JP2014504329A - Surface treatment of metal objects - Google Patents

Surface treatment of metal objects Download PDF

Info

Publication number
JP2014504329A
JP2014504329A JP2013539096A JP2013539096A JP2014504329A JP 2014504329 A JP2014504329 A JP 2014504329A JP 2013539096 A JP2013539096 A JP 2013539096A JP 2013539096 A JP2013539096 A JP 2013539096A JP 2014504329 A JP2014504329 A JP 2014504329A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
diffusion
gas
inert
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013539096A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5951623B2 (en
Inventor
ファビジャニック,ダニエル
Original Assignee
ハード テクノロジーズ プロプライエタリー リミテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2010905095A external-priority patent/AU2010905095A0/en
Application filed by ハード テクノロジーズ プロプライエタリー リミテッド filed Critical ハード テクノロジーズ プロプライエタリー リミテッド
Publication of JP2014504329A publication Critical patent/JP2014504329A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5951623B2 publication Critical patent/JP5951623B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
    • C23C8/26Nitriding of ferrous surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02Pretreatment of the material to be coated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Abstract

【課題】明細書は、処理対象である金属基材もしくは部材の外表面から内部へと拡がる拡散表面層を形成する方法を開示する。
【解決手段】前記方法は、第1の活性化段階において、前記拡散表面層を形成するための不活性微粒子耐熱材料と金属およびハロゲン化金属を含む金属ベースの材料とを収容する活性化処理炉を提供し、前記活性化処理炉は、活性化された金属ベース材料を形成するため、前記金属ベースの材料の少なくとも外部表面領域を活性化するために第1の期間だけ活性化処理炉内において不活性微粒子耐熱材料および金属ベースの材料に導入される不活性ガス流およびハロゲン化水素ガス流を有し、次の拡散段階において、拡散処理炉を提供し、前記金属基材を拡散処理炉内に導入し、金属基材の外表面から内部へと拡がる拡散領域を形成するために前記金属基材は前処理されており、ここで金属基材の外表面上に酸化層を形成すること無く、内部拡散領域および外側の化合物または鉄窒化物、炭化鉄もしくは鉄炭窒化化合物によって少なくとも部分的に形成される白色層を形成するために窒素が拡散され、大気が侵入しないように密閉された拡散処理炉内で不活性ガスの雰囲気下で、少なくとも第2の期間だけハロゲン化水素ガスの無い状態で且つ前記活性化された金属ベース基材のある状態で、前記金属基材上に前記拡散表面層を形成するために、金属基材を処理する。
【選択図】 図1
The specification discloses a method of forming a diffusion surface layer extending from the outer surface to the inside of a metal substrate or member to be treated.
In the first activation stage, the method includes an activation processing furnace containing an inert fine particle heat-resistant material for forming the diffusion surface layer and a metal-based material including a metal and a metal halide. The activation process furnace in the activation process furnace for a first period of time to activate at least an external surface region of the metal-based material to form an activated metal-based material. An inert gas flow and a hydrogen halide gas flow introduced into the inert particulate refractory material and the metal-based material, and providing a diffusion treatment furnace in the next diffusion stage, wherein the metal substrate is placed in the diffusion treatment furnace The metal substrate has been pretreated to form a diffusion region that extends from the outer surface of the metal substrate to the inside without forming an oxide layer on the outer surface of the metal substrate. ,internal Diffusion treatment furnace sealed to prevent nitrogen from diffusing to form the white layer formed at least partially by the diffusion region and the outer compound or iron nitride, iron carbide or iron carbonitride compound The diffusion surface layer is formed on the metal substrate in an inert gas atmosphere in the absence of hydrogen halide gas for at least the second period and in the presence of the activated metal base substrate. The metal substrate is treated to form.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、基材上の拡散表面層を得るため、金属基材を処理するための方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for treating a metal substrate to obtain a diffusing surface layer on the substrate.

伝統的に、金属表面処理では、基材上への窒化表面の形成の後、付着したコーティングとして、チタニウム、窒化クロム、炭素浸炭窒化のようなコーティングの当該表面上への物理蒸着が行なわれる。   Traditionally, in metal surface treatment, after formation of a nitrided surface on a substrate, physical vapor deposition is performed on the surface as a deposited coating such as titanium, chromium nitride, carbon carbonitriding.

いくつかの処理もまた実行され、ここで表面上にクロムもしくはチタン窒化物もしくは炭素窒化物層を形成しながら窒素が表面に拡散すると同時に、表面材料が基材の表面領域に拡散される。   Several treatments are also performed where the surface material is diffused into the surface region of the substrate while nitrogen diffuses to the surface forming a chromium or titanium nitride or carbon nitride layer on the surface.

欧州特許0471276号,0252480号,0303191号および国際公開番号WO/47794の公開特許明細書は、そのような処理方法を開示している。   European Patent Nos. 0471276, 0252480, 0303191 and the published patent specifications of International Publication No. WO / 47794 disclose such processing methods.

欧州特許第0471276号EP 0471276 欧州特許第0252480号European Patent No. 0252480 欧州特許第0303191号EP 0303191 国際公開WO/47794号International Publication WO / 47794

このような方法は、より良い性能の表面処理を提供することができる。なぜなら、ここでの表面層は拡散層であり、且つ基材に付着した単なるコーティング層では無いからである。しかしながら、求める結果を得るための材料やパラメータの実際の制御は極めて困難であることが証明されている。   Such a method can provide a surface treatment with better performance. This is because the surface layer here is a diffusion layer and not just a coating layer attached to the substrate. However, actual control of materials and parameters to obtain the desired results has proven to be extremely difficult.

水素および/またはアンモニアのような反応性ガスや可燃性ガスと混合されたHCIのようなハロゲン化物ガスの利用は、混合ガスパネルの製造において問題を引き起こす。   The use of a halide gas such as HCI mixed with a reactive gas such as hydrogen and / or ammonia or a flammable gas causes problems in the manufacture of mixed gas panels.

さらに、HClおよび他のハロゲン化物ガスは比較的高価であり、そのようなガスの広範な利用は、所望の製品の処理工程を比較的高価なものにし得る。   In addition, HCl and other halide gases are relatively expensive, and extensive use of such gases can make the processing steps of the desired product relatively expensive.

ハロゲン化物ガスはまた、ガスパイプの詰まりを引き起こしたり、詰まりや機器への潜在的なダメージの原因となるガス供給機器のソレノイドバルブや流量計への逆流を起こし得るアンモニアや塩化アンモニウムと低温で瞬時に反応し得る。   Halide gas also instantly at low temperatures with ammonia and ammonium chloride can cause clogging of gas pipes and backflow to gas supply device solenoid valves and flow meters that can cause clogging and potential damage to equipment. Can react.

国際特許出願番号PCT/AU2006/001031は、所望の拡散層を金属基材製品上に形成することを可能とする処理方法および処理装置を開示している。開示される当該方法は、処理期間にわたってハロゲン化物ガスを供給する。そして、当該方法が問題無く機能している間、利用されるハロゲン化物ガスの容量のために処理コストは非常に高額となる。   International Patent Application No. PCT / AU2006 / 001031 discloses a processing method and processing apparatus that allows a desired diffusion layer to be formed on a metal substrate product. The disclosed method supplies a halide gas over the treatment period. And while the method is functioning without problems, the processing costs are very high due to the volume of halide gas used.

したがって、本発明の目的は、金属基材の処理の信頼性と安全性を維持しつつ、従来技術の工程よりも経済的な手法により金属基材上に拡散表面層を形成する方法を提供することにある。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for forming a diffusion surface layer on a metal substrate by a more economical technique than prior art processes while maintaining the reliability and safety of processing of the metal substrate. There is.

したがって、本発明の第1の態様は、金属基材の外表面の内部へと拡がる拡散表面層を形成する方法を提供する。前記方法は、以下を含む。
(i)活性化段階において、前記拡散表面層を形成するための不活性微粒子耐熱材料と金属ベースの材料とを収容する活性化処理炉を提供し、前記活性化処理炉は、活性化された表面領域を有する活性化金属ベース材料を形成するため、ハロゲン化水素ガスの雰囲気中で前記金属ベースの材料の外部表面領域を処理するために第1の期間だけ活性化処理炉内において不活性微粒子耐熱材料および金属ベースの材料に導入される不活性ガス流を有し、
(ii)拡散段階において、拡散処理炉を提供し、前記金属基材を拡散処理炉内に導入し、金属基材の外表面から内部へと拡がる拡散領域を形成するために前記金属基材は前処理されており、ここで金属基材の外表面上に酸化層を形成すること無く、内部拡散領域および外部化合物または鉄窒化物、炭化鉄もしくは鉄炭窒化化合物によって少なくとも部分的に形成される白色層を形成するために窒素が拡散され、大気が侵入しないように密閉された拡散処理炉内で不活性ガスの雰囲気下で、ハロゲン化水素ガスの無い状態で少なくとも第2の期間だけ且つ前記活性化された金属ベース基材のある状態で、前記金属基材上に前記拡散表面層を形成するために、前記金属基材を処理する。
Accordingly, a first aspect of the invention provides a method for forming a diffusing surface layer that extends into the interior of the outer surface of a metal substrate. The method includes:
(I) providing an activation treatment furnace containing an inert particulate heat-resistant material and a metal-based material for forming the diffusion surface layer in the activation stage, wherein the activation treatment furnace is activated; In order to form an activated metal base material having a surface region, inert particulates in an activation treatment furnace only for a first period to treat the outer surface region of the metal base material in an atmosphere of hydrogen halide gas Having an inert gas stream introduced into the refractory material and the metal-based material;
(Ii) providing a diffusion treatment furnace in the diffusion step, introducing the metal substrate into the diffusion treatment furnace, and forming the diffusion region extending from the outer surface to the inside of the metal substrate; Pre-treated, where at least partly formed by internal diffusion region and external compound or iron nitride, iron carbide or iron carbonitride compound without forming an oxide layer on the outer surface of the metal substrate Nitrogen is diffused to form a white layer, and in an atmosphere of inert gas in a diffusion processing furnace sealed so that the atmosphere does not enter, in the absence of hydrogen halide gas, for at least a second period and In the presence of an activated metal base substrate, the metal substrate is treated to form the diffusion surface layer on the metal substrate.

好都合なことに、上述した方法はさらに以下を含むことができる。
(i)前処理段階において、金属基材の表面から内部へ拡がる前記拡散領域を形成し、ここで窒素は内部拡散領域および外部化合物もしくは鉄窒化物、炭化鉄もしくは鉄炭窒化化合物の白色層を形成するために拡散され、
(ii)前記金属拡散段階に先立って、前記表面上における表面酸化の形成を防ぐためもしくは前記表面上に形成される前記表面酸化を除去するため、前記前処理段階において形成される金属基材を処理する。
Conveniently, the method described above can further include:
(I) In the pretreatment step, the diffusion region extending from the surface of the metal substrate to the inside is formed, where nitrogen forms an internal diffusion region and a white layer of an external compound or iron nitride, iron carbide or iron carbonitride compound. Diffused to form,
(Ii) prior to the metal diffusion step, to prevent the formation of surface oxidation on the surface or to remove the surface oxidation formed on the surface, the metal substrate formed in the pretreatment step To process.

好ましい構成では、活性化処理炉としても動作する拡散処理炉であるところの単一の処理炉において上述した方法が実現され得る。   In a preferred configuration, the method described above can be implemented in a single processing furnace that is a diffusion processing furnace that also operates as an activation processing furnace.

好ましくは、前記活性化段階における前記不活性化ガス流は、窒素および/またはアルゴンである。都合の良いことに、前記処理炉もしくは複数の処理路にて用いられる前記不活性微粒子耐熱材料は、酸化アルミニウムもしくは炭化ケイ素とすることができる。   Preferably, the inert gas stream in the activation stage is nitrogen and / or argon. Conveniently, the inert particulate refractory material used in the processing furnace or multiple processing paths may be aluminum oxide or silicon carbide.

好都合にも、拡散処理炉が不活性耐熱微粒子材料を収容しているとき、金属拡散段階の間、それは不活性ガスの流れによって流動化される。あるいは、そのような不活性耐熱微粒子材料は振動手段によって流動化もしくは少なくとも部分的に流動化される。金属拡散段階の間は、アンモニアは前記拡散処理炉に供給されないことが好ましい。   Conveniently, when the diffusion furnace contains an inert refractory particulate material, it is fluidized by the flow of inert gas during the metal diffusion stage. Alternatively, such inert heat resistant particulate material is fluidized or at least partially fluidized by vibration means. During the metal diffusion stage, ammonia is preferably not supplied to the diffusion furnace.

