ガス浸硫窒化処理とは？

窒化処理
浸硫処理

2023/10/31

ガス浸硫窒化処理の特徴・メリット

ガス浸硫窒化処理（英語：Gas sulfonitriding treatment）とは、アンモニアガスに浸硫性ガスを添加した混合雰囲気中で処理を行う熱処理技術です。ガス浸硫窒化処理により形成される処理層は、表層から母材にかけて

比較的軟質のため、摩擦時の初期なじみ性を改善し固体潤滑作用を示す硫化物層
窒素化合物層
窒素拡散層の複合層から成ります。

という三層から成ります。

浸硫窒化処理の特徴は、下記の6つです。

表面の浸硫層が馴染みを良くするため、耐焼付性・耐カジリ性が向上
表面の浸硫層によりギヤ鳴りを低減
耐疲労性が良好（特にSCM435のような合金鋼の場合）
硬い下地の窒化層により、耐摩耗性、耐ピッチング性、耐食性が向上
低温処理による変形・変寸の低減
浸硫ガスの還元作用により、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱鋼、快削鋼なども窒化可能

上表は、自動車のバランスシャフトギヤについて、エンジン回転数に対する音圧レベルを示したものですが、通常の使用条件となる中回転域で、特にギヤ鳴り低減効果が発揮されていることが分かります。

ガス浸硫窒化処理が適した製品として、シム、スラストワッシャー、エンジンのタイミングギヤ、ベーン、ボールペンのボール、エンジンバルブ、SUS製シャフト、熱間鍛造型、アルミダイキャスト型などがあります。

ガス浸硫窒化とガス窒化の違い

ガス窒化に対するガス浸硫窒化の優位性として挙げられるのは、

耐久性が向上する
合金鋼を中心として1000HV（ビッカース硬度）以上の表面硬化層が得られる
浸硫性ガス（H₂S）の強力な活性化作用により、バラツキの小さい硬化層が得られる

という3点があります。

ガス浸硫窒化は、特にアルミダイカスト金型や熱間鍛造金型の耐久性向上に貢献しています。上表は、熱間鍛造金型（SKD61）において耐久テストを行った結果を示していますが、通常の焼入れのみならず、窒化処理と比べてもショット数向上が明らかです。

「熱処理技術ナビ」のガス浸硫窒化処理技術（マルチナイト）

「熱処理技術ナビ」が開発したガス浸硫窒化処理技術「マルチナイト」は、浸硫性ガス（H₂S）によるガス雰囲気処理を採用しております。

ガスの供給〜排ガスの処理まであらゆる面から対策を講じた当社のガス浸硫窒化炉は、安全かつ安定した浸硫窒化が可能です。

「マルチナイト」は、窒素・硫黄濃度を自在に制御可能という特徴を持っており、品質・コスト・量産性、どの点を取っても塩浴法やプラズマ法に勝ります。また、塩浴浸硫窒化のような厚い化合物層や、化合物層レスの処理も可能です。

また、浸硫性ガスの強力な還元力に助けられ、通常のガス浸硫窒化処理よりもステンレス鋼などの難窒化材料を容易に処理することができます。

ガス浸硫窒化処理の事例

ここでは、「熱処理技術ナビ」によるガス浸硫窒化処理の事例をご紹介します。守秘義務契約の観点から、サイト上ではお見せできない事例の方が多くなりますので、予めご了承ください。

各種油圧ポンプ部品へのガス浸硫窒化処理

こちらは、油圧ポンプ部品へのガス浸硫窒化処理事例です。
建設機械の心臓部であるポンプは、過負荷による油膜切れやカジリが重大事故に直結するリスクがありました。設計変更が困難な中、表面改質のみで潤滑性と耐摩耗性の両立が求められていました。
そこで、窒化工程で固体潤滑膜を同時形成する本処理を提案。スプレー等の後施工とは異なる強固な潤滑層により、摺動性が大幅に向上します。試作の結果、従来比でカジリ発生率の低減と耐久性向上を実証し、製品の信頼性向上を実現しました。
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鍛造金型へのマルチナイト処理

こちらは鍛造金型へのマルチナイト処理（ガス浸硫窒化）の採用事例です。衝撃の大きい鍛造工程では、従来の窒化処理だけでは金型の寿命向上に限界があることが課題でした。
そこで、硬度向上と優れた潤滑性を両立する本処理を提案。表面の硫化層が固体潤滑剤として機能し、摩擦抵抗を低減させることで、耐かじり性と耐摩耗性を飛躍的に高めました。過去の転造金型での実績も採用の決め手となり、実施後は金型交換までの加工数が従来比10％向上。生産性の改善とコストダウンを実現しました。金型の早期破損にお悩みの方はぜひご相談ください。

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