KR920004849B1 - 표면처리 방법 및 장치 - Google Patents

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가부시끼가이샤 도요다 쥬오 겐뀨쇼
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Abstract

내용 없음.

Description

표면처리 방법 및 장치
제 1 도 및 제 6 도는 본 발명을 실시한 장치의 수직단면도.
제 2 도는 활성화제 공급 관형장치의 상부 평면도.
제 3 도는 제 2 도의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라 자른 단면도.
제 4 도는 활성화제 공급 관형장치의 상이한 형태의 상부 평면도.
제 5 도는 제 4 도의 라인 Ⅴ-Ⅴ을 따라 자른 단면도.
제 7 도는 질소함유 가스공급 관형장치의 상부 평면도.
제 8 도는 제 7 도의 라인 Ⅷ-Ⅷ을 따라 자른 단면도.
제 9 도는 질소함유 가스공급 관형장치의 상이한 형태의 상부 평면도.
제 10 도는 제 9 도의 라인 Ⅹ-Ⅹ를 따라 자른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 로 3 : 바아
4 : 유동상 6 : 파이프
7 : 파이프 8 : 호퍼
9 : 로드 10 : 필렛 혹은 시편
11 : 가스 유입구 12 : 가스 분배기
14 : 층 형성제 15 : 가스공급파이프
16 : 파이프 17 : 개구
18 : 개구 19 : 파이프
51 : 가스 유츨구 71 : 개구
본 발명은 예를들면, 크롬 혹은 바나디움의 카바이드 혹은 나이트라이드의 층을, 유동상 로(fluidized bed furnace)내에서, 철 합금으로 제조된 제품과 같은, 처리될 물질의 표면상에 형성시키는 방법 및, 이러한 방법을 수행하는데 사용되는 장치에 관한 것이다.
카바이드 혹은 나이트라이드층을 처리될 물질의 표면상에 형성시키기 위하여 유동상을 사용하는 방법은 공지되어 있는데, 이것은 본 발명 발명자의 종래 발명인 1984년 일본 특허원 제 108054호(1985년 공개공보 제251274호, 미합중국 특허 제4,569,862호) 및, 1982년 일본 특허원 제213749호(1984년 공개공보 제107990호) 등이다.
이러한 방법은, 알루미나 분말과 같은 유동상 형성 내화성 분말과 ; 카바이드 혹은 나이트라이드 및 이것들의 합금을 형성하기 위한 금속 원소로 선택된 층 형성제 분말 및, 상기 처리를 위해서 사용되는 온도 이하에서 승화 혹은 기화 가능한 암모니아 할라이드 및 금속 할라이드로부터 선택된 활성화제 분말로 구성된 처리제를 사용한다. 상기 처리제는 유동상을 형성하도록 아르곤과 같은 유동화 가스에 의하여 유동화되며 또한 처리될 상기 물질은 상기 유동상내에 증착되고, 그러므로써 카바이드 혹은 나이트라이드가 처리될 물질의 표면상에 형성된다. 가스가 구성되고 함유하는 원소의 할라이드 가스를 형성하기 위해서 활성화제 가스가 층 형성제와 반응한다. 상기 할라이드 가스는 처리될 물질내에서 탄소와 반응하므로서 카바이드를, 혹은 처리될(스틸) 물질내에서 질소와 혹은 유동상내로 도입되는 질소 가스와 반응하므로서 나이트라이드를 형성한다.
상기 처리를 위해서 사용되는 온도 이하에서 승화 혹은 기화 가능한 물질을 활성화제로서 사용할 필요가 있는데, 결국, 상기 처리제는 처리를 위해서 이것의 사용동안 고형화 되지 않을 것이지만, 이것의 유동상태를 유지할 것이다. 만약 상기 처리제가 오랜 시간동안 사용된다면, 이것의 표면층 형성 분말은 상기 활성화제의 점진적인 손실의 결과로서 점차 감소된다. 이것은 시간의 손실과 함께 얇은 두께를 가진 카바이드 혹은 나이트라이드 형성을 야기시킬 것이다.
이러한 문제에 대한 해결책이 본 발명 발명자의 다른 종래 발명에 제공된 1986년 일본 특허원 제159440호(미합중국 특허원 제68,129호)에 제안되어 있다. 이러한 종래 기술에 따라서, 유동상 형성분말 및 층 형성제를 포함하는 처리제는 유동상을 형성하도록 유동화되고, 상기 처리될 물질은 유동상내에서 증착되며, 또한 상기 활성화제는 외측부로부터 로속으로 공급되고, 그러므로서 카바이드 혹은 그 유사물이 처리될 상기 물질의 표면상 형성된다. 상기 활성화제가 외측부로부터 공급되는 방식은 층 형성력을 유지시키고 또한 효과적인 연속처리의 수행을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 방법은 분말 형태의 상기 층 형성제를 사용하기 때문에, 유동화시 이러한 제재가 처리될 상기 물질표면에 점착되기 쉽고, 표면 평활도의 품위감소를 야기시킨다.
