JPH06173079A - 耐摩耗性に優れたＴｉまたはＴｉ合金材およびその製法 - Google Patents
耐摩耗性に優れたＴｉまたはＴｉ合金材およびその製法Info
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- JPH06173079A JPH06173079A JP32808592A JP32808592A JPH06173079A JP H06173079 A JPH06173079 A JP H06173079A JP 32808592 A JP32808592 A JP 32808592A JP 32808592 A JP32808592 A JP 32808592A JP H06173079 A JPH06173079 A JP H06173079A
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- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＴｉまたはＴｉ合金は鋼材に比べて軽量で比
強度が高いという特性を有しているが、耐摩耗性に欠け
るためシャフト、軸受、ベアリングの様な耐摩耗性部材
としての適性を欠く。従ってＴｉまたはＴｉ合金表面に
硬質の被膜を形成し、耐摩耗性部材として実用可能にす
ることを目的とする。 【構成】 ＴｉまたはＴｉ合金の表面に、１０重量％以
上のＦｅを含み、あるいはこれに加えて０．１％以上の
Ｃｒを含む被覆層がＴｉまたはＴｉ合金へのＦｅ拡散層
を介して形成されると共に、該被覆層内には１重量％以
上の窒素を固溶体及び／又はＦｅ窒化物等として含有さ
せる。
強度が高いという特性を有しているが、耐摩耗性に欠け
るためシャフト、軸受、ベアリングの様な耐摩耗性部材
としての適性を欠く。従ってＴｉまたはＴｉ合金表面に
硬質の被膜を形成し、耐摩耗性部材として実用可能にす
ることを目的とする。 【構成】 ＴｉまたはＴｉ合金の表面に、１０重量％以
上のＦｅを含み、あるいはこれに加えて０．１％以上の
Ｃｒを含む被覆層がＴｉまたはＴｉ合金へのＦｅ拡散層
を介して形成されると共に、該被覆層内には１重量％以
上の窒素を固溶体及び／又はＦｅ窒化物等として含有さ
せる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摺動摩耗、転動摩耗、
線間摩耗、摩耗疲労等に対して優れた抵抗力を有する耐
摩耗性のＴｉまたはＴｉ合金材（以下Ｔｉ合金材で代表
する）およびその製法に関し、この耐摩耗性Ｔｉ合金材
は、例えば、自転車等のペダル軸受、クランクシャフト
や自動車等のエンジンバルブ、ピストンリング、シリン
ダー、コイルスプリング、リテーナー、コンロッド、あ
るいは各種ベアリングと接触する軸材、さらには動力伝
達部材との接触部品用の素材等として有効に活用でき
る。
線間摩耗、摩耗疲労等に対して優れた抵抗力を有する耐
摩耗性のＴｉまたはＴｉ合金材（以下Ｔｉ合金材で代表
する）およびその製法に関し、この耐摩耗性Ｔｉ合金材
は、例えば、自転車等のペダル軸受、クランクシャフト
や自動車等のエンジンバルブ、ピストンリング、シリン
ダー、コイルスプリング、リテーナー、コンロッド、あ
るいは各種ベアリングと接触する軸材、さらには動力伝
達部材との接触部品用の素材等として有効に活用でき
る。
【０００２】
【従来の技術】Ｔｉ合金は、耐食性や比強度に優れたも
のであるところから、各種化学工業用や航空、宇宙輸送
機械等の各種構造部材として広く活用されてきた。また
近年、自動車を始めとする各種輸送機械に対する高級化
はますます進んでおり、快適走行、安全走行等の機能ア
ップが指向されるにつれて付属的な各種機能部品はます
ます多くなる傾向があり、それに伴って車体重量の増大
の問題が生じている。しかも、車体軽量化による燃費低
減あるいは廃ガス低減に対する要求も一段と高まってお
り、これらの課題を併せて解決するため、これまでの鉄
鋼材料に代わる軽量金属材としてＴｉ合金を利用しよう
とする動きが急速に高まっている。
