JPH0441656A

JPH0441656A - チタン材の鏡面研磨方法

Info

Publication number: JPH0441656A
Application number: JP14848490A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Fukai; 英明深井; Toshio Sakiyama; 崎山　利夫; Hiroyoshi Suenaga; 末永　博義; Kuninori Minagawa; 邦典皆川
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1992-02-12

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、精密機器、日常用品等に用いられるチタン
材の鏡面研磨方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］純チタ
ン及びチタン合金（以下、チタン材と称する）は、軽量
で強度が高く、また耐食性にも優れており、宇宙航空用
構造材料や化学工業材料から、眼鏡、時計等のフレーム
、又は装飾品等の民生用品まで広い用途を有している。

しかし、チタン材は、このような優れた特性を有してい
ながら、鉄鋼、アルミニウム、及び銅のように需要が大
きく伸びていないのが現状である。これは、チタン材が
高価格であるという問題に加えて、加工が困難であると
いうことに起因している。

このような困難な加工の一つに鏡面加工があり、チタン
材の場合には他の金属材料のように機械的な研磨（例え
ば、旋盤加工、砥粒研磨）のみでは、鏡面が得られなか
った。

このため、従来、チタン材を鏡面研磨する場合には、機
械的な砥粒研磨と電解研磨を併用した電解砥粒研磨が行
われている。たとえば、特開昭６０−２１７０１８号で
は、チタン材と研磨゛工具とを対極とし、界面活性材を
含む電解質を用いて電解作用によってチタン表面を酸化
させ、同時に電極工具を回転させ、砥粒によって擦過す
る鏡面研磨方法が提案されている。

また、チタン材のような難加工性材料に対しては、研削
や研磨に適した表面へ改質するための薬品を積極的に添
加しながら研磨するメカノケミカル研磨も存効である。

しかしながら、チタン材は活性金属であるので、例え鏡
面が得られたとしても、経時変化を起こしやすく、得ら
れた鏡面の表面性状が次第に悪化してしまうという問題
かある。例えば、第３図（ａ）及び（ｂ）は、夫々仕上
研磨直後、及び仕上研磨後４８時間経過後のチタン材の
表面を示した微分干渉顕微鏡写真であるが、これらから
、仕上研磨後に時間が経過すると表面が粗くなることか
わかる。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
困難性を伴うこと無く鏡面加工を施すことができ、かつ
、鏡面研磨後の経時変化による表面性状の悪化を防止す
ることができるチタン材の鏡面研磨方法を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］本願発明者らは
、チタン材の鏡面研磨後に経時変化による表面性状の悪
化が起る原因について検討を重ねた結果、チタンが活性
な金属であるため、鏡面加工後の表面に極薄い変質層が
形成され、その層が時間とともに変化することが原因で
あることを見出した。また、本願発明者らは、種々実験
を重ねた結果、鏡面加工後のチタン材を加熱すると変質
層が変化して容易に除去可能な加熱生成物が生じること
、この加熱生成物を仕上研磨により除去すると良好な鏡
面を得ることができること、及び加熱生成物を除去した
後の表面は変質層が生成し難く、その鏡面状態は実質的
に経時変化しないことを見出した。この発明はこのよう
な知見に基づいてなされたものである。

すなわち、この発明に係るチタン材の鏡面研磨方法は、
チタン材を熱処理し、次いて、該チタン材に仕上研磨を
施してその表面を鏡面に仕上げることを特徴とする。こ
れにより、鏡面研磨後の経時変化による表面性状の悪化
を防止することができる。また、熱処理した後に一般的
な仕上研磨を施せばよいので鏡面加工に困難性を伴うこ
とがない。

ここで、熱処理前のチタン材の表面性状が、最大粗さＲ
，、！で表した場合に０，５μｍ以下であることが望ま
しい。Ｒ８，、が０．５μｍよりも大きくなると、仕上
研磨のみでは鏡面を得ることが困難である。