이러한 상황하에서, 본 발명의 목적은 오랜시간 동안 표면층을 형성하는 고분말을 유지시키고 그러므로서 표면처리동안 연속작동을 촉진시키는 반면에, 처리될 상기 물질의 표면에의 어떤 분말의 점착을 방지하는 고품위의 분말을 유지시키는 유동상을 형성시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 처리될 믈질과 접촉하지 않는 방식으로 처리될 상기 물질의 측부에 혹은 아래에 표면층을 형성시키기 위해서 적어도 하나의 원소를 함유하는 다량의 층 형성제 입자를 유동상 로내에서 증착시키기 위한 공정과 ; 유동상을 형성시키도록 알루미나 분말 혹은 다른 내화성 물질의 분말을 상기 유동상 로내에서 증착시키기 위한 공정과 ; 알루미나 혹은 다른 내화성 물질을 유동화시키고 또한 유동상을 형성시키도록 유동가스를 상기 유동상 로속으로 도입시키는 공정과 ; 상기 유동상내에 처리될 물질을 증착시키는 공정 및 ; 상기 층 형성제 아래의 로속으로 층 형성제용 활성화제로서 할라이드를 유동상 로 외측부로부터 도입 시키고 ; 그러므로서, 처리될 물질의 표면상에 카바이드, 나이트라이드 혹은 카본 나이트라이드, 혹은 이것의 혼합물, 혹은 이것들의 고형 용액의 층을 처리될 물질의 표면상에 가열하에서 형성시키는 공정으로 구성된 방법에 의하여 성취된다. 이러한 방법은 질소함유가스를 상기 로속으로 제공하는 공정을 부가로 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 방법을 수행하는데 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 표면층을 형성하고 처리될 물질의 측부에 또는 아래에 증착될 원소를 함유하는 다량의 층 형성제 입자 및, 유동상을 형성하기 위한 알루미나 혹은 다른 내화성물질 분말을 함유하며, 이것을 통하여 유동화 가스가 로속으로 도입되는 가스 유입구 및 가스 유출구를 가진, 유동상 로와 ; 상기 유동상을 가열 시키기 위한 가열수단 및 ; 활성화제를 상기 층 형성제 아래의 로속으로 제공하기 위해서, 상기 로 동체의 외측부와 연통된 활성화제 공급수단으로 구성된 장치에 의하여 성취된다.
본 발명에 따라서, 상기 층 형성제는 다량의 입자형태이고 유동성이 아니며, 또한 처리될 상기 물질과 접촉하지 않는 방식으로 증착된다. 따라서, 어떠한 층 형성제의 입자도 처리될 물질의 표면에 점착되지 않는다. 활성화제로서 할라이드는 고형형태이고 요구될 때 상기 층 형성제 아래의 로 외측부에 장착된 공급원로부터 공급된다. 상기 유동상 형성분말, 상기 층 형성제 및 활성화제를 믹서할 필요가 없다. 이러한 특징은 표면처리의 연속적인 완성도를 증진시킨다. 상기 층 형성제 혹은 분말형태는 어떤 파우더 형태의 층 형성제보다 더욱 오랜 수명을 갖는다.
예를들면, 스테인레스 스틸 와이어의 네트로 형성된 용기는, 이것이 상기 유동상 형성분말로부너의 층 형성제의 분리를 조절하고 필요시마다 단지 층 형성제의 변화만을 촉진시킬 때, 층 형성제를 홀딩시키도록 양호하게 사용된다. 상기 활성제가 조금씩 로속으로 공급될 때, 제한된 양의 할라이드 가스만이 로를 떠나고 따라서 소형 및 소형장치만이 소모 가스의 증착을 위해서 요구된다. 상기 층 형성제가 오랜 수명을 갖을때, 티타늄 혹은 바나디움과 같은, 값비싼 금속의 소모를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 유동상을 사용하는 고유의 열 처리를 위해서 사용되는 형태의 자동 유입 배출장치를 사용하므로서 다수 금속의 연속표면처리를 촉진시킬 수 있다.
부가로, 본 발명에 따라서, 질소함유가스가 상기 층 형성제와 접촉하지 않는 방식으로 도입될 것인데, 이것은 상기 층 형성제의 품위 하강을 방지한다.
다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 서술될 것이다.
본 발명에 의하여 사용된 층 형성제는 카바이드 혹은 나이트라이드, 혹은 카본 나이트라이드, 혹은 이러한 원소를 함유한 합금과 용이하게 결합가능한 금속소자를 포함한다. 상기 적합한 원소의 통상적인 예시는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 하프니움(Hf)등의 IVa족 원소이고, 바나듐(V), 니오비움(Nb) 및 탄탈륨(Ta)의 Va족 원소와,크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및, 텅스탠등의 VIa족 원소 및, 망간(Mn)등의 VIIa족 원소이다. 티타늄과 크롬은, 이러한 고형 용액으로 구성된 표면층의 형성이 요구될때, 처리될 금속이 함유하는 원소와 함께 고형 용액을 용이하게 형성할 수 있는 통상적인 금속이다. 사용가능한 예시 합금은 Fe-V, Fe-Nb 및 Fe-Cr 등과 같은 페로합금이다. 상기 층 형성제는 하나의 합성 표면층 혹은 2개 이상의 카바이드 혹은 나이트라이드층을 형성하도록 두개이상의 상이한 금속의 혼합물일 것이다.
