JPH05195193A - ニッケル合金の窒化方法 - Google Patents
ニッケル合金の窒化方法Info
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- JPH05195193A JPH05195193A JP4024763A JP2476392A JPH05195193A JP H05195193 A JPH05195193 A JP H05195193A JP 4024763 A JP4024763 A JP 4024763A JP 2476392 A JP2476392 A JP 2476392A JP H05195193 A JPH05195193 A JP H05195193A
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- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C8/00—Solid 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
- C23C8/06—Solid 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
- C23C8/34—Solid 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 more than one element being applied in more than one step
-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ニッケル合金の表面に深く均一な窒化層を形
成することにより、ニッケル合金の表面硬度を高くする
方法を提供する。 【構成】 フッ素系ガス雰囲気下においてニッケル合金
を加熱状態で保持する。ついで、これを窒化雰囲気下に
おいて加熱状態で保持してニッケル合金の表面に窒化層
を形成する。
成することにより、ニッケル合金の表面硬度を高くする
方法を提供する。 【構成】 フッ素系ガス雰囲気下においてニッケル合金
を加熱状態で保持する。ついで、これを窒化雰囲気下に
おいて加熱状態で保持してニッケル合金の表面に窒化層
を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ニッケル合金の表面
に窒化層を形成して表面硬度等を向上させる窒化方法に
関するものである。
に窒化層を形成して表面硬度等を向上させる窒化方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】インコネル（Ｎｉ−Ｃｒ系）, ハステロ
イ（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系），インコロイ等の高ニッケル
含有合金は、耐熱強度と耐食性に優れた合金として広く
使用されるようになってきている。最近では、このよう
なニッケル含有合金の耐摩耗性等の特性を向上させ、さ
らにその利用範囲を拡大しようとする要請が強まってき
ている。しかしながら、上記インコネル等のニッケル合
金に対し表面硬度を高める方法はいまだ確立されていな
い。わずかに押し出し硬化による母材強度の向上方法や
粉末素材を用いた超塑性材の研究がなされているにすぎ
ない。しかし、押し出し硬化による母材強度の向上方法
によれば合金全体の剛性が高くなることから合金の加工
性が悪くなる。また、粉末素材を用いた超塑性材では、
コストが極めて高くなることから実用化には問題があ
る。
イ（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系），インコロイ等の高ニッケル
含有合金は、耐熱強度と耐食性に優れた合金として広く
使用されるようになってきている。最近では、このよう
なニッケル含有合金の耐摩耗性等の特性を向上させ、さ
らにその利用範囲を拡大しようとする要請が強まってき
ている。しかしながら、上記インコネル等のニッケル合
金に対し表面硬度を高める方法はいまだ確立されていな
い。わずかに押し出し硬化による母材強度の向上方法や
粉末素材を用いた超塑性材の研究がなされているにすぎ
ない。しかし、押し出し硬化による母材強度の向上方法
によれば合金全体の剛性が高くなることから合金の加工
性が悪くなる。また、粉末素材を用いた超塑性材では、
コストが極めて高くなることから実用化には問題があ
る。
【０００３】ところで、金属材一般の表面硬化方法とし
ては、メッキ法，ＰＶＤのようなコーテング法，
窒化，硼化のような拡散浸透法が主流をなしている。し
かしながら、ニッケル合金に対しては、先に述べたよう
に、硬質クロムメッキやアルミナコーテングのようなコ
ーテング法が一部実用化されているにすぎない。これら
の方法では、コーテング法独特の品質管理の困難さや膜
厚の薄さにもとづく応用範囲の制約，さらには処理コス
トが高くなるという欠点がある。また、拡散浸透法とし
ての表面硬化法については、インコネル，ハステロイ合
金に対してグロー放電を利用したプラズマイオン窒化が
一部で試みられている。しかし、上記ニッケル合金に対
して、このようなプラズマイオン窒化を行っても、殆ど
窒化硬化層が形成されていない。仮に形成されたとして
