BR102017012691A2 - Método de tratamento de superfície e dispositivo de tratamento de superfície - Google Patents

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Yamanishi Kazuomi
Hiramatsu Shinnichi
Yamamoto Izuru
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Abstract

?método de tratamento de superfície e dispositivo de tratamento de superfície? é fornecido um método de tratamento de superfície em que um gás de processamento (g2) é co6locado em contato com um objeto de processamento aquecido produzido a partir de aço (p), um elemento no gás de processamento (g2) é solubilizado em sólido e, portanto, um tratamento de superfície é realizado no objeto de processamento (p). o objeto de processamento (p) é aquecido para uma temperatura de aquecimento (t1) em uma proximidade de uma temperatura de processamento (t3) em que o tratamento de superfície é realizado aquecendo-se uma atmosfera em que o objeto de processamento (p) é disposto. o tratamento de superfície é realizado colocando-se o gás de processamento em contato com uma superfície do objeto de processamento (p) enquanto o objeto de processamento (p) que é aquecido é diretamente aquecido para a temperatura de processamento (t3).

Description

(54) Título: MÉTODO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE E DISPOSITIVO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE (51) Int. Cl.: C23C 8/06; C23C 8/26; C21D 9/00; C21D 9/32 (30) Prioridade Unionista: 20/06/2016 JP 2016121911 (73) Titular(es): TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA (72) Inventor(es): HIROYUKI INOUE; KAZUOMI YAMANISHI; SHINNICHI HIRAMATSU; IZURU YAMAMOTO (74) Procurador(es): DANIEL ADVOGADOS (ALT.DE DANIEL & CIA) (57) Resumo: 7MÉTODO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE E DISPOSITIVO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE? É fornecido um método de tratamento de superfície em que um gás de processamento (G2) é co6locado em contato com um objeto de processamento aquecido produzido a partir de aço (P), um elemento no gás de processamento (G2) é solubilizado em sólido e, portanto, um tratamento de superfície é realizado no objeto de processamento (P). O objeto de processamento (P) é aquecido para uma temperatura de aquecimento (Tl) em uma proximidade de uma temperatura de processamento (T3) em que o tratamento de superfície é realizado aquecendose uma atmosfera em que o objeto de processamento (P) é disposto. O tratamento de superfície é realizado colocando-se o gás de processamento em contato com uma superfície do objeto de processamento (P) enquanto o objeto de processamento (P) que é aquecido é diretamente aquecido para a temperatura de processamento (T3).
Figure BR102017012691A2_D0001
i
1/35 “MÉTODO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE E DISPOSITIVO DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE”
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
1. Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um método de tratamento de superfície e um dispositivo de tratamento de superfície através do qual um gás de processamento é colocado em contato com um objeto de processamento aquecido produzido a partir de aço, e um elemento incluso no gás de processamento é solubilizado em sólido para realizar um tratamento de superfície sobre o objeto de processamento.
2. Descrição da Técnica Relacionada [002] Quando um objeto de processamento produzido a partir de aço é submetido a um tratamento de superfície, o objeto de processamento é aquecido, um gás de processamento é colocado em contato com o objeto de processamento, e um elemento incluído no gás de processamento é solubilizado em sólido em uma superfície do objeto de processamento. Na medida em que uma técnica, por exemplo, Publicação de Pedido de Patente sob no JP 2004-217958 (JP 2004-217958 A) propõe o seguinte método de tratamento de superfície. No método de tratamento de superfície, o objeto de processamento é aquecido através de aquecimento indutivo, aquecimento por emissão de laser, ou aquecimento por radiação infravermelha, um gás de processamento como um gás de tratamento de nitretação é colocado em contato com uma superfície do objeto de processamento aquecido e, assim, um tratamento de superfície é realizado sobre o objeto de processamento.
[003] Além disso, a Publicação de Pedido de Patente sob no JP 2014-118606 (JP 2014-118606 A) propõe o seguinte método de tratamento de superfície. No método de tratamento de superfície, em primeiro lugar, um objeto de processamento é aquecido através de aquecimento indutivo de alta frequência em uma unidade de
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2/35 elevação de temperatura. A seguir, o objeto de processamento é transferido para uma unidade de tratamento de cementação e sob uma atmosfera de um gás de tratamento de cementação, a atmosfera é aquecida e, assim, um tratamento de cementação é realizado sobre o objeto de processamento. A seguir, o objeto de processamento cementado é transferido para uma unidade de tratamento de nitretação, e o calor residual do objeto de processamento no tratamento de cementação é usado para colocar gás amônia em contato com o objeto de processamento para realizar um tratamento de nitretação.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] No método de tratamento de superfície de acordo com o documento JP 2004-217958 A, visto que um objeto de processamento é diretamente aquecido sem aquecer uma atmosfera ao redor do objeto de processamento, um gás de processamento decompõe ou reage sobre a superfície aquecida do objeto de processamento e, assim, um tratamento de superfície pode ser realizado.
[005] Entretanto, por exemplo, quando o objeto de processamento for aquecido de modo indutivo, visto que é difícil manter um vão constante entre a superfície de tratamento inteira do objeto de processamento e uma bobina de aquecimento indutivo, é difícil aquecer de modo uniforme o objeto de processamento. Por outro lado, quando o objeto de processamento for aquecido pela emissão de luz como feixes de laser ou radiação infravermelha, é difícil emitir luz de modo uniforme para a superfície de tratamento inteira do objeto de processamento. Em particular, quando um tratamento de superfície é realizado sobre um objeto de processamento que tem um formato complicado, é difícil aquecer de modo uniforme uma superfície do objeto de processamento. Como um resultado, é considerado difícil tratar de modo uniforme a superfície do objeto de processamento.
[006] Considerando esse ponto, conforme revelado no documento JP 2014-118606 A, quando uma atmosfera ao redor do objeto de processamento for
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3/35 aquecida, é possível aquecer de modo uniforme a superfície do objeto de processamento. Entretanto, nesse caso, existe uma possibilidade de o gás de processamento decompor ou reagir antes de atingir a superfície do objeto de processamento, e existe uma possibilidade de um tratamento de superfície não ser realizado de modo eficaz. Além disso, quando o calor residual do objeto de processamento cuja superfície é uniformemente aquecida for usado para colocar um gás de processamento em contato com o objeto de processamento, visto que uma temperatura de superfície do objeto de processamento diminui com o decorrer do tempo, não é possível realizar de modo eficaz o tratamento de superfície.
[007] A presente invenção fornece um método de tratamento de superfície e um dispositivo de tratamento de superfície através do qual é possível realizar de modo eficaz um tratamento de superfície enquanto a superfície do objeto de processamento é aquecida de modo mais uniforme.
[008] Em vista dos problemas acima, os inventores conduziram estudos extensivos e como um resultado, constataram que, antes de um objeto de processamento ser submetido a um tratamento de superfície com o uso de um gás de processamento, quando uma atmosfera em que o objeto de processamento é disposto for aquecido, é possível aquecer de modo uniforme a superfície do objeto de processamento antecipadamente. A seguir, especula-se que, enquanto o objeto de processamento uniformemente aquecido é diretamente aquecido, se um gás de processamento for colocado em contato com o objeto de processamento, a superfície do objeto de processamento permanece em uma temperatura substancialmente uniforme e um elemento incluído no gás de processamento pode ser uniformemente solubilizado em sólido na superfície do objeto de processamento.
[009] Um primeiro aspecto da presente invenção é um método de tratamento de superfície em que um gás de processamento é colocado em contato com um objeto de processamento aquecido produzido a partir de aço, um elemento incluído
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4/35 no gás de processamento é solubilizado em sólido e, assim, um tratamento de superfície é realizado sobre o objeto de processamento, incluindo o aquecimento do objeto de processamento para uma temperatura de aquecimento em uma adjacência de uma temperatura de processamento em que o tratamento de superfície é realizado aquecendo-se uma atmosfera em que o objeto de processamento é disposto; e realizar o tratamento de superfície colocando-se o gás de processamento em contato com a superfície do objeto de processamento enquanto o objeto de processamento que é aquecido é aquecido diretamente para a temperatura de processamento.
