JP2007031759A - Gas nitriding method for metal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas nitriding method for metal capable of uniformly depositing only a nitrogen diffusion layer without depositing any nitrogen compound layer. <P>SOLUTION: The gas nitriding method of metal comprises a fluorination step of generating a fluoride film on a surface of a workpiece by heating and holding the workpiece in a gas atmosphere containing fluorine source gas, and a nitriding step of depositing a nitrided layer by heating and holding the workpiece in a gas atmosphere containing nitrogen source gas after the fluorination, and depositing a nitrided layer by allowing nitrogen to be invaded from its surface. The nitriding treatment for uniformly depositing only the nitrogen diffusion layer can be consistently performed by using a tool with at least its surface formed of non-nitriding material for a tool for arranging the workpiece in a treatment furnace. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面に窒素拡散層である窒化層を形成させ耐摩耗性や強度等を向上させる金属のガス窒化方法であって、その表面に窒素化合物層を形成させることなく窒化層を形成することができる金属のガス窒化方法に関するものである。   The present invention is a metal gas nitriding method for improving wear resistance, strength, and the like by forming a nitride layer as a nitrogen diffusion layer on the surface, and forming the nitride layer without forming a nitrogen compound layer on the surface The present invention relates to a gas nitriding method for metal.

鋼材の耐摩耗性、耐焼付き性、疲労強度等の機械的性質を向上させるための手段として浸炭処理や窒化処理等の表面硬化処理が自動車産業を始めとした幅広い分野で利用されている。これらのうち窒化処理は、鋼の変態点よりも低い温度で処理を行うため歪の発生が比較的少ないことから、摺動部品を中心に様々な形状で精度を要求されるような部品に対しても適用されてきている。   As a means for improving mechanical properties such as wear resistance, seizure resistance and fatigue strength of steel materials, surface hardening treatment such as carburizing treatment and nitriding treatment is used in a wide range of fields including the automobile industry. Of these, the nitriding treatment is performed at a temperature lower than the transformation point of steel, so that the generation of strain is relatively small. Therefore, for parts that require accuracy in various shapes, mainly sliding parts. But it has been applied.

このとき鋼材表面に形成される窒素化合物層は硬度が高く、摺動する相手の金属材との反応性が母材よりも低いため、特に耐磨耗性や耐焼付き性に優れるものの、延性が無いため高荷重や曲げ荷重、局部的な荷重等がかかる場合には割れや剥離を起こしクラックの起点となり易い。このため、特に高い疲労強度を必要とするような用途では窒素化合物層を形成させず、窒素拡散層のみを形成させることが必要な場合がある。昨今では、機械部品の小型化、高機能化が進む中でそのような要求はますます増加してきている。   At this time, the nitrogen compound layer formed on the surface of the steel material has high hardness, and its reactivity with the sliding metal material is lower than that of the base material, so it is particularly excellent in wear resistance and seizure resistance, but it has ductility. Therefore, when a high load, a bending load, a local load, or the like is applied, cracking or peeling occurs and the crack is likely to start. For this reason, it may be necessary to form only the nitrogen diffusion layer without forming the nitrogen compound layer in applications that require particularly high fatigue strength. Nowadays, such demands are increasing as machine parts become smaller and more advanced.

また、PVD法等により硬質膜をコーティングする際に、その前処理として窒化処理を適用する手法も用いられてきている。これはコーティング膜の下地となる金属を窒化処理によって硬化し強度をあげることにより、表面から受ける荷重による下地の金属の変形を抑制し、コーティング膜の耐剥離性を向上させる効果があるためである。このとき、窒化処理によって下地となる金属の表面に上記の脆い窒素化合物層が形成されていると、コーティング膜の密着強度が著しく低下し、かえって耐磨耗性を低下させることが明らかとなっている。そこで、このような面からも窒素拡散層のみを形成させる窒化処理方法が必要となる。   Moreover, when coating a hard film | membrane by PVD method etc., the method of applying a nitriding process as the pre-processing has also been used. This is because the base metal of the coating film is cured by nitriding to increase the strength, thereby suppressing the deformation of the base metal due to the load received from the surface and improving the peeling resistance of the coating film. . At this time, when the above brittle nitrogen compound layer is formed on the surface of the metal as a base by nitriding, it becomes clear that the adhesion strength of the coating film is remarkably lowered, and on the contrary, the wear resistance is lowered. Yes. Therefore, a nitriding method for forming only the nitrogen diffusion layer is also required from such a surface.

このとき、生産性に優れる通常のガス窒化処理方法により、拡散層のみを得る窒化処理を実施しようとすると、NHガスの濃度およびNHガスの処理炉内への供給量を減らしたり、処理温度を極端に低下させたりし、処理炉内で分解するNH量を大幅に低下させる必要がある。ところが、窒素化合物層が形成できないほどNHの分解を抑制すると、鋼材表面に形成している酸化皮膜が十分に還元できないため、均一な窒化層を得ることが非常に困難となる。特に、材質や表面の加工状態の違いによる窒化層厚みのバラツキが発生しやすく、安定的に拡散層のみを厚く形成させることは難しい。一方、窒化処理を実施した後に、例えばN中もしくは少量のHを添加したN中で高温に加熱保持して窒素化合物層を分解させる手法もあるが、このような熱分解処理をすると、最表面から窒素が抜けていくことによって表面部に引張応力が発生して強度が低下するため、特に疲労強度を必要とする使用用途では逆効果となる場合が多い。 At this time, the normally gaseous nitriding method is excellent in productivity, an attempt to implement the nitriding treatment to obtain only diffusion layer, or reduce the supply amount to the NH 3 gas concentration and the NH 3 gas in the processing furnace, the process It is necessary to drastically reduce the amount of NH 3 decomposed in the processing furnace by extremely lowering the temperature. However, if the decomposition of NH 3 is suppressed so that a nitrogen compound layer cannot be formed, the oxide film formed on the steel material surface cannot be sufficiently reduced, so that it becomes very difficult to obtain a uniform nitride layer. In particular, the thickness of the nitrided layer is likely to vary due to the difference in material and surface processing state, and it is difficult to stably form a thick diffusion layer alone. On the other hand, there is a method of decomposing a nitrogen compound layer by heating and maintaining at a high temperature in N 2 or N 2 to which a small amount of H 2 is added, for example, after performing the nitriding treatment. Since nitrogen is released from the outermost surface, a tensile stress is generated on the surface portion and the strength is lowered. Therefore, there are many adverse effects particularly in use applications that require fatigue strength.

また、ギアやクランクシャフト等、高い面圧が負荷され疲労強度も必要とされる一部の機械部品においては、窒化処理後に機械研磨によって窒素化合物層を除去する方法も実施されている。ところが、窒化処理後の段階ではその表面に疲労強度の上昇に寄与する圧縮応力が発生しているものの、研磨により最表面は引張応力に変わってしまうため、この方法も疲労強度の低下が懸念される。そのうえ、コスト面での問題や、部品形状によっては研磨を実施できない場合もあるため、必ずしも有効な方法とは言えない。   In some mechanical parts such as gears and crankshafts where high surface pressure is applied and fatigue strength is required, a method of removing the nitrogen compound layer by mechanical polishing after nitriding treatment is also implemented. However, although compressive stress that contributes to an increase in fatigue strength occurs on the surface after the nitriding treatment, the outermost surface changes to tensile stress due to polishing, so this method is also concerned about a decrease in fatigue strength. The In addition, since polishing may not be possible depending on cost problems and part shapes, it is not always an effective method.

また、窒化処理を行った後、強力なショットブラストを適用することにより、表面に形成した化合物層を物理的に除去する方法も用いられるが、適用できる被処理物の形状等が極めて限られるとともに、硬質な化合物層を完全かつ均一に除去できるショットブラスト条件の安定制御が非常に難しい。しかも、コスト上昇の要因となるうえ、部品の用途によってはブラストを適用できないことから、この方法も有効な手段とは言えない。   In addition, a method of physically removing the compound layer formed on the surface by applying strong shot blasting after nitriding is also used, but the applicable shape of the object to be processed is extremely limited. It is very difficult to stably control shot blasting conditions that can completely and uniformly remove a hard compound layer. Moreover, this method is not an effective means because it causes a cost increase and blasting cannot be applied depending on the use of the part.

一方、このような問題を解決するため真空処理装置を使用し、イオンボンバード処理により表面の酸化皮膜を除去し、引き続きイオン化させた低濃度のNを鋼材に拡散させることによって拡散層のみを均一に得る窒化処理方法が開示されている。
特許第2989746号 特開2004−292934号
On the other hand, in order to solve such a problem, a vacuum processing apparatus is used, the oxide film on the surface is removed by ion bombardment treatment, and subsequently, the ionized low concentration N is diffused in the steel material, thereby uniformizing only the diffusion layer A resulting nitriding method is disclosed.
Japanese Patent No. 2998746 JP 2004-292934 A

ところが、上記のような窒化処理方法は、真空処理を行う必要があることから、被処理物の大きさや形状に制約があり、さらに一度に大量の品物の処理を行えないためにコストが高くなるという問題がある。この点で、被処理物の形状を問わずに一度に大量の品物の処理を行えるガス窒化処理はコストを含めた実用面で優れるものの、窒素化合物層を形成させず拡散層だけを生成するように窒化するためには、窒化性ガスであるNHの濃度および分解を抑制する必要がある。 However, since the nitriding method as described above needs to be vacuum-processed, there are restrictions on the size and shape of the object to be processed, and the cost cannot be increased because a large amount of goods cannot be processed at once. There is a problem. In this respect, gas nitriding that can process a large number of products at one time regardless of the shape of the object to be processed is excellent in practical use including cost, but only a diffusion layer is generated without forming a nitrogen compound layer. In order to perform nitriding, it is necessary to suppress the concentration and decomposition of NH 3 which is a nitriding gas.

