JPH06212395A - チタン合金部品の窒化方法及び窒素及び中性ガスの吹付け装置 - Google Patents

チタン合金部品の窒化方法及び窒素及び中性ガスの吹付け装置

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JPH06212395A
JPH06212395A JP5250589A JP25058993A JPH06212395A JP H06212395 A JPH06212395 A JP H06212395A JP 5250589 A JP5250589 A JP 5250589A JP 25058993 A JP25058993 A JP 25058993A JP H06212395 A JPH06212395 A JP H06212395A
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neutral gas
laser beam
area
titanium alloy
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Andre Coulon
アンドレ・クロン
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Alstom SA
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J UU C ALUSTHOM EREKUTOROMEKANIKU SA
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 厚さ１〜２ｍｍの硬質な表面層が得られるチ
タン合金部品の窒化方法及び窒素及び中性ガスの吹付け
装置を提供する。 【構成】 レーザ１のあたる区域の表面を僅かに融解さ
せるためのレーザビーム２を部品３に向け、前記区域が
ペースト状になると窒素が該区域４に貫入するようにレ
ーザ１のビームがあたる区域４のすぐ後ろに高圧力で窒
素を吹付け、且つ窒素噴流がレーザのあたる区域４から
はみ出ると元の状態に戻るように窒素噴流の周辺に中性
ガスを噴出させるチタン合金部品３の窒化方法。本発明
の装置は、窒素の運搬に役立つ中央管５と、中央管５の
軸の周りに回転対称な管路７とを備え、該管路の内側壁
１０と外側壁６とが円錐形であり、該管路７が中性ガス
の運搬に役立つことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はチタン合金部品の窒化方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化によって金属部品の表面を硬化させ
ることができる。
【０００３】静的環境で、即ちそれほど動かさないで実
施する硬化方法は幾つかある。特に塩浴での粉末による
ガス窒化及びイオン窒化が挙げられる。最近、イオン導
入技術が提案された。
【０００４】これらの方法では、チタン合金で０．１〜
０．２ｍｍの層を硬化させることができる。
【０００５】部品に対して相対的に移動し且つレーザの
あたる区域の表面を僅かに融解させるレーザビームを部
品に向け、レーザビームの方向に対して一定の方向から
部品上に窒素を吹付け、部品上に中性ガスを吹付ける非
静的な方法もある（ヨーロッパ特許公開第４９１０７５
号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この方法では、窒素を
中性ガスと混合する。窒素−中性ガス流とレーザビーム
とは部品上で合流し、その結果ガス混合物は液体区域に
あたる。この区域を粉砕しないように、ガス流の圧力を
制限せねばならない。
【０００７】この方法によって、チタン合金部品で厚さ
０．４〜１ｍｍの部分が硬化した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】遥かに厚い（１〜２ｍ
ｍ）部分を硬化させることのできる本発明の方法は、レ
ーザビームのあたる区域がペースト状になると窒素が該
区域に貫入するようにレーザビームのあたる区域のすぐ
後ろに高圧力で窒素を吹付け、且つ窒素噴流がレーザの
あたる区域からはみ出ると元の状態に戻るように窒素噴
流の周辺に中性ガスを噴出させることを特徴とする。
【０００９】窒素流はレーザビームがあたる区域内でレ
ーザビームと合流するのではなく、この区域がペースト
状になるとこの区域にあたる。窒素原子対チタン原子の
比率は１５〜３５％となり、これは良好な硬度（８００
ＨＶ）を得て、膜を壊れやすくしないために必要であ
る。
【００１０】ペースト状区域に１〜２ｍｍの深さまで貫
入するように、窒素流（中性ガスとは混合していない）
を高圧力下（４〜１２バール）に置く。前記区域はペー
スト状なので、窒素流はこの区域を破壊しない。
【００１１】中性ガスは被処理区域から酸素を遠ざけ
る。更には低圧力（１〜２バール）の中性ガス流は窒素
流を誘導する。その結果窒素は中性ガス内で僅かに拡散
し、そのため、表面を脆くする樹枝状結晶の表面形成が
抑制される。
【００１２】高速窒素流と周辺の低速中性ガス流とが接
触すると、中性ガス流は渦流となって、酸素の掃気が改
善される。
【００１３】更には、窒素流のあたる区域はペースト状
