JP2005126767A - Method for surface treatment of titanium material - Google Patents

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清隆 松浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for increasing the hardness of a desired fine area of a titanium material by selectively performing surface treatment thereof. <P>SOLUTION: In a surface treatment method, a desired fine area of a titanium material is covered by nitride by applying arc discharge with weak discharge energy to the area while blowing gaseous nitrogen thereto at predetermined flow rate. The flow rate of gaseous nitrogen is preferably 2.5-30 liter/minute. In this method, gaseous nitrogen is preferably blown to the fine area for 0.3-3.0 milli-seconds before applying the arc discharge thereto, and for 0.3-9.9 milli-seconds after applying the arc discharge. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は一般に、チタン材を表面処理する方法に関する。より詳細には、本発明は、チタン材の所望の微細領域を選択的に表面処理する方法に関する。   The present invention generally relates to a method of surface treating a titanium material. More specifically, the present invention relates to a method for selectively surface-treating desired fine regions of a titanium material.

チタンは、軽量で耐蝕性や生体適合性に優れている等の種々の優れた化学的・物理的特性を有する材料であるが、耐磨耗性が劣っているという欠点を有している。そのため、摺動部での使用等の過酷な状況下での用途に応えるべく、硬度を高めて耐磨耗性を改善することが望まれている。従来、チタンの硬度を高める方法として、チタンにアルミニウムやバナジウム等の合金金属を添加する方法が知られている。   Titanium is a material that has various excellent chemical and physical properties such as light weight and excellent corrosion resistance and biocompatibility, but has a drawback of poor wear resistance. Therefore, it is desired to improve the wear resistance by increasing the hardness in order to meet the use under severe conditions such as use in the sliding portion. Conventionally, as a method for increasing the hardness of titanium, a method of adding an alloy metal such as aluminum or vanadium to titanium is known.

一方、金属表面に対する窒化物被覆法として、ガス窒化、レーザー窒化、イオン・インプランテーション法等が知られているが、これらの方法の短所(処理時間が長い、処理温度が高い、コストが高い、剥離し易い等)を克服すべく、本発明者等は、処理時間が単純であり、コストが低く、密着性が良好な方法として、窒素雰囲気中でのアーク表面溶融を利用した窒化法を提案した(非特許文献1参照)。   On the other hand, gas nitriding, laser nitriding, ion implantation method and the like are known as nitride coating methods for metal surfaces, but disadvantages of these methods (long processing time, high processing temperature, high cost, The present inventors have proposed a nitriding method using arc surface melting in a nitrogen atmosphere as a method with a simple processing time, low cost, and good adhesion. (See Non-Patent Document 1).

有田大,松浦清隆,工藤昌行著:2002年度傾斜機能材料論文集,未踏科学技術協会編,2003年,37頁〜41頁Arita Univ., Kiyotaka Matsuura, Masayuki Kudo: Functionally Graded Material Proceedings 2002, edited by the Unexplored Science and Technology Association, 2003, pp. 37-41

チタンの硬度を高める上述の従来の方法では、硬度は400Hv程度にしかならず、摺動部等の硬度が必要な用途に対しては、依然として、満足すべきものとはなっていない。一方、硬度が必要な用途であっても、手術用メスや人工関節等のように、硬度の必要な個所が当該物の全体ではなく極く一部である場合(例えば、手術用メスでは刃部、人工関節では摺動部)も数多い。そこで、チタン材の所望の微細領域の硬度を高めることが要請されている。   The above-described conventional method for increasing the hardness of titanium has a hardness of only about 400 Hv, and is still not satisfactory for applications that require hardness such as sliding portions. On the other hand, even in applications where hardness is required, when the location where hardness is required is a small part rather than the entire object, such as a surgical knife or an artificial joint, There are also many sliding parts in artificial joints. Therefore, it is required to increase the hardness of a desired fine region of the titanium material.

