JP2816488B2 - 軟窒化表面への酸化皮膜形成方法 - Google Patents
軟窒化表面への酸化皮膜形成方法Info
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Description
4を主体とする酸化皮膜を形成するための方法に関す
る。
的に行われるものであるが、その軟窒化表面にさらに鉄
の酸化皮膜を形成すると、耐摩耗性と耐疲労性とが一層
向上し、その上、耐食性も著しく向上することが知られ
ている。ところで、鉄の酸化物にはFeO,Fe3O4,Fe2O3の
3種があるが、これらの中ではFe3O4が緻密でしかも密
着性が良く、したがって軟窒化表面に酸化皮膜を形成す
る場合、このFe3O4を主体とする酸化皮膜を優先的に形
成することがきわめて重要な課題となる。
窒化処理を施した鉄鋼部品(ワーク)を水蒸気、空気
(O2)、炭酸ガス(CO2)、発熱型変成ガス等の酸化性
雰囲気中で400〜650℃に保持して、軟窒化表面にFe3O4
を主体とする酸化皮膜を形成する方法が示されている。
で酸化処理を行っているため、空気による急激な酸化反
応が起こってFeOの生成量が増加し、Fe3O4を主体とする
酸化皮膜の形成に長時間を要して、サイクルタイムが延
長するという問題があった。
てなされたもので、その目的とするところは、急激な空
気酸化を抑えてFe3O4を安定してかつ速やかに形成する
ことができる軟窒化表面への酸化皮膜形成方法を提供す
ることにある。
した鉄鋼部品を、大気圧より低い減圧下で空気とCO2ガ
スの供給雰囲気に曝して、550〜650℃に加熱保持するよ
うにしたことを特徴とする。
ないが、ガス軟窒化処理をするのが望ましい。この場
合、窒化ガスの種類は任意であり、例えばアンモニアガ
ス(NH3)および吸熱型変成ガスの混合ガス、あるいはN
H3、CO2および窒素(N2)の混合ガスを用いることがで
きる。さらに、このガス軟窒化は、大気圧状態で行って
も、あるいは負圧状態で行っても良い。
を用い、その後はCO2ガスのみを用いるようにして良い
もので、この場合は、初期の空気とCO2ガスの並行使用
は短時間で止めるのが望ましい。
ては、空気とCO2ガス雰囲気に曝し、また、所望により
空気とCO2ガスに引続いてCO2ガス雰囲気に曝すようにし
たので、酸化力の弱いCO2ガスが安定なFe3O4の生成に寄
与すると共に、空気による急激な酸化反応で生じた不安
定なFeOをFe3O4に変える作用をなし、減圧下の処理で急
激な酸化反応が抑えられることもあって、Fe3O4を主体
とする酸化皮膜を軟窒化表面に安定してかつ速やかに形
成することができる。
る。
置を示したものである。表面処理装置1は、窒化処理お
よび酸化処理を行う加熱室2とガス冷却を行う冷却室3
とを備えており、両室は直列に配置されている。加熱室
2は断熱材4を内張りして成り、その前、後に装入口
8、抽出口9を設けている。一方、冷却室3は水冷ジャ
ケット構造で、同じくその前、後に装入口11、抽出口12
を設けている。各装入口8,11には装入扉13,14が、各抽
出口9,12には抽出扉15,16がそれぞれ付設されており、
前記加熱室2と冷却室3とは独立の密閉室として区画さ
れている。
持フレーム17,19に固定したシリンダ18,20の出力軸18a,
20aに連結されており、両扉13,16はシリンダ18,20の作
動により上下動して対応する装入口8と抽出口12とを開
閉するようになっている。また加熱室2の抽出扉15と冷
却室3の装入扉14とは、連結体21を介して一体化されて
中間扉22を構成している。加熱室2と冷却室3との間に
は扉フード23が配設され、扉フード23は両室2,3を気密
的に連接している。扉フード23の上端にはシリンダ24が
固定されており、このシリンダ24の出力軸24aに前記連
結体21が連結されている。すなわち、中間扉22はシリン
ダ24の作動により上下動するようになっている。
いる。一方、冷却室3内にはフアン28および冷却器(図
示略)が配設されている。30は、ワークWを搬送するロ
ーラコンベアで、加熱室2および冷却室3を結ぶように
配設されている。ローラコンベア30を構成する各ローラ
31は、第2図および第3図に示すように、その両端部が
各室2,3の側壁を貫通して外部へ引き出されている。各
ローラ31が引き出された各室2,3の外壁部分には、該ロ
ーラ31を気密下に挿通させて内部へのエアの流入を規制
するシール箱32が固設されている。なお、ローラコンベ
ア30は、各ローラ31の一端部に固定したスプロケット33
に掛けたチェーン(図示略)により回転駆動されるよう
になっている。
5が設けられ、そのガス導入口の一方にはNH3ガスの発生
源(図示略)に通じる配管36の一端が、そのガス導入口
の他方にはCO2ガスの発生源(図示略)と空気源(図示
略)とに通じる配管37の一端がそれぞれ接続されている
(第2図)。また上記シール箱32には、N2ガスの発生源
(図示略)に通じる配管38の一端が接続されており、該
