JP3151713B2 - チタン材の表面処理方法 - Google Patents
チタン材の表面処理方法Info
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- JP3151713B2 JP3151713B2 JP01628093A JP1628093A JP3151713B2 JP 3151713 B2 JP3151713 B2 JP 3151713B2 JP 01628093 A JP01628093 A JP 01628093A JP 1628093 A JP1628093 A JP 1628093A JP 3151713 B2 JP3151713 B2 JP 3151713B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのように高温
で作動する装置に使用される、チタン材製の吸排気弁、
コンロッドのような部品に施す表面処理方法に関する。
で作動する装置に使用される、チタン材製の吸排気弁、
コンロッドのような部品に施す表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの高出力、軽量化のために、近
年、チタン材が一部のエンジンにおいて利用されるよう
になって来た。このチタン材は、軽量で強度が大きい
が、高温にさらされると著しく酸素を吸収し、硬度が高
くなり疲労強度が低い材質に変化し易く、特に７００℃
以上においてこの傾向が顕著である。一方、チタン材の
表層部に酸素拡散層が形成されると、疲労強度は低下す
るが、耐摩耗性は向上する。
年、チタン材が一部のエンジンにおいて利用されるよう
になって来た。このチタン材は、軽量で強度が大きい
が、高温にさらされると著しく酸素を吸収し、硬度が高
くなり疲労強度が低い材質に変化し易く、特に７００℃
以上においてこの傾向が顕著である。一方、チタン材の
表層部に酸素拡散層が形成されると、疲労強度は低下す
るが、耐摩耗性は向上する。
【０００３】本出願人が先に出願した特開平４−４１６
６０号の発明は、チタン材の前記の性質を利用したもの
で、エンジン部品にチタン材を使用して軽量化をはか
り、高熱にさらされる部分の表面には、酸素バリヤ被膜
を形成して酸素拡散による強度の低下を防止し、耐摩耗
性を重視する部分には、加熱による酸素拡散処理をして
酸素拡散層を形成している。
６０号の発明は、チタン材の前記の性質を利用したもの
で、エンジン部品にチタン材を使用して軽量化をはか
り、高熱にさらされる部分の表面には、酸素バリヤ被膜
を形成して酸素拡散による強度の低下を防止し、耐摩耗
性を重視する部分には、加熱による酸素拡散処理をして
酸素拡散層を形成している。
【０００４】そして、前記発明における酸素バリヤ被膜
の形成方法は、工業用加熱炉等で使用される高輻射耐熱
性の被覆を塗着することにあり、該被覆は、ＳｉＣ１７
〜２２％、黒鉛６〜１１％、Ａｌ2Ｏ3１７〜２２％、Ｓ
ｉ3Ｎ4２〜５％、Ｃｏ3Ｏ4８〜１２％、Ａｌ−Ｃｏ１８
〜２２％、フェローシリコン１８〜２３％の粉末を、硅
酸カリウムの水溶液に混合して懸濁液を作り、これを所
要個所に塗布し乾燥、焼付けを行うことにより形成され
る。
の形成方法は、工業用加熱炉等で使用される高輻射耐熱
性の被覆を塗着することにあり、該被覆は、ＳｉＣ１７
〜２２％、黒鉛６〜１１％、Ａｌ2Ｏ3１７〜２２％、Ｓ
ｉ3Ｎ4２〜５％、Ｃｏ3Ｏ4８〜１２％、Ａｌ−Ｃｏ１８
〜２２％、フェローシリコン１８〜２３％の粉末を、硅
酸カリウムの水溶液に混合して懸濁液を作り、これを所
要個所に塗布し乾燥、焼付けを行うことにより形成され
る。
【０００５】この処理を行うことにより、形成された酸
素バリヤ被膜でチタン材の表面硬度の上昇は抑えられ、
疲労強度の低下も減少するが、後記するように必ずしも
充分なものではなかった。
素バリヤ被膜でチタン材の表面硬度の上昇は抑えられ、
疲労強度の低下も減少するが、後記するように必ずしも
充分なものではなかった。
【０００６】また、部品中の疲労強度を高く維持しなけ
ればならない場所に、工程上やむなく酸素拡散層が形成
される場合は、該酸素拡散層をショットピーニングや研
削により除去することにより強度低下を防止しなければ
ならなかった。
ればならない場所に、工程上やむなく酸素拡散層が形成
される場合は、該酸素拡散層をショットピーニングや研
削により除去することにより強度低下を防止しなければ
ならなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、チタン材の
表層に酸素が拡散するのを充分に防止できる手段を得る
ことを課題とする。
表層に酸素が拡散するのを充分に防止できる手段を得る
ことを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明における前記課題
の解決手段は、チタン又はチタン合金で形成され、高温
下で使用される製品の所要個所に、材料内への酸素の拡
散を阻止する酸素バリヤ被膜を形成する、チタン材の表
面処理方法において、チタン材の表面に酸素バリヤ被膜
としてアルミニウム粉末を焼成により付着させることを
特徴とする。
の解決手段は、チタン又はチタン合金で形成され、高温
下で使用される製品の所要個所に、材料内への酸素の拡
散を阻止する酸素バリヤ被膜を形成する、チタン材の表
面処理方法において、チタン材の表面に酸素バリヤ被膜
としてアルミニウム粉末を焼成により付着させることを
特徴とする。
【０００９】
【作用】前記の手段により、チタン材の表面にはアルミ
ニウム粉末が結合した表面層が形成され、該表面層が酸
素ゲッタとして作用すると共に酸素バリヤとして作用
し、これによりチタン材表層への酸素の拡散は充分に防
