[发明专利]金属构件的氮化－氧化处理方法、以及金属构件的氮化－氧化处理及再氧化处理方法

说明书

技术领域

本发明有关一种铁系合金及非铁系合金的氮化-氧化处理方法以及氮化-氧化处理及再氧化处理方法，更详而言之，有关一种使用由可在氮化-氧化处理温度以下的温度分解而产生氮化性气体的固态氮化合物粉体与氮化-氧化处理条件下不会变化的无机物粉体所组成的固态氮化剂粉体，而进行的铁系合金及非铁系合金的氮化-氧化处理方法以及氮化-氧化处理及再氧化处理方法。

背景技术

以氮化处理方法而言，以往有盐浴(软)氮化法、粉末氮化法、气体(软)氮化法、离子氮化法等的实施。例如，将铁系合金进行氮化处理的情形中，通常会在最表面形成Fe2-3N、Fe3-4N，另外，因氮气扩散而形成扩散层，使最表面至扩散层都会变硬，强度虽有提升，但韧性却劣化。在将热作工具钢氮化处理的情形中，有耐热疲劳性劣化的倾向。另外，以往的各种氮化处理中，由于先排除氧气才进行氮化处理，而使最表面无氧化物，另外因扩散层内无氧气的扩散，使对非铁系合金熔液的耐烧着(seizing)性和耐熔损性较弱。

在盐浴(软)氮化处理的情形中，氮化处理温度高，而会产生被处理物的尺寸变化和硬度软化。在离子氮化处理的情形中，扩散层虽较深，却难以在形状复杂的被处理物表面形成均一的氮化层。

使用粉末的氮化处理也已知有数种类。以往的粉末氮化处理依存在氮气化合物的热分解反应特性，有氮化处理时间为3小时以内且氮化处理温度为500至600℃的限制。在3小时以内和500℃的条件组合下，要将高碳的冷作工具钢(SKD)的模具或构件进行氮化处理有其困难。理由是母材中的碳量越多，氮便越难渗入母材底层。为了要在3小时以内将冷作工具钢氮化，有使氮化处理温度高于500℃的必要，但在这样的温度条件下要维持尺寸的精度颇为困难，在尺寸精度要求为微(micro)单位的模具或构件的情形中，无法实用化。在以往的粉末氮化处理中，因氮化合物的热分解、氮产生的温度领域较低，欲在高温领域形成氮化层而大幅调整、改变氮化合物的热分解、氮产生的温度领域及时间甚为困难，且一旦超过600℃，氮化效果便不会增加。

以往的粉末氮化处理中，被处理物的氮化开始温度约500℃，并限制于氮化处理时间为3小时以内且氮化处理温度为500℃至600℃的处理条件下。从而，在进行大型物及大批量的处理的情形中，对于炉内气体的加热、升温速度方面，一定要在粉末氮化剂的加热、分解所需的升温速度与被处理物的升温速度及保持温度之间取得平衡。然而，在以往的粉末氮化处理中，配合各钢种的使用用途而有效地进行氮化的方式，要取得平衡便甚为困难。

就铝合金的铸造法而言，已知有重力铸造、低压铸造、差压铸造、半凝固铸造、熔汤锻造(squeeze)、压铸等。在铸造中，模具的模腔侧表面有烧着、熔损与龟裂的问题。龟裂问题因为热疲劳。由于设于模具的模腔侧表面的式样造型，使得模具产生肉厚上的差异，且因肉厚度的差异，而导致铸造作业中模具的模腔侧表面产生温度差。另外，重复的加热-冷却使模具表面受到热应力和拉伸应力，而引起金属疲劳。模具因重复的加热-冷却引起金属疲劳，而产生裂纹(龟裂)的现象称为热疲劳。

ADC12、A356.1等的铝合金的熔液在620至750℃的高温下在数十秒至数分间保持于模具的模腔内部以进行铸造。此时，铝合金熔液与模具材料之间便形成所谓金属间化合物的Fe-Al-Si化合物层(又称烧着)，之后，便因铸造作业而脱落。这种重复的现象便称为熔损。

以往，作为模具材，将JIS(日本工业规格)规格的SKD-61系材料以退火材的状态或是施以淬火、回火后再加以使用。虽然模具材的精炼技术及热处理技术有相当的改善，而陆续诞生了种种表面处理技术，但关于龟裂及烧着、熔损问题，依然保持未解决的状况。

以现有的氮化处理法，欲氮化具有钝态皮膜的铁系合金及非铁系合金有其困难，而有先将钝态皮膜去除的前处理的必要。

氮化处理+氧化处理的处理法至目前为止虽曾被实施或在文献发表过，但对非铁系合金熔液的耐熔损性并不是很好。在同相(homo)处理中，虽利用蒸汽以形成氧化皮膜，但耐熔损性的效果却不明确。为了提升耐熔损性的效果，以氮化处理将化合物层加厚虽经认为是有效的，但在生成CrN层、氧化物层的情形中，若不令氮化扩散层深入生成，则难以出现氧化物层，而若深入生成又会引起剥离或龟裂的问题。

附图说明

图1是第一实施例所测定的硬度分布曲线图；

图2是第二实施例所测定的硬度分布曲线图；

图3是第三实施例所测定的硬度分布曲线图；

图4是第四实施例所测定的硬度分布曲线图；以及