ところが、NHの分解を抑制して処理しようとすると、NHの分解によって発生する活性なNの量が減少するだけではなく、還元作用のある活性なHの発生量も減少することから、鋼材表面に形成された酸化皮膜を十分に還元することができず、均一な窒化層の形成が極めて困難になる。そこで、窒化処理の前処理としてフッ化処理を行うことにより酸化被膜を除去して表面を活性化して窒化することが行われている。 However, an attempt to process by suppressing the decomposition of NH 3, not only the amount of active N generated by the decomposition of NH 3 is decreased, from reducing the amount of generation of active H with reducing action, The oxide film formed on the surface of the steel material cannot be sufficiently reduced, and it becomes extremely difficult to form a uniform nitride layer. Therefore, as a pretreatment for the nitriding treatment, nitriding is performed by removing the oxide film and activating the surface to perform nitriding.

ここで、ガス窒化処理を行う場合の処理品を炉内に配置するための治具について、従来は、窒化されづらいSUS304等に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼や、インコネル等に代表されるニッケル系耐熱合金が使用されてきている。しかしながら、窒化処理の前処理としてフッ化処理を行った場合には、上記のような難窒化材料であっても窒化反応が起こってしまい、さらに繰返し使用することで表面の劣化が進行してしまう。また、このとき窒素化合物層を形成させない窒化処理を安定的に実施するためには、単にNHの分解率を抑制するだけでなく、被処理物に合わせた適正な分解率を維持する必要があるところ、治具表面が劣化すると触媒作用が低下して適正な分解率の維持が極めて困難になるうえ、空気中の水分等の吸着により、フッ化雰囲気や窒化雰囲気に悪影響を及ぼし、適正にフッ化や窒化が行えないという問題が生じていた。 Here, with respect to a jig for placing a processed product in a furnace when performing gas nitriding, conventionally, austenitic stainless steel represented by SUS304 that is difficult to be nitrided, nickel-based represented by Inconel, etc. Heat resistant alloys have been used. However, when a fluorination treatment is performed as a pretreatment for the nitriding treatment, a nitriding reaction occurs even with the above-mentioned non-nitriding material, and further deterioration of the surface proceeds due to repeated use. . At this time, in order to stably perform the nitriding treatment without forming the nitrogen compound layer, it is necessary not only to suppress the decomposition rate of NH 3 but also to maintain an appropriate decomposition rate according to the object to be processed. When the jig surface deteriorates, the catalytic action decreases and it becomes extremely difficult to maintain an appropriate decomposition rate. Adsorption of moisture in the air adversely affects the fluorination atmosphere and nitridation atmosphere. There was a problem that fluoridation and nitridation could not be performed.

また、窒化処理の前処理としてフッ化処理を行った場合に、窒素化合物層を形成させず拡散層だけを生成させた窒化を行おうとして、単に窒化性ガスであるNHの濃度を抑制した処理を行うと、フッ化処理で表面が活性化している分、活性化した表面に対するNポテンシャルの炉内バラツキが顕著に現れてしまい、充分な拡散層を得られなかったり、反対に窒素化合物層が形成されてしまったりするという問題があり、安定した窒化層を得ることができないという問題があった。 In addition, when the fluorination treatment was performed as a pretreatment for the nitriding treatment, the concentration of NH 3 that is a nitriding gas was simply suppressed by performing nitriding without forming the nitrogen compound layer and generating only the diffusion layer. When the treatment is performed, the surface is activated by the fluorination treatment, so that the N potential variation in the furnace with respect to the activated surface appears remarkably, and a sufficient diffusion layer cannot be obtained. There is a problem that a stable nitrided layer cannot be obtained.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、被処理物の形状を問わず、ガス窒化処理のみで窒素化合物層を形成させずに拡散層のみを安定して形成させることができる金属のガス窒化方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a metal that can stably form only a diffusion layer without forming a nitrogen compound layer only by gas nitriding treatment regardless of the shape of the object to be processed. An object of the present invention is to provide a gas nitriding method.

上記目的を達成するため、本発明の第1の金属のガス窒化方法は、フッ素源ガスを含むガス雰囲気中に被処理物を加熱保持してその表面にフッ化物膜を生成させるフッ化処理工程と、上記フッ化処理の後に、窒素源ガスを含むガス雰囲気中に上記被処理物を加熱保持してその表面から窒素を侵入させて窒化層を形成させる窒化処理工程とを行う金属の窒化方法であって、上記被処理物を処理炉内に配置するための治具として少なくともその表面が非窒化性材料から構成された治具を使用することを要旨とする。   In order to achieve the above object, a first metal gas nitriding method of the present invention is a fluorination treatment step in which an object to be treated is heated and held in a gas atmosphere containing a fluorine source gas to form a fluoride film on the surface. And a nitriding process for forming a nitrided layer by heating and holding the object to be processed in a gas atmosphere containing a nitrogen source gas and injecting nitrogen from the surface after the fluorination process Then, the gist is to use a jig whose surface is made of a non-nitriding material at least as a jig for placing the workpiece in the processing furnace.

また、上記目的を達成するため、本発明の第2の金属のガス窒化方法は、フッ素源ガスを含むガス雰囲気中に被処理物を加熱保持してその表面にフッ化物膜を生成させるフッ化処理工程と、上記フッ化処理の後に、窒素源ガスを含むガス雰囲気中に上記被処理物を加熱保持してその表面から窒素を侵入させて窒化層を形成させる窒化処理工程とを行う金属の窒化方法であって、上記窒素源ガスがNHとHを含み、かつ上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下としたことを要旨とする。 In order to achieve the above object, the second metal gas nitriding method of the present invention is a fluorination method in which a workpiece is heated and held in a gas atmosphere containing a fluorine source gas to form a fluoride film on the surface thereof. And a nitriding treatment step of forming a nitride layer by heating and holding the object to be treated in a gas atmosphere containing a nitrogen source gas and allowing nitrogen to enter from the surface after the fluorination treatment. The gist is a nitriding method, wherein the nitrogen source gas contains NH 3 and H 2 , and the volume ratio of NH 3 / H 2 in the nitrogen source gas is set to 0.05 or more and 5 or less.

すなわち、本発明の第1のガス窒化方法は、治具として少なくともその表面が非窒化性材料から構成された治具を使用することにより、長期にわたって安定したNHの分解率を維持でき、安定生産処理を実現したものである。このように、治具として少なくともその表面が非窒化性材料から構成された治具を使用することにより、窒化処理工程の前処理としてフッ化処理を行った場合でも、治具には窒化反応が起こらず、さらに繰返し使用しても表面の劣化が進行しなくなる。このため、治具表面が劣化することによる触媒作用の低下や、劣化部分への水分の吸着がほとんどなくなる。したがって、NHの分解率を抑制して被処理物に合わせた適正な分解率を維持することが可能となり、フッ化雰囲気や窒化雰囲気への悪影響を排除し、長期にわたって安定したNHの分解率を維持できる。このように、窒素化合物層を形成させない条件での安定的な窒化処理を実現し、ガス窒化処理のみで窒素化合物層を形成させずに拡散層のみを安定して形成させることができるのである。 In other words, the first gas nitriding method of the present invention can maintain a stable decomposition rate of NH 3 over a long period of time by using a jig whose surface is made of a non-nitriding material as a jig. It realizes production processing. Thus, by using a jig whose surface is made of a non-nitriding material at least as a jig, even when fluorination treatment is performed as a pretreatment for the nitriding treatment process, the jig undergoes a nitriding reaction. It does not occur, and surface deterioration does not progress even after repeated use. For this reason, there is almost no decrease in the catalytic action due to deterioration of the jig surface and adsorption of moisture to the deteriorated portion. Therefore, it is possible to suppress the decomposition rate of NH 3 and maintain an appropriate decomposition rate according to the object to be processed, eliminate the adverse effect on the fluorination atmosphere and the nitriding atmosphere, and stably decompose NH 3 over a long period of time. The rate can be maintained. Thus, stable nitriding treatment can be realized under conditions where the nitrogen compound layer is not formed, and only the diffusion layer can be stably formed without forming the nitrogen compound layer only by gas nitriding treatment.

また、本発明の第2のガス窒化方法は、上記窒素源ガスがNHとHを含み、かつ上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下とし、フッ化処理の後にNHおよびHを含むガス雰囲気で窒化処理を行い、かつその組成比を制御することによって窒素化合物層を形成させず均一な拡散層のみを形成するようにしたものである。すなわち、上記のようにガス窒化処理で拡散層のみを形成させようとした場合には特に被処理物表面に形成している酸化皮膜が大きな障害となるが、フッ化処理を行うことによってその酸化皮膜を除去することができるため、例えばNHの供給量が非常に少ない場合でもNHの分解によって発生したNをスムーズに被処理物内に侵入させることができ、容易に均一な窒化層を得ることが可能になるのである。 Further, in the second gas nitriding method of the present invention, the nitrogen source gas contains NH 3 and H 2 , and the volume ratio of NH 3 / H 2 in the nitrogen source gas is 0.05 or more and 5 or less, After the fluorination treatment, nitriding treatment is performed in a gas atmosphere containing NH 3 and H 2 , and the composition ratio is controlled to form only a uniform diffusion layer without forming a nitrogen compound layer. . That is, when only the diffusion layer is formed by gas nitriding as described above, the oxide film formed on the surface of the object to be processed becomes a major obstacle. Since the film can be removed, for example, even when the supply amount of NH 3 is very small, N generated by the decomposition of NH 3 can smoothly enter the object to be processed, and a uniform nitride layer can be easily formed. It can be obtained.

