JP6345098B2 - Titanium parts - Google Patents
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Description
本発明は、各種の用途に使用されるチタン製部材であって、その表面にホウ化処理を施したものに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a titanium member used for various applications, the surface of which is subjected to a boriding treatment.
例えば下記特許文献１、２のように、チタン材からなる母材の表面にホウ化処理を施すことによって耐摩耗性を向上させることが知られている。しかしながら、従来のホウ化処理層は母材との密着性が必ずしも良くなく、耐摩耗性、耐久性について更なる改善が求められる。 For example, as disclosed in Patent Documents 1 and 2 below, it is known to improve wear resistance by performing a boride treatment on the surface of a base material made of a titanium material. However, the conventional boride-treated layer does not necessarily have good adhesion to the base material, and further improvements in wear resistance and durability are required.
尚、下記特許文献３には、母材表面に、ホウ素の拡散速度が母材金属よりも大きい金属材料からなる金属被覆層を形成した後に、ホウ化処理を行うことによって金属被覆層中にホウ素を拡散させて、ホウ素の拡散速度が母材金属より大きい金属材料とホウ素とからなる被覆層を形成するという構成が開示されている。しかしながら、例えば金属材料がニッケル（Ｎｉ）である場合には、被覆層として、ホウ化ニッケル（Ｎｉ２Ｂ＋Ｎｉ３Ｂ）が形成されることになり、表面にホウ化チタン（ＴｉＢ＋ＴｉＢ２）が形成されるものではなく、やはり耐摩耗性、耐久性について更なる改善が求められる。 In Patent Document 3 below, after forming a metal coating layer made of a metal material having a boron diffusion rate larger than that of the base metal on the surface of the base material, boron treatment is performed to form boron in the metal coating layer. Is diffused to form a coating layer made of boron and a metal material whose boron diffusion rate is higher than that of the base metal. However, for example, when the metal material is nickel (Ni), nickel boride (Ni 2 B + Ni 3 B) is formed as the coating layer, and titanium boride (TiB + TiB 2 ) is formed on the surface. However, there is still a need for further improvements in wear resistance and durability.
それゆえに本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ、耐摩耗性、耐久性に優れたチタン製部材を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a titanium member having excellent wear resistance and durability.
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、チタン材の中でも特にチタン合金に着目し、そのチタン合金に種々の前処理を施した後にホウ化処理を行うことによって耐摩耗性、耐久性に優れたホウ化処理層が得られることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have paid attention to a titanium alloy among titanium materials, and wear resistance by performing a boride treatment after performing various pretreatments on the titanium alloy. It has been found that a borated layer excellent in durability and durability can be obtained.
即ち、本発明に係るチタン製部材は、母材がチタン合金であり、表面には厚さ１μｍ以上の層状のホウ化チタン被膜が形成され、該ホウ化チタン被膜よりも深い母材の部分にニッケルとリンが浸透していることを特徴とする。 That is, in the titanium member according to the present invention, the base material is a titanium alloy, a layered titanium boride coating having a thickness of 1 μm or more is formed on the surface, and the base material is deeper than the titanium boride coating. It is characterized by permeation of nickel and phosphorus.
該構成のチタン製部材は、母材がチタン合金からなり、部材の表面には層状のホウ化チタン被膜が形成され、該ホウ化チタン被膜よりも深い母材の部分にはニッケルとリンが存在している。ホウ化チタンはＴｉＢやＴｉＢ２である。ホウ化チタン被膜は、塊状や針状、ウィスカー状ではなく、厚さ１μｍ以上の層状、即ち、断面視においては帯状となって形成されている。従って、ホウ化チタン被膜は、非常に強固な被膜となっている。また、該ホウ化チタン被膜よりも深い母材の部分にニッケルとリンが浸透しているので、ホウ化チタン被膜の密着性が高く、耐摩耗性と耐久性に優れている。 In the titanium member having the above structure, the base material is made of a titanium alloy, a layered titanium boride coating is formed on the surface of the member, and nickel and phosphorus are present in the base material deeper than the titanium boride coating. doing. Titanium boride is TiB and TiB 2. The titanium boride coating is not a lump shape, needle shape, or whisker shape, but a layer shape having a thickness of 1 μm or more, that is, a band shape in a cross-sectional view. Therefore, the titanium boride coating is a very strong coating. Further, since nickel and phosphorus penetrate into the base material deeper than the titanium boride coating, the adhesion of the titanium boride coating is high, and the wear resistance and durability are excellent.