상기 층 형성제의 입자들은 유동성 가스에 의하여 유동화 되지 않은 크기가 적당하다. 5 내지 20메쉬 크기의 입자가 양호하다. 그러나, 소형의 입자가, 만약 이들이 기공용기속으로 유입가능하다면, 역시 사용될것이다. 만약 상기 층 형성제가 가스 유입구를 차단한다면, 상기 유동화 가스는 만족할만한 유동상을 형성하도록 로속으로 만족할만하게 흐르지 못할 것이다.
이러한 종류의 문제점은 만약, 5 내지 20메쉬 크기의 조악한 알루미나 혹은 다른 활성화제 물질이 상기 가스유입구 및 층 형성제 사이에 위치된다면, 방지될 것이다. 상기 층 형성제의 입자가 상기 물질과 접촉하지 않는 방식으로 처리될 상기 물질의 측부에 혹은 그 아래에, 혹은 스틸 와이어 네트로부터 형성된 가공 용기의 부가, 혹은 이들을 통한 가스의 자유통로를 허용하는 물질과 함께 위치된다. 이러한 용기의 사용은 이것이 로속으로 삽입 혹은 배출될 때 상기 표면 형성제의 처리를 조절하게 된다. 즉, 카바이드와 같은 표면층은, 상기 활성화제와 층 형성제와의 반응으로부터 야기된 할라이드 가스가 처리될 믈질과 반응할 때 형성된다. 따라서, 상기 층 형성제는 충분히 다량의 할라이드 가스의 형성을 촉진시키는 것과 같이 이러한 양이 요구된다. 이러한 양은 통상적으로 상기 유동상 형성분말 중량의 2 내지 80% 범위이지만 만약 상기 제재의 코스트가 고려된다면 10 내지 20% 양호하다.
카바이드 혹은 카본 나이트라이드는 만약 이것이 철, 닉켈 혹은 코발트 초합금, 혹은 흑연과 같은 카본족 물질과 같은 금속함유 탄소라면 처리될 물질상에 형성된다. 상기 카바이드는 층 형성제가 함유하는 대응원소가 처리될 물질이 함유하는 탄소와 결합될 때 처리될 물질의 표면상에 형성된다. 처리될 물질이 적어도 0.2%의 탄소를 함유하는 카바이드층의 효과적인 형성을 위해서 이것은 바람직하다. 만약 이것이 적어도 0.2%의 탄소만을 함유한다면, 어떤 카바이드층을 형성하는 것이 어렵거나 혹은 실제로 만족할만한 두께를 가진 카바이드층을 형성하는데 과도한 시간이 소요된다. 처리될 물질이 탄소를 함유하지 않는 금속일때조차도, 카바이드층은 만약, 이것이 본 발명에 따라서 표면처리전에 탄소처리된다면, 이 위에 형성가능할 것이다. 이러한 탄소처리는 분리로, 혹은 본 발명에 따른 표면처리용으로 사용되는 유동상 로중의 하나를 사용하므로서 수행된다. 만약 상기 유동상 로가 사용된다면, 메탄올 함유의 질소 혹은 아르곤 가스는 예를들면 통상적인 방식으로 탄소처리를 수행하도록 상기 로속으로 공급되고, 그후 아르곤 가스 및 활성화제는 본 발명에 따른 표면처리를 수행하도록 공급된다.
나이트라이드층이 예를들면, 철, 닉켈 및 코발트 초합금등을 포함하는 각종 금속 종류, 혹은 알루미나와 같은 소결된 산 생성물은 포함하는 비금속 물질상에 형성가능할 것이다. 상기 처리될 물질은 만약 나이트라이드층이 이 위에 형성된다면 탄소를 함유할 필요성이 없다. 가스함유질소는 유동화 가스로서 사용되고, 결국 나이트라이드는 층 형성제가 함유하는 대응원소가 가스가 함유하는 질소와 결합될 때 처리될 물질의 표면상에 형성될 것이다. 카본 나이트라이드층은 만약 이것이 탄소를 함유한다면 처리될 물질상에 형성된다.
또한, 카바이드 혹은 나이트라이드층은 나이트라이드된 철합금상에 형성될 수 있다. 이 위에 형성된 카바이드층은 질소를 함유하는 물질이고, 또한 나이트라이드층은, 질소를 함유하는 유동가스가 사용되지 않을때 조차도 형성가능하다.
고형 용액층이 철과 스테인레스 스틸과 같은 탄소를 함유하지 않는 금속 혹은 합금상에 형성가능하다. 만약 처리될 물질 혹은 가스중의 하나가 충분한 양의 탄소 혹은 질소를 함유한다면, 상기 층 형성제가 함유하는 원소는, 종래 기술로 공지된 바와 같이, 고형 용액을 형성하도록 처리될 물질속으로 확산될 것이다.
