JP2001152316A - Plasma carburizing method - Google Patents

Plasma carburizing method

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JP2001152316A
JP2001152316A JP33986499A JP33986499A JP2001152316A JP 2001152316 A JP2001152316 A JP 2001152316A JP 33986499 A JP33986499 A JP 33986499A JP 33986499 A JP33986499 A JP 33986499A JP 2001152316 A JP2001152316 A JP 2001152316A
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heat
metal
treatment
gas
resistant steel
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Koichi Tanaka
弘一 田中
Shinichi Tanaka
信一 田中
Nobuyoshi Tsuji
宣佳 辻
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Tanaka Ltd
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SDC KK
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain excellent wear resistance, low coefficient of friction, and improved corrosion resistance while maintaining the strength of a base material before carburizing. SOLUTION: In this plasma carburizing method, a titanium metal or a heat resistant steel such as austenitic heat resisting steel is heated to 350 deg.C to <700 deg.C in an atmosphere containing fluorine-type gas such as nitrogen fluoride gas to undergo surface fluoridizing treatment and then subjected to plasma carburizing treatment in a gaseous-hydrocarbon-containing atmosphere of 10-20,000 Pa and 350-<700 deg.C. Plasma carburizing can be applied to the surface of the activated (fluoridized) metal under the conditions of prescribed pressure and prescribed relatively low temperature, and a carburized layer consisting of carbonized metal layer can be formed in the surface layer part of the titanium metal or heat resisting steel while maintaining the strength of the base material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、耐熱鋼またはチ
タン金属の表面における耐蝕性、摩擦係数および摩耗特
性を改善するプラズマ浸炭処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma carburizing method for improving corrosion resistance, friction coefficient and wear characteristics on the surface of heat-resistant steel or titanium metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、チタン金属は、耐熱性が高く、
強度もほぼ炭素鋼に等しく、また表面に酸化被膜を形成
するので、耐食性に優れた特性のあることが知られてい
る。
2. Description of the Related Art Generally, titanium metal has high heat resistance,
It is known that the strength is almost equal to that of carbon steel and that an oxide film is formed on the surface, so that it has excellent characteristics of corrosion resistance.

【0003】また、純チタンは、全ての金属、特に銅、
スズ、鉄、アルミニウム、バナジウム、クロム、コバル
ト、モリブデン、タングステンなどと合金をつくり、そ
の加工性や機械的強度を種々改良することが可能であ
る。
[0003] Pure titanium is used for all metals, especially copper,
It is possible to make alloys with tin, iron, aluminum, vanadium, chromium, cobalt, molybdenum, tungsten, etc., and to improve their workability and mechanical strength in various ways.

【0004】このような純チタンまたはチタン合金から
なるチタン金属の用途としては、耐食性容器、耐食性ネ
ジ・ボルト、メガネフレーム、医用・歯科用材料が知ら
れている。
[0004] As applications of such titanium metal made of pure titanium or titanium alloy, corrosion-resistant containers, corrosion-resistant screws and bolts, eyeglass frames, and medical and dental materials are known.

【0005】また、耐熱鋼(JIS G 4311)
は、オーステナイト系耐熱鋼とフェライト系耐熱鋼に大
別され、例えばSUH660(A−286)という素材
は、析出硬化型のオーステナイト系のFe−Ni−Cr
合金からなり、航空機用ねじ部品の素材として用いられ
ている。
[0005] Heat-resistant steel (JIS G 4311)
Are roughly classified into heat-resistant austenitic steel and heat-resistant ferritic steel. For example, SUH660 (A-286) is a precipitation hardening type austenitic Fe-Ni-Cr steel.
It is made of an alloy and is used as a material for screw parts for aircraft.

【0006】このような耐熱鋼(SUH660)は、7
04℃までの強度と耐食性に優れているが、合金鋼と比
較して熱伝導率が約1/3、熱膨張係数が約1.5
倍、摩擦係数が高い、という物性があり、ネジ部品と
して用いると、電動工具や手動のレンチ等を用いて締付
ける際に、「焼付き」(ねじ面が熱膨張して回転不能の
状態に固着されること)を起こす場合があるため、カド
ミウムやニッケルなどの電気めっきや、潤滑剤を含んだ
樹脂をねじ面にコーティングするなどして焼付きを防止
している。
[0006] Such heat-resistant steel (SUH660) has a
It has excellent strength and corrosion resistance up to 04 ° C, but has a thermal conductivity of about 1/3 and a thermal expansion coefficient of about 1.5 compared to alloy steel.
When it is used as a screw part, it can cause "seizure" (the screw surface is thermally expanded and becomes non-rotatable) when tightening with a power tool or manual wrench. Therefore, seizure is prevented by electroplating such as cadmium or nickel, or by coating a resin containing a lubricant on the screw surface.

