JPH0225560A - 粉体窒化剤及び該窒化剤を使用する鋼材の表面窒化処理方法 - 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〕 含んでいるダイス鋼（Ｓｕ）、高速度工具鋼（５ＫＨ）
、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の高合金鋼を、有毒シアン
等の有毒物の発生が可及的に少なく容易且つ簡便に窒化
処理することができる新規技術手段を提供するものであ
る。

〔従来の技術〕

周知の通シ、各覆鋼材に耐摩耗性、耐疲労性等を付与す
る目的で該鋼材の表面を窒化する技術として、ガス窒化
法、ガス軟窒化法（ティテンバー法）、溶融塩法（タフ
トライド法）及び窒化剤として固体の窒素化合物を使用
する固体窒化法等の各種窒化技術がちる。これ等の各種
窒化技術の内、固体窒化法は、窒化剤として固体の窒素
化合物を使用することに起因して、その操作が簡便であ
るとともに特殊な装置を必要とせず通常の電気炉が利用
できるという長所を有しているので、単発品、小ロット
品、小物品等を対象とする場合には最適の窒化技術とし
て注目されている。

今、上記の固体窒化法に分類できる従来技術を挙げると
、７オ一ド社（米）において開発された米国特許筒４１
　ｊ　９４４４号公報並びにこれに対応する特開昭５２
−７８７２５号公報に開示されている尿素等の窒素化合
物を水に溶解させ腋溶液を耐熱性粉体からなるバッキン
グ媒体に吸着させ乾燥したものを使用し、当該バクキン
グ媒体中に被処理物を埋込み約５００〜５５０℃で窒化
処理を行なう方法（以下「フォード法」という）、岸本
氏（印が開発された雑誌１１Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍ−
１９８ａ、年６月号−ＥＩ’Ｉ’Ｍ−５５−Ｐ　３０１
〜３０４（Ｎ独）」　に開示されている石灰窒素（カル
シウム・シアナミド）と炭酸ナトリウム、フェロマンガ
ン、シリコン−カーバイト及ヒ尿素との混合粉体（尿素
を用いない場合′４１する）中に被処理物を埋込み５０
０〜５７０’Ｃで窒化処理を行なり方法（以下、「岸本
法」という）及び日新化熱工業株式会社において開発さ
れた特公昭５ｌ−ｆ８２３１号に開示されている錠剤形
に固結した尿素を処理炉中に一定時間毎に一定量づつ投
入し５００〜６００℃で窒化処理を行なう方法（以下、
「ユニシフ法」という。尚、この方法はガス窒化法とし
ても分類されている。）がちる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前掲の各固体窒化法には、それぞれ次の如き問題点が内
在している。

即ち、フォード法は、被処理物が低合金鋼である場合に
は充分な窒化処理が行えるが、ダイス鋼（ＳＫＤ）、高
速度工具鋼（ＳＫＩＨ）、ステンレスｆｉ（ＳＵＳ）等
の高合金鋼を被処理物とする場合には充分な窒化処理が
行える°とはいい難い。岸本法は、窒化後の残渣中にシ
アンが多く含まれる場合があシ（本発明者が前出文献に
記載されているデーターに基づき行なった追試において
、５７０′ｃ、５時間の窒化処理後の残渣につき、当該
残渣の１ａ／ｖＳ水分散液を６時間振とり後、Ｐ遇し、
ｐ液を試料としてＪ工Ｓ−に０１０２の５８−１−２に
示されている分析法によって分析したところ、全シアン
量１ｓｏｏｐ’ｐｍの値を示した。）、公害対策上の問
題がある。ユニシフ法は、尿素供給装置及び酸化を防止
するための窒素ガス送入装置が付設された特別の処理炉
を必要とし、その操作も煩雑といえる。

更に、上掲三種のいずれの方法によっても、ステンレス
鋼、＃にオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、５Ｕ
Ｓ−，５０４，３１６，５０５等）のように、表面に強
固な酸化不働態化皮膜が生じる材料を被処理物とする場
合には充分な窒化処理が行なえないという問題点がある
。もつとも、か＼る被処理物に対しては、酸処理や加熱
水素ガス還元処理等の前処理を施すことも考えられるが
、当業界においては、面倒な前処理が行われることは殆
んどなく、オーステナイト系ステンレス鋼の窒化処理に
ついては殆んどお手上げの状態とされているのが実状で
ある。

本発明は、上記の諸問題点を解決し、オーステナイト系
ステンレス鋼のような高合金鋼であって的課題とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

前記技術的課題は、本発明、即ち、一次粒子径０．２μ
ｍ以下のジシアンジアミド及び／又はメラミンを８０〜
１０重量％と平均粒子経２〜２０μｍの範囲内の鉱物粉
体又は／及び金属酸化物粉体９ｏ〜２゜重量％とを混合
してなる粉体窒化剤を、被処理物とする高合金鋼材とと
もに耐熱性容器内に収納し５００〜６００℃で１〜３時
間保持して浩該鋼材表面に窒化層を形成させることから
なる高合金鋼材の表面窒化処理方法なる技術手段によっ
て達成できる。