この場合、NHの分解量を窒素化合物層が形成できない程度に抑制する方法が重要となる。その方法として本発明では雰囲気にNHに加えてHを添加する方法を用いる。Hを添加することによってNHの分解率を抑制することができる理由は、下記の平衡反応式で示されるように、NHの分解によって活性なNが発生し、これが鋼中に侵入することによって窒化反応が進行するのであるが、この反応では、活性なNの発生と同時にHも発生することから、雰囲気中にHを添加すると、反応が右側に進みづらくなって、NHの分解が抑制されるためである。
2NH=2N+3H
In this case, a method of suppressing the decomposition amount of NH 3 to an extent that a nitrogen compound layer cannot be formed is important. As the method, in the present invention, a method of adding H 2 to the atmosphere in addition to NH 3 is used. The reason why the decomposition rate of NH 3 can be suppressed by adding H 2 is that active N is generated by the decomposition of NH 3 and penetrates into the steel, as shown in the following equilibrium reaction formula. In this reaction, H 2 is also generated simultaneously with the generation of active N. Therefore, when H 2 is added to the atmosphere, the reaction hardly proceeds to the right side, and NH 3 It is because decomposition | disassembly of is suppressed.
2NH 3 = 2N + 3H 2

上記の方法を用いる理由は、単純にNH濃度を減少させた場合には処理炉内でのバラツキが大きくなるためであり、これは十分なNHガス量を供給しない場合、処理炉内に供給されたNHが炉内全体に行き渡る前に分解を起こしてしまうことによって、炉内でガス濃度のバラツキが発生するためだと考えられる。したがって炉内に行き渡るのに十分なNHガス量を供給したうえでHガスによって分解の抑制を行うことで処理炉内のバラツキを最小限に抑えることができるのである。またこの方法はNHガスと同時にHガスを加えるだけで300〜600℃程度の通常窒化処理を行う温度範囲では十分に効果が認められるため、ガス窒化処理におけるNHガスの分解を抑制する方法として極めて有効な方法である。 The reason why the above method is used is that when the NH 3 concentration is simply decreased, the variation in the processing furnace becomes large. This is because in the case where a sufficient amount of NH 3 gas is not supplied, This is probably because the supplied NH 3 decomposes before it reaches the entire furnace, resulting in variations in gas concentration in the furnace. Therefore, by supplying a sufficient amount of NH 3 gas to reach the furnace and suppressing decomposition with H 2 gas, variations in the processing furnace can be minimized. In addition, this method is sufficiently effective in a temperature range in which normal nitriding is performed at about 300 to 600 ° C. only by adding H 2 gas at the same time as NH 3 gas. Therefore, decomposition of NH 3 gas in gas nitriding is suppressed. This is an extremely effective method.

また、上述したように、通常のガス窒化処理であれば窒素化合物層が形成できないほど分解率を抑制すれば、鋼材表面に形成している酸化皮膜が十分に還元できないため均一な窒化層を得ることはできないが、フッ化処理によって酸化物を除去しフッ化物を形成させた表面はNHの分解量が非常に少ない還元雰囲気であっても容易に表面を覆っているフッ化物の還元が起こり除去されることによって活性化されるため、上記の方法によって容易に窒素の侵入が起こり、均一な拡散層のみの形成が可能となるのである。 In addition, as described above, if the decomposition rate is suppressed so that a nitrogen compound layer cannot be formed by a normal gas nitriding treatment, the oxide film formed on the surface of the steel material cannot be sufficiently reduced, thereby obtaining a uniform nitrided layer. However, the surface where the oxide is removed by the fluorination treatment to form the fluoride easily reduces the fluoride covering the surface even in a reducing atmosphere where the decomposition amount of NH 3 is very small. Since it is activated by being removed, nitrogen can easily enter by the above method, and only a uniform diffusion layer can be formed.

このように、フッ化処理の後にNHを主成分としてHを含む窒化用ガスを使用し、上記窒素源ガスがNHとHを含み、かつ上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下とし、処理温度やガス組成によってNHの分解を制御した雰囲気に被処理物を加熱保持することにより、金属表面の酸化皮膜の影響を取り除くことが可能となるとともに、ガス組成の制御のみで被処理材が窒素化合物層を形成しない範囲で最も高い窒素濃度まで窒素を侵入させることも可能となる。このため、被処理物表面にムラの無い均一な窒素拡散層を安定的に形成させることが可能となる。さらに、ガス窒化をベースとした処理の利点を生かした、例えば複雑形状や大型の金型等であっても量産処理を実施することが可能である。 Thus, after fluorination treatment, a nitriding gas containing NH 3 as the main component and containing H 2 is used, the nitrogen source gas contains NH 3 and H 2 , and NH 3 / H in the nitrogen source gas is used. The volume ratio of 2 is 0.05 or more and 5 or less, and the effect of the oxide film on the metal surface can be removed by heating and holding the workpiece in an atmosphere in which the decomposition of NH 3 is controlled by the treatment temperature and gas composition. At the same time, it is possible to allow nitrogen to penetrate to the highest nitrogen concentration within a range in which the material to be treated does not form a nitrogen compound layer only by controlling the gas composition. For this reason, it is possible to stably form a uniform nitrogen diffusion layer without unevenness on the surface of the object to be processed. Furthermore, it is possible to carry out mass production processing even for complex shapes, large dies, etc., taking advantage of processing based on gas nitriding.

上記第1のガス窒化方法において、上記窒素源ガスがNHとHを含み、かつ上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下とすることもできる。 In the first gas nitriding method, the nitrogen source gas may contain NH 3 and H 2 , and the volume ratio of NH 3 / H 2 in the nitrogen source gas may be 0.05 or more and 5 or less.

上記第1のガス窒化方法において、上記非窒化性材料がニッケルを主成分とし鉄を含有しない金属材料とすることもできる。   In the first gas nitriding method, the non-nitriding material may be a metal material containing nickel as a main component and not containing iron.

上記第1のガス窒化方法において、上記非窒化性材料がセラミックスとすることもできる。   In the first gas nitriding method, the non-nitriding material may be ceramic.

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.

本発明のガス窒化方法は、(1)フッ素源ガスを含むガス雰囲気中に被処理物を加熱保持してその表面にフッ化物膜を生成させるフッ化処理工程と、(2)上記フッ化処理の後に、窒素源ガスを含むガス雰囲気中に上記被処理物を加熱保持してその表面から窒素を侵入させて窒化層を形成させる窒化処理工程とを行う。   The gas nitriding method of the present invention includes (1) a fluorination treatment step in which an object to be treated is heated and held in a gas atmosphere containing a fluorine source gas to form a fluoride film on the surface thereof, and (2) the fluorination treatment. Thereafter, a nitriding treatment step is performed in which the object to be treated is heated and held in a gas atmosphere containing a nitrogen source gas, and nitrogen is introduced from the surface to form a nitride layer.

そして、上記被処理物を処理炉内に配置するための治具として少なくともその表面が非窒化性材料から構成された治具を使用する。また、上記窒素源ガスとして、NHとHを含み、かつ上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下としたガスを使用する。 A jig whose surface is made of a non-nitriding material is used as a jig for placing the workpiece in the processing furnace. As the nitrogen source gas, a gas containing NH 3 and H 2 and having a volume ratio of NH 3 / H 2 in the nitrogen source gas of 0.05 to 5 is used.

このように、被処理物を非窒化性材料で作製した治具上に配置し、フッ素源ガスを含むガス雰囲気中に上記非窒化性材料で作製した治具上に配置した被処理物を加熱保持してその表面にフッ化物膜を生成させるフッ化処理工程と、NHおよびHを主成分とする窒化用ガスをそのガス比を化合物層が形成しない範囲に適正化した雰囲気中に上記非窒化性材料で作製した治具上に配置した被処理物を目的とする窒化層を得るために最適な温度に加熱、保持することによって窒化処理工程を行う。 In this way, the object to be processed is placed on a jig made of a non-nitriding material, and the object to be processed placed on the jig made of the non-nitriding material is heated in a gas atmosphere containing a fluorine source gas. A fluorination treatment step for holding and generating a fluoride film on the surface, and a nitriding gas mainly composed of NH 3 and H 2 in an atmosphere in which the gas ratio is optimized within a range in which the compound layer is not formed A nitriding process is performed by heating and holding an object nitrided layer placed on a jig made of a non-nitriding material at an optimum temperature in order to obtain a target nitrided layer.

本発明の窒化処理方法が対象とする金属は、炭素鋼や合金鋼はもちろんのことステンレス鋼やニッケル基合金等、Nが固溶できる材料であれば、特に限定するものではなく、各種の金属を適用することができる。   The metal targeted by the nitriding method of the present invention is not particularly limited as long as it is a material in which N can be dissolved, such as carbon steel and alloy steel, as well as stainless steel and nickel base alloy. Can be applied.