【0007】また、特にチタン金属に対する摩擦係数の
低減および耐摩耗性を改善するためにプラズマ浸炭処理
を行なうことが、本願の発明者らによって特開平7−9
0542号公報に開示されている。
[0007] In addition, the inventors of the present application have disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-9 / 1990 that plasma carburizing treatment is particularly performed to reduce the coefficient of friction with titanium metal and improve wear resistance.
No. 0542.

【0008】同公報によると、浸炭処理する際に、チタ
ン金属表面の表面酸化被膜を取り除く前処理として、水
素ガスとアルゴンガスの混合ガスをプラズマ化してチタ
ン金属表面の付着物を跳ね飛ばして洗浄するクリーニン
グ処理が行なわれている。
According to the publication, as a pretreatment for removing the surface oxide film on the titanium metal surface during the carburizing treatment, a mixed gas of hydrogen gas and argon gas is turned into plasma to wash off the attached matter on the titanium metal surface. Cleaning process is performed.

【0009】このようなチタン金属などに対する浸炭処
理およびクリーニング処理は700℃未満の温度では、
表面が活性化されず、また活性化炭素の侵入が充分に行
えないなどの理由から、700℃以上の高温で行われ
る。
[0009] Carburizing treatment and cleaning treatment for such titanium metal and the like are performed at a temperature lower than 700 ° C.
The process is performed at a high temperature of 700 ° C. or more because the surface is not activated and activated carbon cannot sufficiently enter.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
に700℃以上の高温で行われる浸炭処理およびクリー
ニング処理を行う際には、金属母材の軟化が避けられな
いという問題点がある。
However, as described above, when performing the carburizing treatment and the cleaning treatment performed at a high temperature of 700 ° C. or more, there is a problem that the softening of the metal base material is inevitable.

【0011】特に、チタン金属を母材として浸炭処理を
行うときには、母材に対して通常、500〜700℃程
度で時効処理によって析出硬化をしている場合が多い
が、その後、700℃以上に加熱処理すると時効処理に
よる析出硬化の効果が失われて、強度が低下してしまう
場合がある。
In particular, when carburizing treatment is performed using titanium metal as a base material, the base material is usually subjected to precipitation hardening by aging at a temperature of about 500 to 700 ° C. When the heat treatment is performed, the effect of the precipitation hardening due to the aging treatment is lost, and the strength may be reduced.

【0012】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を改善し、浸炭処理前の母材の強度を維持したまま
で、優れた耐摩耗性、低摩擦係数および改善された耐腐
食性が得られるようにすることである。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide excellent wear resistance, a low coefficient of friction, and improved corrosion resistance while maintaining the strength of the base material before carburizing. Is to get it.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、フッ素系ガスを含有する雰囲
気中でチタン金属または耐熱鋼を350℃以上700℃
未満に加熱して表面をフッ化処理した後、前記チタン金
属または耐熱鋼を炭化水素ガスを含有する10〜200
0Pa、350℃以上700℃未満の雰囲気内において
プラズマ浸炭処理することからなるプラズマ浸炭処理方
法を採用したのである。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, titanium metal or heat-resistant steel is heated to 350 ° C. or more and 700 ° C. in an atmosphere containing a fluorine-based gas.
After heating to less than the surface and fluorinating the surface, the titanium metal or heat-resistant steel is mixed with a hydrocarbon gas containing 10-200.
The plasma carburizing method of performing plasma carburizing in an atmosphere of 0 Pa, 350 ° C. or more and less than 700 ° C. was adopted.

【0014】上記フッ素系ガスとしては、フッ化窒素ガ
スを採用することが好ましい。また前記耐熱鋼として、
オーステナイト系耐熱鋼を採用できる。
As the fluorine-based gas, it is preferable to use a nitrogen fluoride gas. Further, as the heat-resistant steel,
Austenitic heat-resistant steel can be used.

【0015】上記の工程からなるこの発明のプラズマ浸
炭処理方法は、まず、プラズマ浸炭処理に用いる炉内に
おいて真空中で350℃以上700℃未満に加熱された
チタン金属または耐熱鋼にフッ素系ガスを吹き込んで保
持する。
In the plasma carburizing method of the present invention comprising the above-described steps, first, a fluorine-based gas is supplied to titanium metal or heat-resistant steel heated to 350 ° C. or more and less than 700 ° C. in a vacuum in a furnace used for plasma carburizing. Blow and hold.