本発明の構成について詳しく説明すれば、次の通ルであ
る。

先ず、ジシアンジアミド（Ｃ２Ｈ４Ｎ４）　％　　メラ
ミン（Ｃ’、Ｅｒ６Ｎ６）を選定した理由を述べる。

通常、５００〜６００℃（窒化温度）において空気と速
断された状態で炭素源と窒素源とが共存（−ていると有
毒シアンが発生しゃすい。例えば、本発明者による岸本
法の追試結果によれば、窒化処理前には全シアン量４．
５″ｙｇｒ１１シか検出されないが、　窒化処理後洗は
、前記の通シ、全シアン量１５００ｐｐｍと大巾に増加
する（尚、これは、窒化剤である石灰窒ｌＩｇが熱分屏
して生じたシアンが炭酸ナトリウムにイオンの形で４１
提されるためと推定される）。

また、例えば、７エセシアン化カリ、７エリシアン化カ
リ、紺青等のシアン錯化合物は窒化能力をもっているが
、これを窒化剤とする場合には、窒化処理前は安定なシ
アン鉄錯イオンの形を呈して噴るが、窒化処理後には毒
性の強いシアン化合物の形に変化してしまうのである。

そこで、本発明者は、数多くの窒素化合物について系統
的な検討を加えた結果、ＳＯＯ〜６００　ｔ−において
空気と速断された状態で炭素源と共作しても有毒シアン
の発生が可及的に少ないものとして、シアナミド（ＣＮ
−ＮＨ，）の二量体であるジシアンジアミドと二量体で
あるメラミンとに着目した。これらは分解反応時に酸素
を取シ込んでシアン酸重合物（水に不溶で毒性もない）
を生成し、シアンイオンは殆んど生じない。

そして、本発明者は、ジシアンジアミド、メラミンを特
定条件下で固定窒化法の窒化剤として用いる場合には、
驚くべきことには前掲の各固体窒化法によっては充分な
窒化処理が行なえないとされていたオーステナイト系ス
テンレス鋼に対しても充分な窒化処理を行なりことがで
きることを知シ、これらを選定したのである。

次に１本発ｆ！ＡＫおけるジシアンジアミド、メラミン
の使用条件について述べる。

ジシアンジアミドの融点は２０９ｔ、メラミンの融点は
３５４　ｒであル、この融点前後から分解が始まるが、
溶融時には粘性の高い液状となシ、更に分解が進んでシ
アン酸重合体が生成すると凝集固化する・従って、ジシ
アンジアミド及び／又はメラミンをそのｔ″！！！窒化
剤として固体窒化法を実施する場合には、溶融時にはア
ンモニア等の分解ガ器内において窒化剤と被処理物とが
接触してぃない状態において窒化処理を行なう態様にあ
っては該被処理物にも付着するととＫなる。また、凝集
時にはガス抜は孔が不均一に多数生ずることＫなシ、容
器内において窒化剤と被処理物とが接触している状態に
おいて窒化処理を行う態様にあっては色むら、窒化むら
の原因となシ、また当該被処理物の表面に凝固物が付着
し、除去に手間がか＼ることにもなる。

と・ころが、後述する諸条件に従って、ジシアンジアミ
ド及び／又はメラミンと耐熱性のある鉱物粉体及び／又
は金属酸化物粉体とを混合して月いれば、上記の溶融、
その後の凝固時における各難点が解消できるとともに容
器内における発生ガスの効率のよい流通がはかれ、結果
として窒化効率を飛躍的に向上させることができるので
ある・尚、フォード法においてもバクキング媒体として
耐熱性粉体が使用されているが、同法μ尿素等の窒素化
合物を水に溶屏してバクキング媒体に吸着させ乾燥する
という手段を採るものであり、この手段を仮ＤＫジシア
ンジアミド、メラミンに適用するならば、ジシアンジア
ミド、メラミンの水への溶解度が、それぞれ２．７５９
／１００ｇ水ａｔ１５℃、０Ｊ２４ｆ／１　ｄ’；ｊ、
　ａｔ　２０℃と非常に少ないので、飽和水溶液を吸着
させるとしても、高合金鋼の窒化処理を可能とするに必
要な窒化剤濃度とすることはできない。例えば、本発明
者の行った実験では、バーミ１キ島ライト１ｊにジシア
ンジアミドの１５℃における飽和水溶液３００１ｄ（バ
ーミ為キムライトの吸水量が５００　Ｍｌ／））を吸着
させ、乾燥したところジシアンジアミドの吸着量は僅か
８．２！Ｍにすぎなかった。一方、ジシアンジアミド、
メラミンを耐熱性粉体と混合して使用する場合には、高
合金鋼の窒化処理に必要にして充分な量とすることがで
きるのである。