また、本発明が対象とする治具材料は、非窒化性の材料であれば特に限定するものではなく、例えば、金属材料であれば鉄を含有しないニッケル基合金や純ニッケル、非金属であればアルミナやジルコニア等のセラミックス材料をあげることができる。特に純ニッケルは強度はやや低いものの被処理物に適した様々な形状の治具を作製し易く、さらにその表面はNHが分解する際の触媒としての作用が大きい上、窒化物の形成が起こらないことを含め表面状態の変化が極めて少ないことから長期にわたって安定した触媒作用が維持できるため、最も適した材料であると考えられる。 In addition, the jig material targeted by the present invention is not particularly limited as long as it is a non-nitriding material. For example, if it is a metal material, it may be a nickel-based alloy containing no iron, pure nickel, or non-metal. Examples thereof include ceramic materials such as alumina and zirconia. In particular, pure nickel is somewhat low in strength, but it is easy to produce jigs of various shapes suitable for the object to be processed. Furthermore, the surface has a large effect as a catalyst when NH 3 decomposes, and nitride is formed. Since the change in the surface state including that which does not occur is extremely small, stable catalytic action can be maintained over a long period of time, so it is considered to be the most suitable material.

また、上記治具材料は、少なくとも表面が非窒化性材料から形成されていればよい。例えば、ニッケルめっき、ニッケルリンめっき、金めっき、白金めっき等のように、非窒化性金属のめっき層を形成することによって構成することもできる。また、溶射等の手法により、非窒化性の金属材料やセラミックス材料のコーティング層を形成することによって構成することもできる。   The jig material only needs to be formed of a non-nitriding material at least on the surface. For example, a non-nitriding metal plating layer such as nickel plating, nickel phosphorus plating, gold plating, or platinum plating may be formed. Moreover, it can also comprise by forming the coating layer of a non-nitriding metal material and a ceramic material by techniques, such as thermal spraying.

(1)フッ化処理工程
上記フッ化処理工程は、まず被処理物をフッ素源ガスを含むガス雰囲気中に加熱保持して被処理物表面に形成している酸化物を除去しフッ化物膜を形成させる。
(1) Fluorination treatment step In the fluorination treatment step, first, the object to be treated is heated and held in a gas atmosphere containing a fluorine source gas to remove oxides formed on the surface of the object to be treated, and to form a fluoride film. Let it form.

上記フッ化処理におけるフッ素源ガスとしては、酸化物を形成している母材成分であるFeやCrに対して酸素よりも親和力が強いハロゲン系物質であるフッ素系ガス(フッ素化合物ガスまたはフッ素ガスを含有するガス)が用いられる。このフッ素系ガスとしては、フッ素化合物、例えばNF、BF、CF、SF等のフッ素化合物ガスやFガスからなる主成分ガスを含むガスがあげられる。通常は、この主成分ガスをN等の希釈ガスで希釈してフッ素系ガスとして使用される。 As the fluorine source gas in the fluorination treatment, a fluorine-based gas (fluorine compound gas or fluorine gas) that is a halogen-based substance having a stronger affinity than oxygen with respect to Fe or Cr that is a base material component forming an oxide. Containing gas). Examples of the fluorine-based gas include a fluorine compound, for example, a gas containing a main component gas composed of a fluorine compound gas such as NF 3 , BF 3 , CF 4 , SF 6 or F 2 gas. Normally, this main component gas is diluted with a diluent gas such as N 2 and used as a fluorine-based gas.

これらフッ素系ガスに用いられる主成分ガスのうち、反応性、取り扱い性等の面でNFが最も優れており、実用的である。上記フッ素系ガス雰囲気下で被処理物を、例えばNFを含むN雰囲気中で200〜580℃、好ましくは200〜500℃の温度領域に10〜60分保持することでNFが分解して活性なFが発生し、被処理物表面の酸化物と置換されて酸化物よりも安定なフッ化物が形成される。このフッ化物は還元性雰囲気に曝されると容易に還元されるため、この方法によってNが侵入固溶する際に障壁となる酸化物等の無い表面が現れることになる。 Of the main component gases used for these fluorine-based gases, NF 3 is the most excellent in terms of reactivity, handling properties, etc., and is practical. The object to be treated under the fluorine gas atmosphere, for example 200 to 580 ° C. in a N 2 atmosphere containing NF 3, preferably is NF 3 is decomposed by holding 10 to 60 minutes in the temperature range of 200 to 500 ° C. As a result, active F is generated and substituted with the oxide on the surface of the object to be processed, so that a fluoride more stable than the oxide is formed. Since this fluoride is easily reduced when exposed to a reducing atmosphere, a surface without an oxide or the like that becomes a barrier when N enters and dissolves by this method appears.

したがって、フッ化処理の後に窒化処理を行うことによって、容易に均一な窒化層を得ることが可能となる。このとき、フッ素系ガス雰囲気のフッ素化合物またはフッ素の濃度は、1000〜100000ppmとするのが好ましい。   Therefore, it is possible to easily obtain a uniform nitride layer by performing nitriding after fluorination. At this time, the concentration of the fluorine compound or fluorine in the fluorine-based gas atmosphere is preferably 1000 to 100000 ppm.

上記フッ化処理の処理温度としては、200〜580℃が好ましく、より好ましいのは200〜500℃である。   The treatment temperature for the fluorination treatment is preferably 200 to 580 ° C, more preferably 200 to 500 ° C.

上記の方法により、フッ化処理工程において、活性化したフッ素原子により被処理物の表面に付着していた無機物や有機物の汚染物質が破壊除去されて表面が浄化されるとともに、上記フッ素原子が酸化皮膜と反応してフッ化物膜に変化し、被処理物の表面がフッ化物膜で被覆保護された状態となる。   By the above method, in the fluorination treatment step, the activated fluorine atoms destroy and remove the inorganic and organic contaminants adhering to the surface of the object to be treated, and the surface is purified, and the fluorine atoms are oxidized. It reacts with the film to change to a fluoride film, and the surface of the object to be processed is covered and protected by the fluoride film.

そして、このフッ化物膜は、後工程の窒化処理により分解消失するため、被処理物の表面が活性化された状態となり、この活性化された表面に、Nが迅速に浸透、拡散して、均一で深い拡散層が形成されるのである。   And since this fluoride film is decomposed and disappeared by the nitriding process in the subsequent step, the surface of the object to be processed becomes activated, and N quickly penetrates and diffuses into the activated surface, A uniform and deep diffusion layer is formed.

このフッ化処理工程については、そのまま同一の炉を用いて窒化処理を実施することもできるし、例えば連続炉内でフッ化処理室と窒化処理室を分けて実施する方法等も可能である。   With respect to this fluorination treatment step, nitriding treatment can be carried out using the same furnace as it is, and for example, a method in which a fluorination treatment chamber and a nitridation treatment chamber are separately carried out in a continuous furnace is also possible.

(2)窒化処理工程
上記フッ化処理工程の後、NHおよびHを主成分とする窒化用ガス雰囲気中に上記被処理物を加熱保持し、その表面から窒素を侵入させて窒素化合物層を形成させずに窒素拡散層のみを形成させる窒化処理を行う。
(2) Nitriding treatment step After the fluorination treatment step, the object to be treated is heated and held in a nitriding gas atmosphere mainly composed of NH 3 and H 2 , and nitrogen is introduced from the surface thereof to form a nitrogen compound layer. A nitriding treatment is performed to form only a nitrogen diffusion layer without forming.

窒化処理の雰囲気ガスは、窒化性ガスとしてのNHおよびその分解を抑制するためのHを含む混合ガスが用いられる。上記窒化性ガスは、その他の成分としてN等の非窒化性ガスも使用することができる。 As the atmosphere gas for nitriding, a mixed gas containing NH 3 as a nitriding gas and H 2 for suppressing decomposition thereof is used. The nitriding gas may be a non-nitriding gas such as N 2 as another component.

上記NHおよびHの濃度については被処理物に窒素化合物層が形成されない濃度を適用する必要があるが、その濃度は窒化処理温度や被処理物の材質および表面加工状態等によって変化するため適宜最適な濃度設定が行われる。 Regarding the concentrations of NH 3 and H 2 , it is necessary to apply a concentration at which the nitrogen compound layer is not formed on the object to be processed. However, the concentration varies depending on the nitriding temperature, the material of the object to be processed, the surface processing state, and the like. The optimum density setting is appropriately performed.

NHの分解の制御は、窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比によって行う。NH/Hの容量比は、例えば、NH10%、H20%を含む雰囲気ガスであれば、10/20=0.5である。その適正な比率は上記の理由により変化するが、NHに対するHの存在比率を0.05以上5以下とするのが好ましい。このとき、上記比率が0.05未満では、NH濃度が低過ぎるために特に炉内各所での窒化層厚さのバラツキが発生し易く安定した量産処理が実現できない可能性が高いためである。一方、上記比率が5を超える場合は、HによるNHの分解を抑制する効果が十分に得られないためである。 The NH 3 decomposition is controlled by the volume ratio of NH 3 / H 2 in the nitrogen source gas. The capacity ratio of NH 3 / H 2 is, for example, 10/20 = 0.5 if the atmosphere gas contains 10% NH 3 and 20% H 2 . The appropriate ratio varies for the above reasons, but the ratio of H 2 to NH 3 is preferably 0.05 or more and 5 or less. At this time, if the ratio is less than 0.05, the NH 3 concentration is too low, and therefore, there is a high possibility that a variation in the thickness of the nitride layer particularly in various places in the furnace tends to occur and a stable mass production process cannot be realized. . On the other hand, when the ratio exceeds 5, the effect of suppressing the decomposition of NH 3 by H 2 cannot be sufficiently obtained.

