JPH0788562B2 - 鉄系部品の浸炭窒化用塩浴の活性力復元剤とその製造方法 - Google Patents

鉄系部品の浸炭窒化用塩浴の活性力復元剤とその製造方法

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JPH0788562B2
JPH0788562B2 JP1210057A JP21005789A JPH0788562B2 JP H0788562 B2 JPH0788562 B2 JP H0788562B2 JP 1210057 A JP1210057 A JP 1210057A JP 21005789 A JP21005789 A JP 21005789A JP H0788562 B2 JPH0788562 B2 JP H0788562B2
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carbonitriding
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dicyandiamide
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徳雄 佐藤
龍之助 川田
豊 沢野
勝三郎 島村
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パーカー熱処理工業株式会社
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、鉄系部品の浸炭窒化用塩浴に使用する浸炭窒
化能力復元剤に関し、より具体的には前記塩浴を反復使
用中にその活性力が低下するのを復元する復元剤として
のジシアンジアミドの各種の脱アンモニア重縮合物の混
合物とその製造方法に関する。
[従来の技術] 塩浴により鉄系部品を浸炭窒化するため、従来シアン酸
アルカリを主作用成分として成る塩浴が用いられて居
り、その作用機構は次式の様にシアン酸アルカリが鉄系
部品と接触して分解し、窒素と炭素を遊離し、この活性
窒素と活性炭素が部品表面から浸入拡散するものであ
る。
4MCNO→2MCN+M2CO3+CO+2[N] 又は 5MCNO→3MCN+M2CO3+CO2+2[N] 2MCN+O2→2MCNO MCN+CO2→MCNO+CO 2CO→CO2+[C] 但し、Mはアルカリ金属、[N]、[C]は、それぞ
れ、活性窒素及び活性炭素を示す。
上式の発生機の活性窒素と活性炭素が鉄系部品の表面か
ら侵入、拡散する結果、部品表面層に窒素を6〜11%、
炭素を0.5〜1%を含む化合物層と、その直下に約0.1%
の窒素がさらに浸透拡散した窒素拡散層が生成する。こ
れらの浸炭窒化層が生成する結果、鉄系部品の耐摩耗
性、耐食性、耐焼付カジリ性及び疲労強度が著しく向上
する。
しかしながらその一方では、分解したシアン酸アルカリ
は、浴中に炭酸アルカリとして蓄積され浸炭窒化活性力
を低下をさせる。
溶融状態の浸炭窒化塩浴の活性力を回復する手段とし
て、生成した老化生成物であるアルカリ炭酸塩をアルカ
リシアン酸塩に復元するため、従来浸炭窒化塩浴の活性
力を回復する復元剤として種々の発明提案がなされて居
り、例えば特公昭44−4892では尿素を熱分解して得られ
るシアヌル酸又はイソシアヌル酸を主成分とする溶融生
成物を、一方特公昭42−7043では尿素又はその他有機窒
素化合物、例えばビューレット、ジシアンジアミド、メ
ラニン、メラム、メロン、アンメリン、シアヌル酸を挙
げている。
以上に述べた従来の特許公報では単に復元効果を有する
新規物質を列挙するに止まり、これ等を工業的に実用す
る場合の問題点とそれを解決するための手段等について
は何ら開示されていない。
[発明が解決しようとする課題] 従来の復元剤については、次のような問題点があり、工
業的使用に支障を来している。
(1)尿素、ビューレット、ジシアンジアミド等の比較
的低分子窒素−炭素−水素及び場合により酸素をも含む
鎖状化合物を復元剤として使用する場合、浸炭窒化塩浴
の使用温度が約570〜580℃の範囲、あるいは更に高温に
維持されるので、上記復元剤が溶融塩に接触すると瞬間
的に分解してガス化し或は昇華し、分解生成したアンモ
ニアを含む白煙を大量に発生すると共に、復元剤自身が
浴の周辺に飛散し著しく作業環境を悪化させる。
また、この為に復元剤による炭酸塩からシアン酸塩への
復元効率が極めて低いという問題を併行的に生起してい
た。
(2)シアヌル酸又はイソシアヌル酸、メラミン、メラ
