

【0094】

ニッケルイオンは、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、炭酸ニッケル等の塩としてめっき液中に含まれているのが好ましい。

【0095】

錯化剤としては、例えば、クエン酸やその塩、ピロリン酸やその塩、１－ヒドロキシエタン－１、１－ビスホスホン酸等を用いることができる。

【0096】

クエン酸塩としては、例えば、クエン酸三ナトリウム、クエン酸水素二ナトリウム、クエン酸二水素ナトリウム、クエン酸三カリウム、クエン酸水素二カリウム、クエン酸二水素カリウム、クエン酸三リチウム、クエン酸水素二リチウム、クエン酸二水素リチウム、クエン酸三アンモニウム、クエン酸水素二アンモニウム、クエン酸二水素アンモニウム等が挙げられる。

【0097】

また、アンモニウムイオンには電流効率を高める効果があり、めっき液には、アンモニウム塩を含むものを用いてもよいし、アンモニアを含むものを用いてもよい。

【0098】

電気めっき工程で用いるめっき液中におけるＮｉ濃度は、１ｇ／Ｌ以上３０ｇ／Ｌ以下であるのが好ましく、３ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下であるのがより好ましい。

【0099】

電気めっき工程で用いるめっき液中におけるＷ濃度は、２０ｇ／Ｌ以上２００ｇ／Ｌ以下であるのが好ましく、３０ｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下であるのがより好ましい。

【0100】

電気めっき工程で用いるめっき液のｐＨ（２５℃におけるｐＨ）は、特に限定されないが、５．０以上７．０以下であるのが好ましく、５．５以上６．８以下であるのがより好ましい。

【0101】

電気めっき工程での陰極電流密度は、３Ａ/ｄｍ^２以上３０Ａ/ｄｍ^２以下であるのが好ましく、７Ａ/ｄｍ^２以上１５Ａ/ｄｍ^２以下であるのがより好ましい。

【0102】

電気めっき工程での処理温度は、特に限定されないが、２５℃以上８０℃以下であるのが好ましく、３５℃以上６５℃以下であるのが好ましい。

【0103】

電気めっき工程での処理条件（例えば、処理温度等）は、無電解めっき工程中において変更してもよい。

【0104】

電気めっき工程の処理時間は、特に限定されないが、例えば、１分間以上２４０分間以下であるのが好ましく、３分間以上１２０分間以下であるのがより好ましく、５分間以上３０分間以下であるのがさらに好ましい。

【0105】

これにより、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。また、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができる。

【0106】

電気めっき工程で形成されるＮｉ－Ｗ合金めっき層２Ｂ’には、固溶限界以上のＷが固溶しているのが好ましい。

【0107】

これにより、Ｗ単相結晶形成工程において、より好適にＷ単相結晶を析出させることができ、後に詳述するような効果がより顕著に発揮される。

【0108】

固溶限界以上のＷが固溶しているＮｉ－Ｗ合金めっき層２Ｂ’は、電気めっき工程を上述した好ましい条件で行うことにより、好適に形成することができる。

【0109】

電気めっき工程で形成するＮｉ－Ｗ合金めっき層２Ｂ’の厚さは、特に限定されないが、１．０μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましく、１．４μｍ以上５．０μｍ以下であるのがより好ましく、２．５μｍ以上３．０μｍ以下であるのがさらに好ましい。

【0110】

これにより、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００における被膜２の厚さ、母相２１の厚さ、硬質層２２の厚さを、前述した条件を満たすように好適に調整することができる。

【0111】

［２－４］Ｗ単相結晶形成工程
Ｗ単相結晶形成工程では、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層２Ａ’およびＮｉ－Ｗ合金めっき層２Ｂ’が形成された基材１に対して、還元性雰囲気中で熱処理を施すことにより、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層２’を形成する（１ｄ）。より具体的には、還元性雰囲気中で熱処理を施すことにより、ＮｉとＦｅとの固溶化が進行するとともに、固溶Ｗ量が減少してＷが単相粒子として析出する。このように、本工程で、Ｗ単相粒子を析出させることにより、後の浸炭処理工程で生成するＷＣの粒子が粗大化することが効果的に防止される。なお、前記固溶体中に含まれるＦｅは、通常、基材１から拡散したものである。

