JPS6221865B2 - - Google Patents
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- JPS6221865B2 JPS6221865B2 JP5029880A JP5029880A JPS6221865B2 JP S6221865 B2 JPS6221865 B2 JP S6221865B2 JP 5029880 A JP5029880 A JP 5029880A JP 5029880 A JP5029880 A JP 5029880A JP S6221865 B2 JPS6221865 B2 JP S6221865B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/10—Oxidising
- C23C8/12—Oxidising using elemental oxygen or ozone
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、チタン材の表面に緻密な硬化層を
形成せしめ、耐エロージヨン性を付与するチタン
材の表面硬化方法に関するものである。
形成せしめ、耐エロージヨン性を付与するチタン
材の表面硬化方法に関するものである。
チタン材は、他の金属に比し良好な耐食性を有
していることから、各種プラント製品、部材に使
用されているが、チタン材の最大の欠点は、材質
が軟質のため、耐エロージヨン性に劣ることであ
る。
していることから、各種プラント製品、部材に使
用されているが、チタン材の最大の欠点は、材質
が軟質のため、耐エロージヨン性に劣ることであ
る。
このため、従来からチタン材の表面硬化方法が
種々研究され、例えば、下記のような方法が知ら
れている。
種々研究され、例えば、下記のような方法が知ら
れている。
(1) TiCをチタン材表面にコーテイングするPVD
法。
法。
(2) 表面を窒化することにより硬化させるイオン
窒化法。
窒化法。
(3) Mo、Ｗ、TiO2等のプラズマ・コーテイング
法。
法。
(4) 溶融塩中における酸化硬化法。
(5) 陽極酸化硬化法。
しかるに、上記方法は、チタン材に対し耐摩
擦、耐摩耗性を付与するため開発されたものであ
るから、処理するチタン材には制限があり、複雑
な形状を有する材料や、大型製品に対しては、そ
の実施がほとんど不可能で、コスト的にも非常に
高価となる問題があつた。
擦、耐摩耗性を付与するため開発されたものであ
るから、処理するチタン材には制限があり、複雑
な形状を有する材料や、大型製品に対しては、そ
の実施がほとんど不可能で、コスト的にも非常に
高価となる問題があつた。
そこで、最近、各種形状の材料、大型製品にも
実施が可能で、しかも低コストで硬化処理する方
法として、チタン材の加熱硬化処理方法が開発さ
れ、例えば、下記のような手段が提案されてい
る。
実施が可能で、しかも低コストで硬化処理する方
法として、チタン材の加熱硬化処理方法が開発さ
れ、例えば、下記のような手段が提案されてい
る。
(1) 窒素・酸素混合ガス（酸素10〜1000ppm混
入）中で加熱処理。
入）中で加熱処理。
(2) CO2ガス中で加熱処理。
(3) 被処理材表面にAlを蒸着した後加熱処理。
(4) Mo、Ｗ粉末中に被処理材を埋没させ、Arガ
ス中で加熱処理。
ス中で加熱処理。
しかるに、上記方法は、何れも被処理材を、
850〜1000℃の高温で加熱することが必要とされ
るため、被処理材に変態を招き、材料特性の劣化
する問題があつた。また、チタン材を高温の酸化
性雰囲気中で加熱すれば、表面に酸化チタンが生
じ硬化するが、前記酸化皮膜は、気孔性があり、
かつ剥離しやすいため、脆弱となる欠点があつ
た。
850〜1000℃の高温で加熱することが必要とされ
るため、被処理材に変態を招き、材料特性の劣化
する問題があつた。また、チタン材を高温の酸化
性雰囲気中で加熱すれば、表面に酸化チタンが生
じ硬化するが、前記酸化皮膜は、気孔性があり、
かつ剥離しやすいため、脆弱となる欠点があつ
た。
この発明は、上述のような観点から、チタン材
の表面に緻密で母材とは剥離し難い硬化皮膜層を
形成せしめることにより、耐エロージヨン性を付
与するチタン材の表面硬化方法を提供するもの
で、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウム
の粉末中に、チタン材を埋没させ、大気下で550
〜850℃の温度に加熱保持することにより、緻密
