JPH04103753A - チタン合金の耐摩耗処理方法 - Google Patents
チタン合金の耐摩耗処理方法Info
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- JPH04103753A JPH04103753A JP21959790A JP21959790A JPH04103753A JP H04103753 A JPH04103753 A JP H04103753A JP 21959790 A JP21959790 A JP 21959790A JP 21959790 A JP21959790 A JP 21959790A JP H04103753 A JPH04103753 A JP H04103753A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、チタン合金の耐摩耗処理方法に関するもので
、チタン合金製の摺動部品等に適用出来る。
、チタン合金製の摺動部品等に適用出来る。
（従来の技術）
これまでに、チタン合金の耐摩耗処理方法として、酸化
、窒化、ＴｉＮイオンブレーティング、硬質Ｃｒメツキ
、Ｎ１−Ｐメンキ、Ｍｏ溶射等が知られている。
、窒化、ＴｉＮイオンブレーティング、硬質Ｃｒメツキ
、Ｎ１−Ｐメンキ、Ｍｏ溶射等が知られている。
また特開昭５６−８１６６５号公報、特開昭５８−９１
１６５号公報には、Ｎｉ溶射またはＮｉメツキによりチ
タンまたはチタン合金表面にＮｉを付着させ加熱拡散し
、Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成させ、表面を硬化する方法が
提案されている。さらに特開昭５８−７３７６０号公報
には、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩をバイ
ンダーとし、Ｎｉ粉末をチタンまたはチタン合金表面に
塗布し、次いで４ Ｘ １０− ’Ｔｏｒｒの減圧下で
８８０℃１３０分間加熱処理を施し、バインダーを除去
したのちレーザーで加熱し、Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成さ
せ、表面を硬化し、純チタン、Ｔｉ−６ＡＺ４■合金と
比較して摩耗量が低減することを確認している。また特
開昭６２−２７０２７７号公報にはＡＩ、５ｎＳＢ、
Ｆｅ、 Ｃｒ、 Ｎｉ、 ＭｎＸＣｕ、 Ｓｉ、 Ａｇ
、 Ｗ、門。、■、Ｎｂ、 Ｔａ、 Ｚｒの硬化合金元
素と共にＴｉ合金を溶融硬化させたり、さらに炭化物、
窒化物、酸化物を加えることにより、耐摩耗性を向上さ
せる方法が提案されている。
１６５号公報には、Ｎｉ溶射またはＮｉメツキによりチ
タンまたはチタン合金表面にＮｉを付着させ加熱拡散し
、Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成させ、表面を硬化する方法が
提案されている。さらに特開昭５８−７３７６０号公報
には、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩をバイ
ンダーとし、Ｎｉ粉末をチタンまたはチタン合金表面に
塗布し、次いで４ Ｘ １０− ’Ｔｏｒｒの減圧下で
８８０℃１３０分間加熱処理を施し、バインダーを除去
したのちレーザーで加熱し、Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成さ
せ、表面を硬化し、純チタン、Ｔｉ−６ＡＺ４■合金と
比較して摩耗量が低減することを確認している。また特
開昭６２−２７０２７７号公報にはＡＩ、５ｎＳＢ、
Ｆｅ、 Ｃｒ、 Ｎｉ、 ＭｎＸＣｕ、 Ｓｉ、 Ａｇ
、 Ｗ、門。、■、Ｎｂ、 Ｔａ、 Ｚｒの硬化合金元
素と共にＴｉ合金を溶融硬化させたり、さらに炭化物、
窒化物、酸化物を加えることにより、耐摩耗性を向上さ
せる方法が提案されている。
（発明が解決しようとする課Ｂ）
室温から５００″Ｃ程度で処理されるＮ１−Ｐメツキ、
Ｃｒメツキ、ＴｉＮイオンブレーティングに関しては、
熱変形がなく、精度を要求されるチタン合金部品の最終
処理として利用できるものの、Ｎ１−Ｐメンキ、Ｃｒメ
ツキでは、チタン表面に不可避的に存在する酸化膜のた
