JPH0222451A - 真空浸炭方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、熱分解の早いプロパン（Ｃ，Ｈａ）やブタ
ン（Ｃ４Ｈ１゜）等を使用し、減圧雰囲気中の加熱室内
で被処理物を浸炭・拡散する真空浸炭方法に関する。

〈従来の技術〉 従来、減圧雰囲気中の加熱室内で被処理物を浸炭・拡散
する真空浸炭方法では、浸炭時、浸炭ガスを加熱室内へ
連続的に供給し、炭素を被処理物の表面に均等に浸入固
溶させる（実際には、発生期の原子状炭素を被処理物の
表面に吸着させた後に固溶させる）よう、その浸炭ガス
を被処理物の表面に均等に触れさせるため、次の４　ｆ
ｉ類の方法が知られている。

■加熱室へ浸炭ガスを供給する吹出し口を多数設ける。

■さらにその吹出し口において、浸炭ガスが広範囲に噴
出するように、放射状に噴出穴を設ける■浸炭ガスを攪
拌して均等に行き渡るよう、加熱室内に攪拌層を設ける
。

■導入した浸炭ガスを排気した後、新しい浸炭ガスを所
定設定値の圧力まで導入し、これらの排気・導入を繰返
し行なう。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、従来の方法では、浸炭ガスがある程度の時間（
少なくとも２分以上）連続的に供給されるため、浸炭ガ
スの流速が遅く（約６　ｍ／ｓ程度）、熱分解速度が早
いプロパンやブタンを浸炭ガスとして使用する場合、吹
出し口や噴出穴付近で直ちに熱分解し、ススとなって吹
出し口や噴出穴を塞いでしまう。

その結果、既述の■や■の方法では、浸炭ガスが各吹出
し口や噴出穴から均等に噴出されず、浸炭ムラを生じさ
せてしまうことから、これに対処するため、さらに必要
以上の浸炭ガスを供給し、吹出し口や噴出穴が塁がらな
いようしていた。

また、既述の■の方法においても、加熱室内が減圧され
ており、浸炭ガスが希薄となるため、攪拌効果があまり
期待できない。そのため、大気圧に近い状態まで浸炭ガ
スを必要以上に供給していた。

さらにまた、既述の■の方法においても、浸炭ガスの導
入と排気を繰返して行なうことから、多量の浸炭ガスが
必要となっていた。

すなわち、従来の方法で熱分解速度の早い浸炭ガスを使
用して真空浸炭する場合には、必要以上に浸炭ガスを加
熱室内に供給することから、加熱室内に多量のススを生
じさせ、その結果、意に反して上述のような吹出し口や
噴出穴の詰まりゃ、さらに発熱体等にススが堆積するこ
とによる故障等を生じさせ、また、浸炭ガスの使用量が
多くなって不経済となっていた。

この発明は、上述の課題を解決するもので、熱分解の早
い浸炭ガスを使用しても、浸炭ガスを噴出させる噴出穴
の詰まりを防止できて浸炭ムラを生じさせることなく、
かつ、ススの堆積を生じさせることなく被処理物を処理
することができ、さらに、使用する浸炭ガス量が少なく
て済む真空浸炭方法を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 この発明に係る真空浸炭方法は、熱分解の早い浸炭ガス
を使用し、減圧雰囲気中の加熱室内で被処理物を浸炭・
拡散する真空浸炭方法であって、浸炭時、前記加熱室内
へ複数回前記浸炭ガスを噴射し、前記１回の噴射時間を
１秒以下とし、かつ、前記浸炭ガスの噴射時の流速を１
００　ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする。

〈発明の作用・効果〉 この発明に係る真空浸炭方法では、浸炭ガスの熱分解で
生ずる発生期の原子状炭素を被処理物の表面に効果的に
供給し、浸炭処理するものであるすなわち、熱分解の早
いプロパンやブタン等では、熱分解して発生期の原子状
炭素を生ずるまでの時間が１７１００〜ｌ／１０秒（９
００℃において）と極めて短かく、また、その発生期の
原子状炭素の寿命は　１／１００００〜１７１０秒程度
と極めて短かい。

