JPH03150345A - 刃物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気かみそり、バリカン、芝刈機、はさみ
、カッター、小力等に適用される刃物、特に、櫛状刃も
しくは網目状刃などのように複雑な形状で、かつ、刃材
が高硬度の刃−の製造に有効な方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、特開昭５０−８４３５５号公報、特開昭５２−６
８５５３号公報に開示されているように、金属刃の表面
に酸化物をコーティングすることにより、耐摩耗性・耐
腐食性が向上することが知られている。金属刃に酸化物
をコーティングする方法としては、特開昭５２−９２６
５５号公報に開示されているイオンブレーティングのよ
うな物理蒸着もしくは化学蒸着法がある。また、最近で
は、金属刃にＴ　ｉ　Ｎ４Ｚ　ｒ　Ｎｌｌｉをスバフタ
ー法でコーティングしたり、ｚｒ０８系セラミック焼結
体で刃全体を形成したりするようになってきている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述のイオンブレーティングやスパッターのよ
うな方法だと、被膜の厚みを充分にとることが困難であ
る。また、方法が複雑なために、刃の両面に同時にコー
ティングすることができなかったり、あるいは、複雑な
形状の刃にコーティングすることが困難であったりする
といった欠点を有していた。

さらに、平面性の良好な金属板にコーティングした場合
、同金属板と被膜との密着性が弱いという問題を有して
いる。これを改善するために、金属板と被膜との間にア
ンカー効果を持たせているが、このためには金属板に微
細な凹凸をつけるなど複雑な工程が必要となっていた。

また、ＺｒＯｔ系バルク焼結体を刃として使う場合、寸
法精度が低かったり、金属刃に比べて靭性がないため刃
先が欠けたりするなどの問題があった。

以上に述べた従来法は、それぞれに問題点をかかえてい
るため、産業上有利ではない。

発明者らは、酸化アルミニウムで被覆した刃物の製造方
法について種々の検討を重ねた結果、ステンレス母材に
密着度良く酸化アルミニウムが析出した高Ａｆ含有フェ
ライト系ステンレス鋼および高Ａｌｌ含有オーステナイ
ト系ステンレス鋼を用いることによって切れ味の良い刃
物を優れた生産性で供給できることを知見した。

しかしながら、上記２種類のステンレス鋼自体の硬度は
室温でのビッカース硬度値が１５０〜２５０の範囲であ
って、あまり高くなく、刃物としての寿命には問題があ
った。

そこで、この発明は、これらの問題点を解決するために
提案されたもので、母材が高硬度で、櫛状刃や網目状刃
のような複雑な形状を有する刃に対しても、全面を効率
良く、密着度の充分な酸化物でコーティングすることの
できる刃物の製造方法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明にかかる刃物の製
造方法は、合わせ板がアルミニウム含有のステンレス鋼
であり母材が高硬度鋼であるクラッド材を刃物形状に成
形したものを、８００℃以上、１３００℃以下の温度で
酸化雰囲気中で加熱し、前記ステンレス鋼の表面に酸化
アルミニウム膜を析出させるようにしている。

この発明で用いるアルミニウム含有ステンレス鋼は、た
とえば、下記（１）または（２）の組成を持つ合金であ
る。

０　組成が重量％で、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：０−
１０％、Ａｎ！　：　２〜６％、Ｔｉ％Ｎｂ％Ｚｒ、Ｙ
、Ｈｆ％Ｃｅ、Ｌａ％ＮｄおよびＧｄのうちの少なくと
も１つの元素：　０．０５〜１．０％、ならびに、残部
：実質的にＦｅであるＦｅ−Ｃｒ−（Ｎｉ）−ＡＮ系合
金。

０　組成が重量％で、Ｎｉ：１２〜４０％、Ｃｒ：９〜
２４％、Ａｔ：４〜７％、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒのうち
の少なくとも１つの元素：０６１〜０．８％、希土類元
素およびＨｆのうちの少なくとも１つの元素：０．０５
〜０．２％、ならびに、残部：実質的にＦｅであるＦｅ
−Ｎｉ−Ｃｒ−ＡＮ系合金。