特に好ましい実施の形態では、前記第2の期間は、前記第1の期間よりも長い。このように、比較的高価であるハロゲン化水素ガスは、金属基材上の所望の拡散層を得るために、大幅に短い期間だけ使用される。拡散段階の間、ハロゲン化水素ガスはまったく使用されないであろうが、少量のハロゲン化水素ガスは必要に応じて、金属ベース材料の再活性化のために短期間だけ使用され得る。通常、必要に応じて、ハロゲン化水素ガスは、容器中にハロゲン化水素ガスが供給されていない期間およびハロゲン化水素ガスが拡散段階の間供給されている少なくとも一つの期間においてパルス状に供給される。   In a particularly preferred embodiment, the second period is longer than the first period. Thus, the relatively expensive hydrogen halide gas is used for a much shorter period of time to obtain the desired diffusion layer on the metal substrate. During the diffusion phase, no hydrogen halide gas will be used, but a small amount of hydrogen halide gas may be used for a short period of time for reactivation of the metal base material, if desired. Normally, as needed, the hydrogen halide gas is supplied in pulses during a period when no hydrogen halide gas is supplied into the vessel and at least one period during which the hydrogen halide gas is supplied during the diffusion stage. The

好都合なことに、不活性ガス流は第2の期間の間拡散処理炉へと供給されてもよく、前記不活性ガス流は流速ゼロから前記拡散処理炉に対する最小流動速度以上の流速へと変化する。   Conveniently, an inert gas stream may be supplied to the diffusion furnace during the second period, the inert gas stream changing from zero flow rate to a flow rate above the minimum flow rate for the diffusion furnace. To do.

都合の良いことに、前記活性化段階および前記拡散段階の間での処理炉または複数の処理炉での前記第1および第2の期間での前記処理温度は、500℃から750℃の間である。   Conveniently, the treatment temperature in the first and second periods in the treatment furnace or treatment furnaces between the activation stage and the diffusion stage is between 500 ° C. and 750 ° C. is there.

好ましくは、一実施形態において、ハロゲン化水素ガス流は、前記第1の期間の間だけ前記活性化処理炉に連続供給されてもよい。   Preferably, in one embodiment, the hydrogen halide gas stream may be continuously supplied to the activation processing furnace only during the first period.

採用し得る他の方法として、ハロゲン化水素ガスは、前記第1の期間の間、供給期間と非供給期間とによるパルス状に供給されてもよい。好都合にも、使用されるハロゲン化水素ガスは、塩化水素ガス,臭化水素ガス,フッ化水素ガスもしくはヨウ化水素ガスの中から選択されてもよい。   As another method that can be adopted, the hydrogen halide gas may be supplied in a pulsed manner during the first period by a supply period and a non-supply period. Conveniently, the hydrogen halide gas used may be selected from among hydrogen chloride gas, hydrogen bromide gas, hydrogen fluoride gas or hydrogen iodide gas.

前記活性化処理炉または前記拡散処理炉へ供給される際の前記ハロゲン化水素ガスは、処理炉もしくは複数の処理炉の外部で不活性搬送ガス(例えば、窒素および/またはアルゴンガス)と混合されていることが好ましい。都合の良いことに、供給される際、前記ハロゲン化水素ガスおよび前記不活性搬送ガスは前記処理炉もしくは複数の処理炉の下部領域に進入する。   The hydrogen halide gas supplied to the activation treatment furnace or the diffusion treatment furnace is mixed with an inert carrier gas (for example, nitrogen and / or argon gas) outside the treatment furnace or the plurality of treatment furnaces. It is preferable. Conveniently, when supplied, the hydrogen halide gas and the inert carrier gas enter the lower region of the processing furnace or processing furnaces.

さらなる実施形態において、前記水素ガスは、塩化アンモニウム(NH4Cl)の供給により、前記処理炉もしくは複数の処理炉において生成されてもよい。塩化アンモニウムは、搬送チューブもしくはパイプを通って固体もしくはペレット状の形態で供給されてもよく、これにより前記搬送パイプもしくはチューブ内において、水素ガスおよび塩化水素(HCl)ガスに分離するために、それは加熱される。   In a further embodiment, the hydrogen gas may be generated in the processing furnace or multiple processing furnaces by supply of ammonium chloride (NH 4 Cl). Ammonium chloride may be supplied in solid or pellet form through a transfer tube or pipe so that it separates into hydrogen gas and hydrogen chloride (HCl) gas in the transfer pipe or tube. Heated.

窒素やアルゴンのような不活性ガスはまた、それが前記炉に進入するときまでに、前記塩化水素ガスが前記不活性ガスと少なくとも部分的に混合されるように、前記搬送チューブを介して供給されることもできる。このような搬送システムは、前記活性化段階もしくは、必要に応じて、前記拡散段階のいずれかにおいて、利用されてもよい。もしこの搬送システムが利用される場合、前記炉の前記処理温度は700℃もしくはそれよりも高い温度に近くなってもよい。   An inert gas, such as nitrogen or argon, is also fed through the transfer tube so that the hydrogen chloride gas is at least partially mixed with the inert gas by the time it enters the furnace. Can also be done. Such a transport system may be utilized either in the activation stage or, if necessary, in the diffusion stage. If this transfer system is utilized, the processing temperature of the furnace may be close to 700 ° C. or higher.

前記拡散表面層を形成するための前記金属ベースの材料は、少なくとも以下のいずれか1つから選択されることができる。
(i) 固体金属もしくは金属合金
(ii) 基材キャリア上にコーティングされた金属もしくは金属合金
(iii) 微粒子もしくはパウダー状の金属もしくは金属合金
(iv) 不活性耐熱微粒子材料上にコーティングされた金属もしくは金属合金
(v) 金属ハロゲン化物粒子もしくはパウダー(無水のもしくは水和した)
(vi) 不活性耐熱微粒子材料もしくは基材キャリア上にコーティングされた金属ハロゲン化材料(無水のもしくは水和した)
The metal-based material for forming the diffusion surface layer can be selected from at least one of the following.
(I) a solid metal or metal alloy (ii) a metal or metal alloy coated on a substrate carrier (iii) a particulate or powdered metal or metal alloy (iv) a metal coated on an inert heat resistant particulate material or Metal alloy (v) Metal halide particles or powder (anhydrous or hydrated)
(Vi) Inert heat resistant particulate material or metal halide material coated on substrate carrier (anhydrous or hydrated)

前記金属ベースの材料は、クロム,チタニウム,バナジウム,ニオビウム,タンタル,タングステン,モリブデン,マンガン,およびこれらの合金であり、鉄ベースの合金もしくは上述した金属元素を有する金属ハロゲン化物、およびクロム、臭素、ヨウ素およびフッ素の中から選択されるハロゲン化物、を含むものの中から選択されてもよい。   The metal-based material is chromium, titanium, vanadium, niobium, tantalum, tungsten, molybdenum, manganese, and alloys thereof, iron-based alloys or metal halides having the metal elements described above, and chromium, bromine, It may be selected from those containing a halide selected from iodine and fluorine.

前記金属基材は、都合の良いことに、鉄ベースの金属もしくは鉄ベースの金属合金である。   The metal substrate is conveniently an iron-based metal or an iron-based metal alloy.

好都合なことに、不活性化ガスとしての窒素は、前記第2の期間の間、前記拡散処理炉内に導入される。   Conveniently, nitrogen as an inert gas is introduced into the diffusion furnace during the second period.

”金属基材”とは、鉄ベースの金属もしくは鉄ベースの金属合金から製造される熱処理に適した金属パーツを含むものとする。
本発明の方法に従い、塩化水素が利用されるハロゲン化物ガスであり且つクロム金属粒子が拡散表面層を形成するために用いられる場合、前記活性化段階の間の流動床炉におけるクロム金属粒子上と同様に、塩化水素が酸化アルミニウムの表面上に活性化された塩化クロム層を形成すると考えられている。
"Metal substrate" shall include metal parts suitable for heat treatment made from iron-based metals or iron-based metal alloys.
In accordance with the method of the present invention, when hydrogen chloride is the halide gas utilized and chromium metal particles are used to form the diffusion surface layer, on the chromium metal particles in the fluidized bed furnace during the activation stage; Similarly, it is believed that hydrogen chloride forms an activated chromium chloride layer on the surface of aluminum oxide.

前記プロセスの金属拡散段階の間、前記基材上に前記拡散表面層を形成するために、前記活性化塩化クロムと金属基材の窒素に富んだ鉄の表面との間での固相相互反応が起こる。   During the metal diffusion stage of the process, a solid phase interaction between the activated chromium chloride and the nitrogen-rich iron surface of the metal substrate to form the diffusion surface layer on the substrate. Happens.

これは、前記処理炉、通常は流動床炉が実質的には不活性ガス流によって流動されない場合、および前記床が流動される場合にも起こる。床の流動は、適したガス流もしくは前記技術において知られるような振動手段のいずれかによって発生させることができる。
前記プロセスは、前記ハロゲン化水素ガス、一般的には塩化水素が高価であり且つその使用を最小化しているとき、注目に値する経済的優位性を有する。
This also occurs when the treatment furnace, usually a fluidized bed furnace, is not substantially flowed by an inert gas stream and when the bed is flowed. Bed flow can be generated either by a suitable gas flow or by vibration means as known in the art.
The process has a notable economic advantage when the hydrogen halide gas, typically hydrogen chloride, is expensive and minimizes its use.

一般に、拡散領域の外側部分(前記白色層)には実質的に穴が存在しないことが望ましい。前記白色層は、通常は鉄窒化物、炭化鉄および/または鉄炭窒化物となり、通常はイプシロンおよび/またはガンマフォームのいずれかである。   In general, it is desirable that substantially no holes exist in the outer portion of the diffusion region (the white layer). The white layer is usually iron nitride, iron carbide and / or iron carbonitride and is usually either epsilon and / or gamma foam.

本発明によれば、金属基材の処理の信頼性と安全性を維持しつつ、従来技術の工程よりも経済的な手法により金属基材上に拡散表面層を形成する方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a method for forming a diffusion surface layer on a metal substrate by a method more economical than the prior art process while maintaining the reliability and safety of the treatment of the metal substrate. it can.

本発明の処理において利用可能な流動床炉の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the fluidized bed furnace which can be utilized in the process of this invention. 図1に示す流動床炉とともに利用可能なシール配置の詳細断面図である。FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of a seal arrangement that can be used with the fluidized bed furnace shown in FIG. 1. 図1に示す流動床炉とともに利用可能なシール配置の詳細断面図である。FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of a seal arrangement that can be used with the fluidized bed furnace shown in FIG. 1. 本発明により製造された実施例1の処理済みサンプルにおける深さに対する窒素(N),クロム(Cr)および鉄(Fe)の重量%濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the weight% density | concentration of nitrogen (N), chromium (Cr), and iron (Fe) with respect to the depth in the processed sample of Example 1 manufactured by this invention. 活性化されたクロムによりコーティングされた実施例1の銅キャリア基材における深さに対する窒素(N),クロム(Cr),鉄(Fe)および銅(Cu)の重量%を示すグラフである。2 is a graph showing the weight percent of nitrogen (N), chromium (Cr), iron (Fe) and copper (Cu) with respect to depth in the copper carrier substrate of Example 1 coated with activated chromium. 本発明によって製造されていない実施例1の処理済みの金属サンプルにおける深さに対する窒素(N),クロム(Cr)および鉄(Fe)の重要%濃度を示すグラフである。2 is a graph showing the critical percentage concentrations of nitrogen (N), chromium (Cr) and iron (Fe) versus depth in a treated metal sample of Example 1 not manufactured according to the present invention. 活性化されていないクロムによりコーティングされた実施例1の銅キャリア基材における深さに対する窒素(N),クロム(Cr),鉄(Fe)および銅(Cu)の重量%を示すグラフである。2 is a graph showing the weight percent of nitrogen (N), chromium (Cr), iron (Fe), and copper (Cu) versus depth in the copper carrier substrate of Example 1 coated with unactivated chromium. 本発明により製造された実施例2の処理済みの金属サンプルにおける深さに対するクロム(Cr),鉄(Fe)および窒素(N)の重量%を示すグラフである。2 is a graph showing the weight percent of chromium (Cr), iron (Fe) and nitrogen (N) with respect to depth in a treated metal sample of Example 2 made according to the present invention. 本発明のプロセスを実施することにより得られた実施例2にて利用される処理済みの活性化されたクロムのサンプルにおける深さに対するクロム(Cr),鉄(Fe)および窒素(N)の重量%を示すグラフである。Weight of chromium (Cr), iron (Fe) and nitrogen (N) with respect to depth in the treated activated chromium sample utilized in Example 2 obtained by carrying out the process of the present invention It is a graph which shows%. 実施例2において記載されたような事前に活性化されたクロムのサンプルを用いて処理されない場合の、金属サンプルにおける深さに対する鉄(Fe),窒素(N)およびクロム(Cr)の重量%を示すグラフである。% By weight of iron (Fe), nitrogen (N) and chromium (Cr) relative to depth in the metal sample when not treated with a pre-activated chromium sample as described in Example 2 It is a graph to show. 実施例3に記載のように活性化されたクロム粒子を利用して本発明によって処理された金属サンプルにおける深さに対する鉄(Fe),クロム(Cr),窒素(N),炭素(C)および酸素(O)の重量%を示す定量的深さプロファイルである。Iron (Fe), chromium (Cr), nitrogen (N), carbon (C) and depth to depth in metal samples treated according to the present invention utilizing activated chromium particles as described in Example 3 Figure 2 is a quantitative depth profile showing the weight percent of oxygen (O). 図11(実施例3)に示される処理済み金属サンプルの微細構造を示す。12 shows the microstructure of the treated metal sample shown in FIG. 11 (Example 3). 処理済の金属サンプル(実施例3)における拡散層が主に窒化クロムであったことを示すX線回折分析である。It is an X-ray diffraction analysis which shows that the diffused layer in the processed metal sample (Example 3) was mainly chromium nitride. 実施例4に記載のように処理された金属サンプルにおける深さに対するクロム(Cr),鉄(Fe),窒素(N),炭素(C)および酸素(O)の重量%を示す定量的深さプロファイルである。Quantitative depth showing weight percent of chromium (Cr), iron (Fe), nitrogen (N), carbon (C) and oxygen (O) relative to depth in a metal sample treated as described in Example 4. It is a profile. 実施例4に記載のように処理された金属サンプルにおける深さに対するクロム(Cr),鉄(Fe),窒素(N),炭素(C)および酸素(O)の重量%を示す定量的深さプロファイルである。Quantitative depth showing weight percent of chromium (Cr), iron (Fe), nitrogen (N), carbon (C) and oxygen (O) relative to depth in a metal sample treated as described in Example 4. It is a profile. 実施例4に示す処理済金属のサンプルの微細構造を示す。Figure 5 shows the microstructure of the treated metal sample shown in Example 4;

