JP2622893B2 - ろう付と浸炭の同時処理法 - Google Patents

ろう付と浸炭の同時処理法

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    • C23C—COATING 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
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    • C23C8/06—Solid 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
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    • C23C8/20—Carburising
    • C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業の利用分野 本発明は、鉄系部材のろう付けと表面硬化処理を同時
に行なう方法に関するものである。
（ロ）従来技術と問題点 鉄系機械部品の接合方法として、炉中ろう付時にフラ
ックスを使用しない雰囲気ろう付が知られている。この
接合方法は被処理品の品質等が損なわれることなく、し
かも連続して多量の部品を接合処理するのに適してい
る。
また、鉄系部品の表面の耐摩耗性，耐疲労性などを向
上させるために、部品の表面から炭素を侵入拡散させ
て、硬化層を生成させるための浸炭法はよく知られてい
る。
通常、このようなろう付けと浸炭は別々の炉で処理さ
れているが、鉄系部材のろう付と浸炭とを同時に処理す
る例がある。例えば、特公昭58−3792号公報記載の技術
は、ろう付け処理室中1120℃でろう付後、ろう付け処理
室に続く浸炭処理室を1000℃,950℃,850℃の３ゾーンに
区分し、その吸熱型又は発熱型雰囲気を段階的に降温さ
せ、かかる雰囲気中に炭化水素ガスを添加して浸炭する
ものである。
この方法は、従来法の２工程法と比較してみると、浸
炭のための昇温が省略されるので、設備が多量削減さ
れ、また省力化などによるコストダウンが図られてい
る。しかし、この浸炭室の３ゾーンの各温度における浸
炭雰囲気の適確な調節、即ち各ゾーンにおけるガスのカ
ーボンポテンシャルの調節は各ゾーンの区切りが正確に
できないために誠に困難である。また、発熱型ガスを炭
化水素の添加で浸炭雰囲気即ちカーボンポテンシャルを
1.0％カーボン近くまで増炭するのは、炉中が媒だらけ
となって不適当である。
その他にも、ろう付と浸炭の同時処理例はあるが、主
として浸炭温度（900〜950℃）におけるろう付けである
ため、銅又は銀などの融点を降下させるための合金ろう
が使用される。純銅のような安定で安価なろう材は使用
できない。また、これらの例が対象としている浸炭は、
ろう付部材全体の浸炭であって、浸炭が必要なところの
みの選択的な部分浸炭ではない。
これら従来からのろう付と浸炭の同時処理において
は、ろう付け温度で浸炭しようとすると、前述の如く銅
ろうを用いた1120〜1130℃の高温のろう付け温度下で
は、吸熱型ガスなどでカーボンポテンシャルを0.9％カ
ーボンに調整するのが困難なため、ろう付けは1120〜11
30℃で行ない、別の室に移して降温（1000〜900℃）
後、その温度での雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを
調整して浸炭するものである。
これでは、単にろう付炉と浸炭炉を接続したに過ぎな
いことになる。また、雰囲気のカーボンポテンシャルの
調整は温度に対応するガス組成を維持する必要があるの
で、連続ベルト炉等を用いたときは、ほとんどその調整
は困難である。
（ハ）発明の開示 本発明は、従来からの発熱型ガス雰囲気ろう付炉で銅
をろう材とする鉄系部材のろう付けで、ろう付け処理作
業に何ら支障なく、かつ銅ろう付けと同時にその部材の
部分浸炭を行なることができる方法を提案するものであ
る。
雰囲気中での銅ろう材は、通常プロパンやブタンなど
のLPGによる発熱型ガス中で昇温し、約1130℃で銅を溶
融させて部材をろう付けするものである。この雰囲気組
成は、H2:8.74％,CO:8.75％,N2:73.29％,H2O:0.86％,CO
2:8.37％が代表的なものである。かかる組成の雰囲気
は、1100℃のろう付室内で平衡組成に近付き、鋼と銅に
対して還元性であり、溶融銅は鋼の表面によく広がって
濡れ性も良く、良好なろう付ができる。
しかし、このガス組成が1100℃で鋼に対して有するカ
ーボンポテンシャルは0.001炭素以下で、炭化水素等を
添加しても到底浸炭はできない。
本発明は部分浸炭を企図するもので、部分的に浸炭雰
囲気を作る方法を提案するものである。
即ち、浸炭したい部分に、加熱されるとCOとH2になる
酸素を含む有機物もしくは炭水化物を固体又は液体で塗
布又は設置し、乾燥後その表面を金属カバー又は通気の
少ないセラミック又は炭素系耐熱塗材又は接着剤で覆
い、上記ろう付を行なうことにより部分浸炭されるので
ある。
例えば、炭水化物に新聞紙を使用し、５％炭酸バリウ
ム（BaCO3）微粉末懸濁水に浸漬後にろう付け部材の所
望の部分に巻付け又は貼付け、この表面にグラファイト