【0016】このとき、チタン金属や耐熱鋼の表面に形
成されている酸化物は、完全に除去され、フッ化膜に置
換される。このフッ化膜は、非常に活性な状態であるた
め、その後の浸炭処理を効率よく行わせる。
At this time, the oxide formed on the surface of the titanium metal or the heat resistant steel is completely removed and replaced with a fluoride film. Since this fluoride film is in a very active state, the subsequent carburizing process is performed efficiently.

【0017】このような活性化処理(フッ化処理)を経
た金属の表面に所定圧力および所定温度条件でプラズマ
浸炭がなされ、このとき、活性化された炭素イオンは金
属の分子間に進入し、または金属の表面から飛び出した
金属原子が活性化された炭素イオンと結合して金属表面
に被着して内部に拡散し、または陰極の近傍で加速され
た炭素イオンが直接に金属内に打込まれ、チタン金属ま
たは耐熱鋼の表層部に炭化金属層からなる浸炭層が形成
される。
The surface of the metal that has undergone such an activation treatment (fluorination treatment) is subjected to plasma carburization under a predetermined pressure and a predetermined temperature condition. At this time, the activated carbon ions enter between the metal molecules, Alternatively, the metal atoms that fly out of the metal surface combine with the activated carbon ions and adhere to the metal surface and diffuse inside, or the carbon ions accelerated near the cathode are directly injected into the metal Rarely, a carburized layer composed of a metal carbide layer is formed on the surface of titanium metal or heat-resistant steel.

【0018】本願の発明に係るプラズマ浸炭方法によれ
ば、金属表面に浸炭層を、たとえば20μm以上に厚く
形成することができ、また金属内部の非浸炭部分とは明
瞭な境界を形成しないので、剥がれにくく耐久性のある
表面処理層を形成することができ、炭化物による潤滑
性、摩擦係数を低減させ、耐摩耗性および金属の耐食性
が向上する。
According to the plasma carburizing method according to the present invention, a carburized layer can be formed on a metal surface to a thickness of, for example, 20 μm or more, and a clear boundary is not formed with a non-carburized portion inside the metal. It is possible to form a durable surface treatment layer which is hard to peel off, reduces lubricity and friction coefficient by carbides, and improves wear resistance and metal corrosion resistance.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】この発明に用いるチタン金属は、
純チタンまたはチタンと他の金属成分との合金のいずれ
であってもよく、特に合金の組成を限定して採用したも
のではない。工業材料のチタン金属のチタニウムの純度
は、99.9〜99.5%程度であるが、このような純
チタンを用いることもできる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The titanium metal used in the present invention is:
Either pure titanium or an alloy of titanium and another metal component may be used, and the composition of the alloy is not particularly limited. The purity of titanium, which is an industrial material titanium metal, is about 99.9 to 99.5%, but such pure titanium can also be used.

【0020】チタン合金を採用した場合に他の金属成分
としては、たとえば銅、スズ、鉄、アルミニウム、バナ
ジウム、クロム、コバルト、モリブデン、タングステン
などが挙げられる。
When a titanium alloy is used, other metal components include, for example, copper, tin, iron, aluminum, vanadium, chromium, cobalt, molybdenum, tungsten and the like.

【0021】この発明に用いる耐熱鋼は、耐熱鋼(JI
S G 4311)のSUH660(A−286)など
の他、低クロム耐熱鋼、高クロム耐熱鋼、高アルミ耐熱
鋼などのフェライト系耐熱鋼と、耐熱合金を含めたオー
ステナイト系耐熱鋼である。
The heat-resistant steel used in the present invention is heat-resistant steel (JI
SG 4311), such as SUH660 (A-286), ferritic heat-resistant steel such as low chromium heat-resistant steel, high chromium heat-resistant steel, and high aluminum heat-resistant steel, and austenitic heat-resistant steel including a heat-resistant alloy.

【0022】被処理金属であるチタン金属または耐熱鋼
は、プラズマ浸炭処理の前にその表面を有機溶媒に浸漬
し、または超音波などによる洗浄処理を行なっておくこ
とが好ましい。
It is preferable that the surface of the titanium metal or heat-resistant steel to be treated is immersed in an organic solvent or cleaned by ultrasonic waves or the like before the plasma carburizing treatment.