止される。
ニウム粉末が結合した表面層が形成され、該表面層が酸
素ゲッタとして作用すると共に酸素バリヤとして作用
し、これによりチタン材表層への酸素の拡散は充分に防
止される。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１で１
はエンジンの排気バルブを示し、該排気バルブ１は、チ
タン合金例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖで一体に成形され、
バルブシートを開閉する頭部２とシリンダヘッドに嵌着
したブッシュ中を摺動するステム３を備える。
はエンジンの排気バルブを示し、該排気バルブ１は、チ
タン合金例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖで一体に成形され、
バルブシートを開閉する頭部２とシリンダヘッドに嵌着
したブッシュ中を摺動するステム３を備える。
【００１１】このような排気バルブにおいては、頭部２
からステム３の基部にかけてエンジンの燃焼ガスで高温
に加熱されるため、燃焼ガス中に存在する酸素が表層中
に拡散され易く、この拡散を防止するために、頭部２か
らステム３にわたる頚部に酸素バリヤ被膜４が形成され
る。また、ステム３の耐摩耗性を増大するためにその表
面に酸素拡散層５を形成するのが好ましい。
からステム３の基部にかけてエンジンの燃焼ガスで高温
に加熱されるため、燃焼ガス中に存在する酸素が表層中
に拡散され易く、この拡散を防止するために、頭部２か
らステム３にわたる頚部に酸素バリヤ被膜４が形成され
る。また、ステム３の耐摩耗性を増大するためにその表
面に酸素拡散層５を形成するのが好ましい。
【００１２】そして、頚部に酸素バリヤ被膜４を形成
し、かつステム３に酸素拡散層５を形成するために、図
２の工程が施される。
し、かつステム３に酸素拡散層５を形成するために、図
２の工程が施される。
【００１３】まず工程(1)で排気バルブ１の頚部に粗面
を形成するためにショットブラストをかけ、工程(2)で
洗浄・乾燥を行い、工程(3)でベースコート塗布を行
う。ベースコート材は、アルミニウム粉末と無機質の液
状バインダを混合したものである。次に工程(4)でベー
スコート層を１００℃程度の低温で加熱して乾燥し、工
程(5)で４００℃程度の高温で焼成する。そして、ベー
スコート層の表面の凹凸及び内部の気泡をつぶし密度を
上げるために、工程(6)で加圧部材によるバニッシュ加
工をして、その上から工程(7)でシーラの塗布を行い、
工程(8)で前記と同様に１００℃で乾燥し、工程(9)で４
００℃で焼成を行う。そして、工程(10)でこれより高温
に加熱してベースコート材及びシーラが塗布されていな
い部分に酸素拡散処理を行う。
を形成するためにショットブラストをかけ、工程(2)で
洗浄・乾燥を行い、工程(3)でベースコート塗布を行
う。ベースコート材は、アルミニウム粉末と無機質の液
状バインダを混合したものである。次に工程(4)でベー
スコート層を１００℃程度の低温で加熱して乾燥し、工
程(5)で４００℃程度の高温で焼成する。そして、ベー
スコート層の表面の凹凸及び内部の気泡をつぶし密度を
上げるために、工程(6)で加圧部材によるバニッシュ加
工をして、その上から工程(7)でシーラの塗布を行い、
工程(8)で前記と同様に１００℃で乾燥し、工程(9)で４
００℃で焼成を行う。そして、工程(10)でこれより高温
に加熱してベースコート材及びシーラが塗布されていな
い部分に酸素拡散処理を行う。
【００１４】前記シーラとしては、クロム酸をベースと
するシール材を用い、前工程のアルミニウム粉末の塗布
層に塗りむらがある場合にその穴を埋めて、酸素拡散処
理の際に該穴の部分に望まない酸素拡散層が形成される
のを防止する。したがって、アルミニウム粉末が完全に
塗布されていれば、図２の(7)(8)(9)の工程は不要とな
る。
するシール材を用い、前工程のアルミニウム粉末の塗布
層に塗りむらがある場合にその穴を埋めて、酸素拡散処
理の際に該穴の部分に望まない酸素拡散層が形成される
のを防止する。したがって、アルミニウム粉末が完全に
塗布されていれば、図２の(7)(8)(9)の工程は不要とな
る。
【００１５】以上の工程により形成された酸素バリヤ被
膜４によって、排気バルブ１の頚部への酸素の拡散及び
これによる強度の低下は防止され、バルブステム３の表
面には耐摩耗性をもつ酸素拡散層が形成される。
膜４によって、排気バルブ１の頚部への酸素の拡散及び
これによる強度の低下は防止され、バルブステム３の表
面には耐摩耗性をもつ酸素拡散層が形成される。
【００１６】次に図３は、本発明を実施したチタン材製
のコンロッド１０を示し、該コンロッド１０は、例えば
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖから作られ、ロッド部１１の両端
に、ピストンピンに連結する小端部１２とクランクピン
に連結する大端部１３とを備える。このコンロッド１０
は、ピストンに繰返し的に作用する爆発力をクランク軸
に伝達するものであるから、所要の強度をもつと共に疲
労強度が高いことが必要であり、更に、エンジンの振動
を低く抑えるために軽量でなければならない。そして、
小端部１２と大端部１３は、相手部品のピン及び端面と
摺動するため、そのピン穴及び端面は、耐摩耗性を有す
ることが必要である。
のコンロッド１０を示し、該コンロッド１０は、例えば
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖから作られ、ロッド部１１の両端
に、ピストンピンに連結する小端部１２とクランクピン
に連結する大端部１３とを備える。このコンロッド１０
は、ピストンに繰返し的に作用する爆発力をクランク軸
に伝達するものであるから、所要の強度をもつと共に疲
労強度が高いことが必要であり、更に、エンジンの振動
を低く抑えるために軽量でなければならない。そして、
小端部１２と大端部１３は、相手部品のピン及び端面と
摺動するため、そのピン穴及び端面は、耐摩耗性を有す
ることが必要である。
【００１７】これらの性質を付与するために、ロッド部
１１には図２の(1)〜(9)の工程によってアルミニウムの
酸素バリヤ被膜１４が施され、次の工程(10)の酸素拡散
処理により小端部１２と大端部１３に酸素拡散層１５、
１６が形成される。この処理により、ロッド部１１は、
疲労強度を高く維持できるから、断面積が小さく軽量に
することができる。
１１には図２の(1)〜(9)の工程によってアルミニウムの
酸素バリヤ被膜１４が施され、次の工程(10)の酸素拡散
処理により小端部１２と大端部１３に酸素拡散層１５、
１６が形成される。この処理により、ロッド部１１は、
疲労強度を高く維持できるから、断面積が小さく軽量に
することができる。
【００１８】図４は、前記Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖに本発明
の酸素バリヤ被膜を設けたものと他のものを８００℃で
１００時間加熱した場合における表層のビッカース硬度
の変化を示すもので、曲線Ａは本発明によるもの、曲線
Ｂは前記特開平４−４１６６０号の発明によるもの、曲
線Ｃは無処理のものである。
の酸素バリヤ被膜を設けたものと他のものを８００℃で
１００時間加熱した場合における表層のビッカース硬度
の変化を示すもので、曲線Ａは本発明によるもの、曲線
Ｂは前記特開平４−４１６６０号の発明によるもの、曲
線Ｃは無処理のものである。
【００１９】図４において各曲線Ａ、Ｂは、表面からの
距離がｂｍｍにおいて略同一硬度のｈ1となり、Ｃはｃ
ｍｍで同程度となるが、表面の硬度は、曲線Ｂでは
ｈ2、本発明の曲線Ａでは略ｈ1で、曲線ＡはＢよりかな
り低くなる。また、曲線Ｃでは表面からａｍｍのスケー
ルが発生し、その内方部分でも極めて高い硬度変化が生
じている。
距離がｂｍｍにおいて略同一硬度のｈ1となり、Ｃはｃ
ｍｍで同程度となるが、表面の硬度は、曲線Ｂでは
ｈ2、本発明の曲線Ａでは略ｈ1で、曲線ＡはＢよりかな
り低くなる。また、曲線Ｃでは表面からａｍｍのスケー
ルが発生し、その内方部分でも極めて高い硬度変化が生
じている。
【００２０】このように、本発明の酸素バリヤ層を形成
すると酸素拡散層が形成されず、表面硬度の上昇が殆ど
なく、疲労強度の低下が防止される。
すると酸素拡散層が形成されず、表面硬度の上昇が殆ど
なく、疲労強度の低下が防止される。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、チタン材の表面
にアルミニウム粉末による被膜が形成されるので、該被
膜がまず酸素ゲッタとして作用して通過しようとする酸
素と結合し、その後は酸素バリヤ被膜として作用してチ
タン材へ酸素が拡散するのを防止して、チタン材の疲労
強度が低下するのを略完全に防止することができるすぐ
れた効果を奏する。したがって、強度低下を見込んで物
品の寸法を大きくする必要がないから、物品を小型軽量
とすることができ、また不要な酸素拡散層ができないか
ら、これを除去する後工程は必要がなくなる利点が生じ
る。したがって、高温の場所で疲労強度を低下すること
なく使用できるチタン製品を得ることができ、また耐摩
耗性を有する酸素拡散層を局部的に備えると共に、他の
位置には酸素が拡散されずに疲労強度の低下が殆どない
部分をもつチタン製品を得ることもできる利点が生じ
る。
にアルミニウム粉末による被膜が形成されるので、該被
膜がまず酸素ゲッタとして作用して通過しようとする酸
素と結合し、その後は酸素バリヤ被膜として作用してチ
タン材へ酸素が拡散するのを防止して、チタン材の疲労
強度が低下するのを略完全に防止することができるすぐ
れた効果を奏する。したがって、強度低下を見込んで物
品の寸法を大きくする必要がないから、物品を小型軽量
とすることができ、また不要な酸素拡散層ができないか
ら、これを除去する後工程は必要がなくなる利点が生じ
る。したがって、高温の場所で疲労強度を低下すること
なく使用できるチタン製品を得ることができ、また耐摩
耗性を有する酸素拡散層を局部的に備えると共に、他の
位置には酸素が拡散されずに疲労強度の低下が殆どない
部分をもつチタン製品を得ることもできる利点が生じ
る。
【図１】 本発明を実施した排気バルブの正面図
【図２】 酸素バリヤ被膜形成及び酸素拡散処理工程図
【図３】 本発明を実施したコンロッドの正面図
【図４】 酸素バリヤ被膜と硬度の関係を示すグラフ
１ 排気バルブ ４、１４ 酸素バリヤ被膜 ５、１５、１６ 酸素拡散層 １１ コンロッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−263973（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 8/02,8/04,8/10 C23C 8/12,8/16
Claims (1)
- 【請求項１】 チタン又はチタン合金で形成され、高温
下で使用される製品の所要個所に、材料内への酸素の拡
散を阻止する酸素バリヤ被膜を形成する、チタン材の表
面処理方法において、 チタン材の表面に酸素バリヤ被膜としてアルミニウム粉
末を焼成により付着させることを特徴とする、チタン材
の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01628093A JP3151713B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | チタン材の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01628093A JP3151713B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | チタン材の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06228733A JPH06228733A (ja) | 1994-08-16 |
| JP3151713B2 true JP3151713B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=11912145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01628093A Expired - Fee Related JP3151713B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | チタン材の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3151713B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112007000544T5 (de) | 2006-03-30 | 2009-01-15 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Kobe | Titanmaterial und Abgasrohr für Motor |
| US7794846B2 (en) | 2005-06-22 | 2010-09-14 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Titanium part for internal combustion engine |
| US8394469B2 (en) | 2004-07-14 | 2013-03-12 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine |
| US8470418B2 (en) | 2005-09-06 | 2013-06-25 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine, and internal combustion engine and transportation apparatus incorporating the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4150700B2 (ja) * | 2004-06-29 | 2008-09-17 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐酸化性に優れる表面処理チタン材の製造方法、エンジン排気管 |
-
1993
- 1993-02-03 JP JP01628093A patent/JP3151713B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8394469B2 (en) | 2004-07-14 | 2013-03-12 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine |
| US7794846B2 (en) | 2005-06-22 | 2010-09-14 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Titanium part for internal combustion engine |
| US8470418B2 (en) | 2005-09-06 | 2013-06-25 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine, and internal combustion engine and transportation apparatus incorporating the same |
| DE112007000544T5 (de) | 2006-03-30 | 2009-01-15 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Kobe | Titanmaterial und Abgasrohr für Motor |
| US8431231B2 (en) | 2006-03-30 | 2013-04-30 | Kobe Steel, Ltd. | Titanium Material and Exhaust Pipe for Engine |
| DE112007000544B4 (de) | 2006-03-30 | 2018-04-05 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Titanmaterial und Abgasrohr für Motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06228733A (ja) | 1994-08-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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