JPH0813126A - 金属部材のイオン軟窒化法 - Google Patents
金属部材のイオン軟窒化法Info
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- JPH0813126A JPH0813126A JP17475294A JP17475294A JPH0813126A JP H0813126 A JPH0813126 A JP H0813126A JP 17475294 A JP17475294 A JP 17475294A JP 17475294 A JP17475294 A JP 17475294A JP H0813126 A JPH0813126 A JP H0813126A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭化水素系ガスの使用と、グロー放電状態の
条件を規定することによって、金属部材の表面に金属炭
窒化物の化合物層を効率的に形成することが可能な手段
を提供する。 【構成】 金属部材の３００〜６５０℃の温度に維持し
て、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素系ガスを
用い、金属部材の表面に対して０．００１〜２．０ｍＡ
／ｃｍ２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の表面
にイオン軟窒化する。また、その際、金属部材の表面近
傍の発光分光分析を行い、ＮＨラジカルの発光強度と窒
素分子イオンの発光強度比を適正に制御してイオン軟窒
化する。
条件を規定することによって、金属部材の表面に金属炭
窒化物の化合物層を効率的に形成することが可能な手段
を提供する。 【構成】 金属部材の３００〜６５０℃の温度に維持し
て、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素系ガスを
用い、金属部材の表面に対して０．００１〜２．０ｍＡ
／ｃｍ２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の表面
にイオン軟窒化する。また、その際、金属部材の表面近
傍の発光分光分析を行い、ＮＨラジカルの発光強度と窒
素分子イオンの発光強度比を適正に制御してイオン軟窒
化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複雑な表面形状の金属
部材や、表面に細密な溝を有する金属部材等の表面をイ
オ軟窒化する方法に係り、より詳しくは適正な処理条件
で金属部材表面を目的の軟窒化状態にイオン軟窒化する
ことができる金属部材のイオン軟窒化法に関する。
部材や、表面に細密な溝を有する金属部材等の表面をイ
オ軟窒化する方法に係り、より詳しくは適正な処理条件
で金属部材表面を目的の軟窒化状態にイオン軟窒化する
ことができる金属部材のイオン軟窒化法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属の表面をイオン軟窒化して表面にそ
の金属の炭窒化物の化合物層や窒素原子の拡散層を形成
し、金属の表面の耐摩耗性や耐食性を向上させることは
公知であるが、この発明者は金属部材の表面をできるだ
け保持したまま、イオン窒化する方法を先に提案した。
の金属の炭窒化物の化合物層や窒素原子の拡散層を形成
し、金属の表面の耐摩耗性や耐食性を向上させることは
公知であるが、この発明者は金属部材の表面をできるだ
け保持したまま、イオン窒化する方法を先に提案した。
【０００３】その方法は、金属部材を３００〜６５０℃
の温度に維持して、アンモニアガスと水素ガスを用い、
金属部材の表面に対して０．００１〜２．０ｍＡ／ｃｍ
２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の表面をイオ
ン窒化する方法であり、以下に記載する優れた特徴を有
する。
の温度に維持して、アンモニアガスと水素ガスを用い、
金属部材の表面に対して０．００１〜２．０ｍＡ／ｃｍ
２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の表面をイオ
ン窒化する方法であり、以下に記載する優れた特徴を有
する。
【０００４】（１）金属部材のうち、複雑形状で立体的
なもの、表面が細密な溝構造を有するもの、異種形状の
ものを複数混載してこれらの全表面を均一にイオン窒化
処理できる。 （２）グロー放電はほとんどガスのプラズマ化のみに使
用するので、低電流密度でイオン窒化処理ができ、これ
に要する電力量を小さくできる上、低電流密度のためプ
ラズマ化が安定して溝の隅々まで拡散しイオン窒化でき
る。 （３）加熱は専用の加熱装置によって、金属部材のイオ
ン窒化反応を合理的な速度で行わせるためにのみ用いる
ので、完全に自動制御できる。 （４）大電流密度に起因するアーク放電による金属部材
表面への放電痕が発生しないので製品化の収率が高い。
なもの、表面が細密な溝構造を有するもの、異種形状の
ものを複数混載してこれらの全表面を均一にイオン窒化
処理できる。 （２）グロー放電はほとんどガスのプラズマ化のみに使