【0023】この発明に用いるフッ素系ガスは、フッ素
(F)もしくはフッ素を含むフッ素化合物ガス、または
窒素(N2 )のような不活性ガスを混合したフッ素含有
混合ガスであり、最も適当なものとしてフッ化窒素(N
3 )が挙げられる。また、他のフッ素系ガスの例とし
ては、HF,BF3 ,CF4 ,SF6 ,ClF6 ,C 2
6, WF6 ,CHF3 ,SiF4 などが挙げられる。
The fluorine-based gas used in the present invention is fluorine
(F) or a fluorine compound gas containing fluorine, or
Nitrogen (NTwo) Containing fluorine mixed with inert gas
A mixed gas, the most suitable of which is nitrogen fluoride (N
FThree). Also, as examples of other fluorine-based gases,
HF, BFThree, CFFour, SF6, ClF6, C Two
F6, WF6, CHFThree, SiFFourAnd the like.

【0024】浸炭処理に使用する炭化水素系ガスは、炭
素と水素だけからなるガスの総称であり、鎖式炭化水素
でも環式炭化水素のいずれの化合物であってもよい。鎖
式炭化水素の代表例としては、一般式Cn 2n+2で示さ
れるメタン系炭化水素の他、エチレン系炭化水素(一般
式Cn 2n)、アセチレン系炭化水素(一般式Cn
2n-2)が挙げられ、直鎖状であっても側鎖をもってもよ
い。特に、常温で気体のメタン、エタン、プロパン、ブ
タンは、使用に際して気化設備が不要であるので、好ま
しいものであるといえる。また、環式炭化水素として
は、芳香族化合物または脂環式化合物のいずれであって
もよく、芳香族化合物の代表例としては、ベンゼン(C
6 6 )が挙げられる。
The hydrocarbon-based gas used for carburizing is charcoal.
A generic term for gases consisting only of hydrogen and hydrogen,
However, any compound of a cyclic hydrocarbon may be used. chain
As a typical example of the formula hydrocarbon, a general formula CnH2n + 2Indicated by
Methane hydrocarbons and ethylene hydrocarbons (general
Formula CnH2n), Acetylene-based hydrocarbons (general formula CnH
2n-2), Which may be linear or have a side chain.
No. In particular, methane, ethane, propane,
Tongues are preferred because they do not require vaporization equipment for use.
It can be said that it is a new thing. Also, as a cyclic hydrocarbon
Is an aromatic compound or an alicyclic compound,
A typical example of the aromatic compound is benzene (C
6H6).

【0025】ここで、前記したプラズマ浸炭処理の条件
における炭化水素ガスの圧力は、10〜2000Paで
ある。このような炭化水素ガスの圧力は、チタン金属に
対してはその表面層に主にTiCからなる処理層を形成
するため、または耐熱鋼の表面に対してはその表面層に
炭素−オーステナイトの固溶層を形成するために必要で
あって、10Pa未満の低圧では処理層の炭素量が少な
く、摺動特性の改善が充分でない。また、2000Pa
を越える高圧では、浸炭層の炭素量が飽和値となってこ
れ以上の浸炭効果が向上せず、実用性を失するようにな
るからである。
Here, the pressure of the hydrocarbon gas under the conditions of the plasma carburizing treatment is 10 to 2000 Pa. The pressure of such a hydrocarbon gas is set so that a treatment layer mainly composed of TiC is formed on the surface layer of titanium metal, or the carbon-austenite solidification is formed on the surface layer of heat-resistant steel. At a low pressure of less than 10 Pa, the amount of carbon in the treated layer is small and the sliding characteristics are not sufficiently improved at a low pressure of less than 10 Pa. Also, 2000Pa
At a high pressure exceeding, the carbon content of the carburized layer becomes a saturated value, the carburizing effect is not further improved, and practicality is lost.

【0026】この発明のプラズマ浸炭は、周知の浸炭処
理装置(日本電子工業社製)を用いて以下の操作によっ
て処理できる。
The plasma carburizing of the present invention can be performed by the following operation using a known carburizing apparatus (manufactured by JEOL Ltd.).