上記比率を適用するときにN等の非窒化性ガスも混合させることができるが、そのガスは非酸化性のガスであることが好ましい。例えば、OやCO等の酸化性のガスは、NHやHとの反応によりNHの分解を促進させるため、安定したNHの分解量の抑制を困難にさせる。したがってNHおよびH以外のガスは適用する温度範囲でNHおよびHと反応性の無いN等のガスか、CO等の還元性のガスであることが好ましい。 When applying the above ratio, a non-nitriding gas such as N 2 can also be mixed, but the gas is preferably a non-oxidizing gas. For example, an oxidizing gas such as O 2 or CO 2 promotes the decomposition of NH 3 by reaction with NH 3 or H 2 , making it difficult to stably suppress the decomposition amount of NH 3 . Accordingly NH 3 and H 2 gases other than the NH 3 and H 2 at a temperature range of applying either reactive with no N 2 or the like of the gas is preferably a reducing gas such as CO.

このとき鋼材の種類や表面の加工状態等によって窒素化合物層の形成し易さは異なるため、上記の処理温度およびガス組成はそれらを十分に考慮した上で決定することができるが、上記窒化処理工程での加熱温度は350〜600℃に設定するのが好ましい。このとき窒化処理を行う温度が350℃未満ではNHの分解が少なく分解を抑制すること自体は容易だが、硬化層の十分な厚さを確保するためには処理時間が長くなり過ぎて生産性が悪化するからである。逆に窒化処理温度が600℃を越える温度では、NHの分解速度が速くHによる抑制効果が十分に機能しないためである。 At this time, since the ease of forming the nitrogen compound layer varies depending on the type of steel material and the processing state of the surface, etc., the above processing temperature and gas composition can be determined with sufficient consideration, but the above nitriding treatment The heating temperature in the process is preferably set to 350 to 600 ° C. At this time, if the temperature for nitriding is less than 350 ° C., the decomposition of NH 3 is small and it is easy to suppress the decomposition itself, but in order to secure a sufficient thickness of the cured layer, the processing time becomes too long and the productivity is increased. This is because it gets worse. Conversely, when the nitriding temperature exceeds 600 ° C., the decomposition rate of NH 3 is high and the suppression effect by H 2 does not function sufficiently.

本発明の窒化方法は、例えば、図1に示すような熱処理炉によって行うことができる。   The nitriding method of the present invention can be performed by, for example, a heat treatment furnace as shown in FIG.

この熱処理炉は、加熱ヒーター2を備えた炉体本体1に、窒化性ガス等のプロセスガスを供給するプロセスガス供給ポート3と、炉内に導入されたプロセスガスを攪拌する攪拌ファン6および攪拌ファン用モーター5と、排ガスを排出する排ガス排出ポート4とが設けられている。   This heat treatment furnace includes a process gas supply port 3 for supplying a process gas such as a nitriding gas to a furnace body 1 having a heater 2, an agitation fan 6 for agitating the process gas introduced into the furnace, and an agitation A fan motor 5 and an exhaust gas exhaust port 4 for exhausting exhaust gas are provided.

上記プロセスガス供給ポート3は、水素ガスボンベ14、アンモニアガスボンベ13、窒素ガスボンベ12、NFガスボンベ11が接続され、それぞれプロセスガスとして水素ガス、アンモニアガス、窒素ガス、NFガスを供給するようになっている。図において、7はガス供給ライン元弁、8は空圧作動弁、9は減圧弁、10はガス流量計、15は排ガス除害装置である。 The process gas supply port 3 is hydrogen gas cylinder 14, an ammonia gas cylinder 13, a nitrogen gas cylinder 12, NF 3 gas cylinder 11 is connected, so as to supply hydrogen gas as the process gas, respectively, ammonia gas, nitrogen gas, NF 3 gas ing. In the figure, 7 is a gas supply line main valve, 8 is a pneumatically operated valve, 9 is a pressure reducing valve, 10 is a gas flow meter, and 15 is an exhaust gas abatement device.

上記熱処理炉を用い、例えば、つぎのようにして、NFガスと窒素ガスを供給してフッ化処理を行い、NHとHを含む窒化用ガスを供給して窒化処理を行う。 Using the above heat treatment furnace, for example, NF 3 gas and nitrogen gas are supplied to perform fluorination treatment, and nitriding treatment is performed by supplying a nitriding gas containing NH 3 and H 2 as follows.

すなわち、まず、被処理物を純ニッケル材のような非窒化性材料で作製した治具を用いて炉内に配置し、昇温中の酸化を防止するため炉内雰囲気をN等で十分に置換した後、200〜580℃好ましくは200〜500℃に加熱する。炉内被処理物が均熱された時点でNF等を含むガスを炉内に導入し被処理物表面にフッ化物膜を形成させるフッ化処理を行う。 That is, first, the workpiece is placed in a furnace using a jig made of a non-nitriding material such as a pure nickel material, and the atmosphere in the furnace is sufficiently N 2 or the like to prevent oxidation during temperature rise. After the substitution, the mixture is heated to 200 to 580 ° C, preferably 200 to 500 ° C. When the in-furnace object to be treated is soaked, a gas containing NF 3 or the like is introduced into the furnace to perform a fluorination treatment for forming a fluoride film on the surface of the object to be treated.

次にNFガスの供給を停止し、350〜600℃に加熱した炉内にNHとHを含む窒化ガスを導入し、上記フッ化処理を実施した被処理物に対して窒化処理を行う。 Next, the supply of the NF 3 gas is stopped, a nitriding gas containing NH 3 and H 2 is introduced into a furnace heated to 350 to 600 ° C., and the nitriding treatment is performed on the workpiece to which the fluorination treatment is performed. Do.

このとき、上記窒化ガスは、NH濃度が2容量%以上50容量%以下、好ましくは3容量%以上30容量%以下となるようNHの濃度調整を行ったガスを炉内に導入するのが好ましい。NH濃度が2容量%未満では、窒化層形成の炉内バラツキが大きくなるためである。また、NH濃度が50容量%を超える範囲では、例えば窒化温度が低い場合には窒素化合物層を形成させずに窒化層を形成させることが可能だが、NHの使用量に加え、NHの分解を抑制するためのHも高濃度にする必要が生じるため、Hの使用量も多くなり、結果として窒化処理に要するコストが上昇するためである。したがって、NH濃度が2容量%以上50容量%以下、好ましくは3容量%以上30容量%以下とし、そのNHの分解を抑制するためのHを適量加え適正なNH/H比率とした上で、それをN等のガスで希釈して窒化ガスとして使用することにより、できるだけコストを抑えた処理を行うことができる。 At this time, the nitriding gas is introduced into the furnace with the NH 3 concentration adjusted so that the NH 3 concentration is 2 volume% or more and 50 volume% or less, preferably 3 volume% or more and 30 volume% or less. Is preferred. This is because when the NH 3 concentration is less than 2% by volume, the variation in the furnace for forming the nitride layer becomes large. Further, in the range where the NH 3 concentration exceeds 50% by volume, for example, when the nitriding temperature is low, it is possible to form a nitride layer without forming a nitrogen compound layer, but in addition to the amount of NH 3 used, NH 3 This is because H 2 for suppressing decomposition of H 2 needs to have a high concentration, so that the amount of H 2 used is increased, resulting in an increase in cost required for the nitriding treatment. Therefore, NH 3 concentration of 2 volume% to 50 volume% or less, preferably 30 volume% or less than 3% by volume, the proper NH 3 / H 2 ratio is added an appropriate amount of H 2 in order to suppress the decomposition of the NH 3 In addition, by diluting it with a gas such as N 2 and using it as a nitriding gas, it is possible to perform a process at a reduced cost as much as possible.

このとき、上記窒化ガスは、窒化処理中常に炉内に導入し、導入したNH量の50〜90容量%程度が炉内から排出され、残部が窒化に寄与する程度に調整するのが好ましい。炉内から排出されるNH量を多くすると、窒化に寄与するN量が不足して、窒化層形成の炉内バラツキが大きくなり、反対に、炉内から排出されるNH量を少なくすると、窒化に寄与するN量が過剰となって、窒素化合物層が形成されるおそれがあるからである。 At this time, it is preferable that the nitriding gas is always introduced into the furnace during the nitriding process, and about 50 to 90% by volume of the introduced NH 3 amount is discharged from the furnace, and the remainder is adjusted to contribute to nitriding. . When the amount of NH 3 discharged from the furnace is increased, the amount of N that contributes to nitriding is insufficient, and the variation in the furnace for forming the nitride layer increases, and conversely, when the amount of NH 3 discharged from the furnace is decreased. This is because the amount of N contributing to nitriding becomes excessive, and a nitrogen compound layer may be formed.