用するので、低電流密度でイオン窒化処理ができ、これ
に要する電力量を小さくできる上、低電流密度のためプ
ラズマ化が安定して溝の隅々まで拡散しイオン窒化でき
る。 （３）加熱は専用の加熱装置によって、金属部材のイオ
ン窒化反応を合理的な速度で行わせるためにのみ用いる
ので、完全に自動制御できる。 （４）大電流密度に起因するアーク放電による金属部材
表面への放電痕が発生しないので製品化の収率が高い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】金属部材の表面をでき
るだけ保持したまま、イオン窒化する方法は、上記
（１）〜（４）の優れた特徴に加え、処理条件を選択す
ることにより、金属部材の表面状態を変化させることな
く窒化処理を行わせたり、金属部材の表面に窒化物の化
合物層を形成することも可能である。しかし、窒化物の
化合物層を形成する場合、より効率的な速度で形成する
必要がある一方、化合物層が金属窒化物ではなく金属炭
窒化物であっても、金属窒化物である場合とほぼ同等の
特性を示すが、先に提案した方法では、より効率的な速
度で金属炭窒化物の化合物層を形成することが困難であ
った。
るだけ保持したまま、イオン窒化する方法は、上記
（１）〜（４）の優れた特徴に加え、処理条件を選択す
ることにより、金属部材の表面状態を変化させることな
く窒化処理を行わせたり、金属部材の表面に窒化物の化
合物層を形成することも可能である。しかし、窒化物の
化合物層を形成する場合、より効率的な速度で形成する
必要がある一方、化合物層が金属窒化物ではなく金属炭
窒化物であっても、金属窒化物である場合とほぼ同等の
特性を示すが、先に提案した方法では、より効率的な速
度で金属炭窒化物の化合物層を形成することが困難であ
った。
【０００６】本発明は、上記した従来技術の難点を克服
するためになされたもので、炭化水素系ガスの使用と、
グロー放電状態の条件を規定することによって、金属部
材の表面に金属炭窒化物の化合物層を効率的に形成する
ことが可能なイオン軟窒化法を提案しようとするもので
ある。
するためになされたもので、炭化水素系ガスの使用と、
グロー放電状態の条件を規定することによって、金属部
材の表面に金属炭窒化物の化合物層を効率的に形成する
ことが可能なイオン軟窒化法を提案しようとするもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属部材を３
００〜６５０℃の温度に維持して、アンモニアガスと水
素ガスおよび炭化水素系ガスを用い、金属部材の表面に
対して０．００１〜２．０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度のグ
ロー放電を行い金属部材の表面をイオン軟窒化すること
を特徴とする金属部材のイオン軟窒化法（第１発明）で
あり、また、金属部材を３００〜６５０℃の温度に維持
して、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素ガスを
用い、金属部材の表面に対して０．００１〜２．０ｍＡ
／ｃｍ２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の表面
をイオン軟窒化する方法において、金属部材の表面近傍
の発光分光分析を行い、ＮＨラジカルの発光強度ＩNHと
窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）の発光強度Ｉ N2 + の発光強
度比Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）が１／４以上で２０／１未満
となるプラズマ状態範囲において金属部材の表面をイオ
ン軟窒化することを特徴とする金属部材のイオン軟窒化
法（第２発明）を要旨とする。
００〜６５０℃の温度に維持して、アンモニアガスと水
素ガスおよび炭化水素系ガスを用い、金属部材の表面に
対して０．００１〜２．０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度のグ
ロー放電を行い金属部材の表面をイオン軟窒化すること
を特徴とする金属部材のイオン軟窒化法（第１発明）で
あり、また、金属部材を３００〜６５０℃の温度に維持
して、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素ガスを
用い、金属部材の表面に対して０．００１〜２．０ｍＡ
／ｃｍ２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の表面
をイオン軟窒化する方法において、金属部材の表面近傍
の発光分光分析を行い、ＮＨラジカルの発光強度ＩNHと
窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）の発光強度Ｉ N2 + の発光強
度比Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）が１／４以上で２０／１未満
となるプラズマ状態範囲において金属部材の表面をイオ
ン軟窒化することを特徴とする金属部材のイオン軟窒化