尚、かかるチタン製部材は以下のようにして形成することができる。即ち、母材の表面を所定のエッチング液にてエッチングする。完全にα相のみからなるα型のチタン合金である場合を除いて、チタン合金の表面はα相とβ相とがまだら模様に混在した結晶構造となっている。α＋β型のチタン合金はもとより、β型のチタン合金であってもα相が存在しており、また、α型のチタン合金であってもニアαとも称されるものではβ相が若干ながら存在している。そこで、そのようにα相とβ相が混在している母材の表面をエッチングすることによって、α相のみを溶かして母材の表面に微細な凹凸を形成することができる。そして、その後、無電解ニッケルめっきを施す。詳細には、無電解ニッケル−リンめっきを施す。無電解ニッケル−リンめっきの中でも特に、リンの含有率が低い低リンタイプで行う。その後、ホウ化処理を行い、所定温度で熱処理を行う。これにより、層状のホウ化チタン被膜が形成されると共にニッケルとリンが母材に浸透してホウ化チタン被膜の高い密着性が得られる。尚、ホウ化処理後には、表面にニッケル層が形成されるが、そのニッケル層はバレル研磨等の各種の研磨処理によって除去するので、表面には、層状のホウ化チタン被膜によって覆われた状態となる。 Such a titanium member can be formed as follows. That is, the surface of the base material is etched with a predetermined etching solution. The surface of the titanium alloy has a crystal structure in which the α phase and the β phase are mixed in a mottled pattern, except in the case of an α-type titanium alloy consisting entirely of the α phase. α-β type titanium alloys as well as β-type titanium alloys have an α phase, and even α-type titanium alloys, which are also called near α, have a slight β phase. doing. Therefore, by etching the surface of the base material in which the α phase and the β phase are mixed, it is possible to melt only the α phase and form fine irregularities on the surface of the base material. Thereafter, electroless nickel plating is performed. Specifically, electroless nickel-phosphorus plating is performed. Among electroless nickel-phosphorus plating, the low phosphorus type with a low phosphorus content is used. Thereafter, boriding is performed, and heat treatment is performed at a predetermined temperature. As a result, a layered titanium boride coating is formed, and nickel and phosphorus penetrate into the base material and high adhesion of the titanium boride coating is obtained. In addition, after the boride treatment, a nickel layer is formed on the surface, but since the nickel layer is removed by various polishing treatments such as barrel polishing, the surface is covered with a layered titanium boride coating. It becomes.
上記構成においては特に、ホウ化チタン被膜の内側には、リンの濃化ピークが存在していることが好ましい。ホウ化チタン被膜の内側にリンの濃化ピークが存在しているということは即ちリンが母材に効率良く浸透していることである。従って、層状のホウ化チタン被膜のより一層高い密着性が得られ、耐摩耗性、耐久性がより一層向上する。 In the above configuration, it is preferable that a phosphorus concentration peak exists inside the titanium boride coating. The presence of a phosphorus concentration peak inside the titanium boride coating means that phosphorus penetrates the base material efficiently. Accordingly, higher adhesion of the layered titanium boride coating is obtained, and the wear resistance and durability are further improved.
