JPS599624B2 - ガス軟窒化法 - Google Patents

ガス軟窒化法

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JPS599624B2
JPS599624B2 JP7829879A JP7829879A JPS599624B2 JP S599624 B2 JPS599624 B2 JP S599624B2 JP 7829879 A JP7829879 A JP 7829879A JP 7829879 A JP7829879 A JP 7829879A JP S599624 B2 JPS599624 B2 JP S599624B2
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昭夫 飛鷹
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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    • C23C8/24Nitriding
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒素ガスを主体としたガスを用いて鉄系部品を
ガス軟窒化する方法の改良に関するものである。
更に詳細には、パラジウム合金からなる拡散セ3ルをガ
ス軟窒化炉に設置し、真空ポンプ等を介して炉内の水素
ガスを分離除去する如くし、効率的なガス軟窒化処理を
行い得る如くしたガス軟窒化法に関する。
鉄系部材の耐疲労性、耐摩耗性、機械的強度を向上させ
る表面処理技術としてガス軟窒化法が提案され、実用化
されている。
この種ガス軟窒化法は、鉄系部材を処理ガス雰囲気中で
比較的低温により加熱し、鉄系部材の表層部に鉄、窒素
及び炭素(Fe−N−C)からなる所謂ε相と呼ばれる
結晶構造の層を形成するものである。
ガス軟窒化処理に用いられる処理ガスは、吸熱型6ス、
発熱型ガス、メタノール分解ガス等のいずれかをキャリ
ヤガスとしてこれらのガスにアンモニアガス(NH3)
を添加したものが用いられ、これによる鉄系部材の反応
は、アンモニアガス(NH3)の分解反応 NH3→N +−H2・・・・・・・・・・・・ (I
)発生期窒素の吸着反応Fe+〔N〕→Fe−N・・・
・・・・・・・・・ (2)Fe中窒素の拡散反応Fe
−N→FeN−Fe4N・・・・・・・・・ (3)の
三段階によつて行われる。
ところで上記窒化反応において、1のアンモニアの分散
反応は炉内の水素ガス分圧の高低によつて著し<影響さ
れるから、炉内の水素ガス分圧を相対的に低めるために
、従来では膨大な量のアンモニアガスを炉内に供給しな
ければ処理できなかつた。
しかしながら多量にアンモニアガスを供給しても水素ガ
ス分圧は相対的にしか低くならず、アンモニアガスの分
解反応速度の促進への寄与は最良とはいえず、又高価な
アンモニアガスを多量に消費するため操業コストは高く
なり、被処理品のコストは必然的に高〈ならざるを得な
い。本発明者等はガス軟窒化処理に多量のアンモニアガ
スを消費すること、これが処理ガス中に含まれる水素ガ
スの影響によるものであることに鑑み、上記を有効、且
つ合理的に解決すべく本発明をなしたものである。本発
明者等はパラジウム合金が水素ガスを選択的に透過する
ことに着目して本発明をなしたもので、本発明の目的は
、かかるパラジウム合金からなる拡散セルをガス軟窒化
炉に付設し、真空ポンプ等で炉内の水素ガスのみを選択
的に透過分離して外部へ排出除去し、処理ガス内の水素
ガス分圧を低下せしめてアンモニアガスの分解速度を早
める如くし、必要最少限のアンモニアガスでガス軟窒化
処理を可能とし、高価なアンモニアガスの消費量を大幅
に削減し、効率良く、経済的に処理を行い得る如くした
ガス軟窒化方法を提供する。
又本発明の目的は、前記分離除去した水素ガスを炉内に
設けたラジアントチユーブ内に供給して燃焼せしめ、燃
料ガスの消費量抑制を図つたガス軟窒化方法を提供する
。又本発明の目的は、炉中ろう付後の降温過程でガス軟
窒化を連続処理するようにした方法において、前記分離
除去した水素ガスをろう付炉内に供給し、ろう付雰囲気
の還元性を高めてろう付の濡れ性、信頼性を向上せしめ
たガス軟窒化方法を提供する。
次に本発明の好適一実施例を添付図面に従つて詳述する
第1図はガス軟窒化炉の要部の縦断斜視図を小し、炉本
体1の外側には空間をもつて外壁2が形成され、炉本体
1の炉床1a上には横断する如くローラ3・・・が支軸
4を介して架設され、支軸4の図示4−1を駆動軸とし
、駆動系5で駆動され、ローラ3・・・間にはチエン6