[010] No primeiro aspecto, gás amônia pode ser usado como o gás de processamento e um tratamento de nitretação pode ser realizado como o tratamento de superfície. É possível evitar que o gás amônia decomponha antes de entrar em contato com a superfície do objeto de processamento e é possível solubilizar em sólido de modo eficaz o nitrogênio do gás amônia na superfície do objeto de processamento. Além disso, um gás inerte, por exemplo, gás nitrogênio e similares, pode ser usado como gás atmosférico durante o aquecimento.
[011] No primeiro aspecto, quando o tratamento de superfície for realizado, o objeto de processamento pode ser diretamente aquecido por emissão de luz ao objeto de processamento. Além disso, a emissão da luz ao objeto de processamento pode ser realizada com o uso de uma lâmpada infravermelha.
[012] No primeiro aspecto, o objeto de processamento pode ser uma engrenagem. Até mesmo se o objeto de processamento tiver um formato complicado como uma engrenagem, é possível colocar o gás de processamento em contato com a superfície do objeto de processamento enquanto a temperatura da superfície do objeto de processamento é substancialmente uniforme.
[013] No primeiro aspecto, uma temperatura de aquecimento pode ter uma faixa de uma temperatura de 100°C menor do que a temperatura de processamento
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5/35 para uma temperatura 120°C maior do que a temperatura de processamento. Além disso, a temperatura de aquecimento pode ser 850°C ou maior e 1.200°C ou menor.
[014] No primeiro aspecto, o objeto de processamento é aquecido para a temperatura de aquecimento em uma câmara de aquecimento, e o tratamento de superfície no objeto de processamento é realizado em uma câmara de processamento. O método de tratamento de superfície pode incluir adicionalmente transferir o objeto de processamento da câmara de aquecimento para a câmara de processamento após o objeto de processamento ser aquecido para a temperatura de aquecimento.
[015] Um segundo aspecto da presente invenção é um dispositivo de tratamento de superfície que inclui uma unidade de elevação de temperatura configurada para aquecer um objeto de processamento e uma unidade de tratamento configurada para realizar um tratamento de superfície colocando-se um gás de processamento em contato com o objeto de processamento aquecido pela unidade de elevação de temperatura e solubilizar em sólido um elemento incluído no gás de processamento. A unidade de elevação de temperatura inclui uma câmara de aquecimento em que o objeto de processamento é disposto e uma primeira unidade de aquecimento configurada para aquecer o objeto de processamento aquecendo-se uma atmosfera na câmara de aquecimento em que o objeto de processamento é disposto. A unidade de tratamento inclui uma câmara de processamento em que o objeto de processamento é disposto, uma unidade de suprimento de gás configurada para suprir o gás de processamento à câmara de processamento, e uma segunda unidade de aquecimento configurada para aquecer diretamente o objeto de processamento na câmara de processamento.
[016] No segundo aspecto, a unidade de suprimento de gás pode suprir gás amônia como o gás de processamento. É possível evitar que o gás amônia decomponha antes de entrar em contato com a superfície do objeto de
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6/35 processamento e é possível solubilizar em sólido de modo eficaz o nitrogênio do gás amônia na superfície do objeto de processamento.
[017] No segundo aspecto, a câmara de processamento inclui uma parede transmissora de luz que tem transmitância de luz em pelo menos uma parte das paredes que definem a câmara de processamento e a segunda unidade de aquecimento é disposta fora da câmara de processamento, emite luz ao objeto de processamento na câmara de processamento através da parede transmissora de luz, e pode aquecer o objeto de processamento. É possível aquecer diretamente o objeto de processamento por emissão de luz ao objeto de processamento através da parede transmissora de luz.
[018] No segundo aspecto, a parede transmissora de luz inclui uma primeira parede voltada para o exterior da câmara de processamento e uma segunda parede voltada para o interior da câmara de processamento. Um espaço pode estar entre a primeira parede e a segunda parede. Quando um espaço for fornecido na parede transmissora de luz, o espaço pode isolar do calor gerado pela própria segunda unidade de aquecimento e transferência de calor da primeira parede para a segunda parede devido ao calor pode ser evitada. Consequentemente, o gás de processamento pode ser impedido de decompor ou reagir sobre a superfície da segunda parede e a adjacência da mesma.
[019] No segundo aspecto, uma rede de montagem sobre a qual o objeto de processamento é montado pode ser disposta na câmara de processamento.
[020] No segundo aspecto, uma unidade de transferência configurada para transferir o objeto de processamento da câmara de aquecimento para a câmara de processamento pode ser adicionalmente incluída. Além disso, a unidade de transferência pode incluir uma passagem configurada para ser vedada e uma bomba de sucção configurada para remover ar na passagem. Consequentemente, visto que o objeto de processamento é transferido em um estado de pressão reduzida ou um
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7/35 estado de vácuo, a superfície do objeto de processamento é impedida de ser oxidada, uma redução na temperatura do objeto de processamento aquecido pela unidade de elevação de temperatura é reduzida, e o objeto de processamento pode ser transferido para a unidade de tratamento.
[021] De acordo com a presente invenção, quando a atmosfera for aquecida, é possível aquecer de modo mais uniforme a superfície do objeto de processamento. Quando o objeto de processamento aquecido for diretamente aquecido, é possível realizar de modo eficaz um tratamento de superfície sobre o objeto de processamento com o uso de um gás de processamento enquanto o objeto de processamento permanece em uma temperatura substancialmente uniforme.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [022] Os recursos, vantagens e a significância técnica e industrial das modalidades exemplificativas da invenção serão descritas abaixo com referência aos desenhos anexos, em que como numerais semelhantes denotam elementos semelhantes, e em que:
[023] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um dispositivo de tratamento de superfície de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[024] A Figura 2 é uma vista em corte transversal ampliada de uma parede de uma unidade de tratamento do dispositivo de tratamento de superfície mostrada na Figura 1;
[025] A Figura 3 é um diagrama que mostra um perfil de temperatura de uma superfície de um objeto de processamento para descrever um método de tratamento de superfície de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[026] A Figura 4A é uma fotografia de uma camada de superfície em um corte transversal de um espécime de acordo com o Exemplo 1;
[027] A Figura 4B é uma fotografia de uma camada de superfície em um corte transversal de um espécime de acordo com o Exemplo Comparativo 3;
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8/35 [028] A Figura 5A mostra resultados de análise de perfil de temperatura para um objeto de processamento de acordo com o Exemplo 2; e [029] A Figura 5B mostra resultados de análise de perfil de temperatura para um objeto de processamento de acordo com o Exemplo Comparativo 5.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES [030] Um dispositivo de tratamento de superfície e um método de tratamento de superfície de acordo com as modalidades da presente invenção será descrito abaixo com referência às Figuras 1 e 2.
1. Dispositivo de tratamento de superfície 1 [031] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um dispositivo de tratamento de superfície 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O dispositivo de tratamento de superfície 1 de acordo com a presente modalidade é um dispositivo que coloca um gás de processamento em contato com um objeto de processamento aquecido P e realiza um tratamento de superfície sobre o objeto de processamento P com o uso de um gás de processamento G2. Como será descrita abaixo, o objeto de processamento P é um objeto de processamento produzido a partir de aço. Na presente modalidade, o objeto de processamento P é, por exemplo, uma engrenagem.
[032] Conforme mostrado na Figura 1, o dispositivo de tratamento de superfície 1 inclui uma unidade de elevação de temperatura 20 configurada para aquecer o objeto de processamento P e uma unidade de tratamento 30 configurada para realizar um tratamento de superfície sobre o objeto de processamento P aquecido pela unidade de elevação de temperatura 20 com o uso do gás de processamento G2. O dispositivo de tratamento de superfície 1 pode incluir uma unidade de transferência 40 configurada para transferir o objeto de processamento P da unidade de elevação de temperatura 20 para a unidade de tratamento 30.
[033] O dispositivo de tratamento de superfície 1 inclui adicionalmente uma
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9/35 câmara de resfriamento (não mostrada) em que o objeto de processamento P cuja superfície é tratada pela unidade de tratamento 30 é resfriada e outra unidade de transferência (não mostrada) configurada para transferir o objeto de processamento P para o interior da câmara de resfriamento da unidade de tratamento 30. Observe que a câmara de resfriamento supracitada e outra unidade de transferência pode não ser fornecida desde que o objeto de processamento P tratado pela unidade de tratamento 30 possa ser extraído e resfriado por resfriamento por ar, resfriamento por óleo, resfriamento por água ou similares.
