JP2909361B2 - 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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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- 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
- C23C8/36—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 using ionised gases, e.g. ionitriding
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、チタン金属の表面処
理方法に関する。
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、耐食性に優れた性質を有することが知られて
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、耐食性に優れた性質を有することが知られて
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
なるチタン金属の用途としては、たとえば、耐食性容
器、メガネフレーム、医科・歯科材料などが一般的であ
る。
なるチタン金属の用途としては、たとえば、耐食性容
器、メガネフレーム、医科・歯科材料などが一般的であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
にチタン金属は、耐食性や機械的強度などに優れた性質
を有するが、そのような性質を維持しながら摺動特性を
発揮する材料用途としては、未だ充分に改良されたもの
ではなかった。
にチタン金属は、耐食性や機械的強度などに優れた性質
を有するが、そのような性質を維持しながら摺動特性を
発揮する材料用途としては、未だ充分に改良されたもの
ではなかった。
【０００６】すなわち、チタン金属は、摺動材、ボルト
・ナットなどの締結材としては、そのような材料に要求
される低摩擦係数、耐摩耗性を充分に満足できるものと
はいえない。
・ナットなどの締結材としては、そのような材料に要求
される低摩擦係数、耐摩耗性を充分に満足できるものと
はいえない。
【０００７】そこで、この発明は、チタン金属の耐食性
を劣化させることなく、その表面に耐久性のある摺動処
理を施して、摩擦係数および摩耗量を低減させることを
課題としている。
を劣化させることなく、その表面に耐久性のある摺動処
理を施して、摩擦係数および摩耗量を低減させることを
課題としている。
【０００８】
【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、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７００〜１１００℃
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、前記チタン金属を炭化水
素ガスを含有する０．５〜１５ｔｏｒｒ、７００〜１１
００℃の雰囲気内でプラズマ浸炭処理する手段を採用し
たのである。
め、この発明においては、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７００〜１１００℃
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、前記チタン金属を炭化水
素ガスを含有する０．５〜１５ｔｏｒｒ、７００〜１１
００℃の雰囲気内でプラズマ浸炭処理する手段を採用し
たのである。
【０００９】以下に、その詳細を述べる。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
限定して行なうものではない。市販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。
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
限定して行なうものではない。市販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。
【００１０】チタン合金の他の金属成分としては、前述
したようにチタン金属が全ての金属と合金を形成するこ
とから、特に限定されるものではないが、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、タングステンなどを挙げることができ
る。
したようにチタン金属が全ての金属と合金を形成するこ
とから、特に限定されるものではないが、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、タングステンなどを挙げることができ