め密着性に乏しく、ＴｉＮイオンブレーティングでは、
処理層が数μｍと薄く、耐久性に乏しいという問題点が
ある。
Ｃｒメツキ、ＴｉＮイオンブレーティングに関しては、
熱変形がなく、精度を要求されるチタン合金部品の最終
処理として利用できるものの、Ｎ１−Ｐメンキ、Ｃｒメ
ツキでは、チタン表面に不可避的に存在する酸化膜のた
め密着性に乏しく、ＴｉＮイオンブレーティングでは、
処理層が数μｍと薄く、耐久性に乏しいという問題点が
ある。
＝一方、８００〜９５０℃程度で処理される酸化、窒化
、Ｎｉメツキ後の加熱拡散等の方法では、熱変形が発生
しやす（、精度を出すためには仕上げ加工が必要である
が、酸化、窒化の場合には処理層が薄く、仕上げ加工で
除去されてしまう。またＮｉメン牛後の加熱拡散の方法
でも、硬化層を厚くすることができるが、実質的に耐摩
耗性に有効である金属間化合物Ｔｉ２Ｎｉ 、 Ｔ１Ｎ
ｉ等の層は薄いため、同様に仕上げ加工で除去されてし
まうという問題点がある。
、Ｎｉメツキ後の加熱拡散等の方法では、熱変形が発生
しやす（、精度を出すためには仕上げ加工が必要である
が、酸化、窒化の場合には処理層が薄く、仕上げ加工で
除去されてしまう。またＮｉメン牛後の加熱拡散の方法
でも、硬化層を厚くすることができるが、実質的に耐摩
耗性に有効である金属間化合物Ｔｉ２Ｎｉ 、 Ｔ１Ｎ
ｉ等の層は薄いため、同様に仕上げ加工で除去されてし
まうという問題点がある。
さらに特開昭６２−２７０２７７号公報に記載されてい
る様に、各種の硬化元素と共にチタン合金を溶融させる
ことにより硬さを増し、耐摩耗性を向上させる方法が提
案されているが、局部加熱を行うこの方法では、例えば
チタン合金バルブの軸側面の様な基材そのものの熱容量
が小さい場合、基材が高温となり、母材の材質が劣化し
たり、熱変形する等の問題点がある。
る様に、各種の硬化元素と共にチタン合金を溶融させる
ことにより硬さを増し、耐摩耗性を向上させる方法が提
案されているが、局部加熱を行うこの方法では、例えば
チタン合金バルブの軸側面の様な基材そのものの熱容量
が小さい場合、基材が高温となり、母材の材質が劣化し
たり、熱変形する等の問題点がある。
最後に、勤溶射の方法では、施行上の問題点は特にない
ものの、コスト高となる。
ものの、コスト高となる。
（課題を解決するための手段）
本発明者は、代表的チタン合金であるＴｉ−６ＡＺ−４
Ｖ合金の著しい材質劣化のない９７０″Ｃ以下の高温処
理により、耐摩耗性化処理層の密着性を確保し、熱変形
に対しては厚い処理層を再加工することにより寸法精度
を確保し、また溶射、イオンブレーティングの様な特別
な設備を必要としない方法により低コストを実現するチ
タン合金の耐摩耗処理方法を構成した。
Ｖ合金の著しい材質劣化のない９７０″Ｃ以下の高温処
理により、耐摩耗性化処理層の密着性を確保し、熱変形
に対しては厚い処理層を再加工することにより寸法精度
を確保し、また溶射、イオンブレーティングの様な特別
な設備を必要としない方法により低コストを実現するチ
タン合金の耐摩耗処理方法を構成した。
すなわち、８７５℃以上でチタンと共晶反応する銅に着
目し、チタン合金上に銅とチタンの厚い金属間化合物層
が短時間で得られることを６ｉＬ２Ｌ、その耐摩耗性及
び密着性が実用上十分であることを見い出した。また本
発明の実施の態様として、銅粉末をアクリル樹脂、ニト
ロセルロースをバインダーとして、チタン合金上に付着
させ、真空中で加熱する簡便な方法も創案した。
目し、チタン合金上に銅とチタンの厚い金属間化合物層
が短時間で得られることを６ｉＬ２Ｌ、その耐摩耗性及
び密着性が実用上十分であることを見い出した。また本
発明の実施の態様として、銅粉末をアクリル樹脂、ニト
ロセルロースをバインダーとして、チタン合金上に付着
させ、真空中で加熱する簡便な方法も創案した。
（作 用）
以下本発明を更に詳細に説明する。本発明は、チタン合
金上に銅を付着させ、真空中で８７５℃以上９７０℃以
下に加熱しチタンと銅の金属間化合物層をチタン合金表
面上に形成させることを特徴とするチタン合金の耐摩耗
処理方法である。
金上に銅を付着させ、真空中で８７５℃以上９７０℃以
下に加熱しチタンと銅の金属間化合物層をチタン合金表
面上に形成させることを特徴とするチタン合金の耐摩耗
処理方法である。