-1. Unidade de elevação de temperatura 20 [034] Conforme mostrado na Figura 1, a unidade de elevação de temperatura 20 inclui uma câmara de aquecimento 21 em que o objeto de processamento P é disposto, uma unidade de suprimento de gás inerte 22 configurada para suprir um gás inerte G1 a um interior 211 da câmara de aquecimento 21 e uma primeira unidade de aquecimento 23 configurada para aquecer o objeto de processamento P aquecendo-se uma atmosfera do interior 211.
[035] A câmara de aquecimento 21 tem um espaço em que uma pluralidade de objetos de processamento P são dispostos no interior 211. Uma parede 213 que forma o interior 211 é produzida a partir de um material que tem uma capacidade de isolamento térmico e resistência a incêndios que é usada em, por exemplo, uma fornalha de aquecimento elétrico geral. Observe que, na Figura 1, em relação ao plano do papel, as paredes frontais e traseira são omitas para a descrição. Além disso, uma mesa de instalação (não mostrada) sobre a qual o objeto de processamento P é instalado é fornecida no interior 211.
[036] Uma entrada 212 é formada na câmara de aquecimento 21 de modo que o gás inerte G1 da unidade de suprimento de gás inerte 22 seja suprido ao interior 211. A entrada 212 se comunica com a unidade de suprimento de gás inerte 22 de modo que o gás inerte G1 possa ser suprido ao interior 211.
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10/35 [037] A unidade de suprimento de gás inerte 22 inclui uma fonte de suprimento de gás inerte 221 preenchida com o gás inerte G1 e uma válvula de regulação 222 configurada para regular uma taxa de fluxo do gás inerte G1 que é transmitido a partir da fonte de suprimento de gás inerte 221 para o interior 211. Além disso, a unidade de suprimento de gás inerte 22 inclui uma válvula solenoide 223 configurada para iniciar e parar o suprimento do gás inerte G1 para o interior 211. O gás inerte G1 é um gás que não tem reatividade com um material do objeto de processamento P. Por exemplo, gás nitrogênio, gás hélio, ou gás argônio pode ser exemplificado.
[038] Na câmara de aquecimento 21, uma saída 214 a partir da qual o gás inerte G1 suprido ao interior 211 é descarregado é formada. A saída 214 é conectada a uma bomba de sucção 24. Desde que o gás inerte G1 no interior 211 possa ser descarregado a partir do interior 211 através da saída 214, a bomba de sucção 24 pode não ser fornecida. Além disso, quando o objeto de processamento P for aquecido, o interior 211 é ajustado para estar em um estado de pressão reduzida ou um estado de pressão reduzida próximo a um vácuo pela bomba de sucção 24 e a unidade de suprimento de gás inerte 22 da unidade de elevação de temperatura 20 pode não ser fornecida.
[039] Na presente modalidade, a primeira unidade de aquecimento 23 é um aquecedor elétrico que aquece uma atmosfera do interior 211. De acordo com o aquecimento pelo aquecedor, uma atmosfera (especificamente, o gás inerte G1) do interior 211 em que o objeto de processamento P é disposto é aquecida e o objeto de processamento P é aquecido. Na presente modalidade, a primeira unidade de aquecimento 23 é um aquecedor, mas não é particularmente limitado a, por exemplo, um queimador, desde que uma atmosfera do interior 211 possa ser aquecida quando a primeira unidade de aquecimento 23 for aquecida.
1-2. Unidade de tratamento 30
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11/35 [040] Conforme mostrado na Figura 1, a unidade de tratamento 30 inclui uma câmara de processamento 31 em que o objeto de processamento P é disposto, uma unidade de suprimento de gás de processamento 32 configurada para suprir o gás de processamento G2 para um interior 311 da câmara de processamento 31, e uma segunda unidade de aquecimento 33 configurada para aquecer diretamente o objeto de processamento P no interior 311 da câmara de processamento 31. Na presente modalidade, a segunda unidade de aquecimento 33 é um dispositivo configurado para aquecer o objeto de processamento P emitindo-se luz ao objeto de processamento P.
[041] A câmara de processamento 31 tem um espaço em que a pluralidade de objetos de processamento P são dispostos no interior 311. No interior 311, uma rede de montagem 36 sobre a qual a pluralidade de objetos de processamento P são montados é disposta. Quando a rede de montagem 36 for usada, é possível emitir luz da segunda unidade de aquecimento 33 a ser descrita abaixo a partir de baixo do objeto de processamento P disposto sobre a rede de montagem 36.
[042] Pelo menos uma parte das paredes que formam o interior 311 inclui uma parede transmissora de luz 34 que tem transmitância de luz. No presente contexto, como um material da parede transmissora de luz 34, por exemplo, uma cerâmica que tem transmitância de luz ou uma resina que tem resistência térmica pode ser exemplificada. Como uma cerâmica, por exemplo, quartzo (cristal), vidro de quartzo, ou alumina de safira monocristalina ou similares podem ser exemplificados, e a cerâmica não é particularmente limitada desde que seja possível transmitir luz a partir da segunda unidade de aquecimento 33 a ser descrita abaixo. Na presente modalidade, o vidro de quartzo é usado para a parede transmissora de luz 34 visto que é de baixo custo e tem alta trabalhabilidade. Além disso, a parede transmissora de luz 34 pode ser formada em uma porção em que a luz da segunda unidade de aquecimento 33 é transmitida para o interior 311, e a parede inteira que forma o
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12/35 interior 311 pode ser formada a partir da parede transmissora de luz 34.
[043] Na presente modalidade, conforme mostrado na Figura 2, a parede transmissora de luz 34 inclui uma primeira parede 341 voltada para o exterior da câmara e uma segunda parede 342 voltada para o interior 311. Tanto a primeira parede 341 quanto a segunda parede 342 são formadas a partir de um material que tem transmitância de luz e esses são dispostos distantes um do outro. Consequentemente, um espaço S é formado entre a primeira parede 341 e a segunda parede 342.
[044] Quando o espaço S for fornecido na parede transmissora de luz 34, o espaço S isola do calor gerado pela própria segunda unidade de aquecimento 33 a ser descrita abaixo e transferência de calor a partir da primeira parede 341 para a segunda parede 342 devido calor pode ser impedida. Como um resultado, o gás de processamento G2 pode ser impedido de decompor ou reagir sobre a superfície da segunda parede 342 voltada para o interior 311 e a adjacência da mesma.
[045] Ar (ar atmosférico) pode estar presente no espaço S e o espaço S pode estar, por exemplo, em um estado de pressão reduzida que é um estado mais próximo a um vácuo em relação ao exterior da câmara de processamento 31. Consequentemente, como será descrito abaixo, é possível aprimorar uma capacidade de isolamento térmico entre a primeira parede 341 e a segunda parede 342. Além disso, um fluido como um gás ou um líquido pode ser introduzido no interior do espaço S e o fluido pode fluir continuamente no espaço S. O calor gerado pela própria segunda unidade de aquecimento 33 é absorvida pelo fluido no espaço S e a transferência de calor da primeira parede 341 para a segunda parede 342 devido ao calor pode ser impedido.
[046] Uma entrada 312 é formada na câmara de processamento 31 de modo que o gás de processamento G2 da unidade de suprimento de gás de processamento 32 seja suprido ao interior 311. A entrada 312 se comunica com a
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13/35 unidade de suprimento de gás de processamento 32 de modo que o gás de processamento G2 possa ser suprido ao interior 311.
[047] Na presente modalidade, a unidade de suprimento de gás de processamento 32 inclui uma fonte de suprimento de gás de processamento 321 preenchida com o gás de processamento G2 e uma válvula de regulação 322 configurada para regular uma taxa de fluxo do gás de processamento G2 que é transmitida da fonte de suprimento de gás de processamento 321 para o interior 311. Além disso, a unidade de suprimento de gás de processamento 32 inclui uma válvula solenoide 323 configurada para iniciar e parar o suprimento do gás de processamento G2 para o interior 311.