法（第２発明）を要旨とする。
【０００８】
【作用】本発明において、対象とする金属部材の材料と
しては、主としてＳ１５ＣＫ等の肌焼鋼、Ｓ４５Ｃ等の
構造用鋼、ＳＵＰ１０等のばね鋼、ＳＵＪ２等の軸受
鋼、ＳＡＣＭ１等の窒化鋼、ＳＫＤ６１等の熱間加工用
鋼、ＳＫＤ１１等の冷間加工用鋼、ＳＫＨ５１等の高速
度鋼、ＳＵＳ３０１等の耐熱鋼、ＳＣｒ２０等の機械部
品用鋼、ＳＵＳ４１０等の耐熱耐酸鋼等である。
しては、主としてＳ１５ＣＫ等の肌焼鋼、Ｓ４５Ｃ等の
構造用鋼、ＳＵＰ１０等のばね鋼、ＳＵＪ２等の軸受
鋼、ＳＡＣＭ１等の窒化鋼、ＳＫＤ６１等の熱間加工用
鋼、ＳＫＤ１１等の冷間加工用鋼、ＳＫＨ５１等の高速
度鋼、ＳＵＳ３０１等の耐熱鋼、ＳＣｒ２０等の機械部
品用鋼、ＳＵＳ４１０等の耐熱耐酸鋼等である。
【０００９】イオン軟窒化法によって、表面に化合物層
を形成することが求められる金属部材としては、例えば
ＳＫＤ６１等の熱間加工用鋼を用いたアルミニウム押出
用ダイス等、耐焼付摩耗性を要求される各種金属部材や
Ｓ４５Ｃ等の構造用鋼を用いた各種部品がある。
を形成することが求められる金属部材としては、例えば
ＳＫＤ６１等の熱間加工用鋼を用いたアルミニウム押出
用ダイス等、耐焼付摩耗性を要求される各種金属部材や
Ｓ４５Ｃ等の構造用鋼を用いた各種部品がある。
【００１０】本発明において、金属基材を窒素イオンと
速かに反応させ、経済性が成り立つ収率で反応する反応
温度まで加熱する必要があるが、そのためには金属部材
の温度を３００〜６５０℃に維持する必要がある。その
理由は、３００℃未満ではイオン軟窒化反応が極めて遅
く、他方６５０℃を超えるといったん形成された炭窒化
物が分解し、イオン軟窒化が起らないという問題が発生
するためである。例えば、Ｓ４５Ｃ構造用鋼の場合では
５５０〜６００℃が適している。
速かに反応させ、経済性が成り立つ収率で反応する反応
温度まで加熱する必要があるが、そのためには金属部材
の温度を３００〜６５０℃に維持する必要がある。その
理由は、３００℃未満ではイオン軟窒化反応が極めて遅
く、他方６５０℃を超えるといったん形成された炭窒化
物が分解し、イオン軟窒化が起らないという問題が発生
するためである。例えば、Ｓ４５Ｃ構造用鋼の場合では
５５０〜６００℃が適している。
【００１１】加熱手段としては、電気加熱、ガス加熱等
があるが、電気加熱が使い易い。加熱源としては、イオ
ン窒化処理を行う真空チャンバー内に配置するか、その
外側に配置して加熱する方法をとると、自動制御システ
ムと組合せてプログラムされた昇温や温度維持が容易に
できる。
があるが、電気加熱が使い易い。加熱源としては、イオ
ン窒化処理を行う真空チャンバー内に配置するか、その
外側に配置して加熱する方法をとると、自動制御システ
ムと組合せてプログラムされた昇温や温度維持が容易に
できる。
【００１２】本発明において、イオン軟窒化のためのガ
スとして、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素系
ガスを用いるのは、以下に示す理由による。アンモニア
ガスはＮとＨに分解し、直ちにＮ２とＨ２になるためイ
オン軟窒化反応が十分起らないが、アンモニアガスはプ
ラズマ化電流密度が低い範囲においてアンモニアラジカ
ルとして安定であり、水素ガスは放電によるアンモニア
ガスのラジカル化を安定に行うための補助ガスとして作
用する。
スとして、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素系
ガスを用いるのは、以下に示す理由による。アンモニア
ガスはＮとＨに分解し、直ちにＮ２とＨ２になるためイ
オン軟窒化反応が十分起らないが、アンモニアガスはプ
ラズマ化電流密度が低い範囲においてアンモニアラジカ
ルとして安定であり、水素ガスは放電によるアンモニア
ガスのラジカル化を安定に行うための補助ガスとして作
用する。
【００１３】ＮＨ３／Ｈ２体積比は１／１００〜１／０
がよく、好ましくは１〜１０〜５／１である。ＮＨ３／
Ｈ２体積比が１／１００未満であるとイオン軟窒化反応
が十分に起らない。
がよく、好ましくは１〜１０〜５／１である。ＮＨ３／
Ｈ２体積比が１／１００未満であるとイオン軟窒化反応
が十分に起らない。
【００１４】また、炭化水素系ガスを用いることによ
り、窒化物の化合物層をより厚くでき、膜の形成速度も
大きくなる。この炭化水素系ガスの添加量としては、Ｎ
Ｈ３ガスとＨ２ガスと炭化水素系ガスの全ガスの合計流
量の０．０１％以上で１０％未満が適当であり、好まし
くは０．５％以上で５％以下である。また、炭化水素系
ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、アセチレ
ン、特に限定されないが、常温で気体状態であるものが
好ましい。
り、窒化物の化合物層をより厚くでき、膜の形成速度も
大きくなる。この炭化水素系ガスの添加量としては、Ｎ
Ｈ３ガスとＨ２ガスと炭化水素系ガスの全ガスの合計流
量の０．０１％以上で１０％未満が適当であり、好まし
くは０．５％以上で５％以下である。また、炭化水素系
ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、アセチレ
