表面改性處理方法、表面改性處理裝置及滲碳爐用部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠以低成本對(duì)構(gòu)成用于滲碳爐的滲碳爐用部件的鐵合金母材賦予耐滲碳性的表面改性處理方法、表面改性處理裝置及滲碳爐用部件。通過具有如下工序的表面改性處理方法來解決上述課題，即：鍍鋁工序，對(duì)含有鎳的鐵合金母材（1）進(jìn)行熔融鍍鋁，在該鐵合金母材（1）上形成鍍鋁膜（2）；剩余鋁去除工序，使鍍鋁膜（2）加熱熔融，除去熔融的鍍鋁膜（2）的剩余部分；擴(kuò)散層形成工序，以比剩余鋁去除工序中的加熱溫度高的溫度加熱除去了鍍鋁膜（2）的剩余部分后的鐵合金母材（1），使鐵合金母材（1）的構(gòu)成元素和鍍鋁膜（2）中含有的鋁相互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層（3）。
【專利說明】表面改性處理方法、表面改性處理裝置及滲碳爐用部件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于擴(kuò)散滲透的表面改性處理方法、表面改性處理裝置及滲碳爐 用部件。更詳細(xì)地，涉及一種能夠改善構(gòu)成在滲碳處理時(shí)使用的托盤或格柵等部件、或用于 滲碳爐的部件等（以下，也稱為滲碳爐用部件）的鐵合金母材的耐滲碳性的表面改性處理方 法、表面改性處理裝置及滲碳爐用部件。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種金屬表面硬化處理的方法，已知有滲碳處理。滲碳處理是在高溫下通過 使由滲碳劑生成的一氧化碳（C0)氣體和鋼材接觸，從而使碳侵入鋼材并使其擴(kuò)散而形成表 面層(滲碳層)的處理。特別是，含碳量少的低碳鋼等鋼材在實(shí)施了滲碳處理后，若進(jìn)行淬火 和回火，則僅表面層硬化。其結(jié)果，得到的產(chǎn)品由具有耐磨損性的表面層和富有韌性的芯部 構(gòu)成。這樣的滲碳處理可適用于低碳鋼及其它鋼材，作為用于使鋼材的表面變硬而提高耐 磨損性的處理，在廣泛的領(lǐng)域中使用。
[0003] 滲碳處理根據(jù)滲碳劑的種類而大致分為氣體滲碳法、液體滲碳法、固體滲碳法。其 中，氣體滲碳法為通常大多進(jìn)行的方法，為例如將乙炔、丙烷等烴類氣體和空氣的混合氣體 在鎳催化劑中加熱而生成滲碳性氣體（以一氧化碳、氫及氮為主體的改性氣體)，將該滲碳 性氣體向滲碳爐內(nèi)供給，通過與鋼材反應(yīng)而形成滲碳層的方法。
[0004] 另外，在滲碳層中，要求具有更高的穩(wěn)定的耐磨損性。作為應(yīng)對(duì)這種要求的滲碳處 理，大多進(jìn)行真空滲碳法。真空滲碳法是向保持在減壓狀態(tài)的滲碳爐內(nèi)供給丙烷或乙炔等 烴類氣體，通過與鋼材反應(yīng)而形成滲碳層的方法。該真空滲碳法的處理?xiàng)l件穩(wěn)定，能夠形成 比較厚的滲碳層。
[0005] 在滲碳處理中，使用有用于載置作為被處理材料的鋼材的托盤或格柵等部件(滲 碳爐用部件)。這樣的滲碳爐用部件在800?1000°C的滲碳爐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間暴露于滲碳性氣體 中。另外，由于滲碳爐用部件被反復(fù)使用，故而在高溫下被反復(fù)暴露于滲碳性氣體中。而且， 由于滲碳爐通常反復(fù)進(jìn)行加熱、冷卻，故而滲碳爐用部件被置于這樣極為嚴(yán)酷的溫度環(huán)境。
[0006] 因此，在滲碳爐用部件中，通常使用有高溫強(qiáng)度及耐高溫氧化性優(yōu)良的奧氏體不 銹鋼或耐熱鑄鋼。但是，滲碳爐用部件即使由這些鋼材構(gòu)成，由于反復(fù)進(jìn)行滲碳處理，也容 易引起裂縫及變形等，壽命較短。
[0007] 滲碳爐用部件的裂縫及變形等主要因兩個(gè)原因而產(chǎn)生。第一個(gè)原因是，由于反復(fù) 進(jìn)行滲碳處理，從而在構(gòu)成滲碳爐用部件的鋼材上較厚地形成包含碳化鉻或滲碳體的硬且 脆的滲碳層。形成了厚的滲碳層的滲碳爐用部件由于伴隨加熱、冷卻的膨脹、收縮的應(yīng)力而 容易產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生了裂紋的滲碳爐用部件最終會(huì)斷裂而無法使用。
[0008] 第二原因是，由于進(jìn)一步重復(fù)進(jìn)行滲碳處理，遍及較厚地形成于滲碳爐用部件的 滲碳層的整體，碳化鉻或滲碳體成長(zhǎng)，滲碳層的體積膨脹。滲碳爐用部件因滲碳層的體積膨 脹，整體形狀變形。而且，顯著變形的滲碳爐用部件往往無法使用，在矯正該變形時(shí)，由于滲 碳層脆化而會(huì)斷裂。
[0009] 另外，在滲碳爐中，使用有輻射管、爐內(nèi)風(fēng)扇等部件。由于這些部件也反復(fù)暴露于 上述那樣的高溫的滲碳性氣體，而且置于反復(fù)進(jìn)行加熱、冷卻的嚴(yán)酷的溫度環(huán)境中，因此， 由于相同的原因容易引起裂縫及變形等。因此，在滲碳爐中，存在如下的問題，即，部件更換 的維修成本增加，或由于部件的裂縫等引起的故障而使?jié)B碳處理的產(chǎn)品的生產(chǎn)效率降低。 [0010] 對(duì)于這樣的問題，在專利文獻(xiàn)1中，提出有一種高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性優(yōu)良，即使在 反復(fù)進(jìn)行滲碳、氧化的熱分解環(huán)境下也具有優(yōu)良的耐滲碳性和耐焦化性(耐=一 3f >夕''性） 的耐熱合金。具體而言，提出有一種含有C :0. 10%以下、Si :超過1. 0%至5. 0%、Μη :0. 2%以 下、Cr :超過 5% 至 18%、A1 :4· 5 ?12%，而且含有 B :0· 001 ?0· 03%、Zr :0· 01 ?0· 3%、Hf : 0. 05?1. 0%、Ti :0. 05?1. 0%及Mg :0. 001?0. 02%的一種以上，剩余部分由Ni或Ni和 5%以下的Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的耐熱合金。
[0011] 另外，在專利文獻(xiàn)2中提出有一種滲鋁處理，其目的在于提供一種能夠在處于熱 沖擊的嚴(yán)酷環(huán)境下的氣體滲碳爐中長(zhǎng)期穩(wěn)定使用的部件及夾具。該滲鋁處理將鋁濃度為 10?60重量％的鐵鋁合金粉末或5?95重量％的鋁粉末和5?95重量％的氧化鋁粉末 以及0. 1?2重量％的作為滲透強(qiáng)化劑的氯化銨粉末混合而成的滲透劑和被處理物填充在 半密閉容器中，在容器中維持在氬氣、氮?dú)狻錃獾榷栊詺怏w或還原性氣體環(huán)境的狀態(tài)下， 通過在加熱爐內(nèi)在600?1KKTC溫度下加熱保持5?20小時(shí)而進(jìn)行。該滲鋁處理可以說 是這樣一種處理，使受到了滲鋁處理的部件或夾具的耐滲碳性提高，即使長(zhǎng)期用在處于嚴(yán) 酷環(huán)境下的氣體滲碳爐中，也幾乎不滲碳，穩(wěn)定，能夠顯著延長(zhǎng)其壽命。