本発明の好ましい形態による流動床処理装置の要部を概略的に示す図面について述べると、流動床熱処理装置において前記熱処理工程における少なくとも前記前処理段階は完了されていなくともよく、また他の公知の熱処理装置が本段階において利用され得ることが上述の記載からわかる。さらに、活性化段階および拡散段階は同一の流動床熱処理炉内で実行されることが望ましいが、隔離された複数の流動床熱処理炉が活性化段階および拡散段階のために利用されることも同様に可能である。   Referring to the drawings schematically showing the main part of a fluidized bed treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, at least the pretreatment stage in the heat treatment step may not be completed in a fluidized bed heat treatment apparatus, and other known techniques It can be seen from the above description that a heat treatment apparatus can be used at this stage. Furthermore, it is desirable that the activation stage and the diffusion stage be performed in the same fluidized bed heat treatment furnace, but it is equally possible that multiple isolated fluidized bed heat treatment furnaces are used for the activation stage and the diffusion stage. Is possible.

図1に示すように、前記装置は、酸化アルミニウム(Al2O3)のような不活性耐熱微粒子12を収容する内部容器11を有する流動床炉10を備えるが、その他不活性耐熱材料を採用可能である。   As shown in FIG. 1, the apparatus includes a fluidized bed furnace 10 having an inner vessel 11 for containing inert heat-resistant fine particles 12 such as aluminum oxide (Al 2 O 3), but other inert heat-resistant materials can be adopted. .

前記炉は、外部絶縁層13および燃料ガスを燃焼させることによる、電気抵抗加熱による、あるいは他の適切な手段によって従来の方式で加熱されるであろう加熱領域14を含む。   The furnace includes a heating zone 14 that will be heated in a conventional manner by burning the outer insulating layer 13 and fuel gas, by electrical resistance heating, or by other suitable means.

図において、前記加熱領域14は、燃料ガスが供給されるバーナー16によって加熱される。   In the figure, the heating region 14 is heated by a burner 16 to which fuel gas is supplied.

前記容器11の底部には、必要に応じて耐熱材料12を流動させるための不活性ガス主供給ライン17が設けられている。   An inert gas main supply line 17 for allowing the heat-resistant material 12 to flow as necessary is provided at the bottom of the container 11.

前記ガス供給ライン17は、ガス流の密閉容器内での流れを防ぎ、流動化および熱処理のために一般に多孔質材構造となっている主分配器18および第二分配器19を備えるガス分配システムへとつながっている。   The gas supply line 17 prevents the flow of gas flow in an airtight container and includes a main distributor 18 and a second distributor 19 that are generally made of a porous material structure for fluidization and heat treatment. Is connected to

さらなるガス搬送ライン20は、ハロゲン化ガスおよび不活性キャリアガスが分配器18/19から分離された分配器21をさらに経由して前記容器の底部に導かれ得るように設けられる。   A further gas transport line 20 is provided so that the halogenated gas and inert carrier gas can be led to the bottom of the vessel via a distributor 21 separated from the distributor 18/19.

キャリア不活性ガスライン(例えば、窒素および/又はアルゴン)は、ライン71を介して供給され且つライン20を介して搬送される前にバルブ72にて混合されるハロゲン化水素ガスをライン70を介して供給されることができる。
ライン70および17を介して搬送される不活性ガスの量およびライン71を介して搬送されるハロゲン化水素ガスの量は、前記炉10へと搬送されるガス量が知られるように、計量されてもよい。
A carrier inert gas line (e.g., nitrogen and / or argon) is fed via line 70 to a hydrogen halide gas supplied via line 71 and mixed at valve 72 before being conveyed via line 20. Can be supplied.
The amount of inert gas conveyed via lines 70 and 17 and the amount of hydrogen halide gas conveyed via line 71 are metered so that the amount of gas conveyed to the furnace 10 is known. May be.

分配器21は、前記密閉容器11の下部における粗い耐熱材料領域80に配置されてもよい。   The distributor 21 may be disposed in the rough heat-resistant material region 80 in the lower part of the sealed container 11.

代替手段として、搬送ライン20は、破線で示すように、密閉容器の底部や、前記密閉容器の下部領域に配置される分配器21の対象となるいずれかの場所を通って進入してもよい。   As an alternative, the conveying line 20 may enter through the bottom of the sealed container or any place that is the target of the distributor 21 arranged in the lower region of the sealed container, as indicated by the broken line. .

この配置において、前記搬送ライン20は、20’で示すように上方へ向けて通過しても良く、ハロゲン化および不活性化キャリアガスが前記密閉容器11の下部領域における分配器21へと戻る前にまた一つまたはそれ以上の加熱コイル81を有していても良い。
前記加熱コイル81は、好適なことに、粗い耐熱材料領域80のちょうど領域内か直上にある。
In this arrangement, the transfer line 20 may pass upward as indicated by 20 ′ before the halogenated and inactivated carrier gas returns to the distributor 21 in the lower region of the sealed container 11. In addition, one or more heating coils 81 may be provided.
The heating coil 81 is preferably just in or just above the rough refractory material region 80.

前記ハロゲン化ガスと前記不活性キャリアガスが、前記密閉容器の外部で十分に混合され、前記混合されたガスが前記密閉容器に進入する前に加熱されることが好ましい。
好適なことに、前記流動床処理炉の領域との熱交換により熱が発生する。
It is preferable that the halogenated gas and the inert carrier gas are sufficiently mixed outside the sealed container, and heated before the mixed gas enters the sealed container.
Preferably, heat is generated by heat exchange with the fluidized bed processing furnace region.

実線で図示される配置により、前記ライン20が前記密閉容器内の加熱された耐熱材料を下方へ向けて通過するにつれて、外部で混合されるガスの加熱が発生する。他の配置も同様に採用可能である。   With the arrangement illustrated by the solid lines, heating of the gas mixed externally occurs as the line 20 passes downward through the heated refractory material in the sealed container. Other arrangements can be employed as well.

例えば一つまたはそれ以上の搬送パイプのコイルは、前記密閉容器内におけるライン20内に配置されてもよい。   For example, one or more transfer pipe coils may be arranged in a line 20 in the closed vessel.

この他、前記搬送ライン20は、前記領域14内に配置される一つまたはそれ以上のコイルとともに、前記加熱領域14を通っていてもよい。   In addition, the conveyance line 20 may pass through the heating region 14 together with one or more coils disposed in the region 14.

さらに他の採用可能な配置において、前記事前に混合された不活性キャリアガスおよびハロゲン化水素ガスは、事前に加熱されること無く分配器21を介して放出されるように、前記炉に直接進入してもよい。   In yet another possible arrangement, the pre-mixed inert carrier gas and hydrogen halide gas are directly fed into the furnace so that they are discharged via the distributor 21 without being pre-heated. You may enter.

計量および混合を行なう設備(詳細には図示せず)は、前記処理工程での活性化段階において利用されるハロゲン化ガスと不活性キャリア/流動ガスの適切な比を確保するため、利用される。   Metering and mixing equipment (not shown in detail) is used to ensure the proper ratio of halogenated gas to inert carrier / fluid gas used in the activation stage of the process. .

排出路22は、安全上の目的のため、前記密閉容器11の上部領域から延び、排出ガスは制御された状態で漏れ出るとともに、下流側で処理される(図示せず)ことができる。   The discharge channel 22 extends from the upper region of the closed vessel 11 for safety purposes, and the exhaust gas leaks in a controlled manner and can be processed downstream (not shown).

前記耐熱材料のいくつかは、この経路を辿って漏れ出す可能性があり、且つこの材料は一般的に塵回収ボックスやコンテナ23にて回収される。   Some of the refractory materials can leak along this path, and this material is generally collected in a dust collection box or container 23.

時々、いくつかの反応生成物が、最終的には行き止まりとなっている通路へと導く通路22内にて固まる可能性がある。   From time to time, some reaction products may solidify in the passage 22 leading to a dead end passage.

スクレーパ機構24は、そのような材料を掻き取るために設けられてもよく、好ましくは前記回収ボックス23内に退避してもよい。図示の物理的スクレーパに限らず、他の取り組みも採用され得る。   The scraper mechanism 24 may be provided for scraping such material, and may preferably be retracted into the collection box 23. Other approaches are not limited to the physical scraper shown.

例えば、パルス状に供給される不活性ガスは、排出路22内で材料を砕いたり動かして前記密閉容器11内に戻したりするために時々利用される。   For example, the inert gas supplied in a pulsed form is sometimes used to crush or move the material in the discharge path 22 and return it to the sealed container 11.

都合の良いことに、微粒子金属もしくは金属合金(処理工程において利用される場合)は、排出通路22を介して導入されることができる。   Conveniently, particulate metal or metal alloy (when utilized in the processing step) can be introduced via the discharge passage 22.

このような微粒子金属のための格納領域25は、所望の量の金属粒子もしくは金属によりコーティングされた微粒子材料を通路22へと搬送するために、計量バルブもしくは同様なものとともに設けられている。   Such a storage area 25 for particulate metal is provided with a metering valve or the like to convey a desired amount of metal particles or metal coated particulate material into the passage 22.

利用される場合の前記スクレーパ機構24もしくは押し出し機は、必要に応じて、この金属を前記密閉容器11内へと押すために使われてもよい。これは、ガス流が無いか通路22に沿った外側へ向かう最小のガス流があるような、前記床が沈降しているとき(すなわち、処理中でないとき)に好ましくは実行される。   When used, the scraper mechanism 24 or extruder may be used to push the metal into the sealed container 11 as needed. This is preferably performed when the bed is sinking (ie, not being processed) such that there is no gas flow or there is a minimum gas flow outward along the passage 22.

図1に示すように、カバー部材29に使われる第1のシール手段27は、密閉容器11の内部空間へと連通する上部アクセス用開口28の周囲に設けられている。   As shown in FIG. 1, the first sealing means 27 used for the cover member 29 is provided around the upper access opening 28 communicating with the internal space of the sealed container 11.

前記第1のシール手段27は、処理工程の間、前記密閉容器11を大気の侵入に対してシールさせる。前記第1のシール手段27の特徴は、図2および3においてより見易く、ここでは便宜上、上部アクセス用開口28のためのカバー部材29とともに示されている。
前記第1のシール手段27は、密閉容器11に支持された部材35上にあり且つ開口28を囲む2つの環状であり且つ径方向に隙間が設けられたフランジ33および34の間に配置されるシール材32と噛み合う前記カバー部材29上の環状のフランジ31により形づくられる第1の外部シール部30を備える。
The first sealing means 27 seals the sealed container 11 against the intrusion of air during the processing step. The features of the first sealing means 27 are easier to see in FIGS. 2 and 3, here for convenience shown with a cover member 29 for the upper access opening 28.
The first sealing means 27 is disposed between two annular flanges 33 and 34 which are on a member 35 supported by the hermetic container 11 and surround the opening 28 and which have a radial gap. A first external seal portion 30 formed by an annular flange 31 on the cover member 29 that meshes with the seal material 32 is provided.