ン、特に限定されないが、常温で気体状態であるものが
好ましい。
【００１５】金属部材の表面に対するプラズマ化電流を
０．００１〜２．０ｍＡ／ｃｍ２としたのは、この電流
密度の範囲においてのみグロー放電はアンモニアガスと
水素ガスおよび炭化水素系ガスをプラズマ化することの
みに使用でき、余分な熱を発生させることができないか
らであり、電流密度が０．００１ｍＡ／ｃｍ２未満では
プラズマ化を十分起すことができず、２．０ｍＡ／ｃｍ
２を超えると金属部材の表面で局部的な加熱状態が生じ
たり、スリット内や溝内部に有効なイオン軟窒化処理が
行われないためである。
０．００１〜２．０ｍＡ／ｃｍ２としたのは、この電流
密度の範囲においてのみグロー放電はアンモニアガスと
水素ガスおよび炭化水素系ガスをプラズマ化することの
みに使用でき、余分な熱を発生させることができないか
らであり、電流密度が０．００１ｍＡ／ｃｍ２未満では
プラズマ化を十分起すことができず、２．０ｍＡ／ｃｍ
２を超えると金属部材の表面で局部的な加熱状態が生じ
たり、スリット内や溝内部に有効なイオン軟窒化処理が
行われないためである。
【００１６】プラズマ化のためのグロー放電を発生する
放電は、直流放電でも高周波放電等どのような形式でも
よい。本発明でイオン軟窒化を行う真空チャンバーに
は、基本的にグロー放電用電極、プラズマ化ガス用配管
とを備え、真空ポンプに接続された排気管を備えたもの
であれば形式は問わない。
放電は、直流放電でも高周波放電等どのような形式でも
よい。本発明でイオン軟窒化を行う真空チャンバーに
は、基本的にグロー放電用電極、プラズマ化ガス用配管
とを備え、真空ポンプに接続された排気管を備えたもの
であれば形式は問わない。
【００１７】本発明の第２発明において、金属部材の表
面近傍のグロー放電の発光分光分析を行い、ＮＨラジカ
ルの発光強度ＩNHと窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）の発光強
度ＩN2 + の発光強度比Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）が１／４
以上で２０／１未満、好ましくは発光強度比Ｉが１／２
以上で１０／１以下となるプラズマ状態を調査し、その
プラズマ状態範囲内において金属部材の表面をイオン軟
窒化することにより、効率的に速い形成速度において金
属炭窒化物の化合物層を形成することが可能である。
面近傍のグロー放電の発光分光分析を行い、ＮＨラジカ
ルの発光強度ＩNHと窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）の発光強
度ＩN2 + の発光強度比Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）が１／４
以上で２０／１未満、好ましくは発光強度比Ｉが１／２
以上で１０／１以下となるプラズマ状態を調査し、その
プラズマ状態範囲内において金属部材の表面をイオン軟
窒化することにより、効率的に速い形成速度において金
属炭窒化物の化合物層を形成することが可能である。
【００１８】ＮＨラジカルはプラズマを用いた窒化反応
において、その反応性の高さを示すプラズマ種であり、
一方、窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）あるいは活性化された
窒素分子（Ｎ２）は、イオン軟窒化される金属部材の表
面を加熱、活性化し、場合によってはそのスパッタリン
グ作用により表面粗度を上昇させる。本発明では、高濃
度のＮＨラジカルが形成され、かつ適度な窒素分子イオ
ン（Ｎ２ ＋）が形成されたプラズマ状態が最も化合物層
を形成するのに好都合なプラズマ状態であり、その状態
を窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）に対するＮＨラジカルの発
光強度比により推察することが可能である。
において、その反応性の高さを示すプラズマ種であり、
一方、窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）あるいは活性化された
窒素分子（Ｎ２）は、イオン軟窒化される金属部材の表
面を加熱、活性化し、場合によってはそのスパッタリン
グ作用により表面粗度を上昇させる。本発明では、高濃
度のＮＨラジカルが形成され、かつ適度な窒素分子イオ
ン（Ｎ２ ＋）が形成されたプラズマ状態が最も化合物層
を形成するのに好都合なプラズマ状態であり、その状態
を窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）に対するＮＨラジカルの発
光強度比により推察することが可能である。
【００１９】なお、ＮＨラジカル／窒素分子イオン（Ｎ
２ ＋）の発光強度比Ｉが２０／１以上であると、プラズ
マ状態では金属部材の表面状態を保持したまま拡散層を
形成することは可能であるが、化合物層の形成は容易で
はない。発光強度比Ｉが２０／１未満となると、化合物
層の形成が可能となるが、１／２以上で１０／１以下の
範囲において最も効率的な化合物層の形成が可能とな