る。
【００１１】このようなチタン金属は、プラズマ浸炭処
理の前にその表面を有機溶媒に浸漬し、また超音波によ
る洗浄処理を行なうことが望ましい。
理の前にその表面を有機溶媒に浸漬し、また超音波によ
る洗浄処理を行なうことが望ましい。
【００１２】プラズマ浸炭処理を行なうには、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
を形成し、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
て炭化水素、窒素、アルゴン、水素などのプロセスガス
またはクリーニング用ガスを適宜分散させながら導入す
るようにした公知の浸炭処理装置（日本電子工業社製）
を用いることができる。
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
を形成し、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
て炭化水素、窒素、アルゴン、水素などのプロセスガス
またはクリーニング用ガスを適宜分散させながら導入す
るようにした公知の浸炭処理装置（日本電子工業社製）
を用いることができる。
【００１３】すなわち、この発明のプラズマ浸炭は、以
下の操作を行なって処理することができる。
下の操作を行なって処理することができる。
【００１４】まず、処理室にチタン金属を装入して排気
した後、ヒータにより７００〜１１００℃の浸炭温度に
まで加熱し、水素、アルゴン、窒素などの希釈またはク
リーニング用ガスを導入し、２００〜１５００Ｖの直流
高電圧を印加して１０〜３０分保持する。
した後、ヒータにより７００〜１１００℃の浸炭温度に
まで加熱し、水素、アルゴン、窒素などの希釈またはク
リーニング用ガスを導入し、２００〜１５００Ｖの直流
高電圧を印加して１０〜３０分保持する。
【００１５】このとき、導入されたガスはプラズマ化す
るが、プラズマ中の電位は陽極から陰極までの大部分で
ほぼ一様であり、陰極付近で急激に電位が低下する。こ
のため、プラズマ中の水素イオンＨ + やアルゴンイオン
Ａｒ+ は、陰極降下によって加速され、チタン金属表面
に衝突して表面の酸化物その他の付着物を跳ね飛ばすな
どしてチタン金属表面をクリーニングする。
るが、プラズマ中の電位は陽極から陰極までの大部分で
ほぼ一様であり、陰極付近で急激に電位が低下する。こ
のため、プラズマ中の水素イオンＨ + やアルゴンイオン
Ａｒ+ は、陰極降下によって加速され、チタン金属表面
に衝突して表面の酸化物その他の付着物を跳ね飛ばすな
どしてチタン金属表面をクリーニングする。
【００１６】次に、メタンガスなどの炭化水素ガスを
０．５〜１５ｔｏｒｒの範囲で導入すると、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
がチタン金属表面に付着してさらに内部に拡散するか、
スパッタリング、または打込みの作用によって浸炭反応
が進行する。
０．５〜１５ｔｏｒｒの範囲で導入すると、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
がチタン金属表面に付着してさらに内部に拡散するか、
スパッタリング、または打込みの作用によって浸炭反応
が進行する。
【００１７】この発明において使用する炭化水素ガス
は、Ｃn Ｈ2n+2で示されるメタン同属体であって前記浸
炭温度において気体であるものを、特にその種類を限定
することなく使用することができる。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。
は、Ｃn Ｈ2n+2で示されるメタン同属体であって前記浸
炭温度において気体であるものを、特にその種類を限定
することなく使用することができる。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。
【００１８】ここで、前記したプラズマ浸炭処理の条件
における炭化水素ガスの圧力は０．５〜１５ｔｏｒｒで
ある。このような炭化水素ガスの圧力は、チタン金属表
面に主にＴｉＣからなる処理層を形成するために必要で
あって、０．５ｔｏｒｒ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、１５ｔ
ｏｒｒ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、実用的でなくな
るからである。
における炭化水素ガスの圧力は０．５〜１５ｔｏｒｒで
ある。このような炭化水素ガスの圧力は、チタン金属表
面に主にＴｉＣからなる処理層を形成するために必要で
あって、０．５ｔｏｒｒ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、１５ｔ