フッ化処理で表面に形成されたフッ化物はNHの分解量が非常に少ない場合であっても、その分解によって発生する活性なHによって容易に還元され表面から除去される。これによって活性な金属表面が露出する。そしてこの活性な金属表面にNHの分解によってHとともに発生するNが鋼材中へ侵入、拡散し窒化層を形成する。このときフッ化物膜が除去された活性な金属表面はNの侵入が容易になっているだけではなく、窒素化合物層も作りやすい状態になっているため、NHの分解率を十分に低下させておく必要がある。 Even when the amount of decomposition of NH 3 is very small, the fluoride formed on the surface by the fluorination treatment is easily reduced and removed from the surface by active H generated by the decomposition. This exposes the active metal surface. Then, N generated along with H by decomposition of NH 3 enters and diffuses into the steel material on the active metal surface to form a nitride layer. At this time, the active metal surface from which the fluoride film has been removed not only facilitates the entry of N, but also facilitates the formation of a nitrogen compound layer, thereby sufficiently reducing the decomposition rate of NH 3. It is necessary to keep.

このとき、上記フッ化処理を実施しない場合では、例えば400℃台に処理温度を低温化する、もしくはNHにHを加えるような方法でNHの分解を抑制して窒化処理を行ったとしても、NHの分解量が少ないために表面の酸化物皮膜を十分に還元できないため、窒素化合物層を形成させないほどNHの分解率を抑制した場合には均一な窒化層を形成させることは極めて難しい。 At this time, in the case not implementing the above fluorination treatment, for example a low temperature the process temperature to 400 ° C. stand or subjected to nitriding treatment to suppress the decomposition of NH 3 in such a way as adding of H 2 to NH 3 However, since the amount of decomposition of NH 3 is small, the oxide film on the surface cannot be sufficiently reduced, and when the decomposition rate of NH 3 is suppressed so as not to form the nitrogen compound layer, a uniform nitride layer should be formed. Is extremely difficult.

また、治具に非窒化性の材料を用いない場合には、例えばインコネル材のような難窒化性の材料を用いた場合であっても、フッ化処理を行った場合にはその表面の窒化が進行する。窒化された治具の表面はNHの分解率が変化していくうえ、面が荒れていきガスの吸着量が増加していくなどの現象が発生し、繰返し使用する場合に安定した処理が行えなくなる。このため、本発明では、非窒化性材料から構成された治具を用いるのである。非窒化性材料のうち、治具を作製する際の加工のし易さに加え、窒化物を形成しないだけでなく、フッ化処理を行う温度範囲でフッ化物を形成しづらい純ニッケル材を材料として使用することがより好ましい。 In addition, when a non-nitriding material is not used for the jig, even if a non-nitriding material such as Inconel material is used, the surface is nitrided when fluorination is performed. Progresses. The surface of the nitrided jig changes its NH 3 decomposition rate, and the surface becomes rough and the amount of gas adsorbed increases. This ensures stable treatment when used repeatedly. It becomes impossible to do. For this reason, in this invention, the jig | tool comprised from the non-nitriding material is used. Among non-nitriding materials, in addition to the ease of processing when making jigs, not only nitrides but also pure nickel materials that are difficult to form fluoride in the temperature range where fluorination treatment is performed It is more preferable to use as.

このように、本発明は、非窒化性の治具を使用したうえで、フッ化処理を実施し、さらにNHの分解率をHによって低く制御した状態で窒化処理を行うことによって、被処理物の表面に脆い窒素化合物層を形成させずに窒素拡散層のみを均一に形成させることが可能となるのである。 As described above, the present invention uses a non-nitriding jig, performs fluorination, and further performs nitriding in a state where the decomposition rate of NH 3 is controlled to be low by H 2 . Only the nitrogen diffusion layer can be formed uniformly without forming a brittle nitrogen compound layer on the surface of the processed material.

つぎに、実施例について説明する。   Next, examples will be described.

高速工具鋼SKH51素材を焼入れ、焼戻しし硬度HRC63に調質した材料を使用し、窒化処理後の化合物層の有無を正確に確認するためその表面をエメリー紙#2000で研磨した試料を準備し、上記試料を純ニッケル材で作製した網状の治具に載せ、図1に示す炉1内に設置し、下記の条件でフッ化処理および窒化処理を行った。   Using a material tempered and tempered with high-speed tool steel SKH51 material and tempered to hardness HRC63, prepare a sample whose surface is polished with emery paper # 2000 in order to accurately check the presence or absence of the compound layer after nitriding treatment, The sample was placed on a net-like jig made of a pure nickel material, placed in the furnace 1 shown in FIG. 1, and subjected to fluorination treatment and nitridation treatment under the following conditions.

◆実施例(a)
治 具:純ニッケル製
フッ化:320℃に昇温、NFガスを炉内に導入し15分保持した。
窒 化:上記フッ化処理後、480℃に昇温、NHガスとHガスとNガスが1:2:7の比率のガス雰囲気で2hr保持した。
◆比較例(b)
治 具:純ニッケル製
フッ化:実施例(a)と同一条件
窒 化:上記フッ化処理後、480℃に昇温した後NHガスとNガスが1:9の比率のガス雰囲気で2hr保持した。
◆比較例(c)
治 具:純ニッケル製
フッ化:なし
窒 化:480℃に昇温した後、NHガスとNガスが1:9の比率のガス雰囲気で2hr保持した。
◆ Example (a)
Jig: Pure nickel fluoride: The temperature was raised to 320 ° C., NF 3 gas was introduced into the furnace and held for 15 minutes.
Nitridation: After the above fluorination treatment, the temperature was raised to 480 ° C., and the NH 3 gas, H 2 gas, and N 2 gas were held for 2 hours in a gas atmosphere in a ratio of 1: 2: 7.
◆ Comparative example (b)
Jig: Pure nickel fluorination: Same conditions as in Example (a) Nitrification: After the above fluorination treatment, the temperature is raised to 480 ° C., then NH 3 gas and N 2 gas are in a gas atmosphere with a ratio of 1: 9 Hold for 2 hr.
◆ Comparative example (c)
Jig: Pure nickel fluoride: None Nitrification: After the temperature was raised to 480 ° C., NH 3 gas and N 2 gas were held for 2 hours in a gas atmosphere in a ratio of 1: 9.

これらの試料につき、断面を5%硝酸アルコール溶液で腐食し観察した写真を図2に示す。また、化合物層厚さ、拡散層厚さ、表面硬度を測定した結果を図3に示す。   A photograph of these samples observed by corroding the cross section with a 5% nitric acid alcohol solution is shown in FIG. Moreover, the result of having measured the compound layer thickness, the diffused layer thickness, and the surface hardness is shown in FIG.

実施例(a)では、表面に窒素化合物層が形成しておらず、拡散層のみが均一に形成しており、表面硬度も1300Hv以上と非常に高い硬度が得られている。   In Example (a), the nitrogen compound layer is not formed on the surface, only the diffusion layer is uniformly formed, and the surface hardness is as high as 1300 Hv or higher.

比較例(b)ではフッ化処理の効果により均一な窒化層が得られているものの、HによるNHの分解率の制御が行われていないため、比較的窒化処理温度を低温にし、NH濃度を10%と低くしたにもかかわらず、表面に上記腐食液で腐食されない約3μmの窒素化合物層が形成されていることがわかる。 In the comparative example (b), although a uniform nitride layer is obtained due to the effect of the fluorination treatment, the NH 3 decomposition rate by H 2 is not controlled. It can be seen that a nitrogen compound layer of about 3 μm, which is not corroded by the above-mentioned corrosive liquid, is formed on the surface even though the concentration of 3 is lowered to 10%.

比較例(c)ではフッ化処理が行われていないため、表面には1μm程度の窒素化合物層が形成されているにも関わらず、拡散層深さにバラツキが大きく、表面硬度もかなり低いままである。   In the comparative example (c), since the fluorination treatment is not performed, the diffusion layer depth varies widely and the surface hardness is considerably low even though a nitrogen compound layer of about 1 μm is formed on the surface. There is.

冷間工具鋼SKD11素材を焼入れ、焼戻しし硬度HRC60に調質した材料を使用し、その表面をエメリー紙#1000で研磨した試料を準備し、上記試料を図1に示す炉1内に設置し、下記の条件でフッ化処理および窒化処理を行った。
◆実施例(d)
治 具:純ニッケル材で作製した網状の治具およびアルミナで作製した板に直径5mmの穴を10mm間隔で形成させた治具。
フッ化:350℃に昇温、NFガスを炉内に導入し15分保持した。
窒 化:上記フッ化後、570℃に昇温、NHガスとHガスとNガスが1:5:4の比率のガス雰囲気で3hr保持した。
◆比較例(e)
治 具:Niを70%以上、Crを約16%含有するニッケル系の耐熱合金
フッ化:実施例(d)と同じ
窒 化:実施例(d)と同じ
◆比較例(f)
治 具:オーステナイト系ステンレス鋼SUS304
フッ化:実施例(d)と同じ
窒 化:実施例(d)と同じ
A sample was prepared by quenching and tempering a cold tool steel SKD11 material and tempering it to a hardness of HRC60, and polishing the surface with emery paper # 1000. The sample was placed in the furnace 1 shown in FIG. Fluorination treatment and nitridation treatment were performed under the following conditions.
◆ Example (d)
Jig: A net-like jig made of pure nickel material and a jig made of 5 mm diameter holes formed at intervals of 10 mm on a plate made of alumina.
Fluorination: The temperature was raised to 350 ° C., NF 3 gas was introduced into the furnace and held for 15 minutes.
Nitridation: After the fluorination, the temperature was raised to 570 ° C., and NH 3 gas, H 2 gas and N 2 gas were held for 3 hours in a gas atmosphere in a ratio of 1: 5: 4.
◆ Comparative example (e)
Jig: Ni-based heat-resistant alloy containing 70% or more of Ni and about 16% of Cr: nitridation same as Example (d): same as Example (d) ◆ Comparative example (f)
Jig: Austenitic stainless steel SUS304
Fluorination: Same as Example (d) Nitrification: Same as Example (d)

処理の安定性を評価するため、上記フッ化処理および窒化処理を繰返し実施し、繰り返し回数1回、5回、10回のときの窒化処理後の試料の表面硬度を測定した。その推移を図4に示す。   In order to evaluate the stability of the treatment, the above fluorination treatment and nitriding treatment were repeatedly carried out, and the surface hardness of the sample after the nitriding treatment at the number of repetitions of 1, 5, and 10 was measured. The transition is shown in FIG.

