JPH02250949A - 浸炭防止剤および浸炭防止方法 - 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】 （イ）発明の目的 「産業上の利用分野」 本発明は、例えばはだ焼鋼のような低炭素鋼、クロム、
シリコン、モリブデン、マンガンなどを含む合金鋼など
の材料、およびこれら材料から作成された機械や構造部
品などに浸炭を行う場合に、浸炭をしたくない部分を保
護するための浸炭防止剤および浸炭防止方法に関するも
のである。

「従来の技術」 鉄鋼類から作製された機械や構造部品の鉄鋼部分の疲労
強度や面圧強度、耐摩耗性、耐蝕性、耐熱性を向上させ
ることは機械や構造物の高性能化と材料の節減にとって
きわめて重要である。そのために種々の方法が考えられ
ており、その方法のひとつとして表面硬化法が実用化さ
れている。表面硬化法に種々の方法があり、その一つに
浸炭法がある。浸炭法は炭素を高温下で鉄鋼中に侵入拡
散させるものであり、その深さ方向の炭素濃度は表面か
ら連続的に変化しているいわば理想的な複合材料である
。

浸炭法としては浸炭性媒質により、およそ３種にわける
ことができ、固体浸炭、ガス浸炭および液体浸炭に分類
される。最近ではこの３種の他にイオン浸炭、真空浸炭
などの新しい浸炭法も開発されており、表面硬化法とし
て最も大規模に行われる表面硬化法である。

「発明が解決しようとする課題」 浸炭により機械や構造部品全体の表面硬化を行うと、か
えって、その機械や構造部品の機能や製作上に必要な後
加工の便を損なう場合がある。

部品全体を浸炭処理する場合に不都合を生ずる場合とし
て２〜３の実例を示せば、次の如き場合がある。例えば
、小型のクーラー用クランクシャフトにおいて浸炭処理
によって、目的とするクランクシャフトの疲労強度や耐
摩耗性は著しく向上するが、軸端のプーリーを取り付け
るためのネジ部で破壊することがよくある。これは炭化
深さはどの部分でも一定であるが、直径の小さいネジ部
で大きくなるために逆にその部分がもろくなって、弱め
られることに起因する。

段差の大きなほかの軸やビンでも同様の現象が発生する
。

また浸炭処理後にその機械や構造部品に孔加工、キー溝
加工などの後加工を行う場合、浸炭により表面硬度が著
しく向上し作業性に支障を生ずる。

このように機能上、加工上あるいは構造上、浸炭処理が
好ましくない部分の浸炭防止方法としてガス浸炭、固体
浸炭の場合は、従来よりシアン化銅液及び硫酸銅液によ
る厚メツキ処理が行われている。しかしながら、これら
メツキ法では、液体浸炭の場合、メツキの銅がＮａＣＮ
を主体とする浴中で高温塩浴中にＮａＣＮと反応してシ
アン化銅となり、皮膜が消滅し塩浴を汚染するだけで、
浸炭防止は困難であった。

また、被処理材表面にアルミニウムを溶射してアルミニ
ウム薄膜を溶着するアルミメタリコン法もあるが、溶射
には高価な装置と高温を必要とし、作業性、省エネルギ
ーの面で必ずしも良好な結果は得られていない。

更に、エポキシや脂肪族エステル系有機ポリマーのトル
エンなどの有機溶剤溶液を結合剤とし、珪砂、マグネシ
ア粉及びガラス粉末などを充填剤とした浸炭防止方法（
特開昭４８−１４５３７）もあるが、熱間密着性が劣り
、これもガス浸炭には有効であるものの、液体浸炭にお
いては有効でなく、また、防止剤に有機溶剤を多量に含
有するために取扱上問題があり、溶剤の蒸発による環境
汚染、引火性などの作業環境に問題を有していた。

本発明者等はこのような現状に鑑み、簡便で作業性が良
く、安全性が高く、かつ、液体浸炭においても充分使用
できる確実な浸炭防止剤及び浸炭防止方法について、種
々検討した結果、本発明を完成した。