熱処理は表面変質層を容易に除去が可能な加熱生成物に
変化させる効果を有するものであり、この処理は３００
℃以上、８００℃以下で１０分間以上行うことが望まし
い。温度が３００℃未満又は熱処理時間が１０分間未満
の場合には、表面変質層を加熱生成物に十分変化させる
ことか困難であり、仕上研磨後に再び表面の経時変化が
生してしまう恐れがある。また、８００℃よりも高い温
度では表面の酸化により表面粗さが大きくなり、次工程
の仕上研磨で良好な鏡面を得ることが困難である。この
際に、熱処理時間は１０分間以上であればよいが、時間
を長くしても表面変質層を変化させる効果が飽和するの
で、経済的な観点から１０時間以下とすることがより好
ましい。

熱処理後の仕上研磨は、加熱生成物を除去し、チタン材
表面を優れた表面状態にする効果がある。

この仕上研磨は、微細な（例えば平均粒径１８ｍ以下）
砥粒による機械研磨又は電解砥粒研磨を適用することが
できる。砥粒としては、通常砥粒として用いられている
ものであれば特に限定されるものではないが、Ａｇ２Ｏ
３，５ＩＣＳＴ１０□等が好適である。この仕上研磨時
間が５分間未満であると、加熱生成物を十分に除去でき
ない恐れがあり、優れた表面性状が得ることが困難であ
る。

このため、熱処理後の仕上研磨の時間が５分間以上であ
ることが望ましい。この際に、仕上研磨時間は５分間以
上であればよいが、時間を長くしても表面性状を向上さ
せる効果が飽和するので、経済的な面から１８０分間以
下が望ましい。

熱処理は大気中で行なってもよいが、１０−’Ｔｏｒｒ
以下の高真空、又は不活性ガス雰囲気であることがより
望ましい。これよりも真空度が低い場合、又は不活性ガ
ス雰囲気でない場合には、熱処理の際にチタン材表面が
雰囲気の影響を受は表面の酸化や窒化等が生じる恐れが
あるが、１０−３Ｔｏｒｒ以下の高真空、又は不活性ガ
ス雰囲気で熱処理を行うことにより雰囲気の影響を受け
ることがなく、このため、熱処理条件の許容範囲を拡大
すること、及び仕上研磨時間を短縮することが可能にな
る。

１０−’Ｔｏｒｒ以下の高真空、又は不活性ガス雰囲気
で熱処理を行う場合には、熱処理の際の温度が３００℃
以上、かつ熱処理時間が１０分間以上が望ましい。この
際に、熱処理温度は３００℃以上であればよいが、１２
００”Ｃより高温にすると液相との２相状態になり形状
変化を生じる恐れがある。従って、１２００℃以下であ
ることがより望ましい。経済的な面を考慮すると、１０
００℃以下がより一層望ましい。熱処理温度が３００’
Ｃ未満、又は熱処理時間が１０分間未満では、表面の変
質層を十分に加熱生成物に変化させることが困難であり
、仕上研磨後に再び経時変化か起る恐れがある。また、
この場合にも、上述したのと同様に経済的な面から熱処
理時間を１０時間以下にすることがより望ましい。さら
に、この場合には、仕上研磨の時間が３分間以上である
ことが望ましい。仕上研磨時間が３分間未満の場合には
、加熱生成物を十分に除去できない恐れがある。この際
に、仕上研磨時間は３分間以上であればよいが、時間を
長くしても表面性状を向上させる効果が飽和するので、
経済的な面から１８０分間以下がより望ましい。

［、実施例つ以下、この発明の実施例について説明する。

実施例１１００ｍａ角、厚さ１ｒＢＩ１１の市販級２種の純チタ
ン冷延板を＃４００、＃８００、＃１５００、＃４００
０の番定の砥石によって順次研磨し、表面性状がＲ１，
１で表して０．１μｍになるまで加工した。その後、大
気中で、２００℃〜９００℃の範囲で６０分間又は１５
分間熱処理を行い、さらに、仕上研磨を１０分分間上た
。ここで、仕上研磨は平均粒径１μｍ以下のＡｊ１２０
ｉ砥粒を用いて行った。そして、研磨直後、及び研磨後
４８時間経過後の表面性状（Ｒ，、、）を調査した。こ
の際の熱処理条件、仕上研磨条件、及び試験結果を第１
表に示す。

また、この第１表に示す結果を加熱温度と４８時間経過
後の表面性状との間の関係でまとめたものを第１図に示
す。第１表及び第１図から明らかなように、熱処理時間
が６０分間及び１５分間のいずれでも、加熱温度が３０
０℃乃至８００℃の場合に、研磨後の表面性状に経時変
化がなく、研磨後４８時間経過後も良好な表面性状を有
する鏡面が得られることが確認された。