が装架されてチエンコンベヤを構成し、これに代えロー
ラコンベヤを付設しても良い。
外壁2の頂部2a上にはファン1駆動系7が付設され、
炉本体1の天井1bに垂下設置された雰囲気撹拌用ファ
ン8を駆動する。そして頂部2a上には雰囲気ガス給排
用の管路9が設けられ、ガスの給排を行う。ところでガ
ス軟窒化炉は図示例ではラジアントチユーブ型の炉を採
用し、炉室10内を横断する如く一方の側壁1cから他
方の側壁1dにラジアントチユーブ11が架設され、チ
ューブ11は一方の側壁1d側で図示しないコネクテイ
ングチユーブにより接続され、チューブ11の一方11
1は基端に燃焼バーナ12を備えてこの部分は燃焼ガス
供給系13に接続されている。
又他方11一2の基端は排気管14に接続され、煙道に
導かれる。以上の炉室10内には吸熱型ガス、発熱型ガ
ス、メタノール分解ガス等のキャリヤガスが選択的に投
入されるとともに、管路9からアンモニアガスを投入添
加して室内を処理雰囲気ガスに保持し、供給系13から
供給される燃焼ガスをバーナ12で燃焼し、ラジアント
チユーブ11内を通してこれの輻射熱でコンベヤ上の鉄
系部品及び雰囲気を加熱し、ガス軟窒化処理する。
ところで、上記炉体1の側壁1dに通孔15を穿設し、
この通孔15の外壁に拡散セル16を接続し、拡散セル
16は第2図に示される如く通孔15と連通するケース
17内にパラジウム合金の箔18・・・を積層した構造
からなり、ケース17の尾端管部17aは管路19を介
して真空ポンプ20に接続され、ポンプ20はオイルフ
ィルタの如きフイルメ21、バルブ22を介して排出系
23に繋げら,れている。
この拡散セルは第2図のAに示される如く炉室10内に
設け、これを通孔15、管路19で炉外の真空ポンプ2
0を含む排出系に接続しても良い。以上において、真空
ポンプ20を1駆動し、炉室10内の雰囲気ガスを通孔
15を介して吸引する。
ところで拡散セル16を構成するパラジウム合金は水素
を容易に吸収し、加熱されたパラジウム中で水素は比較
的迅速に拡散される。従つてこれにより炉室10内の処
理ガス中の水素は拡散セル16により他のガスと分離さ
れて吸引除去され、外部に排出され、拡散セル16によ
る分離は水素ガスのみについて行われる。かくして処理
ガス中の水素ガス分圧は低下し、この結果処理ガス中の
水素の含有率は相対的に低下し、添加されたアンモニア
ガスの分解反応速度は高められ、窒化処理を迅速に効率
的に行い、多量のアンモニアガスを添加することなく、
必要最少限のアンモニアガスで軟窒化処理が可能となる
。従つて高価なアンモニアガスの消費を抑制し、操業費
の低減化を図り、経済的にガス軟窒化処理を行うことが
でき、処理品のコストタウンを図ることができる。第3
図は本発明の第2実施例を示すもので、図中上記と同一
部分には同一符号を付し発明の詳細な説明は省略する。
即ち、本実施例では拡散セル16の管路19、ポンプ2
0、フィルター21よりなる系路を管路24を介してラ
ジアントチユーブ11の基部11aのバーナ12上流に
接続する。
拡散セル16で分離された水素ガスを管路24に導き、
これ24を介してラジアントチユーブ11のバーナ上流
に供給し、燃料供給系13から供給される燃料ガスに分
離された水素ガスを単体で、或は添加して混合体とし、
水素ガスを燃料ガスとともに燃焼せしめる。これにより
水素ガスは燃焼し、この燃焼熱を被処理品の加熱に有効
的に利用する。この水素ガスが燃焼するさいに発生する
燃焼熱の割合だけ燃料ガスを削減することができ、省エ
ネルギーを図ることができる。第4図は本発明の第3実
施例を示すものである。
ところで本出願人は、鉄系部材を炉中ろう付した後、こ
れの降温過程でろう付雰囲気ガス中にアンモニアガス(
NH3)を添加し、連続的にガス軟窒化処理を行う連続
処理法を先に提案した。ガス軟窒化処理のキャリヤガス
として用いられる吸熱型ガスや発熱型ガス等はこれをそ
のままろう付処理の保護雰囲気ガスとして用いることが
でき、このガスで炉中ろう付を行い、この保護雰囲気ガ
スにアンモニアガスを添加することによりガス軟窒化処
理用のガスとして用いることができる。従つて炉中ろう
付後の降温過程でガス軟窒化処理温度に恒温保持し、こ
の恒温保持時に保護雰囲気ガス中にアンモニアガスを添
加し、連続してガス軟窒化処理を行うことができる。か
くすることにより、ろう付処理とガス軟窒化処理とを効
率良く、合理的に行うことができ、省力化、省エネルギ
ー、量産化、更には被処理品のコストダウンを図ること
ができる。第4図に卦いて130はろう付炉を示し、ろ
う付炉130の手前には予熱室131が、この手前には
被処理品の搬入ステーション132が設けられる。