のであるところから、各種化学工業用や航空、宇宙輸送
機械等の各種構造部材として広く活用されてきた。また
近年、自動車を始めとする各種輸送機械に対する高級化
はますます進んでおり、快適走行、安全走行等の機能ア
ップが指向されるにつれて付属的な各種機能部品はます
ます多くなる傾向があり、それに伴って車体重量の増大
の問題が生じている。しかも、車体軽量化による燃費低
減あるいは廃ガス低減に対する要求も一段と高まってお
り、これらの課題を併せて解決するため、これまでの鉄
鋼材料に代わる軽量金属材としてＴｉ合金を利用しよう
とする動きが急速に高まっている。
【０００３】しかしながらＴｉ合金材は、そのままでは
耐摩耗性や耐焼付き性が悪いため、機械の摺動部材や軸
材等として使用する場合には、ＣｒめっきやＮｉ−Ｐめ
っきなどの湿式めっき、イオン窒化やほう化処理などの
熱拡散、肉盛り溶接、溶射等を施して耐摩耗性を高める
方法が試みられている。
耐摩耗性や耐焼付き性が悪いため、機械の摺動部材や軸
材等として使用する場合には、ＣｒめっきやＮｉ−Ｐめ
っきなどの湿式めっき、イオン窒化やほう化処理などの
熱拡散、肉盛り溶接、溶射等を施して耐摩耗性を高める
方法が試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところがＣｒめっきや
Ｎｉ−Ｐめっきなどの湿式めっき法では、チタン表面の
強固な酸化皮膜が障害となって被処理材とめっき層間の
密着性が十分に得られないという問題がある。またイオ
ン窒化やほう化処理などの熱拡散法では、高温（１００
０℃程度）で長時間の処理を行うため、被処理材の結晶
成長による結晶粒粗大化やそれに伴う機械的性質の劣化
を生じ易いという問題がある。肉盛り溶接法では、熱歪
によって大きな変形が生じ易いほか、溶融部に亀裂が発
生したり接合不良を生じ易く、且つ溶接後の２次加工が
必要であり、更には微細な形状物に対する処理が困難で
あるといった多くの問題がある。また溶射法には、比較
的生産性がよいという利点がある反面、溶射膜には気孔
等の欠陥が多く、しかも皮膜と基材との密着性が不十分
であるなどの問題が指摘される。
Ｎｉ−Ｐめっきなどの湿式めっき法では、チタン表面の
強固な酸化皮膜が障害となって被処理材とめっき層間の
密着性が十分に得られないという問題がある。またイオ
ン窒化やほう化処理などの熱拡散法では、高温（１００
０℃程度）で長時間の処理を行うため、被処理材の結晶
成長による結晶粒粗大化やそれに伴う機械的性質の劣化
を生じ易いという問題がある。肉盛り溶接法では、熱歪
によって大きな変形が生じ易いほか、溶融部に亀裂が発
生したり接合不良を生じ易く、且つ溶接後の２次加工が
必要であり、更には微細な形状物に対する処理が困難で
あるといった多くの問題がある。また溶射法には、比較
的生産性がよいという利点がある反面、溶射膜には気孔
等の欠陥が多く、しかも皮膜と基材との密着性が不十分
であるなどの問題が指摘される。
【０００５】本発明は上記の様な事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、上記従来法で指摘した様な
問題を生じることのない耐摩耗性に優れたＴｉ合金材お
よびその製法を提供しようとするものである。
ものであって、その目的は、上記従来法で指摘した様な
問題を生じることのない耐摩耗性に優れたＴｉ合金材お
よびその製法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係るＴｉ合金材の構成は、Ｔｉまたは
Ｔｉ合金の表面に、１０重量％以上のＦｅを含み、或は
更に０．１重量％以上のＣｒを含む被覆層が、Ｔｉまた
はＴｉ合金へのＦｅ拡散層を介して形成されると共に、
該被覆層内には１重量％以上の窒素がＦｅ窒化物や固溶
体として含まれ、好ましくは該被覆層中の窒素含有率
が、表層側へ行くにつれて高濃度となる濃度勾配を有す
るものであるところに要旨を有するものである。
のできた本発明に係るＴｉ合金材の構成は、Ｔｉまたは
Ｔｉ合金の表面に、１０重量％以上のＦｅを含み、或は
