JP2008115422A - Plasma nitriding device and nitriding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種合金からなる各種機器の各種部材のプラズマ窒化装置および窒化方法に関し、さらに詳しくは、一般産業機械、OA機器、医療機器などの微小慴動部材に、優れた低摩擦性、耐摩耗性、褪色性及び靭性を付与するためのプラズマ窒化装置および窒化方法に関する。 The present invention relates to a plasma nitriding apparatus and a nitriding method for various members of various devices made of various alloys. More specifically, the present invention relates to a fine peristaltic member such as a general industrial machine, an OA device, or a medical device. The present invention relates to a plasma nitriding apparatus and a nitriding method for imparting abrasion, fading and toughness.
鉄鋼部材や非鉄鋼部材の耐摩耗性および靭性などを向上させるために、数多くの表面改質処理方法が提案されている。これらのうち、グロー放電現象を利用したプラズマ表面処理法は、潤滑油膜切れにより、局部的に金属部材同士が直接接触することも起こり得る過酷な慴動状態を被る境界潤滑領域において、その慴動特性を改善する表面改質処理法である。 In order to improve the wear resistance and toughness of steel members and non-steel members, many surface modification treatment methods have been proposed. Among these, the plasma surface treatment method using the glow discharge phenomenon is performed in the boundary lubrication region where the metal member is in direct contact with each other due to running out of the lubricating oil film and suffers a severe peristaltic state. It is a surface modification treatment method that improves characteristics.
具体的なプラズマ表面処理法としては、数トールの真空状態の炉中に水素ガス(H2)と窒素ガス(N2)との混合ガスを導入し、炉壁(+)と被処理物(−)との間に、直流電圧を印加し、被処理物(−)周辺にグロー放電によるイオン化した窒素雰囲気で窒化を行う。この他、直流モノパルスやハイポーラパルス法、ホットウオール法、炉壁(+)とスクリーン(−)との間に電圧を印加し、形成されるグロー放電(プラズマ雰囲気)の中で被処理物を窒化する方法もある。 As a specific plasma surface treatment method, a mixed gas of hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas (N 2 ) is introduced into a vacuum furnace of several torr, and the furnace wall (+) and the workpiece ( A direct current voltage is applied between the negative electrode (-) and nitridation is performed in the vicinity of the object (-) in an ionized nitrogen atmosphere by glow discharge. In addition to this, a DC monopulse, a hyperpolar pulse method, a hot wall method, a voltage is applied between the furnace wall (+) and the screen (−), and the object to be processed is formed in a glow discharge (plasma atmosphere) formed. There is also a method of nitriding.
上記従来の方法の欠点は、炉内に孤立してセットができない超小型の被処理物や球状の被処理物に対して、安定かつ均一にグロー放電によるプラズマ雰囲気の形成が難しいという点である。 The disadvantage of the above-mentioned conventional method is that it is difficult to form a plasma atmosphere by glow discharge stably and uniformly for ultra-small workpieces or spherical workpieces that cannot be isolated and set in the furnace. .
例えば、非特許文献1に記載の静止型のプラズマ表面処理方法では、被処理物の全表面に亘り、均一なグロー放電(プラズマ雰囲気)の発生は不可能である。従って安定かつ均一な窒化は困難であった。
従って、本発明の目的は、各種合金からなる微小な球状形状などの被処理物に対し、安定かつ均一な窒化物表面層を形成させることができるプラズマ窒化装置および窒化方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma nitriding apparatus and a nitriding method capable of forming a stable and uniform nitride surface layer on an object to be processed such as a minute spherical shape made of various alloys. .
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、処理部(B)に直流電圧を供給する電圧供給部(A)と、処理部(B)に窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを供給するガス供給部(C)とからなり、上記処理部(B)が、密閉処理空間を区画する炉壁(2)を有する炉体(1)と、上記処理空間内に設けられた合金製被処理物(6)を保持する治具ベース(3)と、該治具ベース(3)を包囲している導電性スクリーン(14)と、上記治具ベース(3)を揺動または振動させる駆動源とからなり、上記治具ベース(3)内に載置された被処理物を揺動または振動させながら、上記被処理物の表面をプラズマ窒化させるためのプラズマ窒化装置を提供する。上記駆動源が、油圧装置、超音波装置または磁歪装置であり得る。 The above object is achieved by the present invention described below. That is, the present invention includes a voltage supply unit (A) that supplies a DC voltage to the processing unit (B), and a gas supply unit (C) that supplies a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas to the processing unit (B). The processing section (B) holds a furnace body (1) having a furnace wall (2) defining a sealed processing space, and an alloy workpiece (6) provided in the processing space. The jig base (3), a conductive screen (14) surrounding the jig base (3), and a drive source for swinging or vibrating the jig base (3). Provided is a plasma nitriding apparatus for plasma nitriding the surface of a workpiece while swinging or vibrating the workpiece placed in a base (3). The drive source may be a hydraulic device, an ultrasonic device, or a magnetostrictive device.
