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窒化処理

窒素などのガスを封じ込め材料改質する手法

窒化について

表面熱処理分野において最も定評のある表面処理技術の一つが窒化処理である。 金属に窒素を入れることによって、窒化鉄を析出することによって硬さを増す手法である。

図1

・表面熱処理法は、最も古い表面処理法で、 現在の硬化処理で最も一般的に行われている処理と言える。
その為、使用されている裾野や、技術の適応範囲も広く、 各々が特徴を持って、その処理を行っている。 母材の性能を引き出すモノから、 積極的にイオンを入れていくモノまで多種多様な種類がある。 表面処理を考えるなら、先ず最初に検討を行うべき表面処理分野である。

その中でも「窒化」は窒素を拡散浸透させて 硬質の窒化物を生成させる手法である。

図1

別の章でも紹介した図になるが、 もっとも最初に検討されるべき表面処理として、最上段に記入した。 表面処理を選定する上での、思考方法を上記のように書いたが、例えば、材料を変えたが、硬さが足りなかった場合に、先ず検討されるべきは窒化であると考える。

具体的に窒化の種類と 反応させる原料を書くと、次のようになる。

ガス窒化 →アンモニアガス
プラズマ窒化(イオン窒化) →窒素+水素 Or NH2分解ガス
ガス軟窒化 NH3 + 吸熱型変性ガス
NH3 + メタノール分解ガス
固形尿素の分解ガス
窒素ベースガス等
塩浴軟窒化 シアン塩
ガス浸硫窒化 NH3+CO2+H2S 等
塩浴硫窒化 シアン塩 + 硫化物

例えば、ガス窒化はアンモニアガス内で500℃程度に加熱することで生成される。 その事によって、アンモニアが窒素と水素に分解され、窒化鉄となることを利用している。 最近では、真空分野(乾めっきという意)でも利用され、 窒化は非常にメジャーな表面処理であり、 その技術の幅は、とどまるところを知らない。
また、窒化鉄の上には、鍍金が付くことはないが、鍍金の上には、 窒素が析出する場合もあり、クロム鍍金や、ニッケル鍍金の上に複合的に処理される場合もある。

それらが、対応できなかった場合の他の表面処理については、下記の通りである。

ショットピーニング(中、低速ショット、高速ショット、微粒子ショット)

耐疲労性、スケールの除去 加工応力の除去などによって、耐久性の向上を付与するモノや、 簡易的に冷間鍛造を行うこととなる事を利用して、表面硬化する物もある。 現在は、同時に異種金属を埋め込み飛躍的に機能を向上させた物もある。
→窒化の上に処理することで、摩擦係数を下げることが出来る。

湿式めっき(電気めっき、化学めっき(無電解めっき)→耐食性、耐摩耗性、装飾

液中でめっき行う表面処理の総称で、(電気めっき、化学めっき(無電解めっき)に分類される。 詳細は別称に譲る
→鍍金の上に窒化をすることで、硬さを付与する場合がある。

乾式めっき(物理的蒸着法(PVD)、化学的蒸着法(CVD)→耐摩耗性、摺動特性、光学特性

現在最も期待されている表面処理方法の一つで、 真空炉の中で加工を行う。比較的許認可も取りやすく、 非常に硬質な皮膜を形成することが可能な金属を施工できることから、 その応用分野は多い。また、表面近傍のみしか温度が上がることがないので、 母材料を痛めることが少ない。
→TiN TiCN等は、非常にメジャーな表面処理である