【0112】

Ｗ単相結晶形成工程で形成されるＷ単相結晶は、後の浸炭処理工程で、主にＷＣ結晶粒となるものである。

【0113】

Ｗ単相結晶形成工程を行う雰囲気は、還元性の雰囲気であればよいが、具体的には、例えば、水素ガスを含む雰囲気等が挙げられる。

【0114】

水素ガスを含む雰囲気としては、水素ガスそのもののほか、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスとの混合ガス等が挙げられる。

【0115】

特に、Ｗ単相結晶形成工程を行う際の雰囲気は、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスであるのが好ましい。

【0116】

Ｗ単相結晶形成工程を行う雰囲気中における水素ガスの圧力（水素ガスと他の成分との混合ガスである場合には、水素ガスの分圧）は、１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下であるのが好ましく、３ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下であるのがより好ましく、７ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下であるのがさらに好ましい。

【0117】

Ｗ単相結晶形成工程を行う際の雰囲気の圧力は、５０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下であるのが好ましく、１００ｋＰａ以上３５０ｋＰａ以下であるのがより好ましく、１４０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下であるのがさらに好ましい。

【0118】

Ｗ単相結晶形成工程で行う還元性雰囲気中での熱処理の処理温度は、５００℃以上１０００℃以下であるのが好ましく、５５０℃以上８００℃以下であるのがより好ましく、６５０℃以上７００℃以下であるのがさらに好ましい。

【0119】

これにより、ＮｉとＦｅとの固溶化をより好適に進行させるとともに、Ｗ単相粒子をより好適に析出させることができ、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層２’をより効率よく形成することができ、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができるとともに、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。

【0120】

Ｗ単相結晶形成工程での処理条件（例えば、雰囲気の組成、圧力、処理温度等）は、Ｗ単相結晶形成工程中において変更してもよい。

【0121】

Ｗ単相結晶形成工程での昇温速度（例えば、２０℃から５００℃までの昇温速度）は、５０℃／分間以上２５０℃／分間以下であるのが好ましく、８０℃／分間以上２２０℃／分間以下であるのがより好ましく、１２０℃／分間以上２００℃／分間以下であるのがさらに好ましい。

【0122】

これにより、ＮｉとＦｅとの固溶化をより好適に進行させるとともに、Ｗ単相粒子をより好適に析出させることができ、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層２’をより効率よく形成することができ、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができるとともに、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。

【0123】

Ｗ単相結晶形成工程で行う還元性雰囲気中での熱処理の処理時間（例えば、５００℃以上での処理時間）は、１０分間以上１８０分間以下であるのが好ましく、２０分間以上９０分間以下であるのがより好ましく、３０分間以上６０分間以下であるのがさらに好ましい。

【0124】

これにより、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。また、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができる。

【0125】

［２－５］浸炭処理工程
浸炭処理工程では、複合層２’にガス浸炭処理を施すことにより、ＷＣ結晶粒子を形成する（１ｅ）。

【0126】

これにより、複合層２’が母相２１および硬質層２２を有する被膜２となり、高硬度・耐磨耗性部材１００が得られる。

【0127】

また、上述したようにして形成された複合層２’に対して、浸炭処理を施すことにより、母相２１を、ＮｉおよびＦｅに加えてＷを含む固溶体で構成されたものとして好適に形成することができる。

【0128】

浸炭処理工程は、浸炭性ガスを含む雰囲気中で、複合層２’に熱処理を施すことにより行う。

【0129】

浸炭性ガスとしては、例えば、プロパン、プロピレン、エチレン、アセチレン等の炭化水素、ＣＯ等が挙げられ、これからか選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、浸炭性ガスとしては、ＲＸガス等を用いてもよい。