なので、粒度の小さい化合物：Ｔｉ2Ｎ、Ｔｉ3Ｎ2、Ｔ
ｉ4Ｎが生成し、そのため使用時の亀裂が避けられるこ
とが判明した。
【００１４】本発明は更に、中性ガスの噴流内で窒素流
を周辺に拡散させ且つ窒素流によって中性ガスを渦流状
態にすることのできる窒素及び中性ガスの吹付け装置に
関する。
【００１５】本発明の装置は、窒素の運搬に役立つ中央
管と、中央管の軸の周りに回転対称な管路とを備え、該
管路の内側壁と外側壁とが円錐形であり、内側壁が中央
管に当接し、外側壁が中央管の端部を超えて、先端が末
広がり部分となり、前記管路が中性ガスの運搬に役立つ
ことを特徴とする。
【００１６】
【実施例】添付図面を参照しながら、非制限的な以下の
特定例で本発明を更に詳しく説明する。
【００１７】本発明の方法では、パワーレーザ１（例え
ばＣＯ2レーザ又はＹＡＧレーザ）を使用する。レーザ
ビーム２は、レーザ１から近距離（４０ｍｍ未満）のと
ころに置かれたチタン合金部品３に垂直にあたる（図１
及び図２を参照）。部品３の硬度は約３００ＨＶであ
る。ビーム２は集束が少し不十分であり、直径が２〜３
ｍｍ、深さが１〜２ｍｍの円形区域４内で基板の表面を
僅かに融解するように、この不十分な集束並びに（矢印
の方向での）部品の移動電力及び移動速度を調整する。
【００１８】直径の小さい（２〜５ｍｍ）ノズル型円筒
管５を用いて、区域４のすぐ後ろに高圧力で窒素を吹付
ける。管５は垂直軸に対して３０〜６０°、好ましくは
４５°傾斜させる。
【００１９】管５の周辺には、管５と同軸のケーシング
６を配置する。管５とケーシング６との間の空間７には
中性ガス、即ちヘリウム又は好ましくはアルゴンを低圧
力（１〜２バール）で供給する。
【００２０】ケーシング６は管５の端部７よりも長く伸
びて、先細になり、先端に末広がり部分８を有する。
【００２１】アルゴンは渦流となって、区域４からはみ
出た窒素流を元の状態に戻す。
【００２２】アルゴンは表面融解時に周辺空気の酸素を
不活性状態にする（ｎｅｕｔｒａｌｉｓｅｒ）のに不可
欠である。従って、アルゴンの作用が融解に先行せねば
ならない。中性ガス雰囲気下でビーム２と部品３とを接
触させる。区域４が窒素流下に達したときに金属がもは
や液状ではなくペースト状になるように、種々のパラメ
ータを調整する。
【００２３】窒素圧力を４〜１２バールで、即ち速度を
２０〜７０ｍ／秒で調整すると、窒素はペースト状にな
ったこの区域内に１〜２ｍｍの深さまで貫入し、表面で
８００ＨＶの硬度が得られる。
【００２４】アルゴンの速度は遅い（１〜２ｍ／秒）
が、部品３上のアルゴン衝撃点が直径４０ｍｍの円を形
成するのに十分な流量を選択する。
【００２５】このようにして、幅が２〜３ｍｍの隣接す
る一連のパス９を形成しながら部品３を被覆する。
【００２６】部品３の送り速度は、３ｋｗの電力で４０
〜６０ｍ／分であり得る。ビーム２の衝撃区域４に対す
る窒素衝撃区域４’の遅延は０．５秒未満である。区域
４、４’は好ましくは接触している。
【００２７】被処理部品３の表面は金色である。厚さ部
分については、表面のＴｉＮ層とＴｉ2Ｎ層とが重な
り、次にＴｉ3Ｎ2、Ｔｉ4Ｎ3複合（ｃｏｍｐｌｅｘｅ
ｓ）相に富んでいる基板のα相との積層を観測した。
【００２８】チタン原子に対する窒素原子の密度は１５
〜３５％である。
【００２９】表面硬度は約８００ＨＶである。基板の深
さ２ｍｍの地点では通常の硬度が観測される。チタン合
金がＴＡ６Ｖの場合、硬度は約３００／３２０ＨＶであ
る。更には、より僅かに硬質で、再融解中にまず熱変化
するこの合金のβ系構造を、窒化部分とα／β系ＴＡ６
Ｖの構造との間に挿入してもよい。
【００３０】表面には通常ほど樹枝状ＴｉＮは存在しな
い。これは特に窒素のアルゴンへの希釈によるものであ
る。
【００３１】図３及び図４に示す本発明の窒素及びアル
ゴンの吹付け装置は、直径の小さい中央管５と、管の端
部付近で当接する円錐形内側ケーシング１０と、先細に
なり、管５と同軸であり、端部に末広がり部分８を有す
る円錐形外側ケーシング６とを含んでいる。アルゴンは
窒素を包囲し、窒素があらゆる方向に対して拡散しない
ようにする。
【００３２】アルゴンは、内側ケーシング１０と外側ケ
ーシング６との間の空間７に供給される。
【００３３】流量計１２によって、アルゴン流量をチェ
ックすることができる。圧縮器１３は窒素を加圧して、
管５に供給する。窒素流量も流量計１４でチェックす
る。
【００３４】端部１６付近の外側ケーシング６と管５と
の間には羽根１５が配置されている。これらの羽根１５
は、アルゴン流を回転させるためのものである。窒素が
アルゴンの速度に比べて相対的に高速で末広がり部分８
付近を通過するために、このアルゴン流は渦流となる。
アルゴンは窒素を包囲して、窒素があらゆる方向に対し
て拡散しないようにする。
【００３５】ガスを運ぶ全ての管はステンレス鋼製であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を適用するのに必要な手段を示す
図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】窒素及び中性ガスの吹付け装置を示す図であ
る。
【図４】図３の詳細図である。
【符号の説明】
１ レーザ ２ ビーム ３ 部品 ５ 管 ７ 空間

