JP2022147606A - 表面窒化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の所望の部分に所望の窒化層を形成することが可能な表面窒化方法を提供する。【解決手段】表面窒化方法は、金属材料からなる対象物の表面に窒化層を形成する表面窒化方法であって、対象物の表面に形成される窒化層の厚さを制御するために対象物の表面に前処理を行う前処理工程Ｓ２と、前処理工程Ｓ２後の対象物を窒化する窒化工程Ｓ３と、を含む。前処理工程Ｓ２は、対象物の表面における予め設定された対象部分に第１深さで歪を導入する第１導入工程Ｓ２１を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、表面窒化方法に関する。

金属材料の表面を窒化する表面窒化法が知られている（例えば、特許文献１）。窒化は、マルテンサイト膨張を伴わない熱処理なので、熱歪みが少ない。よって、窒化は、様々な部材の製造に広く利用されている。

特開２００６－２８５８８号公報

窒化は浸炭等と同様に雰囲気熱処理である。雰囲気熱処理は、熱処理の対象物の全体を加熱するので、対象物のどの部分においても均一な熱処理効果を得ることができる。言い換えると、雰囲気熱処理では、対象物の所望の部分に所望の熱処理効果を付与することができない。

本開示は、対象物の所望の部分に所望の窒化層を形成することが可能な表面窒化方法を提供する。

本開示の一側面に係る表面窒化方法は、金属材料からなる対象物の表面に窒化層を形成する表面窒化方法である。この表面窒化方法は、対象物の表面に形成される窒化層の厚さを制御するために対象物の表面に前処理を行う前処理工程と、前処理工程後の対象物を窒化する窒化工程と、を含む。そして、前処理工程は、対象物の表面における予め設定された対象部分に第１深さで歪を導入する第１導入工程を含む。

この表面窒化方法では、第１導入工程で対象物の表面の対象部分に第１深さで歪を導入した後、窒化工程で対象物の窒化を行う。したがって、対象部分では窒素が歪に捕捉されることにより、窒化が促進される。これにより、対象部分に第１深さに応じた厚さの窒化層を形成することができる。

本開示の一実施形態において、前処理工程は、対象物の表面における対象部分の周辺部分に第１深さよりも浅い第２深さで歪を導入する第２導入工程を更に含んでもよい。この場合、周辺部分に第２深さに応じた厚さの窒化層を形成することができる。

本開示の一実施形態において、第２導入工程では、対象部分にも第２深さで歪を導入してもよい。この場合、第２導入工程において対象部分をマスキングする必要がない。

本開示の一実施形態において、第１導入工程では、対象部分に外力を加える加工を行い、対象部分に歪を導入し、第２導入工程では、周辺部分に外力を加える加工を行い、周辺部分に歪を導入してもよい。この場合、対象部分及び周辺部分に歪を容易に導入することができる。

本開示の一実施形態において、第１導入工程では、対象部分に第１歪付与媒体を衝突させ、対象部分に歪を導入し、第２導入工程では、周辺部分に第２歪付与媒体を衝突させ、周辺部分に歪を導入してもよい。この場合、対象部分に第１深さで均一に歪を導入することができる。また、周辺部分に第２深さで均一に歪を導入することができる。

本開示の一実施形態において、上記表面窒化方法は、第１設定工程と、第２設定工程と、を更に含む。第１設定工程は、第１深さに応じて、第１歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも一方からなる第１条件を設定する。第２設定工程は、第２深さに応じて、第２歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも一方からなる第２条件を設定する。そして、第１導入工程では、第１条件で対象部分に第１歪付与媒体を衝突させ、第２導入工程では、第２条件で周辺部分に第２歪付与媒体を衝突させてもよい。この場合、対象部分に第１深さで精度よく歪を導入することができる。また、周辺部分に第２深さで精度よく歪を導入することができる。

本開示の一実施形態において、第１導入工程では、対象部分に第１押圧部材を押し付けながら摺動させることにより、対象部分に歪を導入し、第２導入工程では、周辺部分に第２押圧部材を押し付けながら摺動させることにより、周辺部分に歪を導入してもよい。この場合、対象部分に第１深さで歪を導入しながら、対象部分の表面を滑らかに整えることができる。また、周辺部分に第２深さで歪を導入しながら、周辺部分の表面を滑らかに整えることができる。