配管38を給送されたN2ガスがローラ31の挿通隙間から加
熱室2内に導入されるようになっている。
設けられ、各排気口39には真空ポンプ40,41に通じる配
管42の一端が接続されている。さらに、冷却室3の側壁
には、前記排気口39の他にガス流入口43が設けられ、こ
のガス流入口43にはN2ガスの発生源(図示略)に通じる
配管44とベントロ(図示略)に通じる配管45の一端がそ
れぞれ接続されている。なお、上記配管類にはバルブ
(電磁バルブ)46,46…が介装されており、これらバル
ブの操作により各室2,4へのガスの流出入が制御される
ようになっている。47は、加熱室2の装入口8に臨んで
配置された装入テーブル、48は冷却室3の抽出口12に臨
んで配置された抽出テーブルで、それぞれにはワークW
を搬送するためのローラ49が設けられている。
う表面処理方法を第4図も参照して説明する。
の中間扉22および冷却室3の抽出扉16を閉め、先ず、シ
リンダ18の作動により加熱室2の装入扉13を開け、装入
テーブル47上のワークWを装入口8から加熱室2内に装
入し、続いてシリンダ18の再作動により装入扉13を閉じ
る。次に真空ポンプ40を運転して加熱室2内を排気する
と共に、ヒータ25に通電して加熱室2内を軟窒化温度
(550〜650℃)に保持する。そして加熱室2内が真空0.
5Torr以下に達したら、N2ガス発生源に通じる配管38の
バルブ46を開いて加熱室2内にN2ガスを導入し、これと
同時にフアン26を回転させる。この時、真空ポンプ40に
通じるバルブを調整して炉内圧を650〜700Torrに調整す
る。ワークWは、N2雰囲気中で対流加熱され速やかに窒
化温度(550〜650℃)まで加熱される。
40を運転して加熱室2内を0.5Torr以下まで排気し、今
度は、前記N2ガス発生源に通じる配管38に加え、NH3ガ
ス発生源に通じる配管36、CO2ガス発生源に通じる配管3
7のバルブ46も開き、加熱室2内にNH3ガス、CO2ガス、N
2ガスを所定の比率で導入する。この時、真空ポンプ40
に通じるバルブを開閉して炉内圧を500〜600Torrに調整
する。なお、本実施例においてはNH3、CO2およびN2ガス
の導入経路を分離しているので、ガス相互の反応に起因
するガス導入口36,37の目詰まりを防止できる。
うに反応する。
(N)を生成し、これがワークWの表面に侵入して窒化
反応が起こる。またCO2は(1)式で生成したH2と反応
してCOとH2Oを生成し、このCOは、さらに(3)式によ
って発生期の(C)を生成し、これがワーク表面に侵入
していわゆる浸炭が起こる。
N2ガスの導入を止め、真空ポンプ40の運転により加熱室
2内を0.5Torr以下になるまで排気し、その後、CO2発生
源と空気源とに通じる配管37のバルブ46を開き、CO2と
空気(O2)とを同時に加熱室2内に導入する。この時、
空気の導入は短時間(約1分間)で止めてCO2のみを継
続導入する(約10分間)と共に、真空ポンプ40に通じる
バルブの開閉により圧力をほゞ350Torrに調整する。こ
の酸化性ガスの導入によりワークWの表面で酸化反応が
起こるが、CO2の酸化力は弱いので安定なFe3O4が生成
し、また空気による急激な酸化反応で生じたFeOの大部
分はCO2の過剰供給によりFe3O4に変化し、結果としてワ
ーク表面にはFe3O4を主体とする酸化皮膜が形成され
る。しかも、この酸化処理時における酸化皮膜の膜厚
は、空気とCO2ガスの導入流量および導入時間を管理す
ることで制御されることになり、減圧下(350Torr)の
処理で酸化反応が抑制されることと相まって、膜厚を容
易かつ正確に制御できる。
2内を排気する。なお、冷却室3は上記軟窒化および酸
化処理の間に、真空ポンプ41の運転により加熱室2とほ
ゞ同圧にされている。次に、シリンダ24の作動により中
間扉22を開け、ローラコンベア30によりワークWを冷却
室3へ搬入する。そして、中間扉22を閉じると同時にN2
ガス発生源に通じる配管44のバルブ46を開け(第3
図)、N2ガスを冷却室3内に導入する。この時、真空ポ
ンプ41に通じるバルブを開閉して冷却室3内の圧力を65
0〜700Torrに調整すると共に、フアン28を回転する。冷
却室3内のワークWはフアン28の回転による対流冷却に
よって急速に冷却され、これによって窒化物層は安定と
なる。冷却終了後は、ベント口に通じる配管45のバルブ
46を開いて冷却室3内を大気圧に戻し、シリンダ20の作
動により抽出扉16を開けてワークWを抽出テーブル49上
に搬送し、これにて一連の表面処理は完了する。
ワーク(処理品)の表層部についてX線回折をした結
果、第5図に示すように、該表層部にはFeOの存在しな
いFe3O4を主体とした酸化皮膜が形成されていることが
確認できた。これは、FeOの酸化物とCO2との間に、[3F
eO+CO2Fe3O4+CO]からなる関係が存在し、CO2を過
剰に供給することでFeOがFe3O4になるからである。これ
に対して、上記装置を用いて単に空気を導入して酸化を