更に０．１重量％以上のＣｒを含む被覆層が、Ｔｉまた
はＴｉ合金へのＦｅ拡散層を介して形成されると共に、
該被覆層内には１重量％以上の窒素がＦｅ窒化物や固溶
体として含まれ、好ましくは該被覆層中の窒素含有率
が、表層側へ行くにつれて高濃度となる濃度勾配を有す
るものであるところに要旨を有するものである。
【０００７】そしてこの様な高耐摩性のＴｉまたはＴｉ
合金材は、ＴｉまたはＴｉ合金の表面に、１０重量％以
上のＦｅを含み、或は更に０．１重量％以上のＣｒを含
む被覆材を、好ましくは湿式めっき法によって被覆した
後、窒素含有雰囲気中７００℃以下の温度で処理し、被
覆剤中に１重量％以上の窒素を含有させることによって
得ることができる。
合金材は、ＴｉまたはＴｉ合金の表面に、１０重量％以
上のＦｅを含み、或は更に０．１重量％以上のＣｒを含
む被覆材を、好ましくは湿式めっき法によって被覆した
後、窒素含有雰囲気中７００℃以下の温度で処理し、被
覆剤中に１重量％以上の窒素を含有させることによって
得ることができる。
【０００８】
【作用】上記の様に本発明では、耐摩耗性や耐焼付き性
に欠けるＴｉ合金材の表面に、特定量のＦｅを含有させ
ると共に、特定量の窒素をＦｅ窒化物として含有せしめ
てなる硬質の被覆層を形成することによって耐摩耗性を
高め、且つこの被覆層と基材となるＴｉ合金材との間に
はＦｅ拡散層を形成することによって、Ｔｉ合金基材に
対し被覆層を強固に接合一体化させたものであり、それ
により、摺動、転動等の大きな外力が作用する各種摩耗
部材として使用した場合でも、硬質の被覆層が剥離等を
起こすことなく優れた耐摩耗性を発揮するＴｉ合金材を
提供し得るものである。以下、本発明における上記構成
要件を定めた理由を詳細に説明する。まず本発明におけ
る基材としては、純ＴｉおよびＴｉを主成分とする様々
のＴｉ合金を使用することができる。Ｔｉ合金として
は、ＴｉとＡｌ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｎ，Ｎｉ等の元素
の１種もしくは２種以上を含む種々のＴｉ合金を挙げる
ことができるが、軽量で比強度が高く且つ優れた耐食性
を示すというＴｉの効果をより有効に発揮させるには、
Ｔｉ含有量が３０重量％以上のＴｉ含有量を使用するこ
とが望まれる。
に欠けるＴｉ合金材の表面に、特定量のＦｅを含有させ
ると共に、特定量の窒素をＦｅ窒化物として含有せしめ
てなる硬質の被覆層を形成することによって耐摩耗性を
高め、且つこの被覆層と基材となるＴｉ合金材との間に
はＦｅ拡散層を形成することによって、Ｔｉ合金基材に
対し被覆層を強固に接合一体化させたものであり、それ
により、摺動、転動等の大きな外力が作用する各種摩耗
部材として使用した場合でも、硬質の被覆層が剥離等を
起こすことなく優れた耐摩耗性を発揮するＴｉ合金材を
提供し得るものである。以下、本発明における上記構成
要件を定めた理由を詳細に説明する。まず本発明におけ
る基材としては、純ＴｉおよびＴｉを主成分とする様々
のＴｉ合金を使用することができる。Ｔｉ合金として
は、ＴｉとＡｌ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｎ，Ｎｉ等の元素
の１種もしくは２種以上を含む種々のＴｉ合金を挙げる
ことができるが、軽量で比強度が高く且つ優れた耐食性
を示すというＴｉの効果をより有効に発揮させるには、
Ｔｉ含有量が３０重量％以上のＴｉ含有量を使用するこ
とが望まれる。
【０００９】次にＴｉ合金表面に形成される被覆層の構
成素材としては、Ｆｅ含有量が１０重量％以上であり、
且つ１重量％以上の窒素をＦｅ窒化物及び／又は固溶体
として含有するものが選択される。ここでＦｅ含有量を
１０重量％以上を定めたのは、被覆層として十分な強度
と靭性を確保すると共に、固溶強化もしくは窒素との反
応によりＦｅ2 ＮやＦｅ3 Ｎ等の窒化物を形成してそれ
らの分散硬化作用により被覆層を硬質化させるためであ
り、Ｆｅ含有量が不足する場合は被覆自体が強度不足に
なると共に、固溶強化やＦｅ窒化物による硬質化効果も
不十分となり、満足のいく耐摩性が得られなくなる。