そのため、流速を１００　ｍ／ｓ以上として加熱室内へ
熱分解の早いプロパンやブタン等の浸炭ガスを噴射すれ
ば、被処理物表面近傍に、容易かつ均等に素早く分散さ
せて、熱分解して生じた発生期の原子状炭素を供給でざ
る。

したがって、この発明に係る真空浸炭方法では浸炭ガス
の流速が速く、噴射穴にススが詰まることを防止できて
浸炭ムラを防止できる。さらに、浸炭ガスの流速が速く
、効果的に被処理物表面近傍に発生期の原子状炭素を供
給することができることから、浸炭ガスの１回の噴射時
間が１秒以下と短くとも、支障なく浸炭処理を行なうこ
とができ、使用する浸炭ガスの使用量が少なくて済むと
ともに、加熱室内のスス付着による発熱体等のトラブル
を防止できる。

〈実施例〉 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

実施例で使用する真空浸炭炉１は、第１図に示すように
、加熱室２と冷却室３との２室を備え、加熱室２と冷却
室３とが、真空容器４で覆われるとともに、真空弁９・
１１を備えた管路１０・１２を介して真空ポンプＶにそ
れぞれ接続されている。

加熱室２は、高温環境の真空中および大気中において化
学的・強度的に安定している発熱体２ａと断熱材２ｂか
ら構成されている。

５は装入扉、５ａは内部装入扉、６は中間真空扉、６ａ
は内部中間扉である。

冷却室３は、内部に冷却手段としての油槽３ａを備える
とともに、電磁弁１３を備えた管路１４を介して窒素等
の不活性ガス源Ｇに接続されている。８は、被処理物Ｍ
を油槽３ａに入れる昇降台であり、７は搬出扉である。

そして、この真空浸炭炉１では、加熱室２に浸炭ガスを
噴射するノズル１５が配設され、このノズル１５は管路
２０を経て浸炭ガス源Ｃに接続されている。

１６は、電磁弁、１８は流量調整器、１９は流量計であ
る。１７は、電磁弁１６近傍に設けられ内部容積を広く
しているクツションタンクである。

つぎに、この真空浸炭炉１を７使用して、鋼材である被
処理物Ｍを浸炭処理する方法について説明する（第２図
参照）。

まず、装入扉５・５ａを開放し、第１の被処理物Ｍを加
熱室２に装入し、直ちに装入扉５・５ａを閉鎮する。

そして、真空ポンプＶを作動させるとともに電磁弁９・
１１を開き、加熱室２および冷却室３を真空排気しなが
ら、第１被処理物Ｍを所定温度（９５０℃）まで真空加
熱し、その温度をしばらく保持する。

その後、電磁弁１６を１分間で約１０回の割合で０．５
秒間開かせる（ｉ！磁弁１６の閉時間が約５．５秒、開
時間が０．５秒となる）。

するとその際、クツションタンク１７に貯溜されていた
浸炭ガス（プロパン）が噴射ノズル１５から加熱室２内
に噴射される。この時、プロパンは次のように熱分解す
る。

Ｃ３Ｈ８（プロパン） −［Ｃ］（原子状炭素）　”Ｃ２Ｈ６÷Ｈ７（分解速度
１７１００秒（約９００℃において））Ｃ２Ｈ８（エタ
ン） −［Ｃ］（原子状炭素）　＋ＣＨ，◆Ｈ２（分解速度ｌ
／１０秒（約９００℃において））この時の原子状炭素
［Ｃ］の寿命は　１／１００００〜１／ｌＯ秒である。

そして、この時の噴射ノズル１５からのプロパンの流速
は、次のようにして求められる。浸炭ガス源Ｃからのプ
ロパン供給量が１ｏＩｌ／分、ガス噴射回数が１０回／
分、クツションタンク１７の容積が　２．５℃とすると
、１回の噴射でノズル１５から噴射されるプロパンは、
クツションタンク１７内に６秒間に溜まる量であり、１
ｆｌ噴射されることとなる。

