JPS6039155A - ガス浸硫窒化法 - 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】 浸硫窃化法は、鉄系製品の耐磨耗性や耐焼付き性を向上
させるための熱処理法であり、現在浸硫雪化法は、その
大半がシアン化合物の塩浴による方法で行なわれている
。しかし、この方法では塩浴中のシアン化合物、シアン
酸化合物が高温において劣化しやすく、長時間における
処理は困難であるとされておル、またシアン化合物等を
使用しているため公害においても問題がある。最近これ
に代わるガス浸硫窒化法として、像化水素ガスとアンモ
ニアガスを添加した雰囲気中て処理する方法も研究され
始めている。

しかし、この方法でも硫化水嵩ガスの漏洩によシ重大な
事故を起ζす危険があるなどの問題がある。

本発明の目的は、無害な原料すなわち硫化アンモニウム
を使用し、アンモニアガスを併用する新規なガス浸硫窒
化法を提供することにある。

本発明は、浸硫剤として硫化アンモニウムの分解ガス、
窒化剤としてアンモニアガスを使用するものであシ、ガ
ス浸硫窒化法の反応は以下の式によって進行する。

浸硫の反応式： 原料として硫化アンモニウムの水溶液を使用するため （ＮＨＩＩ）２Ｓ＋Ｈ２０＝ＮＨ４１Ｆ３Ｈ＋ＮＨ４ｔ
ＯＨ３０℃の温度付近では水枕化アンモニウム（ＨＨｇ
ＳＨ）は、次の式によって硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ）、ア
ンモニアガス（ＮＨ３）の気体に解離する。

ＭＨｑＳＨ士Ｈａｓ　＋　ＮＨ３ 被処理材の鉄系製品をｈｅと表示すると一４５０〜７０
０℃の温度のもとでは。

Ｆ＠＋ＨＪＳ　−１’ｅＳ＋Ｈ２ Ｍ＠８＋Ｈ２Ｂ　＝　Ｆｅ５Ｊ＋Ｈ２ などの反応があり、被処理材の表面には鉄の硫化物であ
るＴｌｅｔ　−ｘｓ　（ｏ＜ｘ＜４　）およびＦｅ８゜
などが生成される。

窒化の反応式； 原料としてアンモニアガスを使用するため。

被処理材の鉄系製品の表面で４５０〜７００℃の温度の
もとで次式の反応があり１発生期惰素が被処理材に侵入
し、過飽和に固溶しで。

被４６１１ｊ！材の表面には鉄の窒什物であるｇ’Ｔ？
ｅコー３Ｎ。

または冷却のしかたによりＦ。、Ｎなどが生成される。

２１Ｂ、７−２Ｍ＋　３Ｈコ また、不活性ガス尋例えばアルコンガスで熱処理炉内部
の空気を置換し硫化アンモニウムの分解ガスを搬送する
ことにより、既述の浸硫および窒化反応が安全で容易ｋ
かつ効果的に進行する。

本発明の特徴と効果を以下の実施例で詳細に説明する。

実施例を説明にあたり、まず、各実施例におけるガス浸
硫窒イヒ法の実施条件を表１．に示す。

各実施例ではいずれも不活性ガス等としてアルゴンガス
を使用ｌ−て熱処理炉内部の空気を置換し、また（流什
アンモニウムの分解ガスとアンモニアガスを搬送し、被
処理材の冷却はアルゴンガスのみの炉冷で行ない、熱処
理時間は２時間で行った。なお−上配硫ｆ？アンモニウ
ムの分解ガスは密閉された硫（Ｐ、アンモニウム水溶′
ｗｉ槽にアルゴンガスを供給して得た。もつンも、不活
性ガスに加えて発熱型、吸熱型ガス、その他の雰囲気ガ
スを使用することも可能である。

また、各実施例において、処理後、処理材を切断、研磨
し５係ナイタルで腐食１−でから光学顕微鏡で断面組織
を観察し、またはＸ砂回折による分析、Ｘ線マイクロア
ナライザｃ以下の記述と表１．ではＥＰＭＡと略称する
）による線・面分析を行なった。