ここで、銅を用いるのは以下の理由による。
代表的Ｔｉ合金であるＴｉ−６Ａｉ４Ｖ合金の著しい材
質劣化のない温度は、β変態点（９７０″Ｃ）以下であ
る。９７０℃以下で、チタンと反応させ、チタンの耐摩
耗性を改善させ得る元素は、酸素、窒素、銅、ニッケル
の他各種あるが、短時間で厚い反応層を生成させるには
、チタンとの共晶反応を利用する方法が有利で、共晶点
８７５℃の銅及び共晶点９５４℃のニッケルが挙げられ
る。
質劣化のない温度は、β変態点（９７０″Ｃ）以下であ
る。９７０℃以下で、チタンと反応させ、チタンの耐摩
耗性を改善させ得る元素は、酸素、窒素、銅、ニッケル
の他各種あるが、短時間で厚い反応層を生成させるには
、チタンとの共晶反応を利用する方法が有利で、共晶点
８７５℃の銅及び共晶点９５４℃のニッケルが挙げられ
る。
チタンとの共晶反応により得られる金属間化合物中の銅
の濃度は約６５〜８５ｗｔ％であり、ニッケルの場合で
は、２５〜３５ｗｔ％であるが、耐摩耗性の観点から、
第１表、第２表に示すように銅と純チタンまたは銅とＴ
ｉ−６Ａｆ−４Ｖ合金の金属間化合物は、ニッケルのそ
れに比較して摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れている。
の濃度は約６５〜８５ｗｔ％であり、ニッケルの場合で
は、２５〜３５ｗｔ％であるが、耐摩耗性の観点から、
第１表、第２表に示すように銅と純チタンまたは銅とＴ
ｉ−６Ａｆ−４Ｖ合金の金属間化合物は、ニッケルのそ
れに比較して摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れている。
ここで第１表、第２表の数値は摩耗減量を重量（ｍｇ）
で示したものである。試験条件は、乾燥空気中、５ｔｌ
ｌｌｌｌ製直径３４肛、厚さｌｌＩｎ１１のディスクを
２２０Ｏｒｐｍで回転させたものに第１表、第２表に示
す純チタンと銅との合金、Ｔｉ−６Ａｆ−４Ｖ合金と銅
との合金、純チタンとＮｉとの合金、Ｔｉ−６ＡＺ−４
Ｖ合金とＮｉとの合金を各々溶製したものを、１．５
ｋｇの荷重で３０秒間押し付けた。
で示したものである。試験条件は、乾燥空気中、５ｔｌ
ｌｌｌｌ製直径３４肛、厚さｌｌＩｎ１１のディスクを
２２０Ｏｒｐｍで回転させたものに第１表、第２表に示
す純チタンと銅との合金、Ｔｉ−６Ａｆ−４Ｖ合金と銅
との合金、純チタンとＮｉとの合金、Ｔｉ−６ＡＺ−４
Ｖ合金とＮｉとの合金を各々溶製したものを、１．５
ｋｇの荷重で３０秒間押し付けた。
ここで、本発明に従い加熱温度を８７５℃以上９７０℃
以下と限定したのは以下の理由による。
以下と限定したのは以下の理由による。
８７５℃未満では共晶反応が生しないため、金属間化合
物の形成は固体間の拡散となるので、厚い金属間化合物
層を得るには長時間を必要とする。
物の形成は固体間の拡散となるので、厚い金属間化合物
層を得るには長時間を必要とする。
また９７０℃超では、代表的チタン合金であるＴｉ６Ａ
Ｚ−４Ｖ合金がβ相に変態し、著しい材質劣化を生しる
ためである。
Ｚ−４Ｖ合金がβ相に変態し、著しい材質劣化を生しる
ためである。
ここで、前記加熱を真空中で行うのは、チタン合金表面
及び銅表面に酸化物が形成すると共晶反応が生じにくく
なるからである。
及び銅表面に酸化物が形成すると共晶反応が生じにくく
なるからである。
チタン合金表面に銅を付着させる方法は、板状のチタン
合金部品であれば、耐摩耗性を要求される部分に所定の
厚さの銅箔を単に乗せて置くか、スポラ目容接等で固定
する方法でよい。また棒状のチタン合金部品では、銅を
メツキ、溶射等で付着させることもできるが、粒度が５
０μｗ以下の銅粉末と、アクリル樹脂、ニトロセルロー
スのうちの一種を溶解した液体との混合物を、チタン合
金表面上に塗布する方法が汎用性があり簡便である。
合金部品であれば、耐摩耗性を要求される部分に所定の
厚さの銅箔を単に乗せて置くか、スポラ目容接等で固定
する方法でよい。また棒状のチタン合金部品では、銅を
メツキ、溶射等で付着させることもできるが、粒度が５
０μｗ以下の銅粉末と、アクリル樹脂、ニトロセルロー
スのうちの一種を溶解した液体との混合物を、チタン合
金表面上に塗布する方法が汎用性があり簡便である。
ここで、粒度を５０μ−以下としたのは、５０μｍ超で
