金属构件表面的活化方法技术

提供能用作扩散渗透处理的预处理的金属构件表面的活化处理方法，该方法中，将对在金属构件的表面生成氮化层、渗碳层或碳氮共渗层的气体氮化法、气体渗碳法等扩散渗透处理造成困难的高合金钢构件的表面钝化膜，使用通常在气体热处理中所用的气体类，利用被处理金属和／或金属制炉材表面的催化作用，在炉内生成ＨＣＮ气体，使钝化的高合金钢构件的表面活化，从而避免以往在采用卤化物的活化处理中成为问题的炉内积蓄物、炉内壁面的损耗以及废气的无害化处理等弊病。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对金属构件进行氮化和渗碳等扩散渗透处理之前使金属构件表面活化的金属构件的预处理方法。
技术介绍
为了提高耐磨损性、疲劳强度等机械性质，在金属构件的表面形成氮化层或渗碳层的气体氮化法和气体渗碳法主要被广泛用于由铁类材料构成的构件。在由合金钢、特别是高合金钢构成的构件表面进行这些处理时，由于存在于构件表面的钝化膜(氧化物等)，氮和碳等向金属构件表面中的渗入扩散受到阻碍，存在发生上述构件的处理不良或处理不均的问题。因此，这些扩散渗透处理之前，进行金属构件表面的活化处理。作为该表面活化处理，被最广泛采用的是以不锈钢表面渗氮处理为代表的使用氯化物类化合物的方法。作为氯化物，使用氯乙烯树脂、氯化铵、二氯甲烷等。上述氯化物与金属构件一起放入处理炉中被加热。通过该加热，这些氯化物分解产生HCl，该生成的HCl将金属构件表面的钝化膜破坏(变性)，使表面活化，保证后续工序的氮化和渗碳等扩散渗透处理。然而，如上所述的采用氯化物的金属构件的表面活化中，分解生成的HCl不仅损耗由砖和金属构成的炉内壁面，而且在气体氮化和气体软氮化中，与作为气氛气体的氨气反应生成氯化铵，该氯化铵积蓄在炉内和排气系统中，不仅成为故障的原因，而且残存于金属构件(工件)表面、引起该构件的抗腐蚀性和疲劳强度下降等。近年来，作为代替前述使用氯化物的方法的方法，采用同样属于卤族的氟化合物(NF3)的被实用化(例如，专利文献1)。上述NF3通过加热分解生成氟，生成的氟将金属构件表面的钝化膜变为氟化物膜，将金属构件表面活化。然而，采用氟化合物(NF3)的中，废气中所含的NF3和HF的无害化需要深度的处理，这成为了该方法普及的障碍。前述使用卤化物的中，存在炉内积蓄物的问题、炉内壁面的损耗或需要废气的无害化处理设备等问题。考虑到这样的背景，进行了不使用卤化物的的开发。专利文献2所述的氨气氮化方法为，通过在作为工件的高铬合金钢构件表面生成由丙酮的热分解产生的还原性自由基和CO，将合金钢构件表面的钝化膜还原活化的方法。采用该方法，在被加热的高铬合金钢构件表面丙酮按照下述式(1)热分解，在高铬合金钢构件表面生成还原性自由基和CO。…(1)金属构件表面的氧化膜(MO)以下述式(2)被还原。…(2)高铬合金钢构件表面的表面氧化膜的主要成分为Cr2O3，…(3)所以按照上述式(1)～(3)生成的CO与作为气氛气体的氨气反应，按照下述式(4)生成HCN。…(4)按上述式(4)生成的HCN通过下述反应将高铬合金钢构件表面的钝化膜还原。…(5)生成的Cr(CN)3的C和N扩散到高铬合金钢构件表面中，实现渗碳和氮化，在上述构件表面不产生残留物。相对地，前述采用氯化物的高铬合金钢构件表面的活化反应以下述式(6)表示。…(6)上述氯化铬残留在构件表面，成为引起构件的腐蚀的物质。专利文献1日本专利特开平3-44457号公报专利文献2日本专利特愿平9-38341号公报专利技术的揭示专利技术要解决的课题如上所述，在从原理上解决专利文献1所述的采用氯化物的的问题的方面，专利文献2所述的方法是优秀的。然而，专利文献2所述的方法在常温常压下使用液态的丙酮，所以需要导入丙酮蒸气的装置，丙酮的流量控制困难，因此存在难以获得具有均一的活性表面的金属构件的缺点。解决课题的方法为了解决上述课题，本专利技术人着手开发使用常温常压下为气体的化合物代替处理上存在问题的丙酮的方法，并完成了本专利技术。即，本专利技术的构成如下。1.，其特征在于，将以常温常压下为气体的供碳化合物和氨气作为必要成分的混合气体在加热炉内加热至300℃以上，在该加热混合气体中，通过金属构件、金属制炉内壁或金属制夹具的催化作用生成HCN，使生成的HCN与金属构件的表面作用。