JP4394050B2 - Metal plate manufacturing method with improved low friction and wear resistance - Google Patents
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Description
本発明は、金属板の製造方法に関し、更に詳しくはアルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属母材表面に、硬質クロムめっきを施して硬質クロムめっき層を形成すると共に、更に、該硬質クロムめっき層に微粒子ショットピーニング処理を施すことにより、該金属母材表面の微細なクラックを減少、または消滅させると共に、前記硬質クロムめっきだけでは達成することができなかった前記金属母材表面の低摩擦性、耐摩耗性を一層向上させた金属板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a metal plate, and more specifically, a hard chromium plating layer is formed on a metal base material surface such as aluminum, iron, SUS, copper, titanium, etc. to form a hard chromium plating layer. By performing fine particle shot peening treatment on the chromium plating layer, the fine cracks on the surface of the metal base material are reduced or eliminated, and the surface of the metal base material, which cannot be achieved by the hard chromium plating alone, is reduced. The present invention relates to a method for producing a metal plate with further improved friction and wear resistance.
自動車等の搬送用部品の軽量化を目的とした場合、軽量で汎用性の高いアルミニウム合金の利用は極めて有効である。しかしながら、前記アルミニウム合金を機能性材料として用いる場合には、機械的強度が充分ではないので、その機械的強度を備えさせるために、従来は、めっき、熱処理、溶射やドライめっき等の各種の表面処理が施されている。 For the purpose of reducing the weight of transportation parts such as automobiles, it is extremely effective to use a lightweight and highly versatile aluminum alloy. However, when the aluminum alloy is used as a functional material, since the mechanical strength is not sufficient, conventionally, various surfaces such as plating, heat treatment, thermal spraying and dry plating have been used to provide the mechanical strength. Processing has been applied.
一方、前記アルミニウム合金の外、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属板により形成された機械の摩擦部分や工具類の表面に、クロムを厚くめっきし、耐摩耗性を持たせるということが、下記の非特許文献１に開示されている。また、アルミ系母材から成る摺動部材表面の耐摩耗性向上策として、クロムめっき層の表面にＳｉＣ粒子を分散して埋め込み込むことにより、摺動面の耐摩耗性を向上させる技術が下記の特許文献１に開示されている。更に、下記特許文献１には、アルミ合金から成る摺動部材の表面を摺動性を向上させる目的で、アルミ合金の表面をＮＩ−Ｐめっきした後に、バレル研磨処理やショットブラスト処理、レーザービーム処理を施す処理が開示されている。
On the other hand, on the friction part of the machine formed of a metal plate such as iron, SUS, copper, titanium, etc. in addition to the aluminum alloy, chromium is thickly plated to give wear resistance. It is disclosed in the following
前記従来実施されているめっきは、電解めっきと無電解めっきに大別され、いずれも安定しているが、硬度が足りないという課題があった。 The conventional plating has been roughly classified into electrolytic plating and electroless plating, both of which are stable, but have a problem of insufficient hardness.
更に、前記従来実施されている熱処理は、硬化技術の中心的存在で、何よりも安価であることから、自動車部品等工業用製品で広く使われている。焼入れ、焼き戻しの外に窒化(窒素中で温度を上げることによって金属に浸透させること)や、ショットピーニング(物理的にショットを当て、叩くことによって、焼きを入れる方法)等もあるが、いずれも金属を変形させることが多く、精度の高いものは難しいという課題があった。 Furthermore, the heat treatment that has been conventionally performed is the center of the curing technology and is cheaper than anything, and is therefore widely used in industrial products such as automobile parts. In addition to quenching and tempering, there are also nitriding (infiltrating the metal by raising the temperature in nitrogen) and shot peening (a method in which tempering is performed by physically hitting and hitting), etc. However, there is a problem that metal is often deformed and it is difficult to obtain a high-precision one.
また更に、前記従来実施されている溶射は、超硬質材料やセラミックス等を溶融し、表面に射ち、付着させるという方法であるが、内周壁面に付けることが難しいことや、気孔等ができてしまうこともあり、今日アルカリや酸の環境では難しいという課題があり、また高温で溶融させるために変形の問題があり、密着性も乏しく、高圧の環境では、使用が難しいという課題があった。 Furthermore, the conventional thermal spraying is a method in which an ultra-hard material or ceramics is melted, and is shot and adhered to the surface. However, it is difficult to attach to the inner peripheral wall surface, and pores are formed. There is a problem that it is difficult in an alkali or acid environment today, there is a problem of deformation because it is melted at a high temperature, and there is a problem that adhesion is poor and it is difficult to use in a high pressure environment.
そして更に、前記従来実施されているドライめっきは、ＰＶＤ（物理的蒸着法）やＣＶＤ（化学的蒸着法）のことを指し、現在最も注目されている技術である。真空中にイオンを放出し、イオンの力で吸着させることとなり、ダイヤモンド等も付ける処理もある。しかしながら、膜厚が薄いことと、密着力が弱いという課題があった。 Furthermore, the conventional dry plating is PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition), and is currently the most noticeable technology. Ions are released into the vacuum and adsorbed by the force of the ions, and there is a process to attach diamond or the like. However, there are problems that the film thickness is thin and the adhesion is weak.
そして、前記非特許文献１に記載されているように、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属板について、機械的強度を得る手段として、前記金属母材表面に硬質クロムめっきを施すことが行なわれている。しかしながら、前記硬質クロムめっきは、防錆効果は高いが、耐摩耗用途には厚いめっき層を用いるので、めっき膜の水素脆性、または内部応力による微細なクラックを生じ、該微細なクラックが摺動面などにおいて破砕の原因となると共に、摩擦・摩耗特性に著しく影響を及ぼすという課題があった。
And as described in the said
また、前記特許文献１に開示された技術も、摺動部材表面に均一の被覆形成厚さ、表面粗さの要求に応える技術ではなく、耐摩耗性は向上するも満足できるレベルではなかった。更に、前記特許文献１には、本発明者が改良を目的としている金属板のクロムめっき表面の耐摩耗性改質についての記載はなく、然も、めっき表面の微細なクラックの減少、または消滅による摩擦特性および耐摩耗性改善については全く開示されていない。
Further, the technique disclosed in
本発明は前記課題を解決すべくなされたもので、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属母材表面に硬質クロムめっきを施すと共に、該硬質クロムめっきによって形成された硬質クロムめっき層に、後述する「ＷＰＣ処理」として知られている処理方法によるショットピーニング処理を施すことにより、前記硬質クロムめっき層が保有する微細なクラックを減少、または消滅させ、本来の硬質クロムめっきではなし得なかった前記金属母材表面の低摩擦性、耐摩耗性を一層向上させた金属板の製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and applies hard chrome plating to the surface of a metal base material such as aluminum, iron, SUS, copper, titanium, etc., and a hard chrome plating layer formed by the hard chrome plating. By applying a shot peening process by a processing method known as “ WPC process ” , which will be described later, the fine cracks possessed by the hard chrome plating layer are reduced or eliminated, which cannot be achieved by the original hard chrome plating. Another object of the present invention is to provide a method for producing a metal plate that further improves the low friction and wear resistance of the surface of the metal base material.