更に、リンの濃化ピークよりも内側の部分には、リンは実質上存在しない一方、ニッケルは分散状態で拡散浸透していることが好ましい。尚、リンが実質上存在していないとは、即ち、リンの含有率が１％以下であることを意味する。リンの濃化ピークよりも内側の部分においてリンは実質上存在しない一方でニッケルが分散状態に拡散浸透していると、ホウ化チタン被膜のより一層高い密着性が得られて、耐摩耗性、耐久性がより一層向上することになる。 Further, it is preferable that phosphorus is not substantially present in the portion inside the concentration peak of phosphorus, while nickel is diffused and permeated in a dispersed state. In addition, that phosphorus is not substantially present means that the phosphorus content is 1% or less. When nickel is diffused and penetrated in a dispersed state while phosphorus is not substantially present in the portion inside the phosphorus concentration peak, the titanium boride coating has higher adhesion, wear resistance, The durability will be further improved.
また、母材はβ型のチタン合金であることが好ましく、冷間加工性が良く、部材の強度も容易に確保できる。しかも、エッチング処理によって表面に微小な凹凸を分散した状態で形成することができ、無電解ニッケルめっきの密着性が高くなって、その結果、ホウ化チタン被膜の密着性も高くなる。 The base material is preferably a β-type titanium alloy, has good cold workability, and can easily secure the strength of the member. Moreover, it can be formed in a state where minute irregularities are dispersed on the surface by the etching treatment, and the adhesion of the electroless nickel plating is increased. As a result, the adhesion of the titanium boride film is also enhanced.
以上のように、本発明に係るチタン製部材にあっては、母材をチタン合金とし、その母材表面に層状のホウ化チタン被膜が形成され、該ホウ化チタン被膜よりも深い母材の部分にニッケルとリンが浸透しているので、ホウ化チタン被膜の密着性が高く、耐摩耗性と耐久性に優れている。 As described above, in the titanium member according to the present invention, the base material is a titanium alloy, a layered titanium boride coating is formed on the surface of the base material, and the base material is deeper than the titanium boride coating. Since nickel and phosphorus are permeated into the part, the adhesion of the titanium boride coating is high, and the wear resistance and durability are excellent.
以下、本発明の一実施形態に係るチタン製部材について図面を参酌しつつ説明する。図１に本実施形態におけるチタン製部材の要部断面を模式的に示している。本実施形態におけるチタン製部材は、母材１がチタン合金からなるものであって、部材の表面にはホウ化チタン被膜２が形成されているものである。かかるチタン製部材は各種の用途に使用でき、各種の釣り具や自転車部品として好適である。例えば、釣り具としてはリールの部品や、釣竿の釣り糸ガイドに適用できる。釣り糸ガイドでは、釣り糸が摺動する部分であるガイドリングに適用できる。また、釣り糸ガイドにおいてフレームとガイドリングが一体的に形成されている構成では、釣り糸が摺動する部分であるリング部に適用できる。 Hereinafter, a titanium member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a cross-section of the main part of a titanium member in the present embodiment. In the titanium member in the present embodiment, the base material 1 is made of a titanium alloy, and the titanium boride coating 2 is formed on the surface of the member. Such titanium members can be used for various applications and are suitable as various fishing gears and bicycle parts. For example, the fishing gear can be applied to reel parts and fishing line guides for fishing rods. The fishing line guide can be applied to a guide ring which is a portion where the fishing line slides. In addition, in the structure in which the frame and the guide ring are integrally formed in the fishing line guide, the structure can be applied to a ring portion that is a portion where the fishing line slides.
母材１は、各種のチタン合金からなる。チタン合金は、α相とβ相が混在しているものであって、主としてα相であって一部にβ相が残留したニアα型（少量のβ安定化元素を添加したα合金）、α＋β型、β型が適用できる。ニアα型としては、例えば、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１ＶやＴｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ等である。α＋β型は、ニアα型よりも多量のβ相が残留しており、例えば、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５ＶやＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ等である。β型は、準安定β型とも称されるものであって、α＋β型に比してβ安定化元素が多く、α安定化元素が少ない。β型では、残留β相中に微細な粒でα相が分散して生成しており、従って、β型においてもその表面にはα相とβ相とがまだら模様となって存在している。β型としては、例えば、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌや、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｚｒ−４Ｍｏや、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ等があるが、特に、冷間加工性に優れていることからＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌが好ましい。 The base material 1 is made of various titanium alloys. Titanium alloy is a mixture of α phase and β phase, and is mainly α phase and a near α type (α alloy with a small amount of β stabilizing element added) in which β phase remains in part, α + β type and β type can be applied. Examples of the near α type include Ti-8Al-1Mo-1V and Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo. The α + β type has a larger amount of β phase remaining than the near α type, such as Ti-3Al-2.5V and Ti-6Al-4V. The β type is also called a metastable β type, and has more β stabilizing elements and fewer α stabilizing elements than the α + β type. In the β type, the α phase is dispersed and formed in fine grains in the residual β phase. Therefore, the α phase and the β phase are present in a mottled pattern on the surface of the β type. . Examples of β-type include Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, etc. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al is preferable because it is excellent.