る。他方、１／４以下の範囲では、ＮＨラジカルの濃度
が低くなりすぎ、化合物層の形成には好ましくないプラ
ズマ状態となる。
２ ＋）の発光強度比Ｉが２０／１以上であると、プラズ
マ状態では金属部材の表面状態を保持したまま拡散層を
形成することは可能であるが、化合物層の形成は容易で
はない。発光強度比Ｉが２０／１未満となると、化合物
層の形成が可能となるが、１／２以上で１０／１以下の
範囲において最も効率的な化合物層の形成が可能とな
る。他方、１／４以下の範囲では、ＮＨラジカルの濃度
が低くなりすぎ、化合物層の形成には好ましくないプラ
ズマ状態となる。
【００２０】本発明では他にＡｒガス等の不活性ガスを
プラズマを安定させるために添加することもできる。
プラズマを安定させるために添加することもできる。
【００２１】
実施例１ 図１に示す外熱炉型イオン軟窒化装置を用い、金属部材
を軟窒化処理した実施例を以下に示す。本実施例で使用
した外熱炉型イオン窒化装置は、真空チャンバー１の外
壁に加熱ヒーター２が設置され、チャンバー内部には直
流電源５に接続された直流電極３が配置され、チャンバ
ー下部には排気管６が接続され、圧力調整用のバルブ８
を介して真空ポンプ７に接続され、チャンバー上部に挿
入された原料ガス供給用ノズル９から、Ｈ２ガス、ＮＨ
３ガス、ＣＨ４ガスがそれぞれマスフローコントローラ
１２、バルブ１１および導入管１０を介して真空チャン
バー１内に供給される構造となっている。
を軟窒化処理した実施例を以下に示す。本実施例で使用
した外熱炉型イオン窒化装置は、真空チャンバー１の外
壁に加熱ヒーター２が設置され、チャンバー内部には直
流電源５に接続された直流電極３が配置され、チャンバ
ー下部には排気管６が接続され、圧力調整用のバルブ８
を介して真空ポンプ７に接続され、チャンバー上部に挿
入された原料ガス供給用ノズル９から、Ｈ２ガス、ＮＨ
３ガス、ＣＨ４ガスがそれぞれマスフローコントローラ
１２、バルブ１１および導入管１０を介して真空チャン
バー１内に供給される構造となっている。
【００２２】本実施例では、直流電極３の上に表面を研
磨したＳＫＤ６１鋼の押出成型機用スクリュー４ａ（直
径２３ｍｍ、長さ５５０ｍｍの棒状）とＳＫＨ５１鋼の
パンチ４ｂ（直径３０ｍｍ、長さ２００ｍｍの棒状）を
設置し、軟窒化処理を施した。
磨したＳＫＤ６１鋼の押出成型機用スクリュー４ａ（直
径２３ｍｍ、長さ５５０ｍｍの棒状）とＳＫＨ５１鋼の
パンチ４ｂ（直径３０ｍｍ、長さ２００ｍｍの棒状）を
設置し、軟窒化処理を施した。
【００２３】軟窒化処理は、まず真空チャンバー１内の
真空ポンプ７により１０−３トールまで排気し、排気を
続けながら水素ガスを１０００ｍｌ／分で供給し、１ト
ールに維持した。同時に加熱ヒーター２で直流電極３と
２種の金属部材４ａ、４ｂの表面が５３０℃に均一化さ
れるまで１時間加熱した。
真空ポンプ７により１０−３トールまで排気し、排気を
続けながら水素ガスを１０００ｍｌ／分で供給し、１ト
ールに維持した。同時に加熱ヒーター２で直流電極３と
２種の金属部材４ａ、４ｂの表面が５３０℃に均一化さ
れるまで１時間加熱した。
【００２４】次に、直流電源５からー４００Ｖの電圧を
金属部材に印加して水素ガスによる直流グロー放電プラ
ズマを起し、真空チャンバー１の内壁と金属部材の表面
を３０分間清浄化した。次に、水素ガス１０００ｍｌ／
分、アンモニアガス２０００ｍｌ／分、メタンガス１０
０ｍｌ／分を真空チャンバー１内に導入し、圧力を１．
５トールに維持し、印加電圧をー７００Ｖに設定し、そ
の状態でイオン軟窒化処理を施した。処理中はその状態
を一定に維持した。
金属部材に印加して水素ガスによる直流グロー放電プラ
ズマを起し、真空チャンバー１の内壁と金属部材の表面
を３０分間清浄化した。次に、水素ガス１０００ｍｌ／
分、アンモニアガス２０００ｍｌ／分、メタンガス１０
０ｍｌ／分を真空チャンバー１内に導入し、圧力を１．
５トールに維持し、印加電圧をー７００Ｖに設定し、そ
の状態でイオン軟窒化処理を施した。処理中はその状態
を一定に維持した。
【００２５】その結果、金属部材４ａ、４ｂの表面温度
はプラズマにより若干上昇して３〜４℃だけ５３０℃よ
りも高くなった。この間、プラズマが発生している直流
電極と金属部材の全表面を流れる電流は０．８３Ａであ
り、直流電極と金属部材の全表面積（７６００ｃｍ２）
でその値を割ると、金属部材の表面に流れる電流密度は
０．１０９ｍＡ／ｃｍ２と非常に低い値であることが明
らかとなった。処理中は、金属部材の表面でプラズマは
均一に発生し、またそれぞれの金属部材間の狭い空間部
では強いプラズマの発生は認められなかった。
はプラズマにより若干上昇して３〜４℃だけ５３０℃よ
りも高くなった。この間、プラズマが発生している直流
電極と金属部材の全表面を流れる電流は０．８３Ａであ
り、直流電極と金属部材の全表面積（７６００ｃｍ２）
でその値を割ると、金属部材の表面に流れる電流密度は
０．１０９ｍＡ／ｃｍ２と非常に低い値であることが明
らかとなった。処理中は、金属部材の表面でプラズマは
均一に発生し、またそれぞれの金属部材間の狭い空間部
では強いプラズマの発生は認められなかった。