【0130】

浸炭処理工程での熱処理の温度は、６５０℃以上１０００℃以下であるのが好ましく、７５０℃以上９５０℃以下であるのがより好ましく、８００℃以上９００℃以下であるのがさらに好ましい。

【0131】

これにより、浸炭処理をより効率よく行うことができ、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができるとともに、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。

【0132】

浸炭処理工程での処理条件（例えば、浸炭性ガスの組成、圧力、処理温度等）は、浸炭処理工程中において変更してもよい。

【0133】

浸炭処理工程での昇温速度（例えば、２００℃から６５０℃までの昇温速度）は、５０℃／分間以上２５０℃／分間以下であるのが好ましく、８０℃／分間以上２２０℃／分間以下であるのがより好ましく、１２０℃／分間以上２００℃／分間以下であるのがさらに好ましい。

【0134】

これにより、浸炭処理をより効率よく行うことができ、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができるとともに、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。

【0135】

浸炭処理の処理時間（例えば、６５０℃以上での処理時間）は、３分間以上１８０分間以下であるのが好ましく、５分間以上１２０分間以下であるのがより好ましく、１０分間以上６０分間以下であるのがさらに好ましい。

【0136】

これにより、最終的に得られる高硬度・耐磨耗性部材１００の信頼性をより優れたものとすることができる。また、高硬度・耐磨耗性部材１００の生産性をより優れたものとすることができる。

【0137】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。

【0138】

例えば、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法は、前述した工程以外の工程（例えば、前処理工程、中間処理工程、後処理工程等）を有していてもよい。

【0139】

より具体的には、例えば、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法は、前処理工程、中間処理工程、後処理工程のうちの少なくとも１つとして、表面を清浄化する清浄化工程を有していてもよい。また、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法は、中間工程として、研磨等により先の工程で形成された層の厚さを調整する膜厚調整工程を有していてもよい。また、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法は、浸炭工程の後に、前述した被膜以外の膜を形成する膜形成工程を有していてもよい。

【0140】

また、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法は、例えば、高硬度・耐磨耗性部材の修理・改造にも適用することができる。

【0141】

例えば、本発明の高硬度・耐磨耗性部材とは異なる構成を有する部材、例えば、切削工具等の各種工具、金型、圧延ロール等の各種ロール、ピストンリング、シリンダー、軸受、ベアリング等の各種摺動部品、各種バルブやポンプ用部品等の高い硬度や優れた耐磨耗性が求められる部材を前述した基材として用意し、当該部材（基材としての部材）に対して、本発明の製造方法を適用することにより、修理・改造に係る高硬度・耐磨耗性部材を得ることができる。上記のような部材を基材として用いる場合、前述した無電解めっき工程に先立って、当該基材の一部を除去する等の処理を施してもよい。

【0142】

また、例えば、本発明の高硬度・耐磨耗性部材は、基材と、被膜とを有し、前記被膜が、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体を含む材料で構成された母相と、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成され、前記母相に支持された硬質層とを有するものであればよく、前述した方法以外の方法で製造されたものであってもよい。

【0143】

また、前述した実施形態では、被膜が、基材側に設けられた母相と、母相よりも高硬度・耐磨耗性部材の表面側に設けられた硬質層とからなるものである場合について代表的に説明したが、被膜は、母相と硬質層とを有するものであればよく、例えば、それぞれ微小な母相と硬質層とが混在する領域を有するものであってもよい。

【実施例】

【0144】

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に温度条件を示していない処理、測定については、２５℃で行った。

【0145】

［３］高硬度・耐磨耗性部材の製造
（実施例１）
まず、基材として、炭素鋼であるＳ４５Ｃを用意し、表面に鏡面加工を施した。

【0146】

次に、鏡面加工を施した基材に対して、ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ：０．０９ｍｏｌ／Ｌ、ＮａＰＨ_２Ｏ_２・Ｈ_２Ｏ：０．２８ｍｏｌ／Ｌ、ＣＨ_３ＣＯＯＮａ：０．１２ｍｏｌ／Ｌ、クエン酸：０．０５ｍｏｌ／Ｌ、Ｎｉ濃度：５．３ｇ／Ｌ、２５℃におけるｐＨ：３．７であるめっき液を用いた無電解めっきを施し、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層を形成した（無電解めっき工程）。

