JP3185015B2 - 鉄基材料上に腐食及び磨耗防止層を形成する方法及び装置 - Google Patents

鉄基材料上に腐食及び磨耗防止層を形成する方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面に近い範囲に
窒素、炭素及び酸素を豊富化する、鉄基材料上に腐食及
び磨耗防止層を形成する方法に関する。その上さらに本
発明は、この方法を実施する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】80年代の初め以来、窒化物層からの酸
化によって鉄基材料の腐食及び磨耗特性がはっきりと改
善できることがわかっている。炭窒化及びそれに続く酸
化の組合わせによってとくに良好な結果が達成された。
これらの処理は、ガス状及び液状の媒体において行なう
ことができる。その際、窒化層の後からの酸化の役割
は、材料の表面に腐食媒体を通さない閉じた酸化物層を
形成することにある。
【0003】酸化物のきわめて効果的な使用に商業的に
適用可能な多くの技術が存在するとはいえ、このように
処理された材料の腐食特性のこれまでに達成された特性
値は、多数の工業的用途に対して不十分である。
【0004】その上さらにとくに塩浴法がきわめて環境
に負担をかけるものであり、かつこのようにして形成さ
れた表面が粗く、それ故に中間又は後処理を受けなけれ
ばならないことは不利である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、一方
において前に述べた欠点を持たず、かつ他方においてこ
のようにして処理された材料の一層長い寿命を可能にす
る、鉄基材料上に腐食及び磨耗防止層を形成する方法を
提供することにある。さらに本発明の課題は、この方法
を実施する装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるこの課題の
方法に関する解決策は、 a)鉄の炭窒化物からなる化合物層を形成するために材
料を炭窒化し、 b)負圧のもとでプラズマ表面処理により材料の表面を
活性化し、かつ c)酸化物層を形成するために材料を酸化することを特
徴としている。
【0007】本発明により構成されたこの方法では、
化において、鉄の炭窒化物からなる化合物層を形成す
るため、表面に近い範囲は、窒素及び炭素を豊富化され
驚くべきことに、炭窒化を受けた材料が、後続の酸化
の前に負圧のもとでプラズマ表面処理を受けたときに、
基材料の腐食及び磨耗特性はっきりと改善できるこ
とがわかった。材料表面のイオン衝撃によって行なわれ
化学的及び物理的な相互作用反応は、炭窒化において
形成された化合物層の表面に近い範囲の活性化及び目的
とした変化を引起こす。このイオン衝撃に基いて、酸化
の際の表面に近い範囲の酸素の豊富化は、存在する化合
物層上における閉じた均一な酸化物層を生じる。このよ
うにして処理された鉄基材料は、通常の腐食テストにお
いて(DIN50021SSによる塩散布霧テストのよ
うな)、600時間までの寿命を有する。
【0008】本発明による方法の有利な構成によれば、
炭窒化及び酸化が、大気圧(通常圧力)において行なわ
れる。
【0009】炭窒化の間にとくに有効な化合物層を形成
するため、表面に近い範囲における窒素と炭素の豊富化
により鉄の炭窒化物 ε−Fe2(NC)1−x 及び/又は δ′−Fe4(NC)1−y が形成される。
【0010】閉じた均一な酸化物層を形成するため、表
面に近い範囲の酸素の豊富化のために、酸化が窒素−水
蒸気−混合気内において行なわれることは、特に有利と
わかった。方法の有利な構成によれば、酸化は、480
℃ないし520℃の温度範囲内において行なわれる。
【0011】負圧のもとで行なわれるプラズマ表面処理
による材料表面の活性化は、窒素、水素、炭素及び酸素
イオンによる材料表面の衝撃によって行なわれると有利
である。プラズマ中において前に挙げたイオンを形成す
るためにガス混合気の組成を適当に選択することによっ
て、炭窒化の際において形成される化合物層の目的とす
る変化を引起こすことができ、このことは、ここでも後
続の酸化に作用を及ぼす。
【0012】本発明によれば、装置に関する解決策は、
次のような特徴を有する。すなわち大気圧において行な
われる炭窒化と酸化、及び負圧のもとで行なわれるプラ