このろう付炉130の先にはガス軟窒化炉133が連続
して設けられ、炉130,133間は開閉する扉で区画
され、雰囲気が混合しないように配慮されている。炉1
33の先には徐冷室134が、この先には搬出ステーシ
ョン135が設けられている。各炉130,133は保
護雰囲気用のキャリヤガス供給系136に接続されて炉
内にガスを導入し、ガス軟窒化炉133は別系統のアン
モニアガス供給系137に接続され、炉133内にはキ
ャリヤガスと併せてアンモニアガスが投入添加される。
ところで上記保護雰囲気ガス、キャリヤガスとして吸熱
型ガス、発熱型ガスが用いられる。
吸熱型ガスの組成の一例は、CO,O.26%、CO2
4.5%、H,3l.2%、H2OO.4%、残N2で
、又発熱型ガスの組成の一例は、CO2O.O6%、C
Ol.7%、H2l.OOり、H2OO.O%、残N,
で、以上は体積比である。以上のガスの内、発熱型ガス
をキャリヤガスとしてろう付雰囲気ガスとして用いた場
合、還元成分である一酸化炭素ガス、水素ガスが微少で
あるためにろう付炉内雰囲気の還元性が不充分で、ろう
付温度での清浄作用が低下する。
そこで本実施例は、前記ガス軟窒化炉に付設した拡散セ
ル16の系を次の如くした。
即ち炉133に付設した拡散セル16を管路19、ポン
プ20、フイルメー21を介して管路25に導き、管路
25をろう付炉130へのガス供給路136の分岐路1
36aに接続する。
従つて拡散セル16で、ガス吹窒化処理ガス中の分離、
除去された水素ガスは管路25を介してろう付炉130
に投入され、この結果ろう付炉中の雰囲気ガス、即ち上
記の発熱型ガス中の水素含有率はこの分高まり、これに
よりろう付炉内の還元性は高められ、ろう付温度での清
浄作用を効果的に得ることができる。このようにガス軟
窒化処理でアンモニアガスの分解反応に悪影響を与える
水素ガスを分離、除去し、窒化処理を合理的に行うとと
もに、分離、除去した水素ガスをろう付炉の雰囲気中に
供給し、これの還元性を高め、炉中ろう付の信頼性を高
めることができる。以上は発熱型ガスとしたが、吸熱型
ガスその他でも良いことは勿論である。
以上で明らかな如く本発明によれば、ガス軟窒化処理ガ
ス中の水素ガスを炉に付設した拡散セルで分離、排出し
、アンモニアガスの分解反応を促進し、以つて最少のア
ンモニアガス量で効率的にガス軟窒化処理を行うことが
でき、操業費の低減、被処理品のコストダウンを図るこ
とができる。
又上記で分離、除去された水素ガスをラジアントチユー
ブ型の炉に訃いては燃焼せしめ、効率の良い燃焼を行い
、燃焼ガス消費量を低減し、省エネルキーを図ることが
できる。更に炉中ろう付、ガス軟窒化連続処理法に訃い
て、上記水素ガスを炉中ろう付の雰囲気中に添加し、以
つて雰囲気の還元性を高め、信頼性に富むろう付を行う
ことができる等実用性に富む。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図は炉の縦
断斜視図、第2図は拡散セル部の拡大図、第3図は第2
実施例を示す縦断面図、第4図は炉中ろう付、ガス軟窒
化連続処理に用いた第3実施例の説明図である。 同図面中1はガス軟窒化炉本体、16は拡散セル、19
,20,21は分離、除去系、24,25は回収系、1
1はラジアントチユーブ、130はろう付炉である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鉄系部材をアンモニアガスを含む処理ガスでガス軟
    窒化処理するようにした方法において、パラジウム合金
    からなる拡散セルをガス軟窒化炉に設置し、真空ポンプ
    等を介して炉内の水素ガスを分離、除去するようにした
    ことを特徴とするガス軟窒化法。 2 前記ガス軟窒化炉はラジアントチユーブ型とし、前
    記分離回収した水素ガスをラジアントチユーブに供給し
    て燃焼せしめる如くした前記特許請求の範囲第1項記載
    のガス軟窒化法。 3 前記分離回収したガス軟窒化炉内の水素ガスをろう
    付炉内に添加投入するようにしたことを特徴とする前記
    特許請求の範囲第1項記載のガス軟窒化法。
JP7829879A 1979-06-21 1979-06-21 ガス軟窒化法 Expired JPS599624B2 (ja)

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JPH01318311A (ja) * 1988-06-17 1989-12-22 Fujitsu Ltd 振動子応用デバイス

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