窒化について知っておくべきことすべて

スクリューやバレルを扱う人にとって、窒化処理は決して目新しいものではありません。
EJSでは、円錐スクリューバレル、押出機バレル、射出成形バレル、平行二軸シリンダー、二軸スクリューバレル、射出バレル、送りスクリュー、遊星ローラースクリュー、ゴムスクリュー、スクリューエレメントなど、窒化処理を施した多くの製品を製造しています。

窒化処理は、一定の媒体中、一定の温度で窒素原子をワークの表面に浸透させる化学的熱処理プロセスです。窒化処理された製品は、耐摩耗性、耐疲労性、耐食性、耐高温性に優れています。

窒化処理によく使われる材質

窒化プロセス中、従来の合金鋼材料に含まれるアルミニウム、クロム、バナジウム、モリブデン元素は、窒化物元素だけでなく発生期の窒素原子、特にモリブデン元素と接触すると安定した窒化物を生成することができ、窒化中に発生する脆性も軽減します。ニッケル、銅、シリコン、マンガンなどの他の合金鋼に含まれる元素は、窒化特性にはあまり寄与しません。 

一般に、鋼中に窒化物形成元素が 1 つ以上存在する場合、窒化後の効果は比較的良好です。その中で、アルミニウムは最も強い窒化元素であり、0.85~1.5%のアルミニウムでの窒化結果が最も優れています。クロム含有量が十分であれば、良好な結果も得られます。合金を含まない炭素鋼は溶浸により窒素層が脆く剥がれやすいため、鋼の窒化には不向きです。


窒化の技術プロセス

1)窒化処理前の部品の表面洗浄
ガス脱脂による脱脂後、ほとんどの部品を直ちに窒化できます。部品によってはガソリンによる洗浄が必要な場合もありますが、窒化前の最終加工方法で研磨、研削、研磨等を行うと、窒化を阻害する表面層が生成し、窒化後の窒化ムラが発生し、曲がり等の不良が発生する場合があります。このとき、表面層を除去するには次の２つの方法のいずれかを使用する必要があります。 1つ目は窒化する前にガスで油分を除去する方法です。次に、表面をアルミナ粉末でサンドブラストします (研磨洗浄)。 2番目の方法は、表面にリン酸塩コーティングを施すことです。

2)窒化炉の排気
加工した部品を窒化炉に置き、加熱する前に炉のカバーを密閉しますが、150 ℃になる前に炉から空気を除去する必要があります。
排気装置の主な役割は、アンモニアガスが空気と接触して分解する際の爆発性ガスの発生を防止することと、対象物の表面が酸化することを防止することです。使用されるガスはアンモニアと窒素です。

3)アンモニア分解率
窒化は他の合金元素と発生期窒素を接触させることで行われますが、発生期窒素の生成は、アンモニアガスが加熱された鋼材に接触することで鋼自体が触媒となり、アンモニアの分解が促進されることにより行われます。

窒化はアンモニアガス下でさまざまな分解率で実行できますが、通常は15〜30％の分解率が採用され、窒化の厚さに応じて少なくとも4〜10時間かかり、処理温度は約520℃に保たれます。

4)クールダウン
ほとんどの工業用窒化炉には、加熱炉や加工部品を急速に冷却するために熱交換器が装備されています。すなわち、窒化処理終了後、加熱電源を切り、炉温を５０℃程度下げ、アンモニア流量を２倍にし、熱交換器をオンにする。同時に炉内が陽圧であることを確認するために排気管に気泡が付着しているかどうかを観察する必要があります。アンモニアガスが安定したら、炉内が正圧になるまでアンモニア量を減らします。炉の温度が 150°C 未満に下がったときのみ、炉のカバーを開けることができます。

現在、窒化処理には主に3種類あります。

• ガス窒化
• 液体窒化処理
• イオン/プラズマ窒化処理

以下にこれら 3 つの窒化処理の比較を示します。

内容比較	ガス窒化処理	液体窒化処理	イオン/プラズマ窒化処理
環境への汚染	重い	重い	なし
環境保全設備の設置の必要性	必須	必須	不要
都市産業の受け入れ	受け入れられない	受け入れられない	許容できる
生産サイクルタイム	長さ	短い	短い
アンモニアの消費量	大きい	*	とても少ない
エネルギー消費量	大きい	小さい	小さい
製造コスト	より高い	高い	低い
設備投資	低い	低い	高い
デバイスの複雑さ	単純	単純	より複雑な
職人技が必要	はい	はい	はい
窒化物層の構造制御性	制御不能	制御不能	制御可能な
窒化性能	良い	良い	素晴らしい
窒化処理可能な材質	多くの	多くの	もっと
ステンレス鋼の窒化効果	扱いが難しい	取り扱いが簡単	最も簡単な取り扱い
ワークの変形	大きい	大きい	小さい
非窒化表面の保護	複雑	複雑	簡単
ワークに必要な清浄度	高い	高い	より高い
オペレータの要件	高い	高い	高い
オペレーターの現場環境	貧しい	貧しい	良い
オペレーターの労働力	低い労働力	低い労働力	労働力の低下

窒化に関して見逃していることは何でしょうか?

窒化についてどのような情報を提供していただけますか?

窒化処理を行っている製品は何ですか?

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