また、本発明は、鉄合金、アルミニウム合金またはチタン合金を母材とした被処理物を、窒素ガスと水素ガスとを主成分とするグロー放電により発生させたプラズマ雰囲気中で、揺動または振動させつつ窒化し、上記被処理物の最表面層に鉄の窒化物、アルミニウムの窒化物またはチタンの窒化物を均一に生成させることを特徴とする被処理物のプラズマ窒化方法を提供する。該方法においては被処理物の揺動または振動を、油圧、超音波または磁歪により生じさせることができる。また、上記被処理物の母材が鉄の合金であるときに本発明は特に有用である。 In addition, the present invention is a method in which an object to be processed using an iron alloy, an aluminum alloy, or a titanium alloy as a base material is oscillated or vibrated in a plasma atmosphere generated by glow discharge mainly containing nitrogen gas and hydrogen gas. A plasma nitriding method for an object to be processed, wherein iron nitride, aluminum nitride, or titanium nitride is uniformly formed on the outermost surface layer of the object to be processed. In this method, the swing or vibration of the workpiece can be generated by hydraulic pressure, ultrasonic waves or magnetostriction. The present invention is particularly useful when the base material of the object to be processed is an iron alloy.
本発明の最大の特徴は、被処理物を微小揺動または微小振動させることで、被処理物の全表面に安定かつ均一にグロー放電によるプラズマ雰囲気を発生させることである。前記非特許文献1に記載の静止型プラズマ窒化方法に比べ、本発明の装置および方法では、被処理物の最表面は、その窒化処理中、微視的に揺動または振動しているため、被処理物の表面は常に安定かつ均一なプラズマ雰囲気に曝される。これにより、これまで不可能とされていた複雑形状あるいは微小形状の被処理物の全表面に亘る均一プラズマ窒化が可能となった。
The greatest feature of the present invention is to generate a plasma atmosphere by glow discharge stably and uniformly on the entire surface of the object to be processed by minutely swinging or vibrating the object to be processed. Compared to the static plasma nitriding method described in
次に好ましい実施の形態を示す図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。まず、図1に示す方式は最も一般的な従来方式であり、窒素ガス供給源9と水素ガス供給源10とからマスフロー11を経由して、ガス導入口8から窒素ガスと水素ガスとの混合ガスが炉体1内に導入されている。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings showing preferred embodiments. First, the method shown in FIG. 1 is the most general conventional method, in which nitrogen gas and hydrogen gas are mixed from the
上記混合ガスが導入された状態で、電源5から炉壁2(+)と被処理物6(−)との間に直流電圧を印加し、被処理物6の周辺部をプラズマ雰囲気7とする。このことで、被処理物6の最表面でイオン化された窒素ガスが、被処理物6中に侵入して被処理物6の表面に窒化物層が形成される。
With the mixed gas introduced, a DC voltage is applied from the
図2に示す方式は、グロー放電(プラズマ)の安定、かつ均一発生を改善した従来方式であり、薄肉部やコーナー部の多い被処理物6に適用されている。この方式の最大の特徴は、炉壁2(+)と導電性スクリーン14(−)との間に、電源制御部4で制御された電圧が直流電源5から印加されて、被処理物6の最表面のみではなく、導電性スクリーン14廻りの広い範囲がプラズマ状態7となるため、前記のような従来法(図1)の弱点がカバーされている。
The method shown in FIG. 2 is a conventional method that improves the stable and uniform generation of glow discharge (plasma), and is applied to the
ところで、近年では、一般産業機械の要素部だけでなく、通信機器、OA機器、医療機器などの微小要素部でも耐摩耗性、耐食性、非磁性が強く要請されるようになってきた。これらの要素部は超小型や微小球状の形状のものが多い。このため、上記従来技術では、プラズマ窒化中に、治具ベース3にセットした微小な被処理物6同士が多数接触し、被処理物6の個々の全表面に正常かつ均一なグロー放電を発生させることができず、上記の如き微小被処理物表面を、プラズマ雰囲気中で安定して窒化することが不可能であった。
By the way, in recent years, wear resistance, corrosion resistance, and non-magnetism have been strongly demanded not only in element parts of general industrial machines but also in minute element parts such as communication equipment, OA equipment, and medical equipment. Many of these element portions are ultra-small or micro-spherical. For this reason, in the above prior art, during the plasma nitridation, a large number of
