JP5144139B2 - 窒化処理方法および異種材料接合機械部品、エンジンバルブの製造方法およびエンジンバルブ - Google Patents
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Description
フッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理とともに、炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理が行われ、さらに窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理が行なわれて、窒化処理後における第1材と第2材の接合部の寸法差が片側で2μm以下でかつ、上記第1材と第2材双方の表面に5μm以上の窒化層が形成されたことを要旨とする。
フッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理とともに、炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理が行われ、さらに窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理が行なわれて、窒化処理後における第1材と第2材の接合部の軸径差が4μm以下でかつ、上記第1材と第2材双方の表面に5μm以上の窒化層が形成されたことを要旨とする。
(1)あらかじめフッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理を行い、
(2)炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理を行い、
(3)その後、窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理を行なう。
以下、各工程について説明する。
上記フッ化処理工程は、まずエンジンバルブ等の接合部材をフッ素源ガスを含む雰囲気に加熱保持してエンジンバルブ表面に形成している酸化物膜を除去しフッ化物膜を形成させる。
上記フッ化処理工程と同時期またはその後に、上記フッ化処理工程によって形成されたエンジンバルブ表面のフッ化物膜を還元、除去し、更にその表面から炭素を侵入、拡散させるため、CO等の炭素源ガスを含むガスを含む雰囲気中、アセチレンやメタン等の炭化水素ガスのように還元性のある炭素源ガスを含む雰囲気中、もしくはH2ガスやNH3ガスなどの還元性ガスとCO等の炭素源ガスの両方を含む雰囲気中に上記エンジンバルブ等の接合部材を加熱保持する炭素拡散処理工程を実施する。
上述したフッ化処理工程および炭素拡散処理工程の効果により、引き続き実施される窒化処理工程については、そのガス組成、処理温度など、特に限定されるものではないが、窒素源ガスとしてNH3ガスを5容量%以上、より好ましくは10容量%以上含む雰囲気中で、300〜600℃、より好ましくは400〜600℃の処理温度で実施することが望ましい。ただし十分な耐磨耗性を得るために弁軸側および弁傘側の軸部には双方とも5μm以上の硬化層を形成させることが望ましく、処理を行なうエンジンバルブ等の接合部材の材質によって窒化処理条件は適宜調整する必要がある。
また比較例(c)として上記のフッ化処理を実施したのち炭素拡散処理を実施せずに上記の窒化処理を実施したものを、また比較例(d)として上記のフッ化処理を実施せずに上記の炭素拡散処理を10分実施し、上記の窒化処理を実施したものを作製した。
またフッ化処理を行なわない比較例(d)の場合には硬化層の形成が認められないことから、本発明の窒化処理方法にとってフッ化処理の適用が不可欠であることが分かる。
また比較例(f)として590℃で3時間塩浴窒化処理を実施したものも作製した。
2 加熱ヒーター
3 プロセスガス供給ポート
4 排ガス排出ポート
5 撹拌ファン用モーター
6 撹拌ファン
7 ガス供給ライン元弁
8 空圧作動弁
9 減圧弁
10 ガス流量計
11 ガス変性装置
12 NF3ガスボンベ
13 N2ガスボンベ
14 NH3ガスボンベ
15 H2ガスボンベ
16 プロパンガスボンベ
17 排ガス除害装置
Claims (5)
- フェライト相またはマルテンサイト相を主体とした第1材と、オーステナイト相を主体とした第2材とが接合された接合部材に対し、窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理を行なう前に、あらかじめフッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理を行うとともに、炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理を行うことにより、窒化処理における第1材と第2材の寸法変化の差を小さくすることを特徴とする窒化処理方法。
- フェライト相またはマルテンサイト相を主体とした第1材と、オーステナイト相を主体とした第2材とが接合された接合部材に対し、窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理を行なう前に、あらかじめフッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理を行うとともに、炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理を行い、上記炭素拡散処理における雰囲気ガスの炭素ポテンシャルを制御することにより、窒化処理における第1材と第2材の寸法変化の差を制御することを特徴とする窒化処理方法。
- フェライト相またはマルテンサイト相を主体とした第1材と、Niを20質量%以上含有するオーステナイト相を主体とした耐熱鋼もしくはNi基合金の第2材とが接合されて構成された異種材料接合機械部品であって、
フッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理とともに、炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理が行われ、さらに窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理が行なわれて、窒化処理後における第1材と第2材の接合部の寸法差が片側で2μm以下でかつ、上記第1材と第2材双方の表面に5μm以上の窒化層が形成されたことを特徴とする異種材料接合機械部品。 - 弁軸側の素材がフェライト相またはマルテンサイト相を主体とした鋼材であり、弁傘側の素材がNiを20質量%以上含有するオーステナイト相を主体とした耐熱鋼もしくはNi基合金から構成されたエンジンバルブに対し、窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理を行なう前に、あらかじめフッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理を行うとともに、炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理を行い、上記炭素拡散処理を、炭素源ガス濃度が5容量%以上となる雰囲気中において300〜600℃の温度で10分以上保持することを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
- 弁軸側がフェライト相またはマルテンサイト相を主体とした鋼の第1材であり、弁傘側がNiを20質量%以上含有するオーステナイト相を主体とした耐熱鋼もしくはNi基合金の第2材であり、上記第1材と第2材が軸部で接合されて構成されたエンジンバルブであって、
フッ素系ガス雰囲気中で加熱保持するフッ化処理とともに、炭素源ガス雰囲気中に加熱保持して表層部に炭素拡散層を形成させる炭素拡散処理が行われ、さらに窒化性ガス雰囲気中で加熱保持して表層部に窒化層を形成させる窒化処理が行なわれて、窒化処理後における第1材と第2材の接合部の軸径差が4μm以下でかつ、上記第1材と第2材双方の表面に5μm以上の窒化層が形成されたことを特徴とするエンジンバルブ。
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JP2007163850A JP5144139B2 (ja) | 2007-06-21 | 2007-06-21 | 窒化処理方法および異種材料接合機械部品、エンジンバルブの製造方法およびエンジンバルブ |
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