希土類元素としては、たとえば、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ
、Ｇｄ等が用いられる。

残部が実質的にＦｅであるとは、残部がすべてＦｅであ
る場合のみを言うのではなく、たとえば、残部がＦａ以
外に不可避的犀存在している不純物も含んでいる場合も
意味している。

この発明で用いる高硬度鋼は、市販されている高硬度材
の中でも、アルミニウム含有ステンレス鋼の酸化アルミ
ニウム析出のための熱処理が８００℃〜１３００℃であ
ることから、まず耐熱性があること、さらには、クラア
ド化するときにはアルミニウム含有ステンレス鋼に比べ
て高変形抵抗を有し、クラッド化を可能にすること、酸
化アルミニウム析出処理の後に母材を硬化処理で高硬度
化することが望ましいことから、下記のものが適当であ
る。たとえば、高硬度工具鋼、刃物用ステンレス綱、オ
ーステナイト系やセミオーステナイト系を中心とするＰ
Ｈステンレス鋼、マルエージ鋼、高Ｃｒ　−Ｎ　ｉオー
ステナイト系耐熱鋼、あるいは、超耐熱鋼などが挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。

発明者らは、鋭意研究の結果、上記特定の組成を有する
Ｆｅ−Ｃｒ−（Ｎｉ）−Ａｌ系合金を酸化性雰囲気で８
００℃〜１３００℃にたとえば０゜５時間以上加熱して
、あるいは、上記特定の組成を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ
−Ａｌ系合金を酸化性雰囲気で８００〜１３００℃にた
とえば１０時間以上加熱して、緻密で、下地である前記
合金との密着性の良好な酸化アルミニウムを前記合金表
面に析出させることにより、上記課題のうち、櫛状刃や
網目状刃などのような複雑な形状を有する刃に対しても
全面に酸化アルミニウムをコーティングさせることがで
きることを見出した。この酸化アルミニウム被膜４は、
第３図にみるように、単に下地である合金５の上に平板
状に形成されるのではな（、下地からの析出過程で、第
２図にみるように、合金５にいわば根６・・・がはえた
ように形成される。それゆえ、合金５との密着性が極め
て優れている。このような方法だと、複雑な形状の刃に
ついても、細部まで容易に全面コーティングが可能であ
り、また、合金５に根が生えたように形成された酸化ア
ルミニウム被１１！４の厚みを　（この厚みｔは、第２
図にみるように、いわゆる根の部分を除いた最小の厚み
である）についても熱処理温度および／または熱処理時
間を適宜調整することで、所望の量、たとえば、上記Ｆ
ｅ−Ｃｒ−（Ｎｌ）−Ａｌ系合金の場合１〜２０Ｉｒｍ
にすることが可能であり、上記Ｆｌ！！−ＮＬ−Ｃｒ−
Ａｌ！系合金の場合１〜１０１ｍにすることが可能であ
る。

さらに、このような方法をイオンブレーティング法やス
パッター法と比較すると、前述のとおり酸化物は合金の
内部より合金に根が生えたように析出しているために、
密着性ははるかに優れている、また、前記合金５は合わ
せ板となって、高硬度鋼７からなる母材とクラッド材を
構成しており、同高硬度鋼７は、元来、硬度が高い上、
必要に応じて、酸化アルミニウム被膜形成後、さらに硬
化熱処理を施すことによって硬化させるので刃材として
は高硬度材となっている。それゆえ、セラミツり焼結体
で刃物全体を形成するときのような問題（たとえば、寸
法精度が低い、刃先が欠ける）がないのである。