本発明は、金属母材表面に電気めっき処理を施して、クロム化合物を含む硬質クロムめっき層を被覆形成した金属板の製造方法において、前記硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である粒径５〜３００μｍショット材粒子をブラスト（ピーニング）加工処理機を用い、０．１〜１０Ｍｐａの噴射圧力で、且つ１００ｍ／ｓｅｃ以上で５〜１２０秒噴射して、該ショット材粒子の噴射に伴って発生する熱によって、前記硬質クロムめっき層の表面温度を上昇させて、該硬質クロムめっき層を溶融することにより、粗面化状態にある前記硬質クロムめっき層の表面を平滑にし、表面に生成している微細なクラックを減少、または消滅させるというショットピーニング処理を施して、前記硬質クロムめっき層の被膜硬度がＨｖ１０００〜１８００、表面粗さがＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１規定による算術平均粗さＲａで０．３〜５μｍ、厚みが１０〜２００μｍであって、ピンオンディスク摩擦試験機で、相手材にＷＣボールを使用し、荷重３０〜２００ｇ、摩擦速度３０〜８０ｃｍ／ｓｅｃと変化させ、摩擦距離２５０ｍ一定として測定したチャートから得られた１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であり、且つ摩擦係数Ｗの最高値Ｘと最低値Ｙの幅が０．１〜０．３の硬質クロムめっき層を備えるようにして低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法、を実現することにより、上記課題を解決した。 The present invention provides a method for producing a metal plate obtained by electroplating the surface of a metal base material and coating a hard chromium plating layer containing a chromium compound, and the hard chromium plating layer is equivalent to the hard chromium plating layer, Alternatively, a shot material particle having a particle size of 5 to 300 μm, which is a shot material having a hardness higher than that, is used with a blasting processing machine at an injection pressure of 0.1 to 10 Mpa and at a speed of 100 m / sec or more for 5 to 120 seconds. The hard surface in the roughened state by spraying and raising the surface temperature of the hard chromium plating layer by the heat generated with the injection of the shot material particles and melting the hard chromium plating layer Apply a shot peening process to smooth the surface of the chrome plating layer and reduce or eliminate fine cracks generated on the surface. Coating hardness of the hard chrome plating layer Hv1000～1800, surface roughness JIS-B0601: 2001 0.3~5μm an arithmetic mean roughness Ra under the provisions, the thickness a 10 to 200 [mu] m, pin-on-disc friction tester The average friction coefficient W after running 120 m obtained from a chart measured using a WC ball as the mating material, changing the load 30 to 200 g, the friction speed 30 to 80 cm / sec, and the friction distance 250 m constant is μ = Low friction and wear resistance are provided by providing a hard chromium plating layer having a maximum value X and a minimum value Y of the friction coefficient W of 0.1 to 0.5 and a width of 0.1 to 0.3. By realizing an improved method for manufacturing a metal plate, the above-described problems have been solved.
本発明によれば、金属表面の微細なクラックを大幅に減少、または消滅させると共に、表面の低摩擦性、耐摩耗性を一層向上させた金属板の製造方法、特に機械の摩擦部分や工具類の表面、摺動部材の表面に使用され、または、合成繊維の製造に用いる部材である延伸ローラ、延伸板、延伸ピン、糸道規制ガイド等に使用するのに最適な金属板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a method for producing a metal plate, in which fine cracks on a metal surface are greatly reduced or eliminated, and the low friction and wear resistance of the surface is further improved, particularly a friction part of a machine and tools, etc. A method for producing a metal plate that is optimal for use on a surface of a sliding member, a surface of a sliding member, or a member used for manufacturing a synthetic fiber, such as a drawing roller, a drawing plate, a drawing pin, and a yarn path regulation guide. Can be provided.
以下に、本発明につき詳細に説明する。本発明は、金属母材表面に電気めっき処理を施して、クロム化合物を含む硬質クロムめっき層を被覆形成した金属板の製造方法において、株式会社不二製作所の特許第１５９４３９５号（特公平２−１７６０７号）「金属成品の表面加工熱処理法」であって、商標名「ＷＰＣ処理」（登録商標第３０８１８０５号）として知られているショットピーニング処理、すなわち、前記硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である粒径５〜３００μｍショット材粒子をブラスト（ピーニング）加工処理機を用い、０．１〜１０Ｍｐａの噴射圧力で、且つ１００ｍ／ｓｅｃ以上で５〜１２０秒噴射して、該ショット材粒子の噴射に伴って発生する熱によって、前記硬質クロムめっき層の表面温度を上昇させて、該硬質クロムめっき層を溶融することにより、粗面化状態にある前記硬質クロムめっき層の表面を平滑にし、表面に生成している微細なクラックを減少、または消滅させるというショットピーニング処理を施して、前記硬質クロムめっき層の被膜硬度がＨｖ１０００〜１８００、表面粗さがＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１規定による算術平均粗さＲａで０．３〜５μｍ、厚みが１０〜２００μｍであって、ピンオンディスク摩擦試験機で、相手材にＷＣボールを使用し、荷重３０〜２００ｇ、摩擦速度３０〜８０ｃｍ／ｓｅｃと変化させ、摩擦距離２５０ｍ一定として測定したチャートから得られた１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であり、且つ摩擦係数Ｗの最高値Ｘと最低値Ｙの幅が０．１〜０．３の硬質クロムめっき層を備えるようにした金属板の製造方法であって、低摩擦性、耐摩耗性を向上させることを特徴とするものである。なお、ここでいう金属板とは、母材であるアルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属の表面が、クロム化合物で電気めっきされたもののすべてを含む。 The present invention will be described in detail below. The present invention, by performing an electroplating process on the base metal surface, in the manufacturing method of the hard chrome plating layer containing chromium compound-coated formed metal plate, Co., Ltd. Fuji Manufacturing of Patent No. 1,594,395 (KOKOKU 2 No. 17607) “Surface processing heat treatment method for metal products ”, known as the trade name “WPC treatment” (registered trademark No. 3081805) , that is, the hard chrome plating layer has Shot material particles having a particle size of 5 to 300 μm, which is a shot material having a hardness equal to or higher than that of the chrome plating layer, using a blasting processing machine at an injection pressure of 0.1 to 10 Mpa and 100 m / sec. The surface temperature of the hard chromium plating layer is sprayed for 5 to 120 seconds as described above, and is generated by the heat generated as the shot material particles are sprayed. The surface of the hard chrome plating layer in the roughened state is smoothed by melting the hard chrome plating layer and the fine cracks generated on the surface are reduced or eliminated. subjected to peening processing, the film hardness of the hard chrome plating layer Hv1000～1800, surface roughness JIS-B0601: a 2001 defined 0.3~5μm an arithmetic mean roughness Ra by, the thickness 10~200μm Using a WC ball as a mating material with a pin-on-disk friction tester, changing the load from 30 to 200 g, the friction speed from 30 to 80 cm / sec, and measuring the friction distance at a constant 250 m, after 120 m running Hardness with an average friction coefficient W of μ = 0.1 to 0.5 and a width between the maximum value X and the minimum value Y of the friction coefficient W of 0.1 to 0.3 A method of manufacturing a metal plate provided with a chrome-plated layer, characterized by improving low friction and wear resistance. The metal plate referred to here includes all the surfaces of the base metal such as aluminum, iron, SUS, copper, titanium, etc., which are electroplated with a chromium compound.
以下、本発明の実施例につき、詳細に説明するが、説明の便宜上、本発明金属板は、合成繊維製造機に用いられるものとして説明する。なお、ここで合成繊維製造機に用いられる金属板とは、合成繊維を製造するための紡糸、延伸および巻き取り装置群から成る製糸プロセスにおいて用いられる延伸ローラ、延伸熱板、延伸ピン、糸道規制ガイド等、合成繊維糸条と接触走行させながら紡糸、延伸することを目的とした機器を構成する金属板のすべてを含むものである。 Hereinafter, although the Example of this invention is demonstrated in detail, for convenience of explanation, this invention metal plate demonstrates as what is used for a synthetic fiber manufacturing machine. Here, the metal plate used in the synthetic fiber manufacturing machine is a drawing roller, a drawing hot plate, a drawing pin, a yarn path used in a yarn making process comprising a group of spinning, drawing and winding devices for producing a synthetic fiber. regulations guide, etc., synthetic fiber yarn and contact running is allowed while spinning, is intended to include all of the metal plate constituting the device for the purpose of stretching.
本発明金属板は、金属母材表面に被覆形成した硬質クロムめっき層が、被覆形成硬度（常温Ｈｖ）が１０００〜１８００の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、Ｈｖ１５００〜１８００の範囲である。Ｈｖ１０００未満では、例えば、溶融ポリマーに酸化チタン、酸化マグネシウム、カーボンブラック、およびベンガラ等の無機の添加剤を含む繊維糸条を延伸する場合に、摩耗が顕著に起きる。すなわち、本発明の目的とする耐摩耗性の高い金属板は得られない。 In the metal plate of the present invention, the hard chromium plating layer formed on the surface of the metal base material preferably has a coating formation hardness (room temperature Hv) in the range of 1000 to 1800. More preferably, it is the range of Hv 1500-1800. If it is less than Hv1000, for example, when a fiber yarn containing an inorganic additive such as titanium oxide, magnesium oxide, carbon black, and bengara is drawn into the molten polymer, wear significantly occurs. That is, the metal plate with high wear resistance which is the object of the present invention cannot be obtained.