（Ｅｌ）発明の構成 「課題を解決するための手段」 本発明は、硬化皮膜形成性無機化合物からなる浸炭防止
剤に関するものである。

本発明による浸炭防止剤はメツキ法によるような複雑な
作業や繁雑な処理を必要とせずに塗料のように必要部分
に塗布して硬化させるだけで浸炭を完全に防止すること
ができる。加わるに浸炭後の防止剤、皮膜は簡単な打撃
や、ワイヤーブラシによって容易にしかも完全に除去す
ることができ、基材金属の光輝面が簡単に得られるとい
うすぐれた特徴を有する。

本発明による浸炭防止剤は、硬化皮膜形成性の無機化合
物からなる組成物であり、好ましくはその無機化合物は
自己縮合性のものであり、より好ましくは水溶性あるい
は水分散性の珪酸塩、アルミン酸塩およびリン酸塩であ
る。これらの具体例としては、例えば珪酸リチウム、珪
酸ナトリウム、珪酸カリウムなどのような水溶性アルカ
リ金属珪酸塩、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ
などのような水分散性シリカゾル、アルミナゾル、ある
いはリン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、リン酸
カルシウムなどの水溶性リン酸塩などであり、硬化前の
塗布時は液状を呈しているが、基材へ塗布後、水の蒸発
あるいは化学反応により基材表面で硬化皮膜し密着する
性質を有するものである。

これら無機化合物は各化合物の単体でも２種以上の化合
物を混合したものでも良く、また化合物のの活性を適度
に調節し、密着性の高いピンホールの少ない塗膜を得る
目的で例えば酸化亜鉛などの金属酸化物、水酸化アルミ
ニウムのような金属水酸化物、弗化カルシウム、珪弗化
ナトリウムのような弗化物、硼酸塩、リン酸塩などの化
合物と前述の無機化合物の１種又は２種以上とを一部反
応させてプレポリマー化したいわゆる変成化合物でも良
い。

更に、完全な無機化合物ではないが、その化合物の基本
骨格に炭素を含有しないで、例えば、Ｓｉ＋Ｐ、Ｓ、Ｎ
、Ｏなどの原子より成り、側鎖に炭素を含有する化合物
いわゆる無機ポリマー化合物も本発明に包含される。

これら化合物の例としては、−３ｉ−０−の骨格を有す
るものでは、エチルシリケート、メチルシリケートなど
のアルキルシリケートおよびその部分縮合物、アンモニ
ウム珪酸塩、グアニジン珪酸塩などの有機珪酸塩、ポリ
オルガノシロキサン化合物、ポリアルキルホスファセン
化合物などの１種又は２種以上が使用される。

本発明の浸炭防止剤においては、これら化合物単独でも
ある程度の効果を有するが、これらに無機質の骨材を配
合することによりさらにすぐれた効果が得られる。無機
骨材としては、軟化温度が１１００℃以上の耐火物粉末
、金属粉末などが主として用いられる。その形状につい
ては必ずしも限定されるものでなく球状、繊維状、鱗片
状、塊状など種々の形態のものが使用される。また無機
骨材は前記無機化合物との反応性がないか、あるいは反
応性が低いことが望ましい。なぜなら反応性の大きな骨
材を使用する場合は無機化合物との混合と同時に両者が
反応し、塗布作業に困難を生ぜしめたり、浸炭防止剤組
成物として一部として保存する際に硬化などの問題を発
生することがあるからである。しかしながら反応性の高
い骨材を基材に塗布する直前に無機化合物して使用する
方法（いわゆる−液一粉混合型など）も場合によっては
有効な事がある。無機骨材の粒子径及び粒度分布も特に
制限されるものではないが、ｏ、ｏｏｔμ−からＩＩＩ
ＩＩＩ＋の範囲のものを使用することが好ましく、更に
好ましくは０．１μｍから１００μ−の範囲に重量平均
粒度を有する骨材が良（それによって良好な結果が得ら
れる。但し、繊維状、針状の骨材においてはその長さが
この範囲を越えても問題なく用いられる。粒度分布はア
ンドレアゼンの最密充填粒度曲線をとることが最も好ま
しいが、アンドレアゼンの最密充填粒度式におけるｑが
０．２〜１の範囲のものが良好な結果が得られる。

