JPH0797676A - チタン製ボルト又はナットの表面処理方法 - Google Patents
チタン製ボルト又はナットの表面処理方法Info
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- JPH0797676A JPH0797676A JP24519693A JP24519693A JPH0797676A JP H0797676 A JPH0797676 A JP H0797676A JP 24519693 A JP24519693 A JP 24519693A JP 24519693 A JP24519693 A JP 24519693A JP H0797676 A JPH0797676 A JP H0797676A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】ＣＯ2 及びＮ2 のうち１種以上とＡｒ及びＨｅ
のうち１種以上との混合ガス環境、あるいはＣＯ2 とＮ
2 との混合ガス環境、あるいはＮ2 ガス環境下で７００
℃以上の温度で加熱処理してチタン製ボルト又はナット
に表面硬化層を形成する。 【効果】少ない工程でしかも比較的低温であっても焼き
付きを防止できかつ大きな軸力が得られる表面層を形成
することが可能なチタン製ボルト又はナットの表面処理
方法が提供される。
のうち１種以上との混合ガス環境、あるいはＣＯ2 とＮ
2 との混合ガス環境、あるいはＮ2 ガス環境下で７００
℃以上の温度で加熱処理してチタン製ボルト又はナット
に表面硬化層を形成する。 【効果】少ない工程でしかも比較的低温であっても焼き
付きを防止できかつ大きな軸力が得られる表面層を形成
することが可能なチタン製ボルト又はナットの表面処理
方法が提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はチタン製ボルト又はナ
ットの表面処理方法に関する。
ットの表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来技術】従来ボルトやナットは、鉄鋼製のものが一
般的に用いられているが、近年重量の軽減あるいはメン
テナンスフリーとなる優れた耐食性という観点からチタ
ン製のものが開発されている。しかしながら、チタン材
は非常に焼き付きやすく、これを改善するために何らか
の表面処理が必要となっている。また、鉄鋼に比べチタ
ン材はヤング率が低いため、従来の鉄鋼製のものと同等
の軸力を得るためには、締め付けトルクを従来に比べて
大きくしなければならない。締め付けトルクを大きくし
た場合には、いっそう焼き付きが生じやすく、その点で
も表面処理等による焼き付き防止が必要である。
般的に用いられているが、近年重量の軽減あるいはメン
テナンスフリーとなる優れた耐食性という観点からチタ
ン製のものが開発されている。しかしながら、チタン材
は非常に焼き付きやすく、これを改善するために何らか
の表面処理が必要となっている。また、鉄鋼に比べチタ
ン材はヤング率が低いため、従来の鉄鋼製のものと同等
の軸力を得るためには、締め付けトルクを従来に比べて
大きくしなければならない。締め付けトルクを大きくし
た場合には、いっそう焼き付きが生じやすく、その点で
も表面処理等による焼き付き防止が必要である。
【０００３】現在、チタン材に適用されている表面処理
方法には、イオンプレーティングに代表されるＰＶＤ
（Physical Vapor Deposition ）法やＣＶＤ（Chemical
VaporDeposition ）法などがある。
方法には、イオンプレーティングに代表されるＰＶＤ
（Physical Vapor Deposition ）法やＣＶＤ（Chemical
VaporDeposition ）法などがある。
【０００４】また、チタンまたはチタン合金材における
ネジ部の焼き付き防止法としては、特開昭６１−１８４
２９０号公報において提案されているようにネジ部を所
定の粗さに加工し、加工面に酸化層を生成させた後、こ
の層表面に二硫化モリブデンとエポキシ樹脂からなる潤
滑被膜を形成することによりネジ部の焼き付きを防止す
る方法がある。
ネジ部の焼き付き防止法としては、特開昭６１−１８４
２９０号公報において提案されているようにネジ部を所
定の粗さに加工し、加工面に酸化層を生成させた後、こ
の層表面に二硫化モリブデンとエポキシ樹脂からなる潤
滑被膜を形成することによりネジ部の焼き付きを防止す
る方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のチタンの表面処
理方法における共通した欠点として、：（１）バッチ処
理方法に限定される、（２）処理時間が長い割には表面
から深い硬化層が得られない、（３）設備費が高い上に
工数が多い、（４）以上の結果として表面処理費用が高
価となる等が挙げられる。また、硬質クロムメッキ法な
どの適用も考えられるが、これをチタンに適用した場合
には、硬化層が薄く、耐久性や安全性に問題を有してい
る。さらに、このようなメッキはチタン素地との密着性
が低く、ボルトやナットのような摺動部分を持つ部材に
適用した場合には、摺動部分で表面被膜が破壊され、チ
タン表面が現れて焼き付きを生じる。
理方法における共通した欠点として、：（１）バッチ処
理方法に限定される、（２）処理時間が長い割には表面
から深い硬化層が得られない、（３）設備費が高い上に
工数が多い、（４）以上の結果として表面処理費用が高
価となる等が挙げられる。また、硬質クロムメッキ法な
どの適用も考えられるが、これをチタンに適用した場合
には、硬化層が薄く、耐久性や安全性に問題を有してい
る。さらに、このようなメッキはチタン素地との密着性