상기 활성제는, 할라이드성분, 암모니움 할라이드, 금속 할라이드 및 알칼리 금속 혹은 상기 표면처리를 위해서 사용된 온도 이하에서 기화 및 용융 가능한 알칼린-족 금속 할라이드 사이에서 선택된 하나이상의 할라이드를 포함한다. 상기 활성화제는 상기 처리온도보다 높거나 낮은 용융점을 갖을 것이다. 상기 활성화제는 고형, 용액 혹은 가스형태로 사용되고 또한 비록 표면처리용 작동이 시작되기 전에 유동상 분말에 부가되지만 조금씩 로속으로 공급된다. 할라이드 성분의 예시는 HCl 및 유사물이다. 상기 암모늄 할라이드의 예시는 NH4Cl, NH4Br, NH4F, NH4I 및 NH4BF4이다. 상기 금속 할라이드의 예시는 TiF4, VCl3, VF3및 FeCl3이다. 알칼리금속 혹은 알칼린족 금속 할라이드의 예시는 NaCl, KCl, KBF4및 NaBF4이다. 이것은 때때로 공급되는 활성화제의 양이 상기 유동상 형성분말 및 층 형성제 전체양의 0.01 내지 20% 범위인 만족할만한 두께를 가진 표면층의 형성을 위해서 요구된다. 이러한 활성화제양은 정규적인 혹은 비정규적인 즉, 1분 내지 4시간 간격으로 공급된다. 만약 이것이 0.01%보다 적다면, 상기 활성화제가 공급되는 주기를 증가시킬 필요가 있다. 만약 이것이 20% 이상이라면 다량의 가스가 생성되고 파이프 라인의 장애 혹은 다른 문제가 발생될 것이다. 그러나, 발생되는 낭비가스의 양을 감소시키도록 거의 연속적으로 0.1내지 20% 범위의 상대적으로 소량의 활성화제를 공급하는 것이 효과적인데, 결국 이것은 낭비가스를 위치시키기 위한 소형이고 간단한 장치를 사용하기에 충분할 것이다.
상기 활성화제는 로 외부에 설치된 공급원으로부터 공급된다. 처리온도에서 승화, 기화 혹은 용융 가능한 활성화제의 형태에 대한 제한은 없다. 그런나, 이러한 형태가 처리가 용이하면 필렛 원통형 혹은 블록형태가 통상 사용된다. 상기 활성화제를 공급하기 위해서 사용될 수 있는 장치는 제 1 도 내지 제 3 도에 예시로서 도시된다. 이것은, 이것을 통하여 활성화제 가스가 로속으로 분사되는 다수의 방사연장파이프(7) 및 활성화제 공급파이프(6)를 포함한다. 상기 파이프(7)는 층 형성제 아래에 장착된다. 두개의 파이프(7)의 결합은 로를 가로지르는 활성화제의 균일한 분배를 보장하도록 이들 사이의 동일한 환형거리를 갖는다.
만약, 상기 파이프(7)가 로내에서 너무 큰 구역을 점령한다면 균일한 유동화는 어렵다. 이러한 접속에서 B/A는 1/3은 넘지 않을 것이 요구되는데, 여기서 "A"는 로의 횡단구역이고, "B"는 파이프(6,7)의 전체 횡단구역이다. 이러한 관계가 유지되는한, 어떠한 구경을 가진 어떤 갯수의 파이프(7)의 사용도 가능하다. 상기 파이프(6,7)는 단면이 원형 혹은 장방형일 것이다. 상기 파이프(7)는 로의 중심에 대해서 대칭의 크기 및 배열을 형성하는 것이 양호하다. 각각의 파이프(7)는 이것을 통하여 활성화제 가스가 제 3 도에 도시된 바와 같이 분사되는 다수의 개구(71)와 함께 이것의 바닥에 제공된다. 상기 개구의 갯수, 구경 및 분배는 유동상을 통한 가스의 균일한 분배를 보장하도록 선택된다. 예를들면, 상기 활성화제 가스의 균일한 밀도는, 만약 각각의 파이프(7)가 이것에 인접된 단부를 향하는 것보다 중앙파이프(6)로부터 이격된 단부를 향하여 큰 구경을 가진 다수의 개구와 함께 제공된다면 유동상을 가로질러 유지될 것이다.
상기 파이프(7)는 활성화제 공급 파이프(6)가 접속되는 단일 원형 파이프에 의하여 감소될 것인데, 이것은 제 4 도 및 제 5 도에 도시된 바와 같이 적합한 숫자의 개구와 함께 이것의 바닥에 제공된다.
상기 파이프(6)는 로 외측부에 설치된 외단부 혹은 상단부를 갖을 것이고, 반면에 이것의 하부 혹은 내단부는 제 1 도에 예시로서 도시된 바와 같이 파이프(7)에 접속된다. 고형 활성화제의 경우에, 호퍼(8)가 로 외측부의 파이프(6)에 접속되고 필렛(10) 형태로 고형 활성화제를 유지할 것이다. 상기 필렛(10)은 호퍼(8)로부터 파이프(6)의 수평부 속으로 하강하고 파이프(6)의 수직부속으로 하강하도록 로드(9)에 의하여 밀려질 것이다. 상기 로드(9)가 삽입되는 파이프(6)의 외단부는 로속으로의 활성화제의 외부 흐름 및 순환공기의 부족을 방지하도록 폐쇄된다.
고온으로 노출된 파이프(6)의 수직부 속으로 하강되는 활성화제는 승화 및 기화에 의하여 가스를 형성하고 또한 이러한 체적의 결과적인 팽창은 가스가 파이프(7)의 개구(71)를 통하여 분사되도록 가압한다. 예를들면 만약 파이프(7) 외부로의 상기 활성화제 가스의 흐름을 조직할 것이 요구된다면 불활성가스는 파이프(6) 속으로 유입될 것이다.