無機骨材の具体的な化合物としては例えば、アルミナ、
シリカ、ムライト、ジルコニア、チタニア、マグネシア
などの酸化物、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム
のような窒化物、炭化珪素、炭化硼素のような炭化物、
珪砂、珪石粉末、カオリンなどの天然鉱物、あるいはガ
ラス粉末、金属粉末などの１種又は２種以上が使用され
る。

無機化合物と骨材の配合割合は骨材１００重量部に対し
、好ましくは無機化合物１〜１００００重量部、より好
ましくは１０〜１０００重量部である。無機化合物の配
合割合がこの範囲より小さい場合は浸炭防止剤がスラリ
ー状あるいはペースト状にならず、塗布の際の基材への
ぬれを阻害する。逆に大きな場合は骨材の効果が期待で
きなくなり、防止剤を塗布した場合、発泡、ピンホール
、クラック等が生じ完全な浸炭防止が期待できない。

これらの他に本発明の浸炭防止剤には沈降防止剤、界面
活性剤、顔料、無機繊維、粘度調整剤、溶剤、効果剤な
どが必要に応じ適宜組み合わせて配合することもできる
。

本発明の浸炭防止剤は、種々の形態で使用可能いあるが
、通常スラリー状、サスペンション状、ペースト状など
の形態が塗布作業に適するので好ましい。それらの粘度
は、塗布方法によっても異なるが、２５°Ｃにおいて回
転粘度計で５０〜５０００００ｃｐｓ程度が良いが、ス
プレーなどの場合においては、低粘度側のものが、刷毛
塗り、ディッピングなどの場合はやや高い粘度のものが
塗布作業性においてすぐれている。

かかる浸炭防止剤となりうる物として具体的には東亜合
成化学工業■から市販されている「アロンセラミック」
　（登録商標）がある。

浸炭処理を適用できる鉄鋼類としては前述したが低炭素
鋼や浸炭を効率的に行うためのクロム、シリコン、モリ
ブデン、マンガンなどを含む合金鋼あるいは一般圧延用
炭素鋼、機械構造用炭素鋼・であ５す、その線膨張率は
概して（９〜１Ｂ）Ｘｉ０−”ｃｍ／ｃｍ”ｃ程度であ
ることから、本発明に使用することのできる浸炭防止剤
も硬化後の線膨張率が（１〜３０）　Ｘ　１０−’Ｃ１
ｌ／Ｃｌ１ｌ″Ｃの範囲にあるものが良好な結果が得ら
れ、更に好ましくは２５〜１１００℃の熱膨張が一定で
あり、かつその平均線膨張率が（４〜２３　）　Ｘ　１
０−’ｃｍ／ｃｍ”ｃの範囲の浸炭防止剤がより良好な
結果をもたらす。特に好ましくは基材との２５〜１１０
０℃における平均線膨張率の差が（０，５〜５　）　Ｘ
　１０−’ＣＩｌ／Ｃ１１’Ｃの範囲に入ることが良好
な浸炭防止効果と浸炭処理後の防止剤の除去に最も効果
的である。

Ｏ使用方法 本発明の防止剤は、浸炭処理する部品の処理を施したく
ない部分に、この盪炭防止剤をハケ、ヘラ、スプレーあ
るいは各種コーターを用いて塗布される。基材に油、錆
、防錆剤、はこりなどが付着している場合は密着性が低
下するので事前に簡単なサンディングや脱脂を行うこと
が望ましい。

続いて浸炭防止剤が良好な塗膜を形成することが可能な
条件で硬化させる。無機化合物の種類、硬化剤の使用の
有無により硬化条件は異なるが、通常室温または３００
　’Ｃ以下での加熱が一般的であり、８０°Ｃ程度の加
熱で充分な場合がほとんどである。また、塗布後室塩で
数時間放置後浸炭槽中での昇温により加熱硬化させるこ
とも可能である。

