フェライト窒化

フェライト窒化軟化法（FNC）は、特許名「テニファー」、「タフトライド」、「メロナイト」、「アルコール」としても知られ、^{[注 1]}^{[1]、塩浴中に亜}臨界温度で鉄金属に窒素と炭素を拡散させる独自の表面硬化プロセスです。フェライト窒化軟化法の他の方法には、ナイトロテックやイオン（プラズマ）などのガスプロセスがあります。処理温度は525℃（977℉）から625℃（1,157℉）の範囲ですが、通常は565℃（1,049℉）で発生します。鋼鉄やその他の鉄合金は、この温度ではフェライト相領域に留まります。これにより、合金がオーステナイト相に遷移するときに発生する表面硬化プロセスでは存在しない寸法安定性をより適切に制御できます。^{[2]フェライト系窒化処理には、}ガス法、塩浴法、イオンまたはプラズマ法、流動床法の4つの主な方法がある。^[3]

このプロセスは、耐スカッフィング性、疲労特性、耐腐食性という3つの主要な表面完全性の側面を改善します。硬化プロセス中に形状の歪みがほとんど発生しないという利点があります。これは、処理温度が低いため、熱衝撃が軽減され、鋼の相転移が回避されるためです。 ^[4]

歴史

最初のフェライト窒化法は、低温（約 550 °C (1,022 °F)）で液体塩浴で行われました。このプロセスを商業化した最初の企業は、イギリスのインペリアル・ケミカル・インダストリーズでした。ICI は、このプロセスを開発した工場にちなんで「カッセル」と呼びました^[5]^[6]また、塩浴に硫黄が含まれていたため「スルフィヌズ」処理とも呼ばれました。このプロセスは高速スピンドルと切削工具で非常に成功しましたが、水に溶けにくいため、溶液を洗浄する際に問題がありました^[7]。

洗浄の問題のため、ルーカスインダストリーズは1950 年代後半にフェライト窒化のガス形態の実験を開始しました。同社は 1961 年に特許を申請しました。硫化物の形成を除けば、Sulfinuz プロセスと同様の表面仕上げを実現しました。雰囲気はアンモニア、炭化水素ガス、および少量のその他の炭素含有ガスで構成されています。^[8]

この革新により、ICIの特許を取得したドイツのデグサ社は、より環境に優しい塩浴プロセスの開発に拍車をかけました。 ^[9]このプロセスは、タフトライドプロセスまたはテニファープロセスとして広く知られています。これに続いて、イオン窒化プロセスが1980年代初頭に発明されました。このプロセスは、サイクルタイムが速く、洗浄と準備が少なくて済み、より深いケースが形成され、プロセスの制御が向上しました。^[10]

プロセス

名前にもかかわらず、このプロセスは窒化の修正形であり、炭化ではありません。このクラスのプロセスの共通の属性は、材料のフェライト状態で窒素と炭素を導入することです。プロセスは、ガス、塩浴、イオンまたはプラズマ、流動床の4つの主要なクラスに分けられます。商標名と特許取得済みのプロセスは一般的な説明と多少異なる場合がありますが、それらはすべてフェライト窒化炭化の一形態です。^[11]

塩浴フェライト窒化軟炭化

塩浴フェライト窒化処理は、液体フェライト窒化処理または液体軟窒化処理とも呼ばれ^{[12] 、商標名「タフトライド」}^[3]および「テニファー」^[13]としても知られています。

このプロセスの最も単純な形式は、商標登録された「メロナイト」プロセス（別名「メリ1」）に含まれています。このプロセスは、摩擦を低減し、耐摩耗性と耐腐食性を向上させるために、鋼、焼結鉄、鋳鉄に最も一般的に使用されています。 ^[14]^[15]

このプロセスでは、アルカリシアン酸塩の塩浴を使用する。これは、通気システムを備えた鋼製ポットに入れられる。シアン酸塩はワークピースの表面と熱反応してアルカリ炭酸塩を形成する。次に、浴は炭酸塩をシアン酸塩に戻すように処理される。反応によって形成された表面には、化合物層と拡散層がある。化合物層は鉄、窒素、酸素で構成され、耐摩耗性があり、高温でも安定している。拡散層には窒化物と炭化物が含まれる。表面硬度は、鋼のグレードに応じて 800 ～ 1500 HV の範囲である。これはまた、ケースの深さに逆の影響を及ぼし、つまり、高炭素鋼は硬いが浅いケースを形成する。^[14]

同様のプロセスとして、商標登録されている「Nu-Tride」プロセスがあります。これは、誤って「Kolene」プロセス（会社名）とも呼ばれ、予熱と中間急冷サイクルが含まれています。中間急冷は、 400 °C（752 °F）の酸化塩浴です。この急冷は、室温への最終急冷の前に5〜20分間保持されます。これは、歪みを最小限に抑え、ワークピースに残っているシアン酸塩またはシアン化物を破壊するために行われます。^[16]

他に商標登録されているプロセスには、「サーサルフ」と「テノプラス」がある。サーサルフは塩浴に硫黄化合物が含まれており、表面硫化物を形成してワークピースの表面に多孔性を作り出す。この多孔性は潤滑剤の封じ込めに利用される。テノプラスは2段階の高温プロセスである。第1段階は625℃（1,157℉）、第2段階は580℃（1,076℉）で行われる。^[17]

ガス状フェライト窒化

ガスフェライト窒化処理は、制御窒化処理、軟窒化処理、真空窒化処理とも呼ばれ、商標名は「UltraOx」、「Nitrotec」、「Nitemper」、「Deganit」、「Triniding」、「Corr-I-Dur」、「Nitroc」、「Nitreg-C」、「Nitrowear」、「Nitroneg」です。^[³^]^[20]この処理は、ガス混合物を使用して窒素と炭素をワークピースに拡散させる点を除いて、塩浴処理と同じ結果を達成します。^[21]

部品はまず蒸気脱脂処理で洗浄され、その後570℃（1,058℉）で窒化処理される。処理時間は1～4時間である。実際のガス混合物は独自のものであるが、通常はアンモニアと吸熱性ガスが含まれている。^[21]

標準的な窒化処理と比較すると、真空炉でのフェライト窒化（FNC）では、主に炭素を添加して拡散を早めるため、必要な硬化深度に達するまでの時間が短くなります。^[22]

プラズマ支援フェライト窒化

プラズマ支援フェライト窒化軟窒化は、イオン窒化、プラズマイオン窒化、またはグロー放電窒化とも呼ばれます。このプロセスは、塩浴および気体プロセスと同じ結果を達成するために機能しますが、媒体の反応性が温度ではなくガスのイオン化状態によるものです。^[23]^[24]^[25]^[26]この技術では、強力な電界を使用して表面の周囲にガスのイオン化分子を生成し、窒素と炭素をワークピースに拡散させます。イオン化分子を含むこのような高活性ガスはプラズマと呼ばれ、この技術の名前の由来となっています。プラズマ窒化に使用されるガスは、自然分解が必要ないため（アンモニアを使用した気体フェライト窒化軟窒化の場合など）、通常は純粋な窒素です。プラズマ支援フェライト窒化処理で一般的に適用される温度範囲は比較的低温（420℃（788℉）～580℃（1,076℉））であり、炉内での冷却も穏やかなので、ワークピースの歪みを最小限に抑えることができます。ステンレス鋼のワークピースは、中程度の温度（420℃（788℉）など）で処理してもクロム窒化物の析出が発生せず、耐食性を維持できます。^[27]

酸化後黒色酸化物

窒化軟化処理には、後酸化と呼ばれる追加ステップを加えることができます。適切に行われると、後酸化によって黒色酸化物（Fe ₃ O ₄）の層が形成され、処理された基材の耐腐食性が大幅に向上するとともに、見た目にも美しい黒色が残ります。^{[28] 1982年に}グロックピストルが導入されて以来、後酸化仕上げを伴うこのタイプの窒化軟化処理は、軍用ハンドガンの工場仕上げとして人気を博しています。

この窒化と酸化の組み合わせは「ナイトロックス」と呼ばれることもありますが、この言葉には別の意味もあります。^[29]

用途

これらのプロセスは、低炭素鋼、低合金鋼に最も一般的に使用されています。ただし、中炭素鋼や高炭素鋼にも使用されます。代表的な用途としては、スピンドル、カム、ギア、ダイ、油圧ピストンロッド、粉末金属部品などがあります。^[30]

大量生産された自動車エンジンに硬化処理を最初に適用したのは、カイザー・ジープ社が1962年のジープ・トルネードエンジンのクランクシャフトに採用した技術でした。^[31]これはOHC6気筒エンジンの多くの革新のうちの1つでした。クランクシャフトは、独自の塩浴で1,025°F（552°C）で2時間タフトライディング処理して強化され、カイザー・ジープ社によれば、エンジン寿命が50%延び、ジャーナル表面が高耐久性の3層金属エンジンベアリングと互換性があるほど硬くなりました。^[32]

オーストリアの銃器メーカーであるグロック社は、自社製造のピストルの銃身とスライドを保護するために、2010年までテニファー法を採用していた。グロック社のピストルの仕上げは、3番目で最後の硬化処理である。厚さは0.05 mm（0.0020インチ）で、500 °C（932 °F）の窒化槽でロックウェルC硬度64を実現している。 ^[33]最終的なマットで光沢のない仕上げは、ステンレス鋼の仕様を満たすか上回り、ハードクローム仕上げよりも85％耐腐食性が高く、塩水に対する耐腐食性は99.9％である。^[34]テニファー法の後、黒のパーカー処理が施され、仕上げが剥がれてもスライドが保護される。2010年、グロック社はガス状フェライト窒化処理に切り替えた。^[35]グロック以外にも、スミス＆ウェッソンやHSプロダクトなどのピストルやその他の銃器メーカーも、銃身やスライドなどの部品の仕上げにフェライト窒化軟化法を使用していますが、彼らはそれをメロナイト仕上げと呼んでいます。ヘッケラー＆コッホは、敵対的環境と呼ぶ窒化軟化プロセスを使用しています。アラブ首長国連邦に本社を置くピストルメーカーのカラカルインターナショナルは、プラズマベースの後酸化プロセス（PlasOx）を使用して、銃身やスライドなどの部品の仕上げにフェライト窒化軟化法を使用しています。スロバキアの銃器メーカーであるグランドパワーも、 K100ピストルの金属部品を硬化させるためにクエンチポリッシュクエンチ（QPQ）処理を使用しています。^[36]

参考文献

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文献

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外部リンク

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