上記アルミニウム含有ステンレス鋼と高硬度鋼とを用い
てクラッド材を作るには、熱間・冷間圧接圧延、爆着法
、ろう付は法などを利用できるが、この発明における酸
化アルミニウム析出処理温度が８００℃以上、１３００
℃以下であるため、冷間圧延やろう付は法はあまり好ま
しくない、この発明における、アルミニウム含有ステン
レス鋼も高硬度鋼もともに耐熱性を有しているので、熱
間での圧接圧延が最も通している。クラブト材は、たと
えば、次のようにして作られる。上記アルミニウム含有
ステンレス鋼を真空溶解後、８５０〜１０００℃で熱間
鍛造および／または熱間圧延によりｌ　”　１、５　ｍ
厚の板材とする。このようにして得られた板材と高硬度
鋼の板材とを表面清浄してから、高硬度鋼の両面または
片面に、アルミニウム含有ステンレス鋼をはり合わせ、
９５０℃〜１０５０℃に加熱し、圧下率が約９０％前後
で繰り返し圧延を行い、所望の厚みにする。このとき、
アルミニウム含有ステンレス鋼の厚みは、たとえば、０
．１　ｍ以上にすることが好ましい、Ｑ、１ｍｏｓ未満
だと、アルミニウム含有ステンレス鋼に割れが発生しや
すいからである。アルミニウム含有ステンレス鋼を高硬
度鋼の両側に配するか、片側に配するかは、作ろうとす
る刃物に応じて選択すればよい。

このようなりラッド材を所望の刃物形状に成形する。こ
の成形方法は、特に限定はないが、たとえば、切削加工
によって刃切りを行ったり、打ち抜き加工、あるいは、
冷間圧延時にローラーにより凹凸をつけておき、凸部を
研削する方法などが挙げられる。前記刃物形状は特に制
限はなく、たとえば、電気かみそりの外側の網状の刃や
内側の刃など、バリカン、芝刈機、はさみ、カッター、
小力などに適用される刃の形状が挙げられる。特に、こ
の発明では、バリカンなどの櫛状刃、もしくは、電気か
みそりの外側の刃などの網目状刃などのように複雑な形
状の刃を製造することが可能である。刃物の断面形状は
、くさび状、テーパーをつけたものなどがありうるが、
全く切れないということがないのであれば、刃先が鋭角
になっている必要はない。

刃物形状に成形されたクラッド材を酸化雰囲気中で加熱
処理する。酸化雰囲気としては、酸素（Ｏ□、Ｏ，だけ
ではなく、他の元素と化合物を形成している場合も含む
）を含む気体、たとえば、大気が使用される。加熱温度
は、８００℃以上（好ましくは１０００℃以上）、１３
００℃以下の範囲とする必要があり、たとえば、この範
囲内で目的とする酸化膜の厚みに応じて設定すればよい
。８００℃未満だと、酸化アルミニウム被膜の生成速度
が極端に遅（，１＃１１以上の被膜を得るのに長時間を
要するという問題があり、１３００℃を越えると母材が
軟化・変形するだけでな（、生成被膜に亀裂や剥離が生
じやすいという問題がある、また、加熱時間は特に制限
はないが、上記ＦｅＣｒ−（Ｎｉ）−ＡＪＥ系合金では
０．５時間以上、上記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−ＡＩ系合金で
は１０時間以上とするのがそれぞれ好ましく、この範囲
内で目的とする酸化膜の厚みに応じて設定すればよい、
加熱時間がこれらの下限よりも短いと、全体にＩＲ以上
の酸化アルミニラ五膜ができにくいおそれがある。この
酸化処理の際、クラッド材の母材と合わせ板との界面は
、酸化雰囲気から保護されているため、その部分には酸
化アルミニウム被膜が形成されず、界面剥離には至らな
い。

前記加熱処理により、アルミニウム含有ステンレス鋼の
表面に酸化アルミニウムが析出する。好ましくは、酸化
アルミニウムの被膜を形成する。

酸化アルミニウム析出後、必要に応じて、母材である高
硬度鋼の硬度向上のための熱処理をｊＩ％す、たとえば
、高Ｃｒ−Ｎｉオーステナイト系耐熱鋼であるＪＩＳ　
Ｓ［ＩＨ６６０相当の鋼の場合、９００℃〜１０００℃
から油冷後、７００℃〜８００℃で１２〜１６時間保持
し、その後、空冷することにより、Ｈｖが３００〜３７
０のものが得られる。他の高硬度鋼についても、適宜の
熱処理によって硬化させる。