成素材としては、Ｆｅ含有量が１０重量％以上であり、
且つ１重量％以上の窒素をＦｅ窒化物及び／又は固溶体
として含有するものが選択される。ここでＦｅ含有量を
１０重量％以上を定めたのは、被覆層として十分な強度
と靭性を確保すると共に、固溶強化もしくは窒素との反
応によりＦｅ2 ＮやＦｅ3 Ｎ等の窒化物を形成してそれ
らの分散硬化作用により被覆層を硬質化させるためであ
り、Ｆｅ含有量が不足する場合は被覆自体が強度不足に
なると共に、固溶強化やＦｅ窒化物による硬質化効果も
不十分となり、満足のいく耐摩性が得られなくなる。
【００１０】尚Ｆｅと共に含まれることのある元素とし
てはＣｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ等が挙げられるが、これら
のうち特にＣｒは固溶強化作用を有し且つＣｒＮ等を生
成して被覆層の強度および靭性を一段と高める効果があ
るので、１０重量％以上のＦｅと共に０．１％重量％以
上のＣｒを含有させることは、本発明における好ましい
態様の１つである。
てはＣｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ等が挙げられるが、これら
のうち特にＣｒは固溶強化作用を有し且つＣｒＮ等を生
成して被覆層の強度および靭性を一段と高める効果があ
るので、１０重量％以上のＦｅと共に０．１％重量％以
上のＣｒを含有させることは、本発明における好ましい
態様の１つである。
【００１１】また該被覆層中に含有させる窒素は、該被
覆層中に固溶し、あるいはＦｅ窒化物（あるいはＣｒ窒
化物）を生成させて被覆層の強度と靭性を高め耐摩耗性
を高める作用があり、こうした効果は被覆層中に１重量
％以上、より好ましくは３重量％以上の窒素を含有させ
ることによって有効に発揮される。この場合、被覆層の
表面硬さは固溶窒素やＦｅ窒化物が当該被覆層の表層側
にリッチに存在するほど高まるので、該被覆層中の窒素
含有量は表層側へ行くにつれて高濃度となる様な濃度勾
配をつけることが望ましい。こうした濃度勾配は、被覆
層の表面側から窒化処理して窒素を含有させることによ
り容易に変成できる。
覆層中に固溶し、あるいはＦｅ窒化物（あるいはＣｒ窒
化物）を生成させて被覆層の強度と靭性を高め耐摩耗性
を高める作用があり、こうした効果は被覆層中に１重量
％以上、より好ましくは３重量％以上の窒素を含有させ
ることによって有効に発揮される。この場合、被覆層の
表面硬さは固溶窒素やＦｅ窒化物が当該被覆層の表層側
にリッチに存在するほど高まるので、該被覆層中の窒素
含有量は表層側へ行くにつれて高濃度となる様な濃度勾
配をつけることが望ましい。こうした濃度勾配は、被覆
層の表面側から窒化処理して窒素を含有させることによ
り容易に変成できる。
【００１２】また本発明では、Ｔｉ合金基材と被覆層の
境界部にＴｉ合金へのＦｅ拡散層が形成されており、該
拡散層を介して基材と被覆層は強固に接合しているの
で、被覆層に大きな外力が作用したときにも該被覆層が
基材表面から剥離する恐れもなく、被覆層の有する優れ
た耐摩耗性が遺憾なく発揮されることになる。尚この様
な拡散層は、Ｔｉ合金基材にめっき法等によって被覆層
を形成した後、浸窒処理等により窒素を含有させる前・
後任意の時期に適度の熱処理を施すことによって容易に
形成することができる。
境界部にＴｉ合金へのＦｅ拡散層が形成されており、該
拡散層を介して基材と被覆層は強固に接合しているの
で、被覆層に大きな外力が作用したときにも該被覆層が
基材表面から剥離する恐れもなく、被覆層の有する優れ
た耐摩耗性が遺憾なく発揮されることになる。尚この様
な拡散層は、Ｔｉ合金基材にめっき法等によって被覆層
を形成した後、浸窒処理等により窒素を含有させる前・
後任意の時期に適度の熱処理を施すことによって容易に
形成することができる。
【００１３】次に上記の様な耐摩耗性Ｔｉ合金材は、Ｔ
ｉ合金の表面に、Ｆｅ含有量が１０重量％以上（あるい
は更に０．１重量％以上のＣｒを含む）被覆層をめっき
法等によって形成した後、窒素雰囲気中７００℃以下の