[048] O gás de processamento G2 é um gás que é usado para um tratamento de superfície sobre o objeto de processamento P. Por exemplo, quando um tratamento de cementação for realizado como um tratamento de superfície, um gás de tratamento de cementação é usado. Como o gás de tratamento de cementação, por exemplo, um gás hidrocarboneto pode ser exemplificado. Como um gás hidrocarboneto, por exemplo, gás acetileno, gás metano ou gás propano pode ser exemplificado. Além disso, quando um tratamento de nitretação for realizado como o tratamento de superfície, um gás de tratamento de nitretação é usado. Como o gás de tratamento de nitretação, gás amônia pode ser exemplificado. Além disso, quando um tratamento de sulfurização for realizado como o tratamento de superfície, um gás de processamento que contém gás sulfeto de hidrogênio pode ser exemplificado. Um gás inerte, por exemplo, gás nitrogênio, pode ser misturado adicionalmente com o gás de processamento.
[049] Além disso, na presente modalidade, como será descrito abaixo, como um exemplo do tratamento de superfície, visto que o tratamento de nitretação é realizado após o tratamento de cementação, a fonte de suprimento de gás de processamento 321 inclui uma fonte de suprimento 324 configurada para suprir um
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14/35 gás de tratamento de cementação e uma fonte de suprimento 325 configurada para suprir um gás de tratamento de nitretação. As fontes de suprimento 324 e 325 pode suprir seletivamente um gás de tratamento de cementação e um gás de tratamento de nitretação para o interior 311 através de uma válvula de comutação 326.
[050] Na câmara de processamento 31, uma saída 314 a partir da qual o gás de processamento G2 suprido ao interior 311 é descarregado é formada. A saída 314 é conectada a uma bomba de sucção 35. Desde que o gás de processamento G2 no interior 311 e similares possa ser descarregado a partir do interior 311 através da saída 314, a bomba de sucção 35 pode não ser fornecida.
[051] A segunda unidade de aquecimento 33 é um dispositivo que é disposto fora da câmara de processamento 31, emite luz para o objeto de processamento P no interior 311 através da parede transmissora de luz 34e, assim, aquece diretamente o objeto de processamento P. Especificamente, na presente modalidade, a segunda unidade de aquecimento 33 é uma lâmpada de aquecimento como uma lâmpada infravermelha (uma lâmpada de halogênio) que realiza a radiação infravermelha ao objeto de processamento P como luz e, assim, aquece diretamente o objeto de processamento P. Quando a segunda unidade de aquecimento 33 emite luz ao objeto de processamento P, visto que é possível aquecer diretamente o objeto de processamento P, é possível aquecer de modo substancialmente uniforme uma área de superfície do objeto de processamento P à qual uma luz é emitida. Desde que seja possível aquecer diretamente o objeto de processamento P por emissão de luz ao objeto de processamento P, por exemplo, um dispositivo emissor de luz configurado para emitir feixes de laser como luz ao objeto de processamento P pode ser usado. Além disso, quando a segunda unidade de aquecimento 33 for uma lâmpada infravermelha, um membro refletivo que reflete radiação infravermelha pode ser fornecido em uma posição oposta à câmara de processamento 31 em relação à segunda unidade de aquecimento 33.
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Consequentemente, é possível refletir a radiação infravermelha para a câmara de processamento 31.
[052] No presente contexto, a segunda unidade de aquecimento 33 não é particularmente limitada desde que seja um dispositivo configurado para aquecer diretamente o objeto de processamento P no interior da câmara de processamento 31. O termo “aquecimento direto” se refere no presente documento ao aquecimento que não é causado por transferência térmica de uma atmosfera em que o objeto de processamento P é disposto, isto é, aquecimento de um objeto de processamento aplicando-se energia além de calor ao objeto de processamento P. Portanto, além de um dispositivo configurado para aquecer o objeto de processamento P emitindo-se luz, um dispositivo de aquecimento indutivo que é disposto dentro ou fora da câmara de processamento 31 e realiza aquecimento indutivo de alta frequência sobre o objeto de processamento P pode ser usado como a segunda unidade de aquecimento 33. Além disso, um dispositivo de aquecimento elétrico configurado para aquecer eletricamente o objeto de processamento P aplicando-se uma corrente ao objeto de processamento P pode ser usado.
a 3. Unidade de transferência 40 [053] A unidade de transferência 40 é um dispositivo configurado para transferir o objeto de processamento P da unidade de elevação de temperatura 20 para a unidade de tratamento 30. Na unidade de transferência 40, uma passagem 41 através do qual o objeto de processamento P é transferido da câmara de aquecimento 21 para a câmara de processamento 31 é formada. Na passagem 41, um transportador (não mostrado) através do qual o objeto de processamento P é transferido da câmara de aquecimento 21 para a câmara de processamento 31 é disposto. Observe que a unidade de transferência 40 pode não ser fornecida desde que seja possível transferir rapidamente o objeto de processamento P da câmara de aquecimento 21 para a câmara de processamento 31.
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16/35 [054] A passagem 41 pode formar um espaço encerrado (vedado) dentro da passagem. Uma bomba de sucção 43 configurada para sugar ar na passagem 41 é conectada. Quando a bomba de sucção 43 for acionada, é possível remover ar na passagem 41 e o interior da passagem 41 pode ser ajustado para estar em um estado de pressão reduzida ou um estado de pressão reduzida próxima a um vácuo.
[055] Consequentemente, é possível tornar difícil para a superfície do objeto de processamento P extraída da unidade de elevação de temperatura 20 ser oxidada e é possível transferir o objeto de processamento P para a unidade de tratamento 30 enquanto isola do calor do objeto de processamento P aquecido pela unidade de elevação de temperatura 20.
2. Objeto de processamento P [056] O objeto de processamento P sobre o qual o tratamento de superfície de acordo com a presente modalidade é realizado é um objeto de processamento produzido a partir de aço. O objeto de processamento P pode ser aço que tem uma estrutura de ferrita ou uma estrutura de perlita. Como o aço, por exemplo, aço que inclui C: 0,1 a 0,3% em massa, Si: 0,15 a 0,35% em massa, Mn: 0,55 a 0,95% em massa, P: 0,03% em massa ou menos, S: 0,03% em massa ou menos, e o restante consiste em impurezas inevitáveis e Fe pode ser exemplificado.
[057] No presente contexto, C é um elemento para assegurar resistividade e dureza para o objeto de processamento P. Quando existe menos do que 0,1% em massa de C, a dureza do próprio material-base do objeto de processamento P pode ser insuficiente. Por outro lado, quando existe um excesso de 0,3% em massa de C, manquinabilidade e forjabilidade a frio do objeto de processamento P antes de um tratamento se torna degradado, o material-base endurecido inteiro passa por transformação de martensita, e devido à dureza do próprio material-base ser aprimorada, a tenacidade da própria engrenagem pode ser reduzida.
[058] Si é um elemento que aprimora a temperabilidade e quando existe
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17/35 menos de 0,15% em massa de Si, a temperabilidade do objeto de processamento P pode ser reduzida. Por outro lado, quando existe um excesso de 0,35% em massa de Si, a manquinabilidade e a tenacidade do objeto de processamento P podem ser reduzidas.
[059] Mn é um elemento que aprimora a temperabilidade, de modo semelhante ao Si, e quando existe menos do que 0,55% em massa de Mn, existe uma probabilidade de a temperabilidade do objeto de processamento P ser reduzida. Por outro lado, quando existe um excesso de 0,95% em massa de Mn, a manquinabilidade do objeto de processamento P pode ser reduzido.
[060] É desejável que uma quantidade de P ou S adicionada seja pequena e quando em excesso de 0,03% em massa de P for adicionada, a segregação ocorre prontamente, e resistência ao choque do objeto de processamento P pode ser reduzida. Quando existe um excesso de 0,03% em massa de S, trabalhabilidade a quente pode ser reduzida.
[061] Adicionalmente, conforme necessário, pelo menos um dentre Ni, Cr e Mo pode ser adicionado, adicionalmente aos componentes supracitados nas faixas de Ni: 0,25% em massa ou menos, Cr: 0,8 a 1,3% em massa e Mo: 0,1 a 0,4% em massa.
[062] Quando existe um excesso de 0,25% em massa de Ni, a dureza do objeto de processamento P pode ser maior e a tenacidade da engrenagem pode ser reduzida. Cr é um elemento que, além de aprimorar a temperabilidade, aprimora a resistência ao desgaste e resistência à corrosão e quando existe menos do que 0,8% em massa de Cr, a temperabilidade do objeto de processamento P pode ser reduzida. Por outro lado, quando existe um excesso de 1,3% em massa de Cr, a dureza do objeto de processamento P pode ser maior e a tenacidade do objeto de processamento P pode ser reduzida.