が低く、ボルトやナットのような摺動部分を持つ部材に
適用した場合には、摺動部分で表面被膜が破壊され、チ
タン表面が現れて焼き付きを生じる。
【０００６】一方、上述した特開昭６１−１８４２９０
号公報で提案されている方法の場合には、難加工性のチ
タン材を所定の粗さまで加工しなければならず、工数が
多く高価なものとなってしまう。さらに、二硫化モリブ
デンのような潤滑材では、屋外で風雨にさらされた場合
には、徐々に潤滑材が消耗して潤滑の効果がなくなると
いう不都合が生じる。
号公報で提案されている方法の場合には、難加工性のチ
タン材を所定の粗さまで加工しなければならず、工数が
多く高価なものとなってしまう。さらに、二硫化モリブ
デンのような潤滑材では、屋外で風雨にさらされた場合
には、徐々に潤滑材が消耗して潤滑の効果がなくなると
いう不都合が生じる。
【０００７】また、本願発明者らはすでにＣａＣＯ3 粉
末を用いたパックプロセスによるチタン材の表面処理を
提案している（特開昭６３−１９５２５８）。この方法
は、上記従来の方法に比較して短時間処理により非常に
高い表面硬度と深い硬化層が得られる利点を有してい
る。しかしながら、（１）表面処理温度がＣａＣＯ3 粉
末の分解温度である８９８℃以上に限定される（２）Ｃ
ａＣＯ3 粉末をパックするため工数が多くなる等の欠点
を有している。
末を用いたパックプロセスによるチタン材の表面処理を
提案している（特開昭６３−１９５２５８）。この方法
は、上記従来の方法に比較して短時間処理により非常に
高い表面硬度と深い硬化層が得られる利点を有してい
る。しかしながら、（１）表面処理温度がＣａＣＯ3 粉
末の分解温度である８９８℃以上に限定される（２）Ｃ
ａＣＯ3 粉末をパックするため工数が多くなる等の欠点
を有している。
【０００８】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、少ない工程でしかも比較的低温であっても
焼き付きを防止できかつ大きな軸力が得られる表面層を
形成することが可能なチタン製ボルト又はナットの表面
処理方法を提供することを目的とする。
のであって、少ない工程でしかも比較的低温であっても
焼き付きを防止できかつ大きな軸力が得られる表面層を
形成することが可能なチタン製ボルト又はナットの表面
処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】本願発明は、上
記の課題を解決するために、チタン製ボルトあるいはナ
ットをＣＯ2 又は窒素を含む環境下で加熱処理をするこ
とを特徴とするチタン製ボルト及びナットの表面処理方
法を提供する。これにより、酸素及び炭素、又は窒素が
固溶した深い表面硬化層を得ることができる。
記の課題を解決するために、チタン製ボルトあるいはナ
ットをＣＯ2 又は窒素を含む環境下で加熱処理をするこ
とを特徴とするチタン製ボルト及びナットの表面処理方
法を提供する。これにより、酸素及び炭素、又は窒素が
固溶した深い表面硬化層を得ることができる。
【００１０】この場合、ＣＯ2 はチタン材の表面で還元
されて酸素及び炭素源として働く。酸素及び炭素はいず
れもチタン材に対して顕著な固溶硬化能を示す。酸素及
び炭素はチタン材のα域、β域の両相において固溶度が
十分高く、また両元素とも侵入型元素であり拡散速度が
著しく速いので、α域，β域のいずれの温度域において
も従来法と比較して著しく短時間の処理により高い表面
硬度と深い硬化層が得られることとなる。そして、酸
素、炭素の拡散による表面硬化層の形成であるため、該
硬化層は耐剥離性に優れている。このため、ネジ部のよ
うな摺動部分での焼き付き防止に効果がある。また、窒
素も酸素や炭素と同様にチタン材に対して固溶硬化能を
示し、その表面硬化層も焼き付き防止の効果がある。
されて酸素及び炭素源として働く。酸素及び炭素はいず
れもチタン材に対して顕著な固溶硬化能を示す。酸素及
び炭素はチタン材のα域、β域の両相において固溶度が
十分高く、また両元素とも侵入型元素であり拡散速度が
著しく速いので、α域，β域のいずれの温度域において
も従来法と比較して著しく短時間の処理により高い表面
硬度と深い硬化層が得られることとなる。そして、酸
素、炭素の拡散による表面硬化層の形成であるため、該
硬化層は耐剥離性に優れている。このため、ネジ部のよ
うな摺動部分での焼き付き防止に効果がある。また、窒
素も酸素や炭素と同様にチタン材に対して固溶硬化能を
示し、その表面硬化層も焼き付き防止の効果がある。
【００１１】加熱処理の環境は、ＣＯ2 及びＮ2 のうち
１種以上とＡｒ及びＨｅのうち１種以上との混合ガス環
境、あるいはＣＯ2 とＮ2 の混合ガス環境、あるいはＮ
2 ガス環境であることが好ましい。Ａｒ，Ｈｅガスはチ
タン材に対して不活性であり、ＣＯ2 分圧を下げ、ＣＯ
2 によるチタン材の過剰酸化を防止し、表面処理後のボ
ルト及びナットの表面荒れを防ぎ、製品としての歩留ま
り低下を抑制する。また、Ｎ2 はチタンと反応して緻密
な窒化層を形成するが、ＣＯ2 のようにチタン材の表面
を荒らすことはない。つまり、これらのＡｒ，Ｈｅ，Ｎ
2 混合ガスの成分組成は表面荒れに影響を及ぼさず、Ｃ
Ｏ2 分圧比が主に表面硬化特性及び表面荒れに影響を及
ぼす。このため表面硬化処理後の製品の歩留まり低下を
抑制するための表面荒れ防止には、ＣＯ2 分圧比を一定
範囲内に制御することが必要であり、この値を１／２以
下とすることが好ましい。
１種以上とＡｒ及びＨｅのうち１種以上との混合ガス環
境、あるいはＣＯ2 とＮ2 の混合ガス環境、あるいはＮ
2 ガス環境であることが好ましい。Ａｒ，Ｈｅガスはチ
タン材に対して不活性であり、ＣＯ2 分圧を下げ、ＣＯ
