(57)【要約】【課題】  鋼材の表面に粒界酸化層が形成されるのを防止できると共に、浸炭反応を進行し易くでき、更にスーティングが発生しにくいガス浸炭（浸炭窒化）方法を実現する。【解決手段】  処理炉として、気密性の高い真空炉を使用する。浸炭性ガスとして、キャリアガスのみを使用し、エンリッチガスを使用しない。上記鋼材の浸炭（浸炭窒化）処理を行なう場合には、上記真空炉内に上記キャリアガスを送り込む前に、この真空炉内の減圧を行なう事により、この真空炉内の酸素濃度を僅少にする。その後、この真空炉内の昇温を行なうと共に、この真空炉内の複圧を行なった後、上記鋼材の浸炭（浸炭窒化）処理を行なう。これにより、上記課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を処理炉内に収納した状態で、この処理炉内の温度を所定の温度まで上昇させると共に、この処理炉内に浸炭性ガスを送り込む事により、この所定の温度でこの浸炭性ガスにより上記鋼材の浸炭処理を行なうガス浸炭方法に於いて、上記処理炉として真空炉を使用し、この処理炉内に上記浸炭性ガスを送り込む前に、この処理炉内の減圧を行ない、その後、この処理炉内に窒素ガスと上記浸炭性ガスとのうちの少なくとも一方を送り込む事によりこの処理炉内の復圧を行なった状態で、上記鋼材の浸炭処理を行なう事を特徴とするガス浸炭方法。
【請求項２】
減圧後の処理炉内の圧力を、絶対圧で１００Ｐａ以下とする、請求項１に記載したガス浸炭方法。
【請求項３】
復圧後の処理炉内の圧力を大気圧と同じ大きさとする、請求項１〜２の何れかに記載したガス浸炭方法。
【請求項４】
浸炭性ガスとして、COを含む無酸化雰囲気ガスのみを使用する、請求項１〜３の何れかに記載したガス浸炭方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載したガス浸炭方法を実施する為の表面処理装置であって、少なくとも、真空炉と、この真空炉内の減圧を行なう為の真空ポンプと、この真空炉内に窒素ガスを送り込む為の窒素ガス供給手段と、同じく真空炉内に浸炭性ガスを送り込む為の浸炭性ガス供給手段とを備えた表面処理装置。
【請求項６】
鋼材を処理炉内に収納した状態で、この処理炉内の温度を所定の温度まで上昇させると共に、この処理炉内に浸炭性ガス及びアンモニアガスを送り込む事により、上記所定の温度で、これら浸炭性ガス及びアンモニアガスにより上記鋼材の浸炭窒化処理を行なうガス浸炭窒化方法に於いて、上記処理炉として真空炉を使用し、この処理炉内に上記浸炭性ガス及びアンモニアガスを送り込む前に、この処理炉内の減圧を行ない、その後、この処理炉内に窒素ガスと上記浸炭性ガス及びアンモニアガスとのうちの少なくとも一方を送り込む事によりこの処理炉内の復圧を行なった状態で、上記鋼材の浸炭窒化処理を行なう事を特徴とするガス浸炭窒化方法。
【請求項７】
減圧後の処理炉内の圧力を、絶対圧で１００Ｐａ以下とする、請求項６に記載したガス浸炭窒化方法。
【請求項８】
復圧後の処理炉内の圧力を大気圧と同じ大きさとする、請求項６〜７の何れかに記載したガス浸炭方法。
【請求項９】
浸炭性ガスとして、COを含む無酸化雰囲気ガスのみを使用する、請求項６〜８の何れかに記載したガス浸炭窒化方法。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れかに記載したガス浸炭窒化方法を実施する為の表面処理装置であって、少なくとも、真空炉と、この真空炉内の減圧を行なう為の真空ポンプと、この真空炉内に窒素ガスを送り込む為の窒素ガス供給手段と、同じく浸炭性ガスを送り込む為の浸炭性ガス供給手段と、同じくアンモニアガスを送り込む為のアンモニアガス供給手段とを備えた表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るガス浸炭方法、ガス浸炭窒化方法、及び表面処理装置は、鋼材の表面を硬化させる為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の表面を硬化させる為の表面処理として従来から、例えば非特許文献１等に記載されている様に、浸炭処理や浸炭窒化処理が広く知られている。このうちの浸炭処理は、鋼材の表面から浸入させた炭素をこの鋼材の内部に向けて拡散浸透させる事により、この表面に炭素濃度の高い硬化層を形成する処理である。一方、上記浸炭窒化処理は、鋼材の表面に炭素と同時に窒素を浸入させて、この表面に硬化層を形成する処理である。
【０００３】
又、これら浸炭（浸炭窒化）処理を行なう方法として従来から、ガス浸炭（浸炭窒化）方法、真空浸炭方法、プラズマ浸炭（浸炭窒化）方法等、各種の方法が知られている。このうち、本発明の対象となるガス浸炭（浸炭窒化）方法は、鋼材を浸炭性ガス（浸炭性ガス及びアンモニアガス）雰囲気中で加熱する事により、上記浸炭（浸炭窒化）処理を行なう方法である。
【０００４】
この様な従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法に就いて、図４に示した熱処理パターンを参照しつつ、具体的に説明する。従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法を行なう場合には、先ず、バッチ炉やピット炉等の処理炉内に鋼材を収納する。この際、処理炉内が大気ガス（Ａｉｒ）雰囲気となるので、この処理炉内の大気ガスを窒素ガス（N2）に置換する。この理由は、この大気ガスに含まれる酸素（O2）と、後述する様に処理炉内に送り込む可燃性の浸炭性ガスとが混合して爆発が起こるのを防止する為である。上述の様に処理炉内の大気ガスを窒素ガスに置換したならば、次いで、この処理炉内の温度を、浸炭（浸炭窒化）処理温度（上記鋼材のＡ3 温度以上の温度で、一般に、８５０〜１０００℃程度）まで上昇させる（昇温工程）。
【０００５】
そして、この様な昇温工程の途中又は完了後に、浸炭性ガスであるキャリアガス｛例えばＲＸガス（CO：２４体積％、H2：３３体積％、N2：残部、である混合ガス）｝を、上記処理炉内に送り込む。これと共に、上記昇温工程の完了後に、やはり浸炭性ガスであるエンリッチガス（ブタンガス、プロパンガス等の飽和炭化水素ガス）を、｛ガス浸炭窒化方法の場合にはアンモニアガス（NH3 ）と共に、｝上記処理炉内に送り込む。これにより、上記浸炭（浸炭窒化）処理温度で、上記鋼材の浸炭（浸炭窒化）処理を行なう｛浸炭（浸炭窒化）工程｝。即ち、上記浸炭（浸炭窒化）処理温度で、熱分解（ブードア反応）によって発生した活性炭素を上記鋼材の表面から浸入させ、更にこの活性炭素をこの鋼材の表層部に拡散浸透させる（ガス浸炭窒化方法の場合には、この鋼材の表面から炭素と同時に窒素を浸入させて、この表面に硬化層を形成する）。尚、上記キャリアガス及びエンリッチガス（及びアンモニアガス）の送り込み量や、上記浸炭（浸炭窒化）処理工程を行なう時間は、それぞれ要求される硬化層深さ等に応じて調整する。又、この様な調整作業は、上記処理炉内の雰囲気を、雰囲気センサにより監視する事に基づいて行なう。
【０００６】
尚、上述の様な浸炭（浸炭窒化）処理を行なう際の鋼材（鉄）の浸炭反応（CO／CO2 混合ガス雰囲気中の鉄の反応）は、次の（１）式｛この（１）式の左辺から右辺へ進む反応｝で表わす事ができる。
Fe＋2CO ⇔｛Fe−C ｝＋CO2   −−−−−（１）
ここで、この（１）式の右辺の｛Fe−C ｝は、鋼材中に炭素が固溶した状態を示している。又、この様な浸炭反応に伴って生じた、上記（１）式の右辺のCO2 は、次の（２）式｛この（２）式の左辺から右辺に進む反応｝で示す様に、雰囲気中の活性炭素［C ］と結び付いて、COを生成する。
CO2 ＋［C ］⇔ 2CO  −−−−−（２）
この（２）式で生成されたCOは、再度、上記（１）式の浸炭反応に供される。従って、この（２）式で生成されるCOの量が多くなる程、上記浸炭反応が進み易くなる。そこで、従来のガス浸炭方法の場合には、この様な原理で浸炭反応を進み易くすべく、浸炭性ガスとして上記キャリアガスの他、上記エンリッチガスを使用する事により、上記処理炉内の活性炭素［C ］の量を増加させて、上記（２）式で生成されるCOの量が多くなる様にしている。
【０００７】
上述の様に鋼材の浸炭（浸炭窒化）処理を行なったならば、次いで、上記処理炉内のガスを窒素ガスに置換し、上記鋼材の冷却を行なう（冷却工程）。その後、必要に応じて所定の処理を行なった後、ガス浸炭（浸炭窒化）方法の実施を完了する。尚、図４に示す様に、上述した様な従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法は、上記処理炉内の圧力を常に大気圧（１０5 Ｐａ）と等しい圧力に保持した状態で実施する。又、この様なガス浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合、図５に示す様に、浸炭（浸炭窒化）工程と冷却工程との間に、拡散工程を設ける場合もある。この拡散工程は、上記浸炭（浸炭窒化）工程後、処理炉内のガスをキャリアガスに置換した状態で、Ａ3 温度〜浸炭（浸炭窒化）温度の範囲で鋼材を一定時間保持する事により、この鋼材の炭素濃度勾配を調整する工程であるが、必須の工程ではない。何れにしても、この様なガス浸炭（浸炭窒化）方法によれば、鋼材の表面に対して均一な浸炭処理を行なえると共に、この鋼材の表層部の炭素濃度を容易に調節する事ができ、更には大量生産にも好適に対応できる。
【０００８】
ところで、上述した様な従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合に使用する、オールケース炉やピット炉処理炉は、気密性が十分ではない。この為、浸炭（浸炭窒化）処理中は、この処理炉の周囲を、過剰に供給した浸炭性ガスを燃焼させて形成したフレームカーテンにより覆う事で、この処理炉内に外部から大気中の酸素が進入しない様にしている。ところが、この様なフレームカーテンは、作業の安全を害すると共に、作業能率とを低下させる原因となる。又、燃焼により発生するCO2 が地球環境に悪影響を及ぼすと言った不都合も生じる。
【０００９】
又、前述した様に、従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合には、処理炉内に浸炭性ガスを送り込むのに先立って、この処理炉内の大気ガスを窒素ガスに置換する。ところが、この様な置換を行なっても、上記処理炉内には、数千〜数万ｐｐｍの酸素が残留してしまう。更には、浸炭（浸炭窒化）処理中も、上述の様なフレームカーテンにより、上記処理炉内に外部から酸素が進入する事を完全に防止できているとは言えない。従って、従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法の場合には、浸炭（浸炭窒化）処理中に、上記処理炉内に少量の酸素が混在した状態となる。この様な少量の酸素は、上記キャリアガス及びエンリッチガスと混合して爆発を生じさせるまでには至らないものの、次の様な不都合を招く。
【００１０】
即ち、上記酸素は、鋼材中の合金元素と反応して粒界酸化層を形成する。この様な粒界酸化層が形成されると、この鋼材の靭性を十分に得られなくなる等の不都合を生じる。又、上記酸素は、上記キャリアガス中のCOと反応してCO2 を生成し、カーボンポテンシャルを低下させる｛前記（１）式の左辺から右辺への反応を進みにくくする｝。又、上記酸素と同様、上記処理炉内に残存若しくは進入した大気ガス中のH2O も、上記カーボンポテンシャルを低下させる。この為、このカーボンポテンシャルを高める｛前記（１）式の左辺から右辺への反応を進み易くする｝べく、前述した様に、上記処理炉内にエンリッチガスを送り込んで、この処理炉内の活性炭素の量を増やし、前記（２）式の左辺から右辺への反応を促進させる様にしている。
【００１１】
ところが、上記処理炉内に上記エンリッチガスを送り込む事によって発生する過剰な活性炭素は、スーティング（煤の発生）を引き起こし、結果として、キャリアガス変性炉の変性能力を低下させ、上記処理炉内でのカーボンポテンシャル制御を困難にすると言った不都合を生じさせる。
【００１２】
一方、上述したガス浸炭（浸炭窒化）方法以外の方法のうち、前記真空浸炭方法（例えば、特許文献１参照）は、上記ガス浸炭（浸炭窒化）方法の場合よりも高温で浸炭処理をする為、短時間での浸炭処理を行なえるが、高温で処理する事に伴って結晶粒が粗大化し、鋼材の靭性が劣化すると言った不都合を生じる場合がある。又、真空浸炭方法の場合には、処理炉内の雰囲気制御が困難であると言う本質的な欠陥があり、生産に適用する上での課題となっている。更に、真空浸炭方法を実施する場合に浸炭性ガスとして使用するアセチレンは、取り扱いが難しいと言う不都合がある。又、前記プラズマ浸炭方法は、熱処理コストが高い為、特殊用途にのみ用いられているのが現状である。
【００１３】
【特許文献１】特開平８−３２５７０１号公報
【非特許文献１】矢島悦次郎、市川理衛、古沢浩一著、「若い技術者のための機械・金属材料−増補版−」、丸善株式会社、昭和５４年１１月３０日、ｐ１４９−１５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明のガス浸炭方法、ガス浸炭窒化方法、及び表面処理装置は、上述の様な事情に鑑み、鋼材に粒界酸化層が形成されたり、カーボンポテンシャルが低下する事を防止できると共に、作業の安全性と作業能率とを十分に確保でき、更にはCO2 の排出を十分に低減できる様にすべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のガス浸炭方法、ガス浸炭窒化方法、及び表面処理装置のうち、請求項１に記載したガス浸炭方法は、鋼材を処理炉内に収納した状態で、この処理炉内の温度を所定の温度（浸炭処理温度）まで上昇させると共に、この処理炉内に浸炭性ガスを送り込む事により、この所定の温度でこの浸炭性ガスにより上記鋼材の浸炭処理を行なう。
特に、請求項１に記載したガス浸炭方法に於いては、上記処理炉として真空炉を使用し、この処理炉内に上記浸炭性ガスを送り込む前に、この処理炉内の減圧を行ない、その後、この処理炉内に窒素ガスと上記浸炭性ガスとのうちの少なくとも一方を送り込む事によりこの処理炉内の復圧を行なった状態で、上記鋼材の浸炭処理を行なう事を特徴とする。
【００１６】
又、請求項５に記載した表面処理装置は、上記請求項１に記載したガス浸炭方法を実施する為の表面処理装置であって、少なくとも、真空炉と、この真空炉内の減圧を行なう為の真空ポンプと、この真空炉内に窒素ガスを送り込む為の窒素ガス供給手段と、同じく浸炭性ガスを送り込む為の浸炭性ガス供給手段とを備える。
【００１７】
又、請求項５に記載したガス浸炭窒化方法は、鋼材を処理炉内に収納した状態で、この処理炉内の温度を所定の温度（浸炭窒化処理温度）まで上昇させると共に、この処理炉内に浸炭性ガス及びアンモニアガスを送り込む事により、この所定の温度で、これら浸炭性ガス及びアンモニアガスにより上記鋼材の浸炭窒化処理を行なう。
特に、請求項５に記載したガス浸炭窒化方法に於いては、上記処理炉として真空炉を使用し、この処理炉内に上記浸炭性ガス及びアンモニアガスを送り込む前に、この処理炉内の減圧を行ない、その後、この処理炉内に窒素ガスと上記浸炭性ガス及びアンモニアガスとのうちの少なくとも一方を送り込む事によりこの処理炉内の復圧を行なった状態で、上記鋼材の浸炭窒化処理を行なう。
【００１８】
又、請求項１０に記載した表面処理装置は、上記請求項６に記載したガス浸炭窒化方法を実施する為の表面処理装置であって、少なくとも、真空炉と、この真空炉内の減圧を行なう為の真空ポンプと、この真空炉内に窒素ガスを送り込む為の窒素ガス供給手段と、同じく浸炭性ガスを送り込む為の浸炭性ガス供給手段と、同じくアンモニアガスを送り込む為のアンモニアガス供給手段とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
上述した様に、本発明のガス浸炭方法、ガス浸炭窒化方法、及び表面処理装置の場合には、処理炉として真空炉を使用する。この真空炉は気密性が良好である為、周囲にフレームカーテンを設けなくても、この真空炉内に外部から大気が進入する事を防止できる。従って、処理炉の周囲にフレームカーテンを設ける必要がない。この結果、作業の安全性と作業能率とを十分に確保できる。これと共に、燃焼に伴うCO2 の発生もなくなり、地球環境に悪影響を与える事を防止できる。
【００２０】
又、上述した様に、本発明のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法の場合には、処理炉内に浸炭性ガス（及びアンモニアガス）を送り込む前に、この処理炉内の減圧を行なう。従って、この処理炉内に鋼材を収納する事に伴い、この処理炉内が大気ガス雰囲気になったとしても、上記減圧を十分に行なえば、この処理炉内の酸素量（及びH2O 量）を僅少若しくはゼロにする事ができる。又、この様に減圧した処理炉内は、窒素ガスと浸炭性ガス（及びアンモニアガス）とのうちの少なくとも一方を送り込む事により復圧するので、その後、鋼材の浸炭処理又は浸炭窒化処理を行なう際にも、上記処理炉内の酸素量（及びH2O 量）を僅少若しくはゼロにできる。従って、本発明の場合には、上記鋼材に粒界酸化層が形成されたり、カーボンポテンシャルが低下する事を有効に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
請求項１に記載したガス浸炭方法及び請求項５に記載したガス浸炭窒化方法を実施する場合に、好ましくは、減圧後の処理炉内の圧力を、絶対圧で１００Ｐａ以下とする。
この様にすれば、減圧後の処理炉内の酸素濃度を、数十ｐｐｍ以下と十分に小さくする事ができる。
【００２２】
又、請求項１に記載したガス浸炭方法及び請求項５に記載したガス浸炭窒化方法を実施する場合に、より好ましくは、復圧後の処理炉内の圧力を、大気圧とほぼ同じ大きさとする。
この様にすれば、処理炉の内部と外部との圧力差がなくなる。この為、外部の圧力が内部の圧力よりも高い場合の様に、外部から内部に大気ガスが進入する傾向となる事を防止でき、且つ、内部の圧力が外部の圧力よりも高い場合の様に、内部から外部に浸炭性ガス（及びアンモニアガス）が漏れ出す傾向となる事を防止できる。又、前記真空浸炭（浸炭窒化）方法の場合には、処理炉内の雰囲気を監視するのが困難である為、浸炭（浸炭窒化）処理を確実に行なわせるべく、浸炭性ガスを多めに用いざるを得ないが、この様に浸炭性ガスを多めに用いる事に伴い、スーティングが発生し易くなる。これに対し、本発明のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法を実施する場合に、上述の様に復圧後の処理炉内の圧力を大気圧とほぼ同じ大きさとすれば、この処理炉内の雰囲気を、従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合と同様の雰囲気センサにより監視できる。従って、この雰囲気センサにより上記処理炉内の雰囲気を監視する事に基づき、この処理炉内に送り込む浸炭性ガスの量を、適切に調節する事ができる。この結果、スーティングが発生し易くなる事を防止できる。
【００２３】
又、請求項１に記載したガス浸炭方法及び請求項５に記載したガス浸炭窒化方法を実施する場合に、更に好ましくは、上記浸炭性ガスとして、COを含む無酸化雰囲気ガスのみを使用する。言い換えれば、この浸炭性ガスとして、プロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガス（エンリッチガス）を使用しない。
この様にすれば、処理炉内で過剰な活性炭素が発生する事がなくなる為、スーティングを発生しにくくできる。尚、本発明のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法の場合には、上述した様に、カーボンポテンシャルが低下する事を有効に防止できる。この為、上記浸炭性ガスとしてエンリッチガスを使用しなくても、鋼材の浸炭処理を十分に進み易くする事ができる。
又、浸炭性ガスとして使用する、上述の様なCOを含む無酸化雰囲気ガスは、前記真空浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合に浸炭性ガスとして使用するアセチレンに比べて、取り扱いが容易である。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。実験では、本発明のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法と、従来のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法とを、それぞれ複数個ずつの試験片に対して実施した。実験で使用した試験片は、鋼製の円柱（直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ）で、上記各方法毎にそれぞれ、鋼種の異なる９種類のもの（ＪＩＳ鋼種：ＳＣｒ４２０、ＳＣｒ４４０、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＮＣ８１５、ＳＮＣ８３６、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ４３９）を用意した。これら９種類の鋼はそれぞれ、浸炭鋼として広く用いられているもので、炭素量が約０. ２〜０. ４重量％の範囲内に収まるものである。
【００２５】
本実験では、従来のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法として、前述した図４の熱処理パターンで示されるもの（拡散工程を設けないもの）を実施した。この際、キャリアガスとしてＲＸガスを使用した。又、浸炭処理温度を９５０℃とし、浸炭窒化処理温度を９２０℃とした。
【００２６】
これに対し、本実験では、本発明のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法を、図１に示す様な表面処理装置を使用して、図２に示す様な熱処理パターンの通りに実施した。即ち、本発明のガス浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合には、先ず、処理炉である真空炉１内に、上記試験片を収納する。この様な収納作業に伴い、この真空炉１内が大気ガス雰囲気となる。次いで、真空ポンプ２によりこの真空炉１内の大気ガスを吸引する事で、この真空炉１内の減圧を行なう。この際の減圧は、上記真空炉１内の圧力が１００Ｐａ以下となるまで行なう。これにより、この真空炉１内の酸素濃度を数十ｐｐｍ以下にする（更には、H2O の量を僅少若しくはゼロにする）。
【００２７】
上述の様な真空炉１内の減圧が完了したならば、次いで、この真空炉１内の温度を、浸炭（浸炭窒化）処理温度まで上昇させる（昇温工程）。本実験の場合、この浸炭（浸炭窒化）処理温度は、上述した従来方法を実施する場合の浸炭（浸炭窒化）処理温度と同じにする。即ち、浸炭処理温度を９５０℃とし、浸炭窒化処理温度を９２０℃とする。この様な昇温工程が完了したならば、次いで、窒素ガス供給手段である窒素ガスボンベ３から純度４Ｎ以上の窒素ガスを、浸炭性ガス供給手段である変性炉４から浸炭性ガスであるＲＸガスを、（ガス浸炭窒化方法の場合には更に、アンモニアガス供給手段であるアンモニアガスボンベ５からアンモニアガスを、）それぞれ供給管６を通じて上記真空炉１内に送り込む。これにより、この真空炉１内の復圧を行なう。この際の復圧は、この真空炉１内の圧力が大気圧とほぼ（過大なコストを要さない範囲で実現できる程度に）等しい圧力になるまで行なう。そして、この様な復圧調整を行なう事により、上記真空炉１の内部と外部との圧力差をなくし、内部のガスが外部に漏れ出す傾向となるのを防止すると共に、外部の大気ガスが内部に進入する傾向となるのを防止する。
【００２８】
そして、上述の様な昇温工程及び復圧を完了した状態で、上記ＲＸガス（及びアンモニアガス）により、上記試験片の浸炭（浸炭窒化）処理を行なう｛浸炭（浸炭窒化）工程｝。尚、上記ＲＸガス（及びアンモニアガス）の送り込み量や、上記浸炭（浸炭窒化）処理工程を行なう時間は、それぞれ要求される硬化層深さ等に応じて調整する。又、この様な調整作業は、上述した従来方法を実施する場合と同様の雰囲気センサ７により、上記真空炉１内の雰囲気を監視する事に基づいて行なう。尚、本発明の場合、処理炉として気密性の高い真空炉１を使用している為、上述の様に浸炭（浸炭窒化）処理を行なう際に、外部からこの真空炉１内に酸素やH2O を含む大気ガスが進入する事を有効に防止できる。従って、上述の様に浸炭（浸炭窒化）処理を行なう際には、上記真空炉１内の酸素濃度（及びH2O の量）を僅少若しくはゼロにできる。
【００２９】
上述の様に試験片の浸炭（浸炭窒化）処理を行なったならば、次いで、前記窒素ガスボンベ３から窒素ガスを、前記供給管６を通じて上記真空炉１内に送り込むと共に、この真空炉１内のＲＸガス（及びアンモニアガス）を、排出管８を通じて外部に排出する。これにより、上記真空炉１内のＲＸガス（及びアンモニアガス）を窒素ガスに置換する。そして、この様に置換した状態で、上記試験片の冷却を行なう（冷却工程）。その後、上述した従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法の場合と同様、必要に応じて所定の処理を行なった後、本発明のガス浸炭（浸炭窒化）方法の実施を完了する。
【００３０】
又、本実験では、上述の様に本発明のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法と従来のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法とを、それぞれ前述した試験片に対して実施すると共に、これら各方法の実施中に、上記真空炉１内のカーボンポテンシャルの値である「ＣＰ値」を求めた。この「ＣＰ値」は、周知の方法で測定した上記真空炉１内の酸素分圧とCO分圧とに基づく演算により求めた。更には、上記各方法の実施後、上記試験片の表面性状を調べた。調べた表面性状は、硬化層の炭素濃度である「表面Ｃ％」（ガス浸炭窒化方法の場合には更に、窒素濃度である「表面Ｎ％」）と、「有効硬化層深さＺ0 」と、「粒界酸化層深さ」との４つである。このうち、「表面Ｃ％」及び「表面Ｎ％」は、発光分光分析法により測定した。又、「有効硬化層深さＺ0 」は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５７に従い、断面硬さ分布に基づいて求めた。更に、「粒界酸化層深さ」は、ミクロ組織観察の手順で試料を作成｛断面切り出し→埋め込み→研磨（エメリー紙等）→バフ研磨→腐食（ピクラル、ナイタル等）→（粒界酸化層を明瞭に出現させる為に、バフ研磨により腐食を軽く落とす）｝し、この試料を顕微鏡で観察・撮影する事により測定した。この様にして行なった実験の結果を、以下の表１に示す。
【表１】
2005120404.tif 000003
【００３１】
この表１中、実施品１〜９は、本発明のガス浸炭方法を実施した試験片を、実施品１０〜１８は、本発明のガス浸炭窒化方法を実施した試験片を、比較品１〜９は、従来のガス浸炭方法を実施した試験片を、比較品１０〜１８は、従来のガス浸炭窒化方法を実施した試験片を、それぞれ示している。本実験では、目標とする品質として、「表面Ｃ％」を０. ９０〜１. ３重量％に、「表面Ｎ％」を０．０５〜０．１重量％に、「有効硬化層深さＺ0 」を１. ０〜１. ５ｍｍに、それぞれ設定した。上記表１に示す様に、これら「表面Ｃ％」、「表面Ｎ％」、「有効硬化層深さＺ0 」に関しては、上記各実施品１〜１８及び上記各比較品１〜１８とも、それぞれ上述の様に設定した品質目標を達成している。
【００３２】
又、「粒界酸化層深さ」に関しては、上記各比較品１〜１８の場合には、何れも１３〜２９μｍの範囲の値となった（粒界酸化層が形成された）のに対し、上記各実施品１〜１８の場合には、何れも０μｍであった（粒界酸化層が形成されなかった）。この様に、これら各実施品１〜１８に粒界酸化層が形成されなかった理由は、前述した様に、本発明のガス浸炭（浸炭窒化）方法の場合には、浸炭（浸炭窒化）処理中に、真空炉１内の酸素濃度（及びH2O の量）を僅少若しくはゼロにできる為である。
【００３３】
又、「ＣＰ値」に関しては、従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法（上記各比較品１〜１８に対する実施方法）の場合には、処理炉内にＲＸガスのみを送り込んだ状態では、０．８〜０. ９と低く、その後エンリッチガスを送り込んだ状態で初めて、１. ０〜１. ３と大きくなった。これに対し、本発明のガス浸炭（浸炭窒化）方法（上記各実施品１〜１８に対する実施方法）の場合には、上記真空炉１内にＲＸガスのみを送り込んだ状態で、１. ０〜１. ３と大きくなった。この様に真空炉１内にＲＸガスのみを送り込んだ状態で「ＣＰ値」を大きくできた理由は、やはり前述した様に、本発明のガス浸炭（浸炭窒化）方法の場合には、浸炭（浸炭窒化）処理中に、上記真空炉１内の酸素濃度（及びH2O の量）を僅少若しくはゼロにできる為である。
【００３４】
又、上述した様な本発明の浸炭（浸炭窒化）方法及び表面処理装置の場合、処理炉として気密性の高い真空炉１を使用し、この真空炉１の周囲にフレームカーテンを設けていない。この為、作業の安全性と作業能率とを十分に確保できる。これと共に、燃焼に伴うCO2 が発生しない為、地球環境に悪影響を与えずに済む。又、本発明の場合には、従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合と同様の雰囲気センサ７により、浸炭（浸炭窒化）処理中の真空炉１内の雰囲気を監視できる。この為、この様に真空炉１内の雰囲気を監視する事に基づき、この真空炉１内に送り込むＲＸガスの量を適切に調節する事ができる。従って、スーティングを発生しにくくできる。又、本発明の場合には、上記真空炉１内に送り込む浸炭性ガスとしてＲＸガスのみを使用し、エンリッチガス（炭化水素ガス）を使用しない為、上記真空炉１内で過剰な活性炭素が発生する事を防止できる。従って、この様な点からも、スーティングを発生しにくくできる。
【００３５】
尚、上述した実験では、真空炉１内の復圧を、昇温工程の完了後に行なったが、本発明を実施する場合、この真空炉１内の復圧は、昇温工程が完了する以前から行なっても構わない。又、復圧の為に上記真空炉１内に送り込むガス（窒素ガス、ＲＸガス、アンモニアガス）の送り込み順は、特に問わない（各ガスを前後して送り込んでも良いし、同時に送り込んでも良い）。但し、有毒であり且つ爆発の危険性があるＲＸガスの送り込みは、上記真空炉１内の温度が前記Ａ3 温度以上になった後に行なうのが好ましい。この理由は、ＲＸガスは高温で分解し、爆発の危険性がなくなる為である。
【００３６】
又、本発明のガス浸炭（浸炭窒化）方法を実施する場合も、前述の図５に示した従来のガス浸炭（浸炭窒化）方法の場合と同様、図３に示す様に、浸炭（浸炭窒化）工程と冷却工程との間に、拡散工程を設ける事もできる。
【００３７】
又、本発明のガス浸炭（浸炭窒化）方法は、上述した実験で用いた種類の鋼材に限らず、各種の鋼材に対して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の表面処理装置を示す略図。
【図２】本発明のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法を、拡散工程を設けないで実施する場合の熱処理パターンを示す図。
【図３】同じく、拡散工程を設けて実施する場合の熱処理パターンを示す図。
【図４】従来のガス浸炭方法及びガス浸炭窒化方法を、拡散工程を設けないで実施する場合の熱処理パターンを示す図。
【図５】同じく、拡散工程を設けて実施する場合の熱処理パターンを示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１    真空炉
２    真空ポンプ
３    窒素ガスボンベ
４    変性炉
５    アンモニアガスボンベ
６    供給管
７    雰囲気センサ
８    排出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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