ズマ表面処理が、同じ装置内において実施される。
【0013】方法の3つのすべての段階を統合すること
によって、本発明による方法は、追加的な段階にもかか
わらず簡単かつ望ましいコストで行なうことができる。
【0014】
【実施例】次に本発明による方法の経過を概略的に説明
する:
【0015】処理すべき鉄基材料は、まずほぼ500℃
ないし590℃の処理温度に加熱され、かつ続いてアン
モニア−窒素−二酸化炭素−雰囲気において炭窒化プロ
セスにさらされ、その際窒素と炭素の豊富化は、鉄の炭
化物からなる化合物層を生じる。通常圧力(大気圧)
で行なわれる炭窒化後に、加工片は、酸化処理の温度に
される。同様に室温への加工片の冷却を行なうことがで
きる。加工片表面の後続のプラズマ援助されたイオン衝
撃のために、プロセス空間は排気される。同様にこの排
気とともに、室温へ加工片を前に冷却した際、酸化処理
の温度に加工片を同時に加熱することが必要である。窒
素、水素、炭素及び酸素イオンから形成されるプラズマ
を形成するため、材料はカソードとして接続され、一方
例えば装置壁は、アノードとして接続されている。高い
運動エネルギーで材料の表面に当たるイオンによって、
炭窒化において形成された化合物層の表面に近い範囲
は、加熱、インプランテーシヨン及びスパツタリングに
よって、後続の酸化において化合物層内及びその上に閉
た均一な酸化物層が形成できるように変化する。均一
な酸化物層の形成は、活性化プロセスの間にプラズマが
材料の表面全体の回りに生じることによって援助され
る。
【0016】プラズマプロセスの後に、装置は、通常圧
力にまで不活性ガスとしての窒素により満たされ、かつ
材料は、再びほぼ480℃ないし520℃のその処理温
度に加熱される。表面に近い化合物層の酸素の豊富化の
ため、続いて酸化のために、窒素−水蒸気−混合気を形
成する水蒸気を装置内に導く。酸化プロセスの終了後
に、このようにして処理された材料は、別の窒素を供給
して冷却される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シユテフエン・ホツペ ドイツ連邦共和国オーベラート−ロツ ト・ヒユルゼンプフアート14 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 8/22,8/32 C23C 8/38,16/36

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に近い範囲に窒素、炭素及び酸素を
    豊富化する鉄基材料上に腐食及び磨耗防止層を形成する
    方法において、 a)鉄の炭窒化物からなる化合物層を形成するために材
    料を炭窒化し、 b)負圧のもとでプラズマ表面処理により材料の表面を
    活性化し、かつ c)酸化物層を形成するために材料を酸化する ことを特徴とする、鉄基材料上に腐食及び磨耗防止層を
    形成する方法。
  2. 【請求項2】 炭窒化及び酸化が、大気圧において行な
    われることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 炭窒化の際に鉄の炭窒化物 ε−Fe2(N,C)1−x 及び/又は δ′−Fe4(N,C)1−y が形成されることを特徴とする、請求項1又は2に記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 酸化が、窒素−水蒸気−混合気内におい
    て行なわれることを特徴とする、請求項1ないし3の1
    つに記載の方法。
  5. 【請求項5】 酸化が、480℃ないし520℃の温度
    範囲内において行われることを特徴とする、請求項1な
    いし4の1つに記載の方法。
  6. 【請求項6】 活性化の際、材料表面が、窒素、水素、
    炭素及び酸素イオンによって衝撃を加えられることを特
    徴とする、請求項1ないし5の1つに記載の方法。
  7. 【請求項7】 大気圧において行われる炭窒化と酸化、
    および負圧のもとで行われるプラズマ表面処理が、同じ
    装置内において実施されることを特徴とする、請求項1
    ないし6の1つに記載の方法を実施する装置。
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