JP2002088463A - チタン金属の表面処理方法 - Google Patents
チタン金属の表面処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 浸炭処理を低温で行なった場合に、炭素がチ
タン金属表面でアモルファス化して堆積することなく、
７００℃未満でも確実に金属原子間に侵入する浸炭処理
方法とすることである。 【解決手段】 水素ガスを含有するクリーニング用ガス
雰囲気中でチタン金属を４００〜６９０℃に加熱し、２
００〜１５００Ｖの直流電圧を印加して表面をクリーニ
ング処理した後、炭素原子（Ｃ）に対する水素原子
（Ｈ）のモル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された
浸炭用ガスからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６９０
℃の雰囲気内でプラズマ浸炭処理することからなるチタ
ン金属の表面処理方法とする。ガス中の電離反応が適度
に抑制され、浸炭に利用されずにススやガラスライクカ
ーボンになるような過剰のカーボンが浸炭時の雰囲気に
存在しないので、浸炭反応が順調に進行する。
タン金属表面でアモルファス化して堆積することなく、
７００℃未満でも確実に金属原子間に侵入する浸炭処理
方法とすることである。 【解決手段】 水素ガスを含有するクリーニング用ガス
雰囲気中でチタン金属を４００〜６９０℃に加熱し、２
００〜１５００Ｖの直流電圧を印加して表面をクリーニ
ング処理した後、炭素原子（Ｃ）に対する水素原子
（Ｈ）のモル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された
浸炭用ガスからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６９０
℃の雰囲気内でプラズマ浸炭処理することからなるチタ
ン金属の表面処理方法とする。ガス中の電離反応が適度
に抑制され、浸炭に利用されずにススやガラスライクカ
ーボンになるような過剰のカーボンが浸炭時の雰囲気に
存在しないので、浸炭反応が順調に進行する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、チタン金属の表
面処理方法に関する。
面処理方法に関する。
【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。
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。
【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。
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。
【０００４】このような純チタンまたはチタン合金から
なるチタン金属は、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おり、これらのチタン
金属製品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７−９０５４２号公報に開示さ
れた。
なるチタン金属は、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おり、これらのチタン
金属製品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７−９０５４２号公報に開示さ
れた。
【０００５】同公報によると、浸炭処理する前に、チタ
ン金属表面の表面酸化被膜を取り除く必要があり、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。
ン金属表面の表面酸化被膜を取り除く必要があり、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。
【０００６】このようなチタン金属などに対するクリー
ニング処理は、浸炭処理の場合と同様に７００℃以上の
高温で行われる。なぜなら、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
なえないなどの不利な理由があるからである。
ニング処理は、浸炭処理の場合と同様に７００℃以上の
高温で行われる。なぜなら、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
なえないなどの不利な理由があるからである。
【０００７】
【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従来法による浸炭処理
およびクリーニング処理では、金属母材の軟化による強
度低下が避けられないという問題がある。
に７００℃以上の高温で行われる従来法による浸炭処理
およびクリーニング処理では、金属母材の軟化による強
度低下が避けられないという問題がある。
【０００８】特に、チタン合金を母材として溶体化処理
を行い、その後に５００〜７００℃程度の時効処理を行
なって析出硬化をしている場合が多いが、その後、７０
０℃以上に加熱処理すると、α型(六方晶系)およびβ型
(等軸晶系)の組織が混在した相からなる表面層が形成さ
れ、これではチタン合金の表面にα型ばかりでなくβ型
も析出し、時効処理によるα型の析出硬化という効果が
低下してしまう場合がある。
を行い、その後に５００〜７００℃程度の時効処理を行
なって析出硬化をしている場合が多いが、その後、７０