【0027】プラズマ浸炭処理の操作をより詳細に説明
すると、先ず、処理室にチタン金属または耐熱鋼で形成
された成形品を装入し、排気した後、ヒータにより35
0℃以上700℃未満にまで加熱し、例えばフッ化窒素
ガスを含んだ窒素ガスを導入し、その温度で10〜60
分保持し、チタン金属または耐熱鋼の表面に形成されて
いる酸化膜を活性なフッ化膜に置換する。
The operation of the plasma carburizing treatment will be described in more detail. First, a molded article made of titanium metal or heat-resistant steel is charged into a processing chamber, evacuated, and then heated by a heater.
Heat to 0 ° C. or more and less than 700 ° C., for example, introduce nitrogen gas containing nitrogen fluoride gas, and
Then, the oxide film formed on the surface of titanium metal or heat-resistant steel is replaced with an active fluoride film.

【0028】その後、フッ化窒素ガスを含んだ窒素ガス
を、周知の排ガス処理装置を用いて無毒化して排気す
る。
Thereafter, the nitrogen gas containing the nitrogen fluoride gas is detoxified and exhausted using a well-known exhaust gas treatment device.

【0029】次に、炭化水素ガスおよび水素ガスを10
〜2000Paの範囲で炉内に導入し、200〜150
0Vの直流高電圧を印加してプラズマ浸炭処理を行う。
プラズマガス中には、イオン化した活性化炭素C+ が発
生し、これが金属表面に付着してさらに内部に拡散する
か、またはスパッタリングもしくは打込みの作用によっ
て浸炭反応が進行する。
Next, hydrocarbon gas and hydrogen gas are
Introduced into the furnace in the range of
The plasma carburizing process is performed by applying a DC high voltage of 0V.
In the plasma gas, ionized activated carbon C + is generated and adheres to the metal surface and diffuses further inside, or the carburizing reaction proceeds by the action of sputtering or implantation.

【0030】この発明におけるプラズマ浸炭処理の雰囲
気温度は、350℃以上700℃未満、好ましくは35
0〜600℃未満である。なぜなら、上記所定範囲未満
の低温では、金属表面のフッ化、すなわち金属酸化物か
らフッ化金属への置換反応が起こり難くなり、そのため
金属内部に活性化水素が侵入・拡散できなくなる。ま
た、上記所定範囲を越える高温では、被処理金属がチタ
ン金属である場合に、強度の低下を起こし、また耐熱鋼
に対しては熱膨張による成形体寸法の変化が起こる可能
性が高くなるからである。
The ambient temperature of the plasma carburizing treatment in the present invention is 350 ° C. or more and less than 700 ° C., preferably 35 ° C.
0 to less than 600 ° C. At a low temperature lower than the above-mentioned predetermined range, the fluorination of the metal surface, that is, the substitution reaction from the metal oxide to the metal fluoride becomes difficult to occur, so that activated hydrogen cannot enter and diffuse into the metal. Further, at a high temperature exceeding the above-mentioned predetermined range, when the metal to be treated is titanium metal, the strength is reduced, and the heat-resistant steel is more likely to cause a change in the size of the compact due to thermal expansion. It is.

【0031】[0031]

【実施例】〔実施例1〕予め、溶体化処理(950℃で
1時間の水冷処理)と時効処理(540℃の加熱状態を
8時間保持する処理)されたチタン合金(Ti−6Al
−4V)を縦25mm、横35mm、厚さ3mmの平板
状に機械加工し、またJIS Z2201の金属引張試
験片の4号試験片(径14mm、標点距離50mm、平
行部長さ約60mm、肩部の半径16mm)に相当する
寸法に機械加工し、研磨(1000エメリー)後、アセ
トン中で超音波洗浄し、以下の装置および条件でプラズ
マ浸炭処理を行なった。
[Example 1] Titanium alloy (Ti-6Al) which had been subjected to a solution treatment (water cooling treatment at 950 ° C for 1 hour) and an aging treatment (treatment of maintaining a heating state at 540 ° C for 8 hours) in advance.
-4V) was machined into a flat plate having a length of 25 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 3 mm, and a JIS Z2201 metal tensile test specimen No. 4 (diameter: 14 mm, gauge length: 50 mm, parallel part length: about 60 mm, shoulder: 60 mm) (Radius of 16 mm), and after polishing (1000 emery), ultrasonically cleaned in acetone, and plasma carburized by the following apparatus and conditions.