【００２６】イオン軟窒化処理を３時間継続した後、プ
ラズマを停止し、ガスの供給と加熱を停止して室温まで
冷却した。しかる後、各金属部材を取出し、切断研磨し
て断面組織観察および断面硬度分布測定を行った。その
結果、ＳＫＤ６１鋼の押出成型機用スクリュー４ａは、
約１２μｍの鉄炭窒化物の化合物層と約３５０μｍの拡
散層が表面全体に均一に形成されていることが確認され
た。また、ＳＫＨ５１鋼のパンチ４ｂは、約１０μｍの
鉄炭窒化物の化合物層と約３２０μｍの拡散層が表面全
体に均一に形成されていることが確認された。
ラズマを停止し、ガスの供給と加熱を停止して室温まで
冷却した。しかる後、各金属部材を取出し、切断研磨し
て断面組織観察および断面硬度分布測定を行った。その
結果、ＳＫＤ６１鋼の押出成型機用スクリュー４ａは、
約１２μｍの鉄炭窒化物の化合物層と約３５０μｍの拡
散層が表面全体に均一に形成されていることが確認され
た。また、ＳＫＨ５１鋼のパンチ４ｂは、約１０μｍの
鉄炭窒化物の化合物層と約３２０μｍの拡散層が表面全
体に均一に形成されていることが確認された。
【００２７】比較例１ 実施例１と同じ装置により同じ金属部材を用い、実施例
１の処理条件においてＣＨ４ガスの供給を停止した状態
以外の条件は実施例１と同様の条件において同様の処理
時間にてイオン窒化処理を施し、処理後の断面組織観察
および断面硬度分布測定を行った結果、ＳＫＤ６１鋼の
押出成型機用スクリューは、約６μｍの化合物層と約２
９０μｍの拡散層の形成が確認され、ＳＫＨ５１鋼のパ
ンチは約５μｍの化合物層と約２５０μｍの拡散層の形
成が確認された。
１の処理条件においてＣＨ４ガスの供給を停止した状態
以外の条件は実施例１と同様の条件において同様の処理
時間にてイオン窒化処理を施し、処理後の断面組織観察
および断面硬度分布測定を行った結果、ＳＫＤ６１鋼の
押出成型機用スクリューは、約６μｍの化合物層と約２
９０μｍの拡散層の形成が確認され、ＳＫＨ５１鋼のパ
ンチは約５μｍの化合物層と約２５０μｍの拡散層の形
成が確認された。
【００２８】実施例２ 実施例１と同じ装置により同じ金属部材を用い、実施例
１と同様の条件にて金属部材を加熱した。続いて、実施
例１と同様の条件で直流グロー放電プラズマを発生させ
た状態において、金属部材表面近傍のプラズマ発光分光
分析によりＮＨラジカル（発光波長：３３６ｎｍ）と窒
素分子イオン（発光波長：３９１．４ｎｍ）の発光強度
を速かに測定しながら、印加電圧を徐々に増加させた。
印加電圧を増すにつれ、ＮＨラジカルと窒素分子イオン
の発光強度比Ｉは急激に減少した。ー５００Ｖでの発光
強度比Ｉは４０／１となり、ー５５０Ｖでは２０／１、
ー６００Ｖでは１０／１、ー６５０Ｖでは５／１、ー７
００Ｖでは２／１、ー７５０Ｖでは１／１、ー８００Ｖ
以上では１／４以下となった。
１と同様の条件にて金属部材を加熱した。続いて、実施
例１と同様の条件で直流グロー放電プラズマを発生させ
た状態において、金属部材表面近傍のプラズマ発光分光
分析によりＮＨラジカル（発光波長：３３６ｎｍ）と窒
素分子イオン（発光波長：３９１．４ｎｍ）の発光強度
を速かに測定しながら、印加電圧を徐々に増加させた。
印加電圧を増すにつれ、ＮＨラジカルと窒素分子イオン
の発光強度比Ｉは急激に減少した。ー５００Ｖでの発光
強度比Ｉは４０／１となり、ー５５０Ｖでは２０／１、
ー６００Ｖでは１０／１、ー６５０Ｖでは５／１、ー７
００Ｖでは２／１、ー７５０Ｖでは１／１、ー８００Ｖ
以上では１／４以下となった。
【００２９】上記の測定終了後速やかに、ＮＨラジカル
の発光強度ＩNHと窒素分子イオン（Ｎ ２ ＋）の発光強度
Ｉ N2 + の発光強度比Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）が２／１と
なる印加電圧（ー７００Ｖ）に戻し、その状態でイオン
軟窒化処理を実施した。その結果、２つの金属部材の表
面温度はプラズマにより若干上昇して３〜４℃だけ５３
０℃よりも高くなった。この間、プラズマが発生してい
る直流電極と金属部材の全表面を流れる電流は０．８３
Ａであり、直流電極と金属部材の全表面積（７６００ｃ
ｍ２）でその値を割ると、金属部材の表面に流れる電流
密度は０．１０９ｍＡ／ｃｍ２と非常に低い値であるこ
とが明らかとなった。処理中は、金属部材の表面でプラ
ズマは均一に発生し、またそれぞれの金属部材間の狭い
空間部では強いプラズマの発生は認められなかった。
の発光強度ＩNHと窒素分子イオン（Ｎ ２ ＋）の発光強度
Ｉ N2 + の発光強度比Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）が２／１と
なる印加電圧（ー７００Ｖ）に戻し、その状態でイオン
軟窒化処理を実施した。その結果、２つの金属部材の表
面温度はプラズマにより若干上昇して３〜４℃だけ５３
０℃よりも高くなった。この間、プラズマが発生してい
る直流電極と金属部材の全表面を流れる電流は０．８３
Ａであり、直流電極と金属部材の全表面積（７６００ｃ
ｍ２）でその値を割ると、金属部材の表面に流れる電流
密度は０．１０９ｍＡ／ｃｍ２と非常に低い値であるこ
とが明らかとなった。処理中は、金属部材の表面でプラ