実施例(d)では、窒化反応が起こらない純ニッケル材およびアルミナのようなセラミックス材を治具材料としたため、窒化処理を繰り返した場合でも安定した硬度が得られており、拡散層のみが均一に形成されていることも確認された。
比較例(e)では、処理回数が増加したときに、徐々に表面硬度が低下している。
比較例(f)では、大きな硬度の低下が見られる。
In Example (d), a pure nickel material that does not cause a nitriding reaction and a ceramic material such as alumina are used as jig materials, so that stable hardness is obtained even when nitriding is repeated, and only the diffusion layer is uniform. It was also confirmed that it was formed.
In Comparative Example (e), the surface hardness gradually decreases when the number of treatments increases.
In the comparative example (f), a great decrease in hardness is observed.

10回使用後の治具の断面を調査すると上記ニッケル系の耐熱合金で約5μm、SUS304で約150μmの窒化層が形成されていることが確認された。特にSUS304では表面から約20μmの深さまで粒界割れと思われるクラックが無数に発生していることも確認された。これよりステンレス鋼はもちろんのことNiを70%以上含むニッケル系の耐熱合金であっても窒化反応が進行することがわかる。   When the cross section of the jig after 10 times of use was examined, it was confirmed that a nitride layer of about 5 μm was formed with the nickel-based heat-resistant alloy and about 150 μm with SUS304. In particular, in SUS304, it was confirmed that an infinite number of cracks considered to be grain boundary cracks occurred from the surface to a depth of about 20 μm. This indicates that the nitriding reaction proceeds not only in stainless steel but also in nickel-based heat-resistant alloys containing 70% or more of Ni.

このように、治具の表面が窒化を起こした場合には表面の触媒作用が低下しNHの分解率が低下するうえに、繰返し使用することで窒化層に割れが生じ、特に大気雰囲気に曝されたときの水蒸気等のガスの吸着量が増加していくことが処理に悪影響を及ぼすことによって、特に窒素化合物層を形成させないようにNHの分解率を高度に制御する必要がある場合には安定した硬度が得られなくなるものと考えられる。 Thus, when the surface of the jig undergoes nitridation, the catalytic action of the surface decreases, the decomposition rate of NH 3 decreases, and cracks occur in the nitrided layer due to repeated use, particularly in the atmosphere. When it is necessary to highly control the decomposition rate of NH 3 so as not to form a nitrogen compound layer by adversely affecting the treatment by increasing the amount of adsorption of gas such as water vapor when exposed It is considered that a stable hardness cannot be obtained.

マルエージング鋼(Fe−18Ni−9Co−5Mo−0.6Ti−0.1Al)を使用した回転曲げ試験片を作製し、850℃で固溶化処理を実施した後、480℃で2hr時効処理を実施して試料を準備し、下記の条件でフッ化処理および窒化処理を行った。
◆実施例(g)
治 具:純ニッケルで作製した治具。
フッ化:480℃に昇温しNFガスを炉内に導入し10分保持した。
窒 化:フッ化に引き続き480℃に均温したまま、フッ化後NHガスとHガスとNガスが3:2:5の比率のガス雰囲気で1hr保持した。
◆比較例(h)
治 具:純ニッケルで作製した治具。
フッ化:実施例(g)と同じ
窒 化:フッ化に引き続き480℃に均温しNHガスとNガスが3:7の比率のガス雰囲気で1hr保持した。
A rotating bend test piece using maraging steel (Fe-18Ni-9Co-5Mo-0.6Ti-0.1Al) was prepared, subjected to solution treatment at 850 ° C, and then subjected to aging treatment at 480 ° C for 2 hours. Samples were prepared and subjected to fluorination treatment and nitriding treatment under the following conditions.
◆ Example (g)
Jig: A jig made of pure nickel.
Fluorination: The temperature was raised to 480 ° C., and NF 3 gas was introduced into the furnace and held for 10 minutes.
Nitridation: After fluorination, NH 3 gas, H 2 gas, and N 2 gas were held for 1 hr in a gas atmosphere in a ratio of 3: 2: 5 while keeping the temperature at 480 ° C.
◆ Comparative example (h)
Jig: A jig made of pure nickel.
Fluorination: Same nitridation as in Example (g): Following fluorination, the temperature was soaked to 480 ° C., and NH 3 gas and N 2 gas were held for 1 hr in a gas atmosphere at a ratio of 3: 7.

上記実施例(g)、比較例(h)の試験片および時効のみの試験片について、曲げ疲労試験を行った結果を図5に示す。   FIG. 5 shows the results of a bending fatigue test performed on the test pieces of the above Example (g) and Comparative Example (h) and only the aging test pieces.

実施例(g)は、比較例(h)および時効のみの試験片よりも明らかに疲労強度が向上している。窒素化合物層を形成させずに拡散層のみを均一に形成させることによって特に大きな曲げ応力が負荷されるような場合の疲労強度を向上させる手段として非常に有効であることが分かる。   The fatigue strength of the example (g) is clearly improved compared to the comparative example (h) and the aging-only test piece. It can be seen that by forming only the diffusion layer uniformly without forming the nitrogen compound layer, it is very effective as a means for improving the fatigue strength when a particularly large bending stress is applied.

比較例(h)では、特に高応力側の疲労強度が低くなっている。試験片の断面観察結果から表面に化合物層が約2μm形成していることが確認されており、特に負荷される応力が高い場合には、脆弱な化合物層が曲げ応力によってクラックを発生しそのクラックが内部に進展することに起因する破断がより明確に発生してきているものと考えられる。   In the comparative example (h), the fatigue strength on the high stress side is particularly low. From the cross-sectional observation result of the test piece, it is confirmed that the compound layer is formed on the surface about 2 μm. Especially when the stress to be applied is high, the fragile compound layer is cracked by bending stress and the crack It is considered that the fracture due to the progress of the inside has occurred more clearly.

高速度工具鋼SKH51素材を焼入れ・焼戻し硬度HRC63に調質した。この素材から20×20×7mmの試料を切り出し、20×20mmの面をエメリー紙#2000まで研磨した試料を準備し、下記の条件でフッ化処理および窒化処理を行った。   The high-speed tool steel SKH51 material was tempered to a quenching / tempering hardness HRC63. A sample of 20 × 20 × 7 mm was cut out from this material, a sample having a 20 × 20 mm surface polished to emery paper # 2000 was prepared, and fluorination treatment and nitridation treatment were performed under the following conditions.

◆実施例(i)
治 具:純ニッケル材で作製した網状の治具
フッ化:300℃に昇温しNFガスを炉内に導入し20分保持した。
窒 化:500℃に昇温し、NHガスとHガスとNガスが1:3:6の比率のガス雰囲気で3hr保持した。
◆比較例(j)
治 具:純ニッケル材で作製した網状の治具
フッ化:実施例(i)と同じ
窒 化:500℃に昇温した後、NHガスとNガスが1:9の比率のガス雰囲気で3hr保持した。
◆ Example (i)
Jig: A reticulated jig made of pure nickel material Fluoride: The temperature was raised to 300 ° C. and NF 3 gas was introduced into the furnace and held for 20 minutes.
Nitridation: The temperature was raised to 500 ° C., and NH 3 gas, H 2 gas, and N 2 gas were held for 3 hours in a gas atmosphere in a ratio of 1: 3: 6.
◆ Comparative example (j)
Jig: A reticulated jig made of pure nickel material: Nitrogen same as in Example (i): After heating to 500 ° C., a gas atmosphere in which NH 3 gas and N 2 gas have a ratio of 1: 9 For 3 hours.

上記各試験片の20×20mmの面をバフ研磨によって鏡面研磨した後、PVD法によってTiN膜を約4μm厚さにコーティングした。   The 20 × 20 mm surface of each test piece was mirror-polished by buffing, and then a TiN film was coated to a thickness of about 4 μm by the PVD method.

これらの試験片について、TiN膜の密着強度を評価するため、ダイヤモンド圧子の装着されたスクラッチ試験機を使用してコーティング膜が破壊されるまでの臨界荷重を測定した結果を図6に示す。   For these test pieces, in order to evaluate the adhesion strength of the TiN film, the result of measuring the critical load until the coating film is broken using a scratch tester equipped with a diamond indenter is shown in FIG.

実施例(i)では、窒化処理を行わない試験片の表面を鏡面研磨した後、同様にTiNコーティングしたものの耐荷重値よりも明らかに向上している。   In Example (i), the surface of the test piece that was not subjected to nitriding was mirror-polished and then the TiN coating was similarly improved over the load bearing value.

比較例(j)では、非常に低い耐荷重値を示しているが、これはその表面に約5μmの窒素化合物層が形成しているために、その表面を研磨仕上げしたとしてもコーティング膜の密着性が非常に低くなっているものと考えられる。   Comparative Example (j) shows a very low load-bearing value, but this is because a nitrogen compound layer of about 5 μm is formed on the surface, so even if the surface is polished, the adhesion of the coating film It is thought that the nature is very low.

このように、真空処理装置を用いない方法によって安定した拡散層のみを形成できることから、従来のイオン窒化炉を使用する方法では処理を行うことができなかった大型の金型などであっても、本発明の窒化処理方法を用いることでコーティング前の窒化処理を行うことが可能となる。   Thus, since only a stable diffusion layer can be formed by a method that does not use a vacuum processing apparatus, even with a large mold that could not be processed by a method using a conventional ion nitriding furnace, By using the nitriding method of the present invention, it is possible to perform nitriding before coating.

以上のように、本発明の第1のガス窒化方法は、治具として少なくともその表面が非窒化性材料から構成された治具を使用することにより、長期にわたって安定したNHの分解率を維持でき、安定生産処理を実現したものである。このように、治具として少なくともその表面が非窒化性材料から構成された治具を使用することにより、窒化処理工程の前処理としてフッ化処理を行った場合でも、治具には窒化反応が起こらず、さらに繰返し使用しても表面の劣化が進行しなくなる。このため、治具表面が劣化することによる触媒作用の低下や、劣化部分への水分の吸着がほとんどなくなる。したがって、NHの分解率を抑制して被処理物に合わせた適正な分解率を維持することが可能となり、フッ化雰囲気や窒化雰囲気への悪影響を排除し、長期にわたって安定したNHの分解率を維持できる。このように、窒素化合物層を形成させない条件での安定的な窒化処理を実現し、ガス窒化処理のみで窒素化合物層を形成させずに拡散層のみを安定して形成させることができるのである。 As described above, the first gas nitriding method of the present invention maintains a stable NH 3 decomposition rate over a long period of time by using a jig whose surface is made of a non-nitriding material as a jig. It is possible to achieve stable production processing. Thus, by using a jig whose surface is made of a non-nitriding material at least as a jig, even when fluorination treatment is performed as a pretreatment for the nitriding treatment process, the jig undergoes a nitriding reaction. It does not occur, and surface deterioration does not progress even after repeated use. For this reason, there is almost no decrease in the catalytic action due to deterioration of the jig surface and adsorption of moisture to the deteriorated portion. Therefore, it is possible to suppress the decomposition rate of NH 3 and maintain an appropriate decomposition rate according to the object to be processed, eliminate the adverse effect on the fluorination atmosphere and the nitriding atmosphere, and stably decompose NH 3 over a long period of time. The rate can be maintained. Thus, stable nitriding treatment can be realized under conditions where the nitrogen compound layer is not formed, and only the diffusion layer can be stably formed without forming the nitrogen compound layer only by gas nitriding treatment.

また、本発明の第2のガス窒化方法は、上記窒素源ガスがNHとHを含み、上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下とし、フッ化処理の後にNHおよびHを含むガス雰囲気で窒化処理を行い、かつその組成比を制御することによって窒素化合物層を形成させず均一な拡散層のみを形成するようにしたものである。すなわち、上記のようにガス窒化処理で拡散層のみを形成させようとした場合には特に被処理物表面に形成している酸化皮膜が大きな障害となるが、フッ化処理を行うことによってその酸化皮膜を除去することができるため、例えばNHの供給量が非常に少ない場合でもNHの分解によって発生したNをスムーズに被処理物内に侵入させることができ、容易に均一な窒化層を得ることが可能になるのである。 Further, in the second gas nitriding method of the present invention, the nitrogen source gas contains NH 3 and H 2 , and the volume ratio of NH 3 / H 2 in the nitrogen source gas is set to 0.05 or more and 5 or less. After the nitriding treatment, nitriding treatment is performed in a gas atmosphere containing NH 3 and H 2 and the composition ratio is controlled so that only the uniform diffusion layer is formed without forming the nitrogen compound layer. That is, when only the diffusion layer is formed by gas nitriding as described above, the oxide film formed on the surface of the object to be processed becomes a major obstacle. Since the film can be removed, for example, even when the supply amount of NH 3 is very small, N generated by the decomposition of NH 3 can smoothly enter the object to be processed, and a uniform nitride layer can be easily formed. It can be obtained.

本発明は、鋼材の窒化処理に使用することができ、特に表面に高い引張応力や曲げ応力が負荷される場合や、窒化処理後にPVD法等によるコーティング処理が実施される場合など、表面に脆い窒素化合物層を形成させないことが必要な利用分野に適用することができる。   The present invention can be used for nitriding of steel materials, and particularly when the surface is subjected to a high tensile stress or bending stress, or when a coating treatment such as a PVD method is performed after the nitriding treatment, the surface is brittle. The present invention can be applied to application fields where it is necessary not to form a nitrogen compound layer.

処理炉の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a processing furnace. SKH51製試験片の断面観察結果である。It is a cross-sectional observation result of the test piece made from SKH51. SKH51製試験片の化合物層厚さ、硬化層厚さ、表面硬度測定結果である。It is a compound layer thickness of a SKH51 test piece, a hardened layer thickness, and a surface hardness measurement result. SKD11製試験片の表面硬度測定結果である。It is a surface hardness measurement result of the test piece made from SKD11. マルエージング鋼製試験片の曲げ疲労強度試験結果である。It is a bending fatigue strength test result of a maraging steel test piece. TiN膜をコーティングしたSKH製試験片のスクラッチ試験結果である。It is a scratch test result of the SKH test piece coated with a TiN film.

符号の説明Explanation of symbols

1 炉体本体
2 加熱ヒーター
3 プロセスガス供給ポート
4 排ガス排出ポート
5 攪拌ファン用モーター
6 攪拌ファン
7 ガス供給ライン元弁
8 空圧作動弁
9 減圧弁
10 ガス流量計
11 NFガスボンベ
12 窒素ガスボンベ
13 アンモニアガスボンベ
14 水素ガスボンベ
15 排ガス除害装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Furnace body 2 Heating heater 3 Process gas supply port 4 Exhaust gas discharge port 5 Stirrer fan motor 6 Stirrer fan 7 Gas supply line main valve 8 Pneumatic pressure valve 9 Pressure reducing valve 10 Gas flow meter 11 NF 3 Gas cylinder 12 Nitrogen gas cylinder 13 Ammonia gas cylinder 14 Hydrogen gas cylinder 15 Exhaust gas abatement system

Claims (5)

フッ素源ガスを含むガス雰囲気中に被処理物を加熱保持してその表面にフッ化物膜を生成させるフッ化処理工程と、上記フッ化処理の後に、窒素源ガスを含むガス雰囲気中に上記被処理物を加熱保持してその表面から窒素を侵入させて窒化層を形成させる窒化処理工程とを行う金属の窒化方法であって、上記被処理物を処理炉内に配置するための治具として少なくともその表面が非窒化性材料から構成された治具を使用することを特徴とする金属のガス窒化方法。   A fluorination treatment step of heating and holding the object to be treated in a gas atmosphere containing a fluorine source gas to form a fluoride film on the surface thereof; and after the fluorination treatment, the object to be treated in a gas atmosphere containing a nitrogen source gas. A nitriding method of metal for performing a nitriding treatment step of forming a nitrided layer by intruding nitrogen from the surface of the object to be heated and forming a nitrided layer, as a jig for placing the object to be processed in a processing furnace A metal gas nitriding method characterized by using a jig having at least a surface thereof made of a non-nitriding material. 上記窒素源ガスがNHとHを含み、かつ上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下とした請求項1記載の金属のガス窒化方法。 The metal gas nitriding method according to claim 1, wherein the nitrogen source gas contains NH 3 and H 2 , and a volume ratio of NH 3 / H 2 in the nitrogen source gas is 0.05 or more and 5 or less. 上記非窒化性材料がニッケルを主成分とし鉄を含有しない金属材料である請求項1または2記載の金属のガス窒化方法。   3. The metal gas nitriding method according to claim 1, wherein the non-nitriding material is a metal material containing nickel as a main component and not containing iron. 上記非窒化性材料がセラミックスである請求項1または2記載の金属のガス窒化方法。   The metal gas nitriding method according to claim 1, wherein the non-nitriding material is ceramic. フッ素源ガスを含むガス雰囲気中に被処理物を加熱保持してその表面にフッ化物膜を生成させるフッ化処理工程と、上記フッ化処理の後に、窒素源ガスを含むガス雰囲気中に上記被処理物を加熱保持してその表面から窒素を侵入させて窒化層を形成させる窒化処理工程とを行う金属の窒化方法であって、上記窒素源ガスがNHとHを含み、かつ上記窒素源ガス中におけるNH/Hの容量比を0.05以上5以下としたことを特徴とする金属のガス窒化方法。
A fluorination treatment step of heating and holding the object to be treated in a gas atmosphere containing a fluorine source gas to form a fluoride film on the surface thereof; and after the fluorination treatment, the object to be treated in a gas atmosphere containing a nitrogen source gas. A nitriding method of a metal for performing a nitriding treatment step of forming a nitrided layer by intruding nitrogen from the surface by heating and holding a treatment object, wherein the nitrogen source gas contains NH 3 and H 2 , and the nitrogen A metal gas nitriding method, wherein a volume ratio of NH 3 / H 2 in a source gas is set to 0.05 or more and 5 or less.
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