또한 제 1 도는 가스분배기(12)를 도시하는데, 이것은 유동화 가스를 균일하게 분배하도록 파이프(7) 아래에 제공되어 있다. 상기 파이프(7)는 가스분배기(12) 아래에 교체적으로 장착가능하다. 또한 만약 이것이 적당히 가열가능하다면 로(1) 외측부의 전체 파이프(6)를 설치하는 것이 가능하다. 교체적으로, 로(1) 외측부에 장착된 파이프(6)의 상기 부분용 가열기를 제공하는 것이 가능하여 결국, 상기 활성화제는 이것이 로속으로 도입되기 전에 가스화될 것이다.
상기 유동상은, 만약 이것이 처리될 어떤 금속 합성물질과 반응하지 않는다면, 열처리 로내에 유동상이 형성되도록 통상적으로 사용될 것이다. 상기 적합한 물질은 예를들면 알루미나(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2) 및 지르코니아(ZrO2)를 포함한다. 하나이상의 내화성 물질이 사용한다. 상기 분말은, 열처리 로내에서 유동상이 형성되는데 사용하는 분말을 가진 경우와 같이, 60 내지 200메쉬의 그레인 크기를 갖는 것이 양호하다. 200메쉬보다 더욱 양호한 그레인 크기를 가진 어떤 분말은 균일한 유동화 및 처리가 어렵다. 60메쉬보다 조악한 그레인 크기를 가지 분말의 사용은, 이것의 유동화가 다량 가스의 필요를 요구하진 않는다.
아르곤 가스와 같은 불활성가스는, 만약 이것이 처리될 물질상에 카바이드층을 형성하도록 사용된다면, 유동상을 형성하는데 사용되고, 반면에 만약 상기 상이 나이트라이드를 형성하도록 사용된다면, 질소함유가스 혹은 아르곤가스와의 혼합물이 사용된다.
상기 유동화 가스는 훌륭한 유동화 상태를 유지하도록 충분히 큰 속도에서 로를 통과하여 흐르도록 공급된다. 만약 이것의 속도가 너무 늦으면, 불충분한 유동화가 낮은 온도분배를 가진 유동상을 야기시킨다. 그러나, 너무 빠른 속도의 사용은 역시 방지될 것인데, 이것은 요구되지 않는 가스의 대형 소모를 의미하고 무거운 가스 버블링 및 층 형성제의 입자 부유를 포함하면서 로의 안정된 작동을 어렵게 하는 불편함을 야기시키기 때문이다.
상기 유동화 가스는 로내에 불활성 분말을 상슨시키고 로속으로 연송 공급된 가스의 압력의 강하로부터 유지시키고 그러므로써, 현수상태로 이동되는 유동상의 형성을 가능하게 한다. 본 발명을 수행하기 위해서 사용되는 상기 유동상 로는 일상적인 형태이고 제 1 도에 예시로서 도시되어 있다. 이것은 바닥 가까이의 유동화 가스용 유입구(11) 및 가스 유출구(51)를 가진 제거가능한 상부 카버(5)를 포함한다. 이후에 후술되는 가스 분배기(12)는 가스 유입구(11)위에 즉시 장착된다. 상기 로는 이것을 통하여 활성화제 공급파이프, 처리될 믈질등이 로 속으로 혹은 외부로 배출되어 도어와 함께 제공된 주동체에 영구적으로 부착된 커버를 갖을 것이다.
상기 처리온도는 섭씨 700도 내지 1200도 범위에서 선택된다. 만약 섭씨 700도 이하이면 불필요한 오랜 시간이 층 형성을 위해서 요구된다. 섭씨 1200도 이상의 온도의 사용은 방지되어야 하는데, 이것은 처리될 물질의 상태에 의한 점착때문이다. 그러나, 비록 상기 처리될 물질이 철 나이트라이드층(혹은, 만약 상기 합금이 탄소를 포함한다면)을 이미 이송한 나이트라이드된 철합금일때 섭씨 400도 내지 1200도 범위가 양호하지만, 낮은 온도의 사용이 가능하다. 이러한 특수한 경우에, 상기 활성화제의 반응 및 층 형성제에 의하여 생성된 할라이드 가스는 합금상의 나이트라이드(혹은 카본 나이트라이드)속으로의 관련된 층 형성 원소의 확산을 야기시킨다.
처리에 사용되는 시간길이는 0.5 내지 5시간 범위에서 선택되지만, 형성될 층의 요구된 조성물 및 이것의 요구된 두께등에 따른다. 만약 높은 온도가 사용된다면 어떤 두께를 가진 층의 형성은 상대적인 짧은 시간만을 요구하지만, 만약 낮은 온도가 사용된다면 상대적으로 긴 시간이 요구된다.