低温（より好ましくは６００℃以下）で処理することに
よって得ることができる。従来、Ｔｉに直接窒化処理を
行なう場合は、窒素雰囲気下に８００℃を超える高温で
長時間処理することが必要であり、その結果Ｔｉ母材が
熱劣化を起こして機械的強度が悪くなるという問題があ
ったが、本発明の様に表面にＦｅを含む被覆層を形成し
ておけば、該被覆層への窒素の導入は７００℃以下の低
温条件下でも十分に進行し、Ｔｉ合金基材が熱劣化を起
こす恐れがなくなる。
ｉ合金の表面に、Ｆｅ含有量が１０重量％以上（あるい
は更に０．１重量％以上のＣｒを含む）被覆層をめっき
法等によって形成した後、窒素雰囲気中７００℃以下の
低温（より好ましくは６００℃以下）で処理することに
よって得ることができる。従来、Ｔｉに直接窒化処理を
行なう場合は、窒素雰囲気下に８００℃を超える高温で
長時間処理することが必要であり、その結果Ｔｉ母材が
熱劣化を起こして機械的強度が悪くなるという問題があ
ったが、本発明の様に表面にＦｅを含む被覆層を形成し
ておけば、該被覆層への窒素の導入は７００℃以下の低
温条件下でも十分に進行し、Ｔｉ合金基材が熱劣化を起
こす恐れがなくなる。
【００１４】しかも窒素雰囲気中で熱処理すると、窒素
が被覆層表面から拡散浸透していくため、被覆層中の窒
素含有量は表層側の方が高濃度となる様な濃度勾配が与
えられる。更にこの熱処理工程では同時にＦｅ含有被覆
層からＴｉ合金方向へのＦｅの拡散が起こって該境界部
でＴｉ合金とＦｅとの相互拡散が起こり、両者に対して
親和性の良好な拡散層が形成される。その結果、表層部
が特に硬質化された被覆層がＴｉ合金基材に対して強固
に接合したものが得られ、卓越した耐摩耗性を発揮し得
ることになる。
が被覆層表面から拡散浸透していくため、被覆層中の窒
素含有量は表層側の方が高濃度となる様な濃度勾配が与
えられる。更にこの熱処理工程では同時にＦｅ含有被覆
層からＴｉ合金方向へのＦｅの拡散が起こって該境界部
でＴｉ合金とＦｅとの相互拡散が起こり、両者に対して
親和性の良好な拡散層が形成される。その結果、表層部
が特に硬質化された被覆層がＴｉ合金基材に対して強固
に接合したものが得られ、卓越した耐摩耗性を発揮し得
ることになる。
【００１５】該被覆層の厚さは特に限定されないが、耐
摩耗性改善効果を有効に発揮させるためには０．１μｍ
以上とするのがよく、高面圧がかかる部位に適用する場
合は１０μｍ以上にすることが望まれる。また軸受け等
の様に高面圧下で転動摩擦を生じる様な部位では、１０
０μｍ以上の被覆厚さとすることによって高レベルの耐
摩耗性を確保することができる。
摩耗性改善効果を有効に発揮させるためには０．１μｍ
以上とするのがよく、高面圧がかかる部位に適用する場
合は１０μｍ以上にすることが望まれる。また軸受け等
の様に高面圧下で転動摩擦を生じる様な部位では、１０
０μｍ以上の被覆厚さとすることによって高レベルの耐
摩耗性を確保することができる。
【００１６】ところで本発明における被覆層の形成法に
格別の制限がないことは先に述べた通りであるが、本発
明を実施する際に最も好ましいのは、被覆層を形成して
から窒化処理を行なう方法である。即ち湿式めっき方を
採用すれば、Ｆｅ含有被覆の形成が簡単で且つ膜厚の調
整も容易であり、適用部位に要求される耐摩耗性の程度
に応じた肉厚の被覆層が容易に得られるからである。
格別の制限がないことは先に述べた通りであるが、本発
明を実施する際に最も好ましいのは、被覆層を形成して
から窒化処理を行なう方法である。即ち湿式めっき方を
採用すれば、Ｆｅ含有被覆の形成が簡単で且つ膜厚の調
整も容易であり、適用部位に要求される耐摩耗性の程度
に応じた肉厚の被覆層が容易に得られるからである。
【００１７】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明の構成および作
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記