〔作　　　用〕

Ｆｅ−Ｃｒ−（Ｎｉ）−Ａｌ系合金酸分の中で、Ｃｒは
表面に緻密で均一な酸化アルミニウム被膜を形成させる
ために必要な元素であり、濃度が低いとそのような効果
が充分ではなく、また、あまり濃度を高くしても効果が
一定以上に良好とならず、素材コストを高くするので、
１５〜３０％が適当である。Ｎｉは、刃の硬度・耐食性
を向上させるためのものであり、必ずしも用いなくても
よいが、用いる場合には濃度が高すぎると、酸化アルミ
ニウムが析出しないために、０〜１０％が適当である。

ＡＪは、酸化アルミニウムを析出するために必須な元素
であり、濃度が低すぎると、酸化アルミニウムの析出が
不充分となり、逆に濃度が高すぎると、合わせ板の加工
性が低下するので、２〜６％が適当である＊　Ｔ　ｉｓ
　Ｎｂ％Ｚｒ、Ｙ、Ｉｆ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＧｄ
のうちの少なくとも１つの元素は微量添加で、酸化アル
ミニウム被膜の脆さが改善されるだけでなく、被膜が合
わせ板に根が生えたように成長し合わせ板との密着性が
大幅に改善される効果がある。これらの元素は、あまり
濃度が高いと、合わせ板の加工性を悪くしたり、また、
素材コストが高くなるために、０．０５〜１．０％が適
当である。

Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金成分の中で、Ｎｉはオー
ステナイト生成の基本的な元素である。

フェライト生成元素のＣｒとＡＩｌが下限値である場合
、１２％以上のＮｉの添加を必要とするので、Ｎ　ｔの
下限は１２％である。また、ＣｒとＡＩｌが上限値の場
合では、３４％以上のＮｉを添加する必要がある。ただ
し、Ｎｉの濃度があまり高いと素材コストが高くなるた
めに、４０％が上限である。ＣｒはＡＩｌとともに高温
耐酸化性を得るのに必要な基本的な元素であると同時に
多量のＡ２を含有し、なおかつ、合わせ板の延性と靭性
を維持するために必要な元素である。これらの点からＣ
ｒは９％以上必要であり、また、２４％を超えて含有す
るとＮｉも多量に添加しなければならず、また、σ脆化
などの材質の劣化を促進するので、Ｃｒの上限は２４％
である。ＡＩｌは、酸化アルミニウムを析出するために
必須な元素であり、濃度が低すぎると高温でＦｅ、Ｃｒ
およびＮｉの酸化膜が主体となり、酸化アルミニウムの
均一な被膜ができないので４％以上は必要である。逆に
Ａｌの濃度が高すぎると、材料の加工性、靭性が劣化す
るので上限は７％である。Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒは熱間
加工時の割れを防止する他、ＴｉおよびＺｒは酸化アル
ミニウム被験に混入し、被膜の脆化を防止するので、Ｔ
　ｉ　、　Ｎ　ｂおよびＺｒのうちのいずれか１種また
は２種以上を０．１％以上添加することが必要である。

しかしながら、０．８％を超えて添加すると、材料の加
工性を劣化させるので上限は０．８％である。Ｙ、Ｃｅ
、Ｌａ等の希土類元素およびＨｆは、微量添加すること
で、酸化アルミニウム被膜が合わせ板に根が生えたよう
に成長し、合わせ板との密着性が大幅に改善される効果
がある。希土類元素およびＨｆのうちの少なくとも１つ
の元素の濃度は、あまり高いと合わせ板の加工性を悪く
したり、また、素材コストが高くなるために、０．０５
〜０．２％が適当である。

