JPS60429B2 - 金属の熱化学的処理方法並びにその装置 - Google Patents

金属の熱化学的処理方法並びにその装置

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JPS60429B2
JPS60429B2 JP53011554A JP1155478A JPS60429B2 JP S60429 B2 JPS60429 B2 JP S60429B2 JP 53011554 A JP53011554 A JP 53011554A JP 1155478 A JP1155478 A JP 1155478A JP S60429 B2 JPS60429 B2 JP S60429B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C8/36Solid 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 using ionised gases, e.g. ionitriding

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン照射による金属たとえば鋼又は鋼合金な
どの熱化学的処理方法並びにその装置に関する。
一般にこの種の金属熱イC学処理法はとくに金属及び合
金の窒化に通し、減圧したガスを通しての放電によって
得られることは公知である。
このために被処理品は処理に役立つガスたとえばアンモ
ニアN凡が数トルの圧にもたらされている炉内におく。
その炉は高電圧の直流の給電回路に連結され、彼処理を
支える役をする陰極及び陽極がある。これらの炉内で熱
化学処理を実施するためには一つの解決法が考えられる
。第1の解決法は陽極と陰極との間にある経過期間后に
電圧/電流曲線上の炉内ガス中の直流放電に通した、雷
弧城に近い部分に止まるような電位差を設けるにある。
この部分は一般に(異常放電城″と呼ばれる。この解決
法は陰極において著しいエネルギー消費を得ることを可
能にし、従ってまた品物の急速な加熱を起こさせる。
反対にこの方法は良好な均等性が、とくに異形断面の品
又は穿孔や空所のあるものの処理の際に、得られない。
そのほかその主要な不都合は、露弧城に近いので品物を
損傷する倶のある露孤発生がいまいま生じしかもこれが
消弧システムの使用に拘わらず起きることにある。第2
の熱化学処理問題解決法は直流の代りに高電圧の電流パ
ルスただしその総エネルギーは電圧/電流放電曲線にお
いて霞弧城に相当する城に達することができないように
予め算定した値であるものを用いるにある。
こうして高運動エネルギーの、量の限られたイオンが本
質的に得られ、これが処理中の品物の寸法及び精度の堅
牢度を損なわせる過大な温度上昇を起こさせることない
こ処理の質と均等性との向上を可能にする。
しかしこの方法の不都合は処理温度がかなり長い時間の
初期だけにしか得られないことにある。
本発明は上述のこつの解決法の不都合を排除することを
目的とする。このために本発明は混合の解決法であって
一方では第1の時期に異常放電域にただし亀狐形成の危
険を全く避けるため露狐形成域から十分に遠く離れて位
置した作動点を得ることを可能にする一定の直流電圧に
よって炉を作動させ、他方では処理温度に到達している
第2の時期に高電圧パルス城で炉を作動させこの型の作
動の熱消費は品物の処理温度の維持に十分である混合の
解決法を提案する。
本発明はまた二つの型の作動が可能な炉で有利に単一の
電流供給源を有するものも目的とする。
限定的ではない例として以下に本発明の実施形式を添付
図面を参照して記述する:炉の二つの作動型式をよりよ
く明かにするため示したガス中の放電の特徴である電圧
/電流放電曲線は公知のとおり本質的には、極めて弱い
電流の場所であるOA城、実質上電圧が一定でタウンセ
ンド(Townsend)放電域に相当するAB城、い
わゆる亜正常発光城であるBC城、正常発光城に相当す
るDE域、異常放電城であるEF域及び竜弧状態域であ
るFG城がある。
こうして上述の第1の解決法による熱化学処理を行なう
ためにはある経過状態の后に点Fすなわち電弧状態域に
近い恒常の作動点を得ることを可能にする直流電位差を
陰極と陽極との間に用い、点Fにできるだけ近く位置さ
せる利点は有効な処理を達成するため大きな運動エネル
ギーを与えたイオンを得るのが必要であるという事実に
よる。
点Fに近い恒常の作動点に達する前に作動点は時間とと
もに(経過状態)OA、AB、BC、CD、DEの区間
を順次に移動して結局区間細F上の恒常の作動点‘こ達
することに注目すべきである。この経過期間中は用いら
れるエネルギーEtの質が明かに規定されており実験的
に計算できる。上述の第2の解決法は炉の陰極と陽極と
の間に第1の型の作動の作動電圧より遥かに高い高電圧