2.前述1所述的，其特征在于，供碳化合物为选自乙炔、乙烯、丙烷、丁烷和一氧化碳的一种以上的化合物。3.前述1所述的，其特征在于，金属制炉内壁或金属制夹具含有选自Fe、Ni、Co、Cu、Cr、Mo、Nb、V、Ti和Zr的一种以上的金属。4.前述1所述的，其特征在于，在炉内生成的HCN的浓度在100mg/m3以上，炉内气氛气体的露点在5℃以下。专利技术的效果若采用本专利技术，可以提供能用作扩散渗透处理的预处理的金属构件表面的活化处理方法，该方法中，将对在金属构件的表面生成氮化层、渗碳层或碳氮共渗层的气体氮化法、气体渗碳法等扩散渗透处理造成困难的高合金钢构件的表面钝化膜，使用通常在气体热处理中所用的气体类，利用被处理金属和/或金属制炉材表面的催化作用，在炉内生成HCN气体，使钝化的高合金钢构件的表面活化，从而避免以往在采用卤化物的活化处理中成为问题的炉内积蓄物、炉内壁面的损耗以及废气的无害化处理等弊病。实施专利技术的最佳方式以下，例举用于实施专利技术的最佳方式，对本专利技术进行更具体的说明。如前述专利文献2所述，由前述式(1)的丙酮的热分解生成的CH3·(甲基自由基)将金属构件表面的氧化膜还原。前述式(1)和(2)中生成的CO与气氛气体氨气在金属表面反应生成HCN。HCN按照前述式(5)与金属氧化膜作用。本专利技术人推测，由丙酮的热分解生成的CH3·和HCN(作为另一热分解生成物的CO与气氛气体氨气的反应生成物)从前述式(2)和式(5)的比较来看在对钝化膜的作用方面是类似的，CH3·和HCN两者的存在是高铬合金钢构件表面活化的充分条件，而并不是必要条件，于是着眼于HCN，着手在金属表面的HCN生成方法的开发和采用HCN的金属构件表面的活化效果的确认。将氮化气氛气体(NH3∶N2＝摩尔比1∶1)与选自常温常压下为气体的各种含碳化合物的气体导入炉内为SUS310S制的马弗炉内，加热至550℃，对HCN的生成进行考察。其结果，确认通过一氧化碳、二氧化碳、乙炔、乙烯、丙烷、丁烷分别与氨气的组合可以生成HCN。相对地，除了将马弗炉的内壁换成砖制的炉之外，进行与上述同样的实验，分析HCN的生成量后，结果所有的情况下都未检出HCN。由此可知，对于采用氨气和这些气体的HCN生成反应金属表面的催化作用是必要条件。采用氨气和前述含碳化合物的HCN生成反应分别可以用下述的反应式表示。…(7)…(8)…(9)…(10)…(11)…(12)氮化气氛气体(NH3∶N2＝摩尔比1∶1)与选自各种含碳化合物的气体的反应得到的HCN的生成量的比较中，相对于氮化气氛气体(NH3∶N2＝摩尔比1∶1)分别以当量比1％含有各含碳化合物，导入内壁为SUS3 10S制的马弗炉内，加热至550℃30分钟，进行前述式(7)～(12)的反应。其结果，各种含碳化合物的HCN生成量为下述的顺序。C2H2＞CO＞C2H4＞C4H10＞C3H8＞CO2对于确认了由与氮化气氛气体的反应生成HCN的这些含碳化合物，使用SUS304板材对在氮化处理的初期阶段分别将这些化合物导入加热炉内是否存在活化作用进行评价。其结果，发现C2H2、CO、C2H2、C4H10和C3H8与未导入含碳化合物的对照氮化处理相比，上述SUS304板材中，对于氮化均一性和渗氮产生的重量增加具有明显效果。相对地，使用CO2的情况下，在氮化均一性和试验片的重量增加方面都与对照氮化处理没有区别，对于CO2没有发现对上述SUS304板材表面的活化作用。在炉内，虽然通过CO2的导入生成HCN，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属构件表面的活化方法，其特征在于，将以常温常压下为气体的供碳化合物和氨气作为必要成分的混合气体在加热炉内加热至３００℃以上，在该加热混合气体中，通过金属构件、金属制炉内壁或金属制夹具的催化作用生成ＨＣＮ，使生成的ＨＣＮ与金属构件的表面作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：星野薰，宮下诚，河村隆司，戸塚敏子，永乐宏，八代国治，黒泽巧，
申请(专利权)人：帕卡热处理工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]