硫化によって鉄合金部材を処理する方法
本発明は、鉄合金部材を硫化によって処理する方法に関する。その方法によれば、その部材は、電流を流すことなく所定濃度の苛性ソーダとチオ硫酸ナトリウムと硫化ナトリウムとを含む水溶液の収容槽に含浸され、前記水溶液は約５分から３０分間かけて約１００℃から１４０℃の間の温度にされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャミングに対する抵抗性を改善するために金属表面を処理する方法、さらには、鉄合金部材の表面を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような処理は完全に当業者によく知られており、例えば、重度の負荷や加圧条件下において互いに擦られる部材のような機械構成部品の設計において広く用いられている。このような処理は、潤滑剤を使用する場合（オイルやグリースなどを使用して）、または、潤滑剤を使用しない場合の何れの場合にも適用させることができる。
【０００３】
鉄合金部材の表面上に、環境との相互作用を改善するために適切な化合物を形成する種々の方法が提案されている。
【０００４】
表面酸化方法を含む種々の知られた処理方法は、耐食性を改善するために適している。リン酸塩処理方法という手段も知られており、その方法は、リン酸鉄の表層を形成することによって、十分な比率で潤滑の効果を改善することに用いられている。
【０００５】
さらに、硫化処理という方法が知られている。
【０００６】
本発明は、特に後者のタイプの処理に関する。
【０００７】
鋼鉄（スチール）の硫化およびリン酸鉄の表層の潤滑における効果は、当業者に完全に知られており、例えば、仏国特許第１４０６５３０号明細書、第２８２３２２７号明細書の教示するところである。
【０００８】
仏国特許第１４０６５３０号明細書の教示するところによれば、処理される金属部材はイオン化された溶融塩の収容槽に浸される。溶融塩を用いた電解による硫化は、環境に脅威を与えることができる。
【０００９】
仏国特許第２８２３２２７号明細書の教示するところによれば、適当な厚さ及び鉄／硫黄比を有する硫化鉄コーティングは処理される部材上に堆積され、そのコーティングは、少なくとも２．６のフラクタル次元を有する表面の材料から選択される。さらにここで、その方法は、その生産性を制限する技術的な制約を生じさせることができる電解による硫化を採用する。使用される塩が高価であるということが見られる。
【００１０】
米国特許第６１３９９７３号明細書の教示するところの他の解決方法は、水溶液の陰極電気分解によって硫化鉄を堆積するために用いられる方法に関する。欠点として、処理された部材の形状に関する電解法に特有の制限は別として、その鉄／硫黄層は、化学反応によって得ることはできないが、鋼鉄表面に堆積することはでき、これは接着に関する大問題を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、一方では、毒性を低減させることであり、他方では、水溶液を所定温度に維持するために必要なエネルギーを制限できるように電気分解の使用を避けることである。
【００１２】
電流フローなしで、表層の組成、厚さ及び連続性を極めて正確に高い再現性で制御することを可能にし、また、キャビティ（ボア、止まり穴、ギアなど）を有する部材を含む複雑な形状の部材を処理することを可能にするということが見られる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そのような問題を解決するために設計され、開発された方法は、硫化によって鉄合金部材を処理する方法であって、前記部材は、電流を流すことなく水溶液の収容槽に含浸され、前記水溶液は、５分から約３０分間にわたって約１００℃から１４０℃の間の温度に加熱される。その水溶液の収容槽は、所定濃度の苛性ソーダとチオ硫酸ナトリウムと硫化ナトリウムとを含む。
【００１４】
苛性ソーダは、鉄合金部材に対して腐食性を示し、その部材上に硫化鉄の層が沈積するのに必要なＦｅ２＋とＦｅ３＋の単体分離を可能にする。また、チオ硫酸塩の硫黄成分は、この硫化鉄の層が沈積するのを可能にする。さらに、硫化鉄は、硫化方法における重要な薬剤でもある。
【００１５】
有利には、その収容槽で硫化する能力を発揮するには、４００から１０００ｇ／ｌの濃度の苛性ソーダと、３０から３００ｇ／ｌの濃度のチオ硫酸ナトリウムと、６０から１２０ｇ／ｌの濃度の硫化ナトリウムと、の存在を必要とする。
【００１６】
有利には、その収容槽の使用温度は、約１２０℃から１４０℃である。簡略化のために、水溶液の組成に依存する沸点で動作することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による処理方法によって得られるジャミングへの抵抗性は、ＡＳＴＭ−Ｄ−２１７０基準に従ってファビルレバリー（Faville-Levally）社製の装置での試験で評価される。
【００１８】
当業者に完全に知られている方式で、この試験では、直径が６．３５ｍｍ、高さが５０ｍｍの１６ＮＣ６鋼鉄円筒試験片に表面硬化の処理をし、急冷し、粉砕した。その試験片は、時間の関数として負荷が線形的に印加される、直角のＶ字にカットされた２つの顎（ジョー）の間にクランプされる。試験片にジャミングあるいはフローが発生すると、その試験は終了する。この試験は、ファビル度（Faville grade）と呼ばれる量によって特徴付けられ、それは時間に対して印加される負荷の積分であり、ｄａＮ．ｓで表現される。この点において、その試験片が本発明による方法によって処理された時、ファビル度は１２０００ｄａＮ．ｓより高いはずであり、その試験片はフローされていて妨害されていないはずである。
【００１９】
情報を得るために参考試料として以下のように限定されない例が用意され、従来文献による処理と比較して本発明による方法の特徴で得られた結果を示す。
【００２０】
（実験例１）
この実験例では、未処理の試料（１）と、リン酸化された試料（２）と、酸化された試料（３）と、本発明の方法による試料（４）とにおいて、表面硬化され、急冷された１６ＮＣ６鋼鉄の試験片のファビル度の比較がされる。その結果を以下の表に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
本発明によって処理された試料は、その収容槽の混合液において、７７５ｇ／ｌの苛性ソーダと２００ｇ／ｌのチオ硫酸ナトリウムと９０ｇ／ｌの硫化ナトリウムとを含有する水溶液中で急冷される。その処理は１３０℃で１５分間行われる。
【００２３】
この試験から、溶液１、２及び３は、その部材に如何なる反ジャミング特性を与えないことは明らかであり、本発明による溶液４は、高い反ジャミング効果によって特徴付けられ、ファビル度が３倍であると考えられる。
【００２４】
（実験例２）
この実験例では、本発明の方法によって硫化され、表面硬化され、急冷された１６ＮＣ６鋼鉄のファビル試験片（１）と、仏国特許第２８２３２２７号明細書の教示するところの電解法によって硫化され、表面硬化され、急冷された１６ＮＣ６鋼鉄のファビル試験片の比較がされる。その結果を以下の表に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】
本発明による試料は、その収容槽の混合液において、７７５ｇ／ｌの苛性ソーダと２００ｇ／ｌのチオ硫酸ナトリウムと９０ｇ／ｌの硫化ナトリウムとを含有する水溶液中で処理される。
【００２７】
その処理は１３０℃で１５分間行われる。
【００２８】
これらの試験から、溶液１及び２は反ジャミング特性を有し、発明の方法によって硫化された試料は、反ジャミング性質において３６％の改善を与えた。
【００２９】
（実験例３）
この実験例では、温度と、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）とチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）と硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）の初期濃度とを変化させた水溶液中ですべての試料が処理される。その結果を以下の表に示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】
この表から以下のことが分かる。
−溶液１は、調整条件によって得られる所望の特性とファビル試験の評価に適合する。
−溶液２と３は、チオ硫酸ナトリウムと硫化ナトリウムの初期濃度を考慮すると、適合しない。これらの２つの実験例は、鋼鉄の処理においてチオ硫酸塩と硫化物の相乗効果を示す。
−溶液４は、水溶液に関しては溶液１と類似しているが、ジャミングに対する抵抗性を与え、その試料が効率的に反応を起こすためには処理温度が低すぎるため、適合しない。
−溶液５は、溶液１と異なる収容槽の組成にも関わらず、反ジャミング特性の点で満足できる結果を与える。
−溶液６は、苛性ソーダの濃度が低すぎるため、満足できる反ジャミング反応を生じない。
【００３２】
本発明の特徴によれば、クレームされた方法によって処理された部材は、異なる層に酸素を有することが観察される。
【００３３】
その利点は詳細な説明から明確になり、以下の特徴、
−環境に対する尊重、
−表層の組成、厚さ及び連続性における非常に正確で大いに再生可能な制御、
−電流フローなしに、特に、孔を有する部材を含む複雑な形状の部材を処理することを可能にすること、
が強調され、繰り返される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャミングに対する抵抗性を改善するために金属表面を処理する方法、さらには、鉄合金部材の表面を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような処理は完全に当業者によく知られており、例えば、重度の負荷や加圧条件下において互いに擦られる部材のような機械構成部品の設計において広く用いられている。このような処理は、潤滑剤を使用する場合（オイルやグリースなどを使用して）、または、潤滑剤を使用しない場合の何れの場合にも適用させることができる。
【０００３】
鉄合金部材の表面上に、環境との相互作用を改善するために適切な化合物を形成する種々の方法が提案されている。
【０００４】
表面酸化方法を含む種々の知られた処理方法は、耐食性を改善するために適している。リン酸塩処理方法という手段も知られており、その方法は、リン酸鉄の表層を形成することによって、十分な比率で潤滑の効果を改善することに用いられている。
【０００５】
さらに、硫化処理という方法が知られている。
【０００６】
本発明は、特に後者のタイプの処理に関する。
【０００７】
鋼鉄（スチール）の硫化およびリン酸鉄の表層の潤滑における効果は、当業者に完全に知られており、例えば、仏国特許第１４０６５３０号明細書、第２８２３２２７号明細書の教示するところである。
【０００８】
仏国特許第１４０６５３０号明細書の教示するところによれば、処理される金属部材はイオン化された溶融塩の収容槽に浸される。溶融塩を用いた電解による硫化は、環境に脅威を与えることができる。
【０００９】
仏国特許第２８２３２２７号明細書の教示するところによれば、適当な厚さ及び鉄／硫黄比を有する硫化鉄コーティングは処理される部材上に堆積され、そのコーティングは、少なくとも２．６のフラクタル次元を有する表面の材料から選択される。さらにここで、その方法は、その生産性を制限する技術的な制約を生じさせることができる電解による硫化を採用する。使用される塩が高価であるということが見られる。
【００１０】
米国特許第６１３９９７３号明細書の教示するところの他の解決方法は、水溶液の陰極電気分解によって硫化鉄を堆積するために用いられる方法に関する。欠点として、処理された部材の形状に関する電解法に特有の制限は別として、その鉄／硫黄層は、化学反応によって得ることはできないが、鋼鉄表面に堆積することはでき、これは接着に関する大問題を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、一方では、毒性を低減させることであり、他方では、水溶液を所定温度に維持するために必要なエネルギーを制限できるように電気分解の使用を避けることである。
【００１２】
電流フローなしで、表層の組成、厚さ及び連続性を極めて正確に高い再現性で制御することを可能にし、また、キャビティ（ボア、止まり穴、ギアなど）を有する部材を含む複雑な形状の部材を処理することを可能にするということが見られる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そのような問題を解決するために設計され、開発された方法は、硫化によって鉄合金部材を処理する方法であって、前記部材は、電流を流すことなく水溶液の収容槽に含浸され、前記水溶液は、５分から約３０分間にわたって約１００℃から１４０℃の間の温度に加熱される。その水溶液の収容槽は、所定濃度の苛性ソーダとチオ硫酸ナトリウムと硫化ナトリウムとを含む。
【００１４】
苛性ソーダは、鉄合金部材に対して腐食性を示し、その部材上に硫化鉄の層が沈積するのに必要なＦｅ２＋とＦｅ３＋の単体分離を可能にする。また、チオ硫酸塩の硫黄成分は、この硫化鉄の層が沈積するのを可能にする。さらに、硫化鉄は、硫化方法における重要な薬剤でもある。
【００１５】
有利には、その収容槽で硫化する能力を発揮するには、４００から１０００ｇ／ｌの濃度の苛性ソーダと、３０から３００ｇ／ｌの濃度のチオ硫酸ナトリウムと、６０から１２０ｇ／ｌの濃度の硫化ナトリウムと、の存在を必要とする。
【００１６】
有利には、その収容槽の使用温度は、約１２０℃から１４０℃である。簡略化のために、水溶液の組成に依存する沸点で動作することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による処理方法によって得られるジャミングへの抵抗性は、ＡＳＴＭ−Ｄ−２１７０基準に従ってファビルレバリー（Faville-Levally）社製の装置での試験で評価される。
【００１８】
当業者に完全に知られている方式で、この試験では、直径が６．３５ｍｍ、高さが５０ｍｍの１６ＮＣ６鋼鉄円筒試験片に表面硬化の処理をし、急冷し、粉砕した。その試験片は、時間の関数として負荷が線形的に印加される、直角のＶ字にカットされた２つの顎（ジョー）の間にクランプされる。試験片にジャミングあるいはフローが発生すると、その試験は終了する。この試験は、ファビル度（Faville grade）と呼ばれる量によって特徴付けられ、それは時間に対して印加される負荷の積分であり、ｄａＮ．ｓで表現される。この点において、その試験片が本発明による方法によって処理された時、ファビル度は１２０００ｄａＮ．ｓより高いはずであり、その試験片はフローされていて妨害されていないはずである。
【００１９】
情報を得るために参考試料として以下のように限定されない例が用意され、従来文献による処理と比較して本発明による方法の特徴で得られた結果を示す。
【００２０】
（実験例１）
この実験例では、未処理の試料（１）と、リン酸化された試料（２）と、酸化された試料（３）と、本発明の方法による試料（４）とにおいて、表面硬化され、急冷された１６ＮＣ６鋼鉄の試験片のファビル度の比較がされる。その結果を以下の表に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
本発明によって処理された試料は、その収容槽の混合液において、７７５ｇ／ｌの苛性ソーダと２００ｇ／ｌのチオ硫酸ナトリウムと９０ｇ／ｌの硫化ナトリウムとを含有する水溶液中で急冷される。その処理は１３０℃で１５分間行われる。
【００２３】
この試験から、溶液１、２及び３は、その部材に如何なる反ジャミング特性を与えないことは明らかであり、本発明による溶液４は、高い反ジャミング効果によって特徴付けられ、ファビル度が３倍であると考えられる。
【００２４】
（実験例２）
この実験例では、本発明の方法によって硫化され、表面硬化され、急冷された１６ＮＣ６鋼鉄のファビル試験片（１）と、仏国特許第２８２３２２７号明細書の教示するところの電解法によって硫化され、表面硬化され、急冷された１６ＮＣ６鋼鉄のファビル試験片の比較がされる。その結果を以下の表に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】
本発明による試料は、その収容槽の混合液において、７７５ｇ／ｌの苛性ソーダと２００ｇ／ｌのチオ硫酸ナトリウムと９０ｇ／ｌの硫化ナトリウムとを含有する水溶液中で処理される。
【００２７】
その処理は１３０℃で１５分間行われる。
【００２８】
これらの試験から、溶液１及び２は反ジャミング特性を有し、発明の方法によって硫化された試料は、反ジャミング性質において３６％の改善を与えた。
【００２９】
（実験例３）
この実験例では、温度と、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）とチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）と硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）の初期濃度とを変化させた水溶液中ですべての試料が処理される。その結果を以下の表に示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】
この表から以下のことが分かる。
−溶液１は、調整条件によって得られる所望の特性とファビル試験の評価に適合する。
−溶液２と３は、チオ硫酸ナトリウムと硫化ナトリウムの初期濃度を考慮すると、適合しない。これらの２つの実験例は、鋼鉄の処理においてチオ硫酸塩と硫化物の相乗効果を示す。
−溶液４は、水溶液に関しては溶液１と類似しているが、ジャミングに対する抵抗性を与え、その試料が効率的に反応を起こすためには処理温度が低すぎるため、適合しない。
−溶液５は、溶液１と異なる収容槽の組成にも関わらず、反ジャミング特性の点で満足できる結果を与える。
−溶液６は、苛性ソーダの濃度が低すぎるため、満足できる反ジャミング反応を生じない。
【００３２】
本発明の特徴によれば、クレームされた方法によって処理された部材は、異なる層に酸素を有することが観察される。
【００３３】
その利点は詳細な説明から明確になり、以下の特徴、
−環境に対する尊重、
−表層の組成、厚さ及び連続性における非常に正確で大いに再生可能な制御、
−電流フローなしに、特に、孔を有する部材を含む複雑な形状の部材を処理することを可能にすること、
が強調され、繰り返される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫化によって鉄合金部材を処理する方法であって、
前記部材は、電流を流すことなく、所定濃度の苛性ソーダとチオ硫酸ナトリウムと硫化ナトリウムとを含む水溶液の収容槽に含浸され、
前記水溶液は、５分から約３０分間かけて約１００℃から１４０℃の間の温度まで加熱されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記苛性ソーダの濃度は４００から約１０００ｇ／ｌであり、前記チオ硫酸ナトリウムの濃度は３０から約３００ｇ／ｌであり、前記硫化ナトリウムの濃度は６０から約１２０ｇ／ｌであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記収容槽の使用温度は、約１２０℃から１４０℃であり、好ましくは１３０℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記含浸時間は、好ましくは約１５分であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載された方法によって処理された部材。
【請求項１】
硫化によって鉄合金部材を処理する方法であって、
前記部材は、電流を流すことなく、所定濃度の苛性ソーダとチオ硫酸ナトリウムと硫化ナトリウムとを含む水溶液の収容槽に含浸され、
前記水溶液は、５分から約３０分間かけて約１００℃から１４０℃の間の温度まで加熱されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記苛性ソーダの濃度は４００から約１０００ｇ／ｌであり、前記チオ硫酸ナトリウムの濃度は３０から約３００ｇ／ｌであり、前記硫化ナトリウムの濃度は６０から約１２０ｇ／ｌであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記収容槽の使用温度は、約１２０℃から１４０℃であり、好ましくは１３０℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記含浸時間は、好ましくは約１５分であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載された方法によって処理された部材。
【公表番号】特表２００７−５０８４５９（Ｐ２００７−５０８４５９Ａ）
【公表日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３４８０８（Ｐ２００６−５３４８０８）
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／０５０４８７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３８０８３
【国際公開日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（５０６１２６２６６）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月６日（２００４．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／０５０４８７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３８０８３
【国際公開日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（５０６１２６２６６）
【Ｆターム（参考）】
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