の趣旨に適合し得る範囲で変更して実施することはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれる。
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記
の趣旨に適合し得る範囲で変更して実施することはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００１８】実験例 Ｔｉ−６％Ａｌ−４％ＶよりなるＴｉ合金鋳塊を使用
し、熱間加工、伸線加工、時効処理等を経て図１の１に
示す試験片に加工した後、脱脂・水洗後下記の方法で図
１の２に示す評価面にＦｅ系もしくはＦｅ−Ｃｒ系被膜
の形成と窒化処理を行ない、表１に示す組成および肉厚
の窒素含有被覆層を形成し、硬質被膜形成の経済性と耐
摩耗性を評価した。
し、熱間加工、伸線加工、時効処理等を経て図１の１に
示す試験片に加工した後、脱脂・水洗後下記の方法で図
１の２に示す評価面にＦｅ系もしくはＦｅ−Ｃｒ系被膜
の形成と窒化処理を行ない、表１に示す組成および肉厚
の窒素含有被覆層を形成し、硬質被膜形成の経済性と耐
摩耗性を評価した。
【００１９】但し経済性はスパッタ法等の気相コーティ
ング法を適用した場合を基準にした場合の良否によって
判定し、耐摩耗性は図１に示す様な転動摩耗試験機によ
って評価した。即ち図１は転動摩耗試験機の概略図であ
り、図中１は試験片で、試験片１の先端には評価面２が
あり、評価面２はボールベアリング３と接触する様にテ
ーパが付けてある。ボールベアリング３はベアリングレ
ース４内に必要個数配置してある。ベアリングレース４
は回転軸５に装着され、回転軸５と共に回転する。尚、
回転軸５は回転装置（図示せず）に連結されている。試
験は荷重Ｐを試験片１に加え、回転軸５を回転させて行
なう。
ング法を適用した場合を基準にした場合の良否によって
判定し、耐摩耗性は図１に示す様な転動摩耗試験機によ
って評価した。即ち図１は転動摩耗試験機の概略図であ
り、図中１は試験片で、試験片１の先端には評価面２が
あり、評価面２はボールベアリング３と接触する様にテ
ーパが付けてある。ボールベアリング３はベアリングレ
ース４内に必要個数配置してある。ベアリングレース４
は回転軸５に装着され、回転軸５と共に回転する。尚、
回転軸５は回転装置（図示せず）に連結されている。試
験は荷重Ｐを試験片１に加え、回転軸５を回転させて行
なう。
【００２０】転動摩耗試験の条件は、荷重５０kgf 、回
転速度１００rpm とした。また、転動摩耗寿命はめっき
層の劣化によって発生する振動加速度の値が0.3 Ｇを超
えた時の延べ回転数とした。結果を表１に一括して示
す。
転速度１００rpm とした。また、転動摩耗寿命はめっき
層の劣化によって発生する振動加速度の値が0.3 Ｇを超
えた時の延べ回転数とした。結果を表１に一括して示
す。
【００２１】被覆方法（１）：ＲＦマグネトロンスパッ
タ法による成膜 実験Ｎｏ．１、２：窒化鉄系ターゲットを使用し、チタ
ン合金表面に窒化鉄系合金を被覆した。 実験Ｎｏ．３、４：窒化クロムチタン系ターゲットを使
用し、窒化クロムチタン系合金を被覆した。
タ法による成膜 実験Ｎｏ．１、２：窒化鉄系ターゲットを使用し、チタ
ン合金表面に窒化鉄系合金を被覆した。 実験Ｎｏ．３、４：窒化クロムチタン系ターゲットを使
用し、窒化クロムチタン系合金を被覆した。
【００２２】被覆方法（２）：窒素ガス分圧制御を施し
た反応性スパッタ法による成膜 実験Ｎｏ．５：鉄系ターゲットを使用し、成膜時に窒素
ガス分圧を高めて、表面層に行くにつれて窒素濃度を高
めた鉄系合金を被覆した。 実験Ｎｏ．６：鉄−クロムターゲットを使用し、成膜時
に窒素ガス分圧を高めて、表面層に行くにつれて窒素濃
度を高めた鉄−クロム系合金を被覆した。
た反応性スパッタ法による成膜 実験Ｎｏ．５：鉄系ターゲットを使用し、成膜時に窒素
ガス分圧を高めて、表面層に行くにつれて窒素濃度を高
めた鉄系合金を被覆した。 実験Ｎｏ．６：鉄−クロムターゲットを使用し、成膜時
に窒素ガス分圧を高めて、表面層に行くにつれて窒素濃
度を高めた鉄−クロム系合金を被覆した。
【００２３】被覆方法（３）：真空蒸着法により合金成
膜後、窒化処理 実験Ｎｏ．７：鉄系ターゲットを使用し、鉄系合金を成
膜した後、５８０℃で３時間の軟窒化処理を行なった。 実験Ｎｏ．８：鉄−クロムターゲットを使用し、鉄−ク
ロム系合金を成膜した後、５８０℃で３時間の軟窒化処
理を行なった。
膜後、窒化処理 実験Ｎｏ．７：鉄系ターゲットを使用し、鉄系合金を成
膜した後、５８０℃で３時間の軟窒化処理を行なった。 実験Ｎｏ．８：鉄−クロムターゲットを使用し、鉄−ク
ロム系合金を成膜した後、５８０℃で３時間の軟窒化処
理を行なった。
【００２４】被覆方法（４）：電気めっき法により合金
成膜後、窒化処理 実験Ｎｏ．９：塩化鉄ベースのめっき浴を用いて、鉄系
合金を被覆後、５８０℃、３時間の軟窒化処理。 実験Ｎｏ．１０、１１：塩化鉄および塩化フロムをベー
スとしためっき浴を使用し、鉄−クロム系合金を被覆し
た後、５８０℃で３時間の軟窒化処理を施した。
成膜後、窒化処理 実験Ｎｏ．９：塩化鉄ベースのめっき浴を用いて、鉄系
合金を被覆後、５８０℃、３時間の軟窒化処理。 実験Ｎｏ．１０、１１：塩化鉄および塩化フロムをベー
スとしためっき浴を使用し、鉄−クロム系合金を被覆し
た後、５８０℃で３時間の軟窒化処理を施した。
【００２５】
【表１】
【００２６】実験Ｎｏ．７〜１１で得た被覆層中のＮ濃
度は、表面層に行くにつれて窒素量が多くなる濃度勾配
が形成されていることが確認された。またいずれの供試
材についても硬質被膜とＴｉ合金基材の境界部にはＴｉ
合金とＦｅとの相互拡散層が形成され、Ｔｉ合金と被覆
層は強固に接合していた。
度は、表面層に行くにつれて窒素量が多くなる濃度勾配
が形成されていることが確認された。またいずれの供試
材についても硬質被膜とＴｉ合金基材の境界部にはＴｉ
合金とＦｅとの相互拡散層が形成され、Ｔｉ合金と被覆
層は強固に接合していた。
【００２７】尚表１には比較材として全く被覆層を形成
していないもの、ＷＣよりなる溶射被膜を形成したも
の、Ｃｏよりなる肉盛り溶接被膜を形成したものを併記
した。表１からも明らかである様に、本発明の規定要件
を満たす硬質被覆層形成Ｔｉ合金材（Ｎｏ．１〜１１）
は、比較材（Ｎｏ．１２〜１７）に比べて優れた耐摩耗
性を有しており、Ｔｉ合金基材の熱変形等も全く問題と
ならない。中でも被覆層中の窒素量が表面に行くにつれ
て高濃度となる勾配をつけたもの（Ｎｏ．５〜１１は非
常に優れた耐摩耗性を有しており、且つこれらのうち湿
式めっき法と軟質変化法の組合せで硬質被覆層を形成し
たものは経済性においても非常に優れたものであり、極
めて実用性の高いものであることが分かる。
していないもの、ＷＣよりなる溶射被膜を形成したも
の、Ｃｏよりなる肉盛り溶接被膜を形成したものを併記
した。表１からも明らかである様に、本発明の規定要件
を満たす硬質被覆層形成Ｔｉ合金材（Ｎｏ．１〜１１）
は、比較材（Ｎｏ．１２〜１７）に比べて優れた耐摩耗
性を有しており、Ｔｉ合金基材の熱変形等も全く問題と
ならない。中でも被覆層中の窒素量が表面に行くにつれ
て高濃度となる勾配をつけたもの（Ｎｏ．５〜１１は非
常に優れた耐摩耗性を有しており、且つこれらのうち湿
式めっき法と軟質変化法の組合せで硬質被覆層を形成し
たものは経済性においても非常に優れたものであり、極
めて実用性の高いものであることが分かる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ｔ
ｉまたはＴｉ合金材の熱劣化等を生じることなく耐摩耗
性を著しく高めることができ、軽量で比強度が高いとい
うＴｉまたはＴｉ合金の特性を耐摩耗性部材として有効
に活用し得ることになった。
ｉまたはＴｉ合金材の熱劣化等を生じることなく耐摩耗
性を著しく高めることができ、軽量で比強度が高いとい
うＴｉまたはＴｉ合金の特性を耐摩耗性部材として有効
に活用し得ることになった。
【図１】転動摩耗試験機を示す概略図である。
１ 試験片 ２ 評価面 ３ ボールベアリング ４ ベアリングレース ５ 回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 英敏 兵庫県神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 寺田 好則 大阪府大阪市中央区備後町４丁目１番３号 株式会社神戸製鋼所大阪支社内
Claims (7)
- 【請求項１】 ＴｉまたはＴｉ合金の表面に、１０重量
％以上のＦｅを含む被覆層が、ＴｉまたはＴｉ合金への
Ｆｅ拡散層を介して形成されると共に、該被覆層内には
１重量％以上の窒素が含まれていることを特徴とする耐
摩耗性に優れたＴｉまたはＴｉ合金材。 - 【請求項２】 窒素がＦｅ窒化物及び／又は固溶体とし
て含まれている請求項１記載のＴｉまたはＴｉ合金材。 - 【請求項３】 被覆層が１０重量％以上のＦｅと共に
０．１重量％以上のＣｒを含むものである請求項１また
は２記載のＴｉまたはＴｉ合金材。 - 【請求項４】 被覆層中の窒素含有率が、表層側へ行く
につれて高濃度となる濃度勾配を有している請求項１〜
３のいずれかに記載のＴｉまたはＴｉ合金材。 - 【請求項５】 ＴｉまたはＴｉ合金材の表面に１０重量
％以上のＦｅを含む被覆材を被覆した後、窒素含有雰囲
気中７００℃以下の温度で処理し、被覆材中に１重量％
以上の窒素を含有させることを特徴とする耐摩耗性に優
れたＴｉまたはＴｉ合金材の製法。 - 【請求項６】 被覆材が１０重量％のＦｅと共に０．１
重量％以上のＣｒを含むものである請求項５記載の製
法。 - 【請求項７】 被覆を湿式めっき法によって行う請求項
５または６記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32808592A JPH06173079A (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 耐摩耗性に優れたＴｉまたはＴｉ合金材およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32808592A JPH06173079A (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 耐摩耗性に優れたＴｉまたはＴｉ合金材およびその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06173079A true JPH06173079A (ja) | 1994-06-21 |
Family
ID=18206344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32808592A Pending JPH06173079A (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 耐摩耗性に優れたＴｉまたはＴｉ合金材およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06173079A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0721997A1 (en) * | 1993-10-27 | 1996-07-17 | Fuji Oozx Inc. | Method of treating the surface of TI or TI alloy valve element |
-
1992
- 1992-12-08 JP JP32808592A patent/JPH06173079A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0721997A1 (en) * | 1993-10-27 | 1996-07-17 | Fuji Oozx Inc. | Method of treating the surface of TI or TI alloy valve element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000613 |