JPH0375352A - 鉄系部品の浸炭窒化用塩浴の活性力復元剤とその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄系部品の浸炭窒化用塩浴に使用する浸炭窒
化能力復元剤に関し、より具体的には前記塩浴を反復使
用中にその活性力が低下するのを復元する復元剤として
のジシアンジアミドの脱アンモニア重縮合物とその製造
方法に関する。

［従来の技術］ 塩浴により鉄系部品を浸炭窒化するため、従来シアン酸
アルカリを主作用成分として成る塩浴が用いられて居り
、その作用機構は次式の様にシアン酸アルカリが鉄系部
品と接触して分解し、窒素と炭素を遊離し、この活性窒
素と活性炭素が部品表面から浸入拡散するものである。

４ＭＣＮ０→２ＭＣＮ　＋　Ｍ、ＣＯ，＋　ＣＯ＋　２
［Ｎ］又は　５ＭＣＮ０→３ＭＣＮ　＋　ＭｉＣＯｓ　
＋　ＧＯ□＋２［Ｎ１２ＭＣＮ　＋　０□→２ＭＣＮＯ ＭＣＮ＋ＣＯ！→ＭＣＮ０　＋　ＣＯ ゛２ＣＯ→ｃａｎ　＋　［ｃＪ 但し、Ｍはアルカリ金属、［Ｎ］、［ＣＩは、それぞれ
、活性窒素及び活性炭素を示す。

上式の発生機の窒素と炭素が鉄系部品の表面から侵入、
拡散する結果、部品表面層に窒素を６〜１１％、炭素を
０．５〜１％を含む化合物層と、その直下に約０．１％
の窒素がさらに浸透拡散した窒素拡散層が生成する。こ
れらの浸炭窒化層が生成する結果、鉄系部品の耐摩耗性
、耐食性、耐焼付カジリ性及び疲労強度が著しく向上す
る。

しかしながらその一方では、分解したシアン酸アルカリ
は、洛中に炭酸アルカリとして蓄積され浸炭窒化活性力
を低下をさせる。

溶融状態の浸炭窒化塩浴の活性力を回復する手段として
、生成した老化生成物であるアルカリ炭酸塩をアルカリ
シアン酸塩に復元するため、従来浸炭窒化塩浴の活性力
を回復する復元剤として種々の発明提案がなされて居り
、例えば特公昭４４−４８９２では尿素を熱分解して得
られるシアヌル酸又はイソシアヌル酸を主成分とする溶
融生成物を、一方特公昭４２−７０４３では尿素又はそ
の他有機窒素化合物、例えばビューレット、ジシアンジ
アミド、メラミン、メラム、メロン、アンメリン、シア
ヌル酸を挙げている。

以上に述べた従来の特許公報では単に復元効果を有する
新規物質を列挙するに止まり、これ等を工業的に実用す
る場合の問題点とそれを解決するための手段等について
は何ら開示されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の復元剤については、次のような問題点があり、工
業的使用に支障を来している。

（１）尿素、ビューレット、ジシアンジアミド等の比較
的低分子窒素−炭素−水素及び場合により酸素をも含む
鎖状化合物を復元剤として使用する場合、浸炭窒化塩浴
の使用温度が約５７０〜５８０℃の範囲、あるいは更に
高温に維持されるので、上記復元剤が溶融塩に接触する
と瞬間的に分解してガス化し或は昇華し、分解生成した
アンモニアを含む白煙を大量に発生すると共に、復元剤
自身が浴の周辺に飛散し著しく作業環境を悪化させる。

また、この為に復元剤による炭酸塩からシアン酸塩への
復元効率が極めて低いという問題を併行的に生起してい
た。

（２）シアヌル酸又はイソシアヌル酸、メラミン、メラ
ム等の窒素−炭素−水素と、場合により酸素を含む有機
環状化合物を復元剤として使用する場合も　（１）の場
合とほぼ同様で、これら復元剤が高温の浴と接触して分
解ガス化、昇華等を惹起し、アンモニアを含む大量の白
煙を発生すると共に復元剤自身の飛散により作業環境の
悪化及び復元効率の低下の問題を生じている。

（３）一方、メラミン、メラムより重縮合度の高いメレ
ム、メロンの様な有機窒素−炭素−水素を含む多環状化
合物の場合は、その重縮合度の程度において　（１１，
（２１の様な問題は徐々に解消される。

然しなかも、これ等重縮合度の高い多環状化合物は、復
元剤としての性能が優れているにもかかわらず、その製
造コストが高く工業的に用いるには経済的に問題がある
。

本発明は上記諸問題を解消し、作業環境上問題がなく、
復元効率が高く、経済的にも充分実用し得る復元剤を提
供するのを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決する為に、本発明の発明者らは、前述
のように良好な性能を有し、しかも製造の容易な復元剤
を得るため鋭意研究を行なった結果本発明を完成したも
のである。

先ず、このような特性を有する復元剤の出発物質として
種々検討の結果ジシアンジアミドが最適であることを見
出した。

ジシアンジアミドを常圧下に於て加熱すると、その融点
である２７０℃を超える温度に於てアンモニアの発生を
伴う急激な発熱反応を生起し、瞬時にメラミンと、メラ
ミンより高次の少量の高分子化合物を生成し、加熱温度
を更に上昇させると、生成物中のメラミンは更に反応し
て高次の重縮合物へと変化する。

加熱温度が４２０〜４５０℃以上では、反応生成物中に
占めるメラミンの割合は数％から次第にＯに近づいてゆ
く、最終加熱温度に於てアンモニアの放出を充分に行な
わせると、目的とする復元剤を得ることが出来る。

上記加熱過程に於て、融点直上のジシアンジアミドの発
熱反応を加熱エネルギーとして有効に利用することが出
来、復元剤を低価格で製造し得る原料としてジシアンジ
アミドを選んだ理由の一つはこの点にある。上記復元剤
の製造時の最終加熱温度が３５０℃以下であると、復元
剤としての使用時に、前述の改善対象であった白煙の発
生が加熱温度の低下と共に次第に大となり且つ復元効率
が低下する。

また、最終加熱温度が５００℃以上の場合は、白煙の発
生、復元効率共良好であるが、その改善度は小さく、エ
ネルギーコストが上昇するので好ましくない。

従って反応終点の温度は３５０℃以上５００℃以下の範
囲とし、好適には４２０〜４５０℃の範囲がよい。

又ジシアンジアミドを原料として加熱し重縮合反応を起
こさせる場合、反応器の伝熱面に原料が接触していると
反応の進行と共に反応生成物が伝熱面に固着し、また反
応生成物が団塊状に固結して円滑な反応が阻害され且つ
反応生成物の取り出しが困難になる。

発明者らはこの問題を解決する為１反応終了した復元剤
を粒子状にしたものを、初期充填媒体として反応器中に
入れ、撹拌しつつ反応最終温度まで昇温し、その温度に
保持している間に原料であるジシアンジアミドを反応温
度を低下させない範囲の添加速度で前記初期充填媒体上
に添加し反応させる。その結果、原料は上記の団塊状固
結による反応阻害や反応生成物の取り出し困難などの問
題を起すことなく重縮合反応し、製品量が増加するので
その一部を取り出すことは容易になる。

［作用］ 上記のようにして得られた復元剤を、シアン酸アルカリ
を主作用成分とする鉄系部品の浸炭窒化用塩浴剤で建浴
した塩浴の劣化した塩浴に添加すると、白煙の発生も、
復元剤の飛散もなく作業環境の汚染は全く認められない
。

復元能力については、復元能力を有する他の如何なる物
質に比較しても優れている。

［実施例］ （１）製造試験 本発明の粒子状製品を初期充填媒体として反応器内に入
れ、撹拌羽根を６６０−１８Ｏｒｐの速度で回転させな
がら、温度調節計により反応器内の温度を４３０°Ｃに
設定して、初期充填媒体が均一に加熱され、温度が４３
０°Ｃに到達した時点で、原料としてのジシアンジアミ
ドを、原料供給ホッパーから。

反応器内で撹拌状態にされている粒子状の製品の層の上
部に供給した。

このようにして供給された原料ジシアンジアミドは、加
熱された粒子状の製品中に均一に分散されると、自己発
熱反応をすると共に製品の保有熱を受取り、短時間に重
縮合反応を完了する。

