JP2003073799A - チタン系材料の表面処理方法 - Google Patents
チタン系材料の表面処理方法Info
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プラズマ真空炉を使用することなく、単一の操
作により、チタン系材料の表面に、チタン酸化物の層を
形成することなく、酸素及び炭素の拡散層を形成する。 【解決手段】チタン系材料を、加熱炉に収容して、二酸
化炭素雰囲気中、600〜900℃で加熱処理する。
作により、チタン系材料の表面に、チタン酸化物の層を
形成することなく、酸素及び炭素の拡散層を形成する。 【解決手段】チタン系材料を、加熱炉に収容して、二酸
化炭素雰囲気中、600〜900℃で加熱処理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン合金に代表
されるチタン系材料の表面に硬化層を形成する方法に係
り、詳しくは、チタン系材料の表面に、酸素及び炭素の
拡散層を形成して、該表面に耐摩耗性を付与するチタン
系材料の表面処理方法に関する。特に、本発明は、チタ
ン合金よりなるエンジンバルブに適用した際に、高い耐
摩耗性や耐焼付き性が得られるようにする表面処理方法
に関する。
されるチタン系材料の表面に硬化層を形成する方法に係
り、詳しくは、チタン系材料の表面に、酸素及び炭素の
拡散層を形成して、該表面に耐摩耗性を付与するチタン
系材料の表面処理方法に関する。特に、本発明は、チタ
ン合金よりなるエンジンバルブに適用した際に、高い耐
摩耗性や耐焼付き性が得られるようにする表面処理方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタン系材料を利用する分野、特に自動
車の分野では、例えば、チタン合金が有する高い比強度
と低比重に着目して、チタン合金等を、エンジンバルブ
や他の動弁部品の素材として使用することが試みられ、
一部実用化されている。
車の分野では、例えば、チタン合金が有する高い比強度
と低比重に着目して、チタン合金等を、エンジンバルブ
や他の動弁部品の素材として使用することが試みられ、
一部実用化されている。
【０００３】エンジンバルブは、その機能から、他の動
弁部品と接触する部分に耐摩耗性や耐焼付き性を有する
ように大きい硬さを有することが要求される。このよう
に、チタン系材料の表面に硬化層を形成して耐摩耗性や
耐焼付き性を付与するために、従来から各種の方法が開
発されてきた。
弁部品と接触する部分に耐摩耗性や耐焼付き性を有する
ように大きい硬さを有することが要求される。このよう
に、チタン系材料の表面に硬化層を形成して耐摩耗性や
耐焼付き性を付与するために、従来から各種の方法が開
発されてきた。
【０００４】例えば、特開昭６２−２５６９５６号公報
には、チタン系材料の表面に酸化物の膜を形成する方法
が開示されている。また、特開昭６１−８１５０５号公
報には、表面に窒化物の層を形成する窒化法が開示され
ており、さらに、特許第２９０９３６１号によれば、チ
タン系材料の表面に炭素原子の拡散層を形成する浸炭処
理法が開示されている。
には、チタン系材料の表面に酸化物の膜を形成する方法
が開示されている。また、特開昭６１−８１５０５号公
報には、表面に窒化物の層を形成する窒化法が開示され
ており、さらに、特許第２９０９３６１号によれば、チ
タン系材料の表面に炭素原子の拡散層を形成する浸炭処
理法が開示されている。
【０００５】これらの従来の表面処理方法によれば、チ
タン系材料の表面の耐摩耗性や耐焼付き性は改善される
ものの、表面が硬質となり過ぎるため、接触する相手側
部品に対する攻撃性も大きくなるなどの欠点があった。
タン系材料の表面の耐摩耗性や耐焼付き性は改善される
ものの、表面が硬質となり過ぎるため、接触する相手側
部品に対する攻撃性も大きくなるなどの欠点があった。
【０００６】本願出願人は、先に出願した特願２００１
−２５４１５号において、チタン合金よりなるバルブ本
体の表面に、Ｔｉ-Ｏ、Ｔｉ-Ｃ固溶体よりなる酸素及び
炭素の拡散層を形成したことを特徴とするチタン合金製
エンジンバルブを提供するとともに、チタン合金よりな
るバルブ本体を、チタン酸化物を形成する化学量論的量
より少ない酸素と、浸炭ガスとを含むプラズマ真空炉内
において、チタン合金のβ変態点よりも低い温度で所定
時間加熱保持することにより、バルブ本体の表面より酸