そして、　０．５秒間に１１であることから、１秒間で
は２Ｉｌ噴射されるのと同様の流速となり、圧力膨張と
ノズル１５の開口面積から次のように流速が求まる。

流速＝ ここで、加熱室２内の圧力は２０　Ｔｏｒｒ、ノズル１
５の開口面積は２０φの間口径であり、３．１４Ｘ１０
　””ｍ２となる。

したがって、流速は となる。

また、１回の噴射で加熱室２内へ導入されるプロパンの
容積は、２０　Ｔｏｒｒの圧力下では次のように求めら
れる。

１回のプロパンの噴射量×圧力膨張ｘ％＠ｐ’Ｊ時３　
（Ｃ３Ｈ８→２［Ｃ］＋（：Ｈ４＋２Ｈ２→３モル）＝
　　　５ｔｏＩｌ　７０．５　　秒置上のように、電磁
弁１５が１回開くと、爆発的に加熱室２内に浸炭ガスが
熱分解しつつ充満し、第１の被処理物Ｍの表面に均等に
原子状炭素［Ｃ］を吸着させることができ、その後、原
子状炭素［Ｃ］の寿命が尽きて形成されたススやメタン
ガス・水素ガスは真空ポンプＶによって加熱室２外へ排
気される。

したがって、実施例のように浸炭処理すれば、発明の作
用・効果の欄で述べたと同様な効果を奏することができ
る。

そして、浸炭処理したならば、電磁弁１６を閉じ、再び
真空加熱して拡散処理し、その後、焼入温度まで降温均
熱加熱する。なお、その間に冷却室３を真空排気してお
く。

その後、中間真空扉６・６ａを開き、第１の被処理物Ｍ
を冷却室３の昇降台８に移送し、直ちに中間真空扉６・
６ａを閉鎖する。

その後、電磁弁１３を開いて不活性ガス源Ｇからの窒素
ガスを冷却室３内に供給し、昇降台８を降下させて焼入
処理する。その間に、高温の加熱室２内へ空気を導入し
て大気圧状態とし、さらに、挿入扉５・５ａを開いて後
続の第２の被処理物Ｍを加熱室２へ挿入し、直ちに挿入
扉５・５ａを閉じる。

そして、昇降台８を上昇させ、搬出扉７を開いて第１の
被処理物Ｍを炉１外へ搬出し、直ちに搬出扉７を閉じ、
冷却室３を真空排気する。その間に、後続の第２の被処
理物Ｍを既述のように真空加熱・浸炭・拡散処理し、吹
下順次繰り返して操業する。

なお、実施例では、ノズル１５から噴射される浸炭ガス
の流速が約２４０　ｍ／ｓの場合を説明したが、爆発的
に加熱室２内へ浸炭ガスを供給することが必要であり、
流速は約１００　ｍ／ｓ以上であればよい。

また、実施例では、操業する炉として、２室タイプの真
空浸炭炉１を例に採り説明したが、勿論、本発明は、１
室のバッチ式タイプや連続操業されるタイプの真空浸炭
炉に応用できることはいうまでもない。

さらに、実施例では、電磁弁１６を１分間に１０回開く
場合を説明したが、炉１の大きさにもよるが、供給する
浸炭ガスの量を３０λ／分と多くするような場合には、
１分間に３０回程度でもよく、また、供給量を２λ／分
と少なくするような場合には、１分間に１程度度として
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実例で使用する真空浸炭炉の断面図
、 第２図は同実施例の運転サイクルを示す図である。 １・・・真空浸炭炉、 ２・・・加熱室、 ３・・・冷却室、 １５・・・噴射ノズル、 １６・・・電磁弁、 １７・・・クツションタンク、 ２０・・・管炉、 ■・・・真空ポンプ、 Ｇ・・・不活性ガス源、 Ｃ・・・浸炭ガス源、 ｒ４・・・被処理物。 特　　許　　出　　願　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱分解の早い浸炭ガスを使用し、減圧雰囲気中の加熱室
   内で被処理物を浸炭・拡散する真空浸炭方法であつて、 浸炭時、前記加熱室内へ複数回前記浸炭ガスを噴射し、
   前記１回の噴射時間を１秒以下とし、かつ、前記浸炭ガ
   スの噴射時の流速を１００ｍ／ｓ以上とすることを特徴
   とする真空浸炭方法。