は、均一な塗布性が得にくいからである。
は、均一な塗布性が得にくいからである。
ここで、アクリル樹脂、ニトロセルロースのいずれかを
用いるのは、速乾性で作業性に優れ、チタンと銅の金属
間化合物層を形成させる観点から特に問題がないからで
ある。
用いるのは、速乾性で作業性に優れ、チタンと銅の金属
間化合物層を形成させる観点から特に問題がないからで
ある。
（実施例１）
Ｔ＋−６Ａｌ−４Ｖ合金製の直径６．８００１１Ｉｍ、
長さ４ｃｍの棒に本発明に従い以下に示す態様で耐摩耗
処理を行った。
長さ４ｃｍの棒に本発明に従い以下に示す態様で耐摩耗
処理を行った。
ニトロセルロース（１０重量部）、アセトン（１５０重
量部） 、Ｃｕ球状粉２０ｎ以下（４００重量部）を配
合し、攪拌機で攪拌中に木材を浸漬し、乾燥させ、銅粉
重量で１６■／ｃｌ付着させた。
量部） 、Ｃｕ球状粉２０ｎ以下（４００重量部）を配
合し、攪拌機で攪拌中に木材を浸漬し、乾燥させ、銅粉
重量で１６■／ｃｌ付着させた。
次いで木材を鉛直下方から１°傾けて保持し、昇温時間
１時間で９２０℃まで真空中で加熱し、１時間保定後、
炉冷した。その結果直径は６．８１０ ｍに変化し、断
面を観察すると片面２６μｍの金属間化合物層を確認し
た。
１時間で９２０℃まで真空中で加熱し、１時間保定後、
炉冷した。その結果直径は６．８１０ ｍに変化し、断
面を観察すると片面２６μｍの金属間化合物層を確認し
た。
また同様な方法で、アセトンの配合量を１００重量部に
変えて５４■／ｄ銅を付着させると、直径が６．８８０
ｍｍになり、断面を観察すると片面１１０頗の金属間
化合物層が確認された。木材は加熱により僅かに曲がっ
ていたが、再加工することにより全面が金属間化合物で
被覆された真直な６．８００髄の棒を得ることが出来た
。
変えて５４■／ｄ銅を付着させると、直径が６．８８０
ｍｍになり、断面を観察すると片面１１０頗の金属間
化合物層が確認された。木材は加熱により僅かに曲がっ
ていたが、再加工することにより全面が金属間化合物で
被覆された真直な６．８００髄の棒を得ることが出来た
。
すなわち本発明によれば、付着させる銅を多（すると金
属間化合物層を厚くすることができ、共晶反応を用いる
ため、反応層を厚く形成するのに長い保定時間が必要で
なく、熱変形による曲がりを推定し、付着させる銅を決
めることで、再加工により寸法精度のよいものができる
。
属間化合物層を厚くすることができ、共晶反応を用いる
ため、反応層を厚く形成するのに長い保定時間が必要で
なく、熱変形による曲がりを推定し、付着させる銅を決
めることで、再加工により寸法精度のよいものができる
。
ここで、付着させる銅の量が８０■／ｄまでは共晶反応
による溶融物がたれおちないことを確認した。
による溶融物がたれおちないことを確認した。
また金属間化合物は、うすい金色のため、研削後被覆さ
れていることを容易に目視で確認することができる。
れていることを容易に目視で確認することができる。
（実施例２）
Ｃｕフレーク状粕粉４０μｍ以下４００重量部）、メタ
アクリル酸エステル重合体を５０％以上含有するアクリ
ル樹脂（８重量部）、１．ＬＬ ）リクロロエタン（９
２重量部）を配合し、Ｔｉ−６Ａ／−４Ｖ合金の直径４
ｔｔｍ長さ１５ｍｍのビン状材の一端に約５０■／ｃｉ
ｌｌ付着させた。次いで木材を、昇温時間１時間で８７
５℃まで真空中で加熱し、１時間保定後、炉冷した。こ
のビン状材の一端を約０．１ｍｍ研削加工し、＃６００
研磨仕上げとした。Ｃ（１，２ｗｔχ）、Ｍｏ（０，６
ｉｖｔＸ）、Ｃｕ（４ｗｔχ）を含有する鉄系焼結合金
製のディスクとビンオンディスク摩耗試験を行なった結
果を第３表にに示す。試験条件は、室温乾燥空気中、荷
重２．９ ｋｇ、速度８００ ｍｍ／ｓｅｃ、距Ｍ１ｋ
Ｔ１１である。
アクリル酸エステル重合体を５０％以上含有するアクリ
ル樹脂（８重量部）、１．ＬＬ ）リクロロエタン（９
２重量部）を配合し、Ｔｉ−６Ａ／−４Ｖ合金の直径４
ｔｔｍ長さ１５ｍｍのビン状材の一端に約５０■／ｃｉ
ｌｌ付着させた。次いで木材を、昇温時間１時間で８７
５℃まで真空中で加熱し、１時間保定後、炉冷した。こ
のビン状材の一端を約０．１ｍｍ研削加工し、＃６００
研磨仕上げとした。Ｃ（１，２ｗｔχ）、Ｍｏ（０，６