本開示の一実施形態において、上記表面窒化方法は、第１設定工程と、第２設定工程と、を更に含む。第１設定工程は、第１深さに応じて、第１押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも一方からなる第１条件を設定する。第２設定工程は、第２深さに応じて、第２押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも一方からなる第２条件を設定する。そして、第１導入工程では、第１条件で対象部分に第１押圧部材を押し付けながら摺動させ、第２導入工程では、第２条件で周辺部分に第２押圧部材を押し付けながら摺動させてもよい。この場合、対象部分に第１深さで精度よく歪を導入することができる。また。周辺部分に第２深さで精度よく歪を導入することができる。

本開示の一実施形態において、第１押圧部材は、第１押圧部材の軸方向が対象部分に直交する方向に対して傾斜するように対象部分に押し付けられ、第２押圧部材は、第２押圧部材の軸方向が周辺部分に直交する方向に対して傾斜するように周辺部分に押し付けられてもよい。この場合、第１押圧部材が、第１押圧部材の軸方向が対象部分に直交するように対象部分に押し付けられる場合と比べて、対象部分に歪が導入され易い。また、第２押圧部材が、第２押圧部材の軸方向が周辺部分に直交するように周辺部分に押し付けられる場合と比べて、周辺部分に歪が導入され易い。

本開示の一実施形態において、第１深さは、２μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。この場合、対象部分の使用形態に応じた厚さの窒化層を形成することができる。

本開示の一実施形態において、対象物は、鉄系合金又はチタン系合金からなってもよい。鉄系合金又はチタン系合金は広く用いられているので、対象物の所望の部分に所望の窒化層を形成することが特に求められている。

本開示の一実施形態において、対象物は、ダイカスト金型又はトランスミッション用歯車であってもよい。この場合、対象物の所望の部分に所望の窒化層を形成することが特に求められている。

本開示に係る表面窒化方法によれば、対象物の所望の部分に所望の窒化層を形成することができる。

実施形態に係る表面窒化方法を示すフローチャートである。 押圧部材を摺動させる方法について説明するための斜視図である。 窒化処理後の金属材料の断面顕微鏡写真である。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

実施形態に係る表面窒化方法は、金属材料からなる対象物の表面に窒化層を形成する方法である。対象物は、例えば、ダイカスト金型又はトランスミッション用歯車である。典型的なダイカスト金型の材料はＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）である。ＪＩＳ規格のＳＫＤ６１は、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ４９５７：１９９９）のＸ４０ＣｒＭｏＶ５－１に対応している。

対象物は、例えば、鉄系合金又はチタン系合金からなる。鉄系合金は、例えば、鉄鋼材料である。鉄鋼材料として、具体的には、炭素含有量が０．５％～０．６％である中炭素の焼入材、炭素含有量が０．８％～１．１％である高炭素の浸炭材等が挙げられる。中炭素の焼入材は、例えば、ばね材、アルミダイカスト用の金型材に用いられる。高炭素の浸炭材は、例えば、歯車材に用いられる。対象物が鉄系合金からなる場合、対象物は、基本的には焼き入れ焼き戻し後の鋼材、すなわち、マルテンサイト組織を有するマルテンサイト鋼であるが、熱処理前の生材であってもよい。

チタン系合金は、例えば、αチタン合金（例えば、Ｔｉ－５Ａｌ－１Ｍｏ－１Ｖ）、α－βチタン合金（例えば、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）、又は、βチタン合金（例えば、Ｔｉ－１４－３－３－３）である。チタン系合金の中では、α－βチタン合金であるＴｉ－６Ａｌ－４Ｖ、いわゆる６４チタンが最も使用されている。使用用途は、人工関節をはじめとしたインプラント、及び、航空機の骨組み部材等である。

窒化により強化したい組織の深さ、窒化により強化したい組織の硬さ等の機械的特性の程度、及び、窒化により強化したい箇所は、対象物である部品の使われ方によって決まっている。本実施形態では、対象物の表面における予め設定された対象部分を特に強化したい部分とする。対象物がダイカスト金型の場合、対象部分は、例えば、アルミ溶湯と接する金型の内面（キャビティ面）のうち、耐ヒートチェック性の低い箇所である。耐ヒートチェック性の低い箇所は、例えば平面が多い箇所である。平面が多い箇所は剛性が低いので、熱膨張収縮が原因である応力の影響を多く受ける。対象物がトランスミッション用歯車の場合、対象部分は、例えば、歯車の歯部分等、高い負荷がかかる箇所である。