前記第1のシール手段27は、部材35上に支持され且つ前記カバー部材29上の外部フランジ31とそれよりも内側に配置され且つ前記カバー部材29により支えられる環状のフランジ39との間に配置されるシール材38と噛み合う環状のフランジ37により形づくられる第2のインナーシール部36をさらに備える。   The first sealing means 27 is disposed between the outer flange 31 supported on the member 35 and the outer flange 31 on the cover member 29 and the annular flange 39 disposed on the inner side and supported by the cover member 29. And a second inner seal portion 36 formed by an annular flange 37 that meshes with the sealing material 38 to be formed.

前記シール材32もしくは38は、前記炉における適切な処理温度において機能する何らかの圧縮性のシール材であってもよいが、セラミック繊維もしくはVITON(登録商標)ゴム材を含んでいてもよい。   The sealant 32 or 38 may be any compressible sealant that functions at an appropriate processing temperature in the furnace, but may include ceramic fibers or VITON® rubber material.

図2aに示すように、前記第1のシール手段27が操作上噛み合っているとき、フランジ31と37の間にシール領域40が確立される。   As shown in FIG. 2 a, when the first sealing means 27 is operatively engaged, a sealing area 40 is established between the flanges 31 and 37.

ガス分配チューブ41は、窒素、アルゴンもしくは他の不活性ガスをこれらガスが密閉容器の開口28へ向けて漏れ出すような圧力で前記領域40へと搬送するために、この領域40内に配置され、符号42で概略表示されている管を介して外部供給される。漏れが発生し得る場合、密閉容器11内への大気中の酸素の侵入を防止する。   A gas distribution tube 41 is disposed in this region 40 for conveying nitrogen, argon or other inert gas to the region 40 with such pressure that the gas leaks toward the opening 28 of the sealed container. , Supplied externally through a pipe schematically indicated by reference numeral 42. When leakage can occur, intrusion of oxygen in the atmosphere into the sealed container 11 is prevented.

前記シール手段27は、通常は密閉容器11内に収容されるものと同じ種類の不活性耐熱微粒子材45を収容する領域44内において噛み合う内側環状フランジ39により形づくられる第3のシール部43をさらに有する。   The sealing means 27 further includes a third seal portion 43 formed by an inner annular flange 39 that engages within a region 44 that normally contains the same kind of inert heat resistant particulate material 45 as that contained in the sealed container 11. Have.

前記微粒子材45は、カバー部材29が図示する閉位置へと移動するにつれて前記フランジ39の微粒子材45内への少なくとも進入を補助するため、ライン46を介して分配器47へと供給される不活性ガスの供給により流動させられてもよい。   The particulate material 45 is supplied to the distributor 47 via the line 46 to assist at least the entry of the flange 39 into the particulate material 45 as the cover member 29 moves to the closed position shown in the figure. It may be made to flow by supplying active gas.

前記密閉容器11へのアクセスを可能とするため、前記カバー部材29が取り除かれる。例えば、処理部材(例えば、金属基材)が前記密閉容器に導入されるときあるいは取り出されるとき、この操作が発生する。   The cover member 29 is removed to allow access to the sealed container 11. For example, this operation occurs when a processing member (for example, a metal substrate) is introduced into or removed from the sealed container.

図3に示すシールの配置において、周囲の密閉部分もしくはその間にシール空間84を形成しており、部材35から立ち上がっている2つの環状フランジ82および83が設けられている。   In the arrangement of the seal shown in FIG. 3, two annular flanges 82 and 83 rising from the member 35 are provided, which form a seal space 84 around or between the surrounding sealed portions.

前記フランジ82および83は、溶接もしくは密閉部35に固定されており、且つシール空間84を得るために高さが異なっている。前記フランジ82の前記上部エッジ85および86は、前記カバー部材もしくは蓋29において、環状のくぼみ88内の適切なシール材87に押し込んでシールする。好ましくは、フランジ82の前記上部エッジ85は、フランジ83の前記上部エッジ86よりもわずかに低く、これにより、もし前記シール空間84からのガス漏れが発生した場合、それは前記密閉容器の外側よりも内側へ向けて漏れる。   The flanges 82 and 83 are fixed to the welded or sealed portion 35 and have different heights in order to obtain the seal space 84. The upper edges 85 and 86 of the flange 82 are pushed into the appropriate sealing material 87 in an annular recess 88 in the cover member or lid 29 for sealing. Preferably, the upper edge 85 of the flange 82 is slightly lower than the upper edge 86 of the flange 83, so that if a gas leak from the seal space 84 occurs, it will be less than the outside of the sealed container. Leaks inward.

前記シール材87は、図2aのシール材32および38について上述した材料と同じ種類の材料であってもよい。   The sealing material 87 may be the same type of material as described above for the sealing materials 32 and 38 of FIG. 2a.

不活性ガス搬送チューブ42は、不活性ガス(例えば窒素)を、シール空間84内の分配環41へと搬送するために設けられている。前記炉10が使用されているとき、前記カバー部材29は閉じられており、前記シール空間84は不活性ガスにより前記密閉容器内よりも高く且つ大気圧よりも高い圧力で加圧されている。   The inert gas transfer tube 42 is provided to transfer an inert gas (for example, nitrogen) to the distribution ring 41 in the seal space 84. When the furnace 10 is used, the cover member 29 is closed, and the seal space 84 is pressurized with an inert gas at a pressure higher than that in the sealed container and higher than atmospheric pressure.

シール空間84からのガス漏れは、前記上部フランジエッジ85および86の双方を通過する方向で発生するかもしれないが、もし漏れが発生した場合には、それは優先的に前記エッジ85を過ぎて前記密閉空間に戻る。   Gas leaks from the seal space 84 may occur in the direction passing through both the upper flange edges 85 and 86, but if a leak occurs, it will preferentially pass the edge 85 and the Return to sealed space.

このように、前記要求される雰囲気は、外気からの必要の無い酸素の密閉容器内への侵入を許すこと無く、密閉容器内で維持される。シール空間84の内部において、さらなる環状フランジ89が、それらの間の断熱材料87とともに設けられる。断熱材料87は、上述した断熱材料87と同様な材料とすることができる。   Thus, the required atmosphere is maintained in the sealed container without allowing unnecessary oxygen to enter the sealed container from outside air. Inside the sealing space 84, a further annular flange 89 is provided with a heat insulating material 87 between them. The heat insulating material 87 can be the same material as the heat insulating material 87 described above.

図3に示すように、耐熱粒子材91は堆積するが、この材料が水平方向に対して約60度となるスロープ部分においては、さらなるこのような材料は、前記フランジエッジ85を通過して内部に漏れる不活性ガスに助けられ、重力によって密閉容器11内へ戻る。
このようにして、耐熱材料の前記密閉容器からの漏れ出しは防がれるか、極めて低いレベルに維持される。
As shown in FIG. 3, the heat-resistant particle material 91 is deposited, but in the slope portion where the material is about 60 degrees with respect to the horizontal direction, further such material passes through the flange edge 85 to the inside. Returned to the sealed container 11 by gravity, helped by the inert gas leaking into the container.
In this way, leakage of refractory material from the sealed container is prevented or maintained at a very low level.

都合の良いことに、前記シール空間84の体積は、不活性ガスの使用を最小化するために最小限に抑えられている。   Conveniently, the volume of the sealing space 84 is minimized to minimize the use of inert gas.

前記蓋もしくはカバー部材29は、処理バスケット(もしくは類似のもの)支持装置92を支持しており、前記カバー部材29は好適なことに少なくとも熱損失を避けるため断熱性を有している。   The lid or cover member 29 supports a processing basket (or similar) support device 92, and the cover member 29 preferably has thermal insulation to avoid at least heat loss.

いくつかの応用例において、特にバッチ処理を行なう際、処理工程の終わりに要求される場合に前記炉10を冷却するために、冷却コイルもしくはチューブを前記蓋もしくはカバー部材29内に備えることもまた望ましい。   In some applications, particularly when performing batch processing, it may also include a cooling coil or tube within the lid or cover member 29 to cool the furnace 10 when required at the end of the processing step. desirable.

前記蓋もしくはカバー部材29はまた、前記処理床上の空間を最小化するためにプラグ93を任意に支持してもよい。   The lid or cover member 29 may also optionally support plugs 93 to minimize space on the processing floor.

以下、いくつかの好ましい態様による本発明の工程が記述される。
前処理段階において、処理されるべき金属部品(もしくは基材)は、窒化もしくは浸炭窒化のような公知の表面処理の対象となる。これは、塩浴、ガス熱処理装置、真空プラズマ装置および流動床炉を含む様々な異なる装置において得ることができる。それは、しかしながら、この第1段階を経て形成されるいわゆる白色層が、実質的に重大な孔をもたないことが望ましい。
In the following, the process of the invention according to some preferred embodiments will be described.
In the pretreatment stage, the metal part (or substrate) to be treated is subjected to a known surface treatment such as nitriding or carbonitriding. This can be obtained in a variety of different equipment including salt baths, gas heat treatment equipment, vacuum plasma equipment and fluidized bed furnaces. However, it is desirable that the so-called white layer formed through this first stage has substantially no significant pores.

他の望ましい要因もまた、濃度、深さおよびその内部に孔が無いことを含む白色層の微細構造に関連する。   Other desirable factors are also related to the white layer microstructure, including concentration, depth, and the absence of pores therein.

窒化もしくは浸炭窒化構造を生成する際には、2つの領域がつくられる。   When creating a nitriding or carbonitriding structure, two regions are created.

前記第1の内部領域は、窒素が基材表面から拡散領域を通じて基材内部に拡散しており、基材の硬度が増している拡散領域であり、前記第2の外部領域は、例えば、国際特許出願番号PCT/AU2006/001031にて図示されているようなイプシロンおよび/またはガンマ層のいずれかから構成され得る白色層である。   The first inner region is a diffusion region in which nitrogen diffuses from the substrate surface through the diffusion region into the substrate, and the hardness of the substrate is increased. The second outer region is, for example, an international A white layer that can be composed of either epsilon and / or gamma layers as illustrated in patent application number PCT / AU2006 / 001031.

このプロセスの前記前処理段階が流動床熱処理炉内で実行されるとき、その制御には、浸炭窒化のため、アンモニア/窒素(窒化のため)および炭素を含むガス(例えば、天然ガスおよび/または二酸化炭素)の前記床への供給を必要とする。   When the pretreatment stage of this process is carried out in a fluidized bed heat treatment furnace, its control includes, for carbonitriding, ammonia / nitrogen (for nitriding) and carbon containing gas (eg natural gas and / or Carbon dioxide) to the bed.

浸炭窒化処理の間、炭化水素ガス、二酸化炭素および/または酸素による貢献を受けるプロセスに、いくらかの酸素が含まれていることは重要である。   During the carbonitriding process, it is important that some oxygen is included in the process that is contributed by hydrocarbon gas, carbon dioxide and / or oxygen.

前記前処理段階が無事完了すると、処理されるべき部品もしくは基材は、拡散処理される金属の前記表面上に表面酸化物が存在することの無いように処理される必要がある。   Once the pretreatment step is successfully completed, the part or substrate to be treated needs to be treated so that no surface oxides are present on the surface of the metal to be diffusion treated.

好適な表面仕上げを得る(もしくは維持する)ために、以下の選択肢の内のいずれかを採用し得る:
(i)前記部品もしくは基材の表面は、再研磨のように機械的に処理されていてもよく、前記第2段階による手順の前に不活性雰囲気中で維持されてもよい。
(ii)前記部品もしくは基材の表面は、完全に不活性ガスの雰囲気下で、もしくは活性化までの前記前処理段階と金属拡散段階との間での真空引き中、処理されることができる。
(iii)前記部品もしくは前記基材の表面上のいくつかの表面酸化物は、ハロゲン化ガスと水素の組合せを用いる前記活性化段階において除去されることができる。
(iv)前記部品の表面は、ウェット研磨プロセスの対象とすることができ、ここで、粒、空気および水圧は前記表面をブラストするために変更され得る。このプロセスは、所望の白色層を保ちつつカバー層を選択的に除去する。
In order to obtain (or maintain) a suitable surface finish, one of the following options may be employed:
(I) The surface of the part or substrate may be mechanically treated like re-polishing and may be maintained in an inert atmosphere before the procedure according to the second stage.
(Ii) The surface of the part or substrate can be treated in a completely inert gas atmosphere or during evacuation between the pretreatment stage and the metal diffusion stage until activation. .
(Iii) Some surface oxides on the surface of the component or the substrate can be removed in the activation step using a combination of halogenated gas and hydrogen.
(Iv) The surface of the part may be the subject of a wet polishing process, where the grain, air and water pressure may be altered to blast the surface. This process selectively removes the cover layer while maintaining the desired white layer.