も深さがわずか数ミクロンの超薄層が部分的に形成され
るにすぎない。したがって現状では、上記ニッケル合金
の窒化は殆どあきらめられており、実用化には程遠い。
ては、メッキ法，ＰＶＤのようなコーテング法，
窒化，硼化のような拡散浸透法が主流をなしている。し
かしながら、ニッケル合金に対しては、先に述べたよう
に、硬質クロムメッキやアルミナコーテングのようなコ
ーテング法が一部実用化されているにすぎない。これら
の方法では、コーテング法独特の品質管理の困難さや膜
厚の薄さにもとづく応用範囲の制約，さらには処理コス
トが高くなるという欠点がある。また、拡散浸透法とし
ての表面硬化法については、インコネル，ハステロイ合
金に対してグロー放電を利用したプラズマイオン窒化が
一部で試みられている。しかし、上記ニッケル合金に対
して、このようなプラズマイオン窒化を行っても、殆ど
窒化硬化層が形成されていない。仮に形成されたとして
も深さがわずか数ミクロンの超薄層が部分的に形成され
るにすぎない。したがって現状では、上記ニッケル合金
の窒化は殆どあきらめられており、実用化には程遠い。
【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、ニッケル合金の表面に深い均一な窒化層を形
成することにより、ニッケル合金の表面硬度を高くする
ニッケル合金の窒化方法の提供をその目的とする。
たもので、ニッケル合金の表面に深い均一な窒化層を形
成することにより、ニッケル合金の表面硬度を高くする
ニッケル合金の窒化方法の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明のニッケル合金の窒化方法は、フッ素系ガ
ス雰囲気下においてニッケル合金を加熱状態で保持し、
ついで、これを窒化雰囲気下において加熱状態で保持し
てニッケル合金の表面に窒化層を形成するという構成を
とる。
め、この発明のニッケル合金の窒化方法は、フッ素系ガ
ス雰囲気下においてニッケル合金を加熱状態で保持し、
ついで、これを窒化雰囲気下において加熱状態で保持し
てニッケル合金の表面に窒化層を形成するという構成を
とる。
【０００６】つぎに、この発明について詳しく説明す
る。
る。
【０００７】この発明は、ニッケル合金を対象とし、こ
れをフッ素系ガス雰囲気下でフッ化処理した後、窒化雰
囲気下において窒化処理する。
れをフッ素系ガス雰囲気下でフッ化処理した後、窒化雰
囲気下において窒化処理する。
【０００８】この発明の対象となる上記ニッケル合金と
しては、ニッケルの含有量が２５重量％（以下「％」と
略す）以上のニッケル合金が主として用いられる。例え
ばＮｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅが
あげられる。具体的には、インコネル系，ハステロイ
系，インコロイ系等の高ニッケル含有合金があげられ
る。なお、ニッケル含量が２５％未満の合金であっても
この発明の処理対象となる。したがって、この発明でニ
ッケル合金とは、ニッケル含量が２５％以上のものと２
５％未満のものの双方を含む。好適にはニッケル含量が
２５％以上のものである。また、ニッケル合金の形状等
も問わない。また、加工の度合い等も問わない。ニッケ
ル合金からなる材料、ニッケル合金からなる中間製品，
ニッケル合金からなる完成品の全てが、この発明のニッ
ケル合金の範囲に含まれる。
しては、ニッケルの含有量が２５重量％（以下「％」と
略す）以上のニッケル合金が主として用いられる。例え
ばＮｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅが
あげられる。具体的には、インコネル系，ハステロイ
系，インコロイ系等の高ニッケル含有合金があげられ
る。なお、ニッケル含量が２５％未満の合金であっても
この発明の処理対象となる。したがって、この発明でニ
ッケル合金とは、ニッケル含量が２５％以上のものと２
５％未満のものの双方を含む。好適にはニッケル含量が
２５％以上のものである。また、ニッケル合金の形状等
も問わない。また、加工の度合い等も問わない。ニッケ
ル合金からなる材料、ニッケル合金からなる中間製品，
ニッケル合金からなる完成品の全てが、この発明のニッ
ケル合金の範囲に含まれる。
【０００９】上記ニッケル合金をその中に入れて処理す
るフッ素系ガス雰囲気に用いるフッ素系ガスとしては、
ＮＦ3 ，ＢＦ3 ，ＣＦ4 ，ＨＦ，ＳＦ6 ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｗ
Ｆ6，ＣＨＦ3 ，ＳｉＦ4 等からなるフッ素化合物ガス
があげられ、単独でもしくは併せ使用される。また、こ
れら以外に、分子内にＦを含む他のフッ素化合物ガスも
上記フッ素系ガスとして用いることができる。また、こ
のようなフッ素化合物ガスを熱分解装置で熱分解させて
生成させたＦ2 ガスや予めつくられたＦ2 ガスも上記フ
ッ素系ガスとして用いられる。このようなフッ素化合物
ガスとＦ2 ガスとは、場合によって混合使用される。そ
して、上記フッ素化合物ガス，Ｆ2 ガス等のフッ素系ガ
スは、それのみで用いることもできるが、通常はＮ2 ガ
ス等の不活性ガスで希釈されて使用される。このような
希釈されたガスにおけるフッ素系ガス自身の濃度は、例
えば１００００〜１０００００ｐｐｍであり、好ましく