2 によるチタン材の過剰酸化を防止し、表面処理後のボ
ルト及びナットの表面荒れを防ぎ、製品としての歩留ま
り低下を抑制する。また、Ｎ2 はチタンと反応して緻密
な窒化層を形成するが、ＣＯ2 のようにチタン材の表面
を荒らすことはない。つまり、これらのＡｒ，Ｈｅ，Ｎ
2 混合ガスの成分組成は表面荒れに影響を及ぼさず、Ｃ
Ｏ2 分圧比が主に表面硬化特性及び表面荒れに影響を及
ぼす。このため表面硬化処理後の製品の歩留まり低下を
抑制するための表面荒れ防止には、ＣＯ2 分圧比を一定
範囲内に制御することが必要であり、この値を１／２以
下とすることが好ましい。
【００１２】加熱処理の際のガス圧は特に限定されない
が、１．５×１０5 Ｐａ以下であることが好ましい。こ
れは、使用する加熱炉の耐圧を考慮し、安全に操業可能
な全圧だからである。
が、１．５×１０5 Ｐａ以下であることが好ましい。こ
れは、使用する加熱炉の耐圧を考慮し、安全に操業可能
な全圧だからである。
【００１３】加熱処理の環境として、窒素を含む溶融塩
もチタン材の表面に窒化物の硬化層を形成する点で、有
効である。ＣＯ2 を含む環境での処理の場合、加熱処理
はチタン材とＣＯ2 とを活性化し、これらの間の反応を
促進させるために行う。従って、高温度であるほど、Ｃ
Ｏ2 ガスの分解が速く生じ、併せて酸素及び炭素のチタ
ン中での拡散速度も速くなるため、深い硬化層を得るこ
とができる。焼き付きを防止し、かつ高い軸力を得るこ
とを目的とすると、実用的には１０時間以内の硬化処理
によってビッカース硬度で５００以上の硬化層を深さ５
μｍ以上形成することが好ましく、このような観点から
は加熱温度が７００℃以上であることが要求される。ま
た、窒素ガス環境下での処理の場合にも加熱はチタン材
との反応を促進するために行い、同様に高温の方が深い
硬化層が得られ、同様に実用的な表面硬化層の厚さの観
点から加熱温度が７００℃以上であることが要求され
る。
もチタン材の表面に窒化物の硬化層を形成する点で、有
効である。ＣＯ2 を含む環境での処理の場合、加熱処理
はチタン材とＣＯ2 とを活性化し、これらの間の反応を
促進させるために行う。従って、高温度であるほど、Ｃ
Ｏ2 ガスの分解が速く生じ、併せて酸素及び炭素のチタ
ン中での拡散速度も速くなるため、深い硬化層を得るこ
とができる。焼き付きを防止し、かつ高い軸力を得るこ
とを目的とすると、実用的には１０時間以内の硬化処理
によってビッカース硬度で５００以上の硬化層を深さ５
μｍ以上形成することが好ましく、このような観点から
は加熱温度が７００℃以上であることが要求される。ま
た、窒素ガス環境下での処理の場合にも加熱はチタン材
との反応を促進するために行い、同様に高温の方が深い
硬化層が得られ、同様に実用的な表面硬化層の厚さの観
点から加熱温度が７００℃以上であることが要求され
る。
【００１４】また、上述のように窒素の供給源としてシ
アン酸リチウムのような窒素を含む溶融塩を用いること
も可能であり、この場合にも、加熱処理はチタン材との
反応を促進し、高温の方がより深い硬化層が得られる。
この場合には、実用的な表面硬化層の厚さの観点から、
加熱温度を５５０℃以上にすることが要求される。
アン酸リチウムのような窒素を含む溶融塩を用いること
も可能であり、この場合にも、加熱処理はチタン材との
反応を促進し、高温の方がより深い硬化層が得られる。
この場合には、実用的な表面硬化層の厚さの観点から、
加熱温度を５５０℃以上にすることが要求される。
【００１５】本願発明の熱処理に際しては、気密性の高
い一般の熱処理炉（ピット炉や管状炉）、又は鋼の浸炭
や窒化処理に用いられる工業炉を利用することができる
が、これらに限定されるものではなく、種々の炉を用い
ることが可能である。
い一般の熱処理炉（ピット炉や管状炉）、又は鋼の浸炭
や窒化処理に用いられる工業炉を利用することができる
が、これらに限定されるものではなく、種々の炉を用い
ることが可能である。
【００１６】加熱処理の実例を挙げると、上述したピッ
ト炉、管状炉、または工業溶炉の中にチタン製ボルト及
びあるいはナットを挿入後、昇温前にまずＡｒ，Ｈｅな
どのチタンに対して不活性なガス、あるいはチタン材の
表面荒れを起こさないＮ2 を連続的に吹き込んで炉内を
パージした後、所定ガス分圧比に制御された混合ガスに
切り替えて、昇温し、加熱処理を行う。これにより表面
硬化層が形成される。加熱硬化処理後、処理材を炉冷ま
たは急冷する。
ト炉、管状炉、または工業溶炉の中にチタン製ボルト及
びあるいはナットを挿入後、昇温前にまずＡｒ，Ｈｅな
どのチタンに対して不活性なガス、あるいはチタン材の
表面荒れを起こさないＮ2 を連続的に吹き込んで炉内を
パージした後、所定ガス分圧比に制御された混合ガスに
切り替えて、昇温し、加熱処理を行う。これにより表面
硬化層が形成される。加熱硬化処理後、処理材を炉冷ま
たは急冷する。
【００１７】上述したように、本願発明例におけるチタ
ン材の表面硬化機構は、雰囲気ガス中のＣＯ2 ガスがチ
タン表面で還元され酸素と炭素に分解して、これらがチ
タン表面から拡散して固溶硬化によりチタン材の表面が
硬化すること、あるいは窒素による表面硬化に基づいて
いる。したがって、処理温度の制約がなく、前述したパ
ックプロセスでは不可能であった８９８℃以下での処理
が可能となる。
ン材の表面硬化機構は、雰囲気ガス中のＣＯ2 ガスがチ
タン表面で還元され酸素と炭素に分解して、これらがチ
タン表面から拡散して固溶硬化によりチタン材の表面が
硬化すること、あるいは窒素による表面硬化に基づいて
いる。したがって、処理温度の制約がなく、前述したパ
ックプロセスでは不可能であった８９８℃以下での処理
が可能となる。
【００１８】この加熱処理のままでも十分に焼き付きを