行った場合は、同じくX線回折結果を表わす第6図に示
すように、かなりのFeOが存在している。
表面への酸化皮膜形成方法によれば、急激な空気酸化を
抑えてFe3O4を安定してかつ速やかに形成することがで
き、サイクルタイムの短縮に大きく寄与する効果を奏す
る。
を示す断面図、第2図は、第1図のII−II矢視線に沿う
断面図、第3図は、第1図のIII−III矢視線に沿う断面
図、第4図は、本発明の方法における熱サイクルおよび
圧力サイクルを示す線図、第5図は、本発明の方法で得
た処理品の表層部のX線回折結果を示すグラフ、第6図
は、空気単独で酸化処理をした処理品の表層部のX線回
折結果を示すグラフである。 2……加熱室、3……冷却室 13……挿入扉、16……抽出扉 22……中間扉、25……ヒータ 26,28……フアン、30……ローラコンベア 34,35……ガス導入口、39……排気口 40,41……真空ポンプ、W……ワーク
Claims (2)
- 【請求項1】軟窒化処理を施した鉄鋼部品を、大気圧よ
り低い減圧下で空気とCO2ガスの供給雰囲気に曝して、5
50〜650℃に加熱保持することを特徴とする軟窒化表面
への酸化皮膜形成方法。 - 【請求項2】軟窒化処理を施した鉄鋼部品を、大気圧よ
り低い減圧下で空気とCO2ガスの供給雰囲気に引続いてC
O2ガスの供給雰囲気に曝して、550〜650℃に加熱保持す
ることを特徴とする軟窒化表面への酸化皮膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066390A JP2816488B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 軟窒化表面への酸化皮膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066390A JP2816488B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 軟窒化表面への酸化皮膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04363A JPH04363A (ja) | 1992-01-06 |
| JP2816488B2 true JP2816488B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=14280034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10066390A Expired - Lifetime JP2816488B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 軟窒化表面への酸化皮膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2816488B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017172961A (ja) * | 2017-04-28 | 2017-09-28 | エスペック株式会社 | 乾燥装置 |
| JP2017172963A (ja) * | 2017-04-28 | 2017-09-28 | エスペック株式会社 | 乾燥装置 |
| JP2018087690A (ja) * | 2018-02-23 | 2018-06-07 | エスペック株式会社 | 乾燥装置 |
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| WO2004020685A1 (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-11 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | 有層鋼材製部材およびその製造方法 |
| JP5897432B2 (ja) * | 2012-08-31 | 2016-03-30 | 曙ブレーキ工業株式会社 | 鋳鉄製摩擦部材の製造方法 |
| EP2966189B8 (en) * | 2013-03-08 | 2019-08-21 | Nippon Steel Corporation | Semi-finished material for induction hardened component and method for producing same |
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-
1990
- 1990-04-17 JP JP10066390A patent/JP2816488B2/ja not_active Expired - Lifetime
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