前記プロセスの前記活性化段階において、表面を拡散処理されるべき前記金属もしくは金属ベース材料は、750℃よりも低く好ましくは700℃よりも高い温度で稼動する流動床炉内に配置されて保持されてもよい。   In the activation stage of the process, the metal or metal base material whose surface is to be diffusion treated is placed and held in a fluidized bed furnace operating at a temperature lower than 750 ° C, preferably higher than 700 ° C. May be.

都合の良いことに、前記温度は、500℃ から700℃の範囲であり、通常は約575℃である。前記床それ自体は、前記床において微粒子状もしくはパウダー状の前記表面に拡散させるべき、あるいは前記不活性耐熱微粒子をコーティングしている所望の金属とともに、Al2O3のような不活性耐熱微粒子材料を含んでいてもよい。   Conveniently, the temperature is in the range of 500 ° C to 700 ° C, usually about 575 ° C. The floor itself includes an inert heat resistant particulate material, such as Al2O3, along with the desired metal that is to be diffused to the particulate or powdered surface in the floor or coated with the inert heat resistant particulate. May be.

このような金属は、好ましくは5〜30重量パーセントの床材料を備えており、すなわち、不活性耐熱微粒子材料となるバランスとなっている。そして、前記床は、第1の期間中、処理されるべき金属基材の無い状態で、ハロゲン化ガス(例えば、塩化水素)および不活性ガスの流れによって流動化させられる。   Such metals preferably comprise 5 to 30 percent by weight of flooring material, i.e. balanced to become an inert heat resistant particulate material. The bed is then fluidized by a flow of a halogenated gas (eg, hydrogen chloride) and an inert gas without a metal substrate to be treated during the first period.

前記不活性ガスは、別に導入される不活性キャリアガス流(例えば、窒素および/またはアルゴン)中に予め混合されたハロゲン化ガス(例えば HCl)の存在下での、アルゴンおよび/または窒素であってもよい。好ましくは、前記床へと導入される前記金属パウダーは、高純度且つ好適には表面酸化物の無いものであるべきである。   Said inert gas is argon and / or nitrogen in the presence of a halogenated gas (eg HCl) premixed in a separately introduced inert carrier gas stream (eg nitrogen and / or argon). May be. Preferably, the metal powder introduced into the floor should be of high purity and preferably free of surface oxides.

このように、大気との接触を防ぐため前記パウダーが前記床に進入する前およびそれらが前記床自体にとどまる間、測定が行なわれることが必要となる。使用されるガスも、高純度である必要がある。前記プロセスにおいて使用することのできる共有不活性ガスは、高純度窒素(酸素が10ppmよりも低い)、高純度アルゴン(酸素が5ppmよりも低い)であり、そして第1の前処理段階プロセスには水蒸気が500ppmよりも少ない工業用アンモニアおよび例えば使用前に固体乾燥剤を通過させることによりこれをさらに乾燥させたものである。使用される前記ハロゲン化水素ガスは、好適には工業用HClであってもよいが、他のハロゲン化水素ガスが使用されてもよい。前記ハロゲン化水素ガスは好適には、流動加熱処理床炉へ流れるガス流全体の0.2 から3%を構成する。   Thus, measurements need to be taken before the powder enters the floor and while they remain on the floor itself to prevent contact with the atmosphere. The gas used must also be highly pure. The shared inert gases that can be used in the process are high purity nitrogen (oxygen below 10 ppm), high purity argon (oxygen below 5 ppm), and the first pretreatment stage process includes This is further dried by passing industrial ammonia with less than 500 ppm water vapor and, for example, a solid desiccant before use. The hydrogen halide gas used may suitably be industrial HCl, but other hydrogen halide gases may be used. Said hydrogen halide gas preferably constitutes 0.2 to 3% of the total gas stream flowing to the fluidized heat treatment bed furnace.

前記ハロゲン化水素ガス流は、前記床へ進入する前に、不活性キャリアガスと十分に混合され、厳密に調整されている必要がある。これは、前記床内での不均一を避ける上で重要である。前記ハロゲン化水素ガスは、それが前記床に進入したときにもっとも反応性の高い状態となるように、それが前記床に進入する前に余熱されてもよい。   The hydrogen halide gas stream needs to be well mixed with the inert carrier gas and rigorously adjusted before entering the bed. This is important in avoiding unevenness in the floor. The hydrogen halide gas may be preheated before it enters the bed so that it is most reactive when it enters the bed.

前記ハロゲン化ガスおよび前記不活性キャリアガスの余熱は、必要とされるハロゲン化水素ガスの量のさらなる削減に効果を奏する。   The residual heat of the halogenated gas and the inert carrier gas is effective in further reducing the amount of hydrogen halide gas required.

前記第1の期間は、好適には、45から120分であってもよく、拡散金属上および前記床における不活性流動媒体(酸化アルミニウム)上に活性化層を生成するため、好ましくは60から90分の間であってもよい。クロムが使用され且つハロゲン化水素ガスが塩化水素であるとき、前記活性化層は塩化クロムとなる。   The first period may suitably be 45 to 120 minutes, preferably from 60 to produce an activated layer on the diffusion metal and on the inert fluid medium (aluminum oxide) in the bed. It may be between 90 minutes. When chromium is used and the hydrogen halide gas is hydrogen chloride, the activated layer is chromium chloride.

この初期活性化期間の終わりに、前処理された(上述のように前処理された)金属基材は直ちに前記炉床もしくは活性化された金属ベース材料を含む炉床に導入され、そしてハロゲン化ガスの流れは停止される。   At the end of this initial activation period, the pretreated metal substrate (pretreated as described above) is immediately introduced into the hearth or the hearth containing the activated metal base material and halogenated. The gas flow is stopped.

次のこの金属拡散段階の間、拡散層が形成されるべき前記金属基材は、事前に活性化された前記床内にて第2の期間(好適には1から8時間であり、好ましくは4から8時間)だけ不活性ガス雰囲気下で保持される。   During the next metal diffusion stage, the metal substrate on which a diffusion layer is to be formed is a second period (preferably 1 to 8 hours, preferably in the pre-activated floor. For 4 to 8 hours) under an inert gas atmosphere.

前記床は、都合の良いことに、750℃よりも低く、好適なことに500℃ から700℃の範囲であり、好ましくは約575℃の温度に保たれる。前記金属拡散段階における前記流動床は、高く流動化されているような高不活性ガス流となるまで実質的に減少している最小限の不活性ガス流を有していても良い。   The bed is conveniently kept at a temperature below 750 ° C, preferably in the range of 500 ° C to 700 ° C, and preferably about 575 ° C. The fluidized bed in the metal diffusion stage may have a minimum inert gas flow that is substantially reduced to a high inert gas flow that is highly fluidized.

前記不活性ガスは窒素であってもよい。いくつかのケースにおいて、前記床が何らかの再活性化を必要としているとみなされる場合、前記第2の段階の間、パルス状に供給されるハロゲン化物ガス流を有することが望ましい。   The inert gas may be nitrogen. In some cases, if the bed is deemed to require some reactivation, it is desirable to have a halide gas stream supplied in pulses during the second stage.

処理プロセスの間、前記床内、すなわち前記床内における様々な高さ間において比較的統一された温度レベルを維持することが一般に望ましい。これは、温度監視手段を備え、検知される温度に応じて前記床への前記不活性ガスの流れを変化させることにより実現されてもよい。   During the treatment process, it is generally desirable to maintain a relatively uniform temperature level within the floor, i.e., between various heights within the floor. This may be realized by providing a temperature monitoring means and changing the flow of the inert gas to the floor according to the detected temperature.

処理されるべき前記金属基材の前記拡散表面層内に拡散されるべき金属を供給するために利用される前記金属もしくは金属ベース材料は、微粒子状もしくは1以上の固体ブロック部材、基材キャリア上にコーティングされた金属もしくは合金のいずれかである固体金属もしくは金属合金の内の少なくとも1つから選択されてもよく、ここで前記基材キャリアは微粒子状もしくは1以上の固体ブロック部材であるとき、前記基材キャリアは、処理条件の範囲内で、前記コーティング金属もしくは金属合金もしくは処理されるべき前記金属基材、金属ハロゲン化物粒子もしくはパウダー(無水もしくは水和した)、および基材キャリア上にコーティングされた金属ハロゲン化物材(無水もしくは水和した)と反応せず、ここで前記基材キャリアは微粒子状もしくは1以上の固体ブロック部材であるとき、前記基材キャリアは、処理条件の範囲内で、前記コーティング金属もしくは金属合金もしくは処理されるべき前記金属基材と反応しない。   The metal or metal base material used to supply the metal to be diffused into the diffusion surface layer of the metal substrate to be treated is in the form of particulates or one or more solid block members, substrate carrier May be selected from at least one of a solid metal or metal alloy that is either a metal or an alloy coated on the substrate, wherein the substrate carrier is particulate or one or more solid block members; The substrate carrier is coated on the substrate metal or metal alloy or the metal substrate to be treated, metal halide particles or powder (anhydrous or hydrated), and the substrate carrier within processing conditions. Does not react with the formed metal halide material (anhydrous or hydrated), wherein the substrate carrier is When a particle-like or one or more solid block members, wherein the substrate carrier is in the range of processing conditions, does not react with the metal substrate to be said coating metal or metal alloy or process.

好適なことに、拡散処理されるべき金属を提供するために用いられる前記金属ベース材料の金属は、クロム,チタニウム,バナジウム,ニオビウム,タンタル,タングステン,モリブデン,マンガン,および鉄ベースの合金を含むこれらの合金から選択することができる。   Preferably, the metals of the metal base material used to provide the metal to be diffusion treated include those containing chromium, titanium, vanadium, niobium, tantalum, tungsten, molybdenum, manganese, and iron based alloys. It is possible to select from these alloys.

好都合にも、上述された金属ハロゲン化物は、上述のようにして選択された金属と塩素、臭素、ヨウ素、フッ素から選択されるハロゲン化物とを備えていてもよい。例えば、CrCl2およびCrCl3は、懸濁液を形成するために水やエタノール中に溶け、これによって、適切なキャリア基材上に塗布されることができるか、適切なコーティングを形成するためにキャリア基材を懸濁液中に浸けることができる。   Conveniently, the metal halide described above may comprise a metal selected as described above and a halide selected from chlorine, bromine, iodine, fluorine. For example, CrCl2 and CrCl3 can be dissolved in water or ethanol to form a suspension, which can be applied onto a suitable carrier substrate or carrier group to form a suitable coating. The material can be immersed in the suspension.

本発明のプロセスの好ましい実施形態のいくつかの例が、以下記述される。   Some examples of preferred embodiments of the process of the present invention are described below.

実施例1 Example 1

硬化され焼き戻しされた直径38mmで厚み5mmの試料(1020℃でオーテニタイズド(autenitised)し空冷、575℃で二度焼き戻し)AISI H13熱間工具鋼を、アンモニア35%, 二酸化炭素5%, 窒素60%の雰囲気下で3.5時間575℃で浸炭窒化した。
浸炭窒化に先立って、良好な表面仕上げを保証するため、この試料の表面は1200 番 SiC 研磨剤を用いて前処理されている。
Hardened and tempered 38mm diameter and 5mm thick sample (autenitised at 1020 ° C, air cooled, tempered twice at 575 ° C) AISI H13 hot work tool steel, 35% ammonia, 5% carbon dioxide, nitrogen Carbonitriding was performed at 575 ° C for 3.5 hours under 60% atmosphere.
Prior to carbonitriding, the surface of this sample was pretreated with # 1200 SiC abrasive to ensure a good surface finish.

これは、イプシロン鉄炭窒化物からなる10ミクロンの化合物層の真上の酸素を豊富に含む1ミクロンの層と、最終的に70−90ミクロンの内部拡散領域とからなる表面構造を作り出した。   This created a surface structure consisting of a 1 micron layer rich in oxygen just above a 10 micron compound layer of epsilon iron carbonitride and finally an internal diffusion region of 70-90 microns.

この浸炭窒化された試料の表面は、酸化層を除去するため、前記化合物層および拡散層を保持している状態で、湿式での砥粒吹き付け処理を施されている。前記化合物層におけるクロムの組成は、約4wt%となるように規定されている。   The surface of the carbonitrided sample is subjected to wet abrasive spraying while holding the compound layer and diffusion layer in order to remove the oxide layer. The chromium composition in the compound layer is defined to be about 4 wt%.

直径38mmで厚さ5mmの純銅の試料は、電気硬クロムめっきに先立って、商用部品製造業者側で1200番SiC仕上げとなるように研磨されている。2ミクロンの純クロム層は、この方法によって作られる。   A sample of pure copper having a diameter of 38 mm and a thickness of 5 mm is polished by a commercial component manufacturer to have a No. 1200 SiC finish prior to electrohard chromium plating. A 2 micron pure chromium layer is produced by this method.