防止可能であり、大きなトルクにより高い軸力を得るこ
とが可能となるが、より高い軸力を得るべくさらに大き
なトルクでの締め付けを可能にするためには、熱処理後
にフッ素樹脂でのコーティングを施すことが望ましい。
フッ素樹脂でのコーティングにより、ボルトとナットと
の表面での摩擦が抑制され、潤滑が良くなり、より一層
焼き付き防止効果が大きくなるからである。
防止可能であり、大きなトルクにより高い軸力を得るこ
とが可能となるが、より高い軸力を得るべくさらに大き
なトルクでの締め付けを可能にするためには、熱処理後
にフッ素樹脂でのコーティングを施すことが望ましい。
フッ素樹脂でのコーティングにより、ボルトとナットと
の表面での摩擦が抑制され、潤滑が良くなり、より一層
焼き付き防止効果が大きくなるからである。
【００１９】なお、本発明に係る表面処理方法が対象と
するチタン材は、純チタン、チタン合金を総称するもの
であり、本発明の原理上合金による制約はない。また、
この発明の表面処理方法は、どのような製造方法を経て
製作されたチタン材製ボルトあるいはナットに対しても
適用することが可能である。すなわち、溶製材を鍛造・
機械加工したもの、あるいは粉末冶金法で直接ネットシ
ェイプ成形されたものであっても同様な効果を得ること
ができる。更に、ボルトやナットの寸法によらず、同様
の効果が得られる。このように、本願発明の特許が適用
されるボルト又はナットを構成するチタン合金の種類及
びプロセスによる制限がないことも本願発明の大きな特
徴である。
するチタン材は、純チタン、チタン合金を総称するもの
であり、本発明の原理上合金による制約はない。また、
この発明の表面処理方法は、どのような製造方法を経て
製作されたチタン材製ボルトあるいはナットに対しても
適用することが可能である。すなわち、溶製材を鍛造・
機械加工したもの、あるいは粉末冶金法で直接ネットシ
ェイプ成形されたものであっても同様な効果を得ること
ができる。更に、ボルトやナットの寸法によらず、同様
の効果が得られる。このように、本願発明の特許が適用
されるボルト又はナットを構成するチタン合金の種類及
びプロセスによる制限がないことも本願発明の大きな特
徴である。
【００２０】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
ここではチタン材としてＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ合金を
用い、Ｍ１４のボルトに適合するナットを素粉末混合法
（純チタン粉末と、マスターアロイ粉末とを混合し、こ
の粉末を成形し、その後成形体を焼結する方法）により
作製した。試料作製の際の成形圧力は、５．０ｔｏｎ／
ｃｍ2 として、焼結は１０-5Torrオーダーの真空中にお
いて１２５０℃で４時間加熱することにより行った。ま
た、Ｍ１４のボルトを切削加工により圧延材から作製し
た。
ここではチタン材としてＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ合金を
用い、Ｍ１４のボルトに適合するナットを素粉末混合法
（純チタン粉末と、マスターアロイ粉末とを混合し、こ
の粉末を成形し、その後成形体を焼結する方法）により
作製した。試料作製の際の成形圧力は、５．０ｔｏｎ／
ｃｍ2 として、焼結は１０-5Torrオーダーの真空中にお
いて１２５０℃で４時間加熱することにより行った。ま
た、Ｍ１４のボルトを切削加工により圧延材から作製し
た。
【００２１】表面硬化処理は管状炉を用いて行った。こ
の炉はＣＯ2 ，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ2 の混合ガスを利用する
ことが可能であり、付属のガス分析装置によりガス濃度
を分析した。
の炉はＣＯ2 ，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ2 の混合ガスを利用する
ことが可能であり、付属のガス分析装置によりガス濃度
を分析した。
【００２２】焼き付き防止については、図１に示すトル
ク試験によって評価した。この試験はボルト１に歪みゲ
ージ２を張り付けて、所定のトルクでナット３をボルト
１に締め付け、歪ゲージ２から測定した歪の値とヤング
率より、軸力を算出するものである。なお、ポルト１と
ナット３との間にはダミーブロック４を介在させた。こ
の際に、トルク−歪線図より判断して、トルク１５ｋｇ
−ｍのときの軸力を求めた。また、ナットを取り外した
後、ボルト及びナットの表面観察により焼き付きの有無
を調査した。
ク試験によって評価した。この試験はボルト１に歪みゲ
ージ２を張り付けて、所定のトルクでナット３をボルト
１に締め付け、歪ゲージ２から測定した歪の値とヤング
率より、軸力を算出するものである。なお、ポルト１と
ナット３との間にはダミーブロック４を介在させた。こ
の際に、トルク−歪線図より判断して、トルク１５ｋｇ
−ｍのときの軸力を求めた。また、ナットを取り外した
後、ボルト及びナットの表面観察により焼き付きの有無
を調査した。
【００２３】次に、熱処理条件を種々変化させて実験を
行った結果について説明する。実験に用いたガスはＣＯ
2 ，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ2 で、全圧、ＣＯ2 ガス分圧比やＮ
2 ガス分圧比、処理温度を制御した。このような処理材
について、トルク係数値の測定、及び焼き付き評価を行
った。
行った結果について説明する。実験に用いたガスはＣＯ
2 ，Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ2 で、全圧、ＣＯ2 ガス分圧比やＮ