ズマは均一に発生し、またそれぞれの金属部材間の狭い
空間部では強いプラズマの発生は認められなかった。
【００３０】そして、実施例１と同様にイオン軟窒化処
理を３時間継続した後、冷却して各金属部材を取出し、
切断研磨して断面組織観察および断面硬度分布測定を行
った結果、実施例１と同様、ＳＫＤ６１鋼の押出成型機
用スクリュー４ａは、約１２μｍの鉄炭窒化物の化合物
層と約３５０μｍの拡散層が表面全体に均一に形成され
ていることが確認された。また、ＳＫＨ５１鋼のパンチ
４ｂは、約１０μｍの鉄炭窒化物の化合物層と約３２０
μｍの拡散層が表面全体に均一に形成されていることが
確認された。
理を３時間継続した後、冷却して各金属部材を取出し、
切断研磨して断面組織観察および断面硬度分布測定を行
った結果、実施例１と同様、ＳＫＤ６１鋼の押出成型機
用スクリュー４ａは、約１２μｍの鉄炭窒化物の化合物
層と約３５０μｍの拡散層が表面全体に均一に形成され
ていることが確認された。また、ＳＫＨ５１鋼のパンチ
４ｂは、約１０μｍの鉄炭窒化物の化合物層と約３２０
μｍの拡散層が表面全体に均一に形成されていることが
確認された。
【００３１】比較例２ 実施例２と同じ装置により同じ金属部材を用い、同様の
条件によりＮＨラジカルとＮ２ ＋イオンの発光強度比の
測定を実施した。その際、印加電圧をー５００Ｖにする
と、ＮＨラジカルとＮ２ ＋イオンの発光強度比は４０／
１となり、その状態で３時間処理を行った。処理後の断
面組織観察および断面硬度分布測定を行った結果、ＳＫ
Ｄ６１鋼の押出成型機用スクリューは、化合物層の形成
が確認されず、約１２０μｍの拡散層のみが形成されて
いることが確認された。また、ＳＫＨ５１鋼のパンチも
化合物層の形成が確認されず、約１１０μｍの拡散層の
みの形成が確認された。
条件によりＮＨラジカルとＮ２ ＋イオンの発光強度比の
測定を実施した。その際、印加電圧をー５００Ｖにする
と、ＮＨラジカルとＮ２ ＋イオンの発光強度比は４０／
１となり、その状態で３時間処理を行った。処理後の断
面組織観察および断面硬度分布測定を行った結果、ＳＫ
Ｄ６１鋼の押出成型機用スクリューは、化合物層の形成
が確認されず、約１２０μｍの拡散層のみが形成されて
いることが確認された。また、ＳＫＨ５１鋼のパンチも
化合物層の形成が確認されず、約１１０μｍの拡散層の
みの形成が確認された。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したごとく、この発明法によれ
ば、炭化水素系ガスの添加量を最適化することにより、
金属部材の表面に金属炭窒化物の化合物層をより厚く効
率的に形成することができるとともに、その金属炭窒化
物の化合物層を短時間のイオン軟窒化処理で形成するこ
とができるという優れた効果を奏する。また発光強度比
Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）を測定することによりイオン軟窒
化の最適処理条件を容易に見出だすことが可能となると
いう優れた効果も奏する。
ば、炭化水素系ガスの添加量を最適化することにより、
金属部材の表面に金属炭窒化物の化合物層をより厚く効
率的に形成することができるとともに、その金属炭窒化
物の化合物層を短時間のイオン軟窒化処理で形成するこ
とができるという優れた効果を奏する。また発光強度比
Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）を測定することによりイオン軟窒
化の最適処理条件を容易に見出だすことが可能となると
いう優れた効果も奏する。
【図１】本発明の実施例で使用した外熱炉型イオン軟窒
化装置を示す概略図である。
化装置を示す概略図である。
１ 真空チャンバー ２ 加熱ヒーター ３ 直流電極 ４ａ、４ｂ 金属部材 ５ 直流電源 ６ 排気管 ７ 真空ポンプ ８ 圧力調整用バルブ ９ 原料ガス供給用ノズル １０ 原料ガス導入管 １１ バルブ １２ マスフローコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 芳朗 千葉県市川市中国分３−18−５ 住友金属 鉱山株式会社中央研究所内 (72)発明者 柳沼 良和 神奈川県相模原市南橋本４−３−15 日本 電子工業株式会社橋本工場内
Claims (2)
- 【請求項１】 金属部材を３００〜６５０℃の温度に維
持して、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素系ガ
スを用い、金属部材の表面に対して０．００１〜２．０
ｍＡ／ｃｍ２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の
表面をイオン軟窒化することを特徴とする金属部材のイ
オン軟窒化法。 - 【請求項２】 金属部材を３００〜６５０℃の温度に維
持して、アンモニアガスと水素ガスおよび炭化水素系ガ
スを用い、金属部材の表面に対して０．００１〜２．０
ｍＡ／ｃｍ２の電流密度のグロー放電を行い金属部材の
表面をイオン軟窒化する方法において、金属部材の表面
近傍の発光分光分析を行い、ＮＨラジカルの発光強度Ｉ