もつとも、ジシアンジアミド、メラミンと対熱性粉体と
を混合して使朋して、前記の難点を解消するとともに容
器内における発生ガスの効率のよい流通をはかるために
は、両者の粒径並びに配合割合が重要である。本発明者
は、ジシアンジアミド、メラミンと平均粒子径の異なる
種々の鉱物粉体、金属酸化物粉体とを各種割合で混合し
１数多くの窒化処理実験を行なって窒化能力、窒化状況
及び窒化残渣について検討を行なった結果、次の通常、
ジシアンジアミド、メラミンは微細結晶であり、二次凝
集をほぐした一次粒子径はｏ、２ｆｉｍ以下である。

一次粒子径０．２μｍ以下のジシアンジアミド、メラミ
ンを用いる場合に、前記の溶融、その後の凝固時におけ
る各難点が解消するとともに容器内における発生ガスの
効率のよい流通をはかるために、充分な空隙を保たせる
には、少くとも１０倍以上の粒子径の鉱物粉体、金属酸
化物粉体と混合して用いる必要があることが実験の結果
判明した。１０倍未満の場合には、両者間の粒子径の差
が小さいので自重や振動で刑密化してしまって充分な空
隙が得られないのである。また、１００倍以下の粒子径
の鉱物粉体、金属酸化物粉体と混合して用いる必要があ
ることが実験の結果判明した。１００倍を越える場合に
は、生ずる空隙が大きすぎてガス抜けＫよシ窒化効率が
低下してしまうとともに空隙部が不均一に生じるために
窒化むらが生じるのである。

従って、一次粒子径０．２μｍ以下のジシアンジアミド
、メラミンを用いる場合には平均粒子径２〜２０、／ｉ
ｎの範囲内の鉱物粉体、金属酸化物粉体と混合して用い
ねばならない。

一次粒子径０．２μｍ以下のジシアンジアミド及び／又
はメラミンの配合割合が多い程、窒化能力も高くなるが
、少くとも１０重量％以上を配合すれば、高合金鋼の内
で窒化しにくいとされているステンレス鋼（例えば、５
ＵＳ−４５０，５Ｏ３−４２ＤＪ−２、５ＵＳ−４５０
等）を充分窒化できることが実験の結果判明した。一方
、前記の溶融、その後の＃！固時における各難点を解消
するとともに容器内における発生ガスの効率のよい流通
をはかるために、充分な空隙を保九せるには、平均粒子
径２〜２０μｍの範囲内の鉱物粉体及び／又は金属酸化
物粉体を少くとも２０重量％以上配合する必要があるこ
とが実験の結果判明した。

従って、一次粒子径０．２μｍ以下のジシアンジアミド
及び／又はメラミンを８０〜１０３１ｉ量チ、平均粒子
径２〜２０μｍの範囲内の鉱物粉体及び／又は金属酸化
物粉体を９０〜２０重量％の割合で、両者を混合して用
いなければならない。より好適な割合は、前者が７０〜
３０重量％、後者が７０〜３０重量％の割合であり、こ
の割合は、オーステナイト系ステンレス鋼（例えば、５
ＵＳ−５０４，３１６等）を対象とする場合に適してい
る。

次に、平均粒子径２〜２０μｍの範囲内の鉱物粉体、金
属酸化物粉体について述べる。

前者としては、珪藻土、珪砂、雲母、セリサイト、ベン
トナイト、識性白土、軽石、カオリン、フレ・−、タル
ク等を用いればよく、後者としては、アルミナ、チタン
白、亜鉛華、マグネシア等を用＾ればよい。これら粉体
は、いずれも充分な耐熱性を有しておシ、６００　ｔ：
以上に加熱されても、分解せず、また形くずれすること
もない。

１＋、各粉体は、粒子径のばらつきが少なく粒のそろっ
ているものであることが望ましく、これはよ多安定し九
空隙が形成できるからでらる・所要の粒子径が自由に選
べ、粒子径がそろっておシ、安価に入手できる点で、沖
過助剤として市販されている珪藻土（例えば、ラジオラ
イト（商品名：昭和化学工業（株）製）、ダイカライド
（商品名：グレートレークス・カーボン・コーポレーシ
ョン製）が最適である。

次に、本発明に係る粉体窒化剤の調製法を述べる・ 調製法は容易であり、所要量の市販ジシアンジアミド結
晶及び／又は市販のメラミン結晶の二次凝集を、らいか
い器、ロールミル、粉砕機等を用いてほぐして一次粒子
径０．２μｍ以下のものとし、これと所定平均粒子径の
鉱物粉体及び／又は金属酸化物粉体とを、ｖＢ混合器、
回転羽根式混合器等を用いて均一に混合すればよい。