ホウ化チタン被膜２は、厚さが１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、更に好ましくは１０μｍ以上であって、実用上は５０μｍ以下であって、層状に形成されている。該ホウ化チタン被膜２では、ホウ素濃度が深さ方向に略一定となっていてる。尚、ホウ化チタン被膜２の厚さは均一でなくてもよい。ホウ化チタン被膜２を構成するホウ化チタンは、一ホウ化チタン（ＴｉＢ）と二ホウ化チタン（ＴｉＢ２ ）からなる。尚、ホウ化チタン被膜２には、ホウ素とチタン以外にもチタン合金の合金成分が存在している。 The titanium boride coating 2 has a thickness of 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, practically 50 μm or less, and is formed in layers. In the titanium boride coating 2, the boron concentration is substantially constant in the depth direction. Note that the thickness of the titanium boride coating 2 may not be uniform. Titanium boride constituting the titanium boride coating 2 is composed of titanium monoboride (TiB) and titanium diboride (TiB 2 ). In addition, the titanium boride coating 2 contains an alloy component of a titanium alloy in addition to boron and titanium.
また、ホウ化チタン被膜２よりも深い母材１の部分にはニッケル（Ｎｉ）とリン（Ｐ）が拡散している。より詳細には、ニッケルは表面のホウ化チタン被膜２の部分を含めて母材１に分散状態で拡散浸透している。但し、ニッケルの含有率は低く数％程度であり、母材１にはニッケルの濃化ピークは存在していない。一方、リンは、ホウ化チタン被膜２よりも深い母材１の部分において濃化しており、その濃化ピークが存在している。より詳細には、ホウ化チタン被膜２の直ぐ内側にリンの濃化ピーク部分３が所定の厚さで存在している。リンの濃化ピーク部分３の厚さは例えばホウ化チタン被膜２の厚さよりも薄い。リンの濃化ピーク部分３におけるリンの濃度は例えば７〜１５％である。そして、リンの濃化ピーク部分３よりも深い部分にはリンは実質上存在しておらず、その含有率は１％以下となっている。このように、ニッケルとリンは何れもホウ化チタン被膜２よりも深い母材１の部分に浸透しているが、ニッケルは母材１に広く分散して拡散浸透している一方、リンはホウ化チタン被膜２の内側の部分に局所的に集中して存在し且つそれよりも深い部分には実質上存在していない。 Further, nickel (Ni) and phosphorus (P) are diffused in the portion of the base material 1 deeper than the titanium boride coating 2. More specifically, nickel diffuses and penetrates into the base material 1 including the portion of the titanium boride coating 2 on the surface in a dispersed state. However, the nickel content is as low as several percent, and the base material 1 does not have a nickel concentration peak. On the other hand, phosphorus is concentrated in the portion of the base material 1 that is deeper than the titanium boride coating 2, and the concentration peak exists. More specifically, a phosphorus concentration peak portion 3 is present at a predetermined thickness immediately inside the titanium boride coating 2. The thickness of the phosphorus concentration peak portion 3 is thinner than the thickness of the titanium boride coating 2, for example. The concentration of phosphorus in the concentration peak portion 3 of phosphorus is, for example, 7 to 15%. Further, phosphorus is not substantially present in a portion deeper than the concentration peak portion 3 of phosphorus, and the content thereof is 1% or less. Thus, both nickel and phosphorus penetrate into the base material 1 deeper than the titanium boride coating 2, but nickel is widely dispersed and diffused in the base material 1, whereas phosphorus is boron. It exists locally concentrated in the inner part of the titanium fluoride coating 2 and does not substantially exist in a deeper part.