2 ガス分圧比、処理温度を制御した。このような処理材
について、トルク係数値の測定、及び焼き付き評価を行
った。
【００２４】（実施例１）全圧を１×１０5 Ｐａ、ＣＯ
2 ガス分圧比を１／５に設定し、５００℃〜１０００℃
で３時間加熱処理後、炉冷してサンプルを作製した。こ
こでは、フッ素樹脂コーティングは行わなかった。その
後、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無
を調査した。その結果を表１及び図２に示す。
2 ガス分圧比を１／５に設定し、５００℃〜１０００℃
で３時間加熱処理後、炉冷してサンプルを作製した。こ
こでは、フッ素樹脂コーティングは行わなかった。その
後、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無
を調査した。その結果を表１及び図２に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】これらの結果から明らかなように、加熱温
度が７００℃以上の場合には、トルク係数が低く、大き
な軸力が得られ、また焼き付きの発生も認められなかっ
た。しかしながら、加熱温度が７００℃より低い場合に
は、トルク係数が高く、７００℃以上の場合と同等の軸
力を得るためには、大きなトルクを必要とし、７００℃
以上の場合と同等のトルクで焼き付きの発生が認められ
た。
度が７００℃以上の場合には、トルク係数が低く、大き
な軸力が得られ、また焼き付きの発生も認められなかっ
た。しかしながら、加熱温度が７００℃より低い場合に
は、トルク係数が高く、７００℃以上の場合と同等の軸
力を得るためには、大きなトルクを必要とし、７００℃
以上の場合と同等のトルクで焼き付きの発生が認められ
た。
【００２７】（実施例２）全圧を１×１０5 Ｐａに設定
し、ＣＯ2 ガス分圧比を１／５０〜２／３と変化させ、
８００℃で３時間加熱処理後、炉冷してサンプルを作製
した。ここではフッ素樹脂コーティングは行わなかっ
た。その後、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付
きの有無を調査した。その結果を表２及び図３に示す。
し、ＣＯ2 ガス分圧比を１／５０〜２／３と変化させ、
８００℃で３時間加熱処理後、炉冷してサンプルを作製
した。ここではフッ素樹脂コーティングは行わなかっ
た。その後、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付
きの有無を調査した。その結果を表２及び図３に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】これらの結果から明らかなように、ＣＯ2
ガス分圧比が１／５０でも十分な硬化層が得られ、トル
ク係数は低く、焼き付き防止に効果があることが確認さ
れた。しかしながら、ＣＯ2 ガス分圧比が１／２を超え
た場合には、酸化により表面が荒れ、円滑なナットの締
め付けが行えず焼き付きが生じた。
ガス分圧比が１／５０でも十分な硬化層が得られ、トル
ク係数は低く、焼き付き防止に効果があることが確認さ
れた。しかしながら、ＣＯ2 ガス分圧比が１／２を超え
た場合には、酸化により表面が荒れ、円滑なナットの締
め付けが行えず焼き付きが生じた。
【００３０】（実施例３）全圧を１×１０5 Ｐａ、ＣＯ
2 ガス分圧比が１／５のＣＯ2 ガスを含むＡｒガス環境
中で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷し、その後、
フッ素樹脂コーティングを行い、サンプルとした。そし
て、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無
を調査した。その結果を表３に示す。
2 ガス分圧比が１／５のＣＯ2 ガスを含むＡｒガス環境
中で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷し、その後、
フッ素樹脂コーティングを行い、サンプルとした。そし
て、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無
を調査した。その結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
【００３２】この結果から明らかなように、フッ素樹脂
コーティングによりトルク係数はいっそう小さくなり、
コーティング無しの場合に比較して大きな軸力が得られ
るようになり、焼き付きの発生も認められなかった。
コーティングによりトルク係数はいっそう小さくなり、
コーティング無しの場合に比較して大きな軸力が得られ
るようになり、焼き付きの発生も認められなかった。
【００３３】（実施例４）全圧を１×１０5 Ｐａとし、
Ｎ2 ガス分圧比が２／３のＮ2 ガスを含むＡｒガス又は
Ｈｅガス環境に設定し、４００〜１０００℃で３時間加
熱処理後、炉冷してサンプルを作製した。ここではフッ
素樹脂コーティングは行わなかった。その後、トルク試
験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無を調査した。
その結果を表４及び図４に示す。
Ｎ2 ガス分圧比が２／３のＮ2 ガスを含むＡｒガス又は
Ｈｅガス環境に設定し、４００〜１０００℃で３時間加
熱処理後、炉冷してサンプルを作製した。ここではフッ
素樹脂コーティングは行わなかった。その後、トルク試
験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無を調査した。
その結果を表４及び図４に示す。
【００３４】
【表４】