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 部品に対して相対的に移動し且つレーザ
    のあたる区域の表面を僅かに融解させるレーザビームを
    部品に向け、レーザビームの方向に対して一定の方向か
    ら部品上に窒素を吹付け、且つ部品上に中性ガスを吹付
    けるチタン合金部品の窒化方法であって、前記区域がペ
    ースト状になると窒素が該区域に貫入するようにレーザ
    ビームのあたる区域のすぐ後ろに高圧力で窒素を吹付
    け、且つ窒素噴流がレーザのあたる区域からはみ出ると
    元の状態に戻るように窒素噴流の周辺に中性ガスを噴出
    させることを特徴とするチタン合金部品の窒化方法。
  2. 【請求項２】 窒素圧力が４〜１２バールであり、中性
    ガス圧力が１〜２バールであることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 窒素流が中性ガスを渦流にすることを特
    徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 窒素の運搬に役立つ中央管と、中央管の
    軸の周りに回転対称な管路とを備え、該管路の内側壁と
    外側壁とが円錐形であり、内側壁が中央管に当接し、外
    側壁が中央管の端部を超えて、先端が末広がり部分とな
    り、前記管路が中性ガスの運搬に役立つことを特徴とす
    る窒素及び中性ガスの吹付け装置。
  5. 【請求項５】 中性ガスの管路が、中性ガスを回転させ
    る羽根を中央管の端部付近に備えていることを特徴とす
    る請求項４に記載の装置。
JP5250589A 1992-10-09 1993-10-06 チタン合金部品の窒化方法及び窒素及び中性ガスの吹付け装置 Pending JPH06212395A (ja)

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FR9212020 1992-10-09

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