질소함유가스가 나이트라이드층 형성을 위해서 가스 유입구(11)로부터 공급될 때, 상기 층 형성제는 점차적으로 나이트라이드화될 것이고 또한 이것의 층 형성력은 반복되는 처리의 결과로 감소될 것이다. 상기 층 형성제의 나이트라이드화를 방지하고 또한 이것의 영구적인 사용을 촉진시키도록, 상기 질소함유가스는 상기 층 형성제와 접촉하지 않는 방식으로 공급될 것이다. 예시로서, 강기 질소함유가스는 제 6 도에 도시된 연장파이프(6) 및 가스공급파이프(15)를 통하여 공급될 것이다. 상기 가스는 층 형성제와 접촉되지 않는 방식으로 처리될 물질의 측부에 또는 아래에 파이프(16)를 통하여 공급된다. 상기 파이프는 이것을 통하여 질소함유 가스가 분사되는 다수의 상향 개구(17)와 함께 제공된다. 상기 파이프(16)는, 제 9 도 및 제 10 도에 도시된 바와 같이, 상면 또는 내측면상에 적합한 갯수의 개구(17,18)와 함께 제공된 단일 원형 파이프(19)에 의하여 치환된다. 파이프(19,16)의 단면 구역은 활성화제용 파이프(7)의 단면구역과 유사하다. 질소함유가스의 속도때문에, 나이트라이드층 형성 속도는 충분할 것이다.
본 발명은 이제 실시예를 참조하여 더욱 상세히 서술될 것이다.
[실시예 1]
아우트라인이 도시된 제 1 도에 도시된 바와 같은 유동상 로는 7㎜구경 및 50㎜의 길이를 가진 SKDⅡ로서 공지된 합금기구 스틸의 바아 표면상에 카바이드층을 형성시키는데 사용된다. 상기 로(1)는 열 저항 스틸로 제조되어 60㎜구경 및 800㎜의 높이를 가진 원통형 벽을 갖고 있다. 이것은 가열기(2)에 의하여 둘러싸여 있다. 상기 가스 유출구(51)는 로를 떠나는 낭비 가스를 트레핑시키기 위한 스트러블에 접속된다.
상기 로(1)는 가스 분배기(12)위의 로 바닥부를 점령하는 비유동화 층 형성제(14)로서 8 내지 16메쉬 크기를 가지고 70퍼센트 바나듐 함유의 400g의 페로바나듐 입자로서 충진된다. 상기 로(1)는 그후 층 형성제(14)위의 로 부분을 점령하는 유동화 층 형성분말로서 80 내지 100메쉬의 그레인 크기를 갖는 알루미나 분말의 600g으로 충진된다.
알루미나 분말 및 층 형성제(14)를 통하여 연장되는 활성화제 공급 파이프(6)는 10㎜의 내구경를 갖으며 또한 이것의 하단부는 제 1 도에 도시된 바와 같이 또한 제 2 도에서 파이프(6)로부터 외향 연장되는 층 형성제 (14) 및 가스분배기(12) 사이에 설치된 8개의 할라이드 가스분배 파이프(7)에 접속된다. 각각의 파이프(7)는 각각 0.5㎜의 구경을 가진 3개의 개구(71)와 함께 이것의 바닥에 제공된다.
1.5㎏/㎠의 압력을 가진 아르곤가스는 140㎝/min이 속도에서 이것의 가스 유입구(11)를 통하여 로(1)속으로 도입되고, 그러므로서 상기 알루미나 분말은 유동상(4)을 형성하도록 유동화된다. 처리될 금속으로서 사용되는 합금기구 스틸 바아(3)는 카버(5)의 내면상에 제공된 후크(52)로부터 현수되고 또한 상기 커바기(5)는 로(1)에 밀접하게 위치되고, 그러므로서 상기 바아(3)는 유동상(4)의 중앙에 잠기게 된다. 상기 가열기(2)는 겁씨 1000도로 유동상(4)을 가열시키도록 시동된다.
각각 7㎜의 구경, 7㎜의 길이 및, 0.5g중량을 가진 암모늄 크롤라이드의 고형 원통형 시편이 활성화제로서 사용된다. 하나의 활성화제 시편(10)은 파이프(6)에 접속된 폐쇄된 상단부 및 하단부를 가진 호퍼(8)로부터 하강하는 시편(10)을 밀도록 사용된 로드(9)에 의하여 매 6분마다 파이프(6)의 수평부로부터 이것의 수직부속으로 하강하게 된다.
상술된 바와 같은 표면처리작동은 2시간 동안 연속된다. 상기 바아(3)는 로(1)로부터 제거되고 이것의 면은 가시적으로 조사된다. 이것은 이것에 점착되는 불필요한 물질 및 칼라조차도 무관한 스무드한 표면이다. 망원경에 의한 상기 바아(3)의 횡단면 시험은 3 내지 4 마이크로미터 두께를 가진 균일한 표면층의 현존을 나타낸다. X레이에 의한 상기 층의 분석은 이것이 바나듐 카바이드(VC)층임을 확인할 수 있다. 이것은 경도가 대략 Hv 3000(빅커스 정도)였다. 얻어진 결과는, 만약 활성화제가 어떤 인터발 시간에 공급된다면 상기 층 형성제가 유동화되지 않았을때조차도 만족할만한 두께를 가진 바나듐 카바이드층을 형성하는 것이 가능하다는 것을 확인했다.
[실시예 2]
실시예 1의 순서가, 상기 층 형성제가 8 내지 16메쉬 크기를 가진 400g의 페로티타늄에 의하여 치환되고 또한 7㎜의 구경 및 50㎜의 길이를 가지고 SK4로서 공지된 탄소기구 스틸의 바아가 처리될 물질로서 사용되는 것을 제외하고, 카바이드층을 형성하도록 유도된다. 2시간의 처리뒤에, 상기 바아는 로로부터 제거되고 오일내에서 담금질된다.