ム等の窒素−炭素−水素と、場合により酸素を含む有機
環状化合物を復元剤として使用する場合も(1)の場合
とほぼ同様で、これら復元剤が高温の浴と接触して分解
ガス化、昇華等を惹起し、アンモニアを含む大量の白煙
を発生すると共に復元剤自身の飛散により作業環境の悪
化及び復元効率の低下の問題を生じている。
(3)一方、メラミン、メラムより重縮合度の高いメレ
ム、メロンの様な有機窒素−炭素−水素を含む多環状化
合物の場合は、その重縮合度の程度において(1)、
(2)の様な問題は徐々に解消される。
然しながら、これ等重縮合度の高い多環状化合物は、復
元剤としての性能が優れているにもかかわらず、その製
造コストが高く工業的に用いるには経済的に問題があ
る。
本発明は上記諸問題を解消し、作業環境上問題がなく、
復元効率が高く、経済的にも十分実用し得る復元剤を提
供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記の課題を解決する為に、本発明の発明者らは、前述
のように良好な性能を有し、しかも製造の容易な復元剤
を得るための鋭意研究を行なった結果本発明を完成した
ものである。
先ず、このような特性を有する復元剤の出発物質として
種々検討の結果ジシアンジアミドが最適であることを見
出した。
ジシアンジアミドを常圧下に於て加熱すると、その融点
である207℃を超える温度に於てアンモニアの発生を伴
う急激な発熱反応を生起し、瞬時にメラミンと、メラミ
ンより高次の少量の高分子化合物を生成し、加熱温度を
更に上昇させると、生成物中のメラミンは更に反応して
高次の重縮合物へと変化する。
加熱温度が420〜450℃以上では、反応生成物中に占める
メラミンの割合は数%から次第に0に近づいてゆく。最
終加熱温度に於てアンモニアの放出を充分に行なわせる
と、目的とするジシアンジアミドの各種脱アンモニア重
縮合物の混合物よりなる復元剤を得ることが出来る。
ジシアンジアミドの各種脱アンモニア重縮合物として
は、メラミン、メラム、メレムおよびメロンがあり、上
記重縮合物は上記加熱の過程で生成し、350℃付近では
各生成分が同程度の割合で生成し、温度をさらに上昇す
ると、重縮合度の低いメラミン、メラムは減少し、重縮
合度の高いメレム、メロンに移行し実施可能範囲の上限
である500℃では、大部分がメロンと一部のメレムと少
量のメラム、メラミンの混合物となる 上記加熱過程に於て、融点直上のジシアンジアミドの発
熱反応を加熱エネルギーとして有効に利用することが出
来、復元剤を低価格で製造し得る原料としてジシアンジ
アミドを選んだ理由の一つはこの点にある。上記復元剤
の製造時の最終加熱温度が350℃以下であると、復元剤
としての使用時に、前述の改善対象であった白煙の発生
が加熱温度の低下と共に次第に大となり且つ復元効率が
低下する。
また、最終加熱温度が500℃以上の場合は、白煙の発
生、復元効率共良好であるが、その改善度は小さく、エ
ネルギーコストが上昇するので好ましくない。
従って反応終点の温度は350℃以上500℃以下の範囲と
し、好適には420〜450℃の範囲がよい。
又ジシアンジアミドを原料として加熱し重縮合反応を起
こさせる場合、反応器の伝熱面に原料が接触していると
反応の進行と共に反応生成物が伝熱面に固着し、また反
応生成物が団塊上に固結して円滑な反応が阻害され且つ
反応生成物の取り出しが困難になる。
発明者らはこの問題を解決する為、反応終了した復元剤
を粒子状にしたものを、初期充填媒体として反応器中に
入れ、攪拌しつつ反応最終温度まで昇温し、その温度に
保持している間に原料であるジシアンジアミドを反応温
度を低下させない範囲の添加速度で前記初期充填媒体上
に添加し反応させる。その結果、原料は上記の団塊状固
結による反応阻害や反応生成物の取り出し困難などの問
題を起すことなく重縮合反応し、製品量が増加するので
その一部を取り出すことは容易になる。
[作用] 上記のようにして得られた復元剤を、シアン酸アルカリ
を主作用成分とする鉄系部品の浸炭窒化用塩浴剤で建浴
した塩浴の劣化した塩浴に添加すると、白煙の発生も、
復元剤の飛散もなく作業環境の汚染は全く認められな
い。
復元能力については、復元能力を有する他の如何なる物
質に比較しても優れている。
[実施例] (1)製造試験 本発明の粒子状製品を初期充填媒体として反応器内に入
れ、攪拌羽根を60〜180rpmの速度で回転させながら、温
度調節計により反応器内の温度を430℃に設定して、初
期充填媒体が均一に加熱され、温度が430℃に達した時
点で、原料としてのジシアンジアミドを、原料供給ホッ