【0032】すなわち、加熱炉内にグラファイトファイ
バー等の断熱材で囲まれた処理室を設け、この処理室内
をロッドグラファイトからなる発熱体で加熱すると共
に、処理室内の上部に直流グロー放電の正極を接続し、
かつ処理品の載置台に陰極を接続し、また処理室内の要
所にはガスマニホールドを設置してプロセスガスを適宜
に切り替えて導入できる浸炭処理装置(日本電子工業社
製)を用いた。
That is, a processing chamber surrounded by a heat insulating material such as graphite fiber is provided in a heating furnace, and the processing chamber is heated by a heating element made of rod graphite, and a positive electrode of a DC glow discharge is provided above the processing chamber. connection,
In addition, a cathode was connected to the mounting table of the processed product, and a carburizing apparatus (manufactured by JEOL Ltd.) capable of introducing a process gas by appropriately switching and introducing a process gas at a key point in the processing chamber was used.

【0033】先ず、処理室を排気し、真空状態で500
℃に加熱した。そして、フッ化窒素(NF3 )ガスを含
む窒素ガスを処理室内に導入し、30分保持し、表面の
酸化膜をフッ化膜に置換するフッ化処理を行なった。
First, the processing chamber is evacuated, and 500
Heated to ° C. Then, a nitrogen gas containing a nitrogen fluoride (NF 3 ) gas was introduced into the processing chamber, held for 30 minutes, and fluoridation treatment for replacing the oxide film on the surface with the fluoride film was performed.

【0034】次に、プラズマ浸炭処理条件としては、ガ
ス組成を10%プロパンガス、90パーセント水素ガス
とし、圧力100Pa、処理時間3時間、処理温度50
0℃として、処理後に窒素ガスを処理室内に圧入して常
温にまで冷却した。
Next, plasma carburizing conditions are as follows: gas composition is 10% propane gas, 90% hydrogen gas, pressure 100 Pa, processing time 3 hours, processing temperature 50
After the temperature was set to 0 ° C., nitrogen gas was injected into the processing chamber and cooled to room temperature.

【0035】以上の処理を施した実施例のプラズマ浸炭
品と、ブランクとしての未処理品について、以下の装置
および条件で摩擦・摩耗試験および金属材料引張試験
(JIS Z2241)を行ない、その結果を図1およ
び表1に示した。
With respect to the plasma carburized product of the embodiment subjected to the above treatment and the untreated product as a blank, a friction / wear test and a metal material tensile test (JIS Z2241) were performed under the following equipment and conditions. The results are shown in FIG. 1 and Table 1.

【0036】すなわち、カウンターウェイトによって、
一端に1.96Nの荷重が掛かるように支持されたアー
ムの一端下面に、ピン型の摺動相手材(軸受鋼:SUS
J2)を固定し、この摺動相手材を前記荷重にて平板状
の試料片表面に押しつけた状態で、試料片をアームの長
手方向と直角方向に強制的に速度20mm/秒、5mm
のストロークで往復運動させた。このとき、摺動相手材
と試料片間に働く摩擦力をアームに生じた歪みとして歪
みゲージによって検出し、その歪み量をA/D変換器を
介してコンピュータに入力して摩擦係数を算出した。な
お、この実験は摩擦時間を2時間とし、相対湿度50〜
60%、常温下で行なった。
That is, by the counter weight,
A pin type sliding mating material (bearing steel: SUS) is provided on the lower surface of one end of the arm supported so that a load of 1.96 N is applied to one end.
J2) is fixed, and the sample is forcibly moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the arm at a speed of 20 mm / sec.
Was reciprocated with a stroke of. At this time, the frictional force acting between the sliding partner and the sample piece was detected as strain generated in the arm by a strain gauge, and the amount of the strain was input to a computer via an A / D converter to calculate a friction coefficient. . In this experiment, the friction time was 2 hours, and the relative humidity was 50 to
This was performed at room temperature at 60%.

【0037】摩耗特性については、表面粗さ計によって
測定した試料片の摩耗痕の断面形状、または実験前後の
試料片の重量変化から摩耗重量または摩耗体積を求め、
摩擦実験後の比摩耗量(mm3 /Nm)を求め、結果を
図中に併記した。
With respect to the wear characteristics, the wear weight or the wear volume was determined from the cross-sectional shape of the wear mark of the sample piece measured by the surface roughness meter or the weight change of the sample piece before and after the experiment.
The specific wear (mm 3 / Nm) after the friction test was determined, and the results are also shown in the figure.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】〔実施例2〕実施例1で用いたチタンに代
えて、予め、溶体化処理(900℃で1時間の水冷)と
時効処理(720℃で1時間の加熱)された耐熱鋼(J
IS G 4311)のSUH660(A−286)を
用いたこと以外は、実施例1と全く同じ条件にてフッ化
処理およびプラズマ浸炭処理を行なって試験片を製造し
た。
Example 2 Instead of titanium used in Example 1, heat-treated steel (solution heat treatment (900 ° C. for 1 hour with water cooling) and aging treatment (720 ° C. for 1 hour)) J
Except for using SUH660 (A-286) of IS G 4311), a fluorination treatment and a plasma carburization treatment were performed under exactly the same conditions as in Example 1 to produce a test piece.

【0040】また、実施例2についても実施例1につい
て行なった摩擦・摩耗試験を行ないこれらの結果を図2
および表1に示した。
The friction and abrasion tests performed on the first embodiment were also performed on the second embodiment, and the results are shown in FIG.
And Table 1.

【0041】〔比較例1〕実施例1で用いた処理室に試
験片を収容し、真空中で500℃まで加熱した後、フッ
化処理を行わず、水素ガス200ml/分とアルゴンガ
ス24ml/分の混合クリーニングガスを導入して炉内
を65Paに調整し、電流値0.3A、電圧430Vで
クリーニング処理を行なった。その後は、実施例1と全
く同様にプラズマ浸炭処理を行なった。
[Comparative Example 1] A test piece was placed in the processing chamber used in Example 1 and heated to 500 ° C in a vacuum. Then, fluoridation was not performed, and hydrogen gas 200 ml / min and argon gas 24 ml / The cleaning treatment was carried out at a current value of 0.3 A and a voltage of 430 V by adjusting the inside of the furnace to 65 Pa by introducing a mixed cleaning gas for one minute. Thereafter, plasma carburizing was performed in exactly the same manner as in Example 1.

【0042】得られた比較例1の試験片について、実施
例1に対して行なった同じ実験を行ない、その結果を図
1および表1中に併記した。
The same experiment as in Example 1 was performed on the obtained test piece of Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. 1 and Table 1.

【0043】〔比較例2〕比較例1において、クリーニ
ング処理およびプラズマ浸炭処理の温度を800℃に変
更したこと以外は、比較例1と全く同様にして試験片を
製造し、かつ同じ実験を行ない、その結果を図1および
表1中に併記した。
Comparative Example 2 A test piece was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the temperatures of the cleaning treatment and the plasma carburizing treatment were changed to 800 ° C., and the same experiment was performed. The results are shown in FIG. 1 and Table 1.

【0044】〔比較例3〕実施例2で用いた処理室に試
験片を収容し、真空中で500℃まで加熱した後、フッ
化処理を行わず、水素ガス200ml/分とアルゴンガ
ス24ml/分の混合クリーニングガスを導入して炉内
を65Paに調整し、電流値0.3A、電圧430Vで
クリーニング処理を行なった。その後は、実施例2と全
く同様にプラズマ浸炭処理を行なった。
[Comparative Example 3] A test piece was placed in the processing chamber used in Example 2 and heated to 500 ° C in a vacuum. Thereafter, fluorination was not performed, and hydrogen gas 200 ml / min and argon gas 24 ml / Then, the inside of the furnace was adjusted to 65 Pa by introducing a mixed cleaning gas for 3 minutes, and a cleaning process was performed at a current value of 0.3 A and a voltage of 430 V. Thereafter, plasma carburizing treatment was performed in exactly the same manner as in Example 2.

【0045】得られた比較例3の試験片について、実施
例2に対して行なった同じ実験を行ない、その結果を図
2および表1中に併記した。
The same experiment as that of Example 2 was performed on the obtained test piece of Comparative Example 3, and the results are shown in FIG. 2 and Table 1.

【0046】〔比較例4〕比較例3において、クリーニ
ング処理およびプラズマ浸炭処理の温度を800℃に変
更したこと以外は、比較例3と全く同様にして試験片を
製造し、かつ同じ実験を行ない、その結果を図2および
表1中に併記した。
Comparative Example 4 A test piece was produced in the same manner as in Comparative Example 3, except that the temperatures of the cleaning treatment and the plasma carburizing treatment were changed to 800 ° C., and the same experiment was performed. The results are shown in FIG. 2 and Table 1.

【0047】図1および図2の結果からも明らかなよう
に、実施例1と実施例2のチタン合金または耐熱鋼に対
する浸炭処理品は、比較例1、2、3、4の処理品と比
べて摩擦摩耗特性は同等であるか、またはそれ以上に優
れていた。
As is clear from the results shown in FIGS. 1 and 2, the carburized products of the titanium alloys or heat-resistant steels of Examples 1 and 2 were compared with those of Comparative Examples 1, 2, 3, and 4. And the friction and wear properties were comparable or better.

【0048】さらに表1の結果からも明らかなように、
実施例1と実施例2のチタン合金または耐熱鋼に対する
浸炭処理は、高温でクリーニング処理された比較例2、
4の処理品に比べて金属材料引張試験における結果が優
れていた。
As is clear from the results in Table 1,
The carburizing treatment of the titanium alloy or the heat-resistant steel of Example 1 and Example 2 was performed in Comparative Example 2, which was cleaned at a high temperature.
The result in the metal material tensile test was superior to the treated product of No. 4.

【0049】このように実施例1、2は、摩擦摩耗特性
およひ母材の機械的強度のいずれにも優れた特性を示し
た。
As described above, Examples 1 and 2 exhibited excellent properties in both friction and wear characteristics and mechanical strength of the base material.

【0050】[0050]

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、所定
温度に加熱したチタン金属または耐熱鋼の表面をフッ素
系ガス雰囲気中でフッ化処理した後、所定温度範囲でプ
ラズマ浸炭処理する方法であり、金属母材の機械的強度
を処理前に比べて低下させることなく、しかも優れた耐
摩耗性、低摩擦係数および耐腐食性が得られるという利
点がある。
As described above, the present invention provides a method of subjecting a surface of titanium metal or heat-resistant steel heated to a predetermined temperature to a fluorination treatment in a fluorine-based gas atmosphere and then performing a plasma carburization treatment in a predetermined temperature range. In addition, there is an advantage that excellent wear resistance, a low coefficient of friction and corrosion resistance can be obtained without lowering the mechanical strength of the metal base material as compared with before the treatment.

【0051】上記した利点は、フッ化処理に用いるフッ
素系ガスとして、フッ化窒素ガスを採用した場合により
確実に得られる。
The above advantages can be obtained more reliably when nitrogen fluoride gas is used as the fluorine-based gas used for the fluorination treatment.

【0052】また、被処理金属の材質が、耐熱鋼であ
り、さらにオーステナイト系耐熱鋼の場合においても上
記した利点がより確実に得られる。
Further, even when the material of the metal to be treated is heat-resistant steel and austenitic heat-resistant steel, the above-mentioned advantages can be obtained more reliably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例と比較例の軸受鋼に対する摩擦係数と比
摩耗量を示す図表
FIG. 1 is a table showing a coefficient of friction and a specific wear amount for bearing steels of an example and a comparative example.

【図2】実施例と比較例の軸受鋼に対する摩擦係数と比
摩耗量を示す図表
FIG. 2 is a table showing a coefficient of friction and a specific wear amount with respect to bearing steel in Examples and Comparative Examples.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 信一 大阪市東住吉区北田辺5丁目8番25−404 号 (72)発明者 辻 宣佳 大阪狭山市池之原4丁目18−14−904 Fターム(参考) 4K028 BA03 BA12 BA14 BA22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Shinichi Tanaka, Inventor 5-5-24-404 Kitabebe, Higashisumiyoshi-ku, Osaka (72) Inventor Noriyoshi Tsuji 4-18-14-904F, Ikenohara, Osaka Sayama-shi Terms (reference) 4K028 BA03 BA12 BA14 BA22

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フッ素系ガスを含有する雰囲気中でチタ
ン金属または耐熱鋼を350℃以上700℃未満に加熱
して表面をフッ化処理した後、前記チタン金属または耐
熱鋼を炭化水素ガスを含有する10〜2000Pa、3
50℃以上700℃未満の雰囲気内においてプラズマ浸
炭処理することからなるプラズマ浸炭処理方法。
1. Titanium metal or heat-resistant steel is heated to 350 ° C. or more and less than 700 ° C. in an atmosphere containing a fluorine-based gas to fluorinate the surface, and then the titanium metal or heat-resistant steel contains hydrocarbon gas. 10 to 2000 Pa, 3
A plasma carburizing method comprising performing plasma carburizing in an atmosphere of 50 ° C. or more and less than 700 ° C.
【請求項2】 フッ素系ガスが、フッ化窒素ガスである
請求項1記載のプラズマ浸炭処理方法。
2. The plasma carburizing method according to claim 1, wherein the fluorine-based gas is a nitrogen fluoride gas.
【請求項3】 耐熱鋼が、オーステナイト系耐熱鋼であ
る請求項1または2に記載のプラズマ浸炭処理方法。
3. The plasma carburizing method according to claim 1, wherein the heat-resistant steel is an austenitic heat-resistant steel.
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