以上説明した通シの本発明に係る粉体窒化剤を使用して
行なう高合金鋼材の表面窒化処理方法は、次の通シであ
る・ １付きの耐熱性容器（例えば、ステンレス製容器）に本
発明に係る粉体窒化剤と被処理物とを収納して蓋をしめ
、当該容器を、周知の流気式熱処理炉や小型電気炉を用
いて加熱し、５００〜６００℃で１〜３時間保持し、放
冷（空冷）後、容器から被処理物を堰）出せば、当該被
処理物の表面には所要の窒化層が形成されている。

尚、粉体窒化剤と被処理物とを容器内に収納するに当っ
ては、粉体中に被処理物を埋め込む態様（以下、「埋め
込み法」という）並びに治具を使用して粉体から被処理
物を隔離支持する態様（以下、「ガス雰囲気法」という
）のいずれの態様を採ることも可能である。第１図は、
粉体窒化剤１と被処理物２とを蓋付き容器３内に収納す
る諸悪様を示す縦断面説明図であり、同図中のＡは埋め
込み法を示し１、Ｂ−Ｄはいずれも、ガス雰囲気法を示
している。Ｂでは針金４を使用して被処理物を吊り下げ
てお夛、Ｃでは保持具５上に被処理物を載置しており、
Ｄでは金網６上に被処理物を載置している。

尚、粉体窒化剤の使用量は、埋め込み法では被処理物が
充分に埋め込まれる量を、ガス雰囲気法では容器の高さ
の約／４稿度までとなる量を、それぞれ使用すればよい
。

次に窒化時間及び窒化温度について述べる。

被処理物とする被処理物の大きさや量と容器の大きさと
に゛よって影響されるが、通常、被処理物が窒化開始温
度（約５ｏｏ′ｃ）に達するには少くとも２０〜５０分
を必要とするので、実質的な窒化時とも（で化合物層と
拡散層とが厚くなって行くが、３時間を越えると表面の
酸化層が増すだけで窒化効果は殆んど増大しない。例え
ば、本発明者の行りｉ実験結果テハ、５ＵＳ−５ｒＪ　
４を、５７０　℃　”℃　１時間処理した場合には、酸
化層は殆んど零、化合物層は１μｍ、拡散層は１０μｍ
であり、５７０ｔ−で２時間処理し念場合には、酸化層
は０．５μｍ以下、化合物層は３４、拡散層は３０μｍ
であ）、５７０でで３時間処理し念場合には、酸化層は
０．５μｍ１化合物層は５μｍ１拡散層は５０μｍであ
るが、５７０１：で４時間処理した場合には、酸化層は
１悶、化合物層は５μｍ１拡散層は５５μｍである。

窒化温度は窒化時間との組合せにおいて５００〜６００
″”ｃｏｗ囲から窒化目的に合せて選定することができ
る。例えば、耐摩耗性が必要な場合には、化合物層が有
効なので、５５０〜５７０　℃・２〜５時間が適鱗であ
り、この条件では最表面に生じる四三酸化鉄からなる酸
化層が潤滑性を与えるので、さらに耐摩耗性に寄与する
！Ｉｔｊ果ともなる。一方、耐疲労性が必要な場合には
、拡散層がいるので、５００〜５３０℃・１〜３時間が
適当である。

尚、６００℃以上では酸化反応が進行し、窒化は進まな
い。

被処理物とする高合金鋼材は、硬化元素であるＣｒ％Ｍ
Ｏ１Ｗ％ぬｘ、ＡＩ、Ｖ等の一種又は二種以上を総計で
６重量％以上含んでいるものを充分窒化し硬化すること
ができ、ダイス鋼（ＳＫＤ　”）、高速度工具鋼（ＳＫ
Ｈ）及びステンレス鋼（ＳＵＳ　”）の如き高合金鋼が
対象となる。

尚、本発明においては、窒化処理時にアンモニアガスが
発生するが、発生したアンモニアガスの殆んどは容器内
で消費されてしまうので、容器の外に漏れ出すものはご
く小量であり、室内換気を充分にするか、或いは局所排
気扇を用いれば、作業者に悪影響を及ぼすことはない。

〔作用〕

本発明に係る粉末窒化剤の反応機構は、ジシアンジアミ
ド、メラミンの熱分解反応が複軸なため、いまだ充分解
明していないが、本発明者は数多ぐの実験データを検討
した結果、以下の如く考察している。

即ち、本発明に係る粉末窒化剤は、加熱されることによ
って、先ずアンモニアガスを発生させ、温度上昇にとも
なってアンモニアガスの発生が少なくなると、次いで容
器内の空気中の酸素を取シ込んでシアン酸重合物を生成
させるとともに活性窒素（Ｎ）も生成させるものであり
、窒化作用はアンモニア分解反応（２ＮＨ，→２Ｎ　＋
　３Ｈ，）が主で、これにシアン酸重合物からのＮが加
わって窒化が進行するものと推定できる。

尚、窒化反応が充分に進行すると容器内の空気中の酸素
とシアン酸重合物の作用によって、被処理物の最表面に
四三酸化鉄の黒色皮膜が生じる。

この酸化皮膜は潤滑性を示すので、前述の通シ、耐摩耗
性を目的とする場合には有効に作用するが、不用のとき
には、パフ研磨、クレンザ−研磨等によって容易に除去
することができ、そりすれば強固な窒化皮膜が残る。

また、本発明に係る粉末窒化剤は、ジシアンジアミド、
メラミンが他の窒素化合物、例えば尿素と比較して分解
速度が遅く、しかも鉱物粉体、金属酸化物粉体が併存し
ていることに起因してよシ遅くなっているので、上記の
アンモニアガス、シアン酸重合物及びＮの生成がゆるや
かに進行するから高合金鋼材を充分窒化することができ
るのである。

尚、ジシアンジアミド、メラミン及び尿素の分解速度を
比較した結果を次表に示す。

表１は、王者をそれぞれ蓋付きル・シボに入れ、５７０
ｔ−で加熱して減量変化を測定した結果である。

次に、本発明に係る粉末窒化剤がステンレス鋼、特にオ
ーステナイト系ステンレス鋼に有効な理由を説明する。

ステンレス鋼の表面には酸化クロムを主成分とする緻密
で強固な不働態化皮膜が生成しているので、従来法によ
っては充分窒化することができない。か＼るステンレス
鋼を窒化するためには、不働態化皮膜の主成分である酸
化クロムを還元して金属クロムとする必要があるが、本
発明に係る粉末窒化剤を適用した場合には、窒化温度で
ある５００〜６００υにおいてステンレス鋼の表面で高
濃度のアンモニアガスの分解反応が起って水素ガス（■
２）が発生し、この馬によって酸化クロムが還元される
と同時に、同じくアンモニアガスの分解反応によって発
生するＮによって窒化クロムとなるのである。この場合
、本発明に係る粉末窒化剤は高濃度のアンモニアガスを
発生させるのに必要な量の窒素化合物を配合できるので
、還元と窒化を効率よく行わせることができる。尚、窒
化反応にはアンモニアガスの分解反応によって発生する
因みに、ユニシフ法、フォード法で用いられている尿素
の熱分解反応（Ｃｏ（ＮＨ２）、→ＣＯ＋　２Ｎ　＋ｚ
Ｈ２）においても馬が発生するが、前者においては結果
的にはガス窒化であるため還元・窒化効率が低く、また
尿素の供給量が限られるために、ステンレス鋼の窒化は
不可能であり、後者においては埋め込み法によっている
ので還元・窒化効率は高いと考えられるが、本発明者の
行なった追試結果ではステンレス鋼を充分に窒化するこ
とは不可能であり、その理由はさだかではないが、−酸
化炭素（ＣＯ）の存在が馬による酸化クロムの還元を妨
害してい乙のではないかと考えられる。

尚、両者は、ｃｏによる浸炭とＮによる窒化とが同時に
生じる軟窒化効果を得ているものであって低合金鋼に有
効な方法であるが、一方、本発明においては、ＣＯは発
生せずアンモニア分解反応によって生じるＮとシアン酸
重合物からのＮとＫよる純粋な窒化効果を得ているもの
であるから、低合金鋼に対しては有効ではないが、硬化
元素を多く含んでいる高合金鋼に対しては極めて有効で
ある。

〔実施例〕

次に、実施例によって本発明の構成、効果を説明する。

実施例　１゜ ジシアンジアミド（日本カーバイドＣ株）裏）６０ｇを
よくほぐして一次粒子径０．２μｍ以下のものとした後
、平均粒子径２．２μｍのアルミナ粉末Ｃ・イジライ）
Ａ−４０・商品名・昭和電工（株＞却４ｏｑを加え、実
象室用小型Ｖ型混合機に入れて１０分間混合して、粉体
窒化剤を得た。この粉体窒化剤の見掛比重は０．３２で
あった（１！ｌ容量で３ｚｏｇ）。

８１径のＳＵＳ製蓋製蓋水ット、高さ６１で内径５３の
ＳＵＳ製パイプ、ＳＵＳ製金網（１００メツシユ）及び
試験片として１５Ｈ１径で長さｆ５Ｊｆｆの５ＵＳ−３
０４２個と同寸法の５Ｕ）−１１焼入品２個とを用意し
た。

まず、上記ポット内に上記パイプを入れ、その中に上記
粉体窒化剤６０１を詰める。そして、尚該窒化剤の中央
部に上記試験片を各１個づつ埋め込むと共に１パイグの
上に１パイプ径に合わせて加工した上記金網を置き、そ
の上にも上記試験片釜１個づつを乗せた後蓋をする。