上記の各実施例における被処理材のイヒ学組成ｆ表２．
に示す。

実施例１゜ 表１．１（イ）に示した処理における断面組織は十１図
に示１．たとおりであり、また被処理材の純鉄の化学組
成は１表２．に示したとおりである。

＋１図のように被処理材の表面状態は３１・１となって
おり、全体の厚さは約１０μｍであった７最表面付近の
千１層は非常に多孔質で黒い斑点の存在するＮ４であり
、内部には比較的緻密な＋２・３層があることが観察さ
れた。さらに＋３層と素地との境界付近に斑点状の組織
が存在していることが確認された。また素地内部側では
種々の大きさの針状析出物が多数析出しているのが認め
られた。

また表に）及び（ハ）に示した処理における純鉄の表面
についてＸ線回折の分析を行なったチセートを、十２及
び３−ａ、−ｂ、−ｃ、および−ｄ図に示す、５Ｆ２図
は表面のままでＸ線回折を行なつぇ場合、あう、まえ１
．□吏、。

−ｂ、−ｃ、および−ｄ図は、それぞれ純鉄の表面より
順次内部へ研磨し、その際に得られた面についてＸ線回
折を行なった場合である。

＋２図では、　ＦｅＳ　、　Ｆｅ、７Ｎ−Ｆｅ、Ｎ　、
α−Ｆｅ（７’）回折線が認められ１表面付近にはこれ
らの化合物層が存在するものと同定された。

十３−ａ図では、千２図と同じ回折図形カー見られるが
、研磨するにしたがいＦｅＳによる回折線は消失する。

一方Ｆｅ３Ｎによる回折線の強度は−たん増加して、そ
の後減少する。Ｔｅ１ｌＮの回折線の強度は十３−ｂ図
で最大となりその後減少する。α−Ｆｅの回折線の強度
は研磨するにしたがって増加し、３ｔ−３−ｄ図の素地
部分でα−Ｆｅのみの回折線となる。

以上の結果より、被処即材表面の千１層は硫黄を３６．
５４含むｈｅｓ層であり、米２・十３層にはｇ＋７．７
２１含ｔｒ　Ｈｅ５Ｍ　ト−窒素ヲ５．９０１含むＦ８
−が混在しで粘り、主にや２層にはＦｅ、７Ｎ、＋３層
にはＦｅダ■が多く存在しているものと確認された。

実施例２゜ 表１．２（イ）に示した処理における被処理材ＪＩＳ　
５０Ｍ４４０の表面状態を＋４図に示す。

またＪＩＳ　５０Ｍ４４０のイヒ学組成は表２．に示し
たとおりである。

３１−４図のように、被処理材の表面４に態は２層とな
っており一最表面付近は非常に多孔質で黒い斑点の存在
する＋１層と、その内部の比紳的緻密な＋２層からなっ
ており、全体の厚さは約１５μｍであった１表１．２層
口）に示した処理におけるＸ線回折を行なったチャート
を＋５図に示す１表面付近の生成物として硫化物ＦｅＳ
、窒化物Ｆｅ３Ｎ　−１ｉ’ｅ４ＺＮが同定された。

また硫化アンモニウムの液温を、それぞれ３条件に変イ
にさせた十１．２（ハ）に示した処理におけるＸ線回折
のチャートを、＋６−ａ、−ｂ、および−０図に、また
熱処理温度をそれぞれ３条件に変什させた表１．２（ハ
）に示した処理におけるＸ線回折のチャートを矛７−ａ
、−ｂ、寸δよび−Ｃ図に示す６ 上記士６図の結果から、硫化アンモニウムの液温が高く
なるにつれて、　ＦｅＳの回折線の強度は大きくなり、
その反面Ｆｅ３Ｎ　、　Ｉｉ’ｅ、Ｈの回折線の強度は
小さくなっていることを確認した。

また、土肥千７図の結果から熱処理温度が低くなるほど
、　ＦｅＳの回折線の強度は大きくなり。

その反面Ｆｅ、？Ｎ　ｇ　Ｆｅダ■の回折線の強度は小
さくなっていることを確認した。すなわち上記の実施例
により硫化アンモ三つムの液温が高すほど浸硫反応が優
先的に進行し、また熱処理温度が低い場合にも浸硫反応
が優先的に進行する傾向を確認した。

実施例３゜ 表１．３（イ）に示した処理における被処理材ＪＩＳＳ
ＯＭ４４０をＥＰＭＡを使用して線分析を行なった結果
を十８図に示し、また表１．３（ロ）に示したごとく、
熱処理温度を２条件に賢什させた場合の面分析の結果を
＄９−ａ、および−５図に示す。