図２に、図１に示したチタン製部材をＧＤ−ＯＥＳ分析（グロー放電発光分析法）した結果を示している。尚、チタン合金は、β型であって、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌを使用している。但し、チタン合金に含有している元素であるバナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）については表示を省略している。グラフの横軸は分析深さであって右側に向けて表面から深くなっていく。尚、横軸は分析時間のカウント数で示している。また、グラフの縦軸は含有する元素の含有率（濃度）であって単位は％である。この図２に示すように、表面から一定の深さまで、ホウ素（Ｂ）の濃度が略一定となった領域が存在している。この領域及びその近傍の部分がホウ化チタン被膜２である。尚、ホウ化チタン被膜２よりも深い部分では、ホウ素の濃度が徐々に低くなっていくように現れているが、これはこの分析特有のものであり、実際には、ホウ化チタン被膜２よりも深い部分にはホウ素はほとんど存在していない。また、ホウ化チタン被膜２よりも深い部分にリンの濃化ピークが認められる。尚、ニッケルの含有率は小さいので図２においてはニッケルの表示は省略している。 FIG. 2 shows the result of GD-OES analysis (glow discharge emission analysis) of the titanium member shown in FIG. The titanium alloy is β-type and uses Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al. However, vanadium (V), chromium (Cr), tin (Sn), and aluminum (Al), which are elements contained in the titanium alloy, are not shown. The horizontal axis of the graph is the analysis depth, which increases from the surface toward the right. The horizontal axis indicates the number of analysis time counts. In addition, the vertical axis of the graph represents the content (concentration) of the contained element, and the unit is%. As shown in FIG. 2, there is a region where the concentration of boron (B) is substantially constant from the surface to a certain depth. This region and the vicinity thereof are the titanium boride coating 2. In addition, in the deeper part than the titanium boride coating 2, it appears that the concentration of boron gradually decreases, but this is peculiar to this analysis. There is almost no boron in the deep part. Further, a phosphorus concentration peak is observed in a portion deeper than the titanium boride coating 2. Since the nickel content is small, the nickel label is omitted in FIG.
図３に、このチタン製部材をＦＥ−ＥＰＭＡ（電界放出型電子線マイクロアナライザ）による元素分析結果の写真を示している。但し、グレースケールにて示しているため、元々のカラー表示ではなくなっている。また、含有する元素のうちチタン（Ｔｉ）、ホウ素（Ｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、リン（Ｐ）のみを表示している。尚、合計五枚の写真は何れも同じ箇所を示したものであって、上側が表面側（外側）であり下側が内側（深い側）である。最も左側の写真は光学顕微鏡写真であり、そこから右側へと順に、チタン（Ｔｉ）、ホウ素（Ｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、リン（Ｐ）の分析結果を示している。この分析結果からも、表面にはホウ化チタンが厚く層状となって形成されていることがわかる。また、そのホウ化チタンの被膜の内側にはリンが集中して存在しており、それよりも深くなるとリンは実質的に存在していない。その一方、ニッケルは低い含有率でホウ化チタンの被膜も含めてそこからかなり深い部分まで全体に亘って分散状態で拡散している。 FIG. 3 shows a photograph of elemental analysis results of this titanium member by FE-EPMA (field emission electron beam microanalyzer). However, since it is shown in grayscale, it is no longer the original color display. Of the contained elements, only titanium (Ti), boron (B), nickel (Ni), and phosphorus (P) are shown. Note that the total of five photographs show the same part, with the upper side being the front side (outer side) and the lower side being the inner side (deep side). The leftmost photograph is an optical micrograph and shows the analysis results of titanium (Ti), boron (B), nickel (Ni), and phosphorus (P) in order from there to the right. This analysis result also shows that titanium boride is formed in a thick layer on the surface. In addition, phosphorus is concentrated inside the titanium boride coating, and when deeper than that, phosphorus is not substantially present. On the other hand, nickel has a low content and diffuses in a dispersed state throughout from the titanium boride coating to a considerably deeper portion.