０℃以上に加熱処理すると、α型(六方晶系)およびβ型
(等軸晶系)の組織が混在した相からなる表面層が形成さ
れ、これではチタン合金の表面にα型ばかりでなくβ型
も析出し、時効処理によるα型の析出硬化という効果が
低下してしまう場合がある。
【０００９】また、通常、チタン金属に対して７００℃
未満の低温でプラズマ浸炭処理を行なうと、炭素イオン
が非結晶（アモルファス）化しやすくなり、チタン金属
(処理品)に浸炭されずに表面でススやガラスライクカー
ボンとなって堆積してしまう。
未満の低温でプラズマ浸炭処理を行なうと、炭素イオン
が非結晶（アモルファス）化しやすくなり、チタン金属
(処理品)に浸炭されずに表面でススやガラスライクカー
ボンとなって堆積してしまう。
【００１０】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を改善し、チタン金属本来の強度を維持し、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
るように浸炭処理を行なうことである。
点を改善し、チタン金属本来の強度を維持し、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
るように浸炭処理を行なうことである。
【００１１】また、浸炭処理を低温で行なった場合に、
炭素がチタン金属表面でアモルファス化して堆積するこ
となく、７００℃未満でも確実に金属原子間に侵入する
浸炭処理方法とすることである。
炭素がチタン金属表面でアモルファス化して堆積するこ
となく、７００℃未満でも確実に金属原子間に侵入する
浸炭処理方法とすることである。
【００１２】
【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、炭素原子（Ｃ）に対する水素
原子（Ｈ）のモル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整さ
れた浸炭用ガスからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６
９０℃の雰囲気内でプラズマ浸炭処理することからなる
チタン金属の表面処理方法としたのである。
め、この発明においては、炭素原子（Ｃ）に対する水素
原子（Ｈ）のモル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整さ
れた浸炭用ガスからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６
９０℃の雰囲気内でプラズマ浸炭処理することからなる
チタン金属の表面処理方法としたのである。
【００１３】上記した浸炭処理方法によって所定の組成
からなる浸炭用ガスを用いてプラズマ浸炭処理を行なう
と、少量の電流密度で高電圧の条件を利用できるように
なり、１３〜４００Ｐａ程度の低圧下、４００〜６９０
℃の低温雰囲気内でチタン金属に対して表面から５０μ
ｍを超える深さまで確実にプラズマ浸炭処理をすること
ができる。因みに、プラズマ浸炭処理において、活性化
された炭素イオンは金属の結晶格子間に進入し、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、チタン金属の表層部に炭化金属層からなる
浸炭層が形成される。
からなる浸炭用ガスを用いてプラズマ浸炭処理を行なう
と、少量の電流密度で高電圧の条件を利用できるように
なり、１３〜４００Ｐａ程度の低圧下、４００〜６９０
℃の低温雰囲気内でチタン金属に対して表面から５０μ
ｍを超える深さまで確実にプラズマ浸炭処理をすること
ができる。因みに、プラズマ浸炭処理において、活性化
された炭素イオンは金属の結晶格子間に進入し、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、チタン金属の表層部に炭化金属層からなる
浸炭層が形成される。
【００１４】(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された浸炭
用ガスを使用し、かつ浸炭温度および浸炭ガス圧力を所
定範囲にすると、ガス中の電離反応が適度に抑制され、
浸炭に利用されずにススやガラスライクカーボンになる
ような過剰のカーボンが浸炭時の雰囲気に存在しないの
で、浸炭反応が順調に進行するのではないかと考えられ
る。
用ガスを使用し、かつ浸炭温度および浸炭ガス圧力を所
定範囲にすると、ガス中の電離反応が適度に抑制され、
浸炭に利用されずにススやガラスライクカーボンになる
ような過剰のカーボンが浸炭時の雰囲気に存在しないの
で、浸炭反応が順調に進行するのではないかと考えられ
る。
【００１５】また、６９０℃以下の低温でプラズマ浸炭
処理を行なうので、時効処理を行なった場合と同様に、
α型(六方晶系)およびβ型(等軸晶系)の組織が混在する
チタン金属の表面にα層が析出し、プラズマ浸炭処理の
所定温度におけるα型チタン金属の固溶限界まで表面に
多くの炭素を固溶させることができると考えられる。
処理を行なうので、時効処理を行なった場合と同様に、
α型(六方晶系)およびβ型(等軸晶系)の組織が混在する
チタン金属の表面にα層が析出し、プラズマ浸炭処理の
所定温度におけるα型チタン金属の固溶限界まで表面に
多くの炭素を固溶させることができると考えられる。
【００１６】また、前記同様の課題をより確実に解決す
るために、水素ガスを含有するクリーニング用ガス雰囲
気中でチタン金属を４００〜６９０℃に加熱し、２００
〜１５００Ｖの直流電圧を印加して表面をクリーニング
処理した後、炭素原子（Ｃ）に対する水素原子（Ｈ）の
モル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された浸炭用ガ
スからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６９０℃の雰囲
気内でプラズマ浸炭処理することからなるチタン金属の
表面処理方法を採用することが、より好ましい。
るために、水素ガスを含有するクリーニング用ガス雰囲
気中でチタン金属を４００〜６９０℃に加熱し、２００
〜１５００Ｖの直流電圧を印加して表面をクリーニング
処理した後、炭素原子（Ｃ）に対する水素原子（Ｈ）の
モル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された浸炭用ガ
スからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６９０℃の雰囲
気内でプラズマ浸炭処理することからなるチタン金属の
表面処理方法を採用することが、より好ましい。
【００１７】水素ガスを含有するクリーニング用ガス雰
囲気中でチタン金属を所定温度に加熱して直流電流を印
加すると、導入された水素ガスはプラズマ化し、陰極降
下によって加速しながらチタン金属表面に衝突し、酸化
物その他の付着物を還元しながら跳ね飛ばすことによ
り、効率よくチタン金属表面をクリーニングする。
囲気中でチタン金属を所定温度に加熱して直流電流を印
加すると、導入された水素ガスはプラズマ化し、陰極降
下によって加速しながらチタン金属表面に衝突し、酸化
物その他の付着物を還元しながら跳ね飛ばすことによ
り、効率よくチタン金属表面をクリーニングする。
【００１８】次に、前記同様に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を行なうと、クリーニ
ング処理された表面に炭化金属層からなる浸炭層が低温
でも堆積することなく、確実に結晶格子間に侵入して浸
炭層が形成される。
よび所定温度条件でプラズマ浸炭を行なうと、クリーニ
ング処理された表面に炭化金属層からなる浸炭層が低温
でも堆積することなく、確実に結晶格子間に侵入して浸
炭層が形成される。
【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。
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。
【００２０】チタン合金を採用した場合における他の金
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。
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。
【００２１】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ＣnＨ2n+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 Ｈ2n）、アセチレン系炭化水素（一般式Ｃn Ｈ
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 Ｈ6 ）が挙げられる。
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ＣnＨ2n+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 Ｈ2n）、アセチレン系炭化水素（一般式Ｃn Ｈ
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 Ｈ6 ）が挙げられる。
【００２２】ここで、前記したプラズマ浸炭処理の条件
における浸炭ガスの炭素原子(Ｃ)に対する水素原子(Ｈ)
のモル比は、(Ｈ／Ｃ)≦９である。浸炭ガスの組成によ
って(Ｈ／Ｃ)の値が９を超える場合には、浸炭が順調に
進まず、チタン金属表面から５０μｍに至る深さまで浸
炭処理による高硬度の状態にならず、炭素がチタン金属
表面でアモルファス化して堆積する。
における浸炭ガスの炭素原子(Ｃ)に対する水素原子(Ｈ)
のモル比は、(Ｈ／Ｃ)≦９である。浸炭ガスの組成によ
って(Ｈ／Ｃ)の値が９を超える場合には、浸炭が順調に
進まず、チタン金属表面から５０μｍに至る深さまで浸
炭処理による高硬度の状態にならず、炭素がチタン金属
表面でアモルファス化して堆積する。
【００２３】浸炭ガスの圧力は、１３〜４００Ｐａであ
る。このような浸炭ガスの圧力は、低圧で少ない電流密
度、高電圧の条件下でチタン金属の表面層に対して主に
ＴｉＣからなる処理層を形成するために必要であって、
所定値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、所定値を越える高圧で
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。
このような傾向からみて、より好ましい浸炭ガスの圧力
は、１３〜５３Ｐａ(＝０．１〜０．４ｔｏｒｒ)であ
る。
る。このような浸炭ガスの圧力は、低圧で少ない電流密
度、高電圧の条件下でチタン金属の表面層に対して主に
ＴｉＣからなる処理層を形成するために必要であって、
所定値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、所定値を越える高圧で
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。
このような傾向からみて、より好ましい浸炭ガスの圧力
は、１３〜５３Ｐａ(＝０．１〜０．４ｔｏｒｒ)であ
る。
【００２４】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。
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。
【００２５】先ず、処理室にチタン金属からなる成形品
を装入し、排気した後、ヒータにより４００℃〜６９０
℃に加熱し、例えば水素ガスを含んだ窒素ガスを導入
し、その温度で１０〜６０分保持すると共に、２００〜
１５００Ｖの直流高電圧を印加してチタン金属の表面に
形成されている酸化膜を除去するクリーニング処理を行
なう。
を装入し、排気した後、ヒータにより４００℃〜６９０
℃に加熱し、例えば水素ガスを含んだ窒素ガスを導入
し、その温度で１０〜６０分保持すると共に、２００〜
１５００Ｖの直流高電圧を印加してチタン金属の表面に
形成されている酸化膜を除去するクリーニング処理を行
なう。
【００２６】次に、炭化水素ガスおよび水素ガスなどか
らなり炭素原子(Ｃ)に対する水素原子(Ｈ)のモル比を
(Ｈ／Ｃ)≦９に調整した浸炭ガスを用い、これを１３〜
４００Ｐａの範囲の圧力になるように炉内に導入し、好
ましくは電流密度０．１Ａ／ｍ 2〜５Ａ／ｍ2の低電流で
４００〜６００Ｖの直流高電圧を印加し、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。
らなり炭素原子(Ｃ)に対する水素原子(Ｈ)のモル比を
(Ｈ／Ｃ)≦９に調整した浸炭ガスを用い、これを１３〜
４００Ｐａの範囲の圧力になるように炉内に導入し、好
ましくは電流密度０．１Ａ／ｍ 2〜５Ａ／ｍ2の低電流で
４００〜６００Ｖの直流高電圧を印加し、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。
【００２７】この発明におけるプラズマ浸炭処理の雰囲
気温度は、４００℃〜６９０℃である。なぜなら、上記
の所定範囲未満の低温雰囲気温度では、どのように電
流、電圧、浸炭ガス圧力を調整しても、チタン金属内部
に活性化炭素が侵入できず拡散も困難になる。また、上
記所定範囲を越える高温では、チタン金属が強度低下を
起こす可能性が高くなるからである。
気温度は、４００℃〜６９０℃である。なぜなら、上記
の所定範囲未満の低温雰囲気温度では、どのように電
流、電圧、浸炭ガス圧力を調整しても、チタン金属内部
に活性化炭素が侵入できず拡散も困難になる。また、上
記所定範囲を越える高温では、チタン金属が強度低下を
起こす可能性が高くなるからである。
【００２８】以上のような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。
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。
【００２９】また、チタン金属表面の処理層は、炭化さ
れたことによってその炭化物が潤滑性を発揮すると考え
られ、摩擦係数および摩耗量を低減させるようになり、
またチタン金属の耐食性を低下させることもない。ま
た、処理層は、たとえば７０μｍ程度の比較的厚い層に
形成することができるので、耐久性のある表面処理層を
形成することができる。
れたことによってその炭化物が潤滑性を発揮すると考え
られ、摩擦係数および摩耗量を低減させるようになり、
またチタン金属の耐食性を低下させることもない。ま
た、処理層は、たとえば７０μｍ程度の比較的厚い層に
形成することができるので、耐久性のある表面処理層を
形成することができる。
【００３０】
【実施例】〔実施例１〜４、比較例１〜３〕チタン合金
（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）について、予め、溶体化処理
（９５０℃で１時間保持した後、水冷する処理）したも
の(図中に、ＳＴと略記する。)と、溶体化処理および時
効処理（５４０℃で４時間保持した後、室温まで空冷す
る処理）をされたチタン合金（図中に、ＳＴＡと略記す
る。）からなる試験片をそれぞれ複数個ずつ設け、アセ
トン中で超音波洗浄した後、以下の装置および条件でプ
ラズマ浸炭処理を行なった。
（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）について、予め、溶体化処理
（９５０℃で１時間保持した後、水冷する処理）したも
の(図中に、ＳＴと略記する。)と、溶体化処理および時
効処理（５４０℃で４時間保持した後、室温まで空冷す
る処理）をされたチタン合金（図中に、ＳＴＡと略記す
る。）からなる試験片をそれぞれ複数個ずつ設け、アセ
トン中で超音波洗浄した後、以下の装置および条件でプ
ラズマ浸炭処理を行なった。
【００３１】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。
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。
【００３２】先ず、表１に示す洗浄温度その他の所定条
件でクリーニング処理を行なった。すなわち、処理室を
排気し、ヒータで表１に示す所定の洗浄温度に加熱し、
アルゴンガスおよび水素ガスをそれぞれ所定流量で所定
ガス圧力となるように導入すると共に所定の電流および
電圧値で所定時間保持し、チタン金属表面をクリーニン
グした。
件でクリーニング処理を行なった。すなわち、処理室を
排気し、ヒータで表１に示す所定の洗浄温度に加熱し、
アルゴンガスおよび水素ガスをそれぞれ所定流量で所定
ガス圧力となるように導入すると共に所定の電流および
電圧値で所定時間保持し、チタン金属表面をクリーニン
グした。
【００３３】次に、表２に示す浸炭温度その他の所定条
件でプラズマ浸炭処理を行ない、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。
件でプラズマ浸炭処理を行ない、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。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】以上の処理を施した実施例および比較例の
プラズマ浸炭品について、任意の切断面における表面か
ら５０μmまでの深さの硬度(Ｈｖ)をマイクロビッカー
ス硬度測定器を用いて測定し、その結果を図１〜７に示
した。
プラズマ浸炭品について、任意の切断面における表面か
ら５０μmまでの深さの硬度(Ｈｖ)をマイクロビッカー
ス硬度測定器を用いて測定し、その結果を図１〜７に示
した。
【００３７】表１、２の条件および図１〜７の結果から
も明らかなように、比較例１のＳＴおよびＳＴＡは、
(Ｈ／Ｃ)値が９を超える浸炭用ガスで処理されたもので
あっていずれも表面の硬度(Ｈｖ)が４００以下であり、
表面から深くなっても硬度は均一であることからみても
浸炭による硬化がなされていなかった。また、比較例２
および比較例３のＳＴおよびＳＴＡは、(Ｈ／Ｃ)値が９
を超える１２という浸炭用ガスで処理されたチタン金属
であり、これらはいずれも表面の硬度(Ｈｖ)が４００以
下であってほとんど浸炭による硬化がなされていなかっ
た。
も明らかなように、比較例１のＳＴおよびＳＴＡは、
(Ｈ／Ｃ)値が９を超える浸炭用ガスで処理されたもので
あっていずれも表面の硬度(Ｈｖ)が４００以下であり、
表面から深くなっても硬度は均一であることからみても
浸炭による硬化がなされていなかった。また、比較例２
および比較例３のＳＴおよびＳＴＡは、(Ｈ／Ｃ)値が９
を超える１２という浸炭用ガスで処理されたチタン金属
であり、これらはいずれも表面の硬度(Ｈｖ)が４００以
下であってほとんど浸炭による硬化がなされていなかっ
た。
【００３８】これに対して、(Ｈ／Ｃ)値が９以下の浸炭
用ガスで処理された実施例１〜４は、いずれも表面の硬
度(Ｈｖ)が４００を越えており、しかも表面から２０〜
５０μm程度に深くなってもあまり硬度は低下せず、少
なくとも硬度(Ｈｖ)が３６０を越える程度に充分な浸炭
処理がなされていた。
用ガスで処理された実施例１〜４は、いずれも表面の硬
度(Ｈｖ)が４００を越えており、しかも表面から２０〜
５０μm程度に深くなってもあまり硬度は低下せず、少
なくとも硬度(Ｈｖ)が３６０を越える程度に充分な浸炭
処理がなされていた。
【００３９】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように、モル
比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された浸炭用ガスか
らなる所定圧力、所定温度の雰囲気内でプラズマ浸炭処
理することからなるチタン金属の表面処理方法としたの
で、少量の電流量で高電圧の条件を利用できるようにな
り、２６〜４００Ｐａ程度の低圧下、４００〜６９０℃
の低温雰囲気内でチタン金属に対して表面から５０μｍ
を超える深さまで確実にプラズマ浸炭処理をすることが
できるという利点がある。また、その結果、チタン金属
の耐食性をも劣化させることなく、その表面に比較的厚
い耐久性のある摺動処理層が形成可能であり、摩擦係数
および摩耗量を安定した状態で低減させることができ
る。
比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された浸炭用ガスか
らなる所定圧力、所定温度の雰囲気内でプラズマ浸炭処
理することからなるチタン金属の表面処理方法としたの
で、少量の電流量で高電圧の条件を利用できるようにな
り、２６〜４００Ｐａ程度の低圧下、４００〜６９０℃
の低温雰囲気内でチタン金属に対して表面から５０μｍ
を超える深さまで確実にプラズマ浸炭処理をすることが
できるという利点がある。また、その結果、チタン金属
の耐食性をも劣化させることなく、その表面に比較的厚
い耐久性のある摺動処理層が形成可能であり、摩擦係数
および摩耗量を安定した状態で低減させることができ
る。
【００４０】また、表面を所定の方法でクリーニング処
理した後、チタン金属を所定の圧力および温度でプラズ
マ浸炭処理するので、チタン金属の耐食性をも劣化させ
ることなく、その表面に比較的厚い耐久性のある摺動処
理層が形成可能であり、摩擦係数および摩耗量を安定し
た状態で低減させることができるという利点がある。
理した後、チタン金属を所定の圧力および温度でプラズ
マ浸炭処理するので、チタン金属の耐食性をも劣化させ
ることなく、その表面に比較的厚い耐久性のある摺動処
理層が形成可能であり、摩擦係数および摩耗量を安定し
た状態で低減させることができるという利点がある。
【図１】実施例１のＨｖ硬さと表面からの深さの関係を
示す図表
示す図表
【図２】実施例２のＨｖ硬さと表面からの深さの関係を
示す図表
示す図表
【図３】実施例３のＨｖ硬さと表面からの深さの関係を
示す図表
示す図表
【図４】実施例４のＨｖ硬さと表面からの深さの関係を
示す図表
示す図表
【図５】比較例１のＨｖ硬さと表面からの深さの関係を
示す図表
示す図表
【図６】比較例２のＨｖ硬さと表面からの深さの関係を
示す図表
示す図表
【図７】比較例３のＨｖ硬さと表面からの深さの関係を
示す図表
示す図表
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 匠 八尾市東山本町３丁目５番６号 (72)発明者 佐藤 幸弘 尼崎市猪名寺１丁目32番１号 (72)発明者 出水 敬 河内長野市南花台１丁目１番８号 (72)発明者 角谷 秀夫 富田林市高辺台１丁目16番30号 (72)発明者 田中 弘一 大阪市住吉区帝塚山中１丁目10番６号 (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 (72)発明者 石井 榮一 尼崎市南武庫之荘８丁目１番４号 Ｆターム(参考） 4K028 BA03 BA14 BA22
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素原子（Ｃ）に対する水素原子（Ｈ）
のモル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された浸炭用
ガスからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６９０℃の雰
囲気内でプラズマ浸炭処理することからなるチタン金属
の表面処理方法。 - 【請求項２】 水素ガスを含有するクリーニング用ガス
雰囲気中でチタン金属を４００〜６９０℃に加熱し、２
００〜１５００Ｖの直流電圧を印加して表面をクリーニ
ング処理した後、炭素原子（Ｃ）に対する水素原子
（Ｈ）のモル比が(Ｈ／Ｃ)≦９となるように調整された
浸炭用ガスからなる１３〜４００Ｐａ、４００〜６９０
℃の雰囲気内でプラズマ浸炭処理することからなるチタ
ン金属の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210361A JP4744019B2 (ja) | 2000-07-12 | 2001-07-11 | チタン金属の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-211518 | 2000-07-12 | ||
| JP2000211518 | 2000-07-12 | ||
| JP2000211518 | 2000-07-12 | ||
| JP2001210361A JP4744019B2 (ja) | 2000-07-12 | 2001-07-11 | チタン金属の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002088463A true JP2002088463A (ja) | 2002-03-27 |
| JP4744019B2 JP4744019B2 (ja) | 2011-08-10 |
Family
ID=26595891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001210361A Expired - Lifetime JP4744019B2 (ja) | 2000-07-12 | 2001-07-11 | チタン金属の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4744019B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017185436A (ja) * | 2016-04-04 | 2017-10-12 | 住友金属鉱山株式会社 | 攪拌装置の軸スリーブおよびその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08170162A (ja) * | 1994-08-06 | 1996-07-02 | Ald Vacuum Technol Gmbh | パルス状に運転されるプラズマ放電装置を用いて浸炭可能な材料から成る構造部材を浸炭する方法 |
| JPH08193261A (ja) * | 1995-01-12 | 1996-07-30 | Hitachi Ltd | 金属加工治具及びその表面皮膜形成方法 |
| JP2001152316A (ja) * | 1999-11-30 | 2001-06-05 | Tanaka:Kk | プラズマ浸炭処理方法 |
-
2001
- 2001-07-11 JP JP2001210361A patent/JP4744019B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08170162A (ja) * | 1994-08-06 | 1996-07-02 | Ald Vacuum Technol Gmbh | パルス状に運転されるプラズマ放電装置を用いて浸炭可能な材料から成る構造部材を浸炭する方法 |
| JPH08193261A (ja) * | 1995-01-12 | 1996-07-30 | Hitachi Ltd | 金属加工治具及びその表面皮膜形成方法 |
| JP2001152316A (ja) * | 1999-11-30 | 2001-06-05 | Tanaka:Kk | プラズマ浸炭処理方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017185436A (ja) * | 2016-04-04 | 2017-10-12 | 住友金属鉱山株式会社 | 攪拌装置の軸スリーブおよびその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4744019B2 (ja) | 2011-08-10 |
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