一般的には、クロムめっき層の被覆硬度は、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ ６ の生成量によって決定される。クロムめっき加工処理で、金属板のクロムめっき層の被膜硬度をＨｖ１０００〜１３００未満の範囲にするには、クロムめっき層の、特に表面もしくは表面に近い部分、または、クロムめっき層全体に炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ ６ の生成量を多くすることが重要である。一般的なクロムめっきは、大きな内部応力と水素（Ｈ）を多量に吸蔵したクロム（Ｃｒ）単体が生成するのに対し、本発明における硬質クロムめっきは、前記した化合物から成る高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物等の混合触媒を用いることで、分子間結合度の高い炭化クロム合金を、特にめっき表層部に多く被覆形成し、また、めっき層内部にまで高濃度生成ができるので高硬度の硬質クロムめっき層を得ることが可能となる。 Generally, the coating hardness of the chromium plating layer is determined by the amount of C r 23 C 6 that is a chromium carbide alloy. In chromium plating processing, to be film hardness of the chromium plating layer of the metal plate in the range of less than Hv1000~1300 the chromium plating layer, particularly the portion near the surface or surfaces, or chromium carbide to the whole chromium plating layer it is important to increase the yield of C r 23 C 6 is an alloy. In general chrome plating, a large amount of internal stress and chromium (Cr) that absorbs a large amount of hydrogen (H) are produced, whereas hard chrome plating in the present invention is a high-purity carbon ( By using a mixed catalyst such as a polymer compound containing C), a chromium carbide alloy having a high degree of intermolecular bonding can be formed, especially on the plating surface layer, and can be formed at a high concentration even inside the plating layer. It becomes possible to obtain a hard chromium plating layer with high hardness.
しかし、本発明者が目的とする耐摩耗性を有する金属板とするには、前記した硬質クロムめっき処理だけでは達成できない。そこで、本発明者は、更に高いクロムめっき層の被膜硬度の金属板を得るための方法として、硬質クロムめっき処理した後に、前記硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である微粒子状のショット材をブラスト（ピーニング）加工処理機を用いて噴射して表面加工熱処理をするという、前記特許発明で、「ＷＰＣ処理」として知られているショットピーニング処理を施すことを見出した。すなわち、被膜硬度を向上させる手段として、前記ショットピーニング処理が有効であることが判った。 However, in order to obtain a metal plate having wear resistance which is the object of the present inventor, it cannot be achieved only by the hard chrome plating process described above. Therefore, the present inventor, as a method for obtaining a metal plate having a coating hardness of a higher chromium plating layer, after the hard chromium plating treatment, the hard chromium plating layer is equal to or more than the hard chromium plating layer. of that surface mechanical treatment by spraying with blast (peening) processing machine particulate shot material is a shot material having a hardness in the patented invention, are known as "WPC processing" It was found that a shot peening process was performed. That is, it has been found that the shot peening treatment is effective as a means for improving the film hardness.
次に、本発明で採用するショットピーニング処理について述べる。前記したように、本発明金属板の表面の硬質クロムめっき層を、規定の被膜硬度と平均摩擦係数Ｗを有する表面形態にするには、めっき処理した後に、前記ショットピーニング処理を施すことが必須条件である。 Next, we describe the Resid Yottopiningu treatment be adopted in the present invention. As described above, the hard chromium plating layer on the surface of the present invention a metal plate, to a surface form having a coating hardness and average friction coefficient W provisions, after plating, be subjected to the sheet Yottopiningu processing It is a necessary condition.
すなわち、本発明で採用するショットピーニング処理とは、金属母材表面にクロム化合物で電気めっきされた硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である粒径５〜３００μｍショット材粒子をブラスト（ピーニング）加工処理機を用い、１００ｍ／ｓｅｃ以上で５〜１２０秒噴射して、粗面化状態にある硬質クロムめっき層の表面を平滑にし、表面に生成している微細なクラックを減少、または消滅させる処理方法である。 That is, the adoption be Resid Yottopiningu treated with the present invention, the hard chrome plating layer electrically plated with chromium compound on a metal base material surface, shot material having a comparable rigid chrome plating layer or more hardness, A shot material particle having a particle size of 5 to 300 μm is sprayed at a speed of 100 m / sec for 5 to 120 seconds using a blast processing machine to smooth the surface of the hard chromium plating layer in a roughened state. This is a processing method for reducing or eliminating fine cracks generated in the process.
図１は、前記ショットピーニング処理を施す前の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真であり、該硬質クロムめっき表面に無数の微細なクラックが存在していることが判る。図２は、ショットピーニング処理を施した後の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真であり、ショットピーニング処理によって前記微細なクラックが大幅に減少、または消滅していることが判る。 1, before an electron micrograph of the previous hard chrome plated surface subjected to carboxymethyl Yottopiningu process, it is understood that innumerable fine cracks in the rigid chromium plated surface is present. Figure 2 is an electron micrograph of the hard chrome plated surface having undergone the sheet Yottopiningu process, it can be seen that the fine cracks is greatly reduced or eliminated by Shi Yottopiningu process.
図３に示すように、金属母材１の表面に硬質クロムめっき処理を施して硬質クロムめっき層２を形成すると、該硬質クロムめっき層２に微細なクラック３が発生して、該微細なクラック３に基因する逆三角形溝状の風孔４が出現する。
As shown in FIG. 3, when the surface of the
そして、前記ショットピーニング処理により、微細なクラックの減少、または消滅現象のメカニズムは明確ではないが、図４の矢印で示すように、ショット材５を硬質クロムめっき層２に噴射するに伴って発生する熱により、硬質クロムめっき層２の表面温度が上昇して、前記硬質クロムめっき層２を溶融させて、該硬質クロムめっき層２の一部をクロムめっきにより発生した微細なクラック３に基づいて出現した風孔４に埋入して、該風孔４を封孔して平滑な面に変化すると同時に、表面に存在する微細なクラック３が潰されて、換言すれば、めっき層表面が塑性変形を受けて微細なクラック３が減少、または消滅したものと考えられる。
By pre-carboxymethyl Yottopiningu treatment, reduction of fine cracks, or the mechanism of annihilation phenomenon is not clear, as indicated by the arrows in FIG. 4, with the injecting the
前記ショット材としては、セラミックス、スチール、硬質ビーズ等が使用されるが、この中でも、硬質クロムめっき層の硬度より硬い素材であるセラミックスが最も好ましい。硬質クロムめっき層の被膜硬度より柔らかいものでは、該硬質クロムめっき層の表面形態を平滑な面に変化させる効果は得られない。従って、前記ショットピーニング処理に使用するショット材は、硬質クロムめっきの硬さに応じた材料を選択することが重要である。 As the shot material, ceramics, steel, hard beads and the like are used, and among these, ceramics which is a material harder than the hardness of the hard chrome plating layer is most preferable. If the hardness of the hard chromium plating layer is softer than that of the hard chromium plating layer, the effect of changing the surface form of the hard chromium plating layer to a smooth surface cannot be obtained. Therefore, the shot material used before carboxymethyl Yottopiningu process, it is important to select the material according to the hardness of the hard chrome plating.
また、ショット材粒子の大きさは５〜３００μｍの範囲にあることが重要である。５μｍより小さいと被膜硬度の高い硬質クロムめっき層を有する金属板が得られない。 Further, it is important that the size of the shot material particles is in the range of 5 to 300 μm. If it is smaller than 5 μm, a metal plate having a hard chromium plating layer with high coating hardness cannot be obtained.