【００３５】これらの結果から明らかなように、加熱温
度が７００℃以上の場合には、トルク係数が低く、大き
な軸力が得られ、また焼き付きの発生も認められなかっ
た。しかしながら、加熱温度が７００℃より低い場合に
は、トルク係数が高く、７００℃以上の場合と同等の軸
力を得るためには、大きなトルクを必要とする。さらに
７００℃以上の場合と同等のトルクで焼き付きの発生が
認められた。
度が７００℃以上の場合には、トルク係数が低く、大き
な軸力が得られ、また焼き付きの発生も認められなかっ
た。しかしながら、加熱温度が７００℃より低い場合に
は、トルク係数が高く、７００℃以上の場合と同等の軸
力を得るためには、大きなトルクを必要とする。さらに
７００℃以上の場合と同等のトルクで焼き付きの発生が
認められた。
【００３６】（実施例５）全圧を１×１０5 Ｐａとし、
Ｎ2 ガス分圧比を１／５〜５／５に設定し、７００℃で
３時間加熱処理後、炉冷してサンプルを作製した。ここ
ではフッ素樹脂コーティングは行わなかった。その後、
トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無を調
査した。その結果を表５及び図５に示す。
Ｎ2 ガス分圧比を１／５〜５／５に設定し、７００℃で
３時間加熱処理後、炉冷してサンプルを作製した。ここ
ではフッ素樹脂コーティングは行わなかった。その後、
トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの有無を調
査した。その結果を表５及び図５に示す。
【００３７】
【表５】
【００３８】これらの結果から明らかなように、Ｎ2 ガ
ス分圧が１／２比以上で十分な表面硬化層が得られ、ト
ルク係数が低く、大きな軸力が得られ、また焼き付きの
発生も認められなかった。また、高いＮ2 ガス分圧比の
場合でも、窒化による表面の荒れは発生せず、焼き付き
防止は可能であった。
ス分圧が１／２比以上で十分な表面硬化層が得られ、ト
ルク係数が低く、大きな軸力が得られ、また焼き付きの
発生も認められなかった。また、高いＮ2 ガス分圧比の
場合でも、窒化による表面の荒れは発生せず、焼き付き
防止は可能であった。
【００３９】（実施例６）Ｌｉ（ＣＮＯ）環境下で、２
００〜７００℃で３時間加熱処理してサンプルを作製し
た。ここではフッ素樹脂コーティングは行わなかった。
その後、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの
有無を調査した。その結果を表６及び図６に示す。
００〜７００℃で３時間加熱処理してサンプルを作製し
た。ここではフッ素樹脂コーティングは行わなかった。
その後、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの
有無を調査した。その結果を表６及び図６に示す。
【００４０】
【表６】
【００４１】これらの結果より明らかなように、窒素を
含む溶融塩、すなわち窒素イオン存在下の環境では、加
熱温度が５５０℃以上の場合に、トルク係数が低く、大
きな軸力が得られ、また焼き付きの発生も認められなか
った。
含む溶融塩、すなわち窒素イオン存在下の環境では、加
熱温度が５５０℃以上の場合に、トルク係数が低く、大
きな軸力が得られ、また焼き付きの発生も認められなか
った。
【００４２】（実施例７）全圧を１×１０5 Ｐａとし、
Ｎ2 ガス分圧比が２／３のＮ2 ガスを含むＡｒガス雰囲
気中で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷し、その
後、フッ素樹脂コーティングを行い、サンプルとした。
そして、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの
有無を調査した。その結果を表７に示す。
Ｎ2 ガス分圧比が２／３のＮ2 ガスを含むＡｒガス雰囲
気中で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷し、その
後、フッ素樹脂コーティングを行い、サンプルとした。
そして、トルク試験を行い、トルク係数及び焼き付きの
有無を調査した。その結果を表７に示す。
【００４３】
【表７】
【００４４】この結果より明らかなように、フッ素樹脂
コーティングによりトルク係数は一層小さくなり、コー
ティング無しの場合に比較して大きな軸力が得られるよ
うになり、焼き付きの発生も認められなかった。
コーティングによりトルク係数は一層小さくなり、コー
ティング無しの場合に比較して大きな軸力が得られるよ
うになり、焼き付きの発生も認められなかった。
【００４５】（実施例８）全圧を０．５×１０5 Ｐａか
ら１．５×１０5 Ｐａとし、ＣＯ2 ガス分圧比が１／３
のＣＯ2 ガスを含むＡｒガス雰囲気中で、あるいはＮ2
ガス雰囲気中で８００℃で３時間加熱処理後、炉冷して
サンプルを作製した。ここではフッ素樹脂コーティング
は行わなかった。その後トルク試験を行い、トルク係数
及び焼き付きの有無を調査した。その結果を表８に示
す。
ら１．５×１０5 Ｐａとし、ＣＯ2 ガス分圧比が１／３
のＣＯ2 ガスを含むＡｒガス雰囲気中で、あるいはＮ2
ガス雰囲気中で８００℃で３時間加熱処理後、炉冷して
サンプルを作製した。ここではフッ素樹脂コーティング
は行わなかった。その後トルク試験を行い、トルク係数
及び焼き付きの有無を調査した。その結果を表８に示
す。
【００４６】
【表８】
【００４７】表８から明らかなように、ガス分圧比が本
発明の範囲内であれば、高い軸力が得られ、かつ焼き付
きが生じないことが判明した。 （比較例）比較例として、（１）表面処理を施していな
いチタン製ボルト及びナットの組み合わせの場合、