[063] Mo é um elemento para aprimorar a temperabilidade. Quando a
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18/35 concentração de Mo for menor do que 0,1% em massa, a temperabilidade pode ser reduzida. Por outro lado, quando a concentração de Mo excede 0,4% em massa, a dureza do objeto de processamento P pode ser maior e a tenacidade do objeto de processamento P pode ser reduzida.
[064] Adicionalmente, o objeto de processamento P pode ter um formato de bloco ou um formato cilíndrico, mas o formato não é particularmente limitado. O objeto de processamento pode ter uma superfície desigual de modo que seja difícil aquecer de modo uniforme a superfície por aquecimento por incandescência com o uso, por exemplo, de radiação infravermelha geral. Na presente modalidade, como um exemplo, o objeto de processamento P é uma engrenagem. As engrenagens como uma engrenagem de roda dentada com dentes externos ou dentes internos, uma engrenagem helicoidal, uma engrenagem helicoidal dupla, uma engrenagem cônica e uma engrenagem sem-fim pode ser exemplificada. Um formato de uma engrenagem não é particularmente limitado desde que a engrenagem inclua uma ponta de dente e um fundo de dente.
3. Método de tratamento de superfície [065] Um método de tratamento de superfície de acordo com a presente modalidade será descrito abaixo com referência à Figura 3 além do dispositivo de tratamento de superfície 1 das Figuras 1 e 2. A Figura 3 é um diagrama que mostra um perfil de temperatura de uma superfície do objeto de processamento P para descrever o método de tratamento de superfície de acordo com a modalidade da presente invenção.
3-1. Processo de aquecimento [066] Em primeiro lugar, na presente modalidade, primeiro, uma pluralidade de objetos de processamento P são dispostos no interior 211 da câmara de aquecimento 21. Nesse estado, o gás inerte G1 cuja taxa de fluxo é regulada pela válvula de regulação 222 é suprido a partir da fonte de suprimento de gás inerte 221
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19/35 para o interior 211 da câmara de aquecimento 21. Consequentemente, o interior 211 tem uma atmosfera do gás inerte G1.
[067] A seguir, sob a atmosfera do gás inerte G1 no interior 211, quando a atmosfera for aquecida pela primeira unidade de aquecimento 23, o objeto de processamento P é aquecido para uma temperatura de aquecimento T1 na adjacência de uma temperatura de processamento T3 em que um tratamento de superfície é realizado. Consequentemente, na unidade de tratamento 30 a ser descrita abaixo, até mesmo se o objeto de processamento P for aquecido por emissão de luz, visto que o objeto de processamento P é aquecido para a proximidade da temperatura de processamento T3 antecipadamente, a temperatura da superfície do objeto de processamento P quase não varia e a superfície do objeto de processamento P pode ser tratada de modo uniforme.
[068] No presente contexto, a temperatura de aquecimento T1 pode ter uma faixa de uma temperatura 100°C menor do que uma temperatura de processamento T3 a uma temperatura de 120°C maior do que a temperatura de processamento T3, isto é, uma faixa de (a temperatura de processamento T3-100°C) a (a temperatura de processamento T3+120°C). Em particular, dentro da faixa de temperatura, a temperatura de aquecimento T1 pode ser ajustada para uma temperatura maior do que a temperatura de processamento T3. Consequentemente, quando o objeto de processamento P for transferido da unidade de elevação de temperatura 20 para a unidade de tratamento 30, até mesmo se uma temperatura da superfície do objeto de processamento P diminuir, é possível aumentar rapidamente a temperatura da superfície do objeto de processamento P para a temperatura de processamento T3 na unidade de tratamento 30.
[069] Como uma temperatura específica para a temperatura de aquecimento T1, a temperatura de aquecimento T1 pode ser 850°C ou maior na suposição de que a temperatura é menor do que um ponto de fusão do objeto de processamento P.
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Consequentemente, quando o tratamento de superfície supracitado como um tratamento de cementação, um tratamento de nitretação ou um tratamento de sulfurização for realizado sobre a superfície do objeto de processamento P produzida a partir de aço, é possível aquece de modo mais uniforme a superfície do objeto de processamento P no interior 311 da unidade de tratamento 30. A temperatura de aquecimento T1 do objeto de processamento P pode ser igual a ou maior do que um A3 ponto de transformação do aço do objeto de processamento P. Consequentemente, a estrutura do objeto de processamento P é transformada para uma estrutura austenítica, e é possível realizar um tratamento de superfície a ser descrito abaixo de modo mais rápido. Adicionalmente, uma temperatura para a qual o objeto de processamento P é aquecido pode ser 1.120°C ou maior e 1.200°C ou menor.
3-2. Processo de transferência [070] A seguir, o objeto de processamento P é transferido da unidade de elevação de temperatura 20 para a unidade de tratamento 30. Na presente modalidade, o gás inerte G1 no interior 211 da câmara de aquecimento 21 é removido pela bomba de sucção 24, o interior 211 é ajustado para estar em um estado de pressão reduzida ou um estado de pressão reduzida próximo a um vácuo, o ar dentro da passagem 41 da unidade de transferência 40 também é removido pela bomba de sucção 43, e o interior da passagem 41 é ajustado para estar em um estado de pressão reduzida ou um estado de pressão reduzida próximo a um vácuo. De modo semelhante, o ar no interior 311 da câmara de processamento 31 é removido pela bomba de sucção 35, e o interior 311 é ajustado para estar em um estado de pressão reduzida ou um estado de pressão reduzida próximo a um vácuo. Nesse estado, o objeto de processamento P é transferido da unidade de elevação de temperatura 20 para a unidade de tratamento 30 através da unidade de transferência 40. Visto que o objeto de processamento P é transferido em um estado de pressão
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21/35 reduzida ou um estado de vácuo, a superfície do objeto de processamento P é impedida de ser oxidada, uma redução na temperatura do objeto de processamento P aquecido pela unidade de elevação de temperatura 20 é reduzida, e o objeto de processamento P pode ser transferido para a unidade de tratamento 30. Observe que um processo de transferência do objeto de processamento P pode ser omitido desde que o processo de aquecimento e um processo de tratamento de superfície a ser descrito abaixo possa ser realizado em uma câmara.
[071] Além disso, na presente modalidade, desde que a unidade de transferência 40 transfira o objeto de processamento P da unidade de elevação de temperatura 20 para a unidade de tratamento 30 em um curto tempo e for possível evitar que uma temperatura T2 da superfície do objeto de processamento P diminua durante a transferência, a transferência pode ser realizada sem reduzir a pressão. Durante a transferência, a temperatura T2 da superfície do objeto de processamento P pode ser 850°C ou maior e 1.200°C ou menor.
3-3. Processo de tratamento de superfície [072] Na unidade de tratamento 30, o objeto de processamento P é montado sobre a rede de montagem 36. A seguir, a segunda unidade de aquecimento 33 é usada para emitir luz (radiação infravermelha) ao objeto de processamento aquecido P e a superfície do objeto de processamento P é aquecida para a temperatura de processamento T3. Consequentemente, um gás de tratamento de cementação cuja taxa de fluxo é regulada pela válvula de regulação 322 é suprido a partir da fonte de suprimento 324. Consequentemente, quando um gás de tratamento de cementação que é um gás de processamento for colocado em contato com a superfície do objeto de processamento P, o tratamento de cementação é realizado sobre o objeto de processamento P.
[073] Especificamente, a temperatura de processamento T3 é uma temperatura em que um tratamento de cementação pode ser realizado sobre o
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22/35 objeto de processamento P, e pode ser 850°C ou maior ou igual a ou maior do que um ponto de transformação A3 na suposição de que a temperatura é menor do que um ponto de fusão do objeto de processamento P. Além disso, a temperatura de processamento T3 pode ser 1.080°C ou maior e 1.120°C ou menor. Consequentemente, o tratamento de cementação pode ser realizado como o tratamento de superfície no objeto de processamento P.
[074] Na presente modalidade, quando radiação infravermelha for realizada sobre o objeto de processamento aquecido P, visto que a superfície do objeto de processamento P é aquecida diretamente, é possível evitar que a temperatura da superfície de parede que forma o interior 311 aumente em contraste a quando uma atmosfera ao redor do objeto de processamento P for aquecida. Como um resultado, um gás hidrocarboneto que é um gás de tratamento de cementação é cementado e é possível reduzir a adesão de carbonetos como fuligem à parede superfície que forma o interior 311 e similares.