銅は、CrおよびCuは本質的に不溶性であるとして、基板キャリアとして選択され、したがって、前記クロム層は加熱中の銅試料内への拡散によって腐食しない。このクロムめっきされた試料は、平均粒径125ミクロン、純度99.99%のアルミナ酸化物パウダーを3kg収容する、直径90mm深さ250mmの流動床熱処理反応炉中に浸漬される。   Copper is selected as the substrate carrier, as Cr and Cu are essentially insoluble, so the chromium layer does not corrode by diffusion into the copper sample during heating. This chrome-plated sample is immersed in a fluidized bed heat treatment reactor having a diameter of 90 mm and a depth of 250 mm containing 3 kg of alumina oxide powder having an average particle size of 125 microns and a purity of 99.99%.

この流動床は窒素雰囲気下で575℃まで加熱されており、この温度において塩化水素ガスが、全ガス流の1%の濃度となるまで供給ガス流に加えられている。この”活性化”段階は、1時間の間継続された。この活性化段階の後、クロムめっきされた銅試料は、窒素流の中で室温まで冷却された。   The fluidized bed is heated to 575 ° C. under a nitrogen atmosphere, at which temperature hydrogen chloride gas is added to the feed gas stream to a concentration of 1% of the total gas stream. This “activation” phase lasted for 1 hour. After this activation stage, the chrome plated copper sample was cooled to room temperature in a stream of nitrogen.

前記流動床反応炉から大気環境への除去の直後、塩化水素により活性化されたクロムめっきされた銅試料は物理的に浸炭窒化された試料に結合され、締め付け圧がかけられた。この結合は、流動床炉内にて得られ、窒素流下で575℃まで加熱され、この温度で4時間保持され、そして窒素流下で室温まで冷却された。   Immediately after removal from the fluid bed reactor to the atmospheric environment, the chromium plated copper sample activated by hydrogen chloride was bonded to the physically carbonitrided sample and subjected to clamping pressure. This bond was obtained in a fluidized bed furnace, heated to 575 ° C. under a stream of nitrogen, held at this temperature for 4 hours, and cooled to room temperature under a stream of nitrogen.

この実験は繰り返され、ここでの結合は、上述のように塩化水素処理されていないクロムめっきされた銅と、浸炭窒化された試料からなる。   This experiment was repeated, where the bond consists of chromium-plated copper that has not been treated with hydrogen chloride as described above and a carbonitrided sample.

結合を解除する際に、Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES)を用いて、2つの結合している面の化学組成が分析された。クロムめっきされた銅試料の表面を塩化水素を用いて活性化した場合、この表面は浸炭窒化された試料と反応したことがわかった。クロムが、活性化されたクロムめっき試料から浸炭窒化された試料へと移動し(図4)、クロムめっき銅試料上でのクロムの減少が起こっている(図5)。浸炭窒化された面上でのクロムの増加に応じて、クロムの最大量と一致する最大量とするために、窒素が前記表面に拡散している(図4)。鉄が、浸炭窒化された試料からクロムめっきされた試料へと移動した(図5)。これに応じて、鉄の濃度は、浸炭窒化された試料上において減少した(図4)。一方、活性化していないクロムめっきされた銅と浸炭窒化された表面との間では、反応は起きなかった。   In releasing the bond, the chemical composition of the two bonded surfaces was analyzed using Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES). When the surface of a chromium plated copper sample was activated with hydrogen chloride, it was found that this surface reacted with the carbonitrided sample. Chromium moves from the activated chrome-plated sample to the carbonitrided sample (FIG. 4), and there is a reduction of chromium on the chrome-plated copper sample (FIG. 5). Nitrogen diffuses into the surface to increase the amount of chromium on the carbonitrided surface to a maximum amount consistent with the maximum amount of chromium (FIG. 4). Iron moved from the carbonitrided sample to the chromium plated sample (FIG. 5). In response, the iron concentration decreased on the carbonitrided sample (FIG. 4). On the other hand, no reaction occurred between the non-activated chromium plated copper and the carbonitrided surface.

浸炭窒化された表面におけるクロムの増加は見られない(図6)か、クロムめっきされた銅試料からのクロムの減少が見られた(図7)。この例が、クロム表面から窒素が豊富な表面領域へとクロム金属を移動させる上での、塩化水素によるクロム表面の活性化の重要性を示している。   There was no increase in chromium on the carbonitrided surface (FIG. 6) or a decrease in chromium from the chromium plated copper sample (FIG. 7). This example illustrates the importance of activation of the chromium surface with hydrogen chloride in transferring chromium metal from the chromium surface to a surface region rich in nitrogen.

実施例2
硬化され焼き戻しされた直径38mmで厚み5mmの試料(1020℃でオーテニタイズド(autenitised)し空冷、575℃で二度焼き戻し)AISI H13熱間工具鋼を、アンモニア35%, 二酸化炭素5%, 窒素60%の雰囲気下で3.5時間575℃で浸炭窒化した。
Example 2
Hardened and tempered 38mm diameter and 5mm thick sample (autenitised at 1020 ° C, air cooled, tempered twice at 575 ° C) AISI H13 hot work tool steel, 35% ammonia, 5% carbon dioxide, nitrogen Carbonitriding was performed at 575 ° C for 3.5 hours under 60% atmosphere.

浸炭窒化に先立って、この試料の表面は、よい表面仕上げとするために、1200番のSiC研磨剤を用いて前処理されている。これは、イプシロン鉄炭窒化物からなる10ミクロンの化合物層の真上の酸素を豊富に含む1ミクロンの層と、最終的に70−90ミクロンの内部拡散領域とからなる表面構造を作り出した。   Prior to carbonitriding, the surface of this sample was pretreated with a # 1200 SiC abrasive to provide a good surface finish. This created a surface structure consisting of a 1 micron layer rich in oxygen just above a 10 micron compound layer of epsilon iron carbonitride and finally an internal diffusion region of 70-90 microns.

この浸炭窒化された試料の表面は、酸化層を除去するため、前記化合物層および拡散層を保持している状態で、湿式での砥粒吹き付け処理を施されている。前記化合物層におけるクロムの組成は、約4wt%となるように規定されている。   The surface of the carbonitrided sample is subjected to wet abrasive spraying while holding the compound layer and diffusion layer in order to remove the oxide layer. The chromium composition in the compound layer is defined to be about 4 wt%.

直径38mmで厚さ5mmの純度99.99%のクロムは、1200番SiC仕上げとなるように研磨され、平均粒径125ミクロン、純度99.99%のアルミナパウダーを3kg収容する、直径90mm深さ250mmの流動床熱処理反応炉中に浸漬される。この流動床は窒素雰囲気下で575℃まで加熱されており、この温度において塩化水素ガスが、流れの1%の濃度となるまで供給ガス流に加えられた。この”活性化”段階は、1時間の間継続された。この活性化段階の後、クロム試料は、窒素流の中で室温まで冷却された。   Chromium with a diameter of 38 mm and a thickness of 5 mm and a purity of 99.99% is polished to a No. 1200 SiC finish and contains 3 kg of alumina powder with an average particle size of 125 microns and a purity of 99.99%. A fluidized bed with a diameter of 90 mm and a depth of 250 mm It is immersed in a heat treatment reactor. The fluidized bed was heated to 575 ° C. under a nitrogen atmosphere, at which temperature hydrogen chloride gas was added to the feed gas stream until a concentration of 1% of the stream was reached. This “activation” phase lasted for 1 hour. After this activation step, the chromium sample was cooled to room temperature in a nitrogen stream.

前記流動床反応炉から大気環境への除去の直後、塩化水素により活性化されたクロム試料は、物理的に浸炭窒化された試料に結合され、締め付け圧がかけられた。この結合は、流動床炉内にて得られ、窒素流下で575℃まで加熱され、この温度で4時間保持され、そして窒素流下で室温まで冷却された。この実験は繰り返され、ここでの結合は、上述のように塩化水素処理されていないクロムと、浸炭窒化された試料からなる。結合を解除する場合に、Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES)を用いて、2つの結合している面の化学組成が分析された。   Immediately after removal from the fluidized bed reactor to the atmospheric environment, the chromium sample activated by hydrogen chloride was bonded to the physically carbonitrided sample and subjected to clamping pressure. This bond was obtained in a fluidized bed furnace, heated to 575 ° C. under a stream of nitrogen, held at this temperature for 4 hours, and cooled to room temperature under a stream of nitrogen. This experiment was repeated, where the bond consists of chromium that has not been treated with hydrogen chloride as described above and a carbonitrided sample. When the bond was released, the chemical composition of the two bonded surfaces was analyzed using Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES).

実施例1について、塩化水素ガスを用いてクロム表面を活性化することにより、この表面は浸炭窒化された試料と反応した。   For Example 1, this surface reacted with the carbonitrided sample by activating the chromium surface with hydrogen chloride gas.

クロムが、活性化されたクロム試料から浸炭窒化された試料へと移動し、クロムの最大量(図8)と一致する最大量とするために、窒素が前記表面に拡散している。   Nitrogen is diffusing to the surface in order to move chromium from the activated chromium sample to the carbonitrided sample to a maximum amount consistent with the maximum amount of chromium (FIG. 8).

鉄が、浸炭窒化された試料からクロムめっきされた試料へと移動した(図9)。
これに応じて、鉄の濃度は、浸炭窒化された試料上において減少した(図8)。一方、事前に活性化していないクロムと浸炭窒化された表面との間では、反応は起きなかった。浸炭窒化された表面におけるクロムの増加は見られなかった(図10)。
Iron migrated from the carbonitrided sample to the chromium plated sample (Figure 9).
In response, the iron concentration decreased on the carbonitrided sample (FIG. 8). On the other hand, no reaction occurred between the previously unactivated chromium and the carbonitrided surface. There was no increase in chromium on the carbonitrided surface (FIG. 10).

実施例3 Example 3

硬化され焼き戻しされた直径38mmで厚み5mmの2つの試料(1020℃でオーテニタイズド(autenitised)し空冷、575℃で二度焼き戻し)AISI H13熱間工具鋼を、アンモニア35%, 二酸化炭素5%, 窒素60%の雰囲気下で3.5時間575℃で浸炭窒化した。
浸炭窒化に先立って、良好な表面仕上げを保証するため、それぞれの試料の表面は1200 番 SiC 研磨剤を用いて前処理されている。
Two hardened and tempered specimens with a diameter of 38 mm and a thickness of 5 mm (autenitised at 1020 ° C, air cooled, tempered twice at 575 ° C) AISI H13 hot work tool steel, 35% ammonia, 5% carbon dioxide Carbonitriding was performed at 575 ° C for 3.5 hours in an atmosphere of 60% nitrogen.
Prior to carbonitriding, the surface of each sample was pretreated with # 1200 SiC abrasive to ensure a good surface finish.

これは、イプシロン鉄炭窒化物からなる10ミクロンの化合物層の真上の酸素を豊富に含む1ミクロンの層と、最終的に70−90ミクロンの内部拡散領域とからなる表面構造を作り出した。   This created a surface structure consisting of a 1 micron layer rich in oxygen just above a 10 micron compound layer of epsilon iron carbonitride and finally an internal diffusion region of 70-90 microns.

この浸炭窒化された試料の表面は、酸化層を除去するため、前記化合物層および拡散層を保持している状態で、湿式での砥粒吹き付け処理を施されている。前記化合物層におけるクロムの組成は、約4wt%となるように規定されている。直径90mm深さ250mmの流動床熱処理反応炉において、平均粒径80ミクロンで純度99.99%の380gのクロムパウダーは、平均粒径125ミクロンで純度99.99%の3.4kgのアルミナパウダーと混合された。   The surface of the carbonitrided sample is subjected to wet abrasive spraying while holding the compound layer and diffusion layer in order to remove the oxide layer. The chromium composition in the compound layer is defined to be about 4 wt%. In a fluidized bed heat treatment reactor having a diameter of 90 mm and a depth of 250 mm, 380 g of chromium powder having an average particle size of 80 microns and a purity of 99.99% was mixed with 3.4 kg of alumina powder having an average particle size of 125 microns and a purity of 99.99%.

この流動床は、流動化のために十分な流れの高純度の窒素雰囲気下で575℃まで加熱されており、この温度において上述した浸炭窒化されたサンプルAISH13が、加熱された流動しているパウダーの中に4時間浸漬された。この試料は、前記流動床内で窒素流下で350℃まで冷却され、大気中で冷却された。このプロセスの結果として、浸炭窒下された表面でのクロムの増加は見られなかった。   This fluidized bed is heated to 575 ° C. in a high purity nitrogen atmosphere with sufficient flow for fluidization, and at this temperature the carbonitrided sample AISH13 described above is heated and flowing powder. Soaked for 4 hours. The sample was cooled to 350 ° C. under a stream of nitrogen in the fluidized bed and cooled in the atmosphere. As a result of this process, there was no increase in chromium on the carbonitrided surface.