千８図から、硫黄は被処理材の表面付近にそのほとんど
が存在し、内部への拡散はきわめて少ない、一方窒素は
被処理材の表面のわずかに内側で硫黄と共存し、主に浸
硫窒化層に存在するが彼処−１０− 理財内部にわたって存在していることを確認した。

すなわち被処理材の表面の多孔質は、主に硫化物より成
り、その下層（十２層）は窒化物千あり、窒素は素地、
内部にまで侵入しているものと確認できた。

また＋−９−ａ−および−６図から、熱処理温度の低い
（−ｂ　）の場合は、浸硫９什層の表面付近に生成する
硫作物部分が多く、−１：た窒素もあまり混在１−でい
ない。つぎに窒素の多く存在する部分も熱処理温度の高
いものより少なく。

浸碕窒（ヒ層内部の９素濃度が低い七いうことが判明さ
れた。

上記実施例３．に示した表１．３（ロ）に示した処理。

すなわち、熱処理温度を２条件に変什させた被処理材に
ついての硬さ測定の結果を十１０図に示す。

矛１０図の曲線（−ａ）では硬さ値は被処理材の表面か
ら浸硫窒化層内部に向かつて増加ｌ−１浸硫窒化層と素
地との境界付近で最高硬さに達し、以後次子に硬さ値を
滅じ表面より約４００μｍで素地の硬さとなる浸硫窒化
処理特有の硬さ分みを行なった被処理材には見られない
浸硫９（ヒ処即した被処理材の特徴である。

熱処理温度が低いもの−すなわち９曲＠（−ｂ）は、高
いものに比較して最高硬さ値が低く、また最高硬さ値を
示す位置も被処理材内部に移行しでいる。

実施例２．および３．で説明したように、熱処理温度が
低いほど浸硫の反応は起こりやすく、その反面９什の反
応は進行しにくくなるという結果が得られた。このため
熱処理温度のみを変えて浸硫窒化処理した被処理材では
、熱処理温度の低いものほど、浸硫による硫（ｌｊ物が
生成しやすくなるので、熱処理温度の高いものより浸硫
窒化層表面の硬さを示す位置が内部へ移行するものと判
断され、また同時に窒イ１′、が進行１−にくくなるの
で最高硬さも低下することとが判明された。

また実施例３の結果と同様に、熱処理温度の低い被処理
材では１表面付近に生成する硫化物部分が多く、窒素も
混在１−でいないので表面付近の硬さの折込部分が多い
と判断された。また。

窒素の多く存在する部分も熱処理温度め高いものより少
なく、浸硫９化層内部の＠素濃咋が低いということがい
え、窒化の反応が進行しておらず最高硬さも低くなるこ
とが判明された。

以上説明１−たように１本発明によれば無害な原料であ
る硫化アンモニウムを使用し、安全で効果的なガス浸硫
窒化処理ができ、その被処理材である鉄系製品の性能も
一クロム・モリブデン鋼（例えば＋　ＪＩ８８０１４４
０＠）の場合。

５５０″ｅ−ｆ’２時間時間１理処行なうと、浸硼素１
３００にも達するものであり、現在の塩浴による浸硫窒
化法のものとも十分匹敵できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明の方法
による被処理材（純鉄）の顕微鏡写真（倍率１．２００
倍）、千２図は）ＵＪ回折線図。 十３図−ａ、−ｂ、−ｃ、−ｄはＸ線回折線図。 ３１−４図は本発明の方法による被処理材（５１８８０
Ｍ４４ｏ）のＳ徴鏡写真（倍率４００倍）。 ＋５図はＸ線回折線図、＋６図−ａ、−ｂ。 −〇はＸ線回折線図−＋７図−ａ、−ｂ、−ｃはＸ線回
折根回、＋８図はＸ線マイクロアナライザたよる分析線
図、’４−９図は凹面分析線図。 第１０図は硬度測定線図である。 特許出　願人 東京熱処理工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉内に不活性ガス等で搬送される硫化アンモニラムの分
   解ガスとアンモニアガスを導入し、鉄系製品を４５０〜
   ７００℃に加熱保持してその表面に浸硫窒化層を生成さ
   せることを特徴とするガス浸硫堕化法。