ｉｖｔＸ）、Ｃｕ（４ｗｔχ）を含有する鉄系焼結合金
製のディスクとビンオンディスク摩耗試験を行なった結
果を第３表にに示す。試験条件は、室温乾燥空気中、荷
重２．９ ｋｇ、速度８００ ｍｍ／ｓｅｃ、距Ｍ１ｋ
Ｔ１１である。
本発明により得られたチタンと銅の金属間化合物層は、
従来法であるＴｉＮイオンブレーティング、Ｎ１−Ｐメ
ツキ、Ｍｏ溶射ならびに他のいずれの方法によるものと
比較してもビンとディスクの摩耗量の和で優れており、
摩擦係数も最も小さく、剥離も認められず、耐摩耗性の
観点からも実用性のある方法であることが確認出来た。
従来法であるＴｉＮイオンブレーティング、Ｎ１−Ｐメ
ツキ、Ｍｏ溶射ならびに他のいずれの方法によるものと
比較してもビンとディスクの摩耗量の和で優れており、
摩擦係数も最も小さく、剥離も認められず、耐摩耗性の
観点からも実用性のある方法であることが確認出来た。
（発明の効果）
本発明によれば、チタン合金に対して従来法と比較して
耐久性、密着性において優れた耐摩耗処理が可能であり
、寸法精度の要求されるチタン合金部品に対しては、金
属間化合物層を短時間で厚く形成させることが出来るの
で、再加工により、精度が確保出来るという工業的に優
れた効果が奏される。
耐久性、密着性において優れた耐摩耗処理が可能であり
、寸法精度の要求されるチタン合金部品に対しては、金
属間化合物層を短時間で厚く形成させることが出来るの
で、再加工により、精度が確保出来るという工業的に優
れた効果が奏される。
Claims (2)
- （１）チタン合金上に銅を付着させ、真空中で８７５℃
以上９７０℃以下に加熱し、チタンと銅の金属間化合物
層をチタン合金表面上に形成させることを特徴とするチ
タン合金の耐摩耗処理方法。 - （２）粒度が５０μｍ以下の銅粉末と、アクリル樹脂、
ニトロセルロースのうちの一種を溶解した液体との混合
物をチタン合金表面に塗布する方法により銅を付着させ
ることを特徴とする請求項１記載のチタン合金の耐摩耗
処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21959790A JPH04103753A (ja) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | チタン合金の耐摩耗処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21959790A JPH04103753A (ja) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | チタン合金の耐摩耗処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04103753A true JPH04103753A (ja) | 1992-04-06 |
Family
ID=16738030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21959790A Pending JPH04103753A (ja) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | チタン合金の耐摩耗処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04103753A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015516299A (ja) * | 2012-02-24 | 2015-06-11 | チャールズ マルコム ワード‐クローズ | 金属または合金物体の加工 |
-
1990
- 1990-08-21 JP JP21959790A patent/JPH04103753A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015516299A (ja) * | 2012-02-24 | 2015-06-11 | チャールズ マルコム ワード‐クローズ | 金属または合金物体の加工 |
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