〔実　施　例〕

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。

一実施例１〜４− 第１表に示す組成（残部が実質的にＦｅ）を持つアルミ
ニウム含有ステンレス鋼を真空溶解後、８５０−１００
０℃で熱間鍛造、熱間圧延により１〜１、５　ｍ厚の板
材にした。この板材と、Ｃｒ：１３％、Ｃ：０．７％、
残部が実質的にＦｅからなる刃物用ステンレス鋼の板材
とを表面清浄した後はり合わせて、１０００℃で圧接圧
延を行い、アルミニウム含有ステンレス鋼の厚みが０．
１　Ｍであるクラッド材を得た。同夕ラッド材を第１図
に示すような櫛状のバリカンの刃物１０の形状に加工し
た。これを大気中で１０７０℃、４時間熱処理して、ア
ルミニウム含有ステンレス鋼表面に厚み５μの酸化アル
ミニウム膜を析出させ、急冷したものを２００℃で焼き
もどし、バリカン刃を得た一実施例５〜８− 第１表に示す組成（残部が実質的にＦｅ）を持つアルミ
ニウム含有ステンレス鋼を真空溶解後、８５０−１００
０℃で熱間鍛造、熱間圧延により１〜１、５　Ｍ厚の板
材にした。この板材と、Ｃ「：１５．１％、Ｎｉ：２５
．４％、Ａｌ！＝０．３％、Ｔｉ：２．１％、残部が実
質的にＦｅからなるオーステナイト系耐熱鋼（ＪＩＳ　
　ＳＵＨ６６０相当）の板材とを表面清浄した後はり合
わせて、１０００℃で圧接圧延を行い、アルミニウム含
有ステンレス鋼の厚みが０．１鶴であるクラアド材を得
た。同クラッド材を第１図に示すような櫛状のバリカン
の刃物ｌＯの形状に加工した。これを大気中で１０７０
℃、５０時間熱処理して、アルミニウム含有ステンレス
鋼表面に厚み３μの酸化アルミニウム膜を析出させ、続
いて刃全体を７２０℃で１５時間保持した後、空冷し、
バリカン刃を得た。

−比較例１．２一 実施例１および５で用いたのと同じ組成・形状の合金刃
に下記の条件のスパッター法でＴｉＮ膜をコーティング
して、表面に厚み０．３ｎのＴ　ｉ　Ｎ膜を有するバリ
カンの刃物を得た・ スパー　−の ＲＦスパッタ装置を用い、１０−”　１０−”Ｔｏｒｒ
の（Ａ　ｒ　＋Ｎｓ　）ガス中で印加電圧２ｋＶ、電流
２００ｍＡで３時間スパッターを行った。

実施例および比較例の各刃物について表面の膜の密着性
を垂直引張強度テスト（被膜面に垂直に引張強度試験を
行った）により調べたところ、実施例のものでは１０ｋ
ｇ／−、比較例のものでは４に＋ｒ／−であった。

実施例の刃物の酸化膜は、細部にまで均質に付着してお
り、比較例の刃物のＴ　ｉ　Ｎ膜と比較して、密着性に
優れていた。また、切れ味も良好であった。

−比較例３一 実施例１で用いたアルミニウム含有ステンレス綱を真空
溶解し、第１図に示すような櫛状のバリカンの刃物１０
の形状に加工した。これを大気中で１０７０℃で４時間
熱処理して表面に厚み５ｍの酸化アルミニウム膜を析出
させ、バリカンの刃を得た。

−比較例４一 実施例、５で用いたアルミニウム含有ステンレス鋼を真
空溶解し、第１図に示すような櫛状のバリカンの刃物１
０の形状に加工した。これを大気中で１０００℃で５０
時間熱処理して表面に厚み３籠の酸化アルミニウム膜を
析出させ、バリカンの刃を得た。