[0012] 專利文獻(xiàn)1 :(日本）特開平5 - 033092號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)2 :(日本）特開平10 - 168555號(hào)公報(bào)
[0014] 但是，由于專利文獻(xiàn)1中記載的鎳基耐熱合金的大部分由昂貴的鎳構(gòu)成，因此，在 將其作為托盤或格柵等滲碳爐用部件的材料使用時(shí)，滲碳爐用部件自身會(huì)變得昂貴。另外， 由于該鎳基耐熱合金的構(gòu)成元素的組成比限制在上述范圍內(nèi)，因此，還存在難以自由地控 制滲碳爐用部件的特性的問題。
[0015] 另外，由于專利文獻(xiàn)2中記載的滲鋁處理中，用于處理的滲透劑極貴，另外，加熱 爐也需要設(shè)為具備用于保持粉末狀的滲透劑的容器等特殊構(gòu)成的密封式而變得昂貴。因 此，使用滲鋁處理形成鋁擴(kuò)散滲透層的方法顯著增加了滲碳處理用部件的制造成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明是為了解決上述課題而設(shè)立的，其目的在于提供一種能夠?qū)?gòu)成用于滲碳 爐的滲碳爐用部件的鐵合金母材，以低成本賦予其優(yōu)良的耐滲碳性的表面改性處理方法、 表面改性處理裝置及滲碳爐用部件。
[0017] 用于解決上述課題的本發(fā)明的表面改性處理方法具有：鍍鋁工序，對(duì)含有鎳的鐵 合金母材進(jìn)行熔融鍍鋁，在該鐵合金母材上形成鍍鋁膜；剩余鋁去除工序，使所述鍍鋁膜加 熱熔融并將熔融的鍍鋁膜的剩余部分除去；擴(kuò)散層形成工序，以比所述剩余鋁去除工序中 的加熱溫度高的溫度加熱除去了所述鍍鋁膜的剩余部分后的所述鐵合金母材，使所述鐵合 金母材的構(gòu)成元素和所述鍍鋁膜中含有的鋁相互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層。
[0018] 根據(jù)本方面，由于對(duì)含有鎳的鐵合金母材依次進(jìn)行鍍鋁工序、剩余鋁去除工序及 擴(kuò)散層形成工序，故而在鐵合金母材的表面附近形成鐵合金母材的構(gòu)成元素和鍍鋁膜中所 含的鋁相互擴(kuò)散滲透的擴(kuò)散層。形成了擴(kuò)散層的鐵合金母材（以下也稱為"處理完成材料"） 在暴露于滲碳性氣體時(shí)，擴(kuò)散層有效地吸收碳。因此，擴(kuò)散層起到了作為抑制碳向處于比其 更深部的鐵合金母材滲透的屏蔽層的功能。通過該表面改性處理方法進(jìn)行了表面改性處理 后的處理完成材料即使長(zhǎng)期暴露于滲碳性氣體中，或反復(fù)暴露于滲碳性氣體中，也能夠得 到優(yōu)良的耐滲碳性。另外，由于該表面改性處理方法通過熔融鍍鋁(鍍鋁工序)、和在剩余鋁 去除工序及擴(kuò)散層形成工序中進(jìn)行的加熱(兩階段的加熱）而在鐵合金母材上形成擴(kuò)散層， 故而無需昂貴的滲透劑及特殊的加熱爐。因此，該表面改性處理方法能夠以低成本對(duì)鐵合 金母材賦予耐滲碳性。
[0019] 在本發(fā)明的表面改性處理方法中，優(yōu)選的是，所述鐵合金母材由選自?shī)W氏體不銹 鋼、奧氏體不銹鋼鑄鋼以及耐熱鑄鋼的鋼構(gòu)成。
[0020] 根據(jù)本方面，能夠使高溫強(qiáng)度及耐高溫氧化性高的鐵合金母材成為耐滲碳性優(yōu)良 的鐵合金母材。
[0021] 在本發(fā)明的表面改性處理方法中，優(yōu)選的是，由所述擴(kuò)散層形成工序形成的擴(kuò)散 層的厚度為30 μ m以上且150 μ m以下。
[0022] 根據(jù)本方面，由于擴(kuò)散層的厚度在上述范圍內(nèi)，故而能夠?qū)﹁F合金母材賦予更優(yōu) 良的耐滲碳性。
[0023] 用于解決上述課題的本發(fā)明的表面改性處理裝置具有：熔融鍍鋁槽，對(duì)含有鎳的 鐵合金母材進(jìn)行熔融鍍鋁，在該鐵合金母材上形成鍍鋁膜；第一加熱裝置，使所述鍍鋁膜加 熱熔融并將熔融的鍍鋁膜的剩余部分除去；第二加熱裝置，以比所述第一加熱裝置的加熱 溫度高的溫度加熱除去了所述鍍鋁膜的剩余部分后的所述鐵合金母材，使所述鐵合金母材 的構(gòu)成元素和所述鍍鋁膜中含有的鋁相互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層。
[0024] 根據(jù)本方面，由于具有熔融鍍鋁槽、第一加熱裝置及第二加熱裝置，故而在鐵合金 母材的表面附近形成鐵合金母材的構(gòu)成元素和鍍鋁膜中含有的鋁相互擴(kuò)散滲透的擴(kuò)散層。 形成了擴(kuò)散層的處理完成材料起到與在上述的表面改性處理方法中形成了擴(kuò)散層的處理 完成材料相同的作用，該表面改性處理裝置起到與所述表面改性處理方法相同的作用。
[0025] 用于解決上述課題的本發(fā)明的滲碳爐用部件，通過本發(fā)明的表面改性處理方法實(shí) 施表面改性處理。
[0026] 根據(jù)本方面，由于滲碳爐用部件通過上述本發(fā)明的表面改性處理方法實(shí)施有表面 改性處理，故而具有優(yōu)良的耐滲碳性。因此，該滲碳爐用部件即使長(zhǎng)期暴露于滲碳性氣體 中，或反復(fù)暴露于滲碳性氣體中也難以產(chǎn)生裂縫或變形等，可長(zhǎng)期使用。另外，由于使用的 表面改性處理方法能夠以低成本賦予耐滲碳性，故而該滲碳爐用部件與通過現(xiàn)有的表面改 性處理方法進(jìn)行了表面改性處理的滲碳爐用部件相比，能夠大幅度削減其制造成本。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的表面改性處理方法及表面改性處理裝置，能夠?qū)?gòu)成用于滲碳爐的 滲碳爐用部件(托盤或格柵等部件）的鐵合金母材以低成本賦予優(yōu)良的耐滲碳性。
[0028] 另外，根據(jù)本發(fā)明的滲碳爐用部件，由于具有優(yōu)良的耐滲碳性，即使長(zhǎng)期暴露于滲 碳性氣體中，或反復(fù)暴露于滲碳性氣體中，也難以產(chǎn)生裂縫或變形等，可長(zhǎng)期使用。由此，能 夠避免因滲碳爐用部件的裂縫等而在滲碳爐中產(chǎn)生故障，另外，能夠削減滲碳爐的維修成 本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1 (a)?（c)是表示在本發(fā)明的表面改性處理方法的各工序中被處理的鐵合金 母材的示意性縱剖面圖；
[0030] 圖2表示通過本發(fā)明的表面改性處理方法形成的擴(kuò)散層中包含的化合物的結(jié)晶 構(gòu)造，（a)是表示Ll 2型^6、Ni) 3A1化合物的結(jié)晶構(gòu)造的示意圖，（b)是表示碳侵入了 Ll2 型化合物的E2i型斤6、附）3A1C化合物的結(jié)晶構(gòu)造的示意圖；
[0031] 圖3是表不由本發(fā)明的表面改性處理方法處理的處理完成材料的一例的不意性 縱剖面圖；
[0032] 圖4是在800°C下進(jìn)行10分鐘的剩余鋁去除工序后，表示在700?1KKTC的范圍 內(nèi)加熱時(shí)的加熱時(shí)間和擴(kuò)散層的厚度的關(guān)系的圖表；
[0033] 圖5是表不本發(fā)明的表面改性處理裝置的一例的不意圖；
[0034] 圖6是表示使用了本發(fā)明的滲碳爐用部件的滲碳裝置的一例的示意圖；