[075] Adicionalmente, na presente modalidade, visto que a superfície do objeto de processamento P é uniformemente aquecida para proximidade da temperatura de processamento T3 pela unidade de elevação de temperatura 20, até mesmo se a superfície do objeto de processamento P for aquecida diretamente para a temperatura de processamento T3 pela segunda unidade de aquecimento 33, é possível aquecer de modo substancialmente uniforme uma área do objeto de processamento P sobre a qual a radiação infravermelha é realizada. Como um resultado, é possível manter a temperatura da superfície do objeto de processamento P substancialmente uniforme.
[076] Como um resultado, por exemplo, até mesmo se o objeto de processamento P tiver um formato complicado como uma engrenagem, visto que é possível colocar um gás de tratamento de cementação em contato com a superfície enquanto a temperatura da superfície é substancialmente uniforme, um tratamento
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23/35 de cementação uniforme pode ser realizado sobre a superfície.
[077] A seguir, o gás de processamento G2 que é suprido ao interior 311 é alterado de um gás de tratamento de cementação para um gás de tratamento de nitretação pela válvula de comutação 326 e um tratamento de nitretação é realizado sobre a superfície do objeto de processamento P. Especificamente, de modo semelhante ao tratamento de cementação, a segunda unidade de aquecimento 33 é usada para emitir luz (radiação infravermelha) ao objeto de processamento aquecido P, a superfície do objeto de processamento P é aquecida para a temperatura de processamento T3 e a temperatura da temperatura de processamento T3 é mantida.
[078] Consequentemente, um gás de tratamento de nitretação cuja taxa de fluxo é regulada pela válvula de regulação 322 é suprido a partir da fonte de suprimento 325. Consequentemente, o gás de tratamento de nitretação que é um gás de processamento é colocado em contato com a superfície do objeto de processamento P e o tratamento de nitretação pode ser realizado sobre o objeto de processamento P.
[079] Especificamente, a temperatura de processamento T3 é uma temperatura em que o tratamento de nitretação pode ser realizado sobre o objeto de processamento P de modo semelhante ao tratamento de cementação e pode ser 850°C ou maior ou igual a ou maior do que um ponto de transformação A3 na suposição de que a temperatura é menor do que um ponto de fusão do objeto de processamento P. A temperatura de processamento T3 pode ser 1.080°C ou maior e 1.120°C ou menor.
[080] Na presente modalidade, de modo semelhante ao tratamento de cementação, quando radiação infravermelha for realizada sobre o objeto de processamento P, visto que a superfície do objeto de processamento P é aquecida diretamente, é possível evitar que a temperatura da superfície de parede que forma o interior 311 aumente em contraste a quando uma atmosfera ao redor do objeto de
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24/35 processamento P for aquecida. Como um resultado, no interior 311, gás amônia é impedido de decompor no interior 311 além de sobre a superfície do objeto de processamento P, e nitrogênio do gás amônia pode ser solubilizado em sólido de modo eficaz na superfície do objeto de processamento P. Portanto, em contraste a quando uma atmosfera é aquecida para realizar um tratamento de nitretação, visto que a temperatura da superfície do objeto de processamento P pode ser ajustada para uma temperatura superior, a solubilização em sólido do nitrogênio pode ser promovida e o tratamento de nitretação pode ser realizada em um tempo mais curto.
[081] Adicionalmente, na presente modalidade, de modo semelhante ao tratamento de cementação, visto que a superfície do objeto de processamento P é uniformemente aquecida para a proximidade da temperatura de processamento T3 antecipadamente pela unidade de elevação de temperatura 20, é possível manter a temperatura da superfície do objeto de processamento P substancialmente também no tratamento de nitretação. Como um resultado, até mesmo no objeto de processamento P que tem um formato como uma engrenagem, visto que o gás de tratamento de nitretação pode ser colocado em contato com a superfície enquanto a temperatura da superfície é substancialmente uniforme, um tratamento de nitretação uniforme pode ser realizado sobre a superfície. Consequentemente, uma diferença em qualidade entre uma ponta de dente e uma base de dente de uma engrenagem após o tratamento de superfície pode ser impedida e a ocorrência de distorção na engrenagem pode ser impedida.
[082] A seguir, enquanto a temperatura de processamento T3 é mantida, um gás de tratamento de nitretação no interior 311 é removido pela bomba de sucção 35. O interior 311 é ajustado para estar em um estado de pressão reduzida ou um estado de pressão reduzida próximo a um vácuo, e carbono e nitrogênio solubilizados em sólido no tratamento de cementação e o tratamento de nitretação difunde dentro do objeto de processamento P.
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25/35 [083] Ademais, na presente modalidade, visto que um tratamento difusão a ser descrito abaixo pode ser realizado após o tratamento de nitretação, o suprimento de um gás de tratamento de cementação e o suprimento de um gás de nitretação para o interior 311 podem ser realizados de modo contínuo pela válvula solenoide 323. Entretanto, por exemplo, o suprimento de um gás de tratamento de cementação ou um gás de tratamento de nitretação para o interior 311 pode ser realizado de modo intermitente pela válvula solenoide 323. Consequentemente, carbono ou nitrogênio solubilizados em sólido na superfície do objeto de processamento P podem difundir dentro do objeto de processamento P quando o suprimento de um gás de tratamento de cementação ou um gás de tratamento de nitretação tiver sido interrompido.
[084] Além disso, na presente modalidade, como um método para o aquecimento de modo direto do objeto de processamento P no interior da câmara de processamento 31, luz pode ser emitida ao objeto de processamento P para aquecimento. Entretanto, por exemplo, “aquecimento direto” se refere ao aquecimento que não é causado por transferência térmica de uma atmosfera em que o objeto de processamento P é disposto, isto é, o aquecimento de um objeto de processamento aplicando-se energia além de calor ao objeto de processamento P. Portanto, o objeto de processamento P pode ser aquecido diretamente através de aquecimento indutivo de alta frequência ou aquecimento elétrico.
3-4. Processo de transferência e processo de resfriamento [085] O objeto de processamento sobre o qual o tratamento de superfície é realizado é extraído do interior 311 da unidade de tratamento 30 e é transferido para o interior de uma câmara de resfriamento (não mostrada) por uma unidade de transferência (não mostrada). O objeto de processamento aquecido P é resfriado na câmara de resfriamento. O objeto de processamento P é resfriado por qualquer um dentre resfriamento por ar, resfriamento por água, resfriamento por óleo ou
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26/35 resfriamento radiativo.
[086] Além disso, na presente modalidade, o objeto de processamento P é transferido do interior 311 da unidade de tratamento 30 para o interior da câmara de resfriamento e é, então, resfriado. Entretanto, desde que o objeto de processamento P possa ser extraído do interior 311 da unidade de tratamento 30 e resfriado, a unidade de transferência e a câmara de resfriamento podem não ser fornecidas conforme descrito acima.
[087] Embora o tratamento de cementação e o tratamento de nitretação sejam realizados conforme o tratamento de superfície na presente modalidade, apenas o tratamento de cementação ou o tratamento de nitretação pode ser realizado como o tratamento de superfície, e um tratamento de sulfurização pode ser realizado no lugar desse tratamento de superfície.
[088] A presente invenção será descrita abaixo em detalhes com referência aos exemplos.
<Exemplo 1>
[089] Um espécime cilíndrico produzido a partir de um material de aço (padrão de JIS: SCr20) com um diâmetro de 20 mm e um comprimento de 50 mm foi preparado como um objeto de processamento. A seguir, o espécime foi disposto em uma câmara de aquecimento, uma pressão dentro da câmara de aquecimento foi reduzida e enquanto gás nitrogênio fluía em uma taxa de fluxo de 1.000 l/h, uma atmosfera em torno do espécime foi aquecida para uma temperatura de aquecimento de 1.120°C por um aquecedor que serve como uma primeira unidade de aquecimento e o objeto de processamento foi aquecido na temperatura de aquecimento por um tempo de aquecimento de 50 minutos.