【0147】

無電解めっき工程での処理温度は８５℃、無電解めっき工程の処理時間は３０分間とした。

【0148】

無電解めっき工程で形成された無電解Ｎｉ－Ｐめっき層の厚さは、１．０μｍであった。

【0149】

次に、電気めっきにより、上記のようにして形成された無電解Ｎｉ－Ｐめっき層上に、Ｎｉ－Ｗ合金めっき層を形成した（電気めっき工程）。

【0150】

電気めっき工程には、ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ：０．０６ｍｏｌ／Ｌ、Ｎａ_２ＷＯ_４・２Ｈ_２Ｏ：０．２６ｍｏｌ／Ｌ、クエン酸：０．０５ｍｏｌ／Ｌ、１４．８Ｎのアンモニア水：８ｍＬ、２５℃におけるｐＨ：６．２であるめっき液を用いた。

【0151】

また、電気めっき工程での陰極電流密度は１０Ａ/ｄｍ^２、電気めっき工程での処理温度は５０℃、電気めっき工程の処理時間は１０分間とした。
電気めっき工程で形成されたＮｉ－Ｗ合金めっき層の厚さは２．０μｍであった。

【0152】

次に、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層およびＮｉ－Ｗ合金めっき層が形成された基材に対して、水素ガス分圧７．５ｋＰａ、アルゴンガス分圧１４２．５ｋＰａである水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気（１５０ｋＰａ）中で処理温度：６５０℃、処理時間（５００℃以上での処理時間）：６０分間の熱処理を施すことにより、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層を形成した（Ｗ単相結晶形成工程）。なお、２００℃から５００℃までの昇温速度は１６０℃／分間とした。複合層を構成する固溶体中に含まれるＦｅは、基材から拡散したものである。

【0153】

次に、上記のようにして得られた複合層に、アセチレンガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いたガス浸炭処理を施すことにより、ＷＣ結晶粒子を形成し、硬質層を形成するとともに、ＮｉとＦｅとＷとを含む固溶体で構成された母相を形成し、母相と硬質層とを有する被膜を形成し、高硬度・耐磨耗性部材を得た（浸炭処理工程）。ガス浸炭処理には、アセチレンガス（４．８ｋＰａ）とアルゴンガス（３１５．２ｋＰａ）との混合ガス（３２０ｋＰａ）を用いた。

【0154】

浸炭処理工程での熱処理の温度は９００℃とし、浸炭処理の処理時間（６５０℃以上での処理時間）は、１０分間とした。また、浸炭処理工程での昇温速度（２００℃から６５０℃までの昇温速度）は、１６０℃／分間とした。

【0155】

また、形成された硬質層は、棒状ＷＣ結晶粒子を含んでなるものであった。ＷＣ結晶粒子の短軸長は０．３０μｍ、長軸長は２．２μｍであった。

【0156】

（実施例２～４）
各工程での処理条件を表１に示すように変更することにより、高硬度・耐磨耗性部材の構成が表２に示すものとなるようにした以外は、前記実施例１と同様にして高硬度・耐磨耗性部材を製造した。

【0157】

（比較例１、２）
Ｗ単相結晶形成工程を省略するとともに、電気めっき工程の処理時間、浸炭処理工程での処理条件を表１に示すように変更することにより、高硬度・耐磨耗性部材の構成が表２に示すものとなるようにした以外は、前記実施例１と同様にして高硬度・耐磨耗性部材を製造した。