표면층의 존재를 개시하는 바아의 시험은 요구되지 않는 점착물질과는 무관하고 또한 6 내지 7마이크로미터의 두께를 갖는다. X레이에 의하여 층의 분석은 이것이 티타늄 카바이드(TiC)층이었다는 것을 확인했다. 이것은 대략 Hv3500.
[실시예 3]
실시예 1의 순서는, 외측부 구경 45㎜, 내측부 구경 30㎜ 및, 높이 100㎜를 가진 스테인레스 스틸 와이어의 네트로서 형성된 원통형 용기가 층 형성제로서 8 내지 16메쉬 크기를 가진 200g의 크롬인지를 유지하도록 사용하고, 또한 유동상 형성분말로서 80 내지 100의 그레인 크기를 가진 800g의 알루미나가 층 형성제 위에 위치되는 것을 제외하고 카바이드층을 형성하도록 따르게 된다. 구경 7㎜, 길이 50㎜의 SK4로서 공지된 탄소기구 스틸의 바아가 처리될 물질로서 사용된다. 2시간의 처리후에, 상기 바아는 로에서 제거되고 오일내에 담금질된다.
상기 바아는 불필요한 점착문제와 무관한 스무드할 표면을 갖고 6 내지 7마이크로미터의 두께를 가진 층과 함께 피복된다. X레이에 의하여 사이 층의 분석은 이것이 크롬 카바이드(Cr7C3+Cr23C6)임을 확인하였다. 이것은 Hv 2000의 경도를 갖는다.
[실시예 4]
제 6 도에 도시된 상기 유동상 로는 나이트라이드층을 형성하도록 사용되었다. 이러한 유동상 로는, 6개의 연장파이프(16)가 활성화제 위에 위치되고 5㎜ 내구경의 파이프(15)에 접속되는 것을 제외하고 제 1 도에 도시된 바와 같이 제 1 도 로와 유사하다.
2㎏/㎠의 압력을 가진 질소함유가스는 1200㎝/min의 속도에서 로속으로 유입되었다. 각각 연장된 파이프(16)가 각각 0.5㎜의 구경을 가진 3개의 개구(17,18)와 함께 제공되었다. 상기 유동상 형성분말 및 층 형성제의 양 및 합성화, 유동화 가스의 양 및 압력은 제 1 도와 유사하다.
처리될 물질로서 사용된 합금기구 스틸 바아(3)(7㎜구경 및 50㎜의 길이를 가진 SK4및 SK11)는 카버(5)의 내면상에 제공된 후크(52)로부터 현수되고 상기 카버(5)는 로(1)와 밀접하게 인접 위치되며, 그러므로서 상기 바아(3)는 상기 유동상(4)의 중앙에 담겨진다. 상기 가열기(2)는 상기 유동상(4)을 섭씨 1000도로 가열시키도록 시동된다.
0.1g의 중량을 가진 암모늄 콜로라이드의 필렛이 활성화제로서 사용되었다. 활성화제의 한 시편(10)은 상단부 및 파이프(6)에 접속된 하단부를 가진 호퍼(8)로부터 강하되는 시편(10)을 밀도록 사용된 로드(9)에 의하여 매 2분마다 수평부로부터 이것의 수직부 속으로 강하되도록 야기된다.
상술된 바와 같이 표면처리를 위한 작동은 2시간 동안 계속된다. 상기 바아(3)는 로(1)로부터 제거되고 이것의 표면은 가시적으로 조사된다. 이것은 이것에 점착된 어떤 불필요한 물질과 무관한 스무드한 표면이었다. 망원경에 의한 바아(3)의 단면 시험은 SK4에서 6 내지 7마이크로미터의 두께 및 SK11에서 4 내지 5 마이크로미터의 두께를 가진 균일한 표면층의 존재를 나타내었다. X레이의 분석은 이것이 소량의 탄소를 함유하는 바나듐(V(NC)층이었음을 확인하였다. 이것은 대략 Hv 2400(빅커스 경도)의 경도를 갖는다.
[실시예 5]
실시예 1의 순서는 나이트라이드층을 형성하도록 따른다. 600g의 알루미나 분말(80 내지 100메쉬), 400g의 패로티타늄(8 내지 16메쉬) 및, 탄소기구 스틸의 바아(구경 7㎜ 및 길이 50㎜)를 가진 SK4및 SKD11로서 공지된)가 사용된다. 상기 유동상은 섭씨1000도로 가열된다. 그후, 암모니아 콜로라이드의 필렛이 활성화제로서 사용되었다. 2시간의 처리후에, 상기 바아는 로로부터 제거되고 오일내에서 담금질된다.
표면층의 존재를 지시하는 바아의 시험은 불필요한 점착물질과 무관하고 SK4에서 6 내지 7마이크로미터의 두께 및 SKD11에서 5 내지 6마이크로미터 두께를 갖는다. X레이에 의한 층의 분석은 이것이 소량의 탄소를 함유하는 티타늄 카본나이트라이드층이었음을 확인하였다. 이것은 Hv 3000의 경도를 갖는다.