[0035] 圖7是表示適用于圖6所示的滲碳裝置的滲碳爐用部件的立體圖；
[0036] 圖8 (a)是以500倍的倍率觀察用于真空滲碳處理前的實(shí)施例1的格柵的切斷面 的金屬組織照片，（b)是以500倍的倍率觀察用于真空滲碳處理后的實(shí)施例1的格柵的切 斷面的金屬組織照片；
[0037] 圖9是以2000倍的倍率觀察用于真空滲碳處理后的實(shí)施例1的格柵的切斷面的 金屬組織的SEM照片；
[0038] 圖10 (a)、（b)是以500倍的倍率觀察用于真空滲碳處理前的實(shí)施例3及實(shí)施例 4的格柵的切斷面的金屬組織的SEM照片。
[0039] 標(biāo)記說明
[0040] 1 :鐵合金母材
[0041] 2:鍍鋁膜
[0042] 3 :擴(kuò)散層
[0043] 3a :第一合金相
[0044] 3b :第二合金相
[0045] 4 :處理完成材料
[0046] 11 :鐵元素或鎳元素
[0047] 12 :鋁元素
[0048] 13 :碳元素
[0049] 20 :滲碳裝置
[0050] 21 :滲碳爐
[0051] 22:輥式輸送機(jī)
[0052] 22a :輥
[0053] 23 :格柵
[0054] 23a :框體
[0055] 23b :支柱部
[0056] 23c :支承部
[0057] 24 :加熱室
[0058] 25 :滲碳性氣體供給裝置
[0059] 25a :弱滲碳性氣體供給裝置
[0060] 25b :強(qiáng)滲碳性氣體供給裝置
[0061] 25c:滲碳性氣體供給管
[0062] 25d :閥
[0063] 26 :加熱器
[0064] 27 :爐輥
[0065] 27a :輥
[0066] 28:裝入口
[0067] 29:爐內(nèi)風(fēng)扇
[0068] 30a :被滲碳處理品
[0069] 30b :滲碳處理完成品
[0070] 31 :表面改性處理裝置
[0071] 32:熔融鍍鋁槽
[0072] 33 :第一加熱裝置
[0073] 34 :第二加熱裝置
[0074] 35 :托盤

【具體實(shí)施方式】
[0075] 以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的表面改性處理方法、表面改性裝置及滲碳爐用部件進(jìn) 行說明。另外，本發(fā)明不限于下述的實(shí)施方式。
[0076] <表面改性處理方法>
[0077] 本發(fā)明的表面改性處理方法具有：鍍鋁工序、剩余鋁去除工序、擴(kuò)散層形成工序。 詳細(xì)而言，具有：將含有鎳的鐵合金母材1進(jìn)行熔融鍍鋁，在該鐵合金母材1上形成鍍鋁膜 2的鍍鋁工序；使鍍鋁膜2加熱熔融，除去熔融的鍍鋁膜2的剩余部分的剩余鋁去除工序； 將除去了鍍鋁膜2的剩余部分的鐵合金母材1以比剩余鋁去除工序中的加熱溫度高的溫度 加熱，使鐵合金母材1的構(gòu)成元素和鍍鋁膜2中含有的鋁相互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層3的擴(kuò)散 層形成工序。
[0078] 該表面改性處理方法通過依次進(jìn)行上述的各工序，在鐵合金母材1上形成擴(kuò)散層 3而賦予耐滲碳性。在以滲碳爐用部件的制造工序進(jìn)行該表面改性處理方法的情況下，能夠 制造耐滲碳性優(yōu)良的滲碳爐用部件。在該情況下，該表面改性處理方法，換言之可稱為耐滲 碳性優(yōu)良的滲碳爐用部件的制造方法。
[0079] 以下，對(duì)各工序進(jìn)行詳細(xì)地說明。另外，在以下的說明中，往往將進(jìn)行該表面改性 處理方法前的鐵合金母材1稱為"被處理材料"，將進(jìn)行了該表面改性處理方法后的鐵合金 母材(形成了擴(kuò)散層3的鐵合金母材1)稱為"處理完成材料4"。
[0080] (鐵合金母材）
[0081] 鐵合金母材1作為本發(fā)明的表面改性處理方法的被處理材料使用，是含有鎳的鐵 合金母材1。作為構(gòu)成鐵合金母材1的鐵合金，具體而言，可列舉出奧氏體不銹鋼、奧氏體不 銹鋼鑄鋼、耐熱鑄鋼等含有鎳的鋼材。這些鋼材的高溫強(qiáng)度及耐高溫氧化性優(yōu)良。而且，這 些鋼材通過在后工序中進(jìn)行的擴(kuò)散層形成工序，形成含有Ll2型的（Fe、Ni) 3A1化合物的擴(kuò) 散層3,能夠得到優(yōu)良的耐滲碳性。對(duì)鐵合金母材1賦予耐滲碳性的作用機(jī)構(gòu)如后文中詳 述。
[0082] 優(yōu)選鐵合金母材1中鐵含量為1原子％以上、80原子％以下，更優(yōu)選為20原子％ 以上、80原子％以下。通過將鐵含量設(shè)定在該范圍內(nèi)，能夠確保鐵合金母材1的強(qiáng)度，能夠 抑制鐵合金母材1的脆化。
[0083] 優(yōu)選鐵合金母材1中的鎳含量為2原子％以上、65原子％以下。通過將鎳含量設(shè) 定在該范圍內(nèi)，能夠充分改善鐵合金母材1的耐滲碳性，抑制使用鐵合金母材1的產(chǎn)品的制 造成本過度增大。
[0084] 優(yōu)選鐵合金母材1含有鉻。在鐵合金母材1含有鉻的情況下，優(yōu)選鉻含量為13原 子％以上、54原子％以下。通過將鉻含量設(shè)在該范圍內(nèi)，能夠改善鐵合金母材1的防銹性， 抑制鐵合金母材1的脆化。
[0085] 另外，鐵合金母材1也可根據(jù)需要含有上述以外的元素，還可以含有一般的鋼材 中含有的不可避免的雜質(zhì)。
[0086] 鐵基合金母材1優(yōu)選進(jìn)行除去附著于其表面的污垢或氧化被膜等的預(yù)處理。作為 預(yù)處理，可以舉出作為鍍敷的預(yù)處理通常進(jìn)行的處理，例如拋丸處理、脫脂、酸洗、水洗、熱 水洗等。
[0087] 拋丸處理是使用壓縮空氣等將噴丸材料沖擊到鐵合金母材1的表面而除去氧化 物等鐵垢的方法。處理后的鐵合金母材1的表面成為均質(zhì)，并且表面成為潔凈的狀態(tài)。這 樣的拋丸處理能夠在鐵合金母材1的表面形成凹凸，增大表面面積，其結(jié)果，在下一工序中 進(jìn)行的鍍鋁工序中，能夠容易地形成鍍鋁膜2。作為噴丸材料，可以列舉出例如具有切削性 的砂、陶瓷顆粒、碎玻璃顆粒等。
[0088] 脫脂是將鐵合金母材1浸漬于含有表面活性劑的堿性溶液中使附著在鐵合金母 材1表面的油分浮起而除去的處理。作為堿性溶液，可列舉出氫氧化鈉溶液等。
[0089] 酸洗是使用酸性溶液清洗鐵合金母材1，將在鐵合金母材1的表面生成的氧化覆 膜或氫氧化覆膜除去的處理。作為酸性溶液，可列舉出硫酸溶液、鹽酸溶液、硝酸溶液等無 機(jī)酸溶液、或混合兩種以上這些無機(jī)酸溶液的混酸溶液等。
[0090] 在進(jìn)行這些預(yù)處理的情況下，通常在各處理之間夾著水洗而依次進(jìn)行拋丸處理、 脫脂及酸洗，然后進(jìn)行水洗及熱水洗。
[0091] (鍍鋁工序）
[0092] 鍍鋁工序是對(duì)含有鎳的鐵合金母材1進(jìn)行熔融鍍鋁，如圖1 (a)所示，在該鐵合金 母材1上形成鍍鋁膜2的工序。對(duì)鐵合金母材1進(jìn)行熔融鍍鋁的方法只要使熔融鋁與鐵合 金母材1接觸即可。接觸方法沒有特別限定，可以是將鐵合金母材1浸漬于熔融鋁的浸漬 方法，也可以是對(duì)鐵合金母材1吹付熔融鋁的吹付方法。