本発明は、上記課題を解決するものである。図3は、本発明の装置の代表的な構成例を説明する図である。図3に示す本発明のプラズマ処理装置は、処理部Bに直流電圧を供給する電圧供給部Aと、処理部Bに窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを供給するガス供給部Cとからなり、上記処理部Bが、密閉処理空間を区画する炉壁2を有する炉体1と、上記処理空間内に設けられた合金製被処理物6を保持する治具ベース3と、該治具ベース3を包囲している導電性スクリーン14と、上記治具ベース3を揺動または振動させる駆動源と、炉内を減圧する真空ポンプ経路20とからなり、上記治具ベース3内に載置された被処理物6を揺動または振動させながら、上記被処理物6の表面をプラズマ窒化させるプラズマ窒化装置である。
The present invention solves the above problems. FIG. 3 is a diagram illustrating a typical configuration example of the apparatus of the present invention. The plasma processing apparatus of the present invention shown in FIG. 3 includes a voltage supply unit A that supplies a DC voltage to the processing unit B, and a gas supply unit C that supplies a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas to the processing unit B. The processing section B has a
上記直流電圧供給部Aは、電源制御部4によって制御される直流電源4からなり、真空ポンプで炉体1内を約10-3トール程度に排気後、混合ガスを導入し、かつ炉体1内の混合ガス圧を約0.1〜20トールにしながら、処理部Bの炉壁2(+)と導電性スクリーン14(−)と間に約600〜800V程度の電圧を印加してグロー放電させ、被処理物6周辺に高加速化されたイオンを衝突させ、その衝撃エネルギーで被処理物6を400℃以上(通常、400〜600℃)に加熱することができる。
The DC voltage supply unit A is composed of a
上記ガス供給部Cは、窒素ガス源9と、水素ガス源10と、これらのガスの混合比や流量を制御するマスフロー11と、炉体1内に混合ガスを供給するガス導入口8と排気口12とから構成されている。窒素ガス(a)と水素ガス(b)とは、a:bが容量比a:b=20:80〜80:20になるように混合され、炉体1内に供給される。
The gas supply unit C includes a
前記処理部Bは、密閉処理空間を区画する炉壁2を有する炉体1と、上記処理空間内に設けられた合金製被処理物6を保持する容器状の治具ベース3と、該治具ベース3を包囲している導電性スクリーン14とから構成されており、該治具ベース3は、該被処理物6を載置する治具ベース3を維持しつつ揺動または振動を伝達する耐熱セラミック管19と、磁性流体軸受15と、加振駆動部16と、偏心モータ18とからなる駆動源によって構成されている。
The processing section B includes a
上記駆動源は、図3では、磁歪を利用した実施例が記載されているが、駆動源は、図示の例に限定されず、油圧装置や超音波装置などの他の手段であってもよい。 Although the embodiment using magnetostriction is described in FIG. 3 as the drive source, the drive source is not limited to the illustrated example, and may be other means such as a hydraulic device or an ultrasonic device. .
上記治具ベース3に、例えば、ボールベアリングなどの微小鋼球が多数載置され、治具ベース3を揺動または振動させつつ、炉内を真空ポンプで減圧しながら、前記ガス供給部Cから、混合ガスを供給しつつ、前記電圧供給部Aから、所定の電圧を炉壁2(+)および導電性スクリーン14(−)を印加すると、導電性スクリーン14内部にグロー放電によるプラズマ雰囲気7が発生する。
A large number of fine steel balls such as ball bearings are placed on the
プラズマ化された水素イオンが被処理物6を衝撃し、被処理物6の表面が洗浄されるとともに、表面に窒素イオンが浸透し、表面に窒化鉄の層が形成される。当該窒化処理中、被処理物は揺動または振動されている結果、個々の被処理物は一定個所に留まらず、流動状態にあることから、全表面がプラズマ雰囲気に曝され、被処理物の全表面が均一に窒化される。
Plasma-formed hydrogen ions bombard the
上記の実施例では、被処理物の例として微小鋼球を挙げたが、被処理物の母材はその他の金属、例えば、アルミニウム合金またはチタン合金などであってもよい。また、形状も球体に限られず、各種OA機器、医療機器、その他の機器に使用される微小な慴動部材、例えば、超・精密油圧機器のピストンやシリンダなどであっても同効である。 In the above embodiment, a fine steel ball is used as an example of the object to be processed. However, the base material of the object to be processed may be another metal such as an aluminum alloy or a titanium alloy. Further, the shape is not limited to a sphere, and the same effect can be obtained even with a minute peristaltic member used in various OA devices, medical devices, and other devices, such as pistons and cylinders of ultra-precision hydraulic devices.