[090] A seguir, o espécime aquecido foi transferido da unidade de elevação de temperatura para a unidade de tratamento pela unidade de transferência sob uma pressão atmosfera reduzida próxima a um vácuo, uma pressão dentro da câmara de
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27/35 processamento foi ajustada para 500 Pa, e enquanto o gás amônia fluía em uma taxa de fluxo de 500 l/h, o espécime foi mantido em uma temperatura de processamento de 1.100°C com o uso de radiação infravermelha de uma segunda unidade de aquecimento e foi aquecido na temperatura de processamento por 10 minutos.
[091] Então, o espécime foi extraído da câmara de processamento, gás nitrogênio foi aspergido sobre o espécime em uma pressão de 0,1 MPa (10 bars) por 10 minutos e, assim, o espécime foi resfriado pelo gás. Foi determinado se uma camada nitritada foi formada sobre uma superfície do espécime obtido.
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28/35 [Tabela 1]
Processo de resfriamento Tempo de resfriamento (min) O o O 30 O
Processo de tratamento de superfície (tratamento de nitretação) Π3 O x x Λ ,ccs ω =3 A Η Ό ίΞ O O O LO o o LO O O LO O O CO O O LO
Pressão (Pa) O o LO o o LO o o o o o o
Tempo de aquecimento (min) o o o o o
Temperatura de aquecimento J°C)_ o o Nenhum Nenhum Nenhum o o
Processo de aquecimento Π3 O x x Λ ,ccs ω =3 A Η Ό íz O o o o o o o o o o 1 1
Pressão (Pa) Pressão reduzida Pressão reduzida Pressão reduzida Vácuo Vácuo
Tempo de aquecimento (min) o LO o LO o LO O LO o LO
Temperatura de aquecimento (°C) 1.120 1.050 1.050 1.050 1.050
Exemplo 1 Exemplo Comparativo 1 Exemplo Comparativo 2 Exemplo Comparativo 3 Exemplo Comparativo 4
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29/35 <Exemplo Comparativo 1>
[092] Do mesmo modo que no Exemplo 1, um tratamento de nitretação foi realizado sobre um espécime. Conforme mostrado na Tabela 1, uma diferença do Exemplo 1 foi uma temperatura de aquecimento que era 1.050°C no processo de aquecimento. Diferenças adicionais foram que o espécime não foi aquecido em um processo de tratamento de superfície e o calor residual de durante o aquecimento foi usado. Foi determinado se uma camada nitritada foi formada sobre uma superfície do espécime obtido.
<Exemplo Comparativo 2>
[093] Do mesmo modo que no Exemplo 1, um tratamento de nitretação foi realizado sobre um espécime. Conforme mostrado na Tabela 1, uma diferença do Exemplo 1 foi uma temperatura de aquecimento que era 1.050°C no processo de aquecimento. Diferenças adicionais foram que o espécime não foi aquecido no processo de tratamento de superfície, o calor residual de durante o aquecimento foi usado, uma pressão dentro da câmara de processamento foi ajustada para 1.400 Pa e gás amônia fluiu por 10 minutos. Foi determinado se uma camada nitritada foi formada sobre uma superfície do espécime obtido.
<Exemplo Comparativo 3>
[094] Do mesmo modo que no Exemplo 1, um tratamento de nitretação foi realizado sobre um espécime. Conforme mostrado na Tabela 1, uma diferença do Exemplo 1 foi uma temperatura de aquecimento que era 1.050°C sob uma atmosfera de pressão reduzida próxima a um vácuo no processo de aquecimento. Diferenças adicionais foram que o espécime não foi aquecido no processo de tratamento de superfície, o calor residual de durante o aquecimento foi usado, uma pressão dentro da câmara de processamento foi ajustada para 700 Pa e gás amônia fluiu em uma taxa de fluxo de 600 l/h por 30 minutos. Foi determinado se uma camada nitritada foi
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30/35 formada sobre uma superfície do espécime obtido.
<Exemplo Comparativo 4>
[095] Do mesmo modo que no Exemplo 1, um tratamento de nitretação foi realizado sobre um espécime. Conforme mostrado na Tabela 1, uma diferença do Exemplo 1 foi uma temperatura de aquecimento que era 1.050°C sob uma atmosfera de pressão reduzida próxima a um vácuo no processo de aquecimento. Diferenças adicionais foram que, enquanto uma atmosfera dentro da câmara de processamento foi aquecida para 700°C por um aquecedor no processo de tratamento de superfície, uma pressão dentro da câmara de processamento foi ajustada para 700 Pa e gás amônia fluiu. Foi determinado se uma camada nitritada foi formada sobre uma superfície do espécime obtido.
[Observação microscópica] [096] Os espécimes do Exemplo 1 e Exemplo Comparativo 3 foram cortados e camadas de superfície dos espécimes nos cortes transversais foram observadas. A Figura 4A é uma fotografia de uma camada de superfície em um corte transversal do espécime de acordo com o Exemplo 1. A Figura 4B é uma fotografia de uma camada de superfície em um corte transversal do espécime de acordo com o Exemplo Comparativo 3.
[Resultado 1] [097] Conforme mostrado na Figura 4A, uma camada nitritada foi formada sobre a superfície do espécime de Exemplo 1. Entretanto, conforme mostrado na Figura 4B, nenhuma camada nitritada foi formada sobre a superfície do espécime do Exemplo Comparativo 3. Nenhuma camada nitritada foi formada sobre as superfícies dos espécimes dos Exemplos Comparativos 1, 2, e 4 de modo semelhante ao Exemplo Comparativo 3.
[Consideração 1] [098] No Exemplo Comparativo 1, visto que a temperatura do espécime caiu
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31/35 no processo de tratamento de superfície, pensa-se que dificilmente qualquer nitrogênio no gás amônia solubilizou em sólido no espécime. Além disso, em relação ao Exemplo Comparativo 1, até mesmo se uma pressão de gás amônia fosse aumentada como no Exemplo Comparativo 2, e até mesmo se uma pressão e uma taxa de fluxo do gás amônia fosse aumentadas como no Exemplo Comparativo 3, visto que a temperatura do espécime caiu, pensa-se que dificilmente qualquer nitrogênio em gás amônia solubilizou em sólido no espécime. Por outro lado, no Exemplo Comparativo 4, enquanto uma atmosfera na câmara foi aquecida por um aquecedor no processo de tratamento de superfície, pensa-se que o gás amônia decompôs na câmara antes de o mesmo entrar em contato com a superfície do espécime, e pensa-se que dificilmente qualquer nitrogênio no gás amônia solubilizou em sólido no espécime.
[099] Entretanto, no Exemplo 1, no processo de tratamento de superfície, visto que a superfície do espécime foi aquecida diretamente por radiação infravermelha, pensa-se que o nitrogênio em gás amônia poderia ser solubilizado em sólido na superfície do espécime aquecido.
<Exemplo 2>
[0100] O software de análise térmica (DEFORMHT comercialmente disponível pela SFTC) foi usado para criar um modelo de um objeto de processamento de aço que consiste em uma engrenagem de roda dentada que tem um módulo de 2,55 mm, com 31 dentes e uma largura de dente de 15 mm, e análise térmica foi realizada na mesma. Especificamente, conforme mostrado na Tabela 2, como condições para o processo de aquecimento, uma pressão dentro da câmara de aquecimento foi ajustada para estar em um estado de pressão reduzida, um aquecedor configurado para aquecer uma atmosfera foi usado para aquecer o objeto de processamento, uma temperatura de aquecimento foi 1.100°C e um tempo de aquecimento foi 20 minutos.
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32/35 [0101] A seguir, como condições para o processo de tratamento de superfície, uma pressão dentro da câmara de processamento foi 500 Pa, uma taxa de fluxo de gás amônia foi 120 l/h, uma lâmpada configurada para realizar radiação infravermelha foi usada para aquecer o objeto de processamento, uma temperatura de processamento foi 1.100°C e um tempo de processamento foi 10 minutos. Como condições para o processo de resfriamento, o resfriamento por água foi usado como um método de resfriamento e um tempo de resfriamento foi 10 segundos.
<Exemplo Comparativo 5>
[0102] O mesmo modelo que no Exemplo 2 foi criado e a análise térmica foi realizada no mesmo. Uma diferença do Exemplo 2 foi que uma lâmpada configurada para realizar radiação infravermelha foi usada para aquecer um objeto de processamento relacionado a condições para o processo de aquecimento.