[0093] 熔融鋁是加熱熔融鋁或鋁合金的熔融液。鋁合金優(yōu)選為含有80質(zhì)量％以上的鋁 的錯(cuò)合金，具體可列舉出組合了選自A1 - Si系合金、A1 - Si - Mg系合金、A1 - Si - Be 系合金、A1 - Si - Mg - Be系合金、A1 - Si - Μη系合金及A1 - Si - Mg - Μη系合金等 的一種或兩種以上的復(fù)合物等。
[0094] 熔融鋁的溫度根據(jù)使用的鋁或其合金而不同，通常設(shè)定為比其熔點(diǎn)稍高的溫度。 具體而言，優(yōu)選熔融鋁的溫度為650°C以上、750°C以下。通過將熔融鋁的溫度設(shè)定為650°C 以上，能夠使熔融鋁在鐵合金母材1的表面充分地浸透擴(kuò)散，形成均勻的鍍鋁膜2。另外，通 過將熔融鋁的溫度設(shè)為750°C以下，能夠進(jìn)一步抑制渣滓的產(chǎn)生，進(jìn)而，在鐵合金母材1為 含有鉻的不銹鋼的情況下，能夠進(jìn)一步抑制鉻碳化物粗大化而鐵合金母材1的耐腐蝕性及 韌性等的降低。
[0095] 在通過浸漬方法形成鍍鋁膜2的情況下，鐵合金母材1的浸漬時(shí)間必需為直至鐵 合金母材1的表面成為高溫而活性化且到達(dá)熔融鋁的溫度的時(shí)間以上。浸漬時(shí)間根據(jù)鐵合 金母材1的質(zhì)量而不同，通常為2秒以上、1200秒以下。通過將浸漬時(shí)間設(shè)在該范圍內(nèi)，能 夠使熔融鋁充分附著于鐵合金母材1。
[0096] 浸漬于熔融鋁的鐵合金母材1在從熔融鋁取出后，例如進(jìn)行空冷及熱水洗，使其 干燥。由此，附著于鐵合金母材1的熔融鋁固化，形成鍍鋁膜2。形成的鍍鋁膜2的厚度tl 從在后續(xù)工序中進(jìn)行的擴(kuò)散層形成工序中形成具有充分的厚度和鋁濃度的擴(kuò)散層3方面 考慮，優(yōu)選為50 μ m以上、200 μ m以下。
[0097] 在鍍鋁工序中，也可使用助溶劑。助溶劑的使用有助于附著于鐵合金母材1表面 的氧化膜的去除及鐵合金母材1的氧化的抑制?？梢允褂弥軇┡c熔融鋁貯存于同一槽， 形成助溶劑層和熔融鋁層這兩層的一浴法，也可使用將助溶劑層和熔融鋁的槽貯存于不同 的層的二浴法。另外，助溶劑在將鐵合金母材1浸漬一浴或二浴后，用酸溶液等清洗并除 去。
[0098] 作為助溶劑，可列舉出含有選自氯化鉀、氯化鈉、氯化鋰、氯化鋅、氯化鈣、氟化鈉 及氟化鋁等中的一種或兩種以上的溶液等。
[0099] (剩余鋁去除工序）
[0100] 剩余鋁去除工序是加熱熔融鍍鋁膜2并如圖1 (b)所示地除去鍍鋁膜2的剩余部 分的工序。
[0101] 在對(duì)形成于鐵合金母材1的鍍鋁膜2進(jìn)行加熱時(shí)，鍍鋁膜2熔融，熔融的鍍鋁膜2 的剩余部分流下來而被除去。除去剩余部分而殘留的熔融鍍鋁膜浸透擴(kuò)散而成為均勻的厚 度。由此，除去從鐵合金母材1的外形較大地突出的多余的鍍鋁膜2,最終，能夠得到具有與 鐵合金母材1的外形形狀相同的外徑形狀的處理完成材料4。如例如在鐵合金母材1為格 子狀或網(wǎng)格狀或其它復(fù)雜形狀的情況下，在進(jìn)行鍍鋁工序的狀態(tài)等，鍍鋁膜會(huì)堵塞孔，或覆 蓋復(fù)雜的形狀，或增厚邊角部，往往在成為產(chǎn)品時(shí)不能得到預(yù)定的功能。對(duì)此，通過在鍍鋁 工序后進(jìn)行剩余鋁去除工序，能夠避免這樣的不良情況。
[0102] 優(yōu)選進(jìn)行了剩余鋁去除工序后的鍍鋁膜2的厚度t2為50 μ m以上、100 μ m以下。 通過將鍍鋁膜2的厚度t2設(shè)于該范圍內(nèi)，在下一工序中進(jìn)行的擴(kuò)散層形成工序中，能夠使 擴(kuò)散層3以足夠的厚度形成，進(jìn)而能夠避免鍍鋁膜2較大地影響產(chǎn)品的外形形狀而有損產(chǎn) 品的功能。
[0103] "剩余"的鋁是指，鍍鋁膜2的厚度超過上述范圍內(nèi)的部分的鋁，設(shè)有這樣剩余的鋁 的"剩余部分"容易在復(fù)雜的形狀部、邊角部等生成。在該剩余鋁去除工序中，優(yōu)選除去該 剩余部分的剩余的鋁，使整個(gè)區(qū)域的鍍鋁膜的厚度在上述優(yōu)選的范圍內(nèi)。
[0104] 剩余鋁去除工序中的加熱溫度必須為鍍鋁膜2的熔融溫度以上。該剩余鋁去除工 序中的加熱溫度根據(jù)使用的鋁或其合金而不同，通常，設(shè)定為能夠使鍍鋁膜2熔融并用后 述的吹除等除去方法除去的程度的溫度。具體而言，剩余鋁去除工序中的加熱溫度優(yōu)選為 600°C以上、800°C以下。通過將加熱溫度設(shè)于該范圍內(nèi)，能夠充分除去多余的鍍鋁膜2,進(jìn) 而，能夠抑制鍍鋁膜2的熔融過度進(jìn)行，精度良好地控制鍍鋁膜2的厚度。
[0105] 剩余鋁去除工序中的加熱時(shí)間根據(jù)加熱溫度或鍍鋁膜2的成分而不同，可任意設(shè) 定。例如，優(yōu)選該加熱時(shí)間為60秒以上、900秒以下。通過將加熱時(shí)間設(shè)定在60秒以上，能 夠充分除去多余的鍍鋁膜2。另外，通過將加熱時(shí)間設(shè)定在900秒以下，在該工序中，能夠抑 制鐵合金母材1的構(gòu)成元素(鎳或鐵等）和鍍鋁膜2中含有的鋁的擴(kuò)散過度進(jìn)行，在下一工 序中進(jìn)行的擴(kuò)散層形成工序中，能夠可靠地形成具有設(shè)定的厚度及成分、或與其接近的厚 度及成分的擴(kuò)散層3。
[0106] 剩余鋁去除工序在用各種方法熔融了鍍鋁膜2的狀態(tài)下，除去剩余的鋁。該熔融 狀態(tài)的剩余鋁的除去可以在大氣中進(jìn)行，也可以在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。在惰性氣體環(huán)境 中進(jìn)行剩余鋁去除工序的情況下，能夠抑制鍍鋁膜2及鐵合金母材1的氧化，能夠得到高品 質(zhì)的處理完成材料4。作為惰性氣體，可列舉出氬氣、氦氣或這些的混合氣體等。
[0107] 剩余部分的除去方法在上述的加熱溫度和加熱時(shí)間的范圍內(nèi)，可以通過吹付空氣 或惰性氣體進(jìn)行。通過吹付空氣或惰性氣體，能夠容易地除去熔融的鋁中剩余的鋁。吹付 時(shí)的噴射壓等受到鐵合金母材的外形形狀、加熱溫度、加熱時(shí)間等各種因素的影響，考慮這 些因素任意選擇。通過這樣的除去方法，能夠消除鍍鋁膜堵塞孔、覆蓋復(fù)雜的形狀、邊角部 變厚的狀態(tài)，可形成具有規(guī)定功能的產(chǎn)品。
[0108] (擴(kuò)散層形成工序）
[0109] 擴(kuò)散層形成工序以比剩余鋁去除工序中的加熱溫度高的溫度將去除了鍍鋁膜2 的剩余部分的鐵合金母材1加熱，如圖1 (C)所示，使鐵合金母材1的構(gòu)成元素和鍍鋁膜2 中含有的鋁相互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層3。
[0110] 在將去除了鍍鋁膜2的剩余部分后的鐵合金母材1、即以適度的厚度形成有鍍鋁 膜2的鐵合金母材1加熱時(shí)，鐵合金母材1的構(gòu)成元素和鍍鋁膜2中含有的鋁相互擴(kuò)散滲 透。通過該擴(kuò)散滲透，在鐵合金母材1和鍍鋁膜2的邊界形成含有鐵合金母材1的構(gòu)成元 素和鋁的擴(kuò)散層3。形成的擴(kuò)散層3在最終得到的處理完成材料4暴露于滲碳處理中使用 的滲碳性氣體時(shí)，能夠有效地吸收碳。因此，該擴(kuò)散層3具有作為抑制碳向處于比該擴(kuò)散層 3更深部的鐵合金母材1滲透的屏蔽層的功能。可以認(rèn)為這是由于以下機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的。
[0111] 即，如圖2 (a)所示，形成的擴(kuò)散層含有來自鐵合金母材的鐵元素及鎳元素(標(biāo)記 11)和鋁元素12有規(guī)則地排列而成的Ll2型^1 Ni) 3A1化合物。在形成了這種擴(kuò)散層3 的處理完成材料4暴露于滲碳性氣體時(shí)，如圖2 (b)所示，碳13侵入擴(kuò)散層3中含有的Ll2 型化合物的中心，該化合物轉(zhuǎn)化為E2i型^^附）3A1C化合物。由此，認(rèn)為擴(kuò)散層3有效地 吸收碳。
[0112] 因此，通過該表面改性處理方法進(jìn)行了表面改性處理的處理完成材料4即使長(zhǎng)期 暴露于滲碳性氣體中，也能夠抑制鐵合金母材1中的碳化鉻及滲碳體的生成。其結(jié)果，能夠 抑制這些生成引起的裂縫及變形等，得到優(yōu)良的耐滲碳性。
[0113] 擴(kuò)散層3也可以通過鐵合金母材1的構(gòu)成元素即鐵元素或鎳元素和鋁元素的組成 比均一的單相構(gòu)成，還可以如圖3所示地由各元素的組成比不同的多個(gè)相3a、3b構(gòu)成。另 夕卜，圖3所示的擴(kuò)散層3中，與鎳組成比相比鐵組成比大的第一合金相3a偏在鐵合金母材 U則，與鐵組成比相比鎳組成比大的第二合金相3b偏在鍍鋁膜2側(cè)。另外，第一合金相3a 及第二合金相3b以分別使另一相3b、3a進(jìn)入的方式散布。
[0114] 擴(kuò)散層3的最表面中的鋁濃度優(yōu)選為20原子％以上、50原子％以下。最表面中的 鋁濃度為20原子％以上的擴(kuò)散層3充分含有L12型化合物，能夠?qū)μ幚硗瓿刹牧?賦予優(yōu) 良的耐滲碳性。另外，通過將擴(kuò)散層3的鋁濃度設(shè)為50原子％以下，在將該處理完成材料 4用作滲碳爐用部件時(shí)，能夠使過多存在的鋁蒸散，避免對(duì)滲碳處理后的滲碳爐用部件的特 性產(chǎn)生不良影響。
[0115] 擴(kuò)散層3的厚度在30 μ m以上、150 μ m以下的范圍內(nèi)，優(yōu)選在40 μ m以上、144m以 下的范圍內(nèi)。通過將擴(kuò)散層3的厚度設(shè)在該范圍內(nèi)，在處理完成材料4暴露于滲碳性氣體 時(shí)，擴(kuò)散層3有效吸收來自滲碳性氣體的碳，能夠得到優(yōu)良的耐滲碳性。另外，超過150 μ m 的擴(kuò)散層3在將形成有該擴(kuò)散層3的處理完成品用作滲碳爐用部件時(shí)，擴(kuò)散層3過度吸收 了滲碳環(huán)境中的碳，會(huì)使?jié)B碳的程度在被滲碳處理品的各部不均勻。
[0116] 擴(kuò)散層3的鋁濃度及厚度可通過改變剩余鋁去除工序及擴(kuò)散層形成工序中的加 熱溫度及加熱時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。另外，也可以通過改變其后根據(jù)需要實(shí)施的后述的拋丸處理 的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。
[0117] 接著，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)擴(kuò)散層形成工序中的加熱溫度及加熱時(shí)間進(jìn)行說明。圖4 表示在800°C下進(jìn)行10分鐘的剩余鋁去除工序中的加熱后，在700°C?1100°C的范圍內(nèi)加 熱時(shí)的加熱時(shí)間和擴(kuò)散層3的厚度的關(guān)系。
[0118] 如圖4所示，在加熱溫度為700°C(曲線a)或800°C(曲線b)的情況下，雖形成了擴(kuò) 散層3,但無法形成30 μ m以上的厚度的擴(kuò)散層3。與之相對(duì)，在將加熱溫度設(shè)為1000°C(曲 線c)時(shí)，通過加熱10小時(shí)能夠形成約30 μ m的擴(kuò)散層3。而且，在將加熱溫度設(shè)為1KKTC (曲線d )時(shí)，擴(kuò)散層3的形成效率急速提升，2小時(shí)左右即可形成約35 μ m的擴(kuò)散層。由此 可知，擴(kuò)散層形成工序中的加熱溫度優(yōu)選為l〇〇〇°C以上，更優(yōu)選為1KKTC以上。但是，超過 1200°C的加熱因需要耐熱性極高的加熱設(shè)備等，并不實(shí)用。因此，優(yōu)選擴(kuò)散層形成工序中的 加熱溫度為l〇〇〇°C以上、1200°C以下。
[0119] 擴(kuò)散層形成工序中的加熱時(shí)間根據(jù)所需的擴(kuò)散層3的厚度及加熱溫度而不同，例 如在加熱溫度為l〇〇〇°C以上、1200°C以下的情況下，優(yōu)選大致1小時(shí)以上、10小時(shí)以下。由 此，在實(shí)用的加熱時(shí)間的范圍內(nèi)可形成足夠厚度的擴(kuò)散層3。
[0120] 擴(kuò)散層形成工序可以在大氣中進(jìn)行，也可以在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。在惰性氣體 環(huán)境中進(jìn)行的擴(kuò)散層形成工序能夠抑制擴(kuò)散層3及鐵合金母材1的氧化，能夠得到高品質(zhì) 的處理完成材料4。作為惰性氣體，可列舉出氮?dú)?、氬氣、氦氣或其混合氣體等。
[0121] 這樣的擴(kuò)散層3形成在鐵合金母材1的表面附近。另外，"表面附近"是指，在附著 于表面的氧化鋁、或殘留于表面的鍍鋁膜之下，通常，從距離其存在的最表面10 μ m以上、 30 μ m以下的位置P向深度方向形成在上述的擴(kuò)散層3的厚度范圍內(nèi)。
[0122] 形成了擴(kuò)散層3的處理完成材料4之后也可以根據(jù)需要而將附著于表面的氧化鋁 或殘留在表面的鍍鋁膜除去。這樣的除去能夠通過拋丸處理等進(jìn)行，能夠調(diào)整處理完成材 料4的形狀及尺寸。另外，通過這樣的去除，在將處理完成材料4用作滲碳爐用部件時(shí)，能 夠避免鋁從滲碳爐用部件蒸散而對(duì)被處理品的特性產(chǎn)生不良影響。
[0123] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的表面改性處理方法，能夠賦予鐵合金母材1優(yōu)良的耐滲 碳性。另外，該表面改性處理方法由于通過熔融鋁的鍍敷(鍍鋁工序)、剩余鋁去除工序及擴(kuò) 散層形成工序中進(jìn)行的加熱(兩階段的加熱)在鐵合金母材1上形成擴(kuò)散層3,因此，不需要 昂貴的滲透劑及特殊的加熱爐。因此，能夠以低成本對(duì)鐵合金母材1賦予耐滲碳性。
[0124] <表面改性處理裝置>
[0125] 如圖5所示，本發(fā)明的表面改性處理裝置31具有熔融鍍鋁槽32、第一加熱裝置 33、第二加熱裝置34。詳細(xì)地說，具有：對(duì)含有鎳的鐵合金母材1進(jìn)行熔融鍍鋁，在該鐵合 金母材1上形成鍍鋁膜2的熔融鍍鋁槽32 ;加熱熔融鍍鋁膜2,除去熔融的鍍鋁膜2的剩 余部分的第一加熱裝置33 ;以比第一加熱裝置33的加熱溫度高的溫度加熱除去了鍍鋁膜 2的剩余部分后的鐵合金母材1，使鐵合金母材1的構(gòu)成元素和鍍鋁膜2中包含的鋁相互擴(kuò) 散而形成擴(kuò)散層3的第二加熱裝置34。該表面改性處理裝置31能夠用于進(jìn)行本發(fā)明的表 面改性處理方法，由此，在鐵合金母材1上形成擴(kuò)散層2而能夠賦予其耐滲碳性。
[0126] 以下，對(duì)各構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)地說明。
[0127] (熔融鍍鋁槽）
[0128] 熔融鍍鋁槽32是浸漬鐵合金母材1并在鐵合金母材1上形成鍍鋁膜2的裝置。 艮P，該熔融鍍鋁槽32是進(jìn)行上述鍍鋁工序的裝置。
[0129] 該熔融鍍鋁槽32具有：加熱熔融在上述的表面改性處理方法的欄中示例的鋁或 鋁合金的熔融液；儲(chǔ)存該熔融液的槽；加熱熔融鋁或鋁合金并保持在設(shè)定溫度的加熱裝 置。作為槽，可使用耐熱性優(yōu)良，對(duì)熔融鋁具有耐腐蝕性的材料。
[0130] (第一加熱裝置）
[0131] 第一加熱裝置33是加熱熔融鍍鋁膜2并除去熔融后的鍍鋁膜2的剩余部分的裝 置。即，該第一加熱裝置33是進(jìn)行上述剩余鋁去除工序的裝置。
[0132] 作為第一加熱裝置33,只要為可加熱至可熔融鍍鋁膜2的溫度的裝置即可，例如 可列舉出加熱爐、加熱板、熱風(fēng)機(jī)等。這些加熱裝置可以單獨(dú)使用，也可以組合2種以上使 用。其中，由于通過使用熱風(fēng)機(jī)作為第一加熱裝置33,可以吹除除去熔融的鍍鋁膜2,因此， 可有效地除去鍍鋁2膜的剩余部分。
[0133] 另外，鍍鋁膜2的剩余部分的吹除可以從噴嘴的前端噴射空氣、氮?dú)?、惰性氣體等 而進(jìn)行，也可以通過其以外的方法進(jìn)行。另外，這樣的鍍鋁膜2的剩余部分的吹除，如上所 述，可以在大氣中進(jìn)行，也可以在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行剩余部分的 吹除的情況下，能夠抑制鍍鋁膜2及鐵合金母材1的氧化，能夠得到高品質(zhì)的處理完成材料 4。
[0134] 在第一加熱裝置33為加熱爐的情況下，加熱爐具有：由耐熱材料構(gòu)成的加熱室、 加熱裝置、安裝在加熱室的頂部的爐風(fēng)扇、設(shè)置在加熱室的底部的爐輥等。加熱爐的加熱裝 置可以為電加熱方式、重油或燈油的燃燒方式等的任一種。
[0135] (第二加熱裝置）
[0136] 第二加熱裝置34是以比第一加熱裝置33的加熱溫度高的溫度加熱除去了鍍鋁膜 2的剩余部分的鐵合金母材1而使鐵合金母材1的構(gòu)成元素和鍍鋁膜2中含有的鋁相互擴(kuò) 散而形成擴(kuò)散層3的裝置。即，該第二加熱裝置34是進(jìn)行上述擴(kuò)散層形成工序的裝置。
[0137] 第二加熱裝置34為能夠?qū)㈣F合金母材1和鍍鋁膜2加熱至鐵合金母材1的構(gòu)成 元素和鍍鋁膜2中含有的鋁相互擴(kuò)散的溫度的裝置即可。作為這樣的第二加熱裝置34,例 如可列舉出與作為第一加熱裝置33示例的裝置相同的裝置。
[0138] (冷卻室）
[0139] 表面改性處理裝置31也可以在熔融鍍鋁槽32與第一加熱裝置33之間、第一加熱 裝置33與第二加熱裝置34之間、第二加熱裝置34的第一加熱裝置33側(cè)的相反側(cè)分別具 有冷卻室。熔融鍍鋁槽32與第一加熱裝置33之間的冷卻室為將涂敷在鐵合金母材1上的 熔融鋁進(jìn)行空冷并使其固化的室，其它冷卻室為將由第一加熱裝置33或第二加熱裝置34 加熱的鐵合金母材1空冷的室。
[0140] (輸送裝置）
[0141] 表面改性處理裝置31可以具有將被處理材料即鐵合金母材1依次輸送至熔融鍍 鋁槽32、冷卻室、第一加熱裝置33、冷卻室、第二加熱裝置34以及冷卻室的輸送裝置。作為 輸送裝置，沒有特別限定，但可列舉出例如傳送帶或輥式輸送機(jī)等。
[0142] 如上構(gòu)成的本發(fā)明的表面改性處理裝置31將鐵合金母材1依次輸送至熔融鍍鋁 槽32、第一加熱裝置33、第二加熱裝置34而進(jìn)行本發(fā)明的表面改性處理方法，在鐵合金母 材1的表面附近形成鐵合金母材1的構(gòu)成元素和鍍鋁膜2中含有的鋁相互擴(kuò)散的擴(kuò)散層3。 鍍鋁工序、剩余鋁去除工序及擴(kuò)散層形成工序中使用的材料及條件與在上述表面改性處理 方法中說明的材料與條件相同。
[0143] 形成了擴(kuò)散層3的處理完成材料4起到在上述表面改性處理方法中形成了擴(kuò)散層 3的處理完成材料4相同的作用，該表面改性處理裝置也起到與上述表面改性處理方法相 同的作用。
[0144] <滲碳爐用部件>
[0145] 本發(fā)明的滲碳爐用部件為用于滲碳處理的部件、或用于滲碳爐的部件。用于滲碳 處理的部件只要為將含有鎳的鐵合金作為母材的部件即可，沒有特別限定。具體而言，作為 用于滲碳爐的部件，可列舉出托盤、格柵、籃筐、支架、金屬網(wǎng)、支桿、橫桿、支撐等、用于將被 處理材料向滲碳爐內(nèi)搬入或從滲碳爐內(nèi)搬出的各種部件等。
[0146] 另外，作為用于滲碳爐的部件，可列舉出各種輻射管、電熱管、爐內(nèi)風(fēng)扇、網(wǎng)帶、爐 輥、推桿、蒸餾裝置、隔焰甑、鏈導(dǎo)軌、滑移導(dǎo)軌、輥、熱電偶保護(hù)管、加熱器、氣體采樣管、螺 栓螺母等各種部件。
[0147] 這樣的滲碳爐用部件的特征在于，實(shí)施了本發(fā)明的表面改性處理方法的表面改性 處理。即，該滲碳爐用部件具有通過鍍鋁工序、剩余鋁去除工序及擴(kuò)散層形成工序形成的擴(kuò) 散層，具有優(yōu)良的耐滲碳性。因此，該滲碳爐用部件即使長(zhǎng)期暴露于滲碳性氣體，或反復(fù)暴 露于滲碳性氣體，也難以產(chǎn)生裂縫或變形進(jìn)而產(chǎn)生變薄等，可以長(zhǎng)期使用。
[0148] 另外，由于使用的表面改性處理方法能夠以低成本賦予耐滲碳性，因此，被處理的 滲碳爐用部件與通過現(xiàn)有的表面改性處理方法進(jìn)行了表面改性處理的滲碳爐用部件相比， 能夠大幅度削減其制造成本。
[0149] <滲碳裝置>
[0150] 對(duì)使用本發(fā)明的滲碳爐用部件的滲碳裝置進(jìn)行說明。圖6是滲碳裝置20的一例。
[0151] 圖6所示的滲碳裝置20具有：滲碳爐21 ;沿往復(fù)方向輸送實(shí)施了滲碳處理的被滲 碳處理品30a及實(shí)施了滲碳處理的滲碳處理完成品30b的輥式輸送機(jī)22 ;輥式輸送機(jī)22上 的托盤35 ;在托盤35上保持被處理材料30a及處理完成材料30b的格柵23。
[0152] 滲碳爐21具有：加熱室24、向加熱室24內(nèi)供給滲碳性氣體的滲碳性氣體供給裝 置25、將加熱室24內(nèi)加熱的多個(gè)加熱器26、加熱室24內(nèi)移送被滲碳處理品的爐輥27。
[0153] 加熱室24為由耐火材料和鐵皮構(gòu)成的室，具有將進(jìn)行滲碳處理的空間從外部隔 離的功能。在該加熱室24的一側(cè)壁設(shè)有具有用于將被滲碳處理品裝入加熱室24內(nèi)的開閉 門的裝入口 28。另外，在加熱室24的頂部裝有爐內(nèi)風(fēng)扇29。爐內(nèi)風(fēng)扇29為在加熱室24 內(nèi)攪拌而使加熱室24內(nèi)的溫度及各種氣體的分布均勻的裝置。
[0154] 滲碳性氣體供給裝置25具有：將低碳勢(shì)的弱滲碳性氣體向加熱室24內(nèi)供給的弱 滲碳性氣體供給裝置25a ;將高碳勢(shì)的強(qiáng)滲碳性氣體向加熱室24內(nèi)供給的供給強(qiáng)滲碳性氣 體的強(qiáng)滲碳性氣體供給裝置25b。
[0155] 弱滲碳性氣體供給裝置25a及強(qiáng)滲碳性氣體供給裝置25b分別具有：未圖示的變 質(zhì)爐；分別連接變質(zhì)爐及加熱室的滲碳性氣體供給管25c ;控制對(duì)加熱室24的滲碳性氣體 的供給量的閥25 d等。變質(zhì)爐將混合了丙烷氣體、丁烷氣體等烴類氣體和空氣的混合氣體 在鎳催化劑中加熱而生成改性氣體（以一氧化碳、氫氣、氮?dú)鉃橹黧w的氣體)。在弱滲碳性氣 體供給裝置25a的變質(zhì)爐中產(chǎn)生的弱滲碳性氣體及在強(qiáng)滲碳性氣體供給裝置25b的變質(zhì)爐 中產(chǎn)生的強(qiáng)滲碳性氣體分別通過滲碳性氣體供給管25c而向加熱室24內(nèi)供給。
[0156] 多個(gè)加熱器26由分別在柱狀的加熱管內(nèi)收納電加熱元件而構(gòu)成。各加熱器26按 照固定在加熱室24的底部并沿加熱室24的左右內(nèi)側(cè)壁(沿被滲碳處理品30a及滲碳處理 完成品30b的輸送方向 Xl，x2的一對(duì)內(nèi)側(cè)壁）的方式等間隔排列。
[0157] 爐輥27設(shè)置在加熱室24的底部。該爐輥27具有多個(gè)輥27a，各輥27a按照旋轉(zhuǎn) 軸彼此平行的方式沿加熱室24內(nèi)的深度方向（被滲碳處理品30a及滲碳處理完成品30b的 輸送方向 Xl、x2)排列。該爐輥27通過使各輥27a沿圖6中的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，將載置在各 輥27a上的托盤35的格柵23和被滲碳處理品30a向加熱室24的深度方向移送，通過使各 輥27a沿圖6中的逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，將載置在各輥27a上的托盤35的格柵23和滲碳處理 完成品30b向加熱室24的裝入口方向移送。
[0158] 輥式輸送機(jī)22與爐輥27連續(xù)設(shè)置。輥式輸送機(jī)22具有多個(gè)輥22a，各輥22a按 照旋轉(zhuǎn)軸彼此平行的方式沿輸送方向XpX 2排列。在該輥式輸送機(jī)22中，滲碳爐21側(cè)相反 側(cè)的端部成為將被滲碳處理品置于輥式輸送機(jī)22上的被滲碳處理品設(shè)置部22b。另外，在 該輥式輸送機(jī)22的中途設(shè)有將滲碳處理完成品30b從輥式輸送機(jī)22排出的滲碳處理完成 品排出部22c。該輥式輸送機(jī)22通過使各輥22a沿圖7中的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，將載置于各 輥22a上的被滲碳處理品30a沿滲碳爐方向 Xl輸送，通過使各輥22a沿圖7中的逆時(shí)針方 向旋轉(zhuǎn)，使載置于各輥22a上的托盤35的格柵23和滲碳處理完成品30b沿被滲碳處理品 放置部22b的方向x 2輸送。
[0159] [格柵]
[0160] 格柵23載置于輥式輸送機(jī)22及爐輥27上的托盤35,保持被滲碳處理品30a及滲 碳處理完成品30b。如圖7所示，格柵23具有框體23a、直立設(shè)于框體23a的支柱部23b及 支承部23c。而且，在圖7所示的實(shí)施方式中，格柵23由本發(fā)明的滲碳爐用部件構(gòu)成。艮P， 格柵23是對(duì)成型為格柵的外形形狀的鐵合金母材1實(shí)施本發(fā)明的表面改性處理的裝置，具 有形成在鐵合金母材的表面附近的擴(kuò)散層3。
[0161] 在通過如上所述地構(gòu)成的滲碳裝置20進(jìn)行滲碳處理中，通過加熱器26將加熱室 24內(nèi)加熱至900°C?1000°C，通過弱滲碳性氣體供給裝置25a向加熱室24內(nèi)供給弱滲碳性 氣體。通過該弱滲碳性氣體的供給，爐24內(nèi)總是保持在正壓狀態(tài)。
[0162] 接著，將保持于格柵23的被滲碳處理品30a放置在輥式輸送機(jī)22上的托盤35內(nèi)。 放置在輥式輸送機(jī)22上的托盤35的格柵23和被滲碳處理品30a被輸送至加熱室24的裝 入口 28,打開開閉門后，裝入加熱室24內(nèi)。
[0163] 關(guān)閉開閉門后，通過強(qiáng)滲碳性氣體供給裝置25b向加熱室24內(nèi)供給強(qiáng)滲碳性氣 體。由此，被格柵23保持的被滲碳處理品30a和滲碳性氣體反應(yīng)，在被滲碳處理品30a的 表面附近形成滲碳層。實(shí)施規(guī)定時(shí)間的這樣的滲碳處理后，停止供給強(qiáng)滲碳性氣體，打開開 閉門而將滲碳處理完成品30b從裝入口 28輸出，之后，關(guān)閉開閉門。輸出的滲碳處理完成 品30b被輸送至處理完成品排出部22c，由該處理完成品排出部22c從棍式輸送機(jī)22排出。
[0164] 在該種滲碳裝置20中，在被滲碳處理品30a暴露于滲碳性氣體的同時(shí)，格柵23也 暴露于滲碳性氣體中。但是，由于格柵23具有通過本發(fā)明的表面改性處理方法形成的擴(kuò)散 層3,因此，該擴(kuò)散層3有效地吸收來自滲碳性氣體的碳，能夠抑制在處于比擴(kuò)散層3深的深 部的鐵合金母材1生成鉻碳化物及滲碳體。因此，該格柵23即使在這樣的滲碳裝置20中 反復(fù)使用，也難以產(chǎn)生裂縫及變形甚至變薄等，能夠長(zhǎng)期使用。由此，能夠避免因格柵23的 裂縫等而在加熱設(shè)備中產(chǎn)生故障，另外能夠削減滲碳爐21的維修成本。
[0165] 以上，對(duì)本發(fā)明的表面改性處理方法、表面改性處理裝置及滲碳爐用部件進(jìn)行了 說明，但本發(fā)明的構(gòu)成不限于此，在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)可適當(dāng)變更。
[0166] 例如，在本實(shí)施方式中，使用本發(fā)明的滲碳爐用部件的滲碳爐以氣體滲碳爐的情 況為例進(jìn)行了說明，滲碳爐也可為真空滲碳法的滲碳爐。真空滲碳法的滲碳爐在上述的加 熱室24連接真空泵，代替弱滲碳性氣體供給裝置25a及強(qiáng)滲碳性氣體供給裝置25b，在加 熱室24連接供給烴類氣體的烴類氣體供給裝置。在該真空滲碳爐中，通過在形成了高溫的 減壓環(huán)境的滲碳爐內(nèi)使被滲碳處理品與烴類氣體直接反應(yīng)，在該被滲碳處理品上形成滲碳 層。
[0167] 另外，本發(fā)明的滲碳爐用部件可以在滲碳爐后的淬火爐或回火爐等加熱爐中通 用。由此，可實(shí)現(xiàn)部件的共享化，除了滲碳爐之外，也能夠削減淬火爐或回火爐等的維修成 本。
[0168] 【實(shí)施例】
[0169] 以下，根據(jù)實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
[0170] [實(shí)施例1]
[0171] 作為被處理材料，準(zhǔn)備有形成為圖7所示的格柵狀的鐵合金母材。該鐵合金母材 為JIS中規(guī)定的SCH24 (耐熱鑄鋼），其組成比為，C :0. 35?0. 75質(zhì)量％、Si :0?2質(zhì)量％、 Μη :0?2質(zhì)量％、P :0?0· 04質(zhì)量％、S :0?0· 04質(zhì)量％、Ni :33?37質(zhì)量％、Cr :24? 28質(zhì)量％、Μ 〇 :0?0. 5質(zhì)量％、Fe :剩余部分。
[0172] 對(duì)該鐵合金母材依次進(jìn)行拋丸處理、脫脂、酸洗、水洗及熱水洗，使鐵合金母材的 表面成為潔凈的狀態(tài)。接著，將該鐵合金母材在將純鋁鑄塊在700°C下熔融的熔融鍍鋁浴中 浸漬600秒鐘。之后，進(jìn)行空冷及熱水洗而形成鍍鋁膜(鍍鋁工序)。
[0173] 接著，加熱形成了鍍鋁膜的鐵合金母材，在70(TC下保持300秒鐘使鍍鋁膜熔融， 除去了熔融后的鍍鋁膜的剩余部分(剩余鋁去除工序)。該剩余鋁去除工序后的鍍鋁膜的厚 度為75 μ m。剩余部分處于邊角的角部等，該部分的鍍鋁膜以50 μ m以上的厚度設(shè)置。
[0174] 接著，將除去了鍍鋁膜的剩余部分后的鐵合金母材在1100°C下加熱2小時(shí)而形成 有擴(kuò)散層(擴(kuò)散層形成工序)。接著，進(jìn)行拋丸處理，除去殘留在最表面的氧化鋁及殘留鍍敷 層。通過以上的工序制作格柵(滲碳爐用部件)。
[0175] [實(shí)施例2]
[0176] 在剩余鋁去除工序中，除了在800°C下保持120秒鐘以外，與上述實(shí)施例1同樣地 制作格柵。
[0177] [實(shí)施例3]
[0178] 除了將擴(kuò)散層形成工序中的加熱在1000°C下進(jìn)行10小時(shí)以外，與上述實(shí)施例1同 樣地制作格柵。
[0179] [實(shí)施例4]
[0180] 除了將擴(kuò)散層形成工序中的加熱在1200°C下進(jìn)行8小時(shí)以外，與上述實(shí)施例1同 樣地制作格柵。
[0181] [比較例1]
[0182] 除了不進(jìn)行剩余鋁去除工序以外與上述實(shí)施例1同樣地制作格柵。
[0183] [評(píng)價(jià)]
[0184] (金屬組織和擴(kuò)散層厚度）
[0185] 由制作的格柵切出縱1〇_Χ橫5_X厚度10mm的試料，使用掃描型電子顯微鏡 (倍率500倍）觀察試料切斷面的金屬組織。作為代表，將實(shí)施例1的試料切斷面的金屬組 織照片示于圖8 (a)。
[0186] 另外，使用同樣制作的格柵進(jìn)行真空滲碳處理。作為烴類氣體使用丙烷氣體，在溫 度950°C、爐內(nèi)壓力950 P a的條件下進(jìn)行4小時(shí)真空滲碳處理。從用于該真空滲碳處理的 格柵切出縱10mmX橫5mmX厚度10mm的試料。而且，使用金屬顯微鏡(倍率500倍）及掃 描型電子顯微鏡（2000倍）觀察試料的切斷面的金屬組織，同時(shí)進(jìn)行X線解析裝置(能量分 散型X線分析裝置、型名：J ED - 2201、日本電子株式會(huì)社制造）的成分分析。作為代表， 將實(shí)施例1的以500倍的倍率觀察試料切斷面的金屬組織照片示于圖8 (b)，將以2000倍 的倍率觀察的金屬組織的SEM照片示于圖9。
[0187] 從圖8及圖9的金屬組織照片，從試料的表面?zhèn)绕鹨来斡^察鍍鋁膜、擴(kuò)散層、鐵合 金母材3層。另外，對(duì)于實(shí)施例2?4的試料也同樣能夠從金屬組織照片確認(rèn)鍍鋁膜、擴(kuò)散 層、鐵合金母材3層。
[0188] 對(duì)于擴(kuò)散層的厚度，在實(shí)施例1中，如圖8 (a) (b)所示地能夠確認(rèn)約50?70μπι 厚度的擴(kuò)散層，在實(shí)施例3中，如圖10 (a)所示，能夠確認(rèn)約40 μ m厚度的擴(kuò)散層，在實(shí)施 例4中，如圖10 (b)所示，能夠確認(rèn)約108μπι?144 μ m厚度的擴(kuò)散層。
[0189] 另外，雖然進(jìn)行了鍍鋁工序及擴(kuò)散層形成工序，但未進(jìn)行剩余鋁去除工序的比較 例1的格柵在支柱部及支承部的下部較厚地殘存有鍍鋁膜。另外，雖然可從比較例1的金 屬組織照片確認(rèn)到擴(kuò)散層，但擴(kuò)散層的厚度不均。而且，在滲碳處理后，在用目視觀察保持 于該格柵的滲碳處理品時(shí)，確認(rèn)到在其表面附著有鋁。認(rèn)為這是因?yàn)樵跐B碳處理中鋁從格 柵的鍍鋁膜蒸散。
[0190] (格柵形狀）
[0191] 在用目視觀察實(shí)施例1?實(shí)施例4中制作的格柵的形狀時(shí)，作為格柵，均具有良好 的形狀。
[0192] (成分分析）
[0193] 對(duì)實(shí)施例1的格柵進(jìn)行上述真空滲碳處理，用X線解析裝置從試料的表面?zhèn)纫来?對(duì)鍍鋁膜、擴(kuò)散層、鐵合金母材的各部進(jìn)行成分分析。將其結(jié)果示于表1。
[0194] 【表1】
[0195]

【權(quán)利要求】
1. 一種表面改性處理方法，其特征在于，具有： 鍍鋁工序，對(duì)含有鎳的鐵合金母材進(jìn)行熔融鍍鋁，在該鐵合金母材上形成鍍鋁膜； 剩余鋁去除工序，使所述鍍鋁膜加熱熔融并將熔融的鍍鋁膜的剩余部分除去； 擴(kuò)散層形成工序，以比所述剩余鋁去除工序中的加熱溫度高的溫度加熱除去了所述鍍 鋁膜的剩余部分后的所述鐵合金母材，使所述鐵合金母材的構(gòu)成元素和所述鍍鋁膜中含有 的鋁相互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層。
2. 如權(quán)利要求1所述的表面改性處理方法，其中，所述鐵合金母材由選自?shī)W氏體不銹 鋼、奧氏體不銹鋼鑄鋼以及耐熱鑄鋼的鋼構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的表面改性處理方法，其中，由所述擴(kuò)散層形成工序形成的擴(kuò) 散層的厚度為30 μ m以上且150 μ m以下。
4. 一種表面改性處理裝置，其特征在于，具有： 熔融鍍鋁槽，對(duì)含有鎳的鐵合金母材進(jìn)行熔融鍍鋁，在該鐵合金母材上形成鍍鋁膜； 第一加熱裝置，使所述鍍鋁膜加熱熔融并將熔融的鍍鋁膜的剩余部分除去； 第二加熱裝置，以比所述第一加熱裝置的加熱溫度高的溫度加熱除去了所述鍍鋁膜的 剩余部分后的所述鐵合金母材，使所述鐵合金母材的構(gòu)成元素和所述鍍鋁膜中含有的鋁相 互擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層。
5. -種滲碳爐用部件，其特征在于，通過權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的表面改性處理 方法實(shí)施表面改性處理。
【文檔編號(hào)】C23C8/20GK104250721SQ201310625481
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】佐藤英俊, 佐藤正太郎, 甲斐朝曉, 井上悅男, 郡司泰行 申請(qǐng)人:日光金屬株式會(huì)社