は２００００〜７００００ｐｐｍ、より好ましいのは３
００００〜５００００ｐｐｍである。
るフッ素系ガス雰囲気に用いるフッ素系ガスとしては、
ＮＦ3 ，ＢＦ3 ，ＣＦ4 ，ＨＦ，ＳＦ6 ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｗ
Ｆ6，ＣＨＦ3 ，ＳｉＦ4 等からなるフッ素化合物ガス
があげられ、単独でもしくは併せ使用される。また、こ
れら以外に、分子内にＦを含む他のフッ素化合物ガスも
上記フッ素系ガスとして用いることができる。また、こ
のようなフッ素化合物ガスを熱分解装置で熱分解させて
生成させたＦ2 ガスや予めつくられたＦ2 ガスも上記フ
ッ素系ガスとして用いられる。このようなフッ素化合物
ガスとＦ2 ガスとは、場合によって混合使用される。そ
して、上記フッ素化合物ガス，Ｆ2 ガス等のフッ素系ガ
スは、それのみで用いることもできるが、通常はＮ2 ガ
ス等の不活性ガスで希釈されて使用される。このような
希釈されたガスにおけるフッ素系ガス自身の濃度は、例
えば１００００〜１０００００ｐｐｍであり、好ましく
は２００００〜７００００ｐｐｍ、より好ましいのは３
００００〜５００００ｐｐｍである。
【００１０】この発明では、このような濃度のフッ素系
ガス雰囲気下に、上記ニッケル合金を入れ、加熱状態で
保持し、フッ化処理する。これがこの発明の最大の特徴
である。この場合、上記加熱保持は、ニッケル合金を、
例えば４００〜５５０℃の温度に加熱保持することによ
って行われる。そして、フッ素系ガス雰囲気中での上記
ニッケル合金の保持時間は、合金の種類や合金の形状寸
法, 加熱温度等に応じて適当な時間を選べばよく、通常
は十数分ないし数十分に設定される。ニッケル合金をこ
のようなフッ素ガス雰囲気下で処理することにより、従
来ではニッケル合金中に浸透できなかった「Ｎ」原子が
浸透できるようになる。この理由については現段階では
充分に明らかではないが、およそ、つぎのように考えら
れる。すなわち、ニッケル合金の表面には、窒化作用を
奏する「Ｎ」原子の浸透を阻害するＮｉＯの酸化膜が形
成されている。この酸化膜が形成されたニッケル合金を
上記のようにフッ素系ガス雰囲気下において加熱状態で
保持すると、上記ＮｉＯの酸化膜がＮｉＦ2 のフッ化膜
に変換する。このＮｉＦ2 のフッ化膜は、ＮｉＯの酸化
膜に比べて、窒化作用を有する「Ｎ」原子の浸透が容易
となることから、ニッケル合金の表面は上記フッ化処理
によって「Ｎ」原子の浸透の容易な表面状態に形成され
る。したがって、このような「Ｎ」原子の浸透の容易な
表面状態となっているニッケル合金を、下記に示すよう
に、窒化雰囲気下において加熱状態で保持すると、窒化
ガス中の「Ｎ」原子がニッケル合金中に一定の深さで均
一に浸透するため、深く均一な窒化層が形成されるよう
になると考えられる。
ガス雰囲気下に、上記ニッケル合金を入れ、加熱状態で
保持し、フッ化処理する。これがこの発明の最大の特徴
である。この場合、上記加熱保持は、ニッケル合金を、
例えば４００〜５５０℃の温度に加熱保持することによ
って行われる。そして、フッ素系ガス雰囲気中での上記
ニッケル合金の保持時間は、合金の種類や合金の形状寸
法, 加熱温度等に応じて適当な時間を選べばよく、通常
は十数分ないし数十分に設定される。ニッケル合金をこ
のようなフッ素ガス雰囲気下で処理することにより、従
来ではニッケル合金中に浸透できなかった「Ｎ」原子が
浸透できるようになる。この理由については現段階では
充分に明らかではないが、およそ、つぎのように考えら
れる。すなわち、ニッケル合金の表面には、窒化作用を
奏する「Ｎ」原子の浸透を阻害するＮｉＯの酸化膜が形
成されている。この酸化膜が形成されたニッケル合金を
上記のようにフッ素系ガス雰囲気下において加熱状態で
保持すると、上記ＮｉＯの酸化膜がＮｉＦ2 のフッ化膜
に変換する。このＮｉＦ2 のフッ化膜は、ＮｉＯの酸化
膜に比べて、窒化作用を有する「Ｎ」原子の浸透が容易
となることから、ニッケル合金の表面は上記フッ化処理
によって「Ｎ」原子の浸透の容易な表面状態に形成され
る。したがって、このような「Ｎ」原子の浸透の容易な
表面状態となっているニッケル合金を、下記に示すよう
に、窒化雰囲気下において加熱状態で保持すると、窒化
ガス中の「Ｎ」原子がニッケル合金中に一定の深さで均
一に浸透するため、深く均一な窒化層が形成されるよう
になると考えられる。
【００１１】上記のように、フッ素処理により「Ｎ」原
子の浸透しやすい状態となっているニッケル合金は、つ
ぎに窒化雰囲気下において加熱状態で保持され窒化処理
される。この場合、窒化雰囲気をつくる窒化ガスとして
は、ＮＨ3 のみからなる単体ガスが用いられ、またＮＨ
3 と炭素源を有するガス（例えばＲＸガス) との混合ガ
スも用いられる。両者を混合使用することも行われる。
通常は、上記単体ガス，混合ガスにＮ2 等の不活性ガス
を混合して使用される。場合によっては、これらのガス
にＨ2 ガスを混合して使用することも行われる。
子の浸透しやすい状態となっているニッケル合金は、つ
ぎに窒化雰囲気下において加熱状態で保持され窒化処理
される。この場合、窒化雰囲気をつくる窒化ガスとして
は、ＮＨ3 のみからなる単体ガスが用いられ、またＮＨ
3 と炭素源を有するガス（例えばＲＸガス) との混合ガ
スも用いられる。両者を混合使用することも行われる。
通常は、上記単体ガス，混合ガスにＮ2 等の不活性ガス
を混合して使用される。場合によっては、これらのガス
にＨ2 ガスを混合して使用することも行われる。
【００１２】このような窒化雰囲気下において、上記フ
ッ化処理のなされたニッケル合金が加熱状態で保持され
る。この場合加熱状態での保持は、通常５００〜７００
℃に設定され、処理時間は３〜６時間に設定される。こ
の窒化処理により上記ニッケル合金の表面に緻密な窒化
層（全体が一層からなる）が深く均一に形成される。こ
れによりニッケル合金の母材の硬度がＨｖ＝２８０〜３
８０であるに対して、表面硬度はＨｖ＝８００〜１１０
０にも達するようになる。この時形成される硬化層の厚
さは、基本的に窒化温度と窒化処理時間に依存している
が、５００℃以下では窒化層が形成されにくくなり、ま
た６５０℃以上ではフッ化膜が破壊され、Ｎｉが酸化さ
れ易くなり、窒化層が不均一となる傾向がみられる。
ッ化処理のなされたニッケル合金が加熱状態で保持され
る。この場合加熱状態での保持は、通常５００〜７００
℃に設定され、処理時間は３〜６時間に設定される。こ
の窒化処理により上記ニッケル合金の表面に緻密な窒化
層（全体が一層からなる）が深く均一に形成される。こ
れによりニッケル合金の母材の硬度がＨｖ＝２８０〜３
８０であるに対して、表面硬度はＨｖ＝８００〜１１０
０にも達するようになる。この時形成される硬化層の厚
さは、基本的に窒化温度と窒化処理時間に依存している
が、５００℃以下では窒化層が形成されにくくなり、ま
た６５０℃以上ではフッ化膜が破壊され、Ｎｉが酸化さ
れ易くなり、窒化層が不均一となる傾向がみられる。
【００１３】一方フッ化温度が４００℃以下では充分な
フッ化層が形成されず、フッ化温度６００℃以上ではフ
ッ化反応が激しくなりすぎてマッフル炉の炉材の消耗が
激しくなるため工業的プロセスとして適切ではない。ま
た、窒化層形成上、フッ化温度と窒化温度との差はでき
るだけ小さいことが好ましい。例えば、フッ化した後、
一旦冷却し、ついで窒化しても充分な窒化層が形成され
なくなる。
フッ化層が形成されず、フッ化温度６００℃以上ではフ
ッ化反応が激しくなりすぎてマッフル炉の炉材の消耗が
激しくなるため工業的プロセスとして適切ではない。ま
た、窒化層形成上、フッ化温度と窒化温度との差はでき
るだけ小さいことが好ましい。例えば、フッ化した後、
一旦冷却し、ついで窒化しても充分な窒化層が形成され
なくなる。
【００１４】上記のようなフッ化処理および窒化処理
は、例えば、図１に示すような金属製のマッフル炉で行
われる。すなわち、このマッフル炉内において、まずフ
ッ化処理をし、ついで窒化処理を行う。図１において、
１はマッフル炉、２はその外殻、３はヒーター、４は内
容器、５はガス導入管、６は排気管、７はモーター、８
はフアン、１１は金網製かご、１３は真空ポンプ、１４
は排ガス処理装置、１５，１６はボンベ、１７は流量
計、１８はバルブである。この炉内にニッケル合金１０
を入れ、ＮＦ3 等のフッ素系ガスを炉１内に導入して加
熱しながらフッ化処理をし、ついで排気管６からそのガ
スを真空ポンプ１３の作用で引き出し排ガス処理装置１
４内で無毒化して外部に放出する。つぎに、ボンベ１６
を流路に接続し炉１内に窒化ガスを導入して窒化処理を
行い、その後、排気管６、排ガス処理装置１４を経由し
てガスを外部に排出する。この一連の作業によりフッ化
処理と窒化処理がなされる。また、図１の装置に代え
て、図２の装置を用いることも可能である。この装置
は、図示の左側がフッ化処理室になっており、右側が窒
化処理室になっている。図において、２′は金属製のか
ご、３′はヒータ、５′は排ガス配管、６′，７′は開
閉蓋、１１′は土台、２１は断熱壁を持つ炉本体、２２
は上下に動く隔壁であり、この隔壁２２によって炉本体
２１内が、左右の２室２３，２４に分割されている。２
３はフッ化処理室に、２４は窒化処理室に形成されてい
る。２５は２本のレールからなる架台であり、ニッケル
合金の入った金属製のカゴ２′を乗せ、このカゴ２′を
レールの上を滑らせ、室２３，２４を行き来できるよう
になっている。２６はフッ化処理室にフッ素系ガスを導
入するガス流入管、２７は温度センサー、２８は窒化ガ
ス流入管である。なお、上記金属製のマッフル炉１の材
質はステンレス材ではなく、高ニッケル系の耐熱合金が
望ましい。
は、例えば、図１に示すような金属製のマッフル炉で行
われる。すなわち、このマッフル炉内において、まずフ
ッ化処理をし、ついで窒化処理を行う。図１において、
１はマッフル炉、２はその外殻、３はヒーター、４は内
容器、５はガス導入管、６は排気管、７はモーター、８
はフアン、１１は金網製かご、１３は真空ポンプ、１４
は排ガス処理装置、１５，１６はボンベ、１７は流量
計、１８はバルブである。この炉内にニッケル合金１０
を入れ、ＮＦ3 等のフッ素系ガスを炉１内に導入して加
熱しながらフッ化処理をし、ついで排気管６からそのガ
スを真空ポンプ１３の作用で引き出し排ガス処理装置１
４内で無毒化して外部に放出する。つぎに、ボンベ１６
を流路に接続し炉１内に窒化ガスを導入して窒化処理を
行い、その後、排気管６、排ガス処理装置１４を経由し
てガスを外部に排出する。この一連の作業によりフッ化
処理と窒化処理がなされる。また、図１の装置に代え