従来の窒化装置において、上記の如き微小な慴動部材を窒化する場合、個々に窒化することは実際上あり得ず、多数個を纏めて窒化することになるが、纏めて(積み重ねて)窒化すると、全ての個々の部材の表面を均一に窒化することはできないが、本発明では、多数の微小な被処理物を容器状の治具ベース内に載置し、これらの被処理物に揺動または振動を与えつつ窒化することで、微小被処理物の全表面をプラズマ雰囲気に曝すことができる。 In the conventional nitriding apparatus, when nitriding the above-mentioned fine swing member, it is practically impossible to nitridize individually, and a large number of pieces are nitrided together, but nitriding together (stacking) Then, the surfaces of all the individual members cannot be uniformly nitrided. However, in the present invention, a large number of minute objects to be processed are placed in a container-like jig base and shaken on these objects to be processed. By performing nitriding while applying motion or vibration, the entire surface of the minute object can be exposed to a plasma atmosphere.
本発明によれば、微細な被処理物であっても、効率よく、安定的に均一なプラズマ窒化が可能である。 According to the present invention, even a fine workpiece can be efficiently and stably subjected to uniform plasma nitriding.
1:炉体
2:炉壁
3:治具ベース
4:電源制御部
5:直流電源
6:被処理物
7:プラズマ雰囲気
8:ガス導入口
9:窒素ガス
10:水素ガス
11:マスフロー
12:排気口
13:ベース
14:導電性スクリーン
15:磁性流体軸受
16:加振駆動部
17:加振棒
18:偏心モータ
19:耐熱セラミック管
20:真空ポンプ経路
1: furnace body 2: furnace wall 3: jig base 4: power supply control unit 5: DC power supply 6: workpiece 7: plasma atmosphere 8: gas inlet 9: nitrogen gas 10: hydrogen gas 11: mass flow 12: exhaust Port 13: Base 14: Conductive screen 15: Magnetic fluid bearing 16: Excitation drive unit 17: Excitation bar 18: Eccentric motor 19: Heat-resistant ceramic tube 20: Vacuum pump path
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102676984A (en) * | 2012-01-13 | 2012-09-19 | 杭州市机械科学研究院有限公司 | Power supply device for automatically controlling temperature rise and heat preservation of glow plasma nitriding furnace |
WO2012153412A1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | トヨタ自動車 株式会社 | Method for modifying surface of aluminum alloy and sliding member |
WO2013150639A1 (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | 株式会社東亜精機工作所 | Hardened layer formation device |
CN111850457A (en) * | 2020-07-29 | 2020-10-30 | 扬州大学 | Controllable surface nitriding device and using method thereof |
CN113529010A (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-22 | 深圳市和胜金属技术有限公司 | Vacuum ion nitriding equipment |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS603128A (en) * | 1983-06-21 | 1985-01-09 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | Plasma oxidation device |
JPH0368753A (en) * | 1989-08-07 | 1991-03-25 | Mazda Motor Corp | Production of nitrided steel member |
JPH03104881A (en) * | 1989-09-14 | 1991-05-01 | Ricoh Co Ltd | Formation of thin film of iron-iron nitride |
JPH03260050A (en) * | 1990-03-09 | 1991-11-20 | Seiko Epson Corp | Plasma anode oxidation device |
JP2003105525A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-09 | Toyota Motor Corp | Nitriding treatment method |
JP2004261747A (en) * | 2003-03-03 | 2004-09-24 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Powder surface modifying method and apparatus |
-
2006
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS603128A (en) * | 1983-06-21 | 1985-01-09 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | Plasma oxidation device |
JPH0368753A (en) * | 1989-08-07 | 1991-03-25 | Mazda Motor Corp | Production of nitrided steel member |
JPH03104881A (en) * | 1989-09-14 | 1991-05-01 | Ricoh Co Ltd | Formation of thin film of iron-iron nitride |
JPH03260050A (en) * | 1990-03-09 | 1991-11-20 | Seiko Epson Corp | Plasma anode oxidation device |
JP2003105525A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-09 | Toyota Motor Corp | Nitriding treatment method |
JP2004261747A (en) * | 2003-03-03 | 2004-09-24 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Powder surface modifying method and apparatus |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012153412A1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | トヨタ自動車 株式会社 | Method for modifying surface of aluminum alloy and sliding member |
CN102676984A (en) * | 2012-01-13 | 2012-09-19 | 杭州市机械科学研究院有限公司 | Power supply device for automatically controlling temperature rise and heat preservation of glow plasma nitriding furnace |
WO2013150639A1 (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | 株式会社東亜精機工作所 | Hardened layer formation device |
JPWO2013150639A1 (en) * | 2012-04-05 | 2015-12-14 | 株式会社東亜精機工作所 | Hardened layer forming device |
CN113529010A (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-22 | 深圳市和胜金属技术有限公司 | Vacuum ion nitriding equipment |
CN113529010B (en) * | 2020-04-14 | 2024-06-11 | 深圳市和胜金属技术有限公司 | Vacuum ion nitriding equipment |
CN111850457A (en) * | 2020-07-29 | 2020-10-30 | 扬州大学 | Controllable surface nitriding device and using method thereof |
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