一方、炉内寸法１５０　Ｘ１０Ｃｌ’Ｘ５５０　ｘｗの
電気マクフル炉を５７０℃に予熱しておく。

５７０Ｃに昇温した後、上記セットしたポットを炉に入
れ、５時間保持した後、取シ出し放冷（空冷）する。２
時間後、室温まで冷えたので各試験片を取シ出した。

埋め込み法における窒化残渣の試験片への付着は、はと
んどなく、残渣のボＦ）内壁への飛散も認められず均一
な多孔１１！集塊となっておシ、すぐにほぐれた。この
窒化残渣の１０％ｗＡＶ％水分散液を６時間振とり後、
上澄液を、Ｊ工Ｓ−に−０１０２５８−１−２に従って
、分析したところ全シアン：ｆｌ−ｏ、３ａｐｐｍであ
つ恋。

また、試験片の外観は、埋め込み法では、赤味黒色半光
沢で、非常に均一であり九。一方、ガス雰囲気法では、
赤味黒色半光沢であるが、一部に色むらが見られた。

まず、各試験片の黒色支度を１０００メツシー・サンド
ベーパーにて研磨除去した後、上下側歯ツケ所について
（株）明石製作新製、マイクロ・ビッカース硬さ試験機
を用いて付加荷重２００９　Ｋて表面硬さを測定した。

（尚♂−面に生じている酸化鉄層は、軟かい皮膜にて硬
度が得られない。この層はサンドペーパーにて容易に除
去出来、その下の化合物層（窒化層）を現わすことがで
きる。

目的とする窒化効果を判定する方法の一つに表面硬さの
測定法がある。その場合、最表面（黒色）層を除去しな
いで測定すると、色調の関係で硬さ測定打痕が見ずらく
正しい測定値が得にくいことと、最表面層の軟かさの影
響を受け、低い測定値しか得られず、本来の窒化層の硬
さを示さない・窒化の効果を正しく判断するためＫは以
上の理由で最表面（酸化鉄）層を除去して窒化層の硬さ
を測定する必要がある。） 表面硬さの測定結果は次表の通シで、ばらつきも少なく
、充分な硬さが得られた。

また、上記試験片を切断し、樹脂で埋め込んだ後研磨し
、顕微鏡観察用試験片を作シ、顕微鏡観察及び深さ方向
硬さ分布測定を行った。

その結果、顕微ａｍ察では、埋め込み法及びガス雰囲気
法ともに差は、殆んど認められず、５ＵＳ−３０４では
酸化層０．５μｍ１化合物層６〜８μｍ１拡散層２０〜
２５μｍ、　５ＫＤ−ｉｌ　焼入品では酸化層ｏ、ｓｐ
ｍ、化合物層４〜６μｍ、拡散層５５〜６０μｍであっ
た。

深さ方向硬さ分布でも埋め込み法及びガス雰囲気法の間
に差は認められなかった。

比較例 比較のため、フォード法について実験を行った。

まず、粒度６〜１２メツシ＆（粒径約１．４〜３．３Ｍ
）のバーミエキ島ライト（商品名：ペルミライト鬼３：
日本蛭石（株）ＩりｆＪ（約２８０ｆ）Ｋ、　５００１
１の水にジシアンジアミド８；２５Ｆ　（１５１：にお
ける飽和溶解量）を溶瑯した水溶液を加え、よく混合後
、乾燥量中にて６０″ｃ２日間、乾燥し、窒化剤を製造
した。この窒化剤の見掛比重は０゜２８であった。この
窒化剤６０ダを使用した他は実施例１とまったく同じ条
件で窒化処理を行い、表面硬さを測定した。

その結果は下表の通シで、殆んど硬ぐなっておらず、多
少硬くなっているものも硬さ、むらが大きく、外観色も
青〜黒色、金属光沢を示し、バーミヘキ＾ライト付着に
よる色むらを生じていた。

この窒化残渣を実施例１と同じ手法によって分析したと
ころ、全シアンｆｉ　０．１５　ｐｐＨｌテあった。

第５表 実施例１では１ポクトでジシアンジアミド３６ｆを使用
したことＩＣなるのに比し、７オード法では１ボツトで
１．７７１Ｆ　Ｌか使用できなかったことにな）、この
量の差が反映された結果といえる。

実施例　Ｚ メラミン（商品名同じ：三井東圧化学（株）裳）４０２
をよくほぐして一次粒子径Ｃ１，２μｍ以下のものとし
た後、平均粒子径３．５μｍの酸性白土（日本活性白土
（株）＃）ｓａｐを加え、実隋室月Ｖ型混合機に入れ、
１０分間混合して、粉体窒化剤を得た。

この粉体窒化剤の見掛比Ｘは０．５５であった。

８３　％　ｔＤ　ＳＵＳ　製蓋付きポット、厚ミ０　、
５　ｔｒｘｏ　ＳＵｓ製薄板をＬ５ｒｔｙｆＷＪ隔に径
６ｏ鮪丸形、井桁状洸組んだ高さ６０１１２０治具及び
径１３ｆｆで長さ１５ｍの５ＵＳ−４２０Ｊ−２と同寸
法の５ＫＨ−３焼入品の各側面に径０．５Ｍで長さ６１
１１のドリル孔を開は次試験片２個を用意した。