素原子と炭素原子とを浸透させて、Ｔｉ-Ｏ、Ｔｉ-Ｃ固
溶体よりなる酸素及び炭素の拡散層を形成し、バルブ本
体の表面を強化することを特徴とする前記チタン合金製
エンジンバルブの製造方法を提供した。
−２５４１５号において、チタン合金よりなるバルブ本
体の表面に、Ｔｉ-Ｏ、Ｔｉ-Ｃ固溶体よりなる酸素及び
炭素の拡散層を形成したことを特徴とするチタン合金製
エンジンバルブを提供するとともに、チタン合金よりな
るバルブ本体を、チタン酸化物を形成する化学量論的量
より少ない酸素と、浸炭ガスとを含むプラズマ真空炉内
において、チタン合金のβ変態点よりも低い温度で所定
時間加熱保持することにより、バルブ本体の表面より酸
素原子と炭素原子とを浸透させて、Ｔｉ-Ｏ、Ｔｉ-Ｃ固
溶体よりなる酸素及び炭素の拡散層を形成し、バルブ本
体の表面を強化することを特徴とする前記チタン合金製
エンジンバルブの製造方法を提供した。
【０００７】この発明によれば、酸素及び炭素の拡散層
の形成は、プラズマ真空炉を使用して、初めに、炉内に
おいて、チタン酸化物が形成される化学量論的量より少
ない量の酸素の存在下で、例えば、800℃において加熱
処理し、つづいて、浸炭ガスの存在下でグロー放電させ
て、イオン浸炭処理するか、又は、チタン酸化物が形成
される化学量論的量より少ない量の酸素を供給しながら
プラズマ浸炭を行うことによって達成される。
の形成は、プラズマ真空炉を使用して、初めに、炉内に
おいて、チタン酸化物が形成される化学量論的量より少
ない量の酸素の存在下で、例えば、800℃において加熱
処理し、つづいて、浸炭ガスの存在下でグロー放電させ
て、イオン浸炭処理するか、又は、チタン酸化物が形成
される化学量論的量より少ない量の酸素を供給しながら
プラズマ浸炭を行うことによって達成される。
【０００８】この発明によってチタン系材料の表面に形
成された酸素及び炭素の拡散層は、耐摩耗性や耐焼付き
性を改善するだけではなく、相手攻撃性をも緩和できる
という有用な特性を有している。
成された酸素及び炭素の拡散層は、耐摩耗性や耐焼付き
性を改善するだけではなく、相手攻撃性をも緩和できる
という有用な特性を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法は、上述のごとく、プラズマ真空炉において、酸素存
在下で加熱処理を行うとともに、グロー放電によるイオ
ン浸炭処理を行うものであるため、操作が煩雑である。
法は、上述のごとく、プラズマ真空炉において、酸素存
在下で加熱処理を行うとともに、グロー放電によるイオ
ン浸炭処理を行うものであるため、操作が煩雑である。
【００１０】また、酸素及び炭素の拡散を行うには、酸
素及び浸炭ガスの２系統のガスを量的制御することが必
要であり、制御が煩雑になる。
素及び浸炭ガスの２系統のガスを量的制御することが必
要であり、制御が煩雑になる。
【００１１】さらに、プラズマ真空炉での操作のため、
真空排気装置、プラズマ電源等の使用が避けられない。
このため、装置に多大の費用がかかり、コストの上昇を
来している。
真空排気装置、プラズマ電源等の使用が避けられない。
このため、装置に多大の費用がかかり、コストの上昇を
来している。
【００１２】本発明は、上述の各種の問題点に鑑み、プ
ラズマ真空炉等の高価な装置を使用することなく、簡単
な操作により、チタン系材料の表面に、チタン酸化物の
層を形成せずに、酸素及び炭素の拡散層を形成しうるチ
タン系材料の表面処理方法を提供することを目的として
いる。
ラズマ真空炉等の高価な装置を使用することなく、簡単
な操作により、チタン系材料の表面に、チタン酸化物の
層を形成せずに、酸素及び炭素の拡散層を形成しうるチ
タン系材料の表面処理方法を提供することを目的として
いる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。
題は、次のようにして解決される。
【００１４】（１）チタン系材料の表面に酸素及び炭素
の拡散層を形成して、該表面に耐摩耗性を付与するチタ
ン系材料の表面処理方法において、前記チタン系材料
を、加熱炉に収容して、二酸化炭素ガス雰囲気中、600
〜900℃で加熱処理する。
の拡散層を形成して、該表面に耐摩耗性を付与するチタ
ン系材料の表面処理方法において、前記チタン系材料
を、加熱炉に収容して、二酸化炭素ガス雰囲気中、600
〜900℃で加熱処理する。
【００１５】（２）上記（１）項において、加熱処理
を、処理時間０.５〜５０時間で行う。
を、処理時間０.５〜５０時間で行う。
【００１６】（３）上記（１）又は（２）項において、
加熱処理を、二酸化炭素を加熱炉に供給しながら行う。
加熱処理を、二酸化炭素を加熱炉に供給しながら行う。
【００１７】（４）上記（１）〜（３）項のいずれかに
おいて、加熱処理を、処理温度800〜850℃、処理時間１
〜３時間で行う。
おいて、加熱処理を、処理温度800〜850℃、処理時間１
〜３時間で行う。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明による表面処理方法
について説明する。
について説明する。
【００１９】本発明の表面処理方法において処理されう
るチタン系材料としては、チタン合金があり、これら以
外にも、チタン−アルミニウム金属間化合物も処理可能
である。チタン合金としては、例えば、α相よりなるＴ
ｉ−５Ａｌ−２.５Ｓｎ系合金、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−
２Ｓｎ系合金、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ
系合金；少量（１０％以下）のβ相を含有するα＋β相
（Nearα）よりなるＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２
Ｍｏ系合金（以下、「Ｔｉ６２４２」と表示する））、
Ｔｉ−８Ａｌ−Ｍｏ−Ｖ系合金；α＋β相よりなるＴｉ
−６Ａｌ−４Ｖ系合金；及びβ相よりなるＴｉ−１３Ｖ
−１１Ｃｒ−３Ａｌ系合金、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−
３Ａｌ系合金が挙げられる。好ましくは、「Ｔｉ６２４
２」が使用される。
るチタン系材料としては、チタン合金があり、これら以
外にも、チタン−アルミニウム金属間化合物も処理可能
である。チタン合金としては、例えば、α相よりなるＴ
ｉ−５Ａｌ−２.５Ｓｎ系合金、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−
２Ｓｎ系合金、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ
系合金；少量（１０％以下）のβ相を含有するα＋β相
（Nearα）よりなるＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２
Ｍｏ系合金（以下、「Ｔｉ６２４２」と表示する））、
Ｔｉ−８Ａｌ−Ｍｏ−Ｖ系合金；α＋β相よりなるＴｉ
−６Ａｌ−４Ｖ系合金；及びβ相よりなるＴｉ−１３Ｖ
−１１Ｃｒ−３Ａｌ系合金、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−
３Ａｌ系合金が挙げられる。好ましくは、「Ｔｉ６２４
２」が使用される。
【００２０】本発明の方法は、真空又は減圧条件下で行
う必要がないため、従来の加熱炉、例えば、マッフル炉
を使用して実施される。
う必要がないため、従来の加熱炉、例えば、マッフル炉
を使用して実施される。
【００２１】加熱処理に当たっては、チタン材料を加熱
炉に収容し、二酸化炭素によって加熱炉内の空気をパー
ジし、二酸化炭素雰囲気中において、600〜900℃、好ま
しくは、800〜850℃で加熱することによって行われる。
炉に収容し、二酸化炭素によって加熱炉内の空気をパー
ジし、二酸化炭素雰囲気中において、600〜900℃、好ま
しくは、800〜850℃で加熱することによって行われる。
【００２２】加熱処理を行う際、600℃以下の温度で
は、炭素の拡散速度が緩やかで処理時間がかかり過ぎる
ため、コスト的に満足できる結果が得られない。一方、
900℃以上の温度で加熱処理を行う場合には、酸化物の
層が形成され、また、チタンの変態点を超えるため、合
金組織が変化し、又は、粗大化して、望ましくない。
は、炭素の拡散速度が緩やかで処理時間がかかり過ぎる
ため、コスト的に満足できる結果が得られない。一方、
900℃以上の温度で加熱処理を行う場合には、酸化物の
層が形成され、また、チタンの変態点を超えるため、合
金組織が変化し、又は、粗大化して、望ましくない。
【００２３】加熱処理中は、酸素及び炭素のチタン系材
料表面への浸透によって消費された二酸化炭素を補充す
るとともに、加熱炉内を二酸化炭素雰囲気に維持するた
め、加熱炉に二酸化炭素を常時供給することが好まし
い。供給量は、消費分の補充及び二酸化炭素雰囲気の維
持の目的を達成できればいかなるものであってもよい
が、一般に、０.５〜３.０リットル/分であり、好まし
くは、１.０〜２.５リットル/分の範囲とするのがよ
い。
料表面への浸透によって消費された二酸化炭素を補充す
るとともに、加熱炉内を二酸化炭素雰囲気に維持するた
め、加熱炉に二酸化炭素を常時供給することが好まし
い。供給量は、消費分の補充及び二酸化炭素雰囲気の維
持の目的を達成できればいかなるものであってもよい
が、一般に、０.５〜３.０リットル/分であり、好まし
くは、１.０〜２.５リットル/分の範囲とするのがよ
い。
【００２４】二酸化炭素雰囲気中で行われる加熱処理の
時間は、チタン系材料に要求される耐摩耗性（耐摩耗性
は表面硬さに相関する）及び処理温度と相関するもので
あり、一般に、０.５〜５０時間、好ましくは、１〜３
時間の範囲がよい。
時間は、チタン系材料に要求される耐摩耗性（耐摩耗性
は表面硬さに相関する）及び処理温度と相関するもので
あり、一般に、０.５〜５０時間、好ましくは、１〜３
時間の範囲がよい。
【００２５】上記の条件下で加熱処理することにより、
チタン系材料には、表面から２５〜５０μmの厚さの酸
素及び炭素の拡散層が形成され、表面硬さは、ビッカー
ス硬度で550〜1000HVとなる。
チタン系材料には、表面から２５〜５０μmの厚さの酸
素及び炭素の拡散層が形成され、表面硬さは、ビッカー
ス硬度で550〜1000HVとなる。
【００２６】チタン系材料が自動車のエンジンバルブ用
のものである場合、最適なビッカース硬度は700〜850HV
である。この場合、本発明の方法によって表面処理した
チタン系材料は、エンジンバルブについて要求される耐
摩耗性や耐焼付き性を有するだけでなく、相手攻撃性も
改善される。
のものである場合、最適なビッカース硬度は700〜850HV
である。この場合、本発明の方法によって表面処理した
チタン系材料は、エンジンバルブについて要求される耐
摩耗性や耐焼付き性を有するだけでなく、相手攻撃性も
改善される。
【００２７】
【実施例１】容積２４リットルのマッフル炉に、チタン
合金「Ｔｉ６２４２」により作製したエンジンバルブサ
ンプルを収容し、充分な量の二酸化炭素を炉に導入し
て、炉内の空気をパージし、二酸化炭素で置き換えた。
合金「Ｔｉ６２４２」により作製したエンジンバルブサ
ンプルを収容し、充分な量の二酸化炭素を炉に導入し
て、炉内の空気をパージし、二酸化炭素で置き換えた。
【００２８】ついで、二酸化炭素を流量１リットル/分
で炉に供給しながら、800℃まで加熱し、この温度に２
時間維持した。その後、サンプルが大気に触れないよう
にして室温まで冷却させた。
で炉に供給しながら、800℃まで加熱し、この温度に２
時間維持した。その後、サンプルが大気に触れないよう
にして室温まで冷却させた。
【００２９】冷却後、炉から取り出したサンプルについ
て、各種のテストを行った。
て、各種のテストを行った。
【００３０】図１の写真は、上記サンプルの断面を示す
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
【００３１】この写真から明らかなように、本発明の方
法に従って処理した場合には、表面に、比較的厚めの酸
素及び炭素の拡散層が形成されるのが分かる。
法に従って処理した場合には、表面に、比較的厚めの酸
素及び炭素の拡散層が形成されるのが分かる。
【００３２】図２は、電界放射型オージェ電子分光装置
により、この拡散層の各深さにおいて測定した酸素及び
炭素の濃度の平均値を示すグラフである。グラフにおい
て、横軸は、サンプルの表面からの深さ（μm）を、縦
軸は、酸素及び炭素の濃度（原子％）を示している。濃
度の単位「原子％」とは、「分析された全原子の数に対
する酸素原子又は炭素原子の割合」を意味する。
により、この拡散層の各深さにおいて測定した酸素及び
炭素の濃度の平均値を示すグラフである。グラフにおい
て、横軸は、サンプルの表面からの深さ（μm）を、縦
軸は、酸素及び炭素の濃度（原子％）を示している。濃
度の単位「原子％」とは、「分析された全原子の数に対
する酸素原子又は炭素原子の割合」を意味する。
【００３３】このグラフから、このサンプルの表面に形
成されている拡散層には、酸素及び炭素が原子として存
在していることが理解される。
成されている拡散層には、酸素及び炭素が原子として存
在していることが理解される。
【００３４】また、微小部Ｘ線回折装置でのＸ線回折に
よれば、炭化チタンの存在は確認されるものの、酸化チ
タンの存在は認められない。
よれば、炭化チタンの存在は確認されるものの、酸化チ
タンの存在は認められない。
【００３５】これらの結果から、酸素原子はチタンと化
合しておらず、原子のままで存在し、また、炭素原子も
一部はチタンと化合して炭化チタンを形成するが、残部
は炭素原子のままで拡散しているものと認められる。
合しておらず、原子のままで存在し、また、炭素原子も
一部はチタンと化合して炭化チタンを形成するが、残部
は炭素原子のままで拡散しているものと認められる。
【００３６】さらに、マイクロビッカース硬度計（島津
製作所社製）を使用して、得られたサンプルの断面硬度
分布を測定した。得られた結果を図３のグラフに示す。
グラフにおいて、横軸は、表面からの深さ（μm）を、
縦軸は、硬さHV（100gf）を示す。
製作所社製）を使用して、得られたサンプルの断面硬度
分布を測定した。得られた結果を図３のグラフに示す。
グラフにおいて、横軸は、表面からの深さ（μm）を、
縦軸は、硬さHV（100gf）を示す。
【００３７】このグラフから、本発明の表面処理によっ
て、深さ５０μm程度まで硬さが改善されていることが
理解される。
て、深さ５０μm程度まで硬さが改善されていることが
理解される。
【００３８】図２の酸素及び炭素の濃度分布のグラフ
と、図３の断面硬度分布のグラフとの対比から、酸素及
び炭素の拡散層の存在が、チタン系材料の表面硬さの改
善に寄与することが理解される。
と、図３の断面硬度分布のグラフとの対比から、酸素及
び炭素の拡散層の存在が、チタン系材料の表面硬さの改
善に寄与することが理解される。
【００３９】
【実施例２〜９及び比較例１〜３】次に、上記と同様に
して、ただし、加熱温度及び処理時間を変化させて、チ
タン合金「Ｔｉ６２４２」の表面処理を行った。その結
果を表１に要約する。
して、ただし、加熱温度及び処理時間を変化させて、チ
タン合金「Ｔｉ６２４２」の表面処理を行った。その結
果を表１に要約する。
【００４０】
【表１】
【００４１】チタン合金「Ｔｉ６２４２」について、本
発明の方法に従い、二酸化炭素の存在下、約700〜850℃
において加熱処理を行う場合、実施例２〜９から明らか
なように、チタンの酸化物の層を形成することなく、酸
素及び炭素の拡散層を形成できる。図４は、実施例３に
より処理したエンジンバルブサンプルの表層の顕微鏡写
真を示すもので、サンプルの表面に厚さの薄い酸素及び
炭素の拡散層が形成されていることが分かる。
発明の方法に従い、二酸化炭素の存在下、約700〜850℃
において加熱処理を行う場合、実施例２〜９から明らか
なように、チタンの酸化物の層を形成することなく、酸
素及び炭素の拡散層を形成できる。図４は、実施例３に
より処理したエンジンバルブサンプルの表層の顕微鏡写
真を示すもので、サンプルの表面に厚さの薄い酸素及び
炭素の拡散層が形成されていることが分かる。
【００４２】実施例２〜９の場合、得られる処理表面の
硬さは570〜960HVであるが、エンジンバルブとしての用
途を考慮すると、エンジンバルブは、一般に、最適硬さ
700〜850HVを有することが望まれるため、実施例１及び
実施例５〜９から理解されるように、加熱処理を、温度
800〜850℃において、処理時間１〜３時間で行うことが
好適である。
硬さは570〜960HVであるが、エンジンバルブとしての用
途を考慮すると、エンジンバルブは、一般に、最適硬さ
700〜850HVを有することが望まれるため、実施例１及び
実施例５〜９から理解されるように、加熱処理を、温度
800〜850℃において、処理時間１〜３時間で行うことが
好適である。
【００４３】しかし、過酷な使用環境のエンジンバルブ
とは異なり、単に耐摩耗性のみが要求される他の物品を
構成するチタン系材料に適用する場合には、実施例２〜
４の処理条件でも十分である。
とは異なり、単に耐摩耗性のみが要求される他の物品を
構成するチタン系材料に適用する場合には、実施例２〜
４の処理条件でも十分である。
【００４４】また、比較例１から明らかなように、処理
温度は実施例８及び９と同じ850℃であるが、処理時間
を５５時間とする場合には、表面硬さは1030HVと極めて
高いものとなるが、処理時間が長すぎるため、サンプル
表面に酸化物層が形成され、かつ変形量も大きく不適で
ある。
温度は実施例８及び９と同じ850℃であるが、処理時間
を５５時間とする場合には、表面硬さは1030HVと極めて
高いものとなるが、処理時間が長すぎるため、サンプル
表面に酸化物層が形成され、かつ変形量も大きく不適で
ある。
【００４５】さらに、比較例２及び３から明らかなよう
に、処理温度が900℃以上では、高い表面硬さが得られ
るものの、温度が高すぎるため、厚い酸化物層が生成さ
れ、かつサンプルの変形量も大きく、実用に適さないも
のである。
に、処理温度が900℃以上では、高い表面硬さが得られ
るものの、温度が高すぎるため、厚い酸化物層が生成さ
れ、かつサンプルの変形量も大きく、実用に適さないも
のである。
【００４６】図５は、比較例２におけるエンジンバルブ
サンプルの表層の顕微鏡写真を示すもので、酸素及び炭
素の拡散層の上に酸化物層が形成されていることが分か
る。
サンプルの表層の顕微鏡写真を示すもので、酸素及び炭
素の拡散層の上に酸化物層が形成されていることが分か
る。
【００４７】図６は、上記実施例１及び３、比較例２、
未処理のチタン合金「Ｔｉ６２４２」、及びタフトライ
ド処理を施した耐熱鋼により、それぞれ上記エンジンバ
ルブの軸部に相当する軸状のテストピースを作製し、そ
れらの摩耗試験を行った結果を示す。
未処理のチタン合金「Ｔｉ６２４２」、及びタフトライ
ド処理を施した耐熱鋼により、それぞれ上記エンジンバ
ルブの軸部に相当する軸状のテストピースを作製し、そ
れらの摩耗試験を行った結果を示す。
【００４８】試験方法としては、図７に示すように、鉄
系焼結材により形成されたバルブガイド(１)を相手材と
して、これにテストピース(２)の軸部を嵌合し、互いの
接触面に潤滑油を供給するとともに、６kgfの垂直荷重
（Ｗ）を与えながら５０時間往復摺動させた。
系焼結材により形成されたバルブガイド(１)を相手材と
して、これにテストピース(２)の軸部を嵌合し、互いの
接触面に潤滑油を供給するとともに、６kgfの垂直荷重
（Ｗ）を与えながら５０時間往復摺動させた。
【００４９】その結果、当然ながら、未処理のチタン合
金「Ｔｉ６２４２」により作製したテストピースの摩耗
量がもっとも大きく、ついで、実施例２，実施例１と耐
熱鋼、比較例２の順に小さくなっており、実施例１は、
通常のタフライド処理を施した耐熱鋼に匹敵する摩耗量
であった。
金「Ｔｉ６２４２」により作製したテストピースの摩耗
量がもっとも大きく、ついで、実施例２，実施例１と耐
熱鋼、比較例２の順に小さくなっており、実施例１は、
通常のタフライド処理を施した耐熱鋼に匹敵する摩耗量
であった。
【００５０】実施例２が実施例１よりも摩耗量が大であ
るのは、表面硬さの差によるものと考えられる。
るのは、表面硬さの差によるものと考えられる。
【００５１】また、比較例２の摩耗量が最小となったの
は、表面に形成された硬質の酸化物層によるものと考え
られる。
は、表面に形成された硬質の酸化物層によるものと考え
られる。
【００５２】なお、比較例２では、硬質になり過ぎたた
め、相手材であるバルブガイドの摩耗量が最大となって
いる。
め、相手材であるバルブガイドの摩耗量が最大となって
いる。
【００５３】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、多大な費
用がかかりコストの上昇を来す真空排気装置、プラズマ
電源等を使用することなく、一般的な加熱炉を使用し、
チタン系材料の表面に、チタン酸化物の層を形成するこ
となく、単一の操作により、酸素及び炭素の拡散層を形
成できる。
用がかかりコストの上昇を来す真空排気装置、プラズマ
電源等を使用することなく、一般的な加熱炉を使用し、
チタン系材料の表面に、チタン酸化物の層を形成するこ
となく、単一の操作により、酸素及び炭素の拡散層を形
成できる。
【００５４】請求項２記載の発明によれば、加熱処理時
間を適宜選択することにより、所望の表面硬さを得るこ
とができる。
間を適宜選択することにより、所望の表面硬さを得るこ
とができる。
【００５５】請求項３記載の発明によれば、チタン系材
料の表面から、酸素及び炭素を安定して浸透させること
ができ、良好な酸素及び炭素の拡散層を形成できる。
料の表面から、酸素及び炭素を安定して浸透させること
ができ、良好な酸素及び炭素の拡散層を形成できる。
【００５６】請求項４記載の発明によれば、良好な耐摩
耗性や耐焼付き性とともに、改善された相手攻撃性をも
つチタンエンジンバルブが形成される。
耗性や耐焼付き性とともに、改善された相手攻撃性をも
つチタンエンジンバルブが形成される。
【図１】チタン合金「Ｔｉ６２４２」に、本発明に従っ
て、表面処理を施した実施例の表層の顕微鏡写真であ
る。
て、表面処理を施した実施例の表層の顕微鏡写真であ
る。
【図２】本発明の方法によって形成された酸素及び炭素
の拡散層における酸素及び炭素の濃度分布を示すグラフ
である。
の拡散層における酸素及び炭素の濃度分布を示すグラフ
である。
【図３】本発明の方法に従って酸素及び炭素の拡散処理
を行った後の断面硬度分布を示すグラフである。
を行った後の断面硬度分布を示すグラフである。
【図４】チタン合金「Ｔｉ６２４２」に本発明による表
面処理を施した実施例の表層の顕微鏡写真である。
面処理を施した実施例の表層の顕微鏡写真である。
【図５】チタン合金「Ｔｉ６２４２」に表面処理を施し
た比較例の表層の顕微鏡写真である。
た比較例の表層の顕微鏡写真である。
【図６】表面処理後のチタン合金「Ｔｉ６２４２」の摩
耗試験の結果を、比較例とともに示すグラフである。
耗試験の結果を、比較例とともに示すグラフである。
【図７】摩耗試験の要領を示す概略図である。
(１)バルブガイド
(２)テストピース
Claims (4)
- 【請求項１】 チタン系材料の表面に酸素及び炭素の拡
散層を形成して、該表面に耐摩耗性を付与するチタン系
材料の表面処理方法において、前記チタン系材料を、加
熱炉に収容して、二酸化炭素雰囲気中、600〜900℃で加
熱処理することを特徴とする、チタン系材料の表面処理
方法。 - 【請求項２】 加熱処理を、処理時間０.５〜５０時間
で行う、請求項１記載のチタン系材料の表面処理方法。 - 【請求項３】 加熱処理を、二酸化炭素を加熱炉に供給
しながら行う、請求項１又は２記載のチタン系材料の表
面処理方法。 - 【請求項４】 加熱処理を、処理温度800〜850℃、処理
時間１〜３時間で行う、請求項１〜３のいずれかに記載
のチタン系材料の表面処理方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001265462A JP2003073799A (ja) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | チタン系材料の表面処理方法 |
| EP02290753A EP1288328A1 (en) | 2001-09-03 | 2002-03-27 | Method for surface hardening a Ti alloy |
| US10/109,338 US20030041922A1 (en) | 2001-09-03 | 2002-03-28 | Method of strengthening Ti alloy |
| CN02106048A CN1407127A (zh) | 2001-09-03 | 2002-04-10 | 增强Ti合金的方法 |
| KR1020020023627A KR20030020228A (ko) | 2001-09-03 | 2002-04-30 | Ｔｉ 합금의 강화 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001265462A JP2003073799A (ja) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | チタン系材料の表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=19091920
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP (1) | EP1288328A1 (ja) |
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| JP2006238717A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 栽培培地収容具 |
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