系接着剤を塗布し、乾燥後、発熱型ガス雰囲気ろう付炉
に送入し、ろう付と同時に浸炭処理する。
この雰囲気は、吸熱型ガスや不活性ガス或は水素ガス
でもよい。新聞紙は化学的にC6H12O6に代表されるが、
これを密閉中で高温分解するとCOとH2がそれぞれ約50％
となる。
銅ろう付が1130℃の最高温度のとき、カーボンポテン
シャルはCO/CO2＝50/0.09で約0.97％Ｃである。
浸炭は、ろう付炉中の昇温から冷却への過程の或る部
分、即ち900→1130→900℃の間で行なわれる。
ろう付炉のコンベア速度は、ろう付のために最適な温
度曲線を計画していて、内通過速度は15〜20分が通常
である。浸炭時間も、この時間内の４〜５分間である
が、1100℃の高温でしかもBaCO3の触媒作用で0.3〜0.4m
m程度の浸炭深さが得られる。
以下に、実施例で本発明を更に詳細に説明する。
（ニ）実施例 本発明の実施例を第１〜３図及び第１表により説明す
る。
第１図は、銅をろう材とする鉄系部材のろう付炉であ
る。
このは、耐熱鋼メッシュベルトによる搬送方式で、
還元性雰囲気は炭化水素（プロパンやブタンなど）を原
料とする発熱型ガスを使用した。
第１図中で、１は加熱室で、２はこの加熱室に連通す
る冷却室である。この加熱室１と冷却室２中をコンベア
ベルト３が循環する。４は該コンベアベルトを駆動する
ための駆動部である。５は処理品で、この実施例にあっ
ては鉄鋼部品であり、第３図に示される通りで、（Ａ）
には銅ろうが付けられてあってろう付けされる部分であ
り、（Ｂ）は浸炭される部分である。この処理品５はコ
ンベアベルト３上に乗って炉中を通って加熱処理され
る。６は上記した還元性雰囲気を炉中に送る雰囲気ガス
入口であり、７は雰囲気ガス排出口である。ろう付温度
は第２図に示すように最高130℃で、炉中通過時間は約3
0分である。
この時の発熱型の雰囲気組成は、次の通りである。
CO％＝8.75 CO2％＝8.37 H2％＝8.74 H2O％＝0.86 N2％＝73.29 この組成は、５℃に冷却脱水したものである。
この組成は鋼に対し還元性であるが、1130℃における
カーボンポテンシャルは0.001％Ｃ以下で脱炭雰囲気で
ある。
実施例によるろう付けは、通常のろう付作業であり、
本発明の方法によってろう付部材の必要部分のみを浸炭
処理した。
この実施例では、酸素を含む有機物として炭水化物を
主成分とする新聞紙を浸炭のための炭素源とした。
まず、新聞紙を触媒としての５％炭酸バリウム水懸濁
液に浸漬し、第３図に示す鋼部品の浸炭部Ｂ域に約1mm
厚さで巻き付け、約200℃で乾燥後、その表面にグラフ
ァイト系接着剤を塗布して乾燥し、上記ろう付炉中に送
り、第２図の温度曲線によってろう付を行なった。
同試料を第３図中のＣ位置で切断した。その断面の顕
微鏡写真は第４図の通りであり、浸炭深さは約0.4mmで
あった。この第４図の写真中で、右側の白っぽいところ
は素地であり、それに続く左側の部分は浸炭部であり、
更に左側の黒いところは表面である。
なお、浸炭効果を調べるため、浸部部Ｂの圧壊試験を
行なった。その結果は第１表の通りであり、ろう接処理
のみの場合と比較して約1.77倍の強度となった。
浸炭剤の選択のため、第２表に示すその他の各材料の
浸炭深さもテストした。その結果は第２表の通りであっ
た。
第１表（圧壊試験結果） 条件 圧壊変形力 ろう接処理のみのパイプ 90Kgf 本発明によるろう接と浸炭処理後のパイプ 160Kgf 第２表 浸炭剤 浸炭層深さ（mm） 木綿 0.40 フェノール繊維 0.35 ろ紙 0.36 フェノール繊維炭化品 0.15 炭素粉末 0.10以下 （ホ）発明の効果 本発明は上記実施例にも示した通り、他のろう付−浸
炭同時処理と比較して、まず装置がろう付炉そのままで
よく、特別に浸炭のための増設及び改造の必要がなく、
通常のガス浸炭では不可能と考えられていた1100℃での
高温浸炭を可能とし、短時間で浸炭効果をあげることが
できる。
従って、本発明によれば、経済性及び省力化等による
低コストのろう付−浸炭同時処理方法を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明により雰囲気ろう付けと同時に浸炭処理
をするのに用いた通常の連続炉の構成を示す説明的な側
面図、第２図は同炉の温度曲線図、第３図は上記した実
施例で処理した鋼部品の説明的な斜視図、第４図は処理
品の浸炭部Ｂの浸炭組織を示す切断面の顕微鏡写真（×
100）である。 符号説明 １……加熱室、２…冷却室、３……コンベアベルト、４
……コンベア駆動部、５……処理品、６……雰囲気ガス
入口、７……雰囲気ガス排出口

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】還元性雰囲気の炉室中で加熱して鉄系部材
    をろう材で雰囲気ろう付けすると共に、該鉄系部材の所
    定部分を上記した炉室と同一の炉室中でかつ上記した雰
    囲気と同一の雰囲気下で浸炭するために該所定部分を酸
    素を含む有機物で覆って該鉄系部材を炉内に送ることを
    特徴とするろう付けと浸炭の同時処理法。
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