まず、上記ボｙ）内に上記粉体窒化剤６０９を詰める。

そして用意した治具の下部を当該窒化剤中に埋め、治具
の上に上記各試験片を立てて乗せた後、蓋をする。

一方、炉内寸法１５０Ｘ１００Ｘ３５０　ｍの電気マツ
フル炉を５５０’Ｃに予熱しておく。

５３０℃に昇温した後、上記セクトしたポットを炉に入
れ、３時間保持した後、取出し放冷（空冷）する。２時
間後室温まで冷えたのでボｙ）より試験片を取シ出した
。

生じ、そのため色むらは防げた。） まず、表面硬さを黒色皮膜を１０００メツシ島・サンド
−ペーパーで除去後、上、下、側面の５ケ所、荷重、２
００　ｆにて測定した。

その結果は次表の通シで、ばらつきも少なく充分な硬さ
が得られた。

各試験片を有孔部及び無孔部に分けて切断し、樹脂で埋
め込んだ後、研磨し、顕微鏡組織観察用試験片を作シ観
察した。その結果は次表の通シで観は黒色半光沢均一で
あった。（井桁に組んだ治具の効果で、発生ガスのボｙ
）白濃度の均一化が表面と孔の底部とは組織にやや差が
あ夛、底部は表面よシ酸化しないかわシに化合物層が、
中中薄くな）、その分、拡散層が厚くなる傾向が見られ
るが、複雑形状品（も適用出来ることが確認でき念。

上記５ＵＳ−４２０Ｊ−２の顕微鏡写真（Ｘ４ｏｏ）！
＄第２図の通シであ）、酸化層（黒色）、化合物層（白
色：　（Ｆｅ、Ｏｒ）、Ｎ　＠るイＦｉ（Ｆｅ　ｅ　Ｃ
ｒ　）４Ｎの混晶）。

拡散層（黒色：窒化影響層）及び母材層（灰色）の屓に
層が形成されている。

実施例　３゜ ジシアンジアミド（日本カーバイド（株）製）７０７を
よくほぐして一次粒子径０．２μｍ以下のものとじ死後
、平均粒子径１７．７／Ａｍの珪藻土（ダイカライドφ
４２００　：商品名ニゲレート、レークス・カーボン・
コーポレーション製）３０ｇを加、ｔ、　実験ｍ用小型
Ｖ型混合機に入れ、１０分間混合して粉体窒化剤を得た
。この粉体窒化剤の見掛比重は０．３５であつ念。

１２ａＩＩ径のＳＵＳ製蓋付きポット、高さ８５ｍ１で
内径１ｏ３のＳＵＳ製パイプ、ＳＵＳ製金網（１００メ
ツシ＆）及び試験品として協立理工（株）ｊｌｌ小型粉
砕器Ｓ−Ｍ−１０型用５ＵＳ−３０４製羽根を用意した
。

まず、１２１：１１径のポット内にパイプを入れ、その
中に１００９の上記窒化剤を詰め、パイプの上に、パイ
プ径に合わせて加工した金網を置き、その上に上記羽根
を乗せた後蓋をする。

一方、有効寸法２２０　ＭφＸ　３５０Ｉ０１のビット
型雰囲気炉ＴＰ−３ｏｓｏｌｌ（電気Ｆ）を５５０でに
予熱しておく。５５０　ｔに昇温した後、上記セットし
たポットを炉に入れ２時間保持した後置シ出し放冷（空
冷）する。

２時間後、室温まで冷えた後置シ出した。ポット内での
窒化剤の飛散は認められず、窒化残渣は、黄色均一多孔
質凝集塊となっておシ、もろく、はぐれた。

羽根の外観は淡黒色半光沢均−に上がった。この窒化残
渣を実施例１と同じ手法によって分析したところ、全シ
アン量０．８８１）ｌ）ｍ　であった。

上記羽根の表面を１０００メツシ島・サンド・ペーパー
で研磨後硬さを測定した結果、荷重２００ｆで■マ１．
５７９の値を得た。

協立理工（株）製小型粉砕器ＳＫ−Ｍ−１０型を用い、
３２５メクシ為鉄粉（商品名：・ＫＩＰ−Ｂ−３２５、
川崎製鉄（株＞＃）ｔ５ｏｙを入れ、回転数１８．ＯＯ
ＣＩｒｐｍ　　にて２分間粉砕を行なった後、羽根を取
シはずして、その重量変化を測定することを５０回繰か
えす摩耗試襞を行なった。尚、鉄粉は羽根を取〕はずす
毎に取シ換えた。

羽根としては、上記の窒化処理品と共に、比較品として
未処理についても、同じ試験を行った。

その結果、上記窒化処理品の重量減は、未処理品と比較
して釣上であった。

４．５ 尚、上記粉末窒化剤の保存安定性を調べるため、当該粉
末窒化剤を１００ｇｔのビー力に入れ、開放状態で室内
で１ケ月間放置した後、重量を測定し九ところ変化はな
く、また、さらさらした粉末状態を保ってお）、分解性
、吸湿性がともにないことが確認できた。