な硬化皮膜を生成させることに特徴を有するもの
である。
の表面に緻密で母材とは剥離し難い硬化皮膜層を
形成せしめることにより、耐エロージヨン性を付
与するチタン材の表面硬化方法を提供するもの
で、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウム
の粉末中に、チタン材を埋没させ、大気下で550
〜850℃の温度に加熱保持することにより、緻密
な硬化皮膜を生成させることに特徴を有するもの
である。
この発明方法において、チタン材を埋没させる
粉末に、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニ
ウムを使用した理由は、酸化マグネシウムあるい
は酸化アルミニウムは、大気中で550〜850℃に加
熱してもチタン材とは反応せず、安定したチタン
の酸化物が形成でき、また、空気中の酸素および
窒素を十分にチタン表面に供給し得ることによ
る。
粉末に、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニ
ウムを使用した理由は、酸化マグネシウムあるい
は酸化アルミニウムは、大気中で550〜850℃に加
熱してもチタン材とは反応せず、安定したチタン
の酸化物が形成でき、また、空気中の酸素および
窒素を十分にチタン表面に供給し得ることによ
る。
また、加熱温度を550〜850℃とした理由は、
550℃未満の温度では耐エロージヨン性を有する
緻密な硬化皮膜を形成させることができず、一方
850℃を超えると皮膜層が脆弱となり、また母材
の変態を招いて材料特性が劣化するからである。
550℃未満の温度では耐エロージヨン性を有する
緻密な硬化皮膜を形成させることができず、一方
850℃を超えると皮膜層が脆弱となり、また母材
の変態を招いて材料特性が劣化するからである。
更に、この発明方法においては、上記加熱処理
を、酸素が常時供給できる開放系大気中で行なう
もので、例えば一般の電気炉に通気孔を設け、こ
の通気孔から空気を自然対流またはフアン等を用
いて強制的に対流循環させながら、酸化マグネシ
ウムあるいは酸化アルミニウムの粉末中にチタン
材を埋没させ、前記チタン材の加熱処理を行な
う。
を、酸素が常時供給できる開放系大気中で行なう
もので、例えば一般の電気炉に通気孔を設け、こ
の通気孔から空気を自然対流またはフアン等を用
いて強制的に対流循環させながら、酸化マグネシ
ウムあるいは酸化アルミニウムの粉末中にチタン
材を埋没させ、前記チタン材の加熱処理を行な
う。
上記した加熱処理によつて、酸素、窒素の供給
は円滑に行なわれ、前記酸素、窒素がチタン材表
面から浸透することにより、安定した硬化皮膜層
が形成される。なお、一般の鉄製容器を使用した
加熱処理、あるいはSiO2の酸化物とチタン材を
接触させて行なう加熱処理では、Fe、Siの酸化
物が加熱処理温度においてチタンの酸化物より安
定ではなく、解離してチタン表面に付着する結
果、チタン表面に形成する硬化皮膜はまだら状と
なり、気孔性のある剥離しやすい皮膜となるた
め、上記した効果は得られない。
は円滑に行なわれ、前記酸素、窒素がチタン材表
面から浸透することにより、安定した硬化皮膜層
が形成される。なお、一般の鉄製容器を使用した
加熱処理、あるいはSiO2の酸化物とチタン材を
接触させて行なう加熱処理では、Fe、Siの酸化
物が加熱処理温度においてチタンの酸化物より安
定ではなく、解離してチタン表面に付着する結
果、チタン表面に形成する硬化皮膜はまだら状と
なり、気孔性のある剥離しやすい皮膜となるた
め、上記した効果は得られない。
次に、この発明を実施例により図面を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
実施例
酸化マグネシウムのルツボ状容器内に粒径100
μｍの酸化マグネシウム粉末を収容し、前記酸化
マグネシウム粉末中に、直径12mm、長さ50mmから
なるピン状のチタン材を埋没させ、酸素を供給し
ながら、カンタルヒータからなる電気炉により加
熱し、所定時間保持した。第１図には、上記加熱
温度を650℃とし、加熱保持時間を変化せしめた
ときの、硬化皮膜（耐エロージヨン層）の厚み
が、また第２図には、加熱保持時間を２時間と
し、加熱温度を変化せしめたときの硬化皮膜（耐
エロージヨン層）の厚みが示されている。
μｍの酸化マグネシウム粉末を収容し、前記酸化
マグネシウム粉末中に、直径12mm、長さ50mmから