次に本実施形態におけるチタン製部材の製造方法の概要について説明する。まず、母材１の表面を脱脂した後、所定のエッチング液にてエッチングする。尚、脱脂処理の前に例えばショットブラスト等によって表面を粗面にしてもよい。エッチング液は、母材１の材質によって種々調整する。即ち、チタン合金の種類等に応じて適宜調整して、チタン合金の表面におけるα相のみが溶けて母材１の表面に微細な凹凸が形成されるようにする。尚、チタン合金としてβ型のものを使用すれば、表面に微細な凹凸を容易に形成でき、また、分散状態で凹凸を形成できる。その後、無電解ニッケル−リンめっきを施す。特に、リンの含有率が低い低リンタイプで行う。 Next, an outline of a method for manufacturing a titanium member in the present embodiment will be described. First, the surface of the base material 1 is degreased and then etched with a predetermined etching solution. Note that the surface may be roughened by, for example, shot blasting before degreasing. The etching solution is variously adjusted depending on the material of the base material 1. That is, it is adjusted as appropriate according to the type of titanium alloy, etc., so that only the α phase on the surface of the titanium alloy melts and fine irregularities are formed on the surface of the base material 1. If a β-type titanium alloy is used, fine irregularities can be easily formed on the surface, and irregularities can be formed in a dispersed state. Thereafter, electroless nickel-phosphorus plating is performed. In particular, the low phosphorus type with a low phosphorus content is used.
その後、ホウ化処理を行う。ホウ化処理には固相法、液相法、気相法があるが、特に、固相法が好ましい。固相法における粉末組成は任意であって、ホウ素源としては例えば炭化ホウ素やアモルファスホウ素等が使用でき、その他、促進剤等として炭酸ナトリウムやホウ化フッ素カリウム、無水ホウ砂、活性炭等を使用できる。また、ホウ化処理の温度は例えば６００〜１５００℃であり、加熱時間は例えば数時間から数十時間である。そして、その後、更に所定温度で時効する。所定温度での時効には二種類あって、ホウ化処理終了段階での冷却性能によって異なってくるが、例えば、ホウ化処理後に溶体化して時効する場合には、例えば８００℃に加熱した後冷却して、例えば３００〜６００℃で１２時間時効を行う。一方、ホウ化処理時に溶体化している場合には、例えば３００〜６００℃で１２時間時効を行う。尚、時効の時間は任意であって更に長時間行ってもよい。このようにホウ化処理を行うことにより表面にホウ化チタン被膜２が層状に形成され、また、無電解ニッケル−リンめっきによって母材１の表面に付着させたニッケルとリンが母材１に拡散浸透していく。 Thereafter, boriding treatment is performed. The boriding treatment includes a solid phase method, a liquid phase method, and a gas phase method, and the solid phase method is particularly preferable. The powder composition in the solid phase method is arbitrary. For example, boron carbide or amorphous boron can be used as the boron source, and sodium carbonate, potassium boride fluoride, anhydrous borax, activated carbon, etc. can be used as the accelerator. . Moreover, the temperature of boriding treatment is, for example, 600 to 1500 ° C., and the heating time is, for example, several hours to several tens of hours. After that, it is further aged at a predetermined temperature. There are two types of aging at a predetermined temperature, and it varies depending on the cooling performance at the end of the boride treatment. For example, in the case of aging after solution treatment after boride treatment, for example, cooling after heating to 800 ° C. For example, aging is performed at 300 to 600 ° C. for 12 hours. On the other hand, when the solution is formed at the time of boriding, aging is performed at 300 to 600 ° C. for 12 hours, for example. The aging time is arbitrary and may be further prolonged. By performing the boriding treatment in this way, the titanium boride coating 2 is formed in a layer shape on the surface, and nickel and phosphorus adhered to the surface of the base material 1 by electroless nickel-phosphorous plating diffuse into the base material 1 It penetrates.