実施例２実施例１と同様にして、１００ｍｍ角、厚さ１）の市販
級２種の純チタン冷延板表面をＲｍ　ａ　ｘか０．１μ
ｍになるまで加工した。その後、大気中６００℃の温度
で５乃至２０分間熱処理を行い、さらに実施例１と同様
にして仕上研磨を１０分分間上た。そして、研磨直後、
及び研磨後４８時間経過後の表面性状（Ｒ，、、ｘ）を
調査した。この際の熱処理条件、仕上研磨条件、及び試
験結果を第２表に示す。

第２表に示すように、加熱時間が１０分間以上であれば
、研磨後の表面性状に経時変化がなく、研磨後４８時間
経過後も良好な表面性状を有する鏡面が得られることが
確認された。

実施例３実施例−１と同様にして、１００ｆｆｌＩ１１角、厚さ
１■の市販級２種の純チタン冷延板の表面をＲ□８が０
．１μｍになるまで加工した。その後、大気中６００℃
で６０分間熱処理を行い、実施例１と同様にして仕上研
磨を３乃至７分間施した。そして、研磨直後、及び研磨
後４８時間経過後の表面性状（Ｒ，、、、）を調査した
。この際の熱処理条件、仕上研磨条件、及び試験結果を
第３表に示す。

第３表に示すように、仕上研磨時間が５分間以上の場合
に、研磨後の表面性状に経時変化がなく、研磨後４８時
間経過後も良好な表面性状を有する鏡面が得られること
が確認された。

実施例４１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍの市販級２種の純チタン冷延
板を砥石の最終番定を夫々＃４００、＃８００、＃１５
００として研磨し、ＲＩｌｌ　ａ　ｍを夫々０，３乃至
０．７μｍとした。その後、大気中６００℃で６０分間
の熱処理を行い、実施例１と同様にして仕上研磨を１０
分間施した。そして、研磨直後、及び研磨後４８時間経
過後の表面性状（Ｒ，、、）を調査した。この際の熱処
理前の表面性状、熱処理条件、仕上研磨条件、及び試験
結果を第４表に示す。

第４表に示すように、熱処理前の表面性状Ｒ□８が０，
５μｍ以下の場合に、仕上研磨後に良好な表面性状が得
られることが確認された。

実施例５実施例１と同様にして、１００■角、厚さ１１１Ｉ１１
の市販級２種の純チタン冷延板表面をＲ□、が０．１μ
ｍになるまで加工した。その後、１０〜３Ｔｏｒｒの真
空中２００℃乃至１０００℃の範囲でで６０分間熱処理
を行い、さらに実施例１と同様にして仕上研磨を１０分
間施した。また、Ａｒガス雰囲気中６００℃及び９００
℃で６０分熱処理したものについても、同様に仕上研磨
した。そして、研磨直後、及び研磨後４８時間経過後の
表面性状（Ｒ３，８）を調査した。この際の熱処理条件
、仕上研磨条件、及び試験結果を第５表に示す。

また、この第５表に示す結果を加熱温度と４８時間経過
後の表面性状との間の関係でまとめたものを第２図に示
す。第５表及び第２図に示すように、いずれの熱処理雰
囲気においても熱処理温度が３００℃以上であれば、研
磨後の表面性状に経時変化がなく、研磨後４８時間経過
後も良好な表面性状を有する鏡面が得られることが確認
された。

実施例６実施例１と同様にして、１００１角、厚さ１ｍｍの市販
級２種の純チタン冷延板表面をＲ□、か０．１μｍにな
るまで加工した。その後、１０Ｔｏｒｒの真空中６００
℃の温度で５乃至２０分間熱処理を行い、さらに実施例
１と同様にして仕上研磨を１０分間施した。そして、研
磨直後、及び研磨後４８時間経過後の表面性状（Ｒ，、
、）を調査した。この際の熱処理条件、仕上研磨条件、
及び試験結果を第６表に示す。

第２表に示すように、真空中においても加熱時間が１０
分間以上であれば、研磨後の表面性状に経時変化がなく
、研磨後４８時間経過後も良好な表面性状を有する鏡面
が得られることが確認された。