NHと窒素分子イオン（Ｎ２ ＋）の発光強度Ｉ N2 + の発
光強度比Ｉ（ＩNH／Ｉ N2 + ）が１／４以上で２０／１
未満となるプラズマ状態範囲において金属部材の表面を
イオン軟窒化することを特徴とする金属部材のイオン軟
窒化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17475294A JPH0813126A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 金属部材のイオン軟窒化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17475294A JPH0813126A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 金属部材のイオン軟窒化法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0813126A true JPH0813126A (ja) | 1996-01-16 |
Family
ID=15984069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17475294A Withdrawn JPH0813126A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 金属部材のイオン軟窒化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0813126A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19927478A1 (de) * | 1998-06-18 | 2000-03-16 | Sumitomo Metal Mining Co | Oberflächenbehandelte Stahlschneidwerkzeug |
| JP2006077315A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Juki Corp | ミシンの糸切り装置 |
| JP2007126740A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Shimane Pref Gov | プラズマ浸炭処理の制御方法及び装置 |
| JP2008202105A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Nippon Coating Center Kk | 金属部材の炭窒化法 |
| JP2011026627A (ja) * | 2009-07-21 | 2011-02-10 | Oriental Engineering Co Ltd | 表面硬化処理装置及び表面硬化処理方法 |
-
1994
- 1994-07-04 JP JP17475294A patent/JPH0813126A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19927478A1 (de) * | 1998-06-18 | 2000-03-16 | Sumitomo Metal Mining Co | Oberflächenbehandelte Stahlschneidwerkzeug |
| US6220797B1 (en) | 1998-06-18 | 2001-04-24 | Sumitomo Metal Minning Co. | Surface treated steel cutting tool |
| DE19927478C2 (de) * | 1998-06-18 | 2003-06-12 | Sumitomo Metal Mining Co | Oberflächenbehandeltes Stahlschneidwerkzeug |
| JP2006077315A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Juki Corp | ミシンの糸切り装置 |
| JP4546793B2 (ja) * | 2004-09-13 | 2010-09-15 | Ｊｕｋｉ株式会社 | ミシンの糸切り装置 |
| JP2007126740A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Shimane Pref Gov | プラズマ浸炭処理の制御方法及び装置 |
| JP2008202105A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Nippon Coating Center Kk | 金属部材の炭窒化法 |
| JP2011026627A (ja) * | 2009-07-21 | 2011-02-10 | Oriental Engineering Co Ltd | 表面硬化処理装置及び表面硬化処理方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |