JP2002080958A - 金属材料表面に対する炭窒化物層形成方法及び表面に炭窒化物層を備えるチタン系金属材料 - Google Patents
金属材料表面に対する炭窒化物層形成方法及び表面に炭窒化物層を備えるチタン系金属材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】金属材料の表面に容易に炭窒化物層を形成でき
る方法を提供する。また、高い表面硬度を備え、耐摩耗
性に優れたチタン系金属材料を提供する。 【解決手段】金属材料の表面に黒鉛を配置し、窒素雰囲
気下で加熱処理することにより、該金属材料表面に炭窒
化物層を形成する。前記窒素雰囲気下の加熱処理は、１
１００〜１３００℃の範囲の温度に、１０分〜９０分間
保持して行う。チタン系金属からなる前記金属材料の表
面に前記炭窒化物層として炭窒化チタン層を形成する。
前記チタン系金属材料は、表面に黒鉛を配置したチタン
系金属材料を、窒素雰囲気下で加熱処理することによ
り、該金属材料表面に炭窒化チタン層を形成することに
より得られ、表面硬度がビッカース硬度で１０００Ｈｖ
以上である。
る方法を提供する。また、高い表面硬度を備え、耐摩耗
性に優れたチタン系金属材料を提供する。 【解決手段】金属材料の表面に黒鉛を配置し、窒素雰囲
気下で加熱処理することにより、該金属材料表面に炭窒
化物層を形成する。前記窒素雰囲気下の加熱処理は、１
１００〜１３００℃の範囲の温度に、１０分〜９０分間
保持して行う。チタン系金属からなる前記金属材料の表
面に前記炭窒化物層として炭窒化チタン層を形成する。
前記チタン系金属材料は、表面に黒鉛を配置したチタン
系金属材料を、窒素雰囲気下で加熱処理することによ
り、該金属材料表面に炭窒化チタン層を形成することに
より得られ、表面硬度がビッカース硬度で１０００Ｈｖ
以上である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料表面に炭
窒化物層を形成する方法及び該方法により得られる表面
に炭窒化物層を備えるチタン系金属材料に関するもので
ある。
窒化物層を形成する方法及び該方法により得られる表面
に炭窒化物層を備えるチタン系金属材料に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】純チタン及びチタン合金等のチタン系金
属材料は、軽量でありながら高い強度を備えると共に、
優れた耐食性を備えているので、航空宇宙機器用材料、
自動車用材料等の多くの分野で用いられている。また、
前記チタン系金属材料は、前記特性に加え、生体親和性
にも優れているので、スポーツ用品、眼鏡、医療器具、
生体埋込用材料等にも用いられている。
属材料は、軽量でありながら高い強度を備えると共に、
優れた耐食性を備えているので、航空宇宙機器用材料、
自動車用材料等の多くの分野で用いられている。また、
前記チタン系金属材料は、前記特性に加え、生体親和性
にも優れているので、スポーツ用品、眼鏡、医療器具、
生体埋込用材料等にも用いられている。
【０００３】ところで、前記チタン系金属材料は、前記
のように強度、耐食性に優れる一方で、硬度は必ずしも
高いとは言えず、このためエンジンバルブ、ピストンリ
ング、或いは人工関節等の摺動部材に用いる場合には、
十分な耐摩耗性が得られないことがある。特に人工関節
等の生体埋込用材料に用いる場合には、摩耗により発生
する粉末が周辺の生体組織に炎症を誘発することが報告
されている（平成１１年度日本金属学会北海道支部講演
大会概要集、ｐ．２５）。
のように強度、耐食性に優れる一方で、硬度は必ずしも
高いとは言えず、このためエンジンバルブ、ピストンリ
ング、或いは人工関節等の摺動部材に用いる場合には、
十分な耐摩耗性が得られないことがある。特に人工関節
等の生体埋込用材料に用いる場合には、摩耗により発生
する粉末が周辺の生体組織に炎症を誘発することが報告
されている（平成１１年度日本金属学会北海道支部講演
大会概要集、ｐ．２５）。
【０００４】そこで、チタン系金属材料の耐摩耗性を改
良するために、表面硬度を向上させる技術が種々提案さ
れている。例えば、特開昭６３−１５７８５２号公報に
は、メタン等の浸炭性ガス雰囲気下にチタン合金材料を
加熱処理して浸炭処理し、該チタン合金材料の表面に炭
素が固溶した層を形成する技術が開示されている。ま
た、特開平２−２５５５９号公報には、アンモニアガス
を主成分とする雰囲気下にチタン合金材料を加熱処理し
て窒化処理し、該チタン合金材料の表面に窒化チタン層
を形成する技術が開示されている。
良するために、表面硬度を向上させる技術が種々提案さ
れている。例えば、特開昭６３−１５７８５２号公報に
は、メタン等の浸炭性ガス雰囲気下にチタン合金材料を
加熱処理して浸炭処理し、該チタン合金材料の表面に炭
素が固溶した層を形成する技術が開示されている。ま
た、特開平２−２５５５９号公報には、アンモニアガス
を主成分とする雰囲気下にチタン合金材料を加熱処理し
て窒化処理し、該チタン合金材料の表面に窒化チタン層
を形成する技術が開示されている。
【０００５】前記各公報記載の技術によれば、前記チタ
ン合金材料の表面硬度を向上することができるが、この
場合の表面硬度は約７００〜８８０Ｈｖ（ビッカース硬
度）に過ぎず、該チタン合金材料の耐摩耗性を改良する
ために十分とは言えない。
ン合金材料の表面硬度を向上することができるが、この
場合の表面硬度は約７００〜８８０Ｈｖ（ビッカース硬
度）に過ぎず、該チタン合金材料の耐摩耗性を改良する
ために十分とは言えない。
【０００６】これに対して、前記チタン系金属材料の表
面に、前記窒化チタン層を形成すると共に該窒化チタン
層に炭素が固溶した炭窒化物層を形成するならば、前記
耐摩耗性を改良するに十分な硬度が得られると考えられ
る。金属材料の表面に前記炭窒化チタン層を形成する方
法として、特開平６−１３６５１５号公報、特開平６−
３４６２２５号公報には、イオンプレーティングによる
方法が開示されている。前記イオンプレーティングによ
る方法は、チタンターゲットからアーク放電等によりチ
タンイオンを放出させると共に、該チタンイオンを炭化
水素ガス、窒素ガス等のガスと反応せしめることによ
り、鋼材等の金属材料の表面に炭窒化チタン層を形成す
るものである。
面に、前記窒化チタン層を形成すると共に該窒化チタン
層に炭素が固溶した炭窒化物層を形成するならば、前記
耐摩耗性を改良するに十分な硬度が得られると考えられ
る。金属材料の表面に前記炭窒化チタン層を形成する方
法として、特開平６−１３６５１５号公報、特開平６−
３４６２２５号公報には、イオンプレーティングによる
方法が開示されている。前記イオンプレーティングによ
る方法は、チタンターゲットからアーク放電等によりチ
タンイオンを放出させると共に、該チタンイオンを炭化
水素ガス、窒素ガス等のガスと反応せしめることによ
り、鋼材等の金属材料の表面に炭窒化チタン層を形成す
るものである。
【０００７】しかしながら、前記イオンプレーティング
による方法は、ターゲットからイオンを放出させるため
にアーク放電等の設備を必要とするので、装置が大がか
りになり、製造コストの増大が避けられない。
による方法は、ターゲットからイオンを放出させるため
にアーク放電等の設備を必要とするので、装置が大がか
りになり、製造コストの増大が避けられない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、金属材料の表面に容易に炭窒化物層を形
成することができる方法を提供することを目的とする。
合を解消して、金属材料の表面に容易に炭窒化物層を形
成することができる方法を提供することを目的とする。
【０００９】また、本発明の目的は、高い表面硬度を備
え、耐摩耗性に優れたチタン系金属材料を提供すること
にもある。
え、耐摩耗性に優れたチタン系金属材料を提供すること
にもある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の金属材料表面に対する炭窒化物層形成方
法は、金属材料の表面に黒鉛を配置し、窒素雰囲気下で
加熱処理することにより、該金属材料表面に炭窒化物層
を形成することを特徴とする。尚、本明細書において、
「炭窒化物」との用語は、母材となる金属材料の窒化物
に炭素が固溶している状態の化合物を意味する。
めに、本発明の金属材料表面に対する炭窒化物層形成方
法は、金属材料の表面に黒鉛を配置し、窒素雰囲気下で
加熱処理することにより、該金属材料表面に炭窒化物層
を形成することを特徴とする。尚、本明細書において、
「炭窒化物」との用語は、母材となる金属材料の窒化物
に炭素が固溶している状態の化合物を意味する。
【００１１】本発明の方法によれば、窒素ガスの加熱分
解により生じた窒素原子が前記金属材料と反応して該金
属材料表面に窒化物層を形成すると共に、該金属材料の
表面に配置された黒鉛が前記加熱処理により分解して炭
素原子を放出し、該炭素原子が前記窒化物層に固溶し
て、前記炭窒化物層を形成する。前記黒鉛の加熱分解に
より放出される炭素原子は、前記金属材料の表面に沿っ
て急速に拡散するので、前記黒鉛は前記金属材料の表面
に配置されてさえいればよく、該表面を完全に被覆する
必要はない。前記黒鉛は粉末状でも小片状でもよく、例
えば粉末状である場合には、前記金属材料の表面を薄く
覆う程度に配置されていればよい。
解により生じた窒素原子が前記金属材料と反応して該金
属材料表面に窒化物層を形成すると共に、該金属材料の
表面に配置された黒鉛が前記加熱処理により分解して炭
素原子を放出し、該炭素原子が前記窒化物層に固溶し
て、前記炭窒化物層を形成する。前記黒鉛の加熱分解に
より放出される炭素原子は、前記金属材料の表面に沿っ
て急速に拡散するので、前記黒鉛は前記金属材料の表面
に配置されてさえいればよく、該表面を完全に被覆する
必要はない。前記黒鉛は粉末状でも小片状でもよく、例
えば粉末状である場合には、前記金属材料の表面を薄く
覆う程度に配置されていればよい。
【００１２】従って、本発明の方法によれば、イオンプ
レーティング等のように大がかりな装置を必要とせず、
安価かつ容易に表面に炭窒化物層を備える金属材料を得
ることができる。
レーティング等のように大がかりな装置を必要とせず、
安価かつ容易に表面に炭窒化物層を備える金属材料を得
ることができる。
【００１３】また、本発明の方法において、前記窒素雰
囲気下の加熱処理は、１１００〜１３００℃の範囲の温
度に、１０分〜９０分間保持して行うことにより、前記
炭窒化物層を短時間で十分な厚さに形成することがで
き、高い硬度を得ることができる。本発明の方法では、
前記加熱温度と保持時間とは、重要なプロセス・パラメ
ータであり、加熱処理条件を前記範囲で調整することに
より、前記炭窒化物層の厚さを自由に制御することがで
きる。
囲気下の加熱処理は、１１００〜１３００℃の範囲の温
度に、１０分〜９０分間保持して行うことにより、前記
炭窒化物層を短時間で十分な厚さに形成することがで
き、高い硬度を得ることができる。本発明の方法では、
前記加熱温度と保持時間とは、重要なプロセス・パラメ
ータであり、加熱処理条件を前記範囲で調整することに
より、前記炭窒化物層の厚さを自由に制御することがで
きる。
【００１４】但し、前記加熱処理が１１００℃未満の温
度で１０分未満では、前記金属材料の窒化及び窒化物に
対する炭素の固溶が進行しにくく、十分な硬度が得られ
ない。また、前記加熱処理が１３００℃を超える温度
で、９０分を超えて行われると、母材である前記金属材
料が熱により損傷を受けることがある。
度で１０分未満では、前記金属材料の窒化及び窒化物に
対する炭素の固溶が進行しにくく、十分な硬度が得られ
ない。また、前記加熱処理が１３００℃を超える温度
で、９０分を超えて行われると、母材である前記金属材
料が熱により損傷を受けることがある。
【００１５】本発明の方法は、各種鋼材、純チタン、チ
タン合金等に適用することができるが、特に純チタン、
チタン合金等のチタン系金属からなる前記金属材料の表
面に前記炭窒化物層として炭窒化チタン層を形成する場
合に有利に適用することができる。本発明の方法によ
り、表面に炭窒化チタン層が形成されたチタン系金属
は、本来備えている軽量性、生体親和性に加えて、前記
高い硬度による優れた耐摩耗性が得られる。そこで、前
記チタン系金属は、エンジンバルブ、ピストンリング、
人工関節等の摺動部材に好適に用いることができる。
タン合金等に適用することができるが、特に純チタン、
チタン合金等のチタン系金属からなる前記金属材料の表
面に前記炭窒化物層として炭窒化チタン層を形成する場
合に有利に適用することができる。本発明の方法によ
り、表面に炭窒化チタン層が形成されたチタン系金属
は、本来備えている軽量性、生体親和性に加えて、前記
高い硬度による優れた耐摩耗性が得られる。そこで、前
記チタン系金属は、エンジンバルブ、ピストンリング、
人工関節等の摺動部材に好適に用いることができる。
【００１６】尚、本明細書において、「チタン系金属」
との用語は、純チタンまたはチタン合金を意味する。ま
た、前記純チタンは、製造工程等で不可避的に混入する
微量の不純物を含んでいてもよい。
との用語は、純チタンまたはチタン合金を意味する。ま
た、前記純チタンは、製造工程等で不可避的に混入する
微量の不純物を含んでいてもよい。
【００１７】また、本発明のチタン系金属材料は、前記
本発明の方法により、表面に黒鉛を配置したチタン系金
属材料を、窒素雰囲気下で加熱処理することにより、該
金属材料表面に炭窒化チタン層を形成してなるものであ
って、表面硬度がビッカース硬度で１０００Ｈｖ以上で
あることを特徴とする。
本発明の方法により、表面に黒鉛を配置したチタン系金
属材料を、窒素雰囲気下で加熱処理することにより、該
金属材料表面に炭窒化チタン層を形成してなるものであ
って、表面硬度がビッカース硬度で１０００Ｈｖ以上で
あることを特徴とする。
【００１８】本発明のチタン系金属材料は、表面硬度が
前記範囲にあることにより、エンジンバルブ、ピストン
リング、人工関節等の摺動部材に好適な耐摩耗性を得る
ことができる。但し、前記表面硬度がビッカース硬度で
１０００Ｈｖ未満では、前記摺動部材に好適な耐摩耗性
を得ることができない。また、本発明の方法によれば前
記表面硬度をビッカース硬度で２０００Ｈｖ程度とする
ことも可能である。
前記範囲にあることにより、エンジンバルブ、ピストン
リング、人工関節等の摺動部材に好適な耐摩耗性を得る
ことができる。但し、前記表面硬度がビッカース硬度で
１０００Ｈｖ未満では、前記摺動部材に好適な耐摩耗性
を得ることができない。また、本発明の方法によれば前
記表面硬度をビッカース硬度で２０００Ｈｖ程度とする
ことも可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態で得られた金属材料のＸ線微小分析（Ｅ
ＰＭＡ）の結果を示すグラフ、図２は本実施形態で得ら
れた金属材料における表面からの深さ、保持時間と硬度
との関係を示すグラフ、図３は本実施形態で得られた金
属材料における保持時間、加熱温度と表面硬度との関係
を示すグラフ、図４は本実施形態で得られた金属材料に
おける保持時間、加熱温度と炭窒化物層の厚さとの関係
を示すグラフである。
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態で得られた金属材料のＸ線微小分析（Ｅ
ＰＭＡ）の結果を示すグラフ、図２は本実施形態で得ら
れた金属材料における表面からの深さ、保持時間と硬度
との関係を示すグラフ、図３は本実施形態で得られた金
属材料における保持時間、加熱温度と表面硬度との関係
を示すグラフ、図４は本実施形態で得られた金属材料に
おける保持時間、加熱温度と炭窒化物層の厚さとの関係
を示すグラフである。
【００２０】本実施形態では、金属材料として、直径１
０ｍｍ、厚さ５ｍｍの純チタン（Ｔｉ：９９．５ｗｔ
％、残部不可避的不純物）円盤を準備した。次に、前記
純チタン円盤を黒鉛製容器に収容し、該純チタン円盤の
表面を薄く覆うように黒鉛粉末を配置した。
０ｍｍ、厚さ５ｍｍの純チタン（Ｔｉ：９９．５ｗｔ
％、残部不可避的不純物）円盤を準備した。次に、前記
純チタン円盤を黒鉛製容器に収容し、該純チタン円盤の
表面を薄く覆うように黒鉛粉末を配置した。
【００２１】次に、前記純チタン円盤を前記黒鉛製容器
と共に真空炉に収容し、チタンの酸化を避けるために、
炉内を１３３．３×１０-3Ｐａ程度に減圧した。次に、
超高純度窒素ガス（Ｎ2：９９．９９ｖｏｌ％）を前記
真空炉内に導入し、逆流防止弁を介して過剰ガスを炉外
に放出することにより、炉内圧力を約１気圧に保持し、
前記窒素雰囲気下に前記純チタン円盤を加熱処理するこ
とにより、該純チタン円盤の表面に炭窒化チタン層を形
成した。
と共に真空炉に収容し、チタンの酸化を避けるために、
炉内を１３３．３×１０-3Ｐａ程度に減圧した。次に、
超高純度窒素ガス（Ｎ2：９９．９９ｖｏｌ％）を前記
真空炉内に導入し、逆流防止弁を介して過剰ガスを炉外
に放出することにより、炉内圧力を約１気圧に保持し、
前記窒素雰囲気下に前記純チタン円盤を加熱処理するこ
とにより、該純チタン円盤の表面に炭窒化チタン層を形
成した。
【００２２】前記炭窒化チタン層は、前記加熱処理によ
り前記窒素ガスと純チタンとの反応により生成した窒化
チタンに、前記黒鉛の加熱分解により生成した炭素が固
溶したものである。尚、前記加熱処理は、温度及び保持
時間を変えて、複数通り行った。
り前記窒素ガスと純チタンとの反応により生成した窒化
チタンに、前記黒鉛の加熱分解により生成した炭素が固
溶したものである。尚、前記加熱処理は、温度及び保持
時間を変えて、複数通り行った。
【００２３】次に、前記加熱処理を１２００℃の温度に
２０分間保持することにより行ったときに得られた純チ
タン円盤の表面を光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡によ
り観察したところ、単相組織であることが確認された。
また、前記純チタン円盤の表面をＸ線微小分析（ＥＰＭ
Ａ）により解析したところ、図１に示すように、表面か
ら２０μｍ以内の範囲では、Ｃ及びＮの原子濃度の和が
Ｔｉの原子濃度と略同程度となっていた。そして、該組
成をＣ−Ｎ−Ｔｉ三元系平行状態図に対応させたとこ
ろ、窒化チタン（ＴｉＮ）に炭素が固溶した化合物相に
一致した。従って、前記純チタン円盤の表面には、窒化
チタンに炭素が固溶した化合物である炭窒化チタン（Ｔ
ｉ（Ｃ，Ｎ））からなる層が形成されていると考えられ
る。
２０分間保持することにより行ったときに得られた純チ
タン円盤の表面を光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡によ
り観察したところ、単相組織であることが確認された。
また、前記純チタン円盤の表面をＸ線微小分析（ＥＰＭ
Ａ）により解析したところ、図１に示すように、表面か
ら２０μｍ以内の範囲では、Ｃ及びＮの原子濃度の和が
Ｔｉの原子濃度と略同程度となっていた。そして、該組
成をＣ−Ｎ−Ｔｉ三元系平行状態図に対応させたとこ
ろ、窒化チタン（ＴｉＮ）に炭素が固溶した化合物相に
一致した。従って、前記純チタン円盤の表面には、窒化
チタンに炭素が固溶した化合物である炭窒化チタン（Ｔ
ｉ（Ｃ，Ｎ））からなる層が形成されていると考えられ
る。
【００２４】次に、前記窒素ガス雰囲気下、前記純チタ
ン円盤を１１１５℃の温度に、それぞれ３０分、６０
分、９０分保持して前記加熱処理を行ったときの表面か
らの深さと硬度との関係を図２に示す。また、前記加熱
処理を全く行わなかった場合の表面からの深さと硬度と
の関係を、保持時間０分として、図２に併せて示す。
ン円盤を１１１５℃の温度に、それぞれ３０分、６０
分、９０分保持して前記加熱処理を行ったときの表面か
らの深さと硬度との関係を図２に示す。また、前記加熱
処理を全く行わなかった場合の表面からの深さと硬度と
の関係を、保持時間０分として、図２に併せて示す。
【００２５】図２から、加熱処理を全く行わないときに
は表面から内部にかけて略同一の硬度であるが、前記加
熱処理を行うと、表面ほど高い硬度が得られ、内部に行
くに従って硬度が低下する硬度勾配が形成されることが
明らかである。また、保持時間が長くなるほど表面から
深い位置でも高い硬度が得られることが明らかである。
は表面から内部にかけて略同一の硬度であるが、前記加
熱処理を行うと、表面ほど高い硬度が得られ、内部に行
くに従って硬度が低下する硬度勾配が形成されることが
明らかである。また、保持時間が長くなるほど表面から
深い位置でも高い硬度が得られることが明らかである。
【００２６】尚、保持時間９０分の場合には、前記のよ
うに表面から深い位置で保持時間３０分または６０分の
場合よりも高い硬度が得られる。
うに表面から深い位置で保持時間３０分または６０分の
場合よりも高い硬度が得られる。
【００２７】次に、前記窒素ガス雰囲気下、前記純チタ
ン円盤を、それぞれ１１１５℃、１２００℃、１３００
℃の温度に５〜１００分保持した。加熱温度、保持時間
と表面硬度との関係を図３に、加熱温度、保持時間と炭
窒化チタン層の厚さとの関係を図４に示す。
ン円盤を、それぞれ１１１５℃、１２００℃、１３００
℃の温度に５〜１００分保持した。加熱温度、保持時間
と表面硬度との関係を図３に、加熱温度、保持時間と炭
窒化チタン層の厚さとの関係を図４に示す。
【００２８】図３及び図４から、加熱温度及び保持時間
を調整することにより、前記純チタン円盤の表面硬度
と、形成される炭窒化チタン層の厚さとを自由に制御す
ることができることが明らかである。
を調整することにより、前記純チタン円盤の表面硬度
と、形成される炭窒化チタン層の厚さとを自由に制御す
ることができることが明らかである。
【００２９】また、図３から前記加熱処理における保持
時間が１０分未満では前記純チタン円盤の表面で十分な
硬度が得られないことが明らかである。さらに、図３及
び図４から、前記加熱温度が低くなるほど、所望の硬度
及び所望の厚さの炭窒化層を得るために長時間を要する
ことが明らかである。
時間が１０分未満では前記純チタン円盤の表面で十分な
硬度が得られないことが明らかである。さらに、図３及
び図４から、前記加熱温度が低くなるほど、所望の硬度
及び所望の厚さの炭窒化層を得るために長時間を要する
ことが明らかである。
【００３０】尚、本実施形態では、金属材料として前記
純チタン円盤を用いる例について説明しているが、チタ
ン合金の場合にも本実施形態と同一の方法により表面に
炭窒化チタン層を形成することができる。また、純チタ
ン、チタン合金等のチタン系金属に替えて、鋼材等の他
の金属材料の場合にも、本実施形態と同一の方法によ
り、その表面に母材の炭窒化物層を形成することができ
る。
純チタン円盤を用いる例について説明しているが、チタ
ン合金の場合にも本実施形態と同一の方法により表面に
炭窒化チタン層を形成することができる。また、純チタ
ン、チタン合金等のチタン系金属に替えて、鋼材等の他
の金属材料の場合にも、本実施形態と同一の方法によ
り、その表面に母材の炭窒化物層を形成することができ
る。
【００３１】本発明の方法によれば、チタン系金属材料
の表面に炭窒化チタン層を形成するときに、前述のよう
に加熱温度及び保持時間を調整することにより、前記表
面硬度がビッカース硬度で１０００Ｈｖ以上であるチタ
ン系金属材料を得ることができ、かかるチタン系金属材
料は、エンジンバルブ、ピストンリング、人工関節等の
摺動部材に好適に用いることができる。
の表面に炭窒化チタン層を形成するときに、前述のよう
に加熱温度及び保持時間を調整することにより、前記表
面硬度がビッカース硬度で１０００Ｈｖ以上であるチタ
ン系金属材料を得ることができ、かかるチタン系金属材
料は、エンジンバルブ、ピストンリング、人工関節等の
摺動部材に好適に用いることができる。
【図１】本発明の一実施形態で得られた金属材料のＸ線
微小分析（ＥＰＭＡ）の結果を示すグラフ。
微小分析（ＥＰＭＡ）の結果を示すグラフ。
【図２】本発明の一実施形態で得られた金属材料におけ
る表面からの深さ、保持時間と硬度との関係を示すグラ
フ。
る表面からの深さ、保持時間と硬度との関係を示すグラ
フ。
【図３】本発明の一実施形態で得られた金属材料におけ
る保持時間、加熱温度と表面硬度との関係を示すグラ
フ。
る保持時間、加熱温度と表面硬度との関係を示すグラ
フ。
【図４】本発明の一本実施形態で得られた金属材料にお
ける保持時間、加熱温度と炭窒化物層の厚さとの関係を
示すグラフ。
ける保持時間、加熱温度と炭窒化物層の厚さとの関係を
示すグラフ。
符号なし。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 清隆 北海道恵庭市恵み野東２丁目２番４号 (72)発明者 工藤 昌行 北海道札幌市北区新琴似11条14丁目10番５ 号
Claims (4)
- 【請求項１】金属材料の表面に黒鉛を配置し、窒素雰囲
気下で加熱処理することにより、該金属材料表面に炭窒
化物層を形成することを特徴とする金属材料表面に対す
る炭窒化物層形成方法。 - 【請求項２】前記窒素雰囲気下の加熱処理は、１１００
〜１３００℃の範囲の温度に、１０分〜９０分間保持し
て行うことを特徴とする請求項１記載の炭窒化物層形成
方法。 - 【請求項３】チタン系金属からなる前記金属材料の表面
に前記炭窒化物層として炭窒化チタン層を形成すること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の炭窒化物層
形成方法。 - 【請求項４】表面に黒鉛を配置したチタン系金属材料
を、窒素雰囲気下で加熱処理することにより、該金属材
料表面に炭窒化チタン層を形成してなり、表面硬度がビ
ッカース硬度で１０００Ｈｖ以上であることを特徴とす
るチタン系金属材料。
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