Claims (21)

  1. 처리될 물질과 접촉하지 않는 방식으로 처리될 물질의 측부 및 아래에 표면층을 형성하기 위해서 적어도 하나의 원소를 함유하는 다량의 충 형성제 입자를 유동상 로내에 위치시키는 공정과 ; 유동상을 형성시키도록 유동화제로서 알루미나 분말 혹은 다른 내화성 물질을 상기 유동화상 로내에 위치시키는 공정과 ; 상기 알루미나 분말 혹은 다른 내화성 물질을 유동화시키고 또한 유동화상을 형성하도록 유동화 가스를 유동화상 로속으로 도입시키는 공정과 ; 처리될 물질을 상기 유동화상내에 위치시키는 공정과 ; 상기 층 형성제 아래 상기 로속으로 상기 층 형성제용 활성화제로서 할라이드를 유동화상 로 외측부로부터 도입시키고, 그러므로서, 카바이드, 나이트라이드 혹은 카본 나이트라이드, 혹은 이것들의 혼합물, 혹은 이것들의 고형 용액층의 가열하에서 처리될 물질의 표면상에 형성시키는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제는 티타늄, 지르코늄, 하프튬, 바나듐, 니오비움, 탄탈륨, 콜로미늄, 몰리브데늄, 텅스텐 및, 망간을 함유하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이상의 소재 합금 혹은 금속으로 구성되는데, 상기 층 형성제의 양은 상기 유동화제의 2 내지 80중량퍼센트인 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제의 입자는 5 내지 20메쉬의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 활성화제는 암모늄 할라이드, 금속 할라이드 및 알칼리 금속 혹은 알칼린족 금속 할라이드로 구성된 그룹으로 부터 선택된 적어도 하나의 소재로 구성되는데, 상기 활성화제의 양은 상기 유동화제 및 층 형성제의 0.01 내지 20중량퍼센트인 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유동화 가스는 질소가스, 질소함유가스 혹은 상기 질소 혹은 질소함유가스 및 아르곤의 혼합물인데, 그러므로 상기 나이트라이드 혹은 카본나이트라이드층을 처리될 상기 물질의 표면상에 형성시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유동화 가스는 불활성 가스이고, 그러므로 상기 카바이드 혹은 고형-용액층이 처리될 물질 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가열은 섭씨 400도 내지 1200도 사이의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제는 카바이드 혹은 카본나이트라이드 형성용 금속 혹은 합금을 포함하는데, 상기 처리될 물질은 탄소, 세멘트 형성된 카바이드 및, 주로 흑연으로 구성된 탄화물질을 함유한 금속물질중의 하나이고, 그러므로서, 처리될 물질의 표면상에 상기 카바이드 혹은 카본나이트라이드층이 형성되는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 처리될 물질은 철, 닉켈 및 탄소함유 코발트중의 하나인 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제는 나이트라이드층을 형성하기 위하여 상기 원소의 합금 혹은 금속을 포함하고, 또한 상기 처리될 물질은 금속물질 혹은 비금속물질중의 하나이고, 그러므로서, 처리될 물질의 표면상에 나이트라이드층을 형성하는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 처리될 물질은 철, 닉켈, 코발트 및 소결된 세라믹중의 하나인 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제는 고형용액층을 형성하도록 상기 원소의 합금 혹은 금속을 포함하며, 상기 처리될 물질은 탄소를 함유하지 않는 금속물질이며, 그러므로서, 상기 고형용액층을 처리될 물질의 표면상에 형성시키는 것을 특징으로 하는처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 처리될 물질은 철 및 탄소를 함유하지 않는 스테인레스 스틸중의 하나인 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제는 나이트라이드 혹은 카본나이트라이드층 형성을 위해서 상기 원소의 합금 혹은 금속을 포함하고, 또한 상기 처리될 물질은 나이트라이딩 처리에 종속되는 금속물질이고, 그러므로서 상기 나이트라이드 혹은 카본 나이트라이드층을 처리될 물질의 표면상에 형성시키는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 부가의 활성화제가 상기 층 형성제 아래의 활성화제 도입공정전에 상기 층 형성제에 부가되는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제와 접촉하지 않는 방식으로 처리될 상기 물질의 측부 및 아래에의 질소-함유가스 공급 공정을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 부가의 활성화제가 상기 층 형성제 아래의 활성화제 도입공정전에 상기 층 형성제에 부가되는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 층 형성제의 입자는 상기 유동상 로내에 위치되기전에 다공성 용기속으로 유입되는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성방법.
  19. 표면층을 형성하기 위한 원소를 함유하고 또한 처리될 물질의 측부에 또한 아래에 위치될 다량의 층 형성제 입자 및, 유동상을 형성하기 위한 다른 활성화제 물질 혹은 알루미나 분말을 함유하며, 이것을 통하여 유동 가스가 로속으로 도입되는 가스 유입구 및 가스 유출구를 가진, 유동상 로와 ; 상기 유동상을 가열하기 위한 가열수단 및 ; 활성화제를 상기 층 형성제 아래에 공급하도록, 상기 로 동체의 외측부와 연통된 활성화제 공급수단으로 구성되고, 그러므로서 카바이드, 나이트라이드 혹은 카본나이트라이드, 혹은 이것의 혼합물, 혹은 이것의 고형용액층을 가열하에서 처리될 물질표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 처리될 물질상의 표면층 형성장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 층 형성제와 접촉하지 않는 방식으로 질소함유 가스를 처리될 물질의 측부에 혹은 그 아래의 로속으로 도입시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 층 형성제를 이 속에 유지시키기 위한 다공용기를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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