本発明は、このような現状に鑑みて案出されたものであって、チタン材の所望の微細領域を選択的に表面処理して硬度を高める方法を提供することを目的としている。   The present invention has been devised in view of such a current situation, and an object of the present invention is to provide a method for increasing the hardness by selectively surface-treating a desired fine region of a titanium material.

上述の非特許文献1に記載した実験では、純チタン材に対して、表面から順に、TiN層、(TiN+Ti2 N+αTi)層、及びαTi層の各層が形成されることが確認され、チタン材の硬度を1500Hv程度にまで高めることに成功した。本発明は、非特許文献1に記載した研究成果を基にして、所望の微細領域を選択的に表面処理(即ち、窒化物で被覆)する方法を創作したものである。 In the experiment described in Non-Patent Document 1 described above, it was confirmed that a TiN layer, a (TiN + Ti 2 N + αTi) layer, and an αTi layer were formed sequentially from the surface with respect to a pure titanium material. We succeeded in increasing the hardness to about 1500 Hv. The present invention is based on the research results described in Non-Patent Document 1, and created a method for selectively surface-treating a desired fine region (that is, coating with nitride).

所望の微細領域を選択的に窒化物で被覆するには、チタン材の処理表面において溶融部の位置と大きさを精密に制御することが必要である。本発明者等は、表面処理時における放電エネルギーを小さくすることにより、窒化物の微小な被覆を形成することができることを見い出した。   In order to selectively coat desired fine regions with nitride, it is necessary to precisely control the position and size of the melted portion on the treated surface of the titanium material. The present inventors have found that a fine coating of nitride can be formed by reducing the discharge energy during the surface treatment.

本願請求項1に記載のチタン材の所望の微細領域を選択的に表面処理する方法は、前記微細領域に、所定流量の窒素ガスを吹き付けながら、微弱な放電エネルギーでアーク放電を施すことにより、窒化物の被覆を形成することを特徴とするものである。   The method for selectively surface-treating a desired fine region of the titanium material according to claim 1 of the present invention is to perform arc discharge with weak discharge energy while blowing a predetermined flow rate of nitrogen gas to the fine region, It is characterized by forming a nitride coating.

本願請求項2に記載の表面処理方法は、前記請求項1の方法において、前記流量が、2.5リットル/分〜30リットル/分であることを特徴とするものである。   The surface treatment method according to claim 2 of the present invention is characterized in that, in the method of claim 1, the flow rate is 2.5 liters / minute to 30 liters / minute.

本願請求項3に記載の表面処理方法は、前記請求項1又は2の方法において、前記アーク放電を施す前に、窒素ガスを前記微細領域に0.3ミリ秒〜3.0ミリ秒吹き付けることを特徴とするものである。   The surface treatment method according to claim 3 of the present application is the method according to claim 1 or 2, wherein nitrogen gas is blown into the fine region for 0.3 to 3.0 milliseconds before performing the arc discharge. It is characterized by.

本願請求項4に記載の表面処理方法は、前記請求項1から3までのいずれか1項の方法において、前記アーク放電を施した後に、窒素ガスを前記微細領域に0.3ミリ秒〜9.9ミリ秒吹き付けることを特徴とするものである。   A surface treatment method according to a fourth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to third aspects, wherein after the arc discharge is performed, nitrogen gas is supplied to the fine region from 0.3 milliseconds to 9 milliseconds. .9 milliseconds of spraying.

本発明の方法によれば、溶融部の幅及び深さを数十μm〜数百μmに微小化することが可能になるので、チタン材の所望の微細領域を選択的に(約1500Hvまで)硬化させることができる。本発明の方法は、例えば、手術用メスの刃部や人工関節の摺動部等を硬化させるのに用いることができる。   According to the method of the present invention, the width and depth of the melted portion can be reduced to several tens to several hundreds of μm, so that a desired fine region of the titanium material can be selectively (up to about 1500 Hv). It can be cured. The method of the present invention can be used, for example, to harden the blade portion of a surgical knife, the sliding portion of an artificial joint, or the like.