尚、ホウ化処理によって表面にはニッケル層４が形成される。その状態を図４に示しており、図５には図２と同様にＧＤ−ＯＥＳ分析結果を示している。図５のように表面にはニッケルの存在が認められる。また、図６には、ニッケル層４が表面に残った状態の顕微鏡写真を示している。図６において、白く筋状に光って横方向に延びている部分がホウ化チタン被膜２である。このように最表面のニッケル層４の直ぐ内側に、ホウ化チタン被膜２が層状に形成される。ニッケル層４はホウ化チタン被膜２の外側に形成されるが、ニッケル層４は耐摩耗性に劣っている残部であるので、バレル研磨等の各種の研磨処理によって除去する。ニッケル層４を除去した後の状態が図１であり、表面が硬いホウ化チタン被膜２によって覆われた状態となり、優れた耐摩耗性と耐久性が得られる。 The nickel layer 4 is formed on the surface by the boriding process. The state is shown in FIG. 4, and FIG. 5 shows the GD-OES analysis result as in FIG. As shown in FIG. 5, the presence of nickel is recognized on the surface. FIG. 6 shows a photomicrograph in a state where the nickel layer 4 remains on the surface. In FIG. 6, the portion that shines in white and extends in the lateral direction is the titanium boride coating 2. In this way, the titanium boride coating 2 is formed in a layer form immediately inside the outermost nickel layer 4. The nickel layer 4 is formed on the outer side of the titanium boride coating 2, but the nickel layer 4 is a remaining part that is inferior in wear resistance, and thus is removed by various polishing processes such as barrel polishing. The state after the nickel layer 4 is removed is shown in FIG. 1, and the surface is covered with the hard titanium boride coating 2, so that excellent wear resistance and durability can be obtained.
以上のようなチタン製部材においては、部材の表面が硬いホウ化チタン被膜２によって覆われた状態となっており、また、該ホウ化チタン被膜２よりも深い母材１の部分にニッケルとリンが浸透拡散しているので、ホウ化チタン被膜２の母材１との密着性が高く、耐摩耗性と耐久性に優れた表面被膜が得られる。特に、母材１をチタン合金とすることで、エッチングによって表面に微細な凹凸を形成することができ、更にはβ型のチタン合金とすることにより、微細な凹凸を分散して形成でき、その後の無電解ニッケル−リンめっきの密着性が高まる結果、ホウ化チタン被膜２の密着性も高くなり、優れた耐摩耗性が得られることになる。しかも、ホウ化チタン被膜２の内側にはリンの濃化ピークが存在していて、リンが母材１に効率良く浸透した状態にあって、ホウ化チタン被膜２のより一層高い密着性が得られる。また、ニッケルが分散して拡散浸透しているので、ホウ化チタン被膜のより一層高い密着性が得られる。 In the titanium member as described above, the surface of the member is covered with the hard titanium boride coating 2, and the base material 1 deeper than the titanium boride coating 2 has nickel and phosphorus. Is permeating and diffusing, so that a surface coating with high adhesion to the base material 1 of the titanium boride coating 2 and excellent wear resistance and durability can be obtained. In particular, when the base material 1 is made of a titanium alloy, fine irregularities can be formed on the surface by etching. Furthermore, by using a β-type titanium alloy, fine irregularities can be dispersed and formed. As a result of improving the adhesion of the electroless nickel-phosphorous plating, the adhesion of the titanium boride coating 2 is also improved, and excellent wear resistance is obtained. Moreover, there is a concentration peak of phosphorus inside the titanium boride coating 2, and phosphorus is in a state of efficiently penetrating into the base material 1, so that higher adhesion of the titanium boride coating 2 is obtained. It is done. Further, since nickel is dispersed and diffused, higher adhesion of the titanium boride coating can be obtained.
１ 母材
２ ホウ化チタン被膜
３ リンの濃化ピーク部分
４ ニッケル層
1 Base material 2 Titanium boride coating 3 Phosphorus concentration peak 4 Nickel layer
Claims (4)
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