の、ただし総ヱネルギ−が限られたパルスを発して、経
過状態中に作動点が電圧/電流曲線上を点○から出発し
て点Fから限られた距離の点まで移動し何ら大きな露弧
形成の危険がないようにすることにある。高電圧から出
発するという事実から高運動エネルギー・イオンが得ら
れ、従ってまた一層有効な品物処理が得られ、しかも総
エネルギーとイオン密度が限られているので少ない加熱
で得られる。
上述のとおり本発明は上記二つの型の作動を組合せて第
1の時期には第1の型の作動を被処理品が処理温度に達
するまで適用し続いて第2の型の処理を適用しようとす
るものである。この点について本発明の提案する組合せ
は二つの処理法の並置ではないことに留意すべきである
実際に第1の型の作動は本質的には品物を急速に加熱す
ることを目的とする。従って作動点‘ま電弧状態の形成
させる危険を冒して大きな運動エネルギーを得るため放
電城にできるだけ近く位置させる必要はない。
実地においては電弧状態が生じないよう点Fから十分遠
く離れた作動点を選ぶが、これは処理位相にはないので
何ら不都合を生じない。実際にいわゆる処理は本質的に
炉の第2の作動形式において実施される。第2図を参照
すると、上述の二つの炉作動法を得るのを可能にする電
流供給装置はブリッジ・コネクションの4個のスィッチ
ー,2,3及び4を含むスイッチ集合体で対向の二つの
節6,7が直流電源に連結され別の二つの節8,9が直
列配置のコンデンサー0と変圧器12の一次巻線11と
に連結されているものを含んでいる。
変圧器の二次巻線13は、それに比べて、整流器16を
介して電極14,15(炉の陰極及び陽極)に連結して
ある。
こうして第2の作動形式ではパルス状態は二つの時期に
すなわち{aー スィッチ1,3を閉じ、スイッチ2,
4を開いておいて容量101こ荷電し、{b} スイッ
チ1,3を開き、スイッチ2,4を閉じて変圧器12の
一次巻線11を通ってコンデンサ10を放電させて得ら
れる。
変圧器の二次巻線13で、従ってまた炉の陽極14及び
陰極15で得られるパルスは(変圧に比べて)電圧が高
いがその総エネルギーは単にコンデンサー0の限界電圧
の関数及びこのコンデンサ10の値の関数であることは
明かである。
従って、炉の作業点が危険な城に達するのを避けるため
L単に供給電圧値で及び/又はコンデンサ10の値で作
動することが必要である。第1の型の作動を得るために
はスイッチ1,2,3及び4の同駅頃序の、ただし整流
器16の出力に直流電圧が得られるように高周波の開閉
状態を設ける。
もちろん整流器16の出力に得られる電圧の値は上述の
(パルス)作動形式においてパルス電圧より著しく低く
なくてはならない。従って変圧器12の二次巻線13に
目的の作動形式による何れかの出力を作動させることを
可能にするスイッチ装置を用いる第2の作動形式のため
の別個の出力を予め備えておくことができる。イオン衝
撃により窒化を実施するための在来の方法は炉の陰極と
陽極との間に直流電圧をかけて炉内に含まれているガス
中の放電に通した電圧/電流曲線部分(異常放電城)に
止まるようにする。この解決法の主要な不都合は竜弧の
点火を避けるため限られた値の電圧を用いる要があり従
ってまた得られるイオン運動エネルギーもまた限られて
いることにある。そのほかこの制限は電弧発生を抑える
のに、とくに処理しようとしている対象は異形であり又
は穿孔又は空所がある場合十分でない。イオン運動エネ
ルギーが限られているため処理量も低下する。
本発明によれば、炉の電極に直流電圧でなくパルス電圧
をかけ、各パルスのエネルギーが定量されている。
(たとえばコンデンサの電荷からなる)。本発明によれ
ば、電弧発生に関する問題も解決できる。実際に、電弧
発生に有利な条件が瞬間的に生じたとき、この瞬間に送
り出されるパルスのエネルギーは霞弧発生には十分でな
い。放電するコンデンサの両端子の電圧はただちに電孤
発生域より下へ降下する。本発明では直流電圧を用いる
ときより遥かに高い瞬間電圧が使用でき、しかも亀弧発
生の危険を抑えながらという利点がある。
従って、このより高い電圧により、運動エネルギーのよ
り高いイオンが得られ、従ってまた金属の結晶中のより
良い拡散が得られることになる。パルス電圧を用いるこ
とから熱の形で失なわれる全エネルギーは直流電圧を用
いるときより少なく、従って処理温度までの品物の温度
上昇もかなり長い。
これが本発明の二段階で処理を行なうことを提案する理
由である。すなわち、第1段階では品物を処理温度にも
たらすために、あらゆる電弧発生の危険を避ける上で電
弧発生城から十分離れた値の直流電圧を用いる。この位
相においては追求する目的は温度上昇であって処理の品
質ではない。第2段階ではパルス電圧を用い、各パルス
のエネルギーは定量してある。これらのパルスの0電圧
は第1段階において用いられる直流電圧より高く、その
ときはより良い処理の取得を可能にするより高い運動エ