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係るチタン材を表面処理する方法について説明する。図1は、本発明の方法により表面処理を実施している状態を示した概略図である。図1において、参照符号10はトーチ部、参照符号12はタングステン電極を示している。トーチ部10には、窒素ガス供給口10aが設けられている。   Next, a method for surface-treating a titanium material according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a state in which surface treatment is performed by the method of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 10 indicates a torch portion, and reference numeral 12 indicates a tungsten electrode. The torch part 10 is provided with a nitrogen gas supply port 10a.

まず、電気的に接地されたチタン材の表面処理しようとする微細領域に、トーチ部10を接近させ、トーチ部10の窒素ガス供給口10aから微細領域に所定流量の窒素ガスを吹き付けながら、微弱な放電エネルギーでアーク放電を施す。   First, the torch portion 10 is brought close to a fine region to be surface-treated of an electrically grounded titanium material, and a predetermined flow rate of nitrogen gas is blown from the nitrogen gas supply port 10a of the torch portion 10 to the fine region. Arc discharge is performed with high discharge energy.

微細領域に吹き付けられる窒素ガスの流量は、約2.5リットル/分〜約30リットル/分であるのが好ましい。窒素ガスの流量が約2.5リットル/分以下の場合には、窒化物の被覆が形成されにくくなる。   The flow rate of nitrogen gas blown to the fine region is preferably about 2.5 liters / minute to about 30 liters / minute. When the flow rate of nitrogen gas is about 2.5 liters / minute or less, it becomes difficult to form a nitride coating.

アーク放電の放電エネルギーは、電圧と電流と時間の積で表される。放電エネルギーを微弱にするには、印加電圧を一定にした状態で、放電電流を微弱にし、かつ、放電時間を短くすればよい。本実施の形態では、印加電圧を200ボルトにした状態で、放電電流を1アンペア〜30アンペアの間で変動させ、かつ放電時間を0.5ミリ秒〜180ミリ秒の間隔でオン/オフを繰り返した。また、これらの放電時間内において、放電電流を高電流と低電流との間で繰り返し変動させる(最大繰り返し回数:99回)ことができるようにした。そして、この際における高電流の取り得る範囲は、1アンペア〜30アンペアとし、低電流の取り得る範囲は、高電流の50%〜99%とした。   The discharge energy of arc discharge is represented by the product of voltage, current and time. In order to weaken the discharge energy, the discharge current may be weakened and the discharge time may be shortened with the applied voltage being constant. In this embodiment, with the applied voltage being 200 volts, the discharge current is varied between 1 ampere and 30 amperes, and the discharge time is turned on / off at intervals of 0.5 milliseconds to 180 milliseconds. Repeated. Further, the discharge current can be repeatedly varied between the high current and the low current (the maximum number of repetitions: 99 times) within these discharge times. In this case, the range in which the high current can be taken is 1 ampere to 30 amperes, and the range in which the low current can be taken is 50% to 99% of the high current.

上述のように、放電時間を短くし、かつ放電時間内において放電電流を繰り返し下げることにより、微弱な放電エネルギーでのアーク放電が可能になり、これにより、微細領域に対して窒化物の被覆を形成することができる。   As described above, by shortening the discharge time and repeatedly lowering the discharge current within the discharge time, arc discharge with weak discharge energy becomes possible, and thereby the nitride coating is applied to the fine region. Can be formed.

なお、アーク放電を施す前に、窒素ガスを微細領域に約0.3ミリ秒〜約3.0ミリ秒の間吹き付けることが好ましい。これにより、アークの安定化を図ることができる。また、アーク放電を施した後に、窒素ガスを微細領域に約0.3ミリ秒〜約9.9ミリ秒の間吹き付けることが好ましい。これにより、チタン部材の加熱部の酸化防止を図ることができる。   In addition, before performing arc discharge, it is preferable to blow nitrogen gas into the fine region for about 0.3 milliseconds to about 3.0 milliseconds. As a result, the arc can be stabilized. Moreover, it is preferable to blow nitrogen gas on the fine region for about 0.3 milliseconds to about 9.9 milliseconds after the arc discharge. Thereby, oxidation prevention of the heating part of a titanium member can be aimed at.