【0158】

（比較例３）
浸炭処理工程を省略した以外は、前記実施例３と同様にして高硬度・耐磨耗性部材を製造した。

【0159】

前記各実施例および各比較例について、高硬度・耐磨耗性部材の製造条件を表１にまとめて示し、高硬度・耐磨耗性部材の構成を表２にまとめて示す。

【0160】

【表1】

【0161】

【表2】

【0162】

前記各実施例および各比較例のＷ単相結晶形成工程終了時および浸炭処理工程終了時において、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による分析を行った。Ｘ線回折には、理学電気社製のＸ線回折装置Ｒｉｎｔ２１００を用い、表面ＳＥＭ写真、断面ＳＥＭ写真の撮影には、日本電子社製のＪＳＭ－５３１０ＬＶＢ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、および、ＪＣＭ－６０００ ＮｅｏＳｃｏｐｅを用いた。

【0163】

前記実施例１、２についてのＷ単相結晶形成工程終了時および浸炭処理工程終了時のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを図３に示し、前記実施例３、４についての浸炭処理工程終了時のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを図４に示し、前記比較例１、２についての浸炭処理工程終了時のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを図５に示し、前記実施例１、２の高硬度・耐磨耗性部材についての表面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を図６に示し、前記比較例１、２の高硬度・耐磨耗性部材についての表面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を図７に示し、前記実施例３についてのＷ単相結晶形成工程終了時の断面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を図８に示し、前記実施例３についての浸炭処理工程終了時の表面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を図９に示し、前記実施例３についての浸炭処理工程終了時の表面電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）の結果を図１０に示し、前記実施例３についての浸炭処理工程終了時の断面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を図１１に示し、前記実施例４についての浸炭処理工程終了時の表面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を図１２に示し、前記実施例４についての浸炭処理工程終了時の表面ＥＤＳ／ＥＢＳＤの結果を図１３に示し、前記実施例４についての浸炭処理工程終了時の断面エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を図１４に示す。

【0164】

図３および４から明らかなように、本発明では、Ｗ単相結晶形成工程終了時には、析出したＷのピークが認められるのに対し、浸炭処理工程終了時には、当該Ｗのピークが消失し、ＷＣの強いピークが出現している。これに対し、比較例１、２では、図５から明らかなように、ＷＣのピークとともに、耐磨耗性の向上において不利であると考えられるＷ_２Ｃのピークも確認された。また、図６から、本発明の高硬度・耐磨耗性部材では、ＷＣの結晶が確認される一方で、Ｗ_２Ｃの結晶は確認されなかった。特に、浸炭処理工程の処理時間が比較的短い実施例１では、比較的小さな棒状ＷＣ結晶粒子が主に存在していたのに対し、浸炭処理工程の処理時間が比較的長い実施例２では、棒状ＷＣ結晶粒子の成長が確認された。これに対し、図７から、比較例１、２では、針状のＷＣ粒子とともに、微小粒子としてのＷ_２Ｃ粒子も多数確認された。また、図８から、Ｗ単相結晶形成工程までの工程を経ることにより、均質なＮｉ－Ｗ合金被膜、下地の無電解Ｎｉ－Ｐめっき膜、Ｆｅを主成分とする基材を備える部材が得られていることがわかる。また、図９～図１１から、比較的短時間の浸炭処理を施して得られた実施例３の高硬度・耐磨耗性部材では、表面に微細な細長いＷＣ結晶粒子（特に、１μｍ程度の大きさのＷＣ結晶粒子）が広がっていること、ＮｉとＦｅとが相互に拡散していること、下地中に含まれていたＰが表面付近に移動していることがわかる。また、図１２～図１４から、実施例３よりも還元性雰囲気中での熱処理（Ｗ単相結晶形成工程）の時間を長くして得られた実施例４の高硬度・耐磨耗性部材では、表面に微細な三角形断面の柱状ＷＣ結晶粒子（特に、３μｍ程度以下の大きさのＷＣ結晶粒子）が広がっていること、下地中に含まれていたＰが表面付近に移動していること（特に、ＰがＮｉ、Ｆｅ中に偏って分布していること）、ＮｉとＦｅとの固溶体が形成されていることがわかる。