パーから、反応器内で攪拌状態にされている粒子状の製
品の層の上部に供給した。
このようにして供給された原料ジシアンジアミドは、加
熱された粒子状の製品中に均一に分散されると、自己発
熱反応をすると共に製品の保有熱を受取り、短時間に重
縮合反応を完了する。
反応器底部の製品排出パイプに取り付けられた自動排出
バルブより製品の増加分を取り出した。
この間反応器内の製品層の温度は420゜〜450℃に維持さ
れ、得られた製品としての復元剤は均一な外観と復元効
率を有していた。
(2)復元性能試験 実施例(1)により調製した本発明の復元剤試料(1)
と、従来技術による復元剤の比較試料としての尿素(C
1)、メラミン(C2)、市販のジシアンジアミド(C3)
および反応温度が300℃でのジシアンジアミドの反応生
成物(C4)の4種、合計5種の試料について復元能力を
試験した。
シアン酸アルカリの適性管理値CNO-36%の浸炭窒化用塩
浴に対し、劣化した状態を想定し劣化成分である炭酸ア
ルカリを添加して調整しCNO-31.9%、CN-0.8%の組成を
有する塩浴を用意した。
この塩浴2.5kgを5つの小形ポットに分取し、580℃に保
持し、通気攪拌しつつ各復元剤を15g添加した。復元性
能は、復元剤添加前後の試料をそれぞれ自動電位差滴定
装置[平沼産業(株)製COMTITE−101]により分析しCN
O-の増加分を%をもって示し、同時に環境汚染に影響を
及ぼす因子の発生状況を観測した。それらの結果を下表
に示す。
[発明の効果] 本発明の復元剤は、シアン酸アルカリを主作用成分とす
る鉄系金属部品の浸炭窒化用塩浴の活性力が塩浴として
の使用の間に低下した場合に、それを復元するための復
元剤としての復元性能が、現在までに使用され、あるい
は提案されている他の如何なる復元剤に比較しても優れ
ている。
また、復元剤としての使用時の白煙の発生、粉塵の飛散
が殆ど無く、アンモニアの発生も他の復元剤に比較して
最も少なく、労働安全、衛生の面と産業公害の点から好
ましい。
一方、製造技術の点では、生成物の伝熱面への焼付けや
塊状化など生産を阻害する問題を生ずることもなく、さ
らに、反応過程における発熱反応熱を有効に利用してエ
ネルギーコストの低減を可能にするなど浸炭窒化用塩浴
の産業の分野に貢献すること多大である。
フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭42−7043(JP,B2) 特公 昭44−4892(JP,B2) 「化学大辞典4(縮刷版)」(昭35−12 −30)共立出版(株)P.280

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シアン酸アルカリを主作用成分とする鉄系
    金属部品の浸炭窒化用塩浴の活性力復元剤であって、 ジシアンジアミドを出発物質として常圧下でその融点以
    上の350〜500℃好適には420〜450℃の温度で加熱して反
    応され、重縮合の過程で生じるアンモニアガスが十分放
    出され、ジシアンジアミドの各種脱アンモニア重縮合物
    の混合物として得られる浸炭窒化用塩浴の活性力復元
    剤。
  2. 【請求項2】前記の鉄系金属部品の浸炭窒化用塩浴が、
    シアン酸アルカリを主作用成分としてシアン化アルカリ
    及びまたは炭酸アルカリを副次成分とする請求項1記載
    の浸炭窒化用塩浴の活性復元剤。
  3. 【請求項3】ジシアンジアミドを出発物質として常圧下
    でその融点以上の350〜500℃、好適には420−450℃の温
    度で加熱して反応され、重縮合の過程で生じるアンモニ
    アガスを十分放出され、ジシアンジアミドの各種脱アン
    モニア重縮合物の混合物とすることを特徴とする浸炭窒
    化用塩浴の活性力復元剤の製造方法。
  4. 【請求項4】前記ジシアンジアミドをその融点以上の温
    度で加熱して反応させる際に、前記活性力復元剤の製品
    の一部を粒子状にし、初期充填媒体として反応器中に入
    れ、攪拌しつつ350〜500℃、好適には420〜450℃の温度
    まで昇温し、その温度に保持している間に、原料ジシア
    ンジアミドを、反応温度を低下させない範囲の添加速度
    で、前記初期充填媒体上に添加して反応させることを特
    徴とする請求項3記載の浸炭窒化用塩浴の活性力復元剤
    の製造方法。
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