対象部分に形成される窒化層の第１厚さは、所望により予め設定されている。第１厚さは、例えば、２μｍ以上１５０μｍ以下であり、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。対象物の表面における対象部分の周辺部分に形成される窒化層の第２厚さは、第１厚さよりも薄い。第２厚さは、所望により予め設定されていている。第２厚さは、例えば、２μｍ以上１５０μｍ以下であり、２μｍ以上６０μｍ以下である。周辺部分は、少なくとも対象部分を取り囲む部分である。周辺部分は、対象物の表面における対象部分以外の全ての部分であってもよい。

窒化は、熱処理の一種である。窒化は、窒素雰囲気中で対象物を高温で長時間保持することにより、窒素を対象物に含浸させ、その結果、窒化物の析出を得る熱処理である。窒化は、ステンレス及びチタンでも生じる。窒化処理は、析出物を得る必要があるため、焼き入れに比べて非常に長い時間を要する。ショットピーニングやバニシングにより金属組織中に発生する転位を代表とする歪には、窒素や水素等の軽い原子が捕捉（トラップ）されやすいことがわかっている。そこで、本実施形態では、窒化に先立って、少なくとも対象部分に予め歪を導入する前処理を行い、対象部分の窒化を促進させる。

図１は、実施形態に係る表面窒化方法を示すフローチャートである。図１に示されるように、表面窒化方法は、条件設定工程Ｓ１と、前処理工程Ｓ２と、窒化工程Ｓ３とを含む。以下、各工程について説明する。

条件設定工程Ｓ１は、前処理工程Ｓ２で実施される前処理の条件を設定する工程である。条件設定工程Ｓ１は、第１設定工程Ｓ１１及び第２設定工程Ｓ１２を含んでいる。第１設定工程Ｓ１１は、対象部分に対する前処理の条件である第１条件を設定する工程である。第２設定工程Ｓ１２は、周辺部分に対する前処理の条件である第２条件を設定する工程である。

前処理工程Ｓ２は、上述の対象物の表面に形成される窒化層の厚さを制御するために対象物の表面に前処理を行う工程である。前処理工程Ｓ２は、第１導入工程Ｓ２１及び第２導入工程Ｓ２２を含んでいる。第１導入工程Ｓ２１は、対象部分に対する前処理として、対象部分に第１深さで歪を導入する工程である。第１導入工程Ｓ２１は、第１設定工程Ｓ１１で設定された条件で実施される。歪は、例えば、転位である。第１深さは、例えば、第１厚さと等しい値に設定される。したがって、第１深さは、例えば、２μｍ以上１５０μｍ以下である。第１深さは、例えば、１０μｍ以上１００ｍ以下であることがより好ましい。

第２導入工程Ｓ２２は、周辺部分に対する前処理として、周辺部分に第１深さよりも浅い第２深さで歪を導入する工程である。第２導入工程Ｓ２２では、対象部分にも第２深さで歪を導入する。第２深さは第１深さよりも浅いので、第２導入工程Ｓ２２が対象部分に行われた場合でも、最終的に対象部分に導入される歪の実質的な深さは、第１深さとなる。

第１導入工程Ｓ２１では、対象部分に外力を加える加工を行い、対象部分に歪を導入する。第１導入工程Ｓ２１で対象部分に歪を導入する方法として、例えば、対象部分に第１歪付与媒体を衝突させる方法、及び、対象部分に第１押圧部材を押し付けながら摺動させる方法が挙げられる。

第２導入工程Ｓ２２では、周辺部分に外力を加える加工を行い、周辺部分に歪を導入する。第２導入工程Ｓ２２で周辺部分に歪を導入する方法として、例えば、周辺部分に第２歪付与媒体を衝突させる方法、及び、周辺部分に第２押圧部材を押し付けながら摺動させる方法が挙げられる。

第１歪付与媒体を衝突させる方法では、第１歪付与媒体のサイズ、及び、第１歪付与媒体が対象部分に衝突する衝突速度によって、対象部分に付与される歪の深さが変化する。したがって、上述の第１設定工程Ｓ１１では、第１厚さに応じて、第１歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも１つからなる条件が設定される。第１導入工程Ｓ２１では、この条件で対象部分に第１歪付与媒体を衝突させる。

第１歪付与媒体の一例は、例えば、金属からなる剛球である。この例では、第１歪付与媒体のサイズは、例えば、第１歪付与媒体の粒径である。第１歪付与媒体のサイズは、第１歪付与媒体が球状である場合、第１歪付与媒体の直径である。第１歪付与媒体のサイズは、例えば、０．０４５ｍｍ以上１．１８０ｍｍ以下である。第１歪付与媒体の衝突速度は、例えば、５０ｍ／ｓ以上１５０ｍ／ｓ以下である。この例では、第１歪付与媒体を衝突させる方法は、例えば、ショットピーニング、又は、ショットブラストとすることができる。

第１歪付与媒体の別の例は、例えば、先端が丸められた棒材（ニードル）であり、その先端を対象物の表面に連続的に衝突させる。この例では、第１歪付与媒体を衝突させる方法は、例えば、ニードルピーニングとすることができる。

第１付与媒体を衝突させる方法では、周辺部分にマスキングを行うことにより、対象部分のみに第１歪付与媒体を直接衝突させる。これにより、対象部分に第１深さで歪を導入することができる。第１歪付与媒体の衝突の影響により、周辺部分にも間接的に歪が導入されるおそれがある。しかしながら、間接的に導入された歪の深さは、第１深さよりも浅く、無視できる程度である。

第２歪付与媒体を衝突させる方法では、第２歪付与媒体のサイズ、及び、第２歪付与媒体が周辺部分に衝突する衝突速度によって、周辺部分に付与される歪の深さが変化する。したがって、上述の第２設定工程Ｓ１２では、第２厚さに応じて、第２歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも１つからなる条件が設定される。第２導入工程Ｓ２２では、この条件で周辺部分に第２歪付与媒体を衝突させる。

第２歪付与媒体の一例は、例えば、金属からなる剛球である。この例では、第２歪付与媒体のサイズは、例えば、第２歪付与媒体の粒径である。第２歪付与媒体のサイズは、第２歪付与媒体が球状である場合、第２歪付与媒体の直径である。第２歪付与媒体のサイズは、例えば、０．０４５ｍｍ以上１．１８０ｍｍ以下である。第２歪付与媒体のサイズは、例えば、第１歪付与媒体のサイズよりも小さい。第２歪付与媒体の衝突速度は、例えば、５０ｍ／ｓ以上１５０ｍ／ｓ以下である。第２歪付与媒体の衝突エネルギーは、第１歪付与媒体の衝突エネルギーよりも小さい。第２歪付与媒体の衝突速度は、例えば、第１歪付与媒体の衝突速度よりも小さい。この例では、第２歪付与媒体を衝突させる方法は、例えば、ショットピーニング、又は、ショットブラストとすることができる。

第２歪付与媒体の別の例は、例えば、先端が丸められた棒材（ニードル）であり、その先端を対象物の表面に連続的に衝突させる。この例では、第２歪付与媒体を衝突させる方法は、例えば、ニードルピーニングとすることができる。

第２付与媒体を衝突させる方法では、対象部分にマスキングを行ってもよいし、行わなくてもよい。対象部分に第２歪付与媒体を直接衝突させ、対象部分に第２深さで歪が導入されたとしても、第２深さは第１深さよりも浅いので、最終的に対象部分に導入される歪の実質的な深さは、第１深さとなる。

第１押圧部材を摺動させる方法では、第１押圧部材のサイズ及び押し付け力によって、対象部分に付与される歪の深さが変化する。したがって、上述の第１設定工程Ｓ１１では、第１厚さに応じて、第１押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも１つからなる条件が設定される。第１押圧部材のサイズは、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。第１押圧部材の押し付け力（押圧力）は、例えば、２０Ｎ以上２００Ｎ以下である。第１導入工程Ｓ２１では、この条件で対象部分に第１押圧部材を押し付けながら、第１押圧部材を摺動させる。

第２押圧部材を摺動させる方法では、第２押圧部材のサイズ及び押し付け力によって、周辺部分に付与される歪の深さが変化する。したがって、上述の第２設定工程Ｓ１２では、第２厚さに応じて、第２押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも１つからなる条件が設定される。第２押圧部材のサイズは、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍμｍ以下である。第２押圧部材のサイズは、例えば、第１押圧部材のサイズよりも小さい。第２押圧部材の押し付け力（押圧力）は、例えば、２０Ｎ以上２００Ｎ以下である。第２押圧部材の押し付け力は、例えば、第１押圧部材の押し付け力よりも小さい。第２導入工程Ｓ２２では、この条件で周辺部分に第２押圧部材を押し付けながら、第２押圧部材を摺動させる。

図２は、押圧部材を摺動させる方法について説明するための斜視図である。図２に示されるように、対象物１の表面２は、Ｚ方向に垂直なＸＹ平面である。表面２には、Ｙ方向に平行な複数のカッターマーク３がＸ方向に所定間隔をあけて形成されている。カッターマーク３は、研磨仕上げで形成された筋目であり、ツールマークとも呼ばれる。カッターマーク３は、Ｘ方向に平行であってもよいし、Ｙ方向及びＸ方向のいずれとも交差する方向に沿っていてもよい。例えば、押圧部材４は、第１押圧部材であり、表面２は対象部分であってもよいし、押圧部材４は、第２押圧部材であり、表面２は周辺部分であってもよい。

押圧部材４は、例えば、先端に半球状の押圧面５を有する棒状部材である。この場合、押圧部材４のサイズは、押圧面５をなす半球の直径である。摺動方法は、例えば、バニシングとすることができる。この場合、押圧部材４は、バニシング工具である。

図２において、押圧部材４は、表面２の上方のスタート位置に配置されている。押圧部材４は、スタート位置から表面２の法線方向（Ｚ方向）に移動して表面２と接触した後、表面２を押圧しながらＸ方向に摺動する。Ｘ方向は、押圧部材の送り方向Ｄ１（摺動方向）である。このとき、一例として、押圧部材４は、押圧部材４の軸方向６がＺ方向に対して傾斜するように表面２に押し付けられる。軸方向６がＺ方向に対して傾斜する角度αは、例えば、１０度以上４５度以下である。軸方向６は、Ｘ方向に直交すると共に、Ｙ方向に対して（９０－α）度で傾斜している。

押圧部材４は、軸方向６周りに回転しながら、Ｘ方向に摺動する。押圧部材４の回転方向は、例えば、押圧部材４の送り方向Ｄ１に反する方向である。押圧部材４は、表面２のＸ方向の端まで摺動すると、Ｚ方向に移動して表面２から離間した後、Ｘ方向に沿って送り方向Ｄ１と反対方向に移動し、スタート位置に戻る。押圧部材４は、スタート位置からＹ方向に所定距離移動し、この位置を新たなスタート位置として同じ動作を繰り返す。Ｙ方向は、押圧部材４の横送り方向Ｄ２である。

押圧部材４は、軸方向６が表面２に垂直となるように表面２に押し付けられてもよいが、Ｚ方向に対して傾斜するように表面２に押し付けられた方が表面２に歪を導入し易い。押圧部材４は、軸方向６周りに回転させなくてもよいが、押圧部材４の送り方向Ｄ１に反する方向に回転させた方が表面２に歪を導入し易い。

押圧部材４を用いる方法では、押圧部材４を摺動させた部分に歪が導入されるので、マスキングを行わなくても、歪が導入される部分を容易に設定できる。対象部分で押圧部材４を摺動させた場合、押圧部材４を摺動させない周辺部分にも歪が間接的に導入されるおそれがある。しかしながら、間接的に導入された歪の深さは、第１深さよりも浅く、無視できる程度である。

窒化工程Ｓ３は、前処理工程Ｓ２後の対象物を窒化する工程である。窒化のタイプとして、塩浴軟窒化、ガス窒化、及び、プラズマ窒化が挙げられる。窒化は雰囲気熱処理であり、対象物の全体を加熱する。対象部分には第１厚さに応じた第１深さの歪が導入されているため、窒化工程Ｓ３により、対象部分には第１厚さの窒化層が形成される。周辺部分には第２厚さに応じた第２深さの歪が導入されているため、窒化工程Ｓ３により、周辺部分には第２厚さの窒化層が形成される。

図３は、窒化処理後の金属材料の断面顕微鏡写真である。図３（ａ）は、実験例１の断面顕微鏡写真である。図３（ｂ）は、実験例２の断面顕微鏡写真である。図３（ｃ）は、実験例３の断面顕微鏡写真である。実験例１では、対象物の表面に予め歪を導入せず、窒化を行った。実験例２，３では、それぞれ図２に示すように摺動方法により対象物の表面に予め歪を導入した後、窒化を行った。実験例２では、上述の角度αが０度、すなわち、押圧部材の軸方向が対象物の表面に対して垂直となるようにした。実験例３では、上述の角度αが１０度となるように押圧部材の軸方向を傾斜させた。実験例２及び実験例３では、押圧部材のサイズ及び押し付け力を一致させた。実験例１及び実験例２，３では、同じ窒化条件で窒化を行った。

実験例１の窒化層の厚さは、３０μｍ程度である。実験例２の窒化層の厚さは、３０μｍ程度である。実験例２の窒化層は、実験例１の窒化層と同等の厚さであるが、実験例１の窒化層よりも高濃度で窒化物が析出している。実験例３の窒化層の厚さは、４０μｍ程度である。実験例３の窒化層は、実験例１の窒化層よりも厚く、高濃度で窒化物が析出している。このように、予め歪を導入した実験例２，３では、予め歪を導入しなかった実験例１に比べて、窒化が促進され、窒化層が厚くなったり、窒化物の析出濃度が向上したりすることが確認できる。

実験例２及び実験例３では、表面近くの粒界がナノ結晶（粒径１００ｎｍ以下）レベルまで微細化されている。これにより、窒化物の析出濃度が向上したと考えられる。実験例２よりも実験例３の方が窒化層の厚さが厚いこと、及び、高濃度で窒化物が析出されていることから、押圧部材を傾斜させると、歪が導入され易いことが確認できる。

以上説明したように、本実施形態に係る表面窒化方法では、第１導入導工程Ｓ２１で対象部分に第１深さで歪を導入した後、窒化工程Ｓ３で対象物の窒化を行う。したがって、対象部分では窒素が歪に捕捉されることにより、窒化が促進される。これにより、対象部分に第１深さに応じた第１厚さの窒化層を形成することができる。第１導入工程Ｓ２１では、予め設定された第１厚さに応じた第１深さで歪が導入されるので、第１厚さの制御性を高めることができる。

前処理工程Ｓ２は、第１導入工程Ｓ２１に加えて、周辺部分に第１深さよりも浅い第２深さで歪を導入する第２導入工程Ｓ２２を含む。これにより、周辺部分に第２深さに応じた第２厚さの窒化層を形成することができる。第２導入工程Ｓ２２では、予め設定された第２厚さに応じた第２深さで歪を導入するので、第２厚さの制御性を高めることができる。

第２導入工程Ｓ２２では、対象部分にも第２深さで歪を導入する。このため、第２導入工程Ｓ２２において対象部分をマスキングする必要がない。工程が簡素化されるので、作業効率が向上する。

第１導入工程Ｓ２１では、対象部分に外力を加える加工を行い、対象部分に歪を導入する。これにより、対象部分に歪を容易に導入することができる。第２導入工程Ｓ２２では、周辺部分に外力を加える加工を行い、周辺部分に歪を導入する。これにより、周辺部分に歪を容易に導入することができる。

第１導入工程Ｓ２１では、一例として、対象部分に第１歪付与媒体を衝突させ、対象部分に歪を導入する。これにより、対象部分に第１深さで均一に歪を導入することができる。表面窒化方法は、一例として、第１深さに応じて、第１歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも一方からなる第１条件を設定する第１設定工程Ｓ１１を更に含み、第１導入工程Ｓ２１では、第１条件で対象部分に第１歪付与媒体を衝突させる。これにより、対象部分に第１深さで精度よく歪を導入することができる。

第２導入工程Ｓ２２では、一例として、周辺部分に第２歪付与媒体を衝突させ、周辺部分に歪を導入する。これにより、周辺部分に第２深さで均一に歪を導入することができる。表面窒化方法は、一例として、第２深さに応じて、第２歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも一方からなる第２条件を設定する第２設定工程Ｓ１２を更に含み、第２導入工程Ｓ２２では、第２条件で周辺部分に第２歪付与媒体を衝突させる。これにより、周辺部分に第２深さで精度よく歪を導入することができる。

第１導入工程Ｓ２１では、一例として、対象部分に第１押圧部材を押し付けながら摺動させることにより、対象部分に歪を導入する。これにより、対象部分に第１深さで歪を導入しながら、対象部分の表面を滑らかに整えることができる。表面窒化方法は、一例として、第１深さに応じて、第１押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも一方からなる第１条件を設定する第１設定工程Ｓ１１を更に含み、第１導入工程Ｓ２１では、第１設定工程Ｓ１１で設定された第１条件で対象部分に第１押圧部材を押し付けながら摺動させる。これにより、対象部分に第１深さで精度よく歪を導入することができる。第１押圧部材は、第１押圧部材の軸方向が対象部分に直交する方向に対して傾斜するように対象部分に押し付けられる。これにより、第１押圧部材が、第１押圧部材の軸方向が対象部分に直交するように対象部分に押し付けられる場合と比べて、対象部分に歪が導入され易い。

第２導入工程Ｓ２２では、一例として、周辺部分に第２押圧部材を押し付けながら摺動させることにより、周辺部分に歪を導入する。これにより、周辺部分に第２深さで歪を導入しながら、周辺部分の表面を滑らかに整えることができる。表面窒化方法は、一例として、第２深さに応じて、第２押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも一方からなる第２条件を設定する第２設定工程Ｓ１２を更に含み、第２導入工程Ｓ２２では、第２設定工程Ｓ１２で設定された第２条件で周辺部分に第２押圧部材を押し付けながら摺動させる。これにより、周辺部分に第２深さで精度よく歪を導入することができる。第２押圧部材は、第２押圧部材の軸方向が周辺部分に直交する方向に対して傾斜するように周辺部分に押し付けられる。これにより、第２押圧部材が、第２押圧部材の軸方向が周辺部分に直交するように周辺部分に押し付けられる場合と比べて、周辺部分に歪が導入され易い。

第１深さは、２μｍ以上１５０μｍ以下である。これにより、対象部分の使用形態に応じた厚さの窒化層を適宜選択して形成することができる。

対象物は、鉄系合金又はチタン系合金からなってもよい。鉄系合金及びチタン系合金は広く用いられているので、対象物の所望の部分に所望の窒化層を形成することが特に求められている。よって、本実施形態に係る表面窒化方法が特に有効である。

対象物は、ダイカスト金型又はトランスミッション用歯車であってもよい。ダイカスト金型はキャビティ面が溶湯と接触するので、使用に伴いヒートチェックが発生する。従来では、キャビティ面のうち最も耐ヒートチェック性の低い箇所に合わせて全体的に窒化処理を行う必要があった。同様に、トランスミッション用歯車では、例えば歯車の部分等、高い負荷がかかる箇所に合わせて全体的に窒化処理を行う必要があった。本実施形態の表面窒化方法は、対象物の所望の部分に所望の窒化層を形成することができるので、特に有効である。

本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、第１設定工程Ｓ１１後に第２設定工程Ｓ１２が行われるが、第１設定工程Ｓ１１の前に第２設定工程Ｓ１２が行われてもよいし、第１設定工程Ｓ１１及び第２設定工程Ｓ１２が同時に行われてもよい。

上記実施形態では、第１導入工程Ｓ２１後に第２導入工程Ｓ２２が行われるが、第１導入工程Ｓ２１の前に第２導入工程Ｓ２２が行われてもよいし、第２導入工程Ｓ２１及び第２導入工程Ｓ２２が同時に行われてもよい。

上記実施形態では、条件設定工程Ｓ１後に前処理工程Ｓ２が行われるが、第１設定工程Ｓ１１後に第１導入工程Ｓ２１が行われ、第２設定工程Ｓ２１後に第２設定工程Ｓ２２が行われればよい。したがって、例えば、第１設定工程Ｓ１１、第１導入工程Ｓ２１、第２設定工程Ｓ１２、及び第２導入工程Ｓ２２の順で各工程が行われてもよい。また、例えば、第２設定工程Ｓ１２、第１設定工程Ｓ１１、第１導入工程Ｓ２１、及び第２導入工程Ｓ２２の順で各工程が行われてもよい。

表面窒化方法は、第２設定工程Ｓ１２及び第２導入工程Ｓ２２を含まなくてもよい。この場合、周辺部分には歪が導入されない状態で窒化が行われる。第２厚さは、予め設定されていなくてもよい。

１…対象物、２…表面、４…押圧部材、６…軸方向。

Claims (12)

1. 金属材料からなる対象物の表面に窒化層を形成する表面窒化方法であって、
   前記対象物の表面に形成される前記窒化層の厚さを制御するために前記対象物の表面に前処理を行う前処理工程と、
   前記前処理工程後の前記対象物を窒化する窒化工程と、を含み、
   前記前処理工程は、前記対象物の表面における予め設定された対象部分に第１深さで歪を導入する第１導入工程を含む、
   表面窒化方法。
2. 前記前処理工程は、前記対象物の表面における前記対象部分の周辺部分に前記第１深さよりも浅い第２深さで歪を導入する第２導入工程を更に含む、
   請求項１に記載の表面窒化方法。
3. 前記第２導入工程では、前記対象部分にも前記第２深さで歪を導入する、
   請求項２に記載の表面窒化方法。
4. 前記第１導入工程では、前記対象部分に外力を加える加工を行い、前記対象部分に歪を導入し、
   前記第２導入工程では、前記周辺部分に外力を加える加工を行い、前記周辺部分に歪を導入する、
   請求項２又は３に記載の表面窒化方法。
5. 前記第１導入工程では、前記対象部分に第１歪付与媒体を衝突させ、前記対象部分に歪を導入し、
   前記第２導入工程では、前記周辺部分に第２歪付与媒体を衝突させ、前記周辺部分に歪を導入する、
   請求項４に記載の表面窒化方法。
6. 前記第１深さに応じて、前記第１歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも一方からなる第１条件を設定する第１設定工程と、
   前記第２深さに応じて、前記第２歪付与媒体のサイズ及び衝突速度の少なくとも一方からなる第２条件を設定する第２設定工程と、を更に含み、
   前記第１導入工程では、前記第１条件で前記対象部分に前記第１歪付与媒体を衝突させ、
   前記第２導入工程では、前記第２条件で前記周辺部分に前記第２歪付与媒体を衝突させる、
   請求項５に記載の表面窒化方法。
7. 前記第１導入工程では、前記対象部分に第１押圧部材を押し付けながら摺動させることにより、前記対象部分に歪を導入し、
   前記第２導入工程では、前記周辺部分に第２押圧部材を押し付けながら摺動させることにより、前記周辺部分に歪を導入する、
   請求項４に記載の表面窒化方法。
8. 前記第１深さに応じて、前記第１押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも一方からなる第１条件を設定する第１設定工程と、
   前記第２深さに応じて、前記第２押圧部材のサイズ及び押し付け力の少なくとも一方からなる第２条件を設定する第２設定工程と、を更に含み、
   前記第１導入工程では、前記第１条件で前記対象部分に前記第１押圧部材を押し付けながら摺動させ、
   前記第２導入工程では、前記第２条件で前記周辺部分に前記第２押圧部材を押し付けながら摺動させる、
   請求項７に記載の表面窒化方法。
9. 前記第１押圧部材は、前記第１押圧部材の軸方向が前記対象部分に直交する方向に対して傾斜するように前記対象部分に押し付けられ、
   前記第２押圧部材は、前記第２押圧部材の軸方向が前記周辺部分に直交する方向に対して傾斜するように前記周辺部分に押し付けられる、
   請求項８に記載の表面窒化方法。
10. 前記第１深さは、２μｍ以上１５０μｍ以下である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の表面窒化方法。
11. 前記対象物は、鉄系合金又はチタン系合金からなる、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の表面窒化方法。
12. 前記対象物は、ダイカスト金型又はトランスミッション用歯車である、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の表面窒化方法。

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