（２）全圧を１×１０5 Ｐａとし、酸素ガス雰囲気中
で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷した場合、
（３）全圧を１×１０5 Ｐａとし、Ａｒガス雰囲気中
で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷した場合、
（４）ＴｉＮコーティングを施したチタン製ボルト及び
ナットの組み合わせの場合、（５）二硫化モリブデンと
エポキシ樹脂で処理を施したチタン製ボルト及びナット
の組み合わせの場合におけるトルク試験結果を表９に示
す。なお、（６）本発明例の場合のトルク試験結果も併
記した。本発明例として、ＣＯ2 ガス分圧比１／５のＣ
Ｏ2 ガスを含むＡｒガス雰囲気中で、８００℃で３時間
加熱処理後、炉冷したサンプルを用いた。
発明の範囲内であれば、高い軸力が得られ、かつ焼き付
きが生じないことが判明した。 （比較例）比較例として、（１）表面処理を施していな
いチタン製ボルト及びナットの組み合わせの場合、
（２）全圧を１×１０5 Ｐａとし、酸素ガス雰囲気中
で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷した場合、
（３）全圧を１×１０5 Ｐａとし、Ａｒガス雰囲気中
で、８００℃で３時間加熱処理後、炉冷した場合、
（４）ＴｉＮコーティングを施したチタン製ボルト及び
ナットの組み合わせの場合、（５）二硫化モリブデンと
エポキシ樹脂で処理を施したチタン製ボルト及びナット
の組み合わせの場合におけるトルク試験結果を表９に示
す。なお、（６）本発明例の場合のトルク試験結果も併
記した。本発明例として、ＣＯ2 ガス分圧比１／５のＣ
Ｏ2 ガスを含むＡｒガス雰囲気中で、８００℃で３時間
加熱処理後、炉冷したサンプルを用いた。
【００４８】
【表９】
【００４９】表９の結果から明らかなように、比較例で
は比較例２を除いていずれもトルク係数が大きく軸力が
小さかったが、本願発明の方法によって、トルク係数を
小さくして大きな軸力が得られ、また焼き付きも発生し
にくくなることが判明した。なお、比較例２の場合に
は、加熱処理後に表面に脆い酸化スケール層が形成さ
れ、トルク係数の測定は不可能であった。
は比較例２を除いていずれもトルク係数が大きく軸力が
小さかったが、本願発明の方法によって、トルク係数を
小さくして大きな軸力が得られ、また焼き付きも発生し
にくくなることが判明した。なお、比較例２の場合に
は、加熱処理後に表面に脆い酸化スケール層が形成さ
れ、トルク係数の測定は不可能であった。
【００５０】なお、上記実施例では、切削加工したボル
ト及び素粉末法で作製したナットを用いたが、これに限
るものではなく、たとえば機械加工によって作製したボ
ルトやナットにおいても同様の効果が得られる。
ト及び素粉末法で作製したナットを用いたが、これに限
るものではなく、たとえば機械加工によって作製したボ
ルトやナットにおいても同様の効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】本願発明によれば、少ない工程でしかも
比較的低温であっても焼き付きを防止できかつ大きな軸
力が得られる表面層を形成することが可能なチタン製ボ
ルト又はナットの表面処理方法が提供される。
比較的低温であっても焼き付きを防止できかつ大きな軸
力が得られる表面層を形成することが可能なチタン製ボ
ルト又はナットの表面処理方法が提供される。
【図１】実施例で用いたトルク試験の方法を示す図。
【図２】ＣＯ2 環境下での表面処理時の加熱温度と得ら
れた軸力との関係を示す図。
れた軸力との関係を示す図。
【図３】表面処理時のＣＯ2 ガス分圧比と得られた軸力
との関係を示す図。
との関係を示す図。
【図４】Ｎ2 環境下での表面処理時の加熱温度と得られ
た軸力との関係を示す図。
た軸力との関係を示す図。
【図５】表面処理時のＮ2 ガス分圧比と得られた軸力と
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図６】溶融塩中での表面処理時の加熱温度と得られた
軸力との関係を示す図。
軸力との関係を示す図。
１；ボルト、２；歪ゲージ、３；ナット、４；ダミーブ
ロック。
ロック。
Claims (7)
- 【請求項１】 ＣＯ2 又は窒素を含む環境下で加熱処理
して、チタン製ボルト又はナットに表面硬化層を形成す
ることを特徴とするチタン製ボルト又はナットの表面処
理方法。 - 【請求項２】 加熱処理の環境が、ＣＯ2 及びＮ2 のう
ち１種以上とＡｒ及びＨｅのうち１種以上との混合ガス
環境、あるいはＣＯ2 とＮ2 との混合ガス環境、あるい
はＮ2 ガス環境であることを特徴とする請求項１に記載
のチタン製ボルトあるいはナットの表面処理方法。 - 【請求項３】 加熱温度が７００℃以上であることを特
徴とする請求項２に記載のチタン製ボルトあるいはナッ
トの表面処理方法。 - 【請求項４】 ＣＯ2 ガス分圧比が１／２以下であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の
チタン製ボルトあるいはナットの表面処理方法。 - 【請求項５】 前記加熱処理の環境が、窒素を含む溶融
塩であることを特徴とする請求項１に記載のチタン製ボ
ルトあるいはナットの表面処理方法。 - 【請求項６】 加熱温度が５５０℃以上であることを特
徴とする請求項５に記載のチタン製ボルトあるいはナッ
トの表面処理方法。 - 【請求項７】 加熱処理後、表面にフッ素樹脂を塗布す
ることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載のチタ
ン製ボルトあるいはナットの表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5245196A JP2982579B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | チタン製ボルト又はナットの表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5245196A JP2982579B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | チタン製ボルト又はナットの表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797676A true JPH0797676A (ja) | 1995-04-11 |
| JP2982579B2 JP2982579B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=17130057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5245196A Expired - Fee Related JP2982579B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | チタン製ボルト又はナットの表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2982579B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002080958A (ja) * | 2000-09-11 | 2002-03-22 | Kiyotaka Matsuura | 金属材料表面に対する炭窒化物層形成方法及び表面に炭窒化物層を備えるチタン系金属材料 |
| EP1288328A1 (en) * | 2001-09-03 | 2003-03-05 | Fuji Oozx Inc. | Method for surface hardening a Ti alloy |
| US7008688B2 (en) | 2001-03-13 | 2006-03-07 | Osg Corporation | Hard multilayer coating, hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating, and method of forming the hard multilayer coating |
| JP2007517987A (ja) * | 2004-01-14 | 2007-07-05 | ハイ シァー コーポレイション | クロム酸塩を含まない耐腐食性コーティング |
| JP2007262498A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 発色を制御したチタン合金ボルトおよびナット |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006274392A (ja) | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Honda Motor Co Ltd | チタン合金製ボルト及び引張り強さが少なくとも８００ＭＰａであるチタン合金製ボルトの製造方法 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP5245196A patent/JP2982579B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002080958A (ja) * | 2000-09-11 | 2002-03-22 | Kiyotaka Matsuura | 金属材料表面に対する炭窒化物層形成方法及び表面に炭窒化物層を備えるチタン系金属材料 |
| JP4641091B2 (ja) * | 2000-09-11 | 2011-03-02 | 清隆 松浦 | 金属材料表面に対する炭窒化物層形成方法及び表面に炭窒化物層を備えるチタン系金属材料 |
| US7008688B2 (en) | 2001-03-13 | 2006-03-07 | Osg Corporation | Hard multilayer coating, hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating, and method of forming the hard multilayer coating |
| EP1288328A1 (en) * | 2001-09-03 | 2003-03-05 | Fuji Oozx Inc. | Method for surface hardening a Ti alloy |
| JP2007517987A (ja) * | 2004-01-14 | 2007-07-05 | ハイ シァー コーポレイション | クロム酸塩を含まない耐腐食性コーティング |
| JP2007262498A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 発色を制御したチタン合金ボルトおよびナット |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2982579B2 (ja) | 1999-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |