JPS6349748B2 - - Google Patents
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- JPS6349748B2 JPS6349748B2 JP57055008A JP5500882A JPS6349748B2 JP S6349748 B2 JPS6349748 B2 JP S6349748B2 JP 57055008 A JP57055008 A JP 57055008A JP 5500882 A JP5500882 A JP 5500882A JP S6349748 B2 JPS6349748 B2 JP S6349748B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- nitriding
- furnace
- organic liquid
- ammonia
- Prior art date
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C23C8/08—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 only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、ガス軟窒化法に関し、とくに、中
性で安価に得られる窒素ガスとアンモニアガスと
有機液剤分解装置から発生させた分解ガスとから
なるガス軟窒化雰囲気ガスに、二酸化炭素を添加
してガス軟窒化処理を行なうことにより、窒化速
度を大幅に増加するとともに、操業費を低減し、
安全性を高くするものである。
性で安価に得られる窒素ガスとアンモニアガスと
有機液剤分解装置から発生させた分解ガスとから
なるガス軟窒化雰囲気ガスに、二酸化炭素を添加
してガス軟窒化処理を行なうことにより、窒化速
度を大幅に増加するとともに、操業費を低減し、
安全性を高くするものである。
一般に、アンモニアガスによるガス窒化法は、
高価なアンモニアガスを多量に使用して処理時間
が長く、Al、Cr、Ti、Ｖ、Mn、Siなどの窒化物
生成元素を含む窒化鋼にしか適用できず、用途が
限定される等の制約がある。このガス窒化法は、
アンモニアの分解による窒化反応のみを目的とす
るものであるが、アンモニアガスと吸熱型変成ガ
スとを用いるガス軟窒化法は、窒化と浸炭との双
方の反応が同時に行なわれ、炭素の存在によつて
窒化反応が促進して被処理物の最外層に炭素を固
溶した炭窒化物（ε−Fe2-3N）が形成される点
に特徴をもつた処理法である。
高価なアンモニアガスを多量に使用して処理時間
が長く、Al、Cr、Ti、Ｖ、Mn、Siなどの窒化物
生成元素を含む窒化鋼にしか適用できず、用途が
限定される等の制約がある。このガス窒化法は、
アンモニアの分解による窒化反応のみを目的とす
るものであるが、アンモニアガスと吸熱型変成ガ
スとを用いるガス軟窒化法は、窒化と浸炭との双
方の反応が同時に行なわれ、炭素の存在によつて
窒化反応が促進して被処理物の最外層に炭素を固
溶した炭窒化物（ε−Fe2-3N）が形成される点
に特徴をもつた処理法である。
しかしながら、従来のガス窒化法やガス軟窒化
法においては、アンモニアガスの分解反応により
炉内の水素分圧が高くなつて、窒化速度が遅くな
るという問題があり、水素分圧を低下させるため
には多量のアンモニアガスを供給しなければなら
ず、高価なアンモニアガスの消費量が著しく増大
して操業費が高くなる欠点がある。
法においては、アンモニアガスの分解反応により
炉内の水素分圧が高くなつて、窒化速度が遅くな
るという問題があり、水素分圧を低下させるため
には多量のアンモニアガスを供給しなければなら
ず、高価なアンモニアガスの消費量が著しく増大
して操業費が高くなる欠点がある。
また、従来のガス軟窒化法は、吸熱型変成ガス
が炉内ガスの約50％導入されるため、一酸化炭素
やメタンガス等が多量に生成され被処理物にスー
テイングが発生し易くなるほか、ガス爆発の危険
性が高くなる欠点がある。
が炉内ガスの約50％導入されるため、一酸化炭素
やメタンガス等が多量に生成され被処理物にスー
テイングが発生し易くなるほか、ガス爆発の危険
性が高くなる欠点がある。
さらに、従来のガス軟窒化法では、吸熱型変成
ガスを発生させるために大形の変成炉が必要とな
り、設備費が高価となるだけでなく、変成炉の運
転を常時管理しなければならないという問題があ
る。
ガスを発生させるために大形の変成炉が必要とな
り、設備費が高価となるだけでなく、変成炉の運
転を常時管理しなければならないという問題があ
る。
この発明は、上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、この発明の目的は、窒化速度が
大幅に増加するガス軟窒化法を提供することにあ
り、またこの発明の目的は、安価な操業費で安全
に操業できるガス軟窒化法を提供することにあ
り、さらにこの発明の目的は、鋼種を問わず短時
間で有効な炭窒化層が得られるガス軟窒化法を提
供することにあり、さらにまた、この発明の目的
は、小形の有機液剤分解装置を用いる経済的なガ
ス軟窒化法を提供することにある。
れたものであり、この発明の目的は、窒化速度が
大幅に増加するガス軟窒化法を提供することにあ
り、またこの発明の目的は、安価な操業費で安全
に操業できるガス軟窒化法を提供することにあ
り、さらにこの発明の目的は、鋼種を問わず短時
間で有効な炭窒化層が得られるガス軟窒化法を提
供することにあり、さらにまた、この発明の目的
は、小形の有機液剤分解装置を用いる経済的なガ
ス軟窒化法を提供することにある。
すなわち、この発明は、450〜650℃の温度範囲
で、窒素ガス、アンモニアガスおよび有機液剤分
解ガスよりなるガス軟窒化雰囲気ガスに、二酸化
炭素を0.1〜10容量％添加して被処理物のガス軟
窒化処理を行なうことを特徴とするガス軟窒化法
に係る。
で、窒素ガス、アンモニアガスおよび有機液剤分
解ガスよりなるガス軟窒化雰囲気ガスに、二酸化
炭素を0.1〜10容量％添加して被処理物のガス軟
窒化処理を行なうことを特徴とするガス軟窒化法
に係る。
この発明のガス軟窒化法においては、キヤリア
ガスとして窒素ガスを、窒素供給用ガスとしてア
ンモニアガスを使用し、炭素供給用ガスとして有
機液剤分解ガスを使用する。
ガスとして窒素ガスを、窒素供給用ガスとしてア
ンモニアガスを使用し、炭素供給用ガスとして有
機液剤分解ガスを使用する。
有機液剤分解ガスとして、たとえばメタノール
分解ガスを使用する場合、メタノール
（CH3OH）を900〜1100℃に加熱された分解装置
に導入し、分解装置内で熱分解され、下記式(1)の
反応によつて一酸化炭素と水素とが発生する。
分解ガスを使用する場合、メタノール
（CH3OH）を900〜1100℃に加熱された分解装置
に導入し、分解装置内で熱分解され、下記式(1)の
反応によつて一酸化炭素と水素とが発生する。
CH3OH→CO＋2H2 (1)
この発明においては、上記の窒素ガス、アンモ
ニアガスおよび有機液剤分解ガスよりなるガス軟
窒化雰囲気ガスに、さらに二酸化炭素を添加して
ガス軟窒化処理を行なう構成としている。
ニアガスおよび有機液剤分解ガスよりなるガス軟
窒化雰囲気ガスに、さらに二酸化炭素を添加して
ガス軟窒化処理を行なう構成としている。
この発明によるガス軟窒化処理の炉内における
ガス反応は次のようになる。
ガス反応は次のようになる。
アンモニアガス（NH3）は、下記式(2)により
分解して窒素（Ｎ）を発生し、被処理物の窒化が
行なわれる。
分解して窒素（Ｎ）を発生し、被処理物の窒化が
行なわれる。
2NH3２〔Ｎ〕＋3H2 (2)
有機液剤分解ガス中の一酸化炭素（CO）は、
下記式(3)の反応により炭素(C)を発生して被処理物
の浸炭が行なわれる。
下記式(3)の反応により炭素(C)を発生して被処理物
の浸炭が行なわれる。
2CO〔Ｃ〕＋CO2 (3)
二酸化炭素（CO2）は、炉内の水素（H2）と
反応して、下記式(4)のように一酸化炭素（CO）
を発生する。
反応して、下記式(4)のように一酸化炭素（CO）
を発生する。
CO2H2CO＋H2O (4)
この二酸化炭素（CO2）の分解反応によつて発
生した一酸化炭素（CO）は、さらに、上記式(3)
の反応により炭素(C)を発生するから、これにより
再び被処理物の浸炭が行なわれる。
生した一酸化炭素（CO）は、さらに、上記式(3)
の反応により炭素(C)を発生するから、これにより
再び被処理物の浸炭が行なわれる。
上記のように、二酸化炭素を添加することによ
り、窒化反応に悪影響を及ぼす水素と反応して水
素分圧が低下するから、窒化速度を大きくするこ
とができる。また、多量のアンモニアガスを導入
して水素分圧を低下させる必要がなくなるから、
アンモニアの炉内への供給量を減少させることが
できる。さらに、二酸化炭素が水素と反応するこ
とによつて発生した一酸化炭素が再び浸炭反応を
起こすから、一酸化炭素の発生源である有機液剤
分解ガスの供給量も減少させることが可能とな
る。
り、窒化反応に悪影響を及ぼす水素と反応して水
素分圧が低下するから、窒化速度を大きくするこ
とができる。また、多量のアンモニアガスを導入
して水素分圧を低下させる必要がなくなるから、
アンモニアの炉内への供給量を減少させることが
できる。さらに、二酸化炭素が水素と反応するこ
とによつて発生した一酸化炭素が再び浸炭反応を
起こすから、一酸化炭素の発生源である有機液剤
分解ガスの供給量も減少させることが可能とな
る。
このように、この発明では炉内に導入するガス
軟窒化雰囲気ガスは、窒素ガスとアンモニアガス
との割合に比べて有機液剤分解ガスの割合を少な
くすることができ、少量の有機液剤分解ガスを供
給すれば足りるから、有機液剤分解装置は、必要
最小限の量の有機液剤を分解するだけの小形のも
のを使用すればよく、従来の吸熱型ガス変成炉の
ような大形のものを使用する必要がない。
軟窒化雰囲気ガスは、窒素ガスとアンモニアガス
との割合に比べて有機液剤分解ガスの割合を少な
くすることができ、少量の有機液剤分解ガスを供
給すれば足りるから、有機液剤分解装置は、必要
最小限の量の有機液剤を分解するだけの小形のも
のを使用すればよく、従来の吸熱型ガス変成炉の
ような大形のものを使用する必要がない。
この発明を実施するためのガス軟窒化炉の一例
を第１図に示す。同図において、符号１０は炉体
であり、該炉体１０内にはラジアントチユーブヒ
ータ１２が設けられ、炉内上部に撹拌用フアン１
４が架設されている。このフアン１４は炉頂外部
に設けたモータ１６によつて回転して、炉内の雰
囲気ガスを撹拌する。また、炉体１０内には、炉
内温度測定用の熱電対１８を設けている。符号２
０はガス供給管であり、ガス供給側に連結された
分岐管２１，２２，２３，２４からそれぞれ窒
素、アンモニア、有機液剤分解ガス、二酸化炭素
を単独に炉体１０内に供給するようにしている。
上記構成の炉体１０内に被処理物２５を装入して
ガス軟窒化処理が行なわれる。
を第１図に示す。同図において、符号１０は炉体
であり、該炉体１０内にはラジアントチユーブヒ
ータ１２が設けられ、炉内上部に撹拌用フアン１
４が架設されている。このフアン１４は炉頂外部
に設けたモータ１６によつて回転して、炉内の雰
囲気ガスを撹拌する。また、炉体１０内には、炉
内温度測定用の熱電対１８を設けている。符号２
０はガス供給管であり、ガス供給側に連結された
分岐管２１，２２，２３，２４からそれぞれ窒
素、アンモニア、有機液剤分解ガス、二酸化炭素
を単独に炉体１０内に供給するようにしている。
上記構成の炉体１０内に被処理物２５を装入して
ガス軟窒化処理が行なわれる。
炉体１０内に供給するガスは、それぞれの分岐
管２１，２２，２３，２４によつて各別に導入す
ることができるから、被処理物２５の材料特性に
応じてそれぞれのガス混合比を適宜選定すること
により、雰囲気ガスの窒素ポテンシヤルと炭素ポ
テンシヤルとを任意に変更することができ、被処
理物２５に形成する炭窒化物の組成をその使用目
的に応じて容易に変えることができる。
管２１，２２，２３，２４によつて各別に導入す
ることができるから、被処理物２５の材料特性に
応じてそれぞれのガス混合比を適宜選定すること
により、雰囲気ガスの窒素ポテンシヤルと炭素ポ
テンシヤルとを任意に変更することができ、被処
理物２５に形成する炭窒化物の組成をその使用目
的に応じて容易に変えることができる。
次に、この発明の方法による処理結果について
説明する。
説明する。
第２図は、S45CとSPCCとを供試体としてCO2
添加量（容量％）と化合物層の厚さとの関係を示
したものである。
添加量（容量％）と化合物層の厚さとの関係を示
したものである。
有機液剤分解ガスは、メタノール分解ガス（以
下、「D.G.」という。）を使用して、CO2を添加し
ないときのガス軟窒化雰囲気ガスの混合比を、 N2：NH3：D.G.＝50：40：10 とし、CO2の添加量に相当する量だけN2の量を
減じて、570℃の温度で２時間処理した後、油冷
して得た結果である。
下、「D.G.」という。）を使用して、CO2を添加し
ないときのガス軟窒化雰囲気ガスの混合比を、 N2：NH3：D.G.＝50：40：10 とし、CO2の添加量に相当する量だけN2の量を
減じて、570℃の温度で２時間処理した後、油冷
して得た結果である。
同図から明らかなように、S45C、SPCCの双方
とも化合物層の厚さはCO2の添加量をを増すにし
たがつて増加し、CO2添加量が５％のときに最大
となるが、それ以上添加してもほぼ横這いとな
る。したがつて、最も好ましいCO2添加量は５％
であるが、0.1〜10％の範囲内であれば、必要と
する化合物層の厚さが得られる。
とも化合物層の厚さはCO2の添加量をを増すにし
たがつて増加し、CO2添加量が５％のときに最大
となるが、それ以上添加してもほぼ横這いとな
る。したがつて、最も好ましいCO2添加量は５％
であるが、0.1〜10％の範囲内であれば、必要と
する化合物層の厚さが得られる。
また、処理温度は570℃が最も好ましいが、450
〜650℃の範囲でも、上記とほぼ同等の結果が得
られることが確認された。
〜650℃の範囲でも、上記とほぼ同等の結果が得
られることが確認された。
第３図は従来のアンモニアガスと吸熱型変成ガ
スとによるガス軟窒化処理を行つたS45CとSPCC
との化合物層のＸ線回折像、第４図はこの発明に
よりガス軟窒化処理したS45CとSPCCとの化合物
層のＸ線回折像をそれぞれ示したものである。
スとによるガス軟窒化処理を行つたS45CとSPCC
との化合物層のＸ線回折像、第４図はこの発明に
よりガス軟窒化処理したS45CとSPCCとの化合物
層のＸ線回折像をそれぞれ示したものである。
従来のガス軟窒化法による処理条件は、雰囲気
ガスの混合比を NH3：RXガス＝50：50 とし、570℃の温度で２時間処理した後、油冷し
たものである。
ガスの混合比を NH3：RXガス＝50：50 とし、570℃の温度で２時間処理した後、油冷し
たものである。
この発明のガス軟窒化法による処理条件は、雰
囲気ガスの混合比を N2：NH3：D.G.：CO2＝45：40：10：５ とし、570℃の温度で２時間処理した後、油冷し
たものである。
囲気ガスの混合比を N2：NH3：D.G.：CO2＝45：40：10：５ とし、570℃の温度で２時間処理した後、油冷し
たものである。
第３図と第４図とを比較対照すれば明らかなよ
うに、両方法とも、S45C、SPCCの双方にε−
Fe2-3N、γ′−Fe4Nが同程度に測定されており、
両方法間に著しい差が認められないので、この発
明の方法によりガス軟窒化処理を行なうことによ
り、従来のガス軟窒化法と同等の炭窒化物が形成
されることが判る。
うに、両方法とも、S45C、SPCCの双方にε−
Fe2-3N、γ′−Fe4Nが同程度に測定されており、
両方法間に著しい差が認められないので、この発
明の方法によりガス軟窒化処理を行なうことによ
り、従来のガス軟窒化法と同等の炭窒化物が形成
されることが判る。
以上、説明したところから明らかなように、こ
の発明は、窒素ガス、アンモニアガス、有機液剤
分解ガスよりなるガス軟窒化雰囲気ガスに二酸化
炭素を添加してガス軟窒化処理を行なう構成とし
ているから、二酸化炭素により水素分圧が低下し
て窒化速度が大幅に増加し、処理時間を短縮させ
ることが可能となるだけでなく、アンモニアガス
量を減少させられ、さらに安価な窒素ガスを使用
することと相まつて操業費が著しく低減する。
の発明は、窒素ガス、アンモニアガス、有機液剤
分解ガスよりなるガス軟窒化雰囲気ガスに二酸化
炭素を添加してガス軟窒化処理を行なう構成とし
ているから、二酸化炭素により水素分圧が低下し
て窒化速度が大幅に増加し、処理時間を短縮させ
ることが可能となるだけでなく、アンモニアガス
量を減少させられ、さらに安価な窒素ガスを使用
することと相まつて操業費が著しく低減する。
また、この発明によれば、炭素供給用ガスとし
て従来多量に使用していた吸熱型変成ガスにかえ
て少量の有機液剤分解ガスを使用すればよいか
ら、一酸化炭素やメタンガスの発生量が少なくな
り被処理物にスーテイングが生じ難くなるほか、
中性の窒素ガスの割合が大きいから、ガス爆発の
危険がなく安全性の高い操業が可能となる。
て従来多量に使用していた吸熱型変成ガスにかえ
て少量の有機液剤分解ガスを使用すればよいか
ら、一酸化炭素やメタンガスの発生量が少なくな
り被処理物にスーテイングが生じ難くなるほか、
中性の窒素ガスの割合が大きいから、ガス爆発の
危険がなく安全性の高い操業が可能となる。
また、この発明においては、有機液剤分解ガス
が従来の吸熱型変成ガスと同様に被処理物に浸炭
反応を起させるから、材料それ自体では炭素を含
有しないSPCCのようなものでも表面硬しさを増
大させることができ、あらゆる鋼種を対象として
適用することができる。
が従来の吸熱型変成ガスと同様に被処理物に浸炭
反応を起させるから、材料それ自体では炭素を含
有しないSPCCのようなものでも表面硬しさを増
大させることができ、あらゆる鋼種を対象として
適用することができる。
さらに、この発明は、従来のガス軟窒化法のよ
うに大型の吸熱型ガス変成炉が不要となるから、
変成炉の運転管理の手間が省略され、小形で安価
な有機液剤分解装置に替えることにより、きわめ
て経済的なガス軟窒化装置とすることができる。
うに大型の吸熱型ガス変成炉が不要となるから、
変成炉の運転管理の手間が省略され、小形で安価
な有機液剤分解装置に替えることにより、きわめ
て経済的なガス軟窒化装置とすることができる。
第１図は、この発明の方法に用いるガス軟窒化
炉の断面図、第２図は二酸化炭素添加量と化合物
層の厚さとの関係を示す図表、第３図は従来の方
法で形成された化合物層のＸ線回折像、第４図は
この発明の方法で形成された化合物層のＸ線回折
像である。 図中、１０は炉体、２０はガス供給管、２１，
２２，２３，２４はガス分岐管、２５は被処理物
である。
炉の断面図、第２図は二酸化炭素添加量と化合物
層の厚さとの関係を示す図表、第３図は従来の方
法で形成された化合物層のＸ線回折像、第４図は
この発明の方法で形成された化合物層のＸ線回折
像である。 図中、１０は炉体、２０はガス供給管、２１，
２２，２３，２４はガス分岐管、２５は被処理物
である。
Claims (1)
- １ 450〜650℃の温度範囲で、窒素ガス、アンモ
ニアガスおよび有機液剤分解ガスよりなるガス軟
窒化雰囲気ガスに、二酸化炭素を0.1〜10容量％
添加して被処理物のガス軟窒化処理を行なうこと
を特徴とするガス軟窒化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5500882A JPS58174572A (ja) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | ガス軟窒化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5500882A JPS58174572A (ja) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | ガス軟窒化法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58174572A JPS58174572A (ja) | 1983-10-13 |
| JPS6349748B2 true JPS6349748B2 (ja) | 1988-10-05 |
Family
ID=12986624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5500882A Granted JPS58174572A (ja) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | ガス軟窒化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58174572A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4998654B2 (ja) * | 2001-01-31 | 2012-08-15 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 鋼部材のガス軟窒化処理方法 |
| AU2003213601A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-16 | Swagelok Company | Case hardening of titanium |
| JP4885606B2 (ja) | 2006-04-28 | 2012-02-29 | Ｎｔｎ株式会社 | 浸炭窒化方法および機械部品の製造方法 |
| JP5744610B2 (ja) | 2011-04-19 | 2015-07-08 | Ntn株式会社 | ガス軟窒化方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4860031A (ja) * | 1971-12-03 | 1973-08-23 | ||
| JPS50117647A (ja) * | 1974-02-28 | 1975-09-13 | ||
| JPS5159734A (en) * | 1974-11-21 | 1976-05-25 | Daido Steel Co Ltd | Taimamosei ojusuru tetsukozairyono seizohoho |
| JPS56169769A (en) * | 1980-06-03 | 1981-12-26 | Toray Eng Co Ltd | Carbonitriding method |
-
1982
- 1982-04-02 JP JP5500882A patent/JPS58174572A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58174572A (ja) | 1983-10-13 |
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