ネルギーのイオンが自由にでき、この過程中のこの品物
の消費する熱エネルギーはそのとき品物を処理温度に保
持するためにのみ役立つようにする。したがって、本発
明によって実現される処理の品質は処理すべき品物を損
傷する可能性のある露弧の発生の危険を冒すことないこ
イオン運動エネルギーを増大し得ない在来の方法によっ
て得られるものより極めてすぐれている。
【図面の簡単な説明】
第1図はガス中の放電の特徴である電圧/電流曲線であ
る。 第2図は本発明による方法を適用するための給電システ
ムの理論的図解である。1,2,3,4……スイッチ、
6,7,8,9・・・・・・節、10……コンデンサ「
1 1…・・・変圧器−次巻線、12……変圧器、1
3・・・…変圧器二次巻線「 14……陽極(炉の)、
15・・・・・・陰極(炉の)、16・・…・整流器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 陽極及び陰極を備えた炉内の陰極上に処理すべき物
    体を置き炉内の処理に役立つガスは強く減圧してイオン
    照射により鋼又は鋼合金などの金属を熱化的処理する方
    法において、連続の二つの段階すなわち、 第1の段階
    では陽極と陰極との間に炉の作動点が炉の電圧/電流曲
    線の異常放電域に来るようにただし電弧形成の可能性の
    可能性をできるだけ排除するため電弧形成域から十分遠
    く離れた点に位置するように算定した直流電圧をかけ、
    できるだけ速かに被処理品を処理温度にもたらすことを
    目的とする第1段階と、 第2段階では陰極と陽極との
    間に高電圧のただしエネルギーは限定された一連の電圧
    パルスをかけ、それらの各々の時間中に炉の作業点は電
    圧/電流曲線上を、電弧形成が起り得ないように電弧形
    成域から十分遠く離れた限界点まで移動する第2段階と
    を含むことを特徴とする方法。 2 特許請求の範囲第1項の記載において、前記電圧パ
    ルスの各々のエネルギーはコンデンサによって限定され
    ることを特徴とする金属の熱化学的処理方法。 3 陽極と熱化学的に処理すべき金属をその上に載置す
    る少なくとも一つの陰極とを有する炉と、該熱化学的処
    理のための極めて低圧に減圧したガスを前記炉内に導入
    する装置と、前記陽極及び陰極に接続された給電回路と
    を含む金属の熱化学的処理装置において、前記給電回路
    が第1の期間には連続する直流電圧を供給しそれに引き
    続く第2の期間にはパルス電圧を供給するよう該給電回
    路を制御する制御装置を設けたことを特徴とする金属の
    熱化学的処理装置。 4 特許請求の範囲第3項の記載において、前記給電回
    路はブリツジコネクシヨンの4個のスイツチを含むスイ
    ツチ集合体でその対回の二つの節は直流電源に連結して
    ありまた他の二つの節は変圧器の一次巻線と直列の容量
    に連結してあり変圧器の二次巻線は整流器を介して炉の
    電極に連結してあることを特徴とする金属の熱化学的処
    理装置。 5 特許請求の範囲第4項の記載において、前記変圧器
    の二次巻線は二つの出力すなわち直流域の出力とパルス
    域の出力とがあり、これら二つの出力をつぎつぎに作動
    させるためスイツチが設けてあることを特徴とする金属
    の熱化学的処理装置。
JP53011554A 1977-02-08 1978-02-06 金属の熱化学的処理方法並びにその装置 Expired JPS60429B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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FR7703501A FR2379615A1 (fr) 1977-02-08 1977-02-08 Procede de traitement thermochimique de metaux
FR00007703.501 1977-02-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS53102841A JPS53102841A (en) 1978-09-07
JPS60429B2 true JPS60429B2 (ja) 1985-01-08

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DE (1) DE2804605C2 (ja)
ES (1) ES466772A1 (ja)
FR (1) FR2379615A1 (ja)
GB (1) GB1601243A (ja)

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