一方、比較のため、Ｊ！！素７０ｇに上記硅凍土５０ｆ
を加え、実験室用Ｖ型混合機に入れ、１０分間混合した
ものを１００ｇ／のビー力に入れ、開放状態で室内で１
ケ月間放置した後、重量を測定したところ約５１重量が
増加しておシ、また、凝固化講象が認められるとともに
アンモニア臭が認められ念。

〔発明の効果〕

以上説明した通シの構成の本発明は、次の通りの諸効果
を奏するものである。

先ず、本発明によれば、第一にダイス鋼、高速度工具鋼
、ステンレス鋼等の高合金鋼を容易に窒化処理でき、特
にオーステナイト系ステンレス鋼であっても特別の前処
理を施すことなく充分な窒化処理を行なりことができる
。第二に処理温度が５００〜６００℃と低いので寸法変
化が殆んどなく、まな処理後は放冷のみで焼きもどし効
果が得られる。第三に窒化時間が１〜３時間と短いので
作業効率がよい。第四に被処理物の形状が複雑な場合に
はガス雰囲気法を、均一な色あが少が要求される場合に
は埋め込み法をという具合に、窒化処理の態様を使い分
けることができる。第五に％特殊な設備を必要とせず、
通常の電気炉を利用して簡便な操作によって窒化処理が
行える。

次に１本発明によれば、窒化残渣中に有毒なシアンを殆
んど含まないので、一般産業廃棄物として埋め立て用に
処分が可能であり、公害対策上の開運が解消する。

更に、本発明によれば、被処理物の最表面に潤滑性を示
す四三酸化鉄の黒色皮膜が生じるので。

必要に応じて当該皮膜の潤滑性を活用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施に当って採られる窒化処理の態
様を示す縦断面説明図であり、同図中のＡは埋め込み法
を、Ｂ、Ｄはいずれもガス雰囲気法を示している。また
、同図中の１は粉体窒化剤、２は被処理物、３は蓋付き
容器、４は針金、５は保持具、６は金網である。 第２図は、本発明の実施例２において窒化処理を施した
５Ｏ８−４２０，７−２の表面下組織を゛示す顕微鏡写
真（Ｘ４００）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一次粒子径０．２μｍ以下のジシアンジアミド及び
   ／又はメラミン８０〜１０重量％と平均粒子径２〜２０
   μｍの範囲内の鉱物粉体及び／又は金属酸化物粉体９０
   〜２０重量％とを混合してなることを特徴とする粉体窒
   化剤。 ２、ジシアンジアミド及び／又はメラミンの量が７０〜
   ３０重量％であり、鉱物粉体及び／又は金属酸化物粉体
   の量が７０〜３０重量％である請求項１に記載の粉体窒
   化剤。 ３、鉱物粉体が硅藻土粉体である請求項１又は２に記載
   の粉体窒化剤。 ４、一次粒子径０．２μｍ以下のジシアンジアミド及び
   ／又はメラミン８０〜１０重量％と平均粒子径２〜２０
   μｍの範囲内の鉱物粉体及び／又は金属酸化物粉体９０
   〜２０重量％とを混合してなる粉体窒化剤を、被処理物
   とする高合金鋼材とともに耐熱性容器内に収納し、５０
   ０〜６００℃で１〜３時間保持して当該鋼材表面に窒化
   層を形成させることを特徴とする高合金鋼材の表面窒化
   処理方法。 ５、被処理物がＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ａｌ及びＶから
   選ばれる一種又は二種以上の硬化元素を総計で６重量％
   以上含んだ高合金鋼材である請求項４に記載の高合金鋼
   材の表面窒化処理方法。 ６、被処理物がダイス鋼（ＳＫＤ）、高速度工具鋼（Ｓ
   ＫＨ）及びステンレス鋼（ＳＵＳ）から選ばれる高合金
   鋼材である請求項４に記載の高合金鋼材の表面窒化処理
   方法。 ７、ジシアンジアミド及び／又はメラミンの量が７０〜
   ３０重量％であり、鉱物粉体及び／又は金属酸化物粉体
   の量が７０〜３０重量％であつて、被処理物とする高合
   金鋼材がオーステナイト系ステンレス鋼である請求項４
   に記載の高合金鋼材の表面窒化処理方法。 ８、耐熱性容器内において粉体窒化剤と被処理物とする
   高合金鋼材とが接触している状態において５００〜６０
   ０℃で１〜３時間保持する請求項４〜７のいずれかに記
   載の高合金鋼材の表面窒化処理方法。 ９、耐熱性容器内において粉体窒化剤と被処理物とする
   高合金鋼材とが接触していない状態において５００〜６
   ００℃で１〜３時間保持する請求項４〜７のいずれかに
   記載の高合金鋼材の表面窒化処理方法。