直径90mm深さ250mmの流動床熱処理反応炉において、平均粒径80ミクロンで純度99.99%の380gのクロムパウダーは、平均粒径125ミクロンで純度99.99%の3.4kgのアルミナパウダーと混合された。   In a fluidized bed heat treatment reactor having a diameter of 90 mm and a depth of 250 mm, 380 g of chromium powder having an average particle size of 80 microns and a purity of 99.99% was mixed with 3.4 kg of alumina powder having an average particle size of 125 microns and a purity of 99.99%.

この流動床は、流動化のために十分な流れの高純度の窒素雰囲気下で575℃まで加熱されており、この温度において塩化水素ガスが、流れの1%の濃度となるまで供給ガス流に加えられた。   This fluidized bed is heated to 575 ° C. under a high purity nitrogen atmosphere with sufficient flow for fluidization, at which temperature hydrogen chloride gas is fed into the feed gas stream until a concentration of 1% of the stream is reached. Added.

この”活性化”段階は、1時間の間継続された。活性化の後、上述のようにして準備された浸炭窒化されたAISH13の試料が、塩化水素ガス流は停止した状態で、加熱された流動しているパウダー中に浸漬された。ここでの熱処理は、575℃で4時間である。   This “activation” phase lasted for 1 hour. After activation, a sample of carbonitrided AISH13 prepared as described above was immersed in a heated flowing powder with the hydrogen chloride gas flow stopped. The heat treatment here is 575 ° C. for 4 hours.

この試料は、前記流動床内で窒素流下で350℃まで冷却され、大気中で冷却された。
この試験において、浸炭窒化された表面での大幅なクロムの増加(約70wt%、図12における定量的深さプロファイルを参照のこと)が、識別可能かつ一様で連続的な2.5ミクロンの厚さの層(図12)を形成していることが確認された。X線回折分析は、前記層が主に CrN (図13)であることを示した。
The sample was cooled to 350 ° C. under a stream of nitrogen in the fluidized bed and cooled in the atmosphere.
In this test, a significant chromium increase on the carbonitrided surface (about 70 wt%, see quantitative depth profile in FIG. 12) is identifiable, uniform and continuous 2.5 micron. It was confirmed that a layer having a thickness (FIG. 12) was formed. X-ray diffraction analysis showed that the layer was mainly CrN (FIG. 13).

実施例4 Example 4

処理温度を575℃よりも高く増大させることの可能性を評価するために、AISI H13熱間工具鋼よりも高い焼き戻し抵抗をもつ2つの鋼種が選択された。   Two steel grades with higher tempering resistance than AISI H13 hot tool steel were selected to evaluate the possibility of increasing the processing temperature above 575 ° C.

硬化され焼き戻しされた直径38mmで厚み5mmの試料(1050℃でオーテニタイズド(autenitised)し油冷、575℃で二度焼き戻し)粉末冶金工具鋼 Crucible CPM 1V (登録商標) および 従来型インゴット冶金Bohler-Uddeholm QRO(登録商標)90を、アンモニア35%, 二酸化炭素5%, 窒素60%の雰囲気下で3.5時間575℃で浸炭窒化した。   Hardened and tempered 38 mm diameter and 5 mm thick sample (autenitised at 1050 ° C., oil cooled, tempered twice at 575 ° C.) powder metallurgy tool steel Crucible CPM 1V® and conventional ingot metallurgy Bohler -Uddeholm QRO® 90 was carbonitrided at 575 ° C for 3.5 hours in an atmosphere of 35% ammonia, 5% carbon dioxide, 60% nitrogen.

浸炭窒化に先立って、良好な表面仕上げを保証するため、それぞれの試料の表面は1200 番 SiC 研磨剤を用いて前処理されている。   Prior to carbonitriding, the surface of each sample was pretreated with # 1200 SiC abrasive to ensure a good surface finish.

これは、イプシロン鉄炭窒化物からなる10ミクロンの化合物層の真上の酸素を豊富に含む1ミクロンの層と、最終的に70−90ミクロンの内部拡散領域とからなる表面構造を作り出した。   This created a surface structure consisting of a 1 micron layer rich in oxygen just above a 10 micron compound layer of epsilon iron carbonitride and finally an internal diffusion region of 70-90 microns.

この浸炭窒化された試料の表面は、酸化層を除去するため、前記化合物層および拡散層を保持している状態で、湿式での砥粒吹き付け処理を施されている。前記化合物層におけるクロムの組成は、約4wt%となるように規定されている。   The surface of the carbonitrided sample is subjected to wet abrasive spraying while holding the compound layer and diffusion layer in order to remove the oxide layer. The chromium composition in the compound layer is defined to be about 4 wt%.

直径90mm深さ250mmの流動床熱処理反応炉において、平均粒径80ミクロンで純度99.99%の380gのクロムパウダーは、平均粒径125ミクロンで純度99.99%の3.4kgのアルミナ酸化物パウダーと混合された。   In a fluidized bed heat treatment reactor having a diameter of 90 mm and a depth of 250 mm, 380 g of chromium powder having an average particle size of 80 microns and a purity of 99.99% is mixed with 3.4 kg of alumina oxide powder having an average particle size of 125 microns and a purity of 99.99%. It was.

この流動床は、流動化のために十分な流れの高純度の窒素雰囲気下で625℃まで加熱されており、この温度において塩化水素ガスが、流れの1%の濃度となるまで供給ガス流に加えられた。この”活性化”段階は、1時間の間継続された。   The fluidized bed is heated to 625 ° C. under a high purity nitrogen atmosphere with sufficient flow for fluidization, at which temperature hydrogen chloride gas is fed into the feed gas stream to a concentration of 1% of the stream. Added. This “activation” phase lasted for 1 hour.

活性化の後、上述のようにして準備された各グレードの浸炭窒化された試料が、加熱された流動しているパウダー中に高い純度の窒素雰囲気下で4時間浸漬された。   After activation, each grade of carbonitrided sample prepared as described above was immersed in a heated flowing powder under a high purity nitrogen atmosphere for 4 hours.

前記試料は、前記流動床内で窒素流下で350℃まで冷却され、そして前記流動床反応炉から取り出され、大気中で冷却された。   The sample was cooled to 350 ° C. under a stream of nitrogen in the fluidized bed and removed from the fluidized bed reactor and cooled in the atmosphere.

この試験において、浸炭窒化された表面での大幅なクロムの増加(約70wt%、図14および図15における定量的深さプロファイルを参照のこと)が、対応する窒素のピーク値とともに確認された。
575℃での処理と比較して、625℃でのクロム蒸着段階の実施は、層厚さの約4−6ミクロンの増大(図15)という結果を出した。
In this test, a significant chromium increase on the carbonitrided surface (about 70 wt%, see quantitative depth profile in FIGS. 14 and 15) was confirmed along with the corresponding nitrogen peak value.
Compared to treatment at 575 ° C., performing the chromium deposition step at 625 ° C. resulted in an increase of about 4-6 microns in layer thickness (FIG. 15).

CrN層の下で、前記拡散領域およびコア硬度は実質的に維持された。   Under the CrN layer, the diffusion region and core hardness were substantially maintained.

11 内部容器
10 流動床炉
13 外部絶縁層
14 加熱領域
16 バーナー
12 耐熱材料
17 ガス供給ライン
20 ガス搬送ライン
71 ライン
72 バルブ
70 ライン
21 分配器
80 耐熱材料領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Inner container 10 Fluidized bed furnace 13 External insulation layer 14 Heating area 16 Burner 12 Heat resistant material 17 Gas supply line 20 Gas conveyance line 71 Line 72 Valve 70 Line 21 Distributor 80 Heat resistant material area

Claims (25)

