JPS5873760A

JPS5873760A - チタン又はチタン合金の表面処理方法

Info

Publication number: JPS5873760A
Application number: JP17129981A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shirokane; 白兼　誠; Seiichiro Kimura; 盛一郎木村
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1983-05-04

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】本発明は、チタン又はチタン合金の表面処理方法に係シ
、更に詳しくは、摺動部品や耐エロージ曹ン部品として
使用−されるチタン又はチタン合金から成る基材表面に
、高い硬度を肴し、且り耐゛摩純性の優れた表面Ｉ６！
１層管形成せしめる方法に関する。

従来よシ、チタン（Ｔｉ）及びチタン合金は、各種の酸
、アルカリ、その他の薬品等に対して優れた耐食性、耐
薬品性を有することが知られておシ、近年、化学プラン
ト用材料勢における需要が急速に高ｔ〕９つある。しか
しながら、Ｔｉ及びＴｉ合金は、耐摩耗性、耐焼付性及
び耐エロージヨン性が劣るために、その用途が制約され
ている。

即ちζＴｉ及びＴ１合金は、例えば、容器の内壁或いは
パイプ等のように、基材と、それＫｍ触する液体又は固
体との接触時における摩擦が比較的緩やかである部−材
ＫＩ！用する一場合には、極めて有効である。一方、例
えば、ネジ、パルプの弁、弁座、ポンプのスリーブ、プ
：、１ｙンジャー、メカニカルシール等の考酷な佼用条
、ト下において用いられる部材Ｋｌ！’用した場合には
ＩＩ’：’ｊ’、１１．．摩耗、焼付及びエロージョン
等が甚しく生起するために、実用に供することが出来な
いという欠点を有していえ。

かかる欠点管解消するために、Ｔｉ又はＴｉ合金から成
る基材表面を、高い硬度を有するニッケルーチタン（Ｎ
ｉ−Ｔｉ）化金物から成る合金層によ〕被覆する方法が
知られている。かかる方法としては、例えば、ケｔカル
ペーパーデポジシ璽ン法（ｃＶＩ）法）ＫよｈもＯ，Ｔ
ｉ−Ｎｉ粉末で基材５ｕｉｔ被覆する方法、或いは各種
硬質金属をメッキする方法勢が挙けられる。しかし、Ｇ
■法によれば、その製造時゛に、塩酸、塩素ガス又はア
ンモニアガス勢が発生するために、装置を腐食させ九〕
、公害問題をｌｌ″龜起こす等の問題点を有している。

又、Ｔｉ−Ｎｉ粉末で基材を被覆する方法においては、
残存空孔が生ずること中素地との書着力が劣ゐ等Ｏ問厘
点管有してお〕、夏に、メッキによる方法においては、
複雑な前Ｍ！ｌｔｌ’Ｌ、且りメッキ！６思に長時間會
必彎とする等ＯＭＩＩ点管有している。

１′ 本発明は、上記した問題点を解消ぜんとして成、：・１されたものであ−ル、その目的は、比較的簡便な操作に
よル、基材表ＷＪの任意の部分に優れえ耐聯−を有する
旭履層を付与する方法を提供するにある。

本発倒看らは、鋭意検討を重ねた結果、Ｔ１又はＴｉ合
金とその表面に被覆形成したＮｉ又はＮｉ合金とｔ溶着
せしめた合金層を形成するととによシ、上記目的が達成
出来ることを見出し、本発明を完成するに到りた。

即ち、本発明のチタン又はチタン合金の表面処理方法は
、チタン又はチタン合金から成る基材表面を、ニッケル
又はニッケル合金から成る層！被覆も１次いで、該基材
表面とニッケル又はニッケル合金から成る層とを加熱合
金化せしめることを特徴とするものである。

以下において、本発ｖＡｆ、？！に詳しく説明する。

本発明の表面処理方法は、先ず、チタン又はチ′タン合
金から成る基材表面ｔｓ　ニッケル又はニッケル合金か
ら成る層で被覆する。かかる被覆方法としては、例えば
、ニッケル又はニッケル合金の粉末を直接被覆せしめて
も良いし、又、上記粉末をバインダー郷に分散したもの
ｔｍ布したものであっても良い。災に、電解メッキ、無
電解メッキ法等によるメッキ法を採用することも出来る
が、工程が繁雑になるため、塗布法等によることが好ま
しい。塗布法において使用されるバインダーとしては、
例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、パ
ラフィン、樟脳、ステアリン酸等が挙げられる。これら
は溶剤Ｋ１１解もしくは分散し九ものであっても良く、
かかる溶剤として鉱、例えば、脱イオン水、アル；−ル
等が挙げられる。

上記被覆処理を施すＩＩ　Ｋ　％バインダー等を用いて
被覆処ｍを行なった場合には、加熱合金化処理を施す前
に、予めバインダー等の除去処ｆｆｉを行なうことが好
ましい。かかる処理は、例えば、１００〜Ｇ４０″ＣＯ
温度において、４Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ以下に減圧し、ｌ
Ｏ〜６０分ａｍ行なうものである。

基材表面上に被覆形成する層は、必ずしも一層である必
要はなく、組成の異なるＮｉ及び／又はＮｉ合金層の他
に、アルミニウム（Ｍ）、錫（８ｎ）、バナジウム（Ｖ
）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、モリブ
デン（Ｍｏ）及びマンガン（Ｍｒｓ）から成る群よ）遇
とれる１　＠　（」１＜は２１１以上の金属層が、一層
以上被覆形成され九ものであってもよい。

被嶺形成すべき金属層の膜厚は、形成すべき合金層の膜
厚によル適宜辿択することが好ましい。

本発明の表面処理方法は、次いで、合金層を形成するた
めに１加熱合金化処理を施す。かかる加熱合金化処理に
は、エネルギー密度で１０”　Ｗ／ｃｍ”以上の出力を
有するものであれば、いかなるものでも使用可能である
が、処理時間の、短縮、作！効率等を考慮すると、高出
力のものが好ましく、例えば、レーザ光、電子ビーム等
が挙げられる。これらのうちでも、と９わけ、ＣＯ，レ
ーザを使用することが好ましい。Ｃｏｔレーザの使用条
件は、形成すべき合金層の膜厚によシ種々選択すること
が出来るが、例え−ば、出力２に＊、　　ビーム径１　
ｍｍ　４度の条件が挙げられる。かかるレーず光の照射
は、不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましく、例え
ば、アルゴン（Ａｒ）勢が使用・される。

□、。

本発明において使用されるＴｉ、合金から成る基材とし
ては、Ｔｉｌ主成分とする合金であれに特に限定されな
いが、好ましくは、Ｎｉ、Ａｔ、８ｎ、Ｖ、Ｃｒ。

Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｏ及び庵から成る群よシ選ばれる１種も
しくは２種以上のものを、１６重量％以下の蓋で含有し
て成るものが挙げられる。

又、本発明において使用されるＮｉ合金としては、Ｎｉ
　を主成分とする合金であれば４ＩＫ限定されないが、
好ましくは、Ｔｉ　、Ａｚ、８ｎ　、Ｖ、Ｃｒ　、Ｃｕ
、ｒｅ、　Ｍ。

及び鳩から成る群よ）選ばれる１種もしくは２種以上の
ものを、゛１６重量％以下の量で含有して成るものであ
る。

以下において、実施例を掃け、本発明を更に詳しく説明
する。

実施、例１外＊　４０　ｍｍ　、内径１６ｍｍ及び厚さ１０　ｍｍ
　Ｙｔ有する純チタンから成る基材を、アセトンにて超
音波洗浄後、その外周面上に、バインダーとしてカルボ
キシメチルセルｐ−ステトリウム塩【用い、並びに脱イ
オン水１：使用して、その中に純ニッケ：：・ニル粉末（カーボニ友１ツヶル）ｔ−分散し友ものを、０
．１４　ｇ／ｃｍ”＠布した。次いで、４　Ｘ　１０−
’Ｔｏｒｒの減圧下で、８８０℃、３０分間加熱処理を
施し、バインダーを除去した。かかる基材に対し、ＣＯ
＊レーザ會使用して、Ａｒ雰囲気中、レーザ出力２鎧、
ビーム径１　ｍｍの条件で、レーザ光を振＠　ＩＱｍｍ
　。

振動数Ｉ　Ｈｚで振動させ、同時に試料を約０．３５ｒ
ｐｍで闘転させながら２分５０秒間照射を施し、基材Ｏ
外周面上に合金層を形成した。

上記処理を施して得られた基材について、Ｘ線回折法に
よ）その断面を分析したとζろ、基材表面層から約０．
４　ｍｍの厚さでＴｌ−Ｎｉ合金層が形成されているこ
とが確認された。

かくして得られ比処理基材及び無処理基材について、そ
れぞれ表面の硬さくマイクロビッカース硬さ：Ｈｖ）及
びアムスラ一式摩耗試験機による摩耗量ｔ−測測定た。

試験条件ｔａに、試験結果を菖１９に示す。

く耐摩耗性試験条件〉相手材＝ｌｓ人軸受軸受鋼重：　２　ｋ　ｇ　／　ｃｍ
”。

速度：　２Ｊ　Ｉｎ　／　Ｓｅｃ　、摩擦距離：６ＱＱ
ｍｊｉｉ１表実施例２外＠　４　Ｑ　ｍｍ　、内１１１４ｍｍ及び厚さ１０ｍ
ｍ１−有するチタン合金（Ｔ１１Ａｔ−４Ｖ　）から成
る基材の外Ｊｉｉ１′面上に１純ニツケル粉末な０−１
６　ｇ／Ｃｍ”　塗Ｉし、実施例１と同様の方法で合金
層を形成した。

上記Ｍ！ｔ−施して得られた基材についてＸ線回折法に
よルそＯ断面を分析し良ところ、基＃表面層から約０．
４ｍｍ０ｌ＃さてＴｌ−Ｎｉ合金層が形成されているこ
とが確認された。

かくして得られ次処理基材及び無処ｊ１ｉ基材にりいて
、それぞれ表面の硬さ及びアムスラ一式摩耗試験機によ
る摩耗量を、実施例１と同様の方法で測定した。結果ｔ
＄１１表に示す。

ｇｚ表実施例３外径４９ｍｍ、内１１１６ｍｍ及び厚さｌ　Ｑｒｒｘｎ
ｆ有するチタン合金（Ｔｉ−６ＡＡ−４Ｖ）から成る基
材の外ｊｌｌｈＫ、二ツ’Ｉｋ合金粉末（Ｎｉ　−６Ａ
Ａ−４Ｖ　）　ｔＯ，１６１７ｃｍ”　ｊｌ！［布し、
実施例１と同様の方法で合金層管形成し良。

上記処１１１１１Ｉｉシて得られた基材についてＸ線回
折法によルその断ｍを分析したところ、基材表面層から
約０．４ｒｒａｎＯ１ｇさでＴｉ−Ｎｉ合金層が形成さ
れていることが確認された。

かくして得られた処理品及び無旭履基材について、それ
ぞれ表面の硬さ及びアニス２一式摩□耗試験機による摩
耗量ｔ１実施例１と同様の方法で測定した。結果上第３
表に示す。

菖３表以上の結果遍ら明らかなように、本発明のｍａｒ旭履方
法によれば、チタン又はチタン合金から成る基板表面に
、゛高い硬度【有し、且つ耐摩耗性の優れた表面処履層
を、比較的簡便な操作によ〉付与せしめられることが確
ｌ！され良。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　チタン又はチタン合金から成る基材−表面を
、ニッケル又はニッケル合金から成る□層で被覆ケル合
金から成る層とを加熱合金化せしめることを特徴とする
チタン又はチタン合金の表面処理方法。
（２）　　チタン合金が、ニッケル、アルンニウム、錫
、バナジウム、クロム、銅、鉄、モリブデン及びマンガ
ンから成る°群よ゛シ遇ばれるＩＩＩもしくは２種以上
のものを、１６重量Ｘ以下の量で含有して成るものであ
る特許請求の範囲第１項記載のチタン又はチタン合金Ｏ
表面ｌＩ＆理方法。
（３）　　ニッケル合金が、チタン、プル５ニウム、錫
、バナジウム、りｐム、銅、鉄、モリブデン及びマンガ
ンから成る群よシ違ばれる１種の量で含有して成るもの
である特許請求の範囲第１ａ記載のチタン又はチタン合
金の表面（４）′基材表両とニッケル又はニッケル合金
から成る層の関に、更に、ニッケル又はニッケル合金か
ら成る層もしくはアルミニウム、錫、びマン゛ガンから
成る評よシ′選ばれる１種もしくは２種以上の金属層を
一層以上形成せしめて成る特許請求の範囲第１ａ記載の
チタン又はチタン合金の表面処理方法。（ｉ）　　加熱合金化ｔレーザ光によル施すもＯである
特許請求０ｍＨｅ１１１項記載のチタン又はチタン合金
の表面処理方法。