(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属構造部材の部分的浸炭のためのホウ素ガラスを形成する物質をベースとする硬度保護組成物において、添加剤としてマグネシウム−ケイ素化合物である三ケイ酸マグネシウムを含有することを特徴とする、金属構造部材の部分的浸炭のための硬度保護組成物。
【請求項２】
ホウ素ガラスを形成する物質及びマグネシウム−ケイ素化合物を質量比２：１〜１００：１で含有することを特徴とする請求項１記載の硬度保護組成物。
【請求項３】
ホウ素ガラスを形成する物質及びマグネシウム−ケイ素化合物を質量比５：１〜１５：１  で含有することを特徴とする請求項１又は２記載の硬度保護組成物。
【請求項４】
ホウ素ガラスを形成する物質としてホウ酸、酸化ホウ素、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属ホウ酸塩を含有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の硬度保護組成物。
【請求項５】
全量に対して、有機結合剤系３５〜７０質量％を含有し、かつ液状、半液状又はペースト状粘稠度に製剤されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の硬度保護組成物。
【請求項６】
全量に対して、酸化ホウ素４０〜５５質量％、三ケイ酸マグネシウム３〜６質量％及び有機結合剤系３９〜５７質量％を含有することを特徴とする請求項５項記載の硬度保護組成物。
【請求項７】
全量に対して、酸化ホウ素４５質量％、三ケイ酸マグネシウム５質量％及び有機結合剤系５０質量％を含有することを特徴とする請求項５又は６項記載の硬度保護組成物。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の硬度保護組成物の、金属構造部材の部分的浸炭方法での使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属構造部材の部分的浸炭のための硬度保護組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属の表面硬化のための熱処理においては、しばしば、後で選択された表面領域でなお一定の機械的加工工程を実施することができるため又はそこに初期の材料特性、例えば延性を得るために、構造部材を処理工程、例えば浸炭、軟窒化又は窒化前に部分的に保護することが必要である。銅又はニッケルでの電気メッキ被覆の他に、既に長年、硬化処理前に選択された表面領域に塗布される塗料様の保護組成物に対する要求が存在する。部分的浸炭の場合には、炭素の拡散侵入に対する保護のために水ガラスベース又はホウ素ガラスを形成する物質をベースとする保護組成物が用いられてきた。水ガラスベースの組成物は硬化工程後に機械的に構造部材に砂又はガラスビーズ等を噴射することによってのみ浄化することができたに過ぎないが、ホウ素ガラスを形成する物質をベースとする保護組成物は水で洗い流すことができるという大きな利点を有する。もちろん、ホウ素ガラスを形成する物質をベースとする保護組成物においては、硬化過程で、特に不完全な乾燥後又は組成物による空気湿分の結合により炉内での流れ落ちの危険が生じる。それというのも、高温でのホウ素成分の粘度は水により強度に低下せしめられるからである。さらに、９００〜９８０℃の浸炭温度でホウ素化合物は蒸気圧平衡が生じるまで蒸発することができる。このことは一面では結果として保護層が薄くなることにより保護効果の低下を生じ、他面ではＳｉＯ２含有煉瓦からなる炉ライニングが侵食されることがある。特に、このような組成物は比較的高い蒸気圧に基づき条件付きでのみ減圧浸炭において使用できるに過ぎない。それというのも、蒸発するホウ素化合物による減圧浸炭装置の損傷が考慮されねばならないからである。
【０００３】
従来選択的に真空浸炭装置内で使用された、水ガラスベースの保護組成物は高圧ガス急冷の際の脆弱化及び剥離の傾向を示す。その際、装置は不純化される。そこで、熱交換器に粒子が付着するか又は送風機の台が損傷されることがあり、このことは装置停止状態を惹起することがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、公知の製品の欠点を有しない、金属構造部材の部分的浸炭のための硬度保護組成物を見出しかつ開発することであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
ところで驚異的にも、他は公知形式で構成された、ホウ素ガラスを形成する物質をベースとする硬度保護組成物にマグネシウム−ケイ素化合物を添加することにより流出の危険もまた蒸気圧も著しく軽減させることができることが判明した。
【０００６】
従って、本発明の対象は、添加剤としてマグネシウム−ケイ素化合物を含有することを特徴とする、金属構造部材の部分的浸炭のためのホウ素ガラスを形成する物質をベースとする硬度保護組成物である。
【０００７】
本発明に基づきマグネシウム−ケイ素化合物を添加することにより、流出する保護組成物による欠落絶縁箇所に対するガス浸炭の際に高められた安全性が達成される。
【０００８】
さらに、炉ライニングの高められた耐用性が達成され、かつ、真空浸炭においてホウ素ガラスを形成する物質をベースとする保護組成物の使用が可能である。
【０００９】
ホウ素ガラスを形成する物質をベースとする硬度保護組成物に対する本発明による添加物としては、あらゆる無機マグネシウム−ケイ素化合物が適当である。この添加のために適当な典型的な化合物は、ケイ酸マグネシウム、例えばオルトケイ酸マグネシウム（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、メタケイ酸マグネシウム（ＭｇＳｉＯ３）、三ケイ酸マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ３Ｏ８）及びタルクである。特に好ましのは、三ケイ酸マグネシウムである。
【００１０】
本発明による硬度保護組成物は、ホウ素ガラスを形成する物質及びマグネシウム−ケイ素化合物を典型的には質量比２：１〜１００：１で含有する。好ましくは、ホウ素ガラスを形成する物質のマグネシウム−ケイ素化合物に対する質量比は５：１〜１５：１及び特にほぼ１０：１である。
【００１１】
ホウ素ガラスを形成する物質として、本発明による硬度保護組成物は、ホウ酸、酸化ホウ素、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属ホウ酸塩を含有する。
【００１２】
本発明による硬度保護組成物は、全量に対して、有機結合剤系３５〜７０質量％を含有し、かつ液状、半液状又はペースト状粘稠度に調製されている。適当な結合剤系は自体公知でありかつ当業者に周知でありかつ従来実地において使用された硬度保護組成物において使用されるようなものに相当する。
【００１３】
典型的な本発明による硬度保護組成物は、例えばそれぞれ全量に対して、酸化ホウ素４０〜５５質量％、三ケイ酸マグネシウム３〜６質量％及び有機結合剤系３９〜５７質量％を含有する。
【００１４】
本発明による硬度保護組成物は、極めて有利に金属構造部材の部分的浸炭方法で使用することができかつ特に真空浸炭のために非常に優れている。その使用は、完全に公知の硬度保護組成物に相応して行われる。しかしながら、公知の硬度保護組成物とは異なり、構造部材からの流出は起こらないので、申し分ないかつ確実な処理が保証される。また、装置の不純化も惹起されない。
【００１５】
【実施例】
例１（本発明による）
酸化ホウ素５０質量％、三ケイ酸マグネシウム５質量％及び有機結合剤系４５質量％からなる保護組成物を室温で構造部材に塗布しかつ高めた空気湿度で１０日間貯蔵した。その後、該構造部材を９３０℃で５時間１．２ｍｍのケース硬化深さ（case-hardening depth: chd）に浸炭し、油中で急冷しかつ工場用洗浄機械で浄化した。
【００１６】
処理結果：
絶縁すべき領域が正確に保護され、保護組成物の流れは全く起こらなかった。被覆した領域内の硬度は３２〜３６ＨＲＣであり、保護されていない領域は６１〜６３ＨＲＣであった。絶縁は申し分なかった。該構造部材は、問題なく工業用機械で浄化することができた。
【００１７】
例２（比較例）
酸化ホウ素５５質量％及び有機結合剤系４５質量％からなる保護組成物を室温で構造部材に塗布しかつ高めた空気湿度で１０日間貯蔵した。その後、該構造部材を９３０℃で５時間１．２ｍｍのｃｈｄに浸炭し、油中で急冷しかつ工場用洗浄機械で浄化した。
【００１８】
処理結果：
処理中の保護組成物の流れに起因する多数の流れ痕跡が生じた。被覆した領域内の硬度は殆ど３２〜３６ＨＲＣであり、流れ痕跡の領域内では４９〜５５ＨＲＣであり、保護されていない領域は６１〜６３ＨＲＣであった。該絶縁は欠陥があり、従って該構造部材は使用不能であった。
【００１９】
例３（本発明による）
酸化ホウ素５０質量％、三ケイ酸マグネシウム５質量％及び有機結合剤系４５質量％からなる保護組成物を室温で構造部材に塗布しかつ室温で１０時間乾燥した。その後、該構造部材を減圧浸炭装置内で０．６ｍｍのｃｈｄに浸炭し、冷たい室内で急冷しかつ工場用洗浄機械で浄化した。
【００２０】
処理結果：
絶縁すべき領域が正確に保護され、保護組成物の流れは全く起こらなかった。保護組成物は、急冷中に剥離しなかった。被覆した領域内の硬度は３１〜３３ＨＲＣであり、保護されていない領域は６１〜６３ＨＲＣであった。絶縁は申し分なかった。該構造部材は、問題なく工業用機械で浄化することができた。
【００２１】
例４（比較例）
酸化ホウ素５５質量％及び有機結合剤系４５質量％からなる保護組成物を室温で構造部材に塗布しかつ室温で１０時間乾燥した。その後、該構造部材を減圧浸炭装置内で０．６ｍｍのｃｈｄに浸炭し、冷たい室内でで急冷しかつ工場用洗浄機械で浄化した。
【００２２】
処理結果：
処理中の保護組成物の流れに起因する多数の流れ痕跡が生じた。被覆した領域内の硬度は殆ど３１〜３４ＨＲＣであり、流れ痕跡の領域内では４７〜５４ＨＲＣであり、保護されていない領域は６１〜６３ＨＲＣであった。該絶縁は欠陥があり、従って該構造部材は使用不能であった。
【００２３】
例５（比較例）
水ガラスをベースとする保護組成物を室温で構造部材に塗布しかつ室温で１０時間乾燥した。その後、該構造部材を減圧浸炭装置内で０．６ｍｍのｃｈｄに浸炭し、冷たい室内で急冷しかつかつ工場用洗浄機械で浄化した。
【００２４】
処理結果：
流れ痕跡は生ぜず、被覆した領域内の硬度は２９〜３２ＨＲＣであり、保護されていない領域は６１〜６３ＨＲＣであった。急冷中に、塗布した組成物の約２０％の保護組成物の部分的剥離が確認された。保護組成物の剥離した残渣は硬質でありかつ極めて多大な費用をかけてのみ急冷室から、特に熱交換器から除去された。装置内でのこの粒子の残留により、装置運転時間の短縮及び機能の劣化が考慮されねばならない。保護組成物の残渣は工業用洗浄機械では洗い流すことができなかった。該構造部材は、砂又はガラスビーズを噴射することによってのみ浄化することができた。