金属基材の外表面の内部へと拡がる拡散表面層を形成する方法であって、前記方法は以下を含む。
(i)活性化段階において、前記拡散表面層を形成するための不活性微粒子耐熱材料と金属ベースの材料とを収容する活性化処理炉を提供し、前記活性化処理炉は、活性化された表面領域を有する活性化金属ベース材料を形成するため、ハロゲン化水素ガスの雰囲気中で前記金属ベースの材料の外部表面領域を処理するために第1の期間だけ活性化処理炉内において不活性微粒子耐熱材料および金属ベースの材料に導入される不活性ガス流を有し、
(ii)拡散段階において、拡散処理炉を提供し、前記金属基材を拡散処理炉内に導入し、金属基材の外表面から内部へと拡がる拡散領域を形成するために前記金属基材は前処理されており、ここで金属基材の外表面上に酸化層を形成すること無く、内部拡散領域および外部化合物または鉄窒化物、炭化鉄もしくは鉄炭窒化化合物によって少なくとも部分的に形成される白色層を形成するために窒素が拡散され、大気が侵入しないように密閉された拡散処理炉内で不活性ガスの雰囲気下で、ハロゲン化水素ガスの無い状態で少なくとも第2の期間だけ且つ前記活性化された金属ベース基材のある状態で、前記金属基材上に前記拡散表面層を形成するために、前記金属基材を処理する。
A method of forming a diffusing surface layer that extends into the interior of an outer surface of a metal substrate, the method comprising:
(I) providing an activation treatment furnace containing an inert particulate heat-resistant material and a metal-based material for forming the diffusion surface layer in the activation stage, wherein the activation treatment furnace is activated; In order to form an activated metal base material having a surface region, inert particulates in an activation treatment furnace only for a first period to treat the outer surface region of the metal base material in an atmosphere of hydrogen halide gas Having a flow of inert gas introduced into the refractory material and the metal-based material;
(Ii) providing a diffusion treatment furnace in the diffusion step, introducing the metal substrate into the diffusion treatment furnace, and forming the diffusion region extending from the outer surface to the inside of the metal substrate; Pre-treated, where at least partly formed by internal diffusion region and external compound or iron nitride, iron carbide or iron carbonitride compound without forming an oxide layer on the outer surface of the metal substrate Nitrogen is diffused to form a white layer, and in an atmosphere of inert gas in a diffusion processing furnace sealed so that the atmosphere does not enter, in the absence of hydrogen halide gas, for at least a second period and In the presence of an activated metal base substrate, the metal substrate is treated to form the diffusion surface layer on the metal substrate.
請求項1に記載の方法において、前記活性化処理炉は、前記拡散処理炉と同じである。   The method according to claim 1, wherein the activation processing furnace is the same as the diffusion processing furnace. 請求項1に記載の方法において、前記拡散処理炉は、前記活性化処理炉とは異なる。   The method according to claim 1, wherein the diffusion processing furnace is different from the activation processing furnace. 請求項1乃至3のいずれかに記載の方法であって、さらに以下を含む。
(i)前処理段階において、金属基材の表面から内部へ拡がる前記拡散領域を形成し、ここで窒素は内部拡散領域および外部化合物もしくは鉄窒化物、炭化鉄もしくは鉄炭窒化化合物の白色層を形成するために拡散され、
(ii)前記金属拡散段階に先立って、前記表面上における表面酸化の形成を防ぐためもしくは前記表面上に形成される前記表面酸化を除去するため、前記前処理段階において形成される前記金属基材を処理する。
The method according to claim 1, further comprising:
(I) In the pretreatment step, the diffusion region extending from the surface of the metal substrate to the inside is formed, where nitrogen forms an internal diffusion region and a white layer of an external compound or iron nitride, iron carbide or iron carbonitride compound. Diffused to form,
(Ii) Prior to the metal diffusion step, the metal substrate formed in the pretreatment step to prevent the formation of surface oxidation on the surface or to remove the surface oxidation formed on the surface Process.
請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、前記活性化段階における前記不活性化ガス流は、窒素および/またはアルゴンである。   5. The method according to claim 1, wherein the inert gas stream in the activation stage is nitrogen and / or argon. 請求項1乃至5のいずれかに記載の方法において、前記不活性微粒子耐熱材料は、酸化アルミニウムもしくは炭化ケイ素である。   6. The method according to claim 1, wherein the inert particulate heat-resistant material is aluminum oxide or silicon carbide. 請求項1乃至6のいずれかに記載の方法において、前記拡散処理炉は、前記金属拡散段階の間に不活性ガスの流れにより流動化される不活性耐熱微粒子材料を収容する。   7. The method according to claim 1, wherein the diffusion furnace contains an inert heat-resistant particulate material that is fluidized by an inert gas flow during the metal diffusion stage. 請求項1乃至6のいずれかに記載の方法において、前記拡散処理炉は、前記金属拡散段階の間に振動手段により少なくとも一部が流動化される不活性耐熱微粒子材料を収容する。   7. The method according to claim 1, wherein the diffusion furnace contains an inert heat-resistant particulate material that is at least partially fluidized by vibration means during the metal diffusion stage. 請求項1乃至8のいずれかに記載の方法において、前記金属拡散段階の間は、前記拡散処理炉に対してアンモニアは供給されない。   9. The method according to claim 1, wherein no ammonia is supplied to the diffusion processing furnace during the metal diffusion stage. 請求項1乃至9のいずれかに記載の方法において、前記第2の期間は、前記第1の期間よりも長い。   10. The method according to claim 1, wherein the second period is longer than the first period. 請求項1乃至10のいずれかに記載の方法において、前記第2の期間中、ハロゲン化水素ガスは、ハロゲン化水素ガス流の無い期間およびハロゲン化水素ガス流の流れる期間の内の少なくとも1つの期間、前記拡散処理炉にパルス状に供給される。   11. The method according to claim 1, wherein during the second period, the hydrogen halide gas is at least one of a period in which there is no hydrogen halide gas flow and a period in which the hydrogen halide gas flow flows. During the period, the diffusion treatment furnace is supplied in pulses. 請求項1乃至11のいずれかに記載の方法において、前記拡散処理炉は不活性耐熱微粒子材料を収容し、不活性ガス流が第2の期間の間前記拡散処理炉へと供給され、前記不活性ガス流は流速ゼロから前記拡散処理炉に対する最小流動速度以上の流速へと変化する。   12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the diffusion treatment furnace contains an inert heat resistant particulate material, and an inert gas stream is supplied to the diffusion treatment furnace for a second period of time. The active gas flow changes from zero flow rate to a flow rate above the minimum flow rate for the diffusion furnace. 請求項1乃至12のいずれかに記載の方法において、前記活性化処理炉において、前記第1の所定期間中、500〜750℃の温度が維持される。   13. The method according to claim 1, wherein a temperature of 500 to 750 ° C. is maintained in the activation processing furnace during the first predetermined period. 請求項1乃至13のいずれかに記載の方法において、前記拡散処理炉において、前記第2の所定期間中、500〜750℃の温度が維持される。   14. The method according to claim 1, wherein a temperature of 500 to 750 ° C. is maintained in the diffusion processing furnace during the second predetermined period. 請求項1乃至14のいずれかに記載の方法において、前記ハロゲン化水素ガスは、前記第1の所定期間の間、前記活性化処理炉へと連続的に供給される。   15. The method according to claim 1, wherein the hydrogen halide gas is continuously supplied to the activation processing furnace during the first predetermined period. 請求項1乃至14のいずれかに記載の方法において、前記ハロゲン化水素ガスは、前記第1の所定期間の間、非供給期間により分割される供給期間、前記活性化処理炉へとパルス状に供給される。   15. The method according to claim 1, wherein the hydrogen halide gas is pulsed to the activation treatment furnace during a supply period divided by a non-supply period during the first predetermined period. Supplied. 請求項1乃至16のいずれかに記載の方法において、前記ハロゲン化水素ガスは、塩化水素ガス,臭化水素ガス,フッ化水素ガスもしくはヨウ化水素ガスの中から選択される。   17. The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the hydrogen halide gas is selected from hydrogen chloride gas, hydrogen bromide gas, hydrogen fluoride gas, or hydrogen iodide gas. 請求項1乃至14のいずれかに記載の方法において、前記ハロゲン化水素ガスは、前記活性化処理炉への進入に先立って、前記不活性ガスと混合される。   15. The method according to claim 1, wherein the hydrogen halide gas is mixed with the inert gas prior to entering the activation treatment furnace. 請求項1乃至14のいずれかに記載の方法において、前記ハロゲン化水素ガスは、前記拡散処理炉への進入に先立って、前記不活性ガスと混合される。   15. The method according to claim 1, wherein the hydrogen halide gas is mixed with the inert gas prior to entering the diffusion treatment furnace. 請求項1に記載の方法において、塩化アンモニウムは、前記活性化段階の間、前記活性化処理炉へと供給され、前記塩化アンモニウムは、前記金属ベース材料の活性化のために水素ガスおよび塩化水素(HCl)ガスに分離するために導入される間、加熱される。   The method of claim 1, wherein ammonium chloride is supplied to the activation furnace during the activation stage, and the ammonium chloride is supplied with hydrogen gas and hydrogen chloride for activation of the metal base material. Heated while being introduced to separate into (HCl) gas. 請求項18、19もしくは20に記載の方法において、前記ハロゲン化水素ガスおよび前記不活性搬送ガスが混合されたものは、前記活性化処理炉もしくは拡散処理炉の下部領域に進入する。   21. The method according to claim 18, 19 or 20, wherein a mixture of the hydrogen halide gas and the inert carrier gas enters a lower region of the activation processing furnace or diffusion processing furnace. 請求項1乃至21のいずれかに記載の方法において、前記拡散表面層を形成するための前記金属ベースの材料は、少なくとも以下のいずれか1つから選択される。
(i) 固体金属もしくは金属合金
(ii) 基材キャリア上にコーティングされた金属もしくは金属合金
(iii) 微粒子もしくはパウダー状の金属もしくは金属合金
(iv) 不活性耐熱微粒子材料上にコーティングされた金属もしくは金属合金
(v) 金属ハロゲン化物粒子もしくはパウダー(無水のもしくは水和した)
(vi) 不活性耐熱微粒子材料もしくは基材キャリア上にコーティングされた金属ハロゲン化材料(無水のもしくは水和した)
22. The method according to any one of claims 1 to 21, wherein the metal-based material for forming the diffusion surface layer is selected from at least one of the following.
(I) a solid metal or metal alloy (ii) a metal or metal alloy coated on a substrate carrier (iii) a particulate or powdered metal or metal alloy (iv) a metal coated on an inert heat resistant particulate material or Metal alloy (v) Metal halide particles or powder (anhydrous or hydrated)
(Vi) Inert heat resistant particulate material or metal halide material coated on substrate carrier (anhydrous or hydrated)
請求項1乃至22のいずれかに記載の方法において、前記金属ベースの材料は、クロム,チタニウム,バナジウム,ニオビウム,タンタル,タングステン,モリブデン,マンガン,およびこれらの合金であり、鉄ベースの合金もしくは上述した金属元素を有する金属ハロゲン化物およびクロム、臭素、ヨウ素およびフッ素の中から選択されるハロゲン化物を含むもの、の中から選択される。   23. A method according to any one of claims 1 to 22, wherein the metal-based material is chromium, titanium, vanadium, niobium, tantalum, tungsten, molybdenum, manganese, and alloys thereof, an iron-based alloy or the above-mentioned Selected from metal halides having selected metal elements and those containing halides selected from chromium, bromine, iodine and fluorine. 請求項1乃至23のいずれかに記載の方法において、前記金属基材は、鉄ベースの金属もしくは鉄ベースの金属合金である。   24. The method according to any of claims 1 to 23, wherein the metal substrate is an iron-based metal or an iron-based metal alloy. 請求項1乃至24のいずれかに記載の方法において、前記第2の所定期間中に前記拡散処理炉内に導入される前記不活性ガスは、窒素である。   25. The method according to claim 1, wherein the inert gas introduced into the diffusion processing furnace during the second predetermined period is nitrogen.
JP2013539096A 2010-11-17 2011-11-17 Surface treatment of metal objects Expired - Fee Related JP5951623B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2010905095 2010-11-17
AU2010905095A AU2010905095A0 (en) 2010-11-17 Surface Treatment of Metal Objects
PCT/AU2011/001479 WO2012065220A1 (en) 2010-11-17 2011-11-17 Surface treatment of metal objects

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014504329A true JP2014504329A (en) 2014-02-20
JP5951623B2 JP5951623B2 (en) 2016-07-13

Family

ID=46083420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013539096A Expired - Fee Related JP5951623B2 (en) 2010-11-17 2011-11-17 Surface treatment of metal objects

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130299047A1 (en)
EP (1) EP2640867A1 (en)
JP (1) JP5951623B2 (en)
CN (1) CN103314132B (en)
AU (1) AU2011331909B2 (en)
WO (1) WO2012065220A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102844459B (en) 2009-08-07 2016-03-30 世伟洛克公司 Low temperature carburization under rough vacuum
AU2013210034A1 (en) * 2012-01-20 2014-09-11 Swagelok Company Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization
EP4086366A1 (en) 2014-07-31 2022-11-09 Case Western Reserve University Enhanced activation of self-passivating metals
CN107201496A (en) * 2017-06-12 2017-09-26 武汉铭高新材料有限公司 A kind of method for preparing chromium based ceramic metal hardened layer in stainless steel surfaces
CN107377968A (en) * 2017-09-08 2017-11-24 安徽工业大学 A kind of preparation facilities and preparation method of the Heterogeneous Composite powder based on injection fluidisation
US11060186B2 (en) * 2018-04-13 2021-07-13 Massachusetts Institute Of Technology In situ generation of gaseous precursors for chemical vapor deposition of a chalcogenide
WO2019241011A1 (en) * 2018-06-11 2019-12-19 Swagelok Company Chemical activation of self-passivating metals
WO2021222343A1 (en) 2020-04-29 2021-11-04 Swagelok Company Activation of self-passivating metals using reagent coatings for low temperature nitrocarburization
CN115505867B (en) * 2022-10-25 2024-04-05 北京酷捷科技有限公司 Preparation method and application of hydrogen-reduced stainless steel chrome copper alloy

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004339562A (en) * 2003-05-15 2004-12-02 Air Water Inc Method for surface-reforming austenitic metal, refractory metal product and turbo-component obtained thereby
JP2009501844A (en) * 2005-07-21 2009-01-22 ハード テクノロジーズ プロプライエタリー リミテッド Composite surface treatment of metal objects

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU582000B2 (en) * 1985-06-17 1989-03-09 Toyota Chuo Kenkyusho K.K. Treating the surface of iron alloy materials
ES2087933T3 (en) * 1990-08-10 1996-08-01 Toyoda Chuo Kenkyusho Kk METHOD FOR THE FORMATION OF A LAYER OF NITRIDE OR CARBONITRIDE.
EP0919642B1 (en) * 1997-11-28 2007-10-17 Maizuru Corporation Method for treating surface of ferrous material and salt bath furnace used therefor
US20090214773A1 (en) * 2008-02-27 2009-08-27 General Electric Company Diffusion Coating Systems with Binders that Enhance Coating Gas

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004339562A (en) * 2003-05-15 2004-12-02 Air Water Inc Method for surface-reforming austenitic metal, refractory metal product and turbo-component obtained thereby
JP2009501844A (en) * 2005-07-21 2009-01-22 ハード テクノロジーズ プロプライエタリー リミテッド Composite surface treatment of metal objects

Also Published As

Publication number Publication date
CN103314132B (en) 2015-08-12
CN103314132A (en) 2013-09-18
US20130299047A1 (en) 2013-11-14
WO2012065220A1 (en) 2012-05-24
EP2640867A1 (en) 2013-09-25
JP5951623B2 (en) 2016-07-13
AU2011331909B2 (en) 2016-06-23
AU2011331909A1 (en) 2013-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5951623B2 (en) Surface treatment of metal objects
US8317926B2 (en) Duplex surface treatment of metal objects
JPS61243178A (en) Method and apparatus for surface coating of processed product
JP3173054B2 (en) Surface treatment method for metal materials
JPS60251274A (en) Method for coating nitride
JP2009501844A5 (en)
US20160108512A1 (en) Method of depositing tantalum to form a tantalum coating
US4871401A (en) Fluidized bed method of forming a nitride or carbonitride layer
JP4535620B2 (en) Method and apparatus for controlling excess CVD reactant
JPS6245304B2 (en)
EP1165852A1 (en) Surface treatment method and treatment apparatus
US5580397A (en) Carbide and carbonitride surface treatment method for refractory metals
JP2009091632A (en) Heat-treatment apparatus and heat-treatment method
AU2010236044B2 (en) Duplex Surface Treatment of Metal Objects
AU2006272371B2 (en) Duplex surface treatment of metal objects
GB2492135A (en) A fluidised bed heat-treatment furnace
JPS6033188B2 (en) Metal heat treatment equipment
JPH03291368A (en) Vacuum carburizing method and vacuum carburizing furnace
JPS63759Y2 (en)
AU2783500A (en) Surface treatment method and treatment apparatus
JPS5931587B2 (en) Manufacturing method and device for wear-resistant composite member
JP2017053012A (en) Surface treatment method of metal material
JPH04323359A (en) Surface-treating fluidized-bed type furnace
JPH0657310A (en) Powder metallurgical sintering method and apparatus for production of gaseous atmosphere to be used therein

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150825

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150901

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20150902

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20150902

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20150902

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20151201

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160608

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5951623

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R370 Written measure of declining of transfer procedure

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees