JP2004314128A - 金属部材表面の改質方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属部材表面に生成された硬質薄膜が簡単に剥離してしまうことのない金属部材表面の改質方法を提供する。
【解決手段】金属部材を液体中に配置した後前記金属部材表面上にパルスレーザー光を照射し、その後、パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上に硬質薄膜を生成させることを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】金属部材を液体中に配置した後前記金属部材表面上にパルスレーザー光を照射し、その後、パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上に硬質薄膜を生成させることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属部材表面の改質方法に係り、より詳しくは金属部材表面上に硬質薄膜を生成するようにした金属部材表面の改質方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
近年、金型、切削工具、各種機械部品などの各種の金属部材の表面に、耐摩耗性、耐酸化性、摺動性を付与する観点から、これら金属部材の表面に窒化チタン、窒化クロム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの硬質薄膜を生成させて金属部材表面を改質することが行われるようになってきている（例えば、
非特許文献１）。
しかし、従来の金属部材表面の改質方法では金属部材表面に生成された硬質薄膜が面圧荷重を受けることによって比較的簡単に剥離してしまうなどの問題があった。
【０００３】
【非特許文献１】
池永、「ＤＬＣ膜の特徴と工業的応用」、表面技術、日本、社団法人 表面技術協会、平成１４年１１月１日、第５３巻第１１号、Ｐ７〜１０
【０００４】
本発明は上記の問題を解消するためになされたもので、その目的は、金属部材表面に生成された硬質薄膜が簡単に剥離してしまうことのない金属部材表面の改質方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明における金属部材表面の改質方法は、各種金属部材の表面を改質する方法であって、金属部材を液体中に配置した後前記金属部材表面上にパルスレーザー光を照射し、その後、パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上に硬質薄膜を生成させることを特徴とする。
【０００６】
金属部材表面上にパルスレーザー光を照射すると、金属部材表面にＶ字状の凹みが多数形成され、その後Ｖ字状の凹み内に深く生成された硬質薄膜が金属部材表面に生成された硬質薄膜のアンカー部を構成する。こうして生成された硬質薄膜と金属部材表面との接合面は複雑に入り組んでこれらのせん断抵抗が増大し、この結果、生成された硬質薄膜は金属部材表面から簡単に剥離しないようになる。さらに、金属部材表面上にパルスレーザー光を照射すると、パルスレーザー光の照射の代りにショットを投射した場合と比較して、金属部材は、表面硬度が向上しかつ圧縮残留応力が付与されるため、疲労強度が向上する。
【０００７】
なお、本発明において前記パルスレーザー光の照射工程と前記硬質薄膜の生成工程との間に、前記パルスレーザー光を照射した金属部材表面上にショットを投射することにより、金属部材表面の粗さを調整することができる。
この場合に用いるショットは、アルミナ・ジリコニア等のセラミックス、ガラス粉、非鉄金属粉、鉄金属粉等の単体またはこれらの混合物である。
【０００８】
またなお、本発明において用いる硬質薄膜の生成方法としては、気体状のベンゼン（Ｃ６Ｈ６）を用いるイオン源方式、直接固体カーボン源を用いるアーク放電方式、メタン（ＣＨ４）ガスを用いるプラズマＣＶＤおよび非平衡の磁気でスパッタ成膜させるＵＢＭＳがある。
【０００９】
またなお、本発明において硬質薄膜を生成させる前の金属部材表面は、十点平均粗さが２〜５μｍが望ましい。 ２μｍ未満では、Ｖ字状の凹みが少なくなって硬質薄膜の
金属部材表面に対する固着力が弱くなり、これに伴って、
荷重を受けた場合に硬質薄膜が金属部材表面から剥離し易くなりとなり、また、５μｍを越えると、金属部材は、硬質薄膜生成後の表面粗さが増大して摩擦抵抗が増大する。
またなお、本発明における金属部材は、特に限定しないが、表面に摺動部を有するものである場合には特に効果を発揮する。
【００１０】
【実施例１】
合金工具鋼ＳＫＤ１１で作製した表面硬度７００ＨＶの円盤状の試験片を液体中に配置し、続いて、この試験片表面上に、パルスエネルギー１００ｍＪ、スポット径０．６ｍｍの条件でパルスレーザー光を照射する。次いで、パルスレーザー光を照射した表面に、イオン源方式により硬質薄膜としてダイヤモンドライクカーボンを生成し、その後、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機を用いて円盤状の試験片に、鋼球を回転させながら段階的に大きくなる荷重をかけたところ、１０００Ｎの荷重をかけても硬質薄膜は剥離しなかった。
【００１１】
なお、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機は、試料と相手材を摺動摩擦し、その際の摩擦係数や摩耗量を測定する装置であって、相手材としてボールを用いている。
【００１２】
【実施例２】
合金工具鋼ＳＫＤ１１で作製した表面硬度７００ＨＶの円盤状の試験片を液体中に配置し、続いて、この試験片表面上に、パルスエネルギー１００ｍＪ、スポット径０．６ｍｍの条件でパルスレーザー光を照射する。次いで、パルスレーザー光を照射した表面に、ホワイトアランダム＃１８０（新東ブレーター株式会社製）のショットを圧力０．２ＭＰａの圧縮空気を用いてノズルから噴射させて１５秒間衝突させ、続いて、ショットを衝突させた試験片表面上に、イオン源方式により硬質薄膜としてダイヤモンドライクカーボンを生成した。その後、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機を用いて円盤状の試験片に、鋼球を回転させながら段階的に大きくなる荷重をかけたところ、１０００Ｎの荷重をかけても硬質薄膜は剥離しなかった。
【００１３】
【実施例３】
比較例として、合金工具鋼ＳＫＤ１１で作製した表面硬度７００ＨＶの試験片の表面上に、イオン源方式により硬質薄膜としてダイヤモンドライクカーボンを生成した。その後、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機を用いて試験片に、鋼球を回転させながら段階的に大きくなる荷重をかけたところ、８００Ｎの荷重によって硬質薄膜は剥離した。
【００１４】
【効果】
上記の説明から明らかなように本発明は、各種金属部材の表面を改質する方法であって、金属部材を液体中に配置した後前記金属部材表面上にパルスレーザー光を照射し、その後、パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上に硬質薄膜を生成するから、金属部材表面に生成された硬質薄膜が簡単に剥離してしまうことのないなどの優れた実用的効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属部材表面の改質方法に係り、より詳しくは金属部材表面上に硬質薄膜を生成するようにした金属部材表面の改質方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
近年、金型、切削工具、各種機械部品などの各種の金属部材の表面に、耐摩耗性、耐酸化性、摺動性を付与する観点から、これら金属部材の表面に窒化チタン、窒化クロム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの硬質薄膜を生成させて金属部材表面を改質することが行われるようになってきている（例えば、
非特許文献１）。
しかし、従来の金属部材表面の改質方法では金属部材表面に生成された硬質薄膜が面圧荷重を受けることによって比較的簡単に剥離してしまうなどの問題があった。
【０００３】
【非特許文献１】
池永、「ＤＬＣ膜の特徴と工業的応用」、表面技術、日本、社団法人 表面技術協会、平成１４年１１月１日、第５３巻第１１号、Ｐ７〜１０
【０００４】
本発明は上記の問題を解消するためになされたもので、その目的は、金属部材表面に生成された硬質薄膜が簡単に剥離してしまうことのない金属部材表面の改質方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明における金属部材表面の改質方法は、各種金属部材の表面を改質する方法であって、金属部材を液体中に配置した後前記金属部材表面上にパルスレーザー光を照射し、その後、パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上に硬質薄膜を生成させることを特徴とする。
【０００６】
金属部材表面上にパルスレーザー光を照射すると、金属部材表面にＶ字状の凹みが多数形成され、その後Ｖ字状の凹み内に深く生成された硬質薄膜が金属部材表面に生成された硬質薄膜のアンカー部を構成する。こうして生成された硬質薄膜と金属部材表面との接合面は複雑に入り組んでこれらのせん断抵抗が増大し、この結果、生成された硬質薄膜は金属部材表面から簡単に剥離しないようになる。さらに、金属部材表面上にパルスレーザー光を照射すると、パルスレーザー光の照射の代りにショットを投射した場合と比較して、金属部材は、表面硬度が向上しかつ圧縮残留応力が付与されるため、疲労強度が向上する。
【０００７】
なお、本発明において前記パルスレーザー光の照射工程と前記硬質薄膜の生成工程との間に、前記パルスレーザー光を照射した金属部材表面上にショットを投射することにより、金属部材表面の粗さを調整することができる。
この場合に用いるショットは、アルミナ・ジリコニア等のセラミックス、ガラス粉、非鉄金属粉、鉄金属粉等の単体またはこれらの混合物である。
【０００８】
またなお、本発明において用いる硬質薄膜の生成方法としては、気体状のベンゼン（Ｃ６Ｈ６）を用いるイオン源方式、直接固体カーボン源を用いるアーク放電方式、メタン（ＣＨ４）ガスを用いるプラズマＣＶＤおよび非平衡の磁気でスパッタ成膜させるＵＢＭＳがある。
【０００９】
またなお、本発明において硬質薄膜を生成させる前の金属部材表面は、十点平均粗さが２〜５μｍが望ましい。 ２μｍ未満では、Ｖ字状の凹みが少なくなって硬質薄膜の
金属部材表面に対する固着力が弱くなり、これに伴って、
荷重を受けた場合に硬質薄膜が金属部材表面から剥離し易くなりとなり、また、５μｍを越えると、金属部材は、硬質薄膜生成後の表面粗さが増大して摩擦抵抗が増大する。
またなお、本発明における金属部材は、特に限定しないが、表面に摺動部を有するものである場合には特に効果を発揮する。
【００１０】
【実施例１】
合金工具鋼ＳＫＤ１１で作製した表面硬度７００ＨＶの円盤状の試験片を液体中に配置し、続いて、この試験片表面上に、パルスエネルギー１００ｍＪ、スポット径０．６ｍｍの条件でパルスレーザー光を照射する。次いで、パルスレーザー光を照射した表面に、イオン源方式により硬質薄膜としてダイヤモンドライクカーボンを生成し、その後、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機を用いて円盤状の試験片に、鋼球を回転させながら段階的に大きくなる荷重をかけたところ、１０００Ｎの荷重をかけても硬質薄膜は剥離しなかった。
【００１１】
なお、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機は、試料と相手材を摺動摩擦し、その際の摩擦係数や摩耗量を測定する装置であって、相手材としてボールを用いている。
【００１２】
【実施例２】
合金工具鋼ＳＫＤ１１で作製した表面硬度７００ＨＶの円盤状の試験片を液体中に配置し、続いて、この試験片表面上に、パルスエネルギー１００ｍＪ、スポット径０．６ｍｍの条件でパルスレーザー光を照射する。次いで、パルスレーザー光を照射した表面に、ホワイトアランダム＃１８０（新東ブレーター株式会社製）のショットを圧力０．２ＭＰａの圧縮空気を用いてノズルから噴射させて１５秒間衝突させ、続いて、ショットを衝突させた試験片表面上に、イオン源方式により硬質薄膜としてダイヤモンドライクカーボンを生成した。その後、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機を用いて円盤状の試験片に、鋼球を回転させながら段階的に大きくなる荷重をかけたところ、１０００Ｎの荷重をかけても硬質薄膜は剥離しなかった。
【００１３】
【実施例３】
比較例として、合金工具鋼ＳＫＤ１１で作製した表面硬度７００ＨＶの試験片の表面上に、イオン源方式により硬質薄膜としてダイヤモンドライクカーボンを生成した。その後、ボール・オン・ディスク型の摩擦試験機を用いて試験片に、鋼球を回転させながら段階的に大きくなる荷重をかけたところ、８００Ｎの荷重によって硬質薄膜は剥離した。
【００１４】
【効果】
上記の説明から明らかなように本発明は、各種金属部材の表面を改質する方法であって、金属部材を液体中に配置した後前記金属部材表面上にパルスレーザー光を照射し、その後、パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上に硬質薄膜を生成するから、金属部材表面に生成された硬質薄膜が簡単に剥離してしまうことのないなどの優れた実用的効果を奏する。
Claims (5)
- 各種金属部材の表面を改質する方法であって、
金属部材を液体中に配置した後前記金属部材表面上にパルスレーザー光を照射し、その後、パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上に硬質薄膜を生成させることを特徴とする金属部材表面の改質方法。 - 請求項１に記載の金属部材表面の改質方法において、
前記パルスレーザー光の照射工程と前記硬質薄膜の生成工程との間に前記パルスレーザー光を照射した前記金属部材表面上にショットを投射することを特徴とする金属部材表面の改質方法。 - 請求項１または２に記載の金属部材表面の改質方法において、
前記硬質薄膜は、ダイヤモンドライクカーボンであることを特徴とする金属部材表面の改質方法。 - 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の金属部材表面の改質方法において、
前記硬質薄膜を生成させる前の金属部材表面は、十点平均粗さが２〜５μｍであることを特徴とする金属部材表面の改質方法。 - 請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の金属部材表面の改質方法において、
前記金属部材表面における硬質薄膜を生成せさる箇所は前記金属部材の摺動部であることを特徴とする金属部材表面の改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003112237A JP2004314128A (ja) | 2003-04-17 | 2003-04-17 | 金属部材表面の改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003112237A JP2004314128A (ja) | 2003-04-17 | 2003-04-17 | 金属部材表面の改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004314128A true JP2004314128A (ja) | 2004-11-11 |
Family
ID=33472503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003112237A Pending JP2004314128A (ja) | 2003-04-17 | 2003-04-17 | 金属部材表面の改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004314128A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007268557A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Hitachi Via Mechanics Ltd | レーザ加工機およびウインドセル |
| JP2009226479A (ja) * | 2008-02-25 | 2009-10-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面改質方法 |
-
2003
- 2003-04-17 JP JP2003112237A patent/JP2004314128A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007268557A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Hitachi Via Mechanics Ltd | レーザ加工機およびウインドセル |
| JP4641276B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2011-03-02 | 日立ビアメカニクス株式会社 | レーザ加工機およびウインドセル |
| JP2009226479A (ja) * | 2008-02-25 | 2009-10-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面改質方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051227 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080516 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090122 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090529 |