JPH04363A - 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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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
04を主体とする酸化皮膜を形成するための方法に関す
る。
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、Fe304
、 Fe2O3の3種があるが、これらの中ではFe
304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Fe304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。
ス軟窒化処理を施した鉄鋼部品(ワーク)を水蒸気、空
気(02) 、炭酸ガス(CO2) 、発熱型変成ガス
等の酸化性雰囲気中で4CO〜850℃に保持して、軟
窒化表面にFe304を主体とする酸化皮膜を形成する
方法が示されている。
理の全期間中、ワークは同一組成からなる酸化雰囲気に
曝されるため、当該処理温度における雰囲気を厳密に管
理しなければならず、その管理はきわめて面倒で、Fe
304を主体とする醸化皮膜を形成しかつその厚さを適
正(IJLm以下)に制御するのが困難であるという問
題があった。
なされたもので、その目的とするところは、雰囲気の直
接管理を不要にして所望の厚さを有するFe304を主
体とする酸化皮膜を容易かつ確実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。
た鋼材部品を空気とCO2ガスの供給雰囲気に引続いて
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。
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。
気とCO2ガスとを用い、その後はCO2ガスのみを用
いることを特徴としたものであるが、初期の空気とCO
2ガスの並行使用は短時間で止めるのが望ましい。
は、初期に空気とCO2ガスを供給し、これに続いてC
O2ガスのみを供給するようにしたので、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Fe O
をFe 304に変える作用をなし、Fe304主体の
酸化皮膜を形成することができる。
。
を示したものである0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を内張すして成り、その前、後に装入口 8
、抽出口8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1
2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15.18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。
支持フレーム17,113に固定したシリンダ18.2
0の出力軸18a、20aに連結されており、両扉13
,1B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1
4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。
ている。一方、冷却室3内にはファン28および冷却器
(図示部)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。
固定したスプロケット33に掛けたチェーン(図示路)
により回転駆動されるようになっている。
35が設けられ、そのガス導入口の一方にはNH3Jf
スの発生源(図示路)に通じる配管3Bの一端が、その
ガス導入口の他方にはCO2ガスの発生源(図示路)と
空気源(図示路)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(図示路)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38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38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(
図示路)に通じる配管44とベントロ(図示路)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。4
7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。
表面処理方法を第4図も参照して説明する。
中間扉22および冷却室3の抽出扉18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−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0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。
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、これと同時にファ
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1(50〜7CO Tarr
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。
0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37のバルブ4Bも開き、加熱室2
内にNH3ガス、CO2ガス、N2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5CO〜6CO Tartに調整する。
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
。
に反応する。
(1)CO2+ N2=co+ 820 ・・・
(2)2 Co == (C) + CO2・・・(3
)すなわち、NH3は(1)式により分解して発生期の
(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N2
と反応してCOと N20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。
よび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4Bを開き、CO2と空気(02)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
圧力をはS″350Torrに調整する。この酸化性ガ
スの導入によりワーク讐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Fe304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Fe304を主体とする酸化皮膜
が形成される。
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あなり、膜圧を容易かつ正確に制
御できる。なおこの酸化処理をはX 350Torr
の減圧下で行わせることによりとして酸化反応を抑制し
て、適正な厚さ(約I ILm )の酸化皮膜を容易に
形成することができる。
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
はC同圧にされている0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
−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4B
を開け(第3図)、N2ガスを冷却室3内に導入する。
室3内の圧力を650〜7CO T。
3内のワーク−はファン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、ベントロに通じる配管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1Bを開けてワーク−を抽出テーブ
ル48上に搬送し、これにて一連の表面処理は完了する
。
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
Fe 304 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、[3FeO+ CO2;Fe304 + Go
]からなる関係が存在し、CO2を過剰に供給すうこと
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。
うにしたが、本発明は、このガス酸化処理を大気圧下で
行っても良いものである。
面への酸化皮膜形成方法によれば、安定なFe304を
主体とする酸化皮膜の形成が可能になるばかり、酸化皮
膜の厚さを供給ガスの流量と供給時間の管理で適正に制
御することが可能になり、品質の安定向上に大きく寄与
する効果を奏する。
を示す断面図、第2図は、第1図の■−■矢視線に沿う
断面図、83図は、第1図の■−m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・・・ファン、
30・・・ローラコンベア34.35・・・ガス導入口
、 3S・・・排気口40.41・・・真空ポンプ、
W・・・ワーク特許出願人 トヨタ自動車株式会社 同 中外炉工業株式会社 第 図 第4図
Claims (1)
- (1)軟窒化処理を施した鉄鋼部品を空気とCO_2ガ
スの供給雰囲気に引続いてCO_2ガスの供給雰囲気に
曝して550〜850℃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。
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- 1990-04-17 JP JP10066390A patent/JP2816488B2/ja not_active Expired - Lifetime
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