加熱硬化の場合、無機化合物の種類によっては急激な加
熱により発泡することもあるので、そのような場合は徐
々に昇温しで硬化することが望ましい。

「作用」 本発明の浸炭防止剤を部品の機能上浸炭処理してはなら
ない部分、あるいは浸炭後の溶接、機械加工、その他の
二次加工（後加工）などが必要な部分に塗布した後、そ
れらの部品の浸炭処理を行うと、浸炭防止剤の塗布され
た部分には浸炭処理が施されないという優れた作用が奏
せられる。

「実施例」 実施例１及び２ 炭素１ｉ１　（ＳＳ３４）　（７）丸棒（１０ｍｍΦＸ
ＬＯＯｍａｄ）の試料をトリクロルエチレンで蒸気洗浄
後、「アロンセラミック高粘度Ｃｌ　　（東亜合成化学
工業■製、主成分ニジリカ系無機化合物／変性水溶性珪
酸塩、固形分７３重量％、２５°Ｃにおける粘度１００
００００ｃｐｓ　、２５〜６００’Ｃの平均線膨張率１
３　Ｘ　１０−’ｃｍ／ｃｍ’ｃ　）及びコロイダルシ
リカ系無機接着剤（主成分ニジリカ系゛無機化合物／コ
ロイダルシリカ、固形分８５重量％、２５°Ｃにおける
粘度８０００ｃｐｓ　、２５〜６００°Ｃの平均線膨張
率１３　Ｘ　１０−’ｃｍ／ｃｍ″Ｃ）を試料の１／２
に刷毛塗りした。室温で約３０分放置後、ｌ″Ｃ／ｍｉ
ｎの昇温速度で１５０°Ｃまで加熱し、更に１５０°Ｃ
で１時間加熱硬化させた。浸炭防止剤中の溶媒である水
分は蒸発除去し、更に、１５０°Ｃの加熱による縮合反
応により均一な無機硬化皮膜が得られた。硬化後の膜厚
は約３００μｍおよび１００μｍであった。

ガス浸炭槽中に試料を入れて浸炭を行った。ガス組成は
メタノール、イソプロパツールの混合ガスを用い、９０
０℃までの昇温３０分、９００″Ｃで３時間浸炭し、更
に４時間を要して拡散を行い８３０°Ｃで３０分保持し
たのち油冷した。

浸炭防止剤は油冷により容易に除去できた。図−１に実
施例１及び２の浸炭防止剤を塗布した部分と塗布しなか
った部分の表面から深さ方向におけるマイクロビッカー
ス硬さ分布を示す。

浸炭防止剤を塗布しなかった部分はＨｖ８９０と極めて
高強度であるのに対し、実施例１の浸炭防止剤塗布部は
Ｈｖ３４５、実施例２の浸炭防止剤塗布部はＨｖ３７５
であり浸炭防止効果は顕著である。

（ハ）発明の効果 本発明の浸炭防止剤により簡便にかつ安価なコストで浸
炭防止が可能になる。部品の機能上浸炭処理してはなら
ない部分、あるいは浸炭後の溶接、機械加工、その他の
二次加工（後加工）などのために必要な部分を本発明の
浸炭防止剤を用いて浸炭防止処置することにより、浸炭
処理の効果的な応用の拡大と機械、構造物の性能や信頼
性が大幅に高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１及び２における浸炭防止剤の効果を
示す図で、浸炭防止剤を塗布した部分と塗布しなかった
部分の表面から深さ方向におけるマイクロビッカース硬
さ分布を示すもので、■は浸炭防止剤を塗布しなかった
部分、■は実施例１の浸炭防止剤塗布部分、■は実施例
２の浸炭防止剤塗布部分の表面から深さ方向におけるマ
イクロビッカース硬さを示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硬化皮膜形成能を有する珪酸塩、アルミン酸塩又は
   リン酸塩の一種又は二種以上からなることを特徴とする
   浸炭防止剤。 ２、浸炭処理を施す部品の浸炭処理を施したくない部分
   に硬化皮膜形成能を有する珪酸塩、アルミン酸塩又はリ
   ン酸塩の一種又は二種以上からなることを特徴とする浸
   炭防止剤の皮膜を形成して浸炭を防止することを特徴と
   する浸炭防止方法。