て、図２の装置を用いることも可能である。この装置
は、図示の左側がフッ化処理室になっており、右側が窒
化処理室になっている。図において、２′は金属製のか
ご、３′はヒータ、５′は排ガス配管、６′，７′は開
閉蓋、１１′は土台、２１は断熱壁を持つ炉本体、２２
は上下に動く隔壁であり、この隔壁２２によって炉本体
２１内が、左右の２室２３，２４に分割されている。２
３はフッ化処理室に、２４は窒化処理室に形成されてい
る。２５は２本のレールからなる架台であり、ニッケル
合金の入った金属製のカゴ２′を乗せ、このカゴ２′を
レールの上を滑らせ、室２３，２４を行き来できるよう
になっている。２６はフッ化処理室にフッ素系ガスを導
入するガス流入管、２７は温度センサー、２８は窒化ガ
ス流入管である。なお、上記金属製のマッフル炉１の材
質はステンレス材ではなく、高ニッケル系の耐熱合金が
望ましい。
【００１５】この装置は、連続式の装置であり、窒化処
理室２４で窒化処理を行う際の加熱でフッ化処理室２３
内を昇温させ、その状態でフッ化処理室２３内にニッケ
ル合金を導入してフッ化処理し、フッ化処理室２３のガ
スを排気した後、隔壁２２を上げてニッケル合金を金属
製かご２′ごと窒化処理室２４内に入れて隔壁２２を下
げる。ついで、その状態で窒化処理を行うということに
より、フッ化処理と窒化処理を連続して行うになってい
る。
理室２４で窒化処理を行う際の加熱でフッ化処理室２３
内を昇温させ、その状態でフッ化処理室２３内にニッケ
ル合金を導入してフッ化処理し、フッ化処理室２３のガ
スを排気した後、隔壁２２を上げてニッケル合金を金属
製かご２′ごと窒化処理室２４内に入れて隔壁２２を下
げる。ついで、その状態で窒化処理を行うということに
より、フッ化処理と窒化処理を連続して行うになってい
る。
【００１６】特に、上記フッ化処理を行うにあたってフ
ッ素系ガスとして、ＮＦ3 を用いると好適である。すな
わち、ＮＦ3 は常温で反応性がなく、ガス状で取り扱い
易い物質であることから、作業も容易で、また排ガスの
無毒化も容易になる。
ッ素系ガスとして、ＮＦ3 を用いると好適である。すな
わち、ＮＦ3 は常温で反応性がなく、ガス状で取り扱い
易い物質であることから、作業も容易で、また排ガスの
無毒化も容易になる。
【００１７】
【作用効果】以上のように、この発明のニッケル合金の
窒化方法は、フッ素系ガス雰囲気下においてニッケル合
金を加熱状態で保持することにより、ニッケル合金に付
着している有機，無機異物の除去を行うと同時に、ニッ
ケル合金の表面の酸化皮膜をフッ化膜に変換し、その後
窒化処理する。このように、ニッケル合金表面の酸化皮
膜をフッ化膜に変換することにより、フッ化膜の作用に
よりニッケル合金表面の保護が行われる。すなわち、フ
ッ化処理から窒化処理の間に時間的な経過があっても、
上記フッ化膜の存在によってニッケル合金の表面が保護
される。したがって、ニッケル合金の表面に酸化皮膜が
再び生ずることがない。そして、このようなフッ化膜
は、「Ｎ」原子を透過させうることから、窒化処理時に
「Ｎ」原子がニッケル合金の表面層に所定の深さ，均一
な状態で浸透する。その結果、ニッケル合金の母材の剛
性を高めることなく、その表面層のみに緻密で均質な窒
化層を所定の深さで形成することができ、その表面硬度
を大幅に向上しうるようになる。
窒化方法は、フッ素系ガス雰囲気下においてニッケル合
金を加熱状態で保持することにより、ニッケル合金に付
着している有機，無機異物の除去を行うと同時に、ニッ
ケル合金の表面の酸化皮膜をフッ化膜に変換し、その後
窒化処理する。このように、ニッケル合金表面の酸化皮
膜をフッ化膜に変換することにより、フッ化膜の作用に
よりニッケル合金表面の保護が行われる。すなわち、フ
ッ化処理から窒化処理の間に時間的な経過があっても、
上記フッ化膜の存在によってニッケル合金の表面が保護
される。したがって、ニッケル合金の表面に酸化皮膜が
再び生ずることがない。そして、このようなフッ化膜
は、「Ｎ」原子を透過させうることから、窒化処理時に
「Ｎ」原子がニッケル合金の表面層に所定の深さ，均一
な状態で浸透する。その結果、ニッケル合金の母材の剛
性を高めることなく、その表面層のみに緻密で均質な窒
化層を所定の深さで形成することができ、その表面硬度
を大幅に向上しうるようになる。
【００１８】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。
明する。
【００１９】
【実施例１】インコネル６００およびインコネル７５１
ならびにハステロイＣからなる３種類のニッケル合金製
板材を用意し、これを図１に示す炉内に入れて、炉内を
充分に真空パージした後、５５０℃に昇温した。そし
て、その状態でフッ素系ガス（ＮＦ3 １０Ｖｏｌ％＋Ｎ
2 ９０Ｖｏｌ％）を入れて炉内を大気圧の状態にし、そ
の状態で３０分間保持した。つぎに、上記フッ素系ガス
を炉内から排出した後、窒化ガス（ＮＨ3 ５０Ｖｏｌ％
＋Ｎ2 ２５Ｖｏｌ％＋Ｈ2 ２５Ｖｏｌ％）を導入し、炉
内を５７０℃まで昇温させ、その状態で３時間保持して
窒化した。このようにして窒化処理のなされたインコネ
ル６００，インコネル７５１，ハステロイＣの３種類の
ニッケル合金製の板材の表面には、図３，図４，図５に
示すように、それぞれ厚み１５μｍ，１２μｍ, １０μ
ｍの窒化層からなる表面硬化層Ｂが形成されていた。Ａ