−比較例５．ロー 実施例」において、第１表に示す組成（残部が実質的に
Ｆｅ）を持つアルミニウム含有ステンレス鋼を用いたこ
と以外は、実施例１と同様にしてバリカンの刃を得た。

−比較例７一 実施例５において、第１表に示す組成（残部が実質的に
Ｆｅ）を持つアルミニウム含有ステンレス鋼を用いたこ
と以外は、実施例５と同様にしてバリカンの刃を得た。

実施例１〜Ｂでは、酸化アルミニウム析出熱処理によっ
ても、クラッド材の合わせ板と母材との界面にアルミナ
被膜が形成されず、剥離に至らなかった。また、得られ
た刃物を使用したときにも、アルミナ被膜一合わせ板−
母材の各界面での剥離、はがれはなかった。

実施例および比較例３〜７で得られた刃物の合わせ板部
分と母材部分の室温でのビッカース硬度（Ｈν）を関ぺ
、第１表に示した。また、酸化アルミニラ五被膜の密着
性およびクラッド材の加工性を調べた結果も第１表に示
した。クラッド材の加工性は、割れ・剥がれなしを０１
合わせ板に割れまたは剥がれ発生を×で評価した。

第１表にみるように、アルミニウム含有ステンレス鋼だ
けで構成した比較例３．４の刃物よりも、実施例の刃物
の方が母材の硬度が大幅に向上した。また、セラミック
焼結体で構成されたセラミック刃の場合、使用時に刃先
の欠けが多かったが、この発明のように母材が高硬度鋼
で構成されていると、硬度が高いだけでなく、靭性の高
い金属刃であるから、刃の欠けが少なく、高寿命となっ
た。

〔発明の効果〕

この発明にかかる刃物の製造方法は、上述したように、
合わせ坂がアルミニウム含有ステンレス鋼であり母材が
高硬度鋼であるクラッド材を刃物形状に成形して酸化雰
囲気中で８００℃以上、１３００℃以下の温度に加熱す
ることにより、クラッド材の表面に酸化アルミニウムを
析出させるようにしている。このため、このｇＡ造方法
によれば、密着性の良好な酸化アルミニウム膜によりコ
ーティングされている切れ味の良い、かつ、高寿命の刃
物を製造できる。

この発明では、前記アルミニウム含有ステンレス鋼とし
て、上記特定の組成を有する合金を用いると、酸化アル
ミニウム膜の密着性が良好である

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例で試作したバリカン刃の見取り図、第
２図（ａ）は、この発明の製造方法により得られた刃物
の１実施例を模式的に表す拡大断面図、第２図山）は、
その一部分を拡大した模式図、第３図は、従来法により
形成させた酸化アルミニウム被膜の状態を模式的に表す
拡大図である。 ４・・・酸化アルミニウム被膜　５・・・合わせ板であ
るアルミニウム含有ステンレスｗＡ　１・・・母材であ
る高硬度鋼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　合わせ板がアルミニウム含有のステンレス鋼であり
   母材が高硬度鋼であるクラッド材を刃物形状に成形した
   ものを、８００℃以上、１３００℃以下の温度で酸化雰
   囲気中で加熱し、前記ステンレス鋼の表面に酸化アルミ
   ニウム膜を析出させる刃物の製造方法。 ２　ステンレス鋼が下記（１）または（２）の合金であ
   る請求項１記載の刃物の製造方法。 （１）組成が重量％で、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：０
   〜１０％、Ａｌ：２〜６％、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈ
   ｆ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＧｄのうちの少なくとも１
   つの元素：０．０５〜１．０％、ならびに、残部：実質
   的にＦｅである合金。 （２）組成が重量％で、Ｎｉ：１２〜４０％、Ｃｒ：９
   〜２４％、Ａｌ：４〜７％、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒのう
   ちの少なくとも１つの元素：０．１〜０．８％、希土類
   元素およびＨｆのうちの少なくとも１つの元素：０．０
   ５〜０．２％、ならびに、残部：実質的にＦｅである合
   金。