[0103] A Figura 5A mostra resultados de análise de perfil de temperatura para o objeto de processamento de acordo com o Exemplo 2. A Figura 5B mostra resultados de análise de perfil de temperatura para o objeto de processamento de acordo com o Exemplo Comparativo 5. A Figura 5A e a Figura 5B mostram perfis de temperatura na ponta de dente e fundo de dente indicados nos desenhos.
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33/35 [Tabela 2]
Processo de resfriamento Tempo de resfriamento (s) o O
Processo de tratamento de superfície (tratamento de nitretação) Π3 O __ X X 'P ,co ω =3 Η U 5= vr o C\1 O C\1
Tempo de aquecimento (min) o o
Temperatura de aquecimento C_ o o o o
Método de aquecimento Lâmpada Lâmpada
Processo de aquecimento Tempo de aquecimento (min) O C\1 O C\1
Temperatura de aquecimento J°C)_ o o o o
Pressão (Pa) Pressão reduzida Pressão reduzida
Método de aquecimento Aquecedor Lâmpada
Exemplo 2 Exemplo Comparativo 5
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34/35 [Resultado 2] [0104] Conforme mostrado na Figura 5A, no Exemplo 2, as temperaturas de uma ponta de dente A e um fundo de dente B no processo de aquecimento e processo de nitretação foram substancialmente iguais. Por outro lado, conforme mostrado na Figura 5B, no Exemplo Comparativo 5, a temperatura da ponta de dente A no processo de aquecimento e processo de nitretação foi maior do que a temperatura do fundo de dente B. Uma diferença de temperatura entre a ponta de dente A e o fundo de dente B foi maior do que aquela do Exemplo 2.
[Consideração 2] [0105] Pensa-se que as temperaturas da ponta de dente A e do fundo de dente B sendo substancialmente iguais no objeto de processamento do Exemplo 2 foram causadas pelo fato de que, visto que o objeto de processamento foi uniformemente aquecido pelo aquecedor antecipadamente no processo de aquecimento, dificilmente qualquer diferença de temperatura ocorreu no objeto de processamento quando a lâmpada configurada para realizar radiação infravermelha foi usada para o aquecimento no processo de tratamento de superfície.
[0106] Por outro lado, no objeto de processamento do Exemplo Comparativo 5, visto que o objeto de processamento foi aquecido com o uso da lâmpada configurada para realizar radiação infravermelha no processo de aquecimento e processo de tratamento de superfície, pensa-se que o fundo de dente B ao qual foi mais difícil realizar radiação infravermelha em comparação com a ponta de dente A teve uma temperatura inferior. Conforme descrito acima, no Exemplo 2, pensa-se que um tratamento de nitretação mais uniforme do que no Exemplo Comparativo 5 foi realizado na superfície do objeto de processamento.
[0107] Embora as modalidades da presente invenção tenham sido descritas em detalhes acima, a presente invenção não é limitada às modalidades acima, e várias modificações de design podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo
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35/35 da presente invenção descritos nas reivindicações.
[0108] Adicionalmente, enquanto o processo de aquecimento é realizado aquecendo-se uma atmosfera de gás inerte na presente modalidade, por exemplo, o interior da câmara de aquecimento pode ser ajustado para estar em um estado de pressão reduzida ou um estado de pressão reduzida próximo a um vácuo, a atmosfera pode ser aquecida, assim, a temperatura da superfície do objeto de processamento pode ser maior.
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Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método de tratamento de superfície em que um gás de processamento (G2) é colocado em contato com um objeto de processamento aquecido (P) produzido a partir de aço, um elemento incluído no gás de processamento (G2) é solubilizado em sólido e, assim, um tratamento de superfície é realizado sobre o objeto de processamento (P) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    aquecer o objeto de processamento (P) para uma temperatura de aquecimento (T1) em uma proximidade de uma temperatura de processamento (T3) em que o tratamento de superfície é realizado aquecendo-se uma atmosfera em que o objeto de processamento (P) é disposto; e realizar o tratamento de superfície colocando-se o gás de processamento (G2) em contato com uma superfície do objeto de processamento (P) enquanto o objeto de processamento (P) que é aquecido é diretamente aquecido para a temperatura de processamento (T3).
  2. 2. Método de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que, como o tratamento de superfície, um tratamento de nitretação é realizado com o uso de gás amônia como o gás de processamento (G2).
  3. 3. Método de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1 ou
    2,
    CARACTERIZADO pelo fato de que, quando o tratamento de superfície for realizado, o objeto de processamento (P) é aquecido diretamente por emissão de luz para o objeto de processamento (P).
  4. 4. Método de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 3,
    CARACTERIZADO pelo fato de que a emissão da luz ao objeto de processamento (P) é realizada com o uso de uma lâmpada infravermelha.
  5. 5. Método de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das
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    2/4 reivindicações 1 a 4,
    CARACTERIZADO pelo fato de que o objeto de processamento (P) é uma engrenagem.
  6. 6. Método de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,
    CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura de aquecimento (T1) tem uma faixa de temperatura de 100°C menor do que a temperatura de processamento (T3) a uma temperatura de 120°C maior do que a temperatura de processamento (T3).
  7. 7. Método de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6,
    CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura de aquecimento (T1) é 850°C ou maior e 1.200°C ou menor.
  8. 8. Método de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7,
    CARACTERIZADO pelo fato de que o objeto de processamento (P) é aquecido para a temperatura de aquecimento (T1) em uma câmara de aquecimento (21), e em que o tratamento de superfície no objeto de processamento (P) é realizado em uma câmara de processamento (31), em que o método de tratamento de superfície compreende adicionalmente: transferir o objeto de processamento (P) da câmara de aquecimento (21) para a câmara de processamento (31) após o objeto de processamento (P) ser aquecido para a temperatura de aquecimento (T1).
  9. 9. Dispositivo de tratamento de superfície CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    uma unidade de elevação de temperatura (20) configurada para aquecer um
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    3/4 objeto de processamento (P); e uma unidade de tratamento (30) configurada para realizar um tratamento de superfície colocando-se um gás de processamento (G2) em contato com o objeto de processamento (P) aquecido pela unidade de elevação de temperatura (20) e solubilizando-se em sólido um elemento incluído no gás de processamento (G2), em que a unidade de elevação de temperatura (20) inclui uma câmara de aquecimento (21) em que o objeto de processamento (P) é disposto e uma primeira unidade de aquecimento (23) configurada para aquecer o objeto de processamento (P) aquecendo-se uma atmosfera na câmara de aquecimento (21) em que o objeto de processamento (P) é disposto, e em que a unidade de tratamento (30) inclui uma câmara de processamento (31) em que o objeto de processamento (P) é disposto, uma unidade de suprimento de gás (32) configurada para suprir o gás de processamento (G2) para a câmara de processamento (31) e uma segunda unidade de aquecimento (33) configurada para aquecer diretamente o objeto de processamento (P) na câmara de processamento (31).
  10. 10. Dispositivo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 9,
    CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de suprimento de gás (32) supre gás amônia como o gás de processamento (G2).
  11. 11. Dispositivo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 9 ou 10,
    CARACTERIZADO pelo fato de que a câmara de processamento (31) inclui uma parede transmissora de luz (34) que tem transmitância de luz em pelo menos uma parte das paredes que define a câmara de processamento (31), e em que a segunda unidade de aquecimento (33) é disposta fora da câmara de processamento (31), emite luz ao objeto de processamento (P) na câmara de processamento (31) através da parede transmissora de luz (34) e aquece o objeto
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    4/4 de processamento (P).
  12. 12. Dispositivo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação
    11,
    CARACTERIZADO pelo fato de que a parede transmissora de luz (34) inclui uma primeira parede (341) voltada para um exterior da câmara de processamento (31) e uma segunda parede (342) voltada para um interior da câmara de processamento e um espaço (S) está entre a primeira parede (341) e a segunda parede (342).
  13. 13. Dispositivo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 11 ou 12,
    CARACTERIZADO pelo fato de que uma rede de montagem (36) sobre a qual o objeto de processamento (P) é montado é disposta na câmara de processamento (31).
  14. 14. Dispositivo de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:
    uma unidade de transferência (40) configurada para transferir o objeto de processamento (P) da câmara de aquecimento (21) para a câmara de processamento (31).
  15. 15. Dispositivo de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 14,
    CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de transferência (40) inclui uma passagem (41) configurada para ser vedada, e uma bomba de sucção (43) configurada para remover ar na passagem.
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