はニッケル合金の母材である。そして、これらの表面硬
化層Ｂの表面硬度はいずれもＨｖ＝８００〜１０００で
あった。
ならびにハステロイＣからなる３種類のニッケル合金製
板材を用意し、これを図１に示す炉内に入れて、炉内を
充分に真空パージした後、５５０℃に昇温した。そし
て、その状態でフッ素系ガス（ＮＦ3 １０Ｖｏｌ％＋Ｎ
2 ９０Ｖｏｌ％）を入れて炉内を大気圧の状態にし、そ
の状態で３０分間保持した。つぎに、上記フッ素系ガス
を炉内から排出した後、窒化ガス（ＮＨ3 ５０Ｖｏｌ％
＋Ｎ2 ２５Ｖｏｌ％＋Ｈ2 ２５Ｖｏｌ％）を導入し、炉
内を５７０℃まで昇温させ、その状態で３時間保持して
窒化した。このようにして窒化処理のなされたインコネ
ル６００，インコネル７５１，ハステロイＣの３種類の
ニッケル合金製の板材の表面には、図３，図４，図５に
示すように、それぞれ厚み１５μｍ，１２μｍ, １０μ
ｍの窒化層からなる表面硬化層Ｂが形成されていた。Ａ
はニッケル合金の母材である。そして、これらの表面硬
化層Ｂの表面硬度はいずれもＨｖ＝８００〜１０００で
あった。
【００２０】
【実施例２】インコネル６００，インコネル７５１なら
びにハステロイＣの３種類のニッケル合金製なる板材を
対象とし、実施例１と同様にしてフッ化処理をした。つ
ぎに、窒化ガスとして、ＮＨ3 ５０Ｖｏｌ％＋Ｎ2 ５０
Ｖｏｌ％の混合ガスを用い、温度６２０℃で窒化処理を
３時間行った。そして、窒化処理を終えたものに、さら
に実施例１と同様のフッ素系ガスを用い６２０℃で３時
間フッ化処理をし、さらに上記と同様の窒化ガスを用い
６２０℃で３時間窒化処理を行った。このようにしてフ
ッ化処理と窒化処理を２回づつ行った３種類のニッケル
合金について、その表面に形成された窒化層からなる硬
化層の厚みを測定した。その結果、インコネル６００，
インコネル７５１，ハステロイＣの３種類のニッケル合
金製板材の硬化層の厚みは、それぞれ２５μｍ, ２０μ
ｍ, １８μｍであり、表面硬度は実施例１と同様の硬度
になっていた。
びにハステロイＣの３種類のニッケル合金製なる板材を
対象とし、実施例１と同様にしてフッ化処理をした。つ
ぎに、窒化ガスとして、ＮＨ3 ５０Ｖｏｌ％＋Ｎ2 ５０
Ｖｏｌ％の混合ガスを用い、温度６２０℃で窒化処理を
３時間行った。そして、窒化処理を終えたものに、さら
に実施例１と同様のフッ素系ガスを用い６２０℃で３時
間フッ化処理をし、さらに上記と同様の窒化ガスを用い
６２０℃で３時間窒化処理を行った。このようにしてフ
ッ化処理と窒化処理を２回づつ行った３種類のニッケル
合金について、その表面に形成された窒化層からなる硬
化層の厚みを測定した。その結果、インコネル６００，
インコネル７５１，ハステロイＣの３種類のニッケル合
金製板材の硬化層の厚みは、それぞれ２５μｍ, ２０μ
ｍ, １８μｍであり、表面硬度は実施例１と同様の硬度
になっていた。
【００２１】
【実施例３】フッ素系ガスとして、Ｆ2 １０Ｖｏｌ％＋
Ｎ2 ９０Ｖｏｌ％の混合ガスを用いた。それ以外は実施
例１と同様の３種類のニッケル合金製板材についてフッ
化処理と窒化処理を行った。その結果、処理後の３種類
の板材の表面には実施例１と同様の窒化硬化層が形成さ
れており、その表面硬度は実施例１と同様であった。
Ｎ2 ９０Ｖｏｌ％の混合ガスを用いた。それ以外は実施
例１と同様の３種類のニッケル合金製板材についてフッ
化処理と窒化処理を行った。その結果、処理後の３種類
の板材の表面には実施例１と同様の窒化硬化層が形成さ
れており、その表面硬度は実施例１と同様であった。
【図１】この発明の窒化処理に用いる炉構成図である。
【図２】他の炉の構成図である。
【図３】窒化処理のなされたニッケル合金製板（インコ
ネル６００）の拡大断面図である。
ネル６００）の拡大断面図である。
【図４】窒化処理のなされたニッケル合金板（インコネ
ル７５１）の拡大断面図である。
ル７５１）の拡大断面図である。
【図５】窒化処理のなされたニッケル合金板（ハステロ
イＣ）の拡大断面図である。
イＣ）の拡大断面図である。
Ａ ニッケル合金母材 Ｂ 表面硬化層
フロントページの続き (72)発明者 湊 輝男 和歌山県橋本市城山台３−38−２
Claims (5)
- 【請求項１】 フッ素系ガス雰囲気下においてニッケル
合金を加熱状態で保持し、ついで、これを窒化雰囲気下
において加熱状態で保持してニッケル合金の表面に窒化
層を形成することを特徴とするニッケル合金の窒化方
法。 - 【請求項２】 フッ素系ガス雰囲気をつくるガスが、下
記の（ａ），（ｂ）および（ｃ）の少なくとも一種と、
これを希釈する不活性ガスとからなる請求項１記載のニ
ッケル合金の窒化方法。 （ａ）ＮＦ3 ，ＢＦ3 ，ＣＦ4 ，ＨＦ，ＳＦ6 ，Ｃ2 Ｆ
6 ，ＷＦ6 ，ＣＨＦ3 およびＳｉＦ4 からなる群から選
択された少なくとも一種のフッ素化合物ガス。 （ｂ）上記（ａ）のフッ素化合物ガスを熱分解して生成
したＦ2 ガス。 （ｃ）予めつくられたＦ2 ガス。 - 【請求項３】 フッ素系ガス雰囲気下におけるニッケル
合金の加熱状態での保持が、ニッケル合金を４００〜６
００℃の範囲内に加熱して行われる請求項１記載のニッ
ケル合金の窒化方法。 - 【請求項４】 窒化雰囲気をつくるガスが、ＮＨ3 のみ
からなる単体ガス,ＮＨ3 とＲＸガスとの混合ガス、も
しくは上記単体ガス，混合ガスのいずれか一つに不活性
ガスを混合した不活性ガス混合ガスまたはこの不活性ガ
ス混合ガスにＨ2 ガスを混合した混合ガスである請求項
１記載のニッケル合金の窒化方法。 - 【請求項５】 窒化雰囲気下におけるニッケル合金の加
熱状態での保持が、ニッケル合金を５００〜７００℃の
範囲内に加熱して行われる請求項１記載のニッケル合金
の窒化方法。
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|---|---|---|---|
| JP4024763A JP2501062B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | ニッケル合金の窒化方法 |
| US07/845,080 US5252145A (en) | 1989-07-10 | 1992-03-03 | Method of nitriding nickel alloy |
| DE69225880T DE69225880T2 (de) | 1992-01-14 | 1992-03-13 | Verfahren zum Nitrieren von einer Nickel-Legierung |
| EP92302169A EP0551702B1 (en) | 1992-01-14 | 1992-03-13 | Method of nitriding nickel alloy |
| KR1019920004456A KR100247657B1 (ko) | 1992-01-14 | 1992-03-17 | 니켈합금의 질화방법 |
| CN92102171A CN1032264C (zh) | 1992-01-14 | 1992-03-30 | 氮化镍合金的方法 |
| TW081102766A TW198070B (ja) | 1992-01-14 | 1992-04-10 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195193A true JPH05195193A (ja) | 1993-08-03 |
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ID=12147193
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| KR (1) | KR100247657B1 (ja) |
| CN (1) | CN1032264C (ja) |
| DE (1) | DE69225880T2 (ja) |
| TW (1) | TW198070B (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0754123A (ja) * | 1994-06-17 | 1995-02-28 | Daido Hoxan Inc | 鋼の窒化方法 |
| JP2001506923A (ja) * | 1996-12-20 | 2001-05-29 | ベー・テー・ゲー・ケッレ・インヴェンティング・アクチエボラーグ | コーティング・ブレード |
| JP2007031759A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Air Water Inc | 金属のガス窒化方法 |
| JP2007277675A (ja) * | 2006-04-11 | 2007-10-25 | Nippon Steel Corp | 電気メッキ用コンダクターロール |
| JP2009197254A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Osaka Industrial Promotion Organization | Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金の表面処理方法，および，表面処理したＮｉ基２重複相金属間化合物合金 |
| JP2010070844A (ja) * | 2009-02-24 | 2010-04-02 | Air Water Inc | 熱処理炉の使用方法および熱処理方法ならびに熱処理炉 |
| CN102943231A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-27 | 江苏大学 | 铝及铝合金表面三段气体氮化方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5445683A (en) * | 1992-05-13 | 1995-08-29 | Daidousanso Co., Ltd. | Nickel alloy products with their surfaces nitrided and hardened |
| US5447181A (en) * | 1993-12-07 | 1995-09-05 | Daido Hoxan Inc. | Loom guide bar blade with its surface nitrided for hardening |
| DE4429943C1 (de) * | 1994-08-24 | 1996-02-22 | Dornier Gmbh Lindauer | Verfahren zur Standzeiterhöhung von Webblattlamellen |
| US6093303A (en) | 1998-08-12 | 2000-07-25 | Swagelok Company | Low temperature case hardening processes |
| US6165597A (en) * | 1998-08-12 | 2000-12-26 | Swagelok Company | Selective case hardening processes at low temperature |
| US6547888B1 (en) | 2000-01-28 | 2003-04-15 | Swagelok Company | Modified low temperature case hardening processes |
| US8377234B2 (en) | 2010-04-26 | 2013-02-19 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Method of nitriding nickel-chromium-based superalloys |
| CN102330062B (zh) * | 2011-10-18 | 2013-01-02 | 沈阳大学 | 一种氮化钛/镍纳米多层薄膜的制备方法 |
| CN103074574A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-05-01 | 四川大学 | 一种Ni基合金工件低温盐浴氮化工艺 |
| DE102013218303A1 (de) * | 2013-09-12 | 2015-03-12 | Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg | Abgasturbolader mit Turbine |
| CN106884134B (zh) * | 2015-12-16 | 2020-07-03 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种镍基合金的表面钝化处理方法 |
| CN105944746B (zh) * | 2016-05-18 | 2018-09-14 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种碳负载氮化镍催化剂及其制备方法和应用 |
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|---|---|---|---|---|
| US3129124A (en) * | 1959-12-30 | 1964-04-14 | Gen Electric | Process for producing interlaminar insulation for electrical apparatus |
| DE68918365T2 (de) * | 1988-07-20 | 1995-05-04 | Hashimoto Chemical Ind Co | Metallischer Werkstoff mit durch Fluorierung passiviertem Film und aus dem metallischen Werkstoff bestehende Anlage. |
| DE69009603T2 (de) * | 1989-07-10 | 1995-01-12 | Daido Oxygen | Verfahren zur Vorbehandlung von metallischen Werkstücken und zur Nitrierhärtung von Stahl. |
-
1992
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- 1992-03-13 EP EP92302169A patent/EP0551702B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-13 DE DE69225880T patent/DE69225880T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-17 KR KR1019920004456A patent/KR100247657B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-30 CN CN92102171A patent/CN1032264C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1992-04-10 TW TW081102766A patent/TW198070B/zh not_active IP Right Cessation
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| DE69225880T2 (de) | 1998-12-17 |
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