実施例７実施例］と同様にして、１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍの市
販級２種の純チタン冷延板の表面をＲ，１が０．１μｍ
になるまで加工した。その後、１Ｏ−３Ｔｏｒｒの真空
中６００℃で６０分間熱処理を行い、実施例１と同様に
して仕上研磨を１乃至７分間施した。そして、研磨直後
、及び研磨後４８時間経過後の表面性状（Ｒゎ１．）を
調査した。この際の熱処理条件、仕上研磨条件、及び試
験結果を第７表に示す。

第３表に示すように、仕上研磨時間か３分間以上の場合
に、研磨後の表面性状に経時変化がなく、研磨後４８時
間経過後も良好な表面性状を有する鏡面か得られること
が確認された。

実施例８１００ｍｍ角、厚さ１ｍ＋ｎの市販級２種の純チタン冷
延板を砥石の最終番定を夫々＃４００、＃８００、＃１
５００として研磨し、Ｒｆｆｉ　ｍ　Ｎを夫々０．３乃
至０．７μｍとした。その後、１０″３Ｔｏｒｒの真空
中６００℃で６０分間の熱処理を行い、実施例１−と同
様にして仕上研磨を１０分間施した。

そして、研磨直後、及び研磨後４８時間経過後の表面性
状（Ｒ３，８）を調査した。この際の熱処理前の表面性
状、熱処理条件、仕上研磨条件、及び試験結果を第８表
に示す。

第８表に示すように、熱処理前の表面性状Ｒｍａｘが０
．５μｍ以下の場合に、仕上研磨後に良好な表面性状が
得られることが確認された。

従来例実施例１と同様にして、１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍの市
販縁２種の純チタン冷延板の表面をＲＩＩ　＠　ｘが０
．１μｍになるまで加工した。その後、実施例１と同様
にして仕上研磨を１０分間施した。そして、研磨直後、
及び研磨後４８時間経過後の表面性状（Ｒ，、、）を調
査した。その結果、研磨直後の表面性状Ｒ，，８が０．
０６μｍであり十分な鏡面が得られないことが確認され
た。また、４８時間経過後には経時変化により表面性状
Ｒ６，８が０．２μｍとさらに悪化した。

なお、上記実施例では純チタンを鏡面研磨する場合につ
いて説明したが、これに限らず、Ｔｉ−５ＡＩ−２，５
５ｎ、Ｔｉ　−６ＡＩ−４Ｖ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａρ−
３Ｓｎ−３Ｃｒ等のチタン合金にも適用可能である。ま
た研磨方法も砥石研磨に限るものではなく、電解砥粒研
磨等でもよい。

第１表第２表第表［発明の効果コこの発明によれば、難加工性材料であるチタン材を困難
性を伴うことなく鏡面に研磨することができ、しかも鏡
面状態の経時変化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は大気中で熱処理を行った場合の熱処理温度と仕
上研磨後４８時間経過後の表面性状との関係を示す図、
第２図は真空中で熱処理を行った場合の熱処理温度と仕
上研磨後４８時間経過後の表面性状との関係を示す図、
第３図は従来の鏡面研磨方法を用いた場合における研磨
直後及び研磨後４８時間経過後のチタン材の表面状態を
示す金属組織写真である。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チタン材を熱処理し、次いで、該チタン材に仕上
研磨を施してその表面を鏡面に仕上げることを特徴とす
るチタン材の鏡面研磨方法。
（２）熱処理前のチタン材の最大表面粗さＲ＿ｍ＿ａ＿
ｘが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に
記載のチタン材の鏡面研磨方法。
（３）熱処理が３００℃以上、８００℃以下で、かつ１
０分間以上の条件で行われることを特徴とする請求項１
又は２に記載のチタン材の鏡面研磨方法。
（４）仕上研磨時間が５分間以上であることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のチタン材の鏡
面研磨方法。
（５）熱処理の雰囲気が１０＾−＾３Ｔｏｒｒ以下の高
真空、又は不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請
求項１又は２に記載のチタン材の鏡面研磨方法。
（６）熱処理が３００℃以上で、かつ１０分間以上の条
件で行われることを特徴とする請求項５に記載のチタン
材の鏡面研磨方法。
（７）仕上研磨時間が３分間以上であることを特徴とす
る請求項５又は６に記載のチタン材の鏡面研磨方法。