微細領域にトーチ部10を接近させる際、タングステン電極12とチタン材との間の距離を、約0.2mm〜約0.5mmとするのが好ましい。   When the torch portion 10 is brought close to the fine region, the distance between the tungsten electrode 12 and the titanium material is preferably about 0.2 mm to about 0.5 mm.

次に、本発明の方法を実施する際に用いられた3D−Micro Welder装置(三次元微小溶接装置)について簡単に説明する。3D−Micro Welder装置は、本発明者等が開発した装置であり、既に特許出願がなされている(特願2003−69281号)。3D−Micro Welder装置では、アーク発生の原理自体は、従来のTIG溶接機と実質的に同一であるが、放電エネルギーを従来のTIG溶接機と比較して非常に小さく設定することができるとともに、電極位置を自由に制御することができるように構成されていることを特徴としている。   Next, a 3D-Micro Welder apparatus (three-dimensional microwelding apparatus) used when carrying out the method of the present invention will be briefly described. The 3D-Micro Welder apparatus is an apparatus developed by the present inventors, and a patent application has already been filed (Japanese Patent Application No. 2003-69281). In the 3D-Micro Welder apparatus, the principle of arc generation itself is substantially the same as that of the conventional TIG welder, but the discharge energy can be set very small compared to the conventional TIG welder, It is characterized in that the electrode position can be freely controlled.

図2(a)は、3D−Micro Welder装置の概略縦断面図、図2(b)は、図2(a)の線2b−2bに沿って見た図である。図2(a)及び図2(b)において全体として参照符号500で示される3D−Micro Welder装置は、装置500の中心部となる造形区画520と、造形区画520の下方に配置された駆動区画530と、造形区画520の背部に配置された昇降区画540と、造形区画520の上方に配置された排気部510と、駆動区画530及び昇降区画540の下方に配置された制御区画550とを備えている。装置500の各区画及び部は、パネル状部材501で包囲されている。   2A is a schematic longitudinal sectional view of the 3D-Micro Welder device, and FIG. 2B is a view taken along line 2b-2b in FIG. 2A. 2A and 2B, a 3D-Micro Welder apparatus generally indicated by reference numeral 500 includes a modeling section 520 serving as a central portion of the apparatus 500 and a driving section disposed below the modeling section 520. 530, an elevating section 540 disposed on the back of the modeling section 520, an exhaust section 510 disposed above the modeling section 520, and a control section 550 disposed below the driving section 530 and the lifting section 540. ing. Each section and part of the device 500 is surrounded by a panel-like member 501.

造形区画520には、トーチ部10が収容されており、トーチ部10は、後述する昇降区画540に設けられた各機構により、垂直方向(Z方向)に移動できるように構成されている。造形区画520のトーチ部10の下方には、水平方向(X方向及びY方向)の任意の位置に移動できるように構成された造形台521が設けられている。トーチ部10の前方には、トーチ部10の動作状況の確認、電弧(アーク)の遠隔調整等の情報を得るため、CCDカメラ522が配置されている。   The modeling section 520 accommodates the torch unit 10, and the torch unit 10 is configured to be movable in the vertical direction (Z direction) by each mechanism provided in the elevating section 540 described later. A modeling table 521 configured to be able to move to an arbitrary position in the horizontal direction (X direction and Y direction) is provided below the torch portion 10 of the modeling section 520. A CCD camera 522 is disposed in front of the torch unit 10 in order to obtain information such as confirmation of the operating state of the torch unit 10 and remote adjustment of an electric arc.

駆動区画530には、造形台521を水平方向(X方向及びY方向)の任意の位置に移動させるため、電動モータ531及び水平駆動装置532がそれぞれ設けられている。造形区画520及び駆動区画530は、造形台521の可動範囲を除いて、パネル状部材501で仕切られている。   The drive section 530 is provided with an electric motor 531 and a horizontal drive device 532 for moving the modeling table 521 to an arbitrary position in the horizontal direction (X direction and Y direction). The modeling section 520 and the drive section 530 are partitioned by a panel-like member 501 except for the movable range of the modeling table 521.

昇降区画540には、昇降機541が収容されており、昇降機541に固定された支持梁544が、トーチ部10に連結されている。昇降機541は、ピストン543を介して、電動モータ542に連結されており、電動モータ542の回転方向と回転量を制御することにより、トーチ部10を垂直方向の任意の位置に移動させるように構成されている。   An elevator 541 is accommodated in the elevator section 540, and a support beam 544 fixed to the elevator 541 is connected to the torch unit 10. The elevator 541 is connected to the electric motor 542 via the piston 543, and is configured to move the torch unit 10 to an arbitrary position in the vertical direction by controlling the rotation direction and the rotation amount of the electric motor 542. Has been.

排気部510には、造形区画520との間を仕切るパネル状部材501を貫通するように、軸流排気ファン511が設けられている。排気部510は、排気ダクト505からの排気を室外に導くようになっている。なお、図2(a)における矢印は、排気の方向を示す。   The exhaust portion 510 is provided with an axial exhaust fan 511 so as to penetrate the panel-like member 501 that partitions the modeling section 520. The exhaust part 510 guides the exhaust from the exhaust duct 505 to the outside. In addition, the arrow in Fig.2 (a) shows the direction of exhaust_gas | exhaustion.

制御区画550には、プログラマブルコントローラ部551、ワイヤーハーネス部552、集合端子台553、及び電源引き込みケーブル554が収容されている。   The control section 550 accommodates a programmable controller unit 551, a wire harness unit 552, a collective terminal block 553, and a power supply cable 554.

表面処理を行おうとする微細領域の座標(X、Y、Z)データ及び放電時間に関するデータ等を予めプログラマブルコントローラ部551の記憶装置に格納しておき、これらのデータに基づき、電動モータ531、542に信号を送って駆動させ、微細領域にアーク放電を施す。3D−Micro Welder装置500における座標の精度は、0.1マイクロメートル、放電時間の精度は、0.5ミリ秒である。装置500により放電位置、その移動速度、放電電流、放電時間を制御して、微細領域に窒化物の被覆を形成する。   Coordinate (X, Y, Z) data of the fine region to be subjected to the surface treatment, data on the discharge time, etc. are stored in advance in the storage device of the programmable controller unit 551, and the electric motors 531 and 542 are based on these data. Is driven by sending a signal to arc discharge in a fine region. The accuracy of coordinates in the 3D-Micro Welder apparatus 500 is 0.1 micrometers, and the accuracy of the discharge time is 0.5 milliseconds. The apparatus 500 controls the discharge position, the moving speed thereof, the discharge current, and the discharge time to form a nitride coating on the fine region.

次に、微弱な放電エネルギーによるアーク放電でも窒化物の被覆の形成が可能であることを検証するために行った実験について説明する。実験では、上述の3D−MicroWelder装置を用い、円板状の純チタン試料(直径10mm、高さ3mm)の上方にタングステン電極(直径約1mm)を設置し、アーク放電を施した。実験時の電流条件と放電時間は、コンピュータにより制御し、6〜24アンペア、91msとした。また、窒素ガスの流量は、2.5リットル/分とした。なお、タングステン電極と純チタン試料との距離は0.4mm〜2mm、放電位置間隔は0.1mm〜1mm、放電時間間隔は3秒とした。実験では、このようにしてアーク放電を施した試料についての組織観察、濃度分析、XRD分析、硬度試験を行った。   Next, an experiment conducted to verify that a nitride coating can be formed even by arc discharge with weak discharge energy will be described. In the experiment, a tungsten electrode (diameter: about 1 mm) was placed above a disc-shaped pure titanium sample (diameter: 10 mm, height: 3 mm) using the 3D-MicroWelder apparatus described above, and arc discharge was performed. The current conditions and discharge time during the experiment were controlled by a computer and were 6 to 24 amps and 91 ms. The flow rate of nitrogen gas was 2.5 liters / minute. The distance between the tungsten electrode and the pure titanium sample was 0.4 mm to 2 mm, the discharge position interval was 0.1 mm to 1 mm, and the discharge time interval was 3 seconds. In the experiment, structural observation, concentration analysis, XRD analysis, and hardness test were performed on the sample thus subjected to arc discharge.

放電電流を12アンペア、放電時間を1サイクルの条件でアーク放電を施した試料の外観を観察すると、試料の表面に黄金色を呈した放電の痕跡(直径約0.9mm)が認められた。次いで、試料の処理表面に対して直角な縦断面における組織を観察すると、デンドライトが認められた。これにより、微弱な放電エネルギーにもかかわらず、当該領域が一度溶融したことが分かる。この溶融領域の形状は、最大深さ約140μmの半球状であり、溶融痕は中心が盛り上がるように形成されていた。また、デンドライトは、表面から溶融領域底部に向かって直線状に成長していた。   When the appearance of the sample subjected to arc discharge under conditions of a discharge current of 12 amperes and a discharge time of 1 cycle was observed, traces of a discharge (diameter of about 0.9 mm) showing a golden color were observed on the surface of the sample. Next, when a structure in a longitudinal section perpendicular to the treated surface of the sample was observed, dendrites were observed. Thereby, it can be seen that the region once melted despite the weak discharge energy. The shape of the melting region was a hemisphere with a maximum depth of about 140 μm, and the melting mark was formed so that the center was raised. In addition, the dendrite grew linearly from the surface toward the bottom of the molten region.

次いで、被覆層に生成されているのがチタン窒化物であることを確認するため、試料の深さ方向に対してEPMA(微小部X線分析装置)による濃度分析を行った。その結果は、図3に示す通りである。図3のグラフにおいて、横軸が試料表面からの距離、縦軸が濃度であり、菱形の点がチタンの濃度、矩形の点が窒素の濃度を示す。図3のグラフから、窒素が試料内部に侵入しており、試料の最表面におけるチタンと窒素の割合が原子比で約1:1であることが分かる。この結果とXRD分析結果から、試料の最表面付近では、TiNが形成されていることが分かった。また、窒素の濃度は、試料の表面から離れるに従って低下し、12アンペア、91ミリ秒という低電圧、短時間にもかかわらず、窒素が約140μmまで侵入していることが分かった。   Subsequently, in order to confirm that it was titanium nitride that was generated in the coating layer, concentration analysis was performed with an EPMA (microscopic X-ray analyzer) in the depth direction of the sample. The result is as shown in FIG. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the distance from the sample surface, the vertical axis represents the concentration, the diamond points indicate the titanium concentration, and the rectangular points indicate the nitrogen concentration. From the graph of FIG. 3, it can be seen that nitrogen penetrates into the sample, and the ratio of titanium and nitrogen on the outermost surface of the sample is about 1: 1 in atomic ratio. From this result and the XRD analysis result, it was found that TiN was formed near the outermost surface of the sample. Further, it was found that the concentration of nitrogen decreased with increasing distance from the surface of the sample, and nitrogen penetrated to about 140 μm despite a low voltage of 12 amperes, 91 milliseconds, and a short time.

次いで、窒化が硬度に如何なる影響を及ぼすのかを確認するため、マイクロビッカース硬度試験を行った。その結果は、図4に示す通りである。図4のグラフにおいて、横軸が試料表面からの距離、縦軸がビッカース硬度である。試料の最表面付近におけるビッカース硬度は約1800であり、従来のTIG溶接機を用いた場合と略同等の硬度が得られた。硬度は、試料表面から深さ方向に進むに従って低下し、溶融部の底部付近における硬度は、未処理の試料と略同程度となった。本試験により、約100μmの硬化層を形成することができることが分かった。   Subsequently, a micro Vickers hardness test was performed in order to confirm how nitriding affects the hardness. The result is as shown in FIG. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis represents the distance from the sample surface, and the vertical axis represents the Vickers hardness. The Vickers hardness in the vicinity of the outermost surface of the sample was about 1800, and a hardness substantially equivalent to that obtained when a conventional TIG welder was used was obtained. The hardness decreased as it proceeded in the depth direction from the sample surface, and the hardness in the vicinity of the bottom of the melted portion was approximately the same as that of the untreated sample. From this test, it was found that a cured layer of about 100 μm can be formed.

上述の実験により、純チタン試料に対して、幅がmmオーダー、厚さがμmオーダーの窒化物の被覆の形成が確認され、本発明の方法の有効性が実証された。   The above experiments confirmed the formation of a nitride coating having a width of the order of mm and a thickness of the order of μm on the pure titanium sample, and proved the effectiveness of the method of the present invention.

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say, it is something.

本発明の方法により表面処理を実施している状態を示した概略図である。It is the schematic which showed the state which is implementing surface treatment by the method of this invention. 図2(a)は、本発明の方法を実施するのに用いられる3D−MicroWelder装置の縦断面図、図2(b)は、図2(a)の線2b−2bに沿って見た図である。FIG. 2 (a) is a longitudinal sectional view of a 3D-MicroWelder apparatus used for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 (b) is a view taken along line 2b-2b in FIG. 2 (a). It is. 本発明の方法の有効性を実証するために行われた実験により得られた、試料の深さ方向に対するEPMAによる濃度分析の結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of the concentration analysis by EPMA with respect to the depth direction of the sample obtained by the experiment conducted in order to demonstrate the effectiveness of the method of this invention. 本発明の方法の有効性を実証するために行われた実験により得られた、試料の深さ方向における硬度試験の結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of the hardness test in the depth direction of the sample obtained by the experiment conducted in order to demonstrate the effectiveness of the method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 トーチ部
10a 窒素ガス供給口
12 タングステン電極
500 3D−Micro Welder装置
510 排気部
520 造形区画
530 駆動区画
540 昇降区画
550 制御区画
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torch part 10a Nitrogen gas supply port 12 Tungsten electrode 500 3D-Micro Welder apparatus 510 Exhaust part 520 Modeling section 530 Drive section 540 Elevating section 550 Control section

Claims (4)

チタン材の所望の微細領域を選択的に表面処理する方法であって、
前記微細領域に、所定流量の窒素ガスを吹き付けながら、微弱な放電エネルギーでアーク放電を施すことにより、窒化物の被覆を形成することを特徴とする方法。
A method of selectively surface-treating a desired fine region of a titanium material,
A method of forming a nitride coating by performing arc discharge with weak discharge energy while blowing a predetermined flow rate of nitrogen gas to the fine region.
前記流量が、2.5リットル/分〜30リットル/分であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the flow rate is from 2.5 liters / minute to 30 liters / minute. 前記アーク放電を施す前に、窒素ガスを前記微細領域に0.3ミリ秒〜3.0ミリ秒吹き付けることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 3. The method according to claim 1, wherein nitrogen gas is blown into the fine region for 0.3 to 3.0 milliseconds before performing the arc discharge. 前記アーク放電を施した後に、窒素ガスを前記微細領域に0.3ミリ秒〜9.9ミリ秒吹き付けることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein after the arc discharge, nitrogen gas is blown into the fine region for 0.3 milliseconds to 9.9 milliseconds.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113637938A (en) * 2021-08-17 2021-11-12 中南大学湘雅医院 High-performance ultrasonic knife and preparation method thereof

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