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公開番号2025082765
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-29
出願番号2023196316
出願日2023-11-17
発明の名称硬質膜形成体、機械部品、および軸受
出願人NTN株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25D 7/00 20060101AFI20250522BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】耐水素脆性および耐摩耗性を図るとともに、十分な強度が確保された硬質膜形成体、それを用いた機械部品、および軸受を提供する。
【解決手段】硬質膜形成体1は、水素原子の侵入拡散を抑制する硬質膜3を基材2の表面に有し、基材2は、マルテンサイト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼からなり、表面のビッカース硬度が500Hv～1000Hvであり、硬質膜3のビッカース硬度は、基材2のビッカース硬度の0.9倍以上で、かつ、3000Hv以下であり、硬質膜3がNi被膜である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素原子の侵入拡散を抑制する硬質膜を基材の表面に有する硬質膜形成体であって、
前記基材は、マルテンサイト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼からなり、表面のビッカース硬度が５００Ｈｖ～１０００Ｈｖであり、
前記硬質膜のビッカース硬度は、前記基材のビッカース硬度の０．９倍以上で、かつ、３０００Ｈｖ以下であることを特徴とする硬質膜形成体。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記基材はマルテンサイト系ステンレス鋼であり、窒素を含有するとともに、炭素を０．０５質量％以上０．６０質量％未満含有することを特徴とする請求項１記載の硬質膜形成体。
【請求項３】
前記基材は、炭素を０．２０質量％～０．５０質量％、マンガンを０．１０質量％～０．５０質量％、ニッケルを０．３０質量％以下、クロムを１４．００質量％～１７．００質量％、モリブデンを１．００質量％～２．５０質量％、窒素を０．１０質量％～０．４０質量％含有することを特徴とする請求項２記載の硬質膜形成体。
【請求項４】
水素原子の侵入拡散を抑制する前記硬質膜がＮｉ被膜であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の硬質膜形成体。
【請求項５】
前記Ｎｉ被膜が、Ｎｉを９０質量％以上含有するＮｉ－Ｐ－Ｂ被膜を含むことを特徴とする請求項４記載の硬質膜形成体。
【請求項６】
前記硬質膜の表面に、ダイヤモンドライクカーボン層が形成され、該ダイヤモンドライクカーボン層の基材側に中間層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の硬質膜形成体。
【請求項７】
前記硬質膜形成体からなる試験片（前記基材の厚さ１ｍｍ）を用いた電気化学的水素透過法において、前記試験片がカソード槽およびアノード槽のそれぞれで電解質溶液に接している面積を３．１４ｃｍ
２
とし、アノード槽側の電流密度を１ｍＡ／ｃｍ
２
として電気分解を行った場合に、前記試験片のＢｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｔｉｍｅの延長時間が、厚さ１ｍｍの前記基材からなる対象片のＢｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｔｉｍｅに対して０．４倍以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の硬質膜形成体。
【請求項８】
請求項１または請求項２記載の硬質膜形成体を用いたことを特徴とする機械部品。
【請求項９】
軸受部材であることを特徴とする請求項８記載の機械部品。
【請求項１０】
請求項９記載の軸受部材を用いたことを特徴とする軸受。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄基合金基材の表面に硬質膜を有する硬質膜形成体、それを用いた機械部品、および軸受に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、産業機械などに用いられる機械部品に対して、軽量化や高強度化が要求されている。このような機械部品は、しばしば水素侵入環境下で使用される。例えば、転がり軸受や歯車などの転動部品は、水が潤滑剤に混入する条件下やすべりを伴う条件下で使用されると、水や潤滑剤が分解して水素が発生する。この水素が鋼材中に侵入することで、水素脆性を起因とする早期損傷に繋がるおそれがある。
【０００３】
従来、水素脆性対策として、以下のような技術が提案されている。例えば、特許文献１には、表面に、結晶構造を有する厚さが１μｍ以上のＦｅＳ層を有する鉄鋼材料が記載されている。この特許文献１によれば、結晶構造を有するＦｅＳ層は、水素の外部からの侵入を阻害するとともに、鋼中に一旦侵入した水素を外部に排出する機能を有するとされている。
【０００４】
特許文献２、３には、電解研磨処理されたステンレス鋼表面に、不動態化した皮膜を被覆した耐水素脆性を有するステンレス鋼が記載されている。
【０００５】
特許文献４には、シリンダ、ピストンなどのエンジンの各構成部材において、水素ガスに接する部材にステンレス鋼でなる被覆層を設けてなる水素エンジンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２３－１０９１６５号公報
特許第６８５３５３６号
特許第６８６９４９５号
実全昭５１－１３７００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、化石燃料に代わるエネルギー源として、水素が注目されている。水素は、エネルギー源として利用した際に水しか生成せず、二酸化炭素（ＣＯ
２
）を放出しないことからクリーンエネルギーとして期待されている。今後、社会全体において水素利用が進展していくことが予想され、それに伴って、水素利用機器（例えば、水素ステーション向けのボール弁や圧縮機など）が普及していくと考えられる。このような水素利用機器に用いられる軸受などの機械部品は、水素に曝される環境で使用される場合があり、そうした場合、外から供給される水素の存在によって、上述した水素脆性を起因とする早期剥離が助長されるおそれがあり、水素脆性対策がより重要になると考えられる。
【０００８】
上記特許文献１では、ＦｅＳ層が提案されているが、このＦｅＳ層が水素ガスと反応してＨ
２
Ｓが発生し混入すると、触媒毒になり水素利用上、問題となるおそれがある。
【０００９】
また、不動態皮膜は一般に非常に薄膜（数ｎｍ程度）で、用途によっては物理的に破壊されたり、また、特許文献２、３のようなステンレスの不動態皮膜は、一般にハロゲン系イオン存在下で破壊され、孔食を生じたり、すき間腐食を生じる場合がある。
【００１０】
また、水素脆性対策として、優れた耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が用いられることがある。しかし、高い降伏強度が求められる用途では、十分な強度を確保できない場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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