反応器底部の製品排出バイブに取り付けられた自動排出
バルブより製品の増加分を取り出した。

この間反応器内の製品層の温度は４２０°〜４５０°Ｃ
に維持され、得られた製品としての復元剤は均一な外観
と復元効率を有していた。

（２）復元性能試験 実施例（１）により調製した本発明の復元剤試料＋１１
　と、従来技術による復元剤の比較試料としての尿素（
ＣＩ）　、メラミン（Ｃ２）　、市販のジシアンジアミ
ド（Ｃ３）　！３よび反応温度が３００°Ｃでのジシア
ンジアミドの反応生成物（Ｃ４）の４種、合計５種の試
料について復元能力を試験した。

シアン酸アルカリの適性管理値ＣＮ０−３６％の浸炭窒
化用塩浴に対し、劣化した状態を想定し劣化成分である
炭酸アルカリを添加して調整しＣＮ０−３１．９％、Ｃ
Ｎ−０，８％の組成を有する塩浴を用意した。

この塩浴２．５ｋｇを５つの小形ポットに分取し、５８
０６Ｃに保持し、通気撹拌しつつ各復元剤を１５ｇ添加
した。復元性能は、復元剤添加前後の試料をそれぞれ自
動電位差滴定装置［平沼産業（株）製ＣＯＭＴＩＴＥ−
１０１］により分析しＣＮ０−の増加量をもって示し、
同時に環境汚染に影響を及ぼす因子の発生状況を観測し
た。それらの結果を下表に示す。

［発明の効果］ 本発明の復元剤は、シアン酸アルカリを主作用成分とす
る鉄系金属部品の浸炭窒化用塩浴の活性力が塩浴として
の使用の間に低下した場合に、それを復元するための復
元剤としての復元性能が。

現在までに使用され、あるいは提案されている他の如何
なる復元剤に比較しても優れている。

また、復元剤としての使用時の白煙の発生、粉塵の飛散
が殆ど無く、アンモニアの発生も他の復元剤に比較して
最も少なく、労働安全、衛生の面と産業公害の点から好
ましい。

一方、製造技術の点では、生成物の伝熱面への焼付きや
塊状化など生産を阻害する問題を生ずることもなく、さ
らに反応熱を有効に利用してエネルギーコストの低減を
可能にするなど浸炭窒化用塩浴の産業の分野に貢献する
こと多大である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．シアン酸を主作用成分とする鉄系金属部品の浸炭窒
   化用塩浴の活性力復元剤であって、 ジシアンジアミドを出発物質として常圧下でその融点以
   上の温度にまで加熱して反応させ、重縮合の過程で生じ
   るアンモニアガスを十分放出してジシアンジアミドの脱
   アンモニア重縮合物として得られる浸炭窒化用塩浴の活
   性力復元剤。
2. ２．上記の加熱温度が３５０〜５００℃、好適には４２
   ０〜４５０℃である請求項１に記載の活性力復元剤。
3. ３．前記の鉄系部品の浸炭窒化用塩浴が、シアン酸アル
   カリを主作用成分としシアン化アルカリ及びまたは炭酸
   アルカリを副次成分とする請求項１または２記載の活性
   力復元剤。
4. ４．ジシアンジアミドを出発物質として常圧下でその融
   点以上の温度にまで加熱して反応させ、重縮合の過程で
   生じるアンモニアガスを十分放出してジシアンジアミド
   の脱アンモニア重縮合物とする浸炭窒化用塩浴の活性力
   復元剤の製造方法。
5. ５．前記ジシアンジアミドを融点以上の温度で反応させ
   る際に、前記活性力復元剤の製品の一部を粒子状にし初
   期充填媒体として反応器中に入れ、撹拌しつつ３５０〜
   ５００℃、好適には４２０〜４５０℃まで昇温しその温
   度に保持している間に、原料ジシアンジアミドを、反応
   温度を低下させない範囲の添加速度で、前記初期充填媒
   体上に添加して反応させることを特徴とする請求項４に
   記載の活性力復元剤の製造方法。