雰囲気熱処理とは？雰囲気熱処理の概要や種類について解説！

雰囲気熱処理とは

雰囲気熱処理とは「水素」「窒素」「アルゴン」などのガスを炉内に充填し、保護ガスとして熱処理を行う熱処理方法の一つです。特徴としては、金属表面を酸化から防ぎ、光沢感のある仕上がりとなることが挙げられます。

また、相対する熱処理としては大気中での熱処理が挙げられ、よく比較されるものでは真空熱処理が挙げられます。

雰囲気熱処理の種類

次に雰囲気熱処理の種類について解説していきます。

１．水素雰囲気熱処理

水素ガスと空気を置き換える「置換」方法によって、酸化を防ぎ熱処理を行います。

水素は還元性ガス（酸化の対義語）になりますので、酸化した（錆びた）金属の光沢感を取り戻すことが可能です。溶接の焼けあとや微量な酸化物除去なども可能で８００℃から１１００℃の高温の処理にも対応しています。

真空炉では敬遠されがちな粉末の処理が可能になり、あらゆる材質の還元処理が実現できます。

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２.　窒素雰囲気熱処理

窒素雰囲気は、不活性ガスで空気の約７割を占めています。液化までが超低温となり、－１９３℃で冷凍食品の保管などにも使用される馴染みのあるガスになります。熱処理においては、雰囲気形成以外に冷却ガスとしても使用されています。

水素と違い還元性はない為、変色した金属表面の光沢感を戻すことは出来ませんが、非鉄などの低温焼鈍や焼き戻しなどの安定化処理では酸化を防くことが出来るので、雰囲気熱処理では最も使用されているガスになります。

３.　アルゴン雰囲気熱処理

「なまけもの」という意味のあるアルゴンガスも不活性ガスの一種です。窒素ガスに比べて高価になりますが溶接で使用することが多く、酸化を嫌う金属には適したガスと言えます。

特殊鋼の雰囲気として使用され、非燃性である特徴を活かし、チタンなどのガス吸蔵金属の熱処理にも使用されています。

雰囲気熱処理で”出来ること”

金属は温度還元をします。
※温度還元＝物質を高温で加熱することによって還元反応を進行させるプロセス

溶解させた鉄が銀面に輝くのは温度による還元が理由です。温度の高い状態から冷えるときに酸素と結びつくため、表面が黒色に変化します。材料なら酸洗や化学研磨などで酸化被膜を除去することが可能ですが、部品になると寸法の変化やコストなど、精密部品になればなるほど、そのような方法では対処が難しい場合があります。

雰囲気熱処理ならば、最小限の寸法変化で済み、表面酸化による変色などは起こりません。

還元雰囲気炉であれば、同一の設備で「非鉄」「純鉄」の処理が可能になります。真ちゅうなどの処理を行うと、４００℃前後で亜鉛が析出し、場合により炉内に残ってしまいます。

真空熱処理炉で真ちゅうの熱処理を行えないことはありませんが、同一設備でステンレスなどの処理を行うと亜鉛が部品に付着してしまう可能性があります。

これは熱処理の温度が違うために起こる現象で炉内にこのようなことが起こってしまうと交換修理となってしまい、莫大な費用と長期間の稼働停止となってしまいます。

しかい、還元雰囲気炉ならばそのようなことはありません。熱処理後に水素雰囲気で炉内を還元することが可能ですので、材質により制限を設ける必要性がございません。