【0165】

［４］評価
［４－１］硬さの評価
前記各実施例および各比較例で得られた高硬度・耐磨耗性部材の被膜が設けられた表面について、微小硬さ試験機（フィッシャー・インストルメンツ社製、ピコデンターＨＭ５００）を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準した測定を行い、ビッカース硬さを求めた。

【0166】

［４－２］耐磨耗性の評価
前記各実施例および各比較例で得られた高硬度・耐磨耗性部材の被膜が設けられた表面について、ボールオンディスク摩擦摩耗試験機（CSM instrument社製、Tribometer）を用いて、ＩＳＯ １８５３５に準じた方法でボールオンディスク摩擦摩耗試験を行い、比摩耗量（specific wear rate）を求めた。
これらの結果を表３にまとめて示す。

【0167】

【表3】

【0168】

表３から明らかなように、前記各実施例では、硬度および耐磨耗性を両立した高硬度・耐磨耗性部材が得られた。これに対し、各比較例では、満足のいく結果が得られなかった。

【0169】

なお、無電解めっき工程で形成する無電解Ｎｉ－Ｐめっき層の厚さを０．０１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内、電気めっき工程で形成する前記Ｎｉ－Ｗ合金めっき層の厚さを１．０μｍ以上１０μｍ以下の範囲内、Ｗ単相結晶形成工程での熱処理温度を５００℃以上１０００℃以下の範囲内、Ｗ単相結晶形成工程での熱処理時間を１０分間以上１８０分間以下の範囲内、浸炭処理工程での熱処理温度を６５０℃以上１０００℃以下の範囲内、浸炭処理工程での熱処理温度（浸炭時間）を３分間以上１８０分間以下の範囲内で種々変更し、高硬度・耐磨耗性部材が有する母相の厚さを１．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲、硬質層の厚さを０．５μｍ以上、ＷＣ結晶粒子の短軸長を０．１０μｍ以上１．４μｍ以下、長軸長を１．０μｍ以上４．０μｍ以下の範囲、被膜の厚さを１．５ｍ以上５．０μｍ以下の範囲内で種々変更されたものとなるようにした以外は、前記実施例と同様にして高硬度・耐磨耗性部材を製造し、これらの高硬度・耐磨耗性部材について前記と同様の評価を行ったところ、前記と同様の効果が得られることが確認された。

【産業上の利用可能性】

【0170】

本発明の高硬度・耐磨耗性部材は、基材と、被膜とを有する高硬度・耐磨耗性部材であって、前記被膜は、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体を含む材料で構成された母相と、ＷＣ結晶粒子を含む材料で構成され、前記母相に支持された硬質層とを有するものである。これにより、高硬度で耐磨耗性に優れるとともに、基材と硬質な被膜との密着性にも優れる高硬度・耐磨耗性部材を提供することができる。

【0171】

また、本発明の高硬度・耐磨耗性部材の製造方法は、Ｆｅを含む材料で構成された基材に対して無電解Ｎｉ－Ｐめっきを施し、無電解Ｎｉ－Ｐめっき層を形成する無電解めっき工程と、電気めっきにより、前記無電解Ｎｉ－Ｐめっき層上に、Ｎｉ－Ｗ合金めっき層を形成する電気めっき工程と、還元性雰囲気中で熱処理を施すことにより、Ｗ単相結晶と、ＮｉおよびＦｅを含有する固溶体とを含む複合層を形成するＷ単相結晶形成工程と、前記複合層にガス浸炭処理を施すことにより、ＷＣ結晶粒子を形成する浸炭処理工程とを有する。これにより、高硬度で耐磨耗性に優れるとともに、基材と硬質な被膜との密着性にも優れる高硬度・耐磨耗性部材の製造方法を提供することができる。

【0172】

したがって、本発明の高硬度・耐磨耗性部材および高硬度・耐磨耗性部材の製造方法は、産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0173】

１００…高硬度・耐磨耗性部材
１…基材
２…被膜
２１…母相
２２…硬質層
２Ａ’…無電解Ｎｉ－Ｐめっき層
２Ｂ’…Ｎｉ－Ｗ合金めっき層
２’…複合層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】