JPH02149660A - 硼素浸透処理における表面付着物の除去方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は硼素浸透処理における表面付着物の除去方法に
係り、特に硼化処理後に被処理物表面に冷却凝固した未
拡散の硼素供給剤をはじめ、各種不純物などの付着物を
効果的に除去することが可能な硼素浸透処理における表
面付着物の除去方法に関乃る。

（従来の技術） 鉄鋼製品の表面硬化、高温酸化防止などを目的として、
金属の表面に硼素、亜鉛、アルミニウム、クロムなどの
元素を拡散浸透させて合金層を形成する処理操作が広い
分野で実施されている。

特に金属表面を硬化する方法として、従来の窒化処理と
比較して硬さの点で優れており、しかも従来の浸炭処理
または金属の浸透処理と比較して操作が容易な点に着目
して硼素を使用した硼化処理方法が広く採用されている
。

一般に硼化処理方法には硼素の供給源の性状により、固
体法、液体法、ガス法の３通りがある。

づなわち固体法は硼素化合物粉末中に被処理物を埋め、
外周から加熱して硼素を被処理物表層内に拡散浸透させ
る方法であり、液体法はＩ素化合物を反応促進剤ととも
にその融点以上に加熱して溶融せしめた硼素浴中に被処
理物を浸漬し、硼素を表面から拡散浸透せしめ、Ｆｅ−
Ｂ等の硬質合金層を形成する方法であり、ガス法は硼素
の蒸気中で処理する方法である。

いずれの方法においても処理時に使用する薬品種、処理
条件によって安全性や反応速度の大小による処理時間等
について差異があり、さらに被処理物の用途や形状によ
り最適な方法が決定される。

上記方法の中で液体法は比較的反応速度が大きく、処理
時間が短く、しかも処理操作も容易で安全性が高いため
、比較的多用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、液体法による硼化処理を行う場合、硼砂
浴中で硼素の拡ｒｌｌ浸透処理後、被処理物を硼砂浴か
ら取り出すと、被処理物が急速に冷却される結果、溶融
塩や各種不純物が凝固し被処理物表面に多量に付着する
。これらの溶融塩などの付着物の融点は８００℃以上も
あり、加熱処理による除去は、被処理物自体の金属組織
の変成を招くため好ましくない。これらの付着物によっ
て被処理物の表面粗度および寸法精度が大幅に低下する
場合もある。

従来、この付着した溶融塩等を除去する方法として硼砂
の水溶性を利用して被処理物を熱水中で煮沸する洗浄方
法が採用されている。

この洗浄方法は一般に第４図に示すように熱水１を満た
した洗浄槽２内に、被処理物３を浸漬した状態で、洗浄
槽２底部に配設した加熱器４を起動し、熱水１を沸騰さ
せて、被処理物３表面に堆積した付着物５を熱水１中に
溶解させるものである。

熱水が沸点まで加熱されると、熱水層内部から沸騰が起
こり、蒸気泡７が多ｍに発生し、熱水が激しく対流する
。そして発生した気泡が被処理物３の表面に衝突するこ
とによって、矢印で示すように付着物５が熱水１中に溶
解する。

しかしながら上記の熱水中における煮沸処理を行っても
、反応促進剤として添加した炭化硼素は水に不溶である
ため、被処理物３表面に残存し、その内側に堆積した硼
砂の溶出を阻害する。

この残存した付着物を取り除くために、被処理物３を洗
浄槽２より取り出し、第５図に示すように洗浄ブラシ６
等を使用して、手作業によって、被処理物３表面に残存
する炭化硼素などの付着物を除去していた。