ｏｒｒ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、実用的でなくな
るからである。
【００１９】この発明におけるプラズマ浸炭処理の雰囲
気温度は、７００〜１１００℃である。なぜなら、７０
０℃未満の低温では、チタン金属表面にスーティング
（煤）の発生が起こりやすく、そのため希釈用のガス
（アルゴン、窒素など）の分圧が高くなりすぎて処理効
率が極端に低下するからである。また、１１００℃を越
える高温では、チタン金属が例えば９５０℃で六方晶系
（α型）から体心立方晶系（β型）に変態し（因みに純
チタンでは変態点は８８５℃である）、強度特性を確保
するためにも前記高温の処理温度は実用的でないからで
ある。
気温度は、７００〜１１００℃である。なぜなら、７０
０℃未満の低温では、チタン金属表面にスーティング
（煤）の発生が起こりやすく、そのため希釈用のガス
（アルゴン、窒素など）の分圧が高くなりすぎて処理効
率が極端に低下するからである。また、１１００℃を越
える高温では、チタン金属が例えば９５０℃で六方晶系
（α型）から体心立方晶系（β型）に変態し（因みに純
チタンでは変態点は８８５℃である）、強度特性を確保
するためにも前記高温の処理温度は実用的でないからで
ある。
【００２０】
【作用】この発明のチタン金属の表面処理方法は、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、チタン金属の表面に、活性化された炭素イオンが
付着し、またはチタン金属の表面から飛び出したＴｉ原
子が活性化された炭素イオンと結合してチタン金属表面
に被着して内部に拡散するか、または陰極の近傍で加速
された炭素イオンが直接にチタン金属内に打込まれる作
用によって、主に炭化チタンからなる処理層が形成され
ることとなる。
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、チタン金属の表面に、活性化された炭素イオンが
付着し、またはチタン金属の表面から飛び出したＴｉ原
子が活性化された炭素イオンと結合してチタン金属表面
に被着して内部に拡散するか、または陰極の近傍で加速
された炭素イオンが直接にチタン金属内に打込まれる作
用によって、主に炭化チタンからなる処理層が形成され
ることとなる。
【００２１】このようにして形成されたチタン金属表面
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。
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。
【００２２】
〔実施例１〕縦２５ｍｍ、横３５ｍｍ、厚さ３ｍｍの平
板状の純チタン（神戸製鋼所社製）を２４０エメリー研
磨後、アセトン中で超音波洗浄し、以下の装置および条
件でプラズマ浸炭処理を行なった。
板状の純チタン（神戸製鋼所社製）を２４０エメリー研
磨後、アセトン中で超音波洗浄し、以下の装置および条
件でプラズマ浸炭処理を行なった。
【００２３】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有し、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炭化水素、窒素、ア
ルゴン、水素などのプロセスガスを適宜導入するように
した公知の浸炭処理装置（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有し、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炭化水素、窒素、ア
ルゴン、水素などのプロセスガスを適宜導入するように
した公知の浸炭処理装置（日本電子工業社製）を用い
た。
【００２４】そして、浸炭処理条件としては、ガス組成
を１００％プロパンガスとし、ガス圧力１Ｔｏｒｒ、処
理時間１時間、処理温度９５０℃として、処理後に窒素
ガスを処理室内に圧入して常温に冷却した。
を１００％プロパンガスとし、ガス圧力１Ｔｏｒｒ、処
理時間１時間、処理温度９５０℃として、処理後に窒素
ガスを処理室内に圧入して常温に冷却した。
【００２５】以上の処理を施した実施例について、Ｘ
線回折および光学顕微鏡を用いて処理層の結晶構造と厚
さを観察測定し、摩擦・摩耗試験を行なった。
線回折および光学顕微鏡を用いて処理層の結晶構造と厚
さを観察測定し、摩擦・摩耗試験を行なった。
【００２６】の摩擦・摩耗試験については、以下の装
置および条件で行ない、その結果を図２（ａ）および図
３（ａ）に示した。
置および条件で行ない、その結果を図２（ａ）および図
３（ａ）に示した。
【００２７】すなわち、カウンターウェイトによって、
一端に１．９６Ｎの荷重が掛かるように支持されたアー
ムの一端下面に、ピン型の摺動相手材（軸受鋼：ＳＵＳ
Ｊ２または試験片と同じ材質からなるもの）を固定し、
この摺動相手材を前記荷重にて平板状の試料片表面に押
しつけた状態で、この試料片をアームの長手方向と直角
方向に強制的に速度２０ｍｍ／秒、５ｍｍのストローク
で往復運動させた。このとき、摺動相手材と試料片間に
働く摩擦力をアームに生じた歪みとして歪みゲージによ
って検出し、その歪み量をＡ／Ｄ変換器を介してコンピ
ュータに入力して摩擦係数を算出した。
一端に１．９６Ｎの荷重が掛かるように支持されたアー
ムの一端下面に、ピン型の摺動相手材（軸受鋼：ＳＵＳ
Ｊ２または試験片と同じ材質からなるもの）を固定し、
この摺動相手材を前記荷重にて平板状の試料片表面に押
しつけた状態で、この試料片をアームの長手方向と直角
方向に強制的に速度２０ｍｍ／秒、５ｍｍのストローク
で往復運動させた。このとき、摺動相手材と試料片間に
働く摩擦力をアームに生じた歪みとして歪みゲージによ
って検出し、その歪み量をＡ／Ｄ変換器を介してコンピ
ュータに入力して摩擦係数を算出した。
【００２８】なお、この実験は摩擦時間を２時間とし、
相対湿度５０〜６０％、室温、大気中の条件下で行なっ
た。なお、上記実験の摩擦係数の測定値については、実
験開始当初から６０分間の摩擦係数の時間変化を求め、
結果を図４のグラフに示した。
相対湿度５０〜６０％、室温、大気中の条件下で行なっ
た。なお、上記実験の摩擦係数の測定値については、実
験開始当初から６０分間の摩擦係数の時間変化を求め、
結果を図４のグラフに示した。
【００２９】また、摩耗特性については、表面粗さ計に
よって測定した試料片の摩耗痕の断面形状、または実験
前後の試料片の重量変化から摩耗重量量または摩耗体積
を求め、摩擦実験後の比摩耗量（ｍｍ3 ／Ｎｍ）を求め
た。
よって測定した試料片の摩耗痕の断面形状、または実験
前後の試料片の重量変化から摩耗重量量または摩耗体積
を求め、摩擦実験後の比摩耗量（ｍｍ3 ／Ｎｍ）を求め
た。
【００３０】〔実施例２〕実施例１で用いたチタン合金
に代えて、チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）（神戸製
鋼所社製、同寸法）を用いたこと以外は、実施例１と全
く同じ条件にてプラズマ浸炭処理を行なって試験片を製
造し、かつ同じ実験を行ない、その結果を図２（ｂ）、
図３（ｂ）に示した。
に代えて、チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）（神戸製
鋼所社製、同寸法）を用いたこと以外は、実施例１と全
く同じ条件にてプラズマ浸炭処理を行なって試験片を製
造し、かつ同じ実験を行ない、その結果を図２（ｂ）、
図３（ｂ）に示した。
【００３１】また、実施例２ではポテンショスタット
による耐食性の比較を行ない、３ｗｔ％塩化ナトリウム
溶液、２１℃、通気なしの条件で、電流密度（μＡ／ｃ
ｍ2）と電位（ｍＶ ＶＳ．ＳＣＥ）の関係を測定し、
これを図１に示した。
による耐食性の比較を行ない、３ｗｔ％塩化ナトリウム
溶液、２１℃、通気なしの条件で、電流密度（μＡ／ｃ
ｍ2）と電位（ｍＶ ＶＳ．ＳＣＥ）の関係を測定し、
これを図１に示した。
【００３２】〔比較例１〕実施例１でプラズマ浸炭処理
を行なうことに代えて、下記の条件でプラズマ窒化処理
を行なうこと以外は、実施例１と全く同様にして試験片
を製造し、かつ同じ実験を行ない、その結果を図２
（ａ）、図３（ａ）、図４に示した。
を行なうことに代えて、下記の条件でプラズマ窒化処理
を行なうこと以外は、実施例１と全く同様にして試験片
を製造し、かつ同じ実験を行ない、その結果を図２
（ａ）、図３（ａ）、図４に示した。
【００３３】また、比較例１ではポテンショスタット
による耐食性の比較を行ない、この結果を図１に示し
た。
による耐食性の比較を行ない、この結果を図１に示し
た。
【００３４】前記プラズマ窒化処理条件としては、ガス
組成を１００％窒素ガスとし、ガス圧力２Ｔｏｒｒ、処
理時間３時間、処理温度７９０℃として、処理後に炉内
で常温にまで冷却した。
組成を１００％窒素ガスとし、ガス圧力２Ｔｏｒｒ、処
理時間３時間、処理温度７９０℃として、処理後に炉内
で常温にまで冷却した。
【００３５】〔比較例２〕実施例２でプラズマ浸炭処理
を行なうことに代えて、プラズマ窒化処理（比較例１と
同じ条件）を行なうこと以外は、実施例２と全く同様に
して試験片を製造し、かつ同じ実験を行ない、その結果
を図２（ｂ）、図３（ｂ）に示した。
を行なうことに代えて、プラズマ窒化処理（比較例１と
同じ条件）を行なうこと以外は、実施例２と全く同様に
して試験片を製造し、かつ同じ実験を行ない、その結果
を図２（ｂ）、図３（ｂ）に示した。
【００３６】〔比較例３〕純チタン（神戸製鋼所社製）
で試験片を製造し、このもの（表面処理を行わない状
態）に対して実施例１と同じ実験を行ない、その結果を
図２（ａ）、図３（ａ）または図４に示した。
で試験片を製造し、このもの（表面処理を行わない状
態）に対して実施例１と同じ実験を行ない、その結果を
図２（ａ）、図３（ａ）または図４に示した。
【００３７】また、比較例３ではポテンショスタット
による耐食性の比較を行ない、この結果を図１に示し
た。
による耐食性の比較を行ない、この結果を図１に示し
た。
【００３８】〔比較例４〕チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｖ）（神戸製鋼所社製）で試験片を製造し、このもの
（表面処理を行わない状態）に対して実施例１と同じ実
験を行ない、その結果を図２（ｂ）、図３（ｂ）に示し
た。
４Ｖ）（神戸製鋼所社製）で試験片を製造し、このもの
（表面処理を行わない状態）に対して実施例１と同じ実
験を行ない、その結果を図２（ｂ）、図３（ｂ）に示し
た。
【００３９】以上述べた実施例および比較例の実験〜
の結果について、以下に述べる。
の結果について、以下に述べる。
【００４０】まず、Ｘ線回折および光学顕微鏡を用い
た処理層の結晶構造と厚さについてみると、Ｔｉ合金：
Ｔｉ2 Ｎ＞ＴｉＮ、純Ｔｉ：ＴｉＮ＞Ｔｉ2 Ｎであり、
純チタン、チタン合金表面に形成された浸炭層の厚さは
７０μm であった。この場合、純チタンは処理層が明瞭
であるのに対し、チタン合金の処理層は、拡散層が発達
しており、やや不明瞭であった。これらの処理層は主に
ＴｉＣであった。
た処理層の結晶構造と厚さについてみると、Ｔｉ合金：
Ｔｉ2 Ｎ＞ＴｉＮ、純Ｔｉ：ＴｉＮ＞Ｔｉ2 Ｎであり、
純チタン、チタン合金表面に形成された浸炭層の厚さは
７０μm であった。この場合、純チタンは処理層が明瞭
であるのに対し、チタン合金の処理層は、拡散層が発達
しており、やや不明瞭であった。これらの処理層は主に
ＴｉＣであった。
【００４１】次に、ポテンショスタットによる耐食性
の比較試験については、図１の結果から明らかなよう
に、プラズマ浸炭処理を施したチタン合金からなる実施
例２は、プラズマ窒化処理したチタン合金である比較例
１または未処理の純チタンである比較例３に比べて、電
位は上昇し電流も少なくなり、耐食性が向上していた。
の比較試験については、図１の結果から明らかなよう
に、プラズマ浸炭処理を施したチタン合金からなる実施
例２は、プラズマ窒化処理したチタン合金である比較例
１または未処理の純チタンである比較例３に比べて、電
位は上昇し電流も少なくなり、耐食性が向上していた。
【００４２】摩擦・摩耗試験については、図２および
図３の結果から明らかなように、純チタンまたはチタン
合金をプラズマ窒化した比較例１または比較例２の摩擦
・摩耗特性は、純チタンで未処理の比較例３またはチタ
ン合金で未処理の比較例４にそれぞれ比べて改善されて
いなかった。
図３の結果から明らかなように、純チタンまたはチタン
合金をプラズマ窒化した比較例１または比較例２の摩擦
・摩耗特性は、純チタンで未処理の比較例３またはチタ
ン合金で未処理の比較例４にそれぞれ比べて改善されて
いなかった。
【００４３】その理由としては、前述のように窒化層が
非常に薄いために、摩擦初期に剥離または摩耗してしま
い、その後は母材との摩擦に移行してしまうためと考え
られた。
非常に薄いために、摩擦初期に剥離または摩耗してしま
い、その後は母材との摩擦に移行してしまうためと考え
られた。
【００４４】これに対して、純チタンをプラズマ浸炭処
理した実施例１またはチタン合金をプラズマ浸炭処理し
た実施例２は、処理済の試料片同士を摩擦した場合（図
２）、試料片と軸受鋼を摩擦した場合（図３）のいずれ
の場合でも摩擦係数、比摩耗量共にかなり低下し、摩擦
・摩耗特性が改善されていた。
理した実施例１またはチタン合金をプラズマ浸炭処理し
た実施例２は、処理済の試料片同士を摩擦した場合（図
２）、試料片と軸受鋼を摩擦した場合（図３）のいずれ
の場合でも摩擦係数、比摩耗量共にかなり低下し、摩擦
・摩耗特性が改善されていた。
【００４５】また、図４の結果からも明らかなように、
プラズマ浸炭処理を施したチタン金属は、摩擦係数の値
が小さいだけでなく、経時的にみてもこれらの値の変動
が非常に小さかった。
プラズマ浸炭処理を施したチタン金属は、摩擦係数の値
が小さいだけでなく、経時的にみてもこれらの値の変動
が非常に小さかった。
【００４６】
【効果】この発明は、以上説明したように、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、純チタン
またはチタン合金のいずれの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な方法を提供し、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。
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、純チタン
またはチタン合金のいずれの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な方法を提供し、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】ポテンショスタットによる電流密度と電位の関
係を示す図表
係を示す図表
【図２】（ａ）実施例１、比較例１、比較例３の同種材
同士の摩擦係数と比摩耗量を示す図表 （ｂ）実施例２、比較例２、比較例４の同種材同士の摩
擦係数と比摩耗量を示す図表
同士の摩擦係数と比摩耗量を示す図表 （ｂ）実施例２、比較例２、比較例４の同種材同士の摩
擦係数と比摩耗量を示す図表
【図３】（ａ）実施例１、比較例１、比較例３の軸受材
に対する摩擦係数と比摩耗量を示す図表 （ｂ）実施例２、比較例２、比較例４の軸受材に対する
摩擦係数と比摩耗量を示す図表
に対する摩擦係数と比摩耗量を示す図表 （ｂ）実施例２、比較例２、比較例４の軸受材に対する
摩擦係数と比摩耗量を示す図表
【図４】実施例１、比較例１、比較例３の軸受鋼に対す
る摩擦係数と摩擦時間の関係を示す図表
る摩擦係数と摩擦時間の関係を示す図表
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 匠 大阪府八尾市東山本町３丁目５番６号 (72)発明者 佐藤 幸弘 兵庫県尼崎市猪名寺１丁目32番１号 (72)発明者 出水 敬 大阪府吹田市朝日町２番828号 (72)発明者 長田 幸雄 兵庫県宝塚市中山桜台５丁目23番１− 115号 (72)発明者 坂田 哲博 大阪府吹田市春日１丁目３番７号 (72)発明者 田中 信一 大阪府大阪市住吉区帝塚山中１丁目10番 ６号 (56)参考文献 特開 平５−140725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−161958（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−346239（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 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７００〜１１００℃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、前記チタン金属を炭化水素ガスを含
有する０．５〜１５ｔｏｒｒ、７００〜１１００℃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 (2)
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|---|---|---|---|
| JP5234735A JP2909361B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | チタン金属の表面処理方法 |
| US08/307,447 US5466305A (en) | 1993-09-21 | 1994-09-21 | Method of treating the surface of titanium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5234735A JP2909361B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | チタン金属の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790542A JPH0790542A (ja) | 1995-04-04 |
| JP2909361B2 true JP2909361B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=16975544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5234735A Expired - Lifetime JP2909361B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | チタン金属の表面処理方法 |
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|---|---|
| US (1) | US5466305A (ja) |
| JP (1) | JP2909361B2 (ja) |
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1993
- 1993-09-21 JP JP5234735A patent/JP2909361B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5466305A (en) | 1995-11-14 |
| JPH0790542A (ja) | 1995-04-04 |
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