更に、本発明で採用するショットピーニング処理に於ける噴射圧力が、０．１〜１０Ｍｐａであることが好ましい。０．１Ｍｐａより小さいと被膜硬度の高い硬質クロムめっき層を有する金属板が得られない。一方、１０Ｍｐａを越えると、硬質クロムめっき層を破壊してしまう恐れがあり好ましくない。従って、前記したように、噴射圧力は、０．１〜１０Ｍｐａ範囲で、硬質クロムめっき層の材料に応じた条件を採用することが望ましい。 Further, in the injection pressure to the Resid Yottopiningu process be employed in the present invention is preferably a 0.1 to 10 MPa. If it is less than 0.1 Mpa, a metal plate having a hard chromium plating layer with high coating hardness cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 10 Mpa, the hard chrome plating layer may be destroyed, which is not preferable. Therefore, as described above, it is desirable that the injection pressure is in the range of 0.1 to 10 Mpa and the conditions corresponding to the material of the hard chrome plating layer are adopted.
また、前記した噴射圧力によるおける前記ショットピーニング処理時間は、５〜１２０秒の範囲が望ましく、前記した噴射圧力と噴射時間の関係を事前にあらかじめ実験により調査しておき、生産性と金属板の使用目的等を考慮したバランスの良い条件を採用することが望ましい。 Further, the contact Keru pre carboxymethyl Yottopiningu processing time due to the injection pressure and is preferably in the range of 5 to 120 seconds, leave investigated by pre experimentally predetermined relationships of the the injection pressure and injection time, productivity and the metal plate It is desirable to adopt a well-balanced condition in consideration of the purpose of use.
また、本発明金属板の製造方法においては、前記のように金属母材表面に被覆形成した硬質クロムめっき層のピンオンディスク摩擦試験機で測定した１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であることが必須要件である。 Further, in the manufacturing method of the present invention the metal plate, the average friction coefficient W after 120m running measured by Pin'ondi disk friction tester hard chrome plating layer formed by coating on the metal surface of the base material as described above is mu = 0. 1-0. 5 is an essential requirement.
図５は、ピンオンディスク摩擦試験機で測定した前記ショットピーニング処理（負荷荷重５０ｇ、摩擦速度３０ｃｍ／ｓｅｃ、摩擦距離３００ｍ）を施したクロムめっき表面の摩擦係数（μ）の経時変化を示すチャートである。また、図６は、前記ショットピーニング処理を施す前のクロムめっき表面の摩擦係数（μ）の経時変化を示したチャートである。１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗは、このチャート上から１２０ｍ走行後の摩擦係数の最高値Ｘと最低値Ｙを読み取り、下記式から求めたものである。
平均摩擦係数Ｗ＝（摩擦係数の最高値Ｘ＋摩擦係数の最低値Ｙ）÷２
Figure 5 shows the pin-on-disk friction previous measured by tester carboxymethyl Yottopiningu processing (load weight 50 g, friction velocity 30 cm / sec,
Average friction coefficient W = (maximum friction coefficient X + minimum friction coefficient Y) / 2
硬質クロムめっき層の摩擦係数が高いものは、クロム表面の摩耗が促進されやすい。例えば、相手材である金属、プラスチック材、または繊維糸条等との接触により、表面が削り取られやすくなるため、耐摩耗性という観点では好ましくない。このように金属板の摩擦特性を重視する場合は、硬質クロムめっき表面の摩擦係数（μ）が、０．６を越えないようにコントロールすることが重要である。 When the hard chromium plating layer has a high friction coefficient, wear of the chromium surface is likely to be promoted. For example, it is not preferable from the viewpoint of wear resistance because the surface is easily scraped by contact with a metal, plastic material, fiber yarn or the like which is a counterpart material. Thus, when importance is attached to the frictional characteristics of the metal plate, the friction coefficient (μ) of the hard chrome plating surface is 0. It is important to control not to exceed 6 .
しかし、前記したように摩擦特性だけを重視した場合は、摩擦係数は低い方が好ましいが、例えば、金属板により合成繊維製造機に用いられる延伸ローラ等が形成されている場合は、ローラ上で糸条が滑り過ぎて延伸のための把持が出来なくなり、目的とする糸条の延伸が出来なくなるなどの問題がある。 However, as described above, when only the friction characteristics are emphasized, it is preferable that the coefficient of friction is low. For example, when a drawing roller or the like used for a synthetic fiber manufacturing machine is formed of a metal plate, There is a problem that the yarn is too slippery and cannot be held for drawing, and the intended yarn cannot be drawn.
従って、硬質クロムめっき表面の摩擦係数（μ）は、０．６を下回らなければ、耐摩耗性が特に大きく低下することはなく、規定した範囲で金属板の使用目的に応じた摩擦係数を設定することが大変重要である。また、前記硬質クロムめっき表面の摩擦係数は、ピンオンディスク摩擦試験機で測定したチャートから得られた１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であり、且つ摩擦係数Ｗの最高値Ｘと最低値Ｙの幅が０．１〜０．３であることが好ましい。この範囲を外れると、目的とする耐摩擦性の優れた金属板が得られないことがある。なお、摩擦係数の最高値Ｘと最低値Ｙの幅は、前記図５および図６のピンオンディスク摩擦試験機で測定したチャートから求めた値である。 Therefore, the friction coefficient (μ) of the hard chrome plating surface is 0. If it is not less than 6, the wear resistance is not particularly lowered, and it is very important to set a friction coefficient according to the purpose of use of the metal plate within a specified range. The friction coefficient of the hard chrome plating surface is such that the average friction coefficient W after running 120 m obtained from a chart measured with a pin-on-disk friction tester is μ = 0.1 to 0.5, and the friction coefficient The width between the maximum value X and the minimum value Y of W is preferably 0.1 to 0.3 . If it is out of this range, the target metal plate having excellent friction resistance may not be obtained. The width between the maximum value X and the minimum value Y of the friction coefficient is a value obtained from the chart measured by the pin-on-disk friction tester shown in FIGS.
そこで、本発明者は前記摩擦係数値を下げるには如何にしたらよいか鋭意研究を重ねた結果、前記したように、金属板の表面に硬質クロムめっき加工した後に、前記ショットピーニング処理を施すことが不可欠条件であるとの結論に達した。 Accordingly, the present inventors have result of extensive research conducted intensive or can I how to lower the coefficient of friction value, as described above, after the hard chrome plating on the surface of the metal plate, the pre-carboxymethyl Yottopiningu processing performed It was concluded that this is an essential condition.
金属表面を単に硬質クロムめっきしたものは、該硬質クロムめっき表面に微細なクラックが存在する。研究を進めて行く課程で、前記微細なクラックの存在が表面摩擦係数に影響していることが判ってきた。硬質クロムめっき表面に微細なクラックが多いほど摩擦係数が高く、該硬質クロムめっき表面の摩耗が促進される。従って、耐摩耗性を向上させるためには、硬質クロムめっき表面の微細なクラックをできる限り減少、または消滅させて、摩擦係数を下げることが非常に重要であることが判った。硬質クロムめっき加工された表面に無限に存在する微細なクラックは、硬質クロムめっき表面を前記ショットピーニング処理することで大幅に減少、または消滅することは前記した通りである。 When the metal surface is simply hard chrome plated, there are fine cracks on the surface of the hard chrome plating. In the course of research, it has been found that the presence of the fine cracks affects the surface friction coefficient. The more fine cracks are on the hard chrome plating surface, the higher the coefficient of friction is, and the wear of the hard chrome plating surface is promoted. Therefore, in order to improve the wear resistance, it has been found that it is very important to reduce or eliminate the fine cracks on the hard chrome plating surface as much as possible to reduce the friction coefficient. Fine cracks exist infinitely hard chrome plated surface is significantly reduced by pretreatment carboxymethyl Yottopiningu a hard chrome plated surface, or disappearance be are as described above.
以上のように、耐摩耗性を向上させる手段としては、硬質クロムめっき層の被膜硬度を上げると同時に、表面摩擦係数を下げることが必須要件となる。 As described above, as means for improving the wear resistance, it is essential to increase the coating hardness of the hard chrome plating layer and simultaneously reduce the surface friction coefficient.
本発明金属板は、前記のように金属母材表面に被覆形成した硬質クロムめっき層の表面粗さを、ＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に規定された方法で表示するとき、算術平均粗さＲａを、０．３〜５μｍにすることが好ましい。このときの粗さ測定には、触針走査式粗さ測定器が使用される。 When the metal plate of the present invention displays the surface roughness of the hard chromium plating layer formed on the surface of the metal base as described above by the method defined in JIS-B0601: 2001, the arithmetic average roughness Ra is expressed as follows: It is preferable to set it to 0.3-5 micrometers. A stylus scanning type roughness measuring instrument is used for the roughness measurement at this time.
また、金属板の表面粗さは、例えば合成繊維製造機に用いられる部材が延伸ローラの場合、生産する繊維糸条の単糸太さによって決定される。単糸太さが細い繊維糸条を延伸する際に、算術平均粗さＲａが大きい（粗い）表面粗さを選定し、繊維糸条を延伸したとすると、繊維糸条は張力により延伸ローラ表面の大きく選定された梨地状の粗さの谷部に脱落し、蛇行しながら繊維糸条は移送される。従って、延伸ローラ表面の糸との摩擦抵抗が増大し、毛羽や単糸切れ、または糸切れを発生させてしまうことがある。 Moreover, the surface roughness of a metal plate is determined by the single yarn thickness of the fiber yarn to produce, for example, when the member used for a synthetic fiber manufacturing machine is an extending | stretching roller. When drawing a fiber yarn with a thin single yarn thickness, if the surface roughness with a large arithmetic average roughness Ra is selected (coarse) and the fiber yarn is drawn, the fiber yarn is stretched by the tension roller surface. The fiber yarns are transferred while meandering and dropping into the valleys of the satin-like roughness. Accordingly, the frictional resistance with the yarn on the surface of the drawing roller is increased, and fluff, single yarn breakage, or yarn breakage may occur.
一方、単糸太さが細い繊維糸条を延伸する際に、算術平均粗さＲａが小さい（細かい）表面粗さを選定し、前記と同条件で繊維糸条を延伸したとすると、延伸ローラ表面の糸との接触面積は大きいことから、延伸ローラ表面の糸との摩擦抵抗が増大し、必要以上に延伸され繊維糸条の限界倍率を超えると糸切れを発生させてしまうことがある。また、摩擦抵抗が増大することで、相手材である糸条との耐摩耗性が悪くなるため、算術平均粗さＲａを０．３以下にするのは好ましくない。従って、前記したように、金属板の使用目的に応じたクロムめっき表面の粗さになるよう設計することが重要である。 On the other hand, when a fiber yarn having a small single yarn thickness is drawn, a surface roughness having a small arithmetic average roughness Ra is selected, and the fiber yarn is drawn under the same conditions as described above. Since the surface contact area with the yarn on the surface is large, the frictional resistance with the yarn on the surface of the drawing roller increases, and if the yarn is stretched more than necessary and exceeds the limit magnification of the fiber yarn, yarn breakage may occur. Further, since the frictional resistance is increased and the wear resistance with the yarn as the counterpart material is deteriorated, it is not preferable to set the arithmetic average roughness Ra to 0.3 or less. Therefore, as described above, it is important to design the chrome plating surface to have a roughness corresponding to the purpose of use of the metal plate.
前記した表面粗さを得る手段として、本発明の金属板表面のクロムめっき層を規定の表面粗さにするには、めっき処理する前にブラスト処理を行なう。
一般的にブラスト処理とは、圧縮した空気（０．２〜０．５ＭＰａ）を利用し、ブラスト材料（アルミナグリッド、エメリ(砂)、ＳＵＳボール、ガラスビーズ等）を金属母材の表面に吹き付けて（衝突させて）金属母材表面を粗面化する。その結果、前記延伸部材の表面には、無数のランダムな配列からなるダル（山・谷形状）が形成される。
As a means for obtaining the above-described surface roughness, a blast treatment is performed before the plating treatment in order to make the chromium plating layer on the surface of the metal plate of the present invention have a prescribed surface roughness.
In general, blasting uses compressed air (0.2 to 0.5 MPa) and sprays blasting materials (alumina grid, emery (sand), SUS balls, glass beads, etc.) onto the surface of a metal base material. To roughen the surface of the metal base material. As a result, a dull (mountain / valley shape) having an innumerable random arrangement is formed on the surface of the extending member.
前記延伸部材の表面は鋭くエッジ立ったダルであるため、このままの状態で硬質クロムめっき処理を施すと下地を反映し微細突起数の多いクロムめっき層を被覆形成してしまう。また、ブラスト材粒子の大きさは厳密には一定ではなく、規定の範囲のある粒子の集合体から構成されている。すなわち、ブラスト処理で得られた表面粗さも一定ではなく、ブラスト材の粒度バラツキが反映される。前記したような問題を回避するため、ブラスト処理した後に、更に金属母材の表面を研磨加工することが重要である。 Since the surface of the stretched member is a sharp edged dull, if the hard chrome plating treatment is performed in this state, a chromium plating layer having a large number of fine protrusions is formed by coating the base. Further, the size of the blast material particles is not strictly constant, and is composed of an aggregate of particles having a specified range. That is, the surface roughness obtained by the blast treatment is not constant, and the particle size variation of the blast material is reflected. In order to avoid the problems described above, it is important to further polish the surface of the metal base material after the blast treatment.
次に、炭化クロム合金であるＣｒ ２３ Ｃ ６ を含有するクロム（Ｃｒ）化合物を被覆形成させるためのクロムめっきの詳細について説明する。金属母材表面を無水クロム酸液中の電気めっき処理によってクロムめっき層を被覆形成する金属板の製造方法において、該電気めっき処理時に用いる整流器のリップル含有率を５％以下に制御し、且つ電流密度が２０〜２２０Ａ／ｄｍ２で処理することが重要である。 Next, the details of chromium plating for coating the chromium (Cr) compound containing Cr 23 C 6 which is a chromium carbide alloy will be described. In a method of manufacturing a metal plate in which a metal base material surface is coated with a chromium plating layer by electroplating in an anhydrous chromic acid solution, the ripple content of the rectifier used during the electroplating is controlled to 5% or less, and current it is important that the density is treated with 20~220A / dm 2.
本発明で用いる電気めっき法でのクロムめっきの被覆形成方法は、特殊浴（サージェント浴改）を用いることで可能となる。浴成分としては、無水クロム酸と高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物から成る粉末を混合させ、浴温度６０℃前後で処理する。炭化クロム合金であるＣｒ ２３ Ｃ ６ を含有するクロム（Ｃｒ）化合物を被覆形成させるには、通常のクロムめっきの約２〜２．５倍の電流密度（４０〜２２０Ａ／ｄｍ２）が必要である。 The chromium plating coating forming method in the electroplating method used in the present invention can be realized by using a special bath (Sargent bath modification). As a bath component, a powder composed of a polymer compound containing chromic anhydride and high-purity carbon (C) is mixed and treated at a bath temperature of about 60 ° C. In order to coat the chromium (Cr) compound containing Cr 23 C 6 which is a chromium carbide alloy , a current density (40 to 220 A / dm 2 ) about 2 to 2.5 times that of ordinary chromium plating is required. is there.
めっき処理で重要なことは、処理する基材の表面積に合わせ、最適電流密度の条件を選定し、また整流器でのリップル発生率を如何に抑えるかである。
そして、一般的に、電気めっきは直流で行われる。そのためには交流から直流に変換する必要があり、その機能を整流器で行う。この整流器は、スイッチングタイプとインバータタイプとに大きく分類され、前者は、半導体によって、交流の電気を交互にスイッチすることによって、陰陽極をそれぞれ拾い出し（ピックアップ）、直流に変換するタイプである。このとき、前記交流の電気を交互にスイッチすることによってノイズが生じるため、良い波形が得られないことから、普通は電気めっき法での整流器としてはあまり用いられてない。
What is important in the plating process is how to select the optimum current density condition according to the surface area of the substrate to be processed and how to suppress the ripple generation rate in the rectifier.
In general, electroplating is performed by direct current. For that purpose, it is necessary to convert from alternating current to direct current, and the function is performed by a rectifier. This rectifier is roughly classified into a switching type and an inverter type, and the former is a type in which the negative and positive electrodes are respectively picked up (pickup) and switched to direct current by alternately switching alternating current electricity with a semiconductor. At this time, noise is generated by alternately switching the alternating current electricity, so that a good waveform cannot be obtained. Therefore, it is usually not used as a rectifier in the electroplating method.
後者は、交流の電気をインバータによって交流から直流に変化する。そのことからノイズの発生が少ない上、更に周波数を増幅することで、省電力で大きな直流電流を発生させることが可能である。従って、電気めっき法の整流器はインバータタイプを選定することが好ましい。 In the latter, AC electricity is changed from AC to DC by an inverter. Therefore, the generation of noise is small, and further, the frequency is amplified to generate a large direct current with power saving. Therefore, it is preferable to select an inverter type for the electroplating rectifier.
また、この時に用いられる高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物とは、デンプン、セルロース、タンパク質、天然ゴム、ポリエチレン、ナイロン、合成ゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂から構成される炭素化合物を含む高分子化合物のいずれかでありであり、これを無水クロム酸（ｐＨ２〜４）に混合した液で電気めっき処理すると、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６の生成量が多く、高硬度のクロム（Ｃｒ）化合物を被覆形成させることが可能となる。
The high-purity carbon (C) polymer compound used at this time includes a carbon compound composed of starch, cellulose, protein, natural rubber, polyethylene, nylon, synthetic rubber, phenol resin, and urea resin. When any of the polymer compounds is electroplated with a solution mixed with chromic anhydride (
前記クロム化合物を含む硬質クロムめっき層の中には、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６ を１〜８重量％含有していることが好ましい。１重量％を下回ると、クロムめっき層の硬度が低くなり、前記延伸部材表面の摩耗性が劣る方向にあり、一方、８重量％を越えるとクロムめっき層の硬度が硬くなり、衝撃などに対して脆くなるので好ましくない。 Some prior hard chrome plating layer containing chrysanthemum b arm of compounds is Rukoto have a Cr 23 C 6 is a chromium carbide alloy contains 1-8% by weight. When the amount is less than 1% by weight, the hardness of the chromium plating layer is lowered, and the wearability of the surface of the stretched member tends to be inferior. On the other hand, when the amount exceeds 8% by weight , the hardness of the chromium plating layer is increased. It is not preferable because it becomes brittle.
次に、本発明における硬質クロムめっき層の被覆形成厚みは、１０〜２００μｍが好ましい。更に、好ましくは３０〜１００μｍである。なお、１０μｍ未満の被覆厚みのめっき処理は、現時点では膜厚さが均一に制御不可等の問題もあり実用化は難しい。また、打撲等機械的に損傷を受たり、耐摩耗性等の耐久性も不十分なことがある一方、２００μｍを越える厚みは、既に効果が飽和しており、めっき処理のコストが高くなるため好ましくない。 Next, the coating formation thickness of the hard chromium plating layer in the present invention is preferably 10 to 200 μm. Furthermore, it is preferably 30 to 100 μm. It should be noted that the plating treatment with a coating thickness of less than 10 μm is difficult to put into practical use at the present time because there is a problem that the film thickness cannot be uniformly controlled. In addition, mechanical damage such as bruises and durability such as wear resistance may be insufficient. However, a thickness exceeding 200 μm has already saturated the effect and increases the cost of the plating process. It is not preferable.
本発明金属板は、金属母材表面にクロム（Ｃｒ）化合物を電気めっきした硬質クロムめっき層を被覆形成している。金属母材の材質は、金属であれば特に限定されないが、好ましくはクロムモリブデン鋼、機械構造用炭素鋼などの鋼材、また水分の多いところに配置される延伸部材にはステンレススチールが好んで使用される。 In the metal plate of the present invention, a hard chromium plating layer obtained by electroplating a chromium (Cr) compound is coated on the surface of a metal base material. The material of the metal base material is not particularly limited as long as it is a metal, but preferably steel material such as chrome molybdenum steel and carbon steel for machine structure is used, and stainless steel is preferably used for the extending member placed in a place with a lot of moisture. Is done.
次に、本発明金属板の製造方法を説明するが、金属板の製造方法はこれに限定されるものではない。本発明製造方法によって得られる金属板は、次の（１）〜（１０）の製造工程によって製造される。すなわち、（１）研磨工程、（２）金属板の母材表面清浄工程、（３）アルカリ洗浄工程、（４）ブラストで粗面化する粗さ調整工程、（５）研磨工程、（６）水洗工程、（７）クロムめっき処理工程、（８）ショットピーニング処理工程、（９）研磨工程、（１０）表面洗浄工程を経て金属板が完成する。各工程の詳細を以下に説明する。 Next, although the manufacturing method of this invention metal plate is demonstrated, the manufacturing method of a metal plate is not limited to this. The metal plate obtained by the production method of the present invention is produced by the following production steps (1) to (10). (1) Polishing step, (2) Metal plate base surface cleaning step, (3) Alkali cleaning step, (4) Roughness adjusting step for roughening by blasting, (5) Polishing step, (6) water washing step, (7) chromium plating treatment step, (8) System Yottopiningu process, (9) the polishing step, the metal plate via (10) surface cleaning process is completed. Details of each step will be described below.
（１）第１工程の研磨工程により金属母材表面に研磨加工（鏡面研磨）を施す。研磨加工に使用する研磨材は、人造ダイヤモンド（工業用ダイヤモンド）、アルミナ、青棒（Ｃｒ２Ｏ３）、トリポリ等が好ましく、これにより鏡面状態にまで研磨する。ここで鏡面状態とは、算術平均粗さＲａで、０．０５〜０．２μｍにすることである。この鏡面研磨の処理は、（４）第４工程のブラストで粗面化する粗さ調整工程での、基材全面の粗さにムラなく仕上げるために、先ず、めっきする母材表面を研磨し均一な粗さ（鏡面）状態にしておくことが重要である。また、合成繊維製造機における延伸部材の真円度を製作公差内にする意味もある。 (1) A polishing process (mirror polishing) is performed on the surface of the metal base material in the first polishing process. The abrasive used for the polishing process is preferably artificial diamond (industrial diamond), alumina, blue bar (Cr 2 O 3 ), tripoly, and the like, and thereby polishes to a mirror state. Here, the mirror surface state is an arithmetic average roughness Ra of 0.05 to 0.2 μm. In this mirror polishing process, (4) the surface of the base material to be plated is first polished in order to finish the entire surface of the substrate evenly in the roughness adjustment step of roughening by blasting in the fourth step. It is important to maintain a uniform roughness (mirror surface). Moreover, it also has the meaning which makes the roundness of the extending | stretching member in a synthetic fiber manufacturing machine into a manufacturing tolerance.
（２）第２工程の金属母材の表面清浄工程は、クロムめっき金属板の母材表面に被覆形成を形成し易くするためのもので、先ずエタノール、シンナー、トリクロル、エチレン等の有機溶剤洗浄により金属母材表面を脱脂する。洗浄液としては、安全性や環境面からエタノールが好ましい。 (2) The surface cleaning step of the metal base material in the second step is for facilitating the formation of a coating on the base material surface of the chrome-plated metal plate. First, cleaning with an organic solvent such as ethanol, thinner, trichloro, ethylene, etc. To degrease the surface of the metal base material. As the cleaning liquid, ethanol is preferable from the viewpoint of safety and environment.
（３）第３工程のアルカリ洗浄工程で、更にクロムめっき層と金属母材表面の密着力を向上させるため、アルカリ洗浄（浸せき脱脂）する。金属板表面の油分を鹸化し、乳化させ、膨潤させて取り除くことにより密着力が高まる。 (3) In the third alkali cleaning step, alkali cleaning (dipping and degreasing) is performed in order to further improve the adhesion between the chromium plating layer and the metal base material surface. Adhesion is enhanced by saponifying, emulsifying, swelling and removing the oil on the surface of the metal plate.
（４）第４工程のブラスト処理で粗面化する粗さ調整工程で、ブラスト処理により粗面化する算術平均粗さＲａは、０．３〜５μｍである。ただし、この工程は金属板表面を粗面化しない場合には省略される。前記粗面化に使用するブラスト材料としては、アルミナグリッド、エメリ(砂)、ＳＵＳボール、ガラスビーズ等が好ましいが、このうちでも特にアルミナグリッド、エメリ(砂)が好ましい。ブラスト処理の方法としては、金属板を回転台の上で回転させながら加工するとよい。このときブラスト材料を噴射するトーチ（ガン）は、金属板に直角に配置し、このトーチを金属板の軸方向に往復運動させながら、金属板の表面に均一にブラスト材が当たるようにするのがよい。その際の吹き付け圧は、０．２〜０．５ＭＰａで行うとよい。 (4) Arithmetic average roughness Ra roughened by blasting in the roughness adjusting step roughened by blasting in the fourth step is 0.3 to 5 μm. However, this step is omitted when the surface of the metal plate is not roughened. As the blasting material used for the roughening, alumina grid, emery (sand), SUS balls, glass beads and the like are preferable, and among these, alumina grid and emery (sand) are particularly preferable. As a blasting method, the metal plate may be processed while being rotated on a turntable. At this time, the torch (gun) for injecting the blast material is arranged at right angles to the metal plate, and the blast material is uniformly applied to the surface of the metal plate while reciprocating the torch in the axial direction of the metal plate. Is good. The spraying pressure at that time is preferably 0.2 to 0.5 MPa.
（５）第５工程の研磨工程は、前記（４）第４工程で得られた金属板表面の鋭くエッジ立ったダルを仕上げるため研磨加工するものであって、前記（１）第１工程で行った研磨工程とは意味が異なる上、研磨材も当然ながら異なったものを用いる。この研磨工程によって、異常な突起を下地の段階で修正（ピークカット）することで飛躍的に微細突起の発生を抑制するこができる。好ましい範囲は、ダルの高さの約０．７〜２割を研磨し、更に好ましくは０．９〜１．３割である。前記研磨材は、不織布、麻布、ペーパータオル等の生地の目の細かい、ソフトな素材が好んで用いられる。 (5) The polishing step of the fifth step is a polishing process for finishing the sharp edged dull on the surface of the metal plate obtained in the (4) fourth step, and (1) in the first step The meaning is different from the polishing process performed, and the polishing material is naturally different. By this polishing process, abnormal protrusions can be corrected (peak cut) at the stage of the base, and the generation of fine protrusions can be remarkably suppressed. A preferable range is polishing about 0.7 to 20% of the height of the dull, and more preferably 0.9 to 1.3%. The abrasive is preferably a soft material with fine mesh, such as non-woven fabric, linen, and paper towel.
（６）第６工程の水洗工程では、前記（４）、第４工程および（５）第５工程の際に、金属板表面に付着したブラストの残留物を、十分に除去する必要がある。この残留物がある状態で、めっき処理を施すと、残留物を包み込んだ状態で被覆形成されることになり、規定範囲内の粗さ形態に収まらないと共に、微細な異常突起となるので、残留物を除去するのである。前記残留物を除去するため、高圧水で洗浄することが好ましい。前記高圧水の圧力は、０．５〜１．５ＭＰａで行うと効果的である。その後、常温または加熱エアーで乾燥させると更によい。 (6) In the water washing step of the sixth step, it is necessary to sufficiently remove the blast residue adhering to the surface of the metal plate in the steps (4), 4 and (5). If plating is applied in the presence of this residue, the coating will be formed in a state of wrapping up the residue, and it will not fit in the roughness form within the specified range, and will become a fine abnormal projection. The thing is removed. In order to remove the residue, washing with high-pressure water is preferable. The pressure of the high-pressure water is effective when performed at 0.5 to 1.5 MPa. After that, it is better to dry with normal temperature or heated air.
（７）第７工程で、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ ６ を含有するクロム（Ｃｒ）化合物を電気めっきで被覆形成させる。前記電気めっきは、特殊浴（サージェント浴改）を用いる。浴成分としては、無水クロム酸と高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物から成る粉末を混合させ、浴温度６０℃前後で処理し、被覆形成時間はクロムめっき層の厚みが、１０〜２００μｍにするためには、２〜８時間処理し被覆形成される。炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ ６ を含有するクロム（Ｃｒ）を被覆形成させるには、通常のクロムめっきの約２〜２．５倍の電流密度（４０〜２２０Ａ／ｄｍ２）が必要である。 (7) In the seventh step, a chromium (Cr) compound containing Cr 23 C 6 that is a chromium carbide alloy is formed by electroplating. The electroplating uses a special bath (Sargent bath modification). As a bath component, a powder composed of a polymer compound containing chromic anhydride and high-purity carbon (C) is mixed and treated at a bath temperature of around 60 ° C., and the coating formation time is 10 to 10 mm. In order to obtain 200 μm, the coating is formed by treating for 2 to 8 hours. In order to coat the chromium (Cr) containing Cr 23 C 6 which is a chromium carbide alloy , a current density (40 to 220 A / dm 2 ) about 2 to 2.5 times that of ordinary chromium plating is required. is there.
前記図３において示すように、金属母材１の表面に硬質クロムめっきを施して、硬質クロムめっき層２を形成するが、金属母材１の水素脆性や内部応力で前記硬質クロムめっき層２に無数の微細なクラック３が発生して、該クラック３に起因する逆三角形溝状の多数の風孔４が形成される。そして、前記風孔４は、摺動面などにおいて破砕の原因となり、また摩擦・摩耗特性に著しく影響を及ぼすことになる。
As shown in FIG. 3, hard chrome plating is applied to the surface of the
そして、前記風孔４が金属母材１の摩擦特性および摩耗特性に影響を与えるのを阻止し、前記金属母材１の表面の低摩擦性、耐摩耗性を向上させるため、前記図４において示すように、本発明の必須要件である（８）第８工程のショットピーニング処理で、前記風孔４を封孔して、硬質クロムめっき層２の微細なクラック３を減少、または消滅させて、前記硬質クロムめっき層２の最表面を平滑化する。平滑化に使用するショット材料としては、前記したように、セラミックス、スチール、硬質ビーズ等が使用されるが、この中でも、クロムめっき層の硬度より硬い素材であるセラミックスが最も好ましい。
In order to prevent the
前記ショットピーニング処理はブラスト処理と同じく、金属板を回転台の上で回転させながら加工するとよい。このとき、ショット材を噴射するトーチ（ガン）は金属板に直角に配置し、このトーチを金属板表面に往復運動させながら、金属板に表面に均一にショット材が当たるようにするのがよい。その際の吹き付け圧は、０．２〜０．５ＭＰａで行うとよい。 Before carboxymethyl Yottopiningu process like the blasting, it may be processed while rotating the metal plate on the turntable. At this time, the torch (gun) for injecting the shot material should be arranged at right angles to the metal plate, and the shot material should be uniformly applied to the surface of the metal plate while reciprocating the torch on the surface of the metal plate. . The spraying pressure at that time is preferably 0.2 to 0.5 MPa.
前記（８）第８工程のショットピーニング処理により、ショット材を硬質クロムめっき層に噴射するに伴って発生する熱により、該硬質クロムめっき層の表面温度が上昇した硬質クロムめっき層を溶融させて、該硬質クロムめっき層の一部をクロムめっきにより発生した微細なクラックに基づく風孔に埋入して該風孔４を封孔して、前記硬質クロムめっき層の最表面を平滑化して、前記微細なクラックを減少、または消滅させる。
The sheet Yottopiningu process (8) Eighth step, the shot material by the heat associated with the injecting the hard chrome plating layer, to melt the hard chromium plating layer surface temperature of the hard chromium plating layer is increased , A part of the hard chrome plating layer is embedded in an air hole based on fine cracks generated by chrome plating, the
その後、（９）第９工程の研磨工程で、前記（８）第８工程で得られた金属板の硬質クロムめっき表面を、前記（１）第１工程の研磨工程と同じ方法で研磨加工（鏡面研磨）を施す。 Thereafter, (9) polishing the hard chromium plating surface of the metal plate obtained in the (8) eighth step in the polishing step of the ninth step by the same method as the polishing step of (1) the first step ( Mirror polishing).
そして、（１０）第１０工程の洗浄工程でよく湯洗した後、乾燥させることにより、本発明金属板が得られる。なお、前記硬質クロムめっき表面は、加熱エアーで乾燥させることが好ましい。また、界面活性剤、水溶性シリコン、フッ素系溶剤などを添加した水切り乾燥剤を用いることが更に好ましい。 And (10) this invention metal plate is obtained by making it wash in hot water in the washing | cleaning process of a 10th process, and making it dry. The hard chrome plating surface is preferably dried with heated air. Further, it is more preferable to use a draining desiccant to which a surfactant, water-soluble silicon, a fluorine-based solvent or the like is added.
本発明者は、本発明製造方法によって得られた金属板につき、ピンオンディスク摩擦試験機によって、摩擦係数の変化を測定して摩耗特性が改善されたか否かをテストした。 The present inventor has every resulting metal plate by the present invention production process, by the pin Ondi disk friction tester, the wear characteristics by measuring the change in friction coefficient was tested whether or not improved.
テストに用いた試料は、市販の７０７５系アルミニウム合金である。５×５０ｍｍの円盤状に機械加工した後、３０μｍのクロムめっきを施し、ラッピング処理によってＲｍａｘ０．３μｍの表面粗さに仕上げた。前記ショットピーニング処理は圧力を０．２及び０．５Ｍｐａ、５〜１２０秒間セラミックス噴射によって行った。また、摩擦係数の検討には、ピンオンディスク摩擦試験機を用い、相手材にＷＣボールを使用し、荷重３０〜２００ｇ、摩擦速度３０〜８０ｃｍ／ｓｅｃと変化させ、摩擦距離２５０ｍ一定で行った。その後、摩擦面などＸ線回帰分析器で観察し、摩擦係数との関わりを調べた。 The sample used for the test is a commercially available 7075 series aluminum alloy. After machining into a disk shape of 5 × 50 mm, chromium plating of 30 μm was applied and finished to a surface roughness of Rmax 0.3 μm by lapping treatment. Before carboxymethyl Yottopiningu process 0.2 and 0.5Mpa pressure was performed by 5 to 120 seconds ceramics injection. The friction coefficient was examined using a pin-on-disk friction tester, using a WC ball as the mating material, changing the load from 30 to 200 g, the friction speed from 30 to 80 cm / sec, and a constant friction distance of 250 m. . Thereafter, the friction surface and the like were observed with an X-ray regression analyzer, and the relationship with the friction coefficient was examined.
図７は、前記ショットピーニング処理における圧力とショット時間を変えた場合の硬さ分布曲線を示したものである。この結果によると、表面硬さはショットによって顕著な差は認められないが、硬化層深さは圧力が高く、且つ処理時間が長いほど内部まで硬化する傾向を示す（図中の数字、例えば２５は０．２Ｍｐａ／５ｓｅｃ、５３０は０．５Ｍｐａ／３０ｓｅｃショットを表わす）。また、表面に生成していた微細なクラックはショット圧力が高く、時間が長くなると塑性変形を受けて減少する傾向を示す。図８・９に示す写真（×５００）は０．５Ｍｐａによるショットの一例を示したものであり、図８は０．５Ｍｐａ／５ｓｅｃショットしたもので、微細なクラックが残存している場合、図９は０．５Ｍｐａ／３０ｓｅｃショットしたもので、微細なクラックが完全に消えている場合である。しかしながら、摩擦係数に大きく影響を及ぼすと考えられる表面の粗さは、圧力が高く、処理時間が長くなるに従い粗になる傾向を示した。 Figure 7 is a front showing a hardness distribution curve of the case of changing the pressure and shot time in carboxymethyl Yottopiningu process. According to this result, the surface hardness is not significantly different from shot to shot, but the hardened layer depth tends to harden to the inside as the pressure is higher and the treatment time is longer (number in the figure, for example, 25 Represents 0.2 Mpa / 5 sec and 530 represents 0.5 Mpa / 30 sec shot). In addition, the fine cracks generated on the surface have a high shot pressure and tend to decrease due to plastic deformation as the time increases. The photographs (× 500) shown in FIGS. 8 and 9 show an example of a shot at 0.5 Mpa, and FIG. 8 is a shot taken at 0.5 Mpa / 5 sec. When fine cracks remain, FIG. 9 is a shot taken at 0.5 Mpa / 30 sec, in which fine cracks have completely disappeared. However, the roughness of the surface, which is considered to have a large effect on the coefficient of friction, tended to become rough as the pressure increased and the treatment time increased.
図１０・図１１は、それぞれショット圧力および噴射時間を変え、負荷荷重１００ｇ、摩擦速度８０ｃｍ／ｓｅｃ一定とした場合の摩擦係数の変化を示したものである。図１０に示す圧力０．２Ｍｐａの場合は、噴射時間に関係なく初期の段階では表面粗さに影響され、高い摩擦係数を示すが、摩擦距離が１００ｍ前後になると、接触面が馴染みを生じ急激に低下する。これに対し、図１１に示す０．５Ｍｐａの場合は、噴射時間が短いと０．２Ｍｐａと同様な傾向を示すが、時間が長くなると表面粗さが大きいにも関わらず、初期の段階から粗さの影響を受けず、定常的な摩擦パタンを示し、摩擦係数（μ）も０．３程度に減少する。また、接触面に生ずる黒色の摩擦粉は分析の結果、タングステンを含んだ酸化物であることが判った。クロムめっき前の表面粗さ（Ｒｍａｘ２〜２５μｍ）、負荷荷重（１０〜２００ｇ）、摩擦速度（１０〜８０ｃｍ／ｓｅｃ）を変えた実験においては、表面が細かく、軽荷重で摩擦速度が小さくなると、０．１５〜０．２５の低い摩擦係数（μ）を示す結果が得られている。
10 and 11 show changes in the coefficient of friction when the shot pressure and the injection time are changed and the load is 100 g and the friction speed is 80 cm / sec. In the case of a pressure of 0.2 Mpa shown in FIG. 10, the surface roughness is affected by the surface roughness at the initial stage regardless of the injection time, and shows a high friction coefficient. To drop. On the other hand, in the case of 0.5 Mpa shown in FIG. 11, when the injection time is short, the same tendency as 0.2 Mpa is shown. The friction pattern (μ) is 0. 3 reduced to extent. As a result of analysis, the black friction powder generated on the contact surface was found to be an oxide containing tungsten. In the experiment in which the surface roughness before chrome plating (
而して、硬質クロムめっき後、前記ショットピーニング処理を行い摩擦特性を検討したところ、以下のような結果を得た。
１）ショット圧力が高く、処理時間が長くなるほど深い硬化層が得られる。
２）表面は、硬さとは逆に圧力が高く、時間が長くなるほど粗くなる傾向を示す。
３）初期摩擦係数においては、ショット圧力、処理時間の相違によって、接触面の表面粗さに大きく影響され、高い摩擦係数を示すが、馴染みを生ずると急激に減少し、摩擦時間の経過に伴って再び上昇する。
４）微粒子によるショット条件によっては、めっき過程で生じる微細なクラックを封孔でき、未ショット材と比較し、６０％強摩擦係数が低下する結果が得られた。
And Thus, after the hard chrome plating, was examined the frictional properties do before carboxymethyl Yottopiningu treatment, results were obtained as follows.
1) A deep hardened layer is obtained as the shot pressure increases and the treatment time increases.
2) The surface has a tendency to become rough as the pressure is high and the time is long, contrary to hardness.
3) The initial friction coefficient is greatly influenced by the surface roughness of the contact surface due to the difference in shot pressure and processing time, and shows a high friction coefficient. However, it decreases rapidly when familiarity occurs, and with the passage of the friction time. And rise again.
4) Depending on shot conditions with fine particles, fine cracks generated in the plating process can be sealed, and the result is that the strong friction coefficient is reduced by 60% compared to the unshot material.
１ 金属母材
２ クロムめっき層
３ 微細なクラック
４ 風孔
５ ショット材
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