しかしながら、被処理物３の形状が複雑な場合は、狭い
凹部に堆積した付着物を従来の煮沸処理のみによって完
全に除去することは困難であり、一方手作業のブラッシ
ングによる除去操作には多大な労力と時間とを要する欠
点がある。この付着物５の残存により被処理物の表面粗
度および寸法精度が低下し、硼化処理による不良発生の
大きな原因ともなっている。結局、硼化浸透処理をより
効果的に実施するためには、処理後における付着物５を
′、いかに完全に迅速に除去するかが大きな課題となっ
ている。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、硼化処理によって被処理物表面にｌ（１積した付着
物を、ブラッシング等の手作業によることなく、効果的
に除去することが可能であり、洗浄処理時間を含めた硼
化処理に要する作業時間を大幅に短縮することができる
硼化浸透処理における表面付着物の除去方法を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明に係る硼素浸透処理にお
ける表面付着物の除去方法は、硼素供給剤と反応促進剤
とから成る混合物を加熱溶融させた硼砂浴中に被処理物
を浸漬し、被処理物表面から硼素を拡散浸透させて被処
理物表面に硬度の高い硼化物層を形成する硼化処理を行
った後に、高硬度の粒子を分散流動化させた熱水中に上
記硼化処理を行った被処理物を浸漬し、被処理物表面に
衝突する粒子の衝撃力によって被処理物表面に固着した
付着物を剥離溶解せしめることを特徴とする。

また高硬度の粒子群として、Ａｊ、７ｉ、Ｃｒ、Ｎ　ｉ
、Ｃｏ、Ｃｅ、ＭＯ，Ｚｒの酸化物、ＷＳＳ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、７ｒ、Ｂの炭化物または窒化物群より選択された１
種または２種以上の粒子であり、比重が２．０以上５．
０以下、粒子径が０゜０５＃Ｗ以上５＃以下の節回にあ
る粒子を使用するとよい。

上記各粒子はいずれもモース硬度が２以上であり、被処
理物表面に固着した付着物を容易に削り落す作用を有す
る。−し−ス硬度が２未満の粒子では付着物に与える衝
撃力が小さく、付着物の剥離効果が少ない。さらに硼素
供給剤として無水硼砂（Ｎ８２　Ｂ４Ｏ７）　、ナト５
フ／ｌ、ｔＯｆ［す１−ＩＪウム（ＮａＢＦ４）など熱
水に可溶な硼素化合物を使用するとともに、反応促進剤
として炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、塩化バリウム
（Ｂ・ａ（Ｊ２）、塩化ナトリウム（ＮａＣＪ＞、フッ
化ナトリウム（ＮａＦ）など熱水に可溶な化合物を使用
する。

（作用） 熱水中に浸漬された被処理物の表面には、熱水中に分散
流動化された高硬度の粒子が衝突する。

被処理物表面に固着した付着物は、粒子の衝撃力によっ
て剥離し、表面から分離除去され、その付着物の背面に
堆積されていた可溶性物質が熱水へ溶解することが促進
される。

粒子はＡ１等の酸化物、Ｗ等の炭化物または窒化物から
選択された粒子で構成されているため、硬度が極めて高
く、付着物に対する衝撃力が大きく、効果的に洗浄作用
が進行する。また粒子比重を２．０〜５．０、粒子径を
０．０５〜５Ｍ程度に設定することにより、粒子の衝撃
力が適度に維持され、しかも被処理物に形成された細い
溝等にも粒子が容易に進入するため、複雑な形状を有す
る被処理物でも効果的に洗浄することができる。

さらに硼素供給剤および反応促進剤としていずれも熱水
に可溶な化合物を使用することにより、熱水への付着物
の溶解が迅速に進み、処理時間を短縮することができる
。

このように本発明方法によれば被処理物表面に固着した
付着物を、熱水中において流動化した粒子の衝撃力によ
って、効果的に除去することが可能となる。従って硼化
処理における被処理物の洗浄を熱水中での煮沸処理のみ
で行うことが可能であり、従来法のように手作業による
ブラッシング操作を必要としない。そのため洗浄時間を
含めた硼化処理時間を大幅に短縮することができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明方法を実施するための除去装置を
使用して、洗浄処理を行っている状態を示す断面図であ
る。なお第４図に示す従来例と同一要素は同一符号を付
している。

除去装置は、熱水１を満たした洗浄槽２と、洗浄槽２底
部に配設され、熱水１を加熱する加熱器４と、熱水１中
に添加され、熱水中に分散された粒子８とから構成され
る。

まず硼化処理に際しては、まず硼素供給剤としての硼砂
（Ｎａ２８４Ｏ７）と反応促進剤としての炭化硼素（Ｂ
４Ｃ）とから成る混合物を、それらの融点以上（９００
〜１０００℃）に加熱し溶融させた図示しない硼砂浴中
に被処理物３を浸漬し、被処理物３表面から硼素を拡散
浸透させて被処理物３表面に硬度が高い硼化物層を形成
する。

しかる後に硼砂浴から被処理物３を取り出し、第１図に
示すような洗浄槽２内の熱水１中に浸漬する。被処理物
３表面には未反応の溶ＥＪ＆ｌや各種不純物が凝固して
付着物５を形成している。

加熱器４を起動することにより、熱水１が加熱され対流
を起こす。さらに加熱を継続し熱水１の沸騰が開始され
ると、洗浄槽２下部および被処理物３表面から多量の蒸
気泡７が発生する。熱水１中に分散された粒子８は蒸気
泡７によって熱水１中を流動し、蒸気泡７とともに被処
理物３表面に衝突する。この蒸気泡７と高硬度の粒子８
との衝突による衝撃力によって、被処理物３表面に固着
していた付着物５が剥離し分離される。そして付着物５
の背後に堆積していた溶融塩が熱水１中に溶出し、被処
理物３表面は完全に洗浄され、極めて清浄な地肌が現わ
れる。

ここで熱水１中に分散させる粒子８としては、熱水１に
不溶でモース硬度が２以上の高硬度を有する粒子であれ
ばよく、例えばＡｆＪｌＴｉｌＣｒ、Ｎｉ、Ｃ０１Ｃｅ
、Ｍｇ、Ｚｒの酸化物、Ｗ、Ｓｉ、　Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ
、Ｂの炭化物、窒化物ノイずれか、または２種以上の混
合物でもよい。一般的には溶射処理等の下地処理に一般
的に使用されているアルミナ粒子が好ましい。

また粒子の比重は、２．０以上５．０以下の範囲に設定
される。比重２．０未満の軽い粒子では、熱水１の沸騰
、対流によって熱水１の水面上に浮上してしまい、被処
理物３表面に衝突しないからである。また比重が５．０
を越える重い粒子８は、熱水１の沸騰、対流が起っても
、流動化せず、表面への衝突効果を期待することができ
ないからである。

さらに粒子８の粒子径は０．０５ａｗ以上５ｓ以下が適
当である。０．０５ｓ未満の粒子８では、被処理物３表
面に衝突したときの衝撃力が小さく、洗浄効果が少ない
からであり、一方５ｍを越える粒子８では、流動化しに
くい上に、複雑な形状を有する被処理物３の小さな隙間
に入り込みにくく、その部分の洗浄効果が小さくなるか
らである。

また、熱水１に対する粒子８の添加量は、重４１％で５
％以上、５０％未満に設定される。添加量が５％未満で
は、被処理物３表面に与える影響が少なく、洗浄処理時
間を短縮する効果も小さい。

一方、熱水１中の粒子８の添加量を５０％以上とすると
、熱水１の沸騰対流による粒子８の運動距離が小さくな
り、洗浄効果が急速に低下する。

本実施例方法を使用して洗浄効果をより高めるには、硼
化処理における硼素供給剤および反応促進剤自体が熱水
１に容易に溶解する化合物を選択すべきことは当然であ
る。

例えば硼素供給剤として無水硼砂 （Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、テトラフルオロ硼酸ナトリウム（
ＮａＢＦ４）など熱水に可溶な硼素化合物を使用すると
ともに、反応促進剤として炭酸ナトリウム（Ｎａ２Ｃｏ
３）、塩化バリウム（ＢａＣｌ１２）、塩化ナトリウム
（ＮａＣＪ））、フッ化ナトリウム（ＮａＦ＞など熱水
に可溶な化合物を使用することにより、熱水１への溶解
時間が早まり、洗浄時間を短縮することができる。

本実施例に係る除去方法によれば、硼化処理によって被
処理物３表面に付着した溶融塩のうち、硼砂（Ｎａ２Ｂ
４Ｏ７）は、熱水１中に溶解し、炭化硼素（Ｂ４Ｃ）は
被処理物３の表面上に堆積する。そして堆積した炭化硼
素（Ｂ４Ｃ）には、流動化した粒子８および蒸気泡７が
衝突し、その衝撃力によって炭化硼素は、表面より剥離
し、熱水１中に浮跡分離される。そして炭化硼素の背面
側に固着していた溶融塩も溶出し、被処理物３の表面は
清浄に洗浄される。

このように本実施例方法によれば、粒子８を分散流動化
さ「た熱水１中に、被処理物３を浸漬し煮沸する操作の
みで、被処理物３を洗浄槽２から取り出すことなく、し
かもブラッシング作業を必要とせずに効果的に洗浄を行
うことが可能となる。

また分散させた高硬度の粒子８は被処理物３表面部に形
成された狭い空隙部にも十分入り込むことができるため
、ブラッシングが困難な複鉗な形状を有する被処理物３
であっても、効果的に付着物を除去することができる。

ちなみに本実施例方法による洗浄時間は、粒子を添加し
ない従来方法の場合と比較して６０％程度に大幅に短縮
することができた。

次に本発明の他の実施例について第２図および第３図を
参照して説明する。第２図は洗浄槽２にプロペラ攪拌機
９を付設し、この撹拌作用によって熱水１を粒子８とと
もに強制的に流動化させた状態を示している。本実施例
によれば粒子８の流動がより活発化し洗浄効率が高まり
、洗浄時間は従来比で４Ｏ〜５０％程痘となる。

第３図は、洗浄槽２に散気ノズル１０を付与し、熱水１
中に流動化用空気を供給しながら洗浄を行う状態を示し
ている。供給空気量は調節弁１１によって調整される。

供給された空気は熱水１中に空気泡１２として分散され
、熱水１および粒子８の運動量を増加させる。従って第
２図に示す実施例と同様に被処理物３の洗浄効率を大幅
に高めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明方法によれば硼化処理によって
被処理物表面に固着した付着物を、熱水中において流動
化した粒子の衝撃力によって、効果的に除去することが
可能となる。従って硼化処理における被処理物の洗浄を
熱水中における煮沸処理のみで行うことが可能であり、
従来法のように手作業によるブラッシング操作を必要と
しない。そのため洗浄時間を含めた硼化処理時間を大幅
に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の一実施例を
示す断面図、第２図はプロペラ攪拌機を使用して粒子を
強制的に流動化し、洗浄を行っている状態を示す断面図
、第３図は散気ノズルを使用して粒子を強制的に流動化
し、洗浄を行っている状態を示す断面図、第４図は従来
の付着物の除去方法を示す断面図、第５図は従来のブラ
ッシングによる付着物の除去操作を示す断面図である。 １・・・熱水、２・・・洗浄槽、３・・・被処理物、４
・・・加熱器、５・・・付着物、６・・・洗浄ブラシ、
７・・・蒸気泡、８・・・粒子、９・・・プロペラ攪拌
機、１０・・・散気ノズル°、１１・・・調節弁、１２
・・・空気泡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硼素供給剤と反応促進剤とから成る混合物を加熱溶
   融させた硼砂浴中に被処理物を浸漬し、被処理物表面か
   ら硼素を拡散浸透させて被処理物表面に硬度の高い硼化
   物層を形成する硼化処理を行つた後に、高硬度の粒子を
   分散流動化させた熱水中に上記硼化処理を行った被処理
   物を浸漬し、被処理物表面に衝突する粒子の衝撃力によ
   って被処理物表面に固着した付着物を剥離溶解せしめる
   ことを特徴とする硼素浸透処理における表面付着物の除
   去方法。 ２、高硬度の粒子として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃ
   ｏ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｚｒの酸化物、Ｗ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ
   、Ｚｒ、Ｂの炭化物または窒化物群より選択された１種
   または２種以上の粒子であり、比重が２．０以上５．０
   以下、粒子径が０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にあ
   る粒子を使用することを特徴とする請求項１記載の硼素
   浸透処理における表面付着物の除去方法。 ３、硼素供給剤として無水硼砂 （Ｎａ＿２Ｂ＿４Ｏ＿７）、テトラフルオロ硼酸ナトリ
   ウム（ＮａＢＦ＿４）など熱水に可溶な硼素化合物を使
   用するとともに、反応促進剤として炭酸ナトリウム（Ｎ
   ａ＿２ＣＯ＿３）塩化バリウム （ＢａＣｌ＿２）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、フッ
   化ナトリウム（ＮａＦ）など熱水に可溶な化合物を使用
   することを特徴とする請求項１記載の硼素浸透処理にお
   ける表面付着物の除去方法。