なるピン状のチタン材を埋没させ、酸素を供給し
ながら、カンタルヒータからなる電気炉により加
熱し、所定時間保持した。第１図には、上記加熱
温度を650℃とし、加熱保持時間を変化せしめた
ときの、硬化皮膜（耐エロージヨン層）の厚み
が、また第２図には、加熱保持時間を２時間と
し、加熱温度を変化せしめたときの硬化皮膜（耐
エロージヨン層）の厚みが示されている。
図面から明らかな如く、加熱保持時間が長いほ
ど、また加熱温度が高いほど、生成された硬化皮
膜（耐エロージヨン層）は厚くなる。本発明者等
が数多く行なつた試験結果によれば、生成される
硬化皮膜は、厚くなりすぎると緻密性が失なわれ
る。従つて最も良好な最適温度条件は、加熱温度
が600〜700℃、加熱保持時間が８〜10時間であ
る。
ど、また加熱温度が高いほど、生成された硬化皮
膜（耐エロージヨン層）は厚くなる。本発明者等
が数多く行なつた試験結果によれば、生成される
硬化皮膜は、厚くなりすぎると緻密性が失なわれ
る。従つて最も良好な最適温度条件は、加熱温度
が600〜700℃、加熱保持時間が８〜10時間であ
る。
第３図には、上記加熱温度を650℃とし、加熱
保持時間を10時間としたときのチタン材表層部の
組織が200倍の顕微鏡写真により示されている。
写真から明らかなように、表層部には酸化硬化層
ａが、そして酸化硬化層ａにつづいて緻密層ｂが
生成され、前記酸化硬化層ａと緻密層ｂとによつ
て耐エロージヨン層Ａが形成されている。なお、
緻密層ｂには窒素の侵入量が多くなつている。第
４図は上記処理材のビツカース硬さを表面からの
距離によつて示したものである。
保持時間を10時間としたときのチタン材表層部の
組織が200倍の顕微鏡写真により示されている。
写真から明らかなように、表層部には酸化硬化層
ａが、そして酸化硬化層ａにつづいて緻密層ｂが
生成され、前記酸化硬化層ａと緻密層ｂとによつ
て耐エロージヨン層Ａが形成されている。なお、
緻密層ｂには窒素の侵入量が多くなつている。第
４図は上記処理材のビツカース硬さを表面からの
距離によつて示したものである。
第５図には、本発明方法による処理材のエロー
ジヨン減量が無処理材と比較して示されている。
図面においてＢ〜Ｅは本発明による処理材で、何
れも650℃に加熱した上、Ｂは２時間、Ｃは10時
間、Ｄは30時間、Ｅは80時間保持した場合であ
る。またＦは未処理材である。縦軸はエロージヨ
ン減量、横軸は試験時間で、試験はモース硬度７
以下の硅砂５％を含むスラリー水中で、ピン状の
試験片を周速17ｍ／ｓで上記夫々の時間回転させ
た後、その重量を測定し、回転によつて生じた重
量減をエロージヨン減量とした。
ジヨン減量が無処理材と比較して示されている。
図面においてＢ〜Ｅは本発明による処理材で、何
れも650℃に加熱した上、Ｂは２時間、Ｃは10時
間、Ｄは30時間、Ｅは80時間保持した場合であ
る。またＦは未処理材である。縦軸はエロージヨ
ン減量、横軸は試験時間で、試験はモース硬度７
以下の硅砂５％を含むスラリー水中で、ピン状の
試験片を周速17ｍ／ｓで上記夫々の時間回転させ
た後、その重量を測定し、回転によつて生じた重
量減をエロージヨン減量とした。
図面から、本発明方法による処理材は、未処理
材に比べて数倍の耐エロージヨン性を有している
ことが明らかである。
材に比べて数倍の耐エロージヨン性を有している
ことが明らかである。
以上説明したように、この発明方法によれば、
チタン材表面に緻密で母材とは剥離し難い硬化皮
膜層が形成されることにより、極めて高い耐エロ
ージヨン性を付与することができ、従来の加熱硬
化処理法に比較して加熱温度は低く、複雑な形状
のものや大形製品等、その形状や大きさに関係な
く均一処理が可能であり、コスト的に安価で作業
も容易である等、工業上優れた効果がもたらされ
る。
チタン材表面に緻密で母材とは剥離し難い硬化皮
膜層が形成されることにより、極めて高い耐エロ
ージヨン性を付与することができ、従来の加熱硬
化処理法に比較して加熱温度は低く、複雑な形状
のものや大形製品等、その形状や大きさに関係な
く均一処理が可能であり、コスト的に安価で作業
も容易である等、工業上優れた効果がもたらされ
る。
第１図は本発明方法の処理時間と耐エロージヨ
ン層層厚との関係を示す図、第２図は処理温度と
耐エロージヨン層層厚との関係を示す図、第３図
は本発明処理材の組織を示す顕微鏡写真、第４図
は同じくビツカース硬さを示す図、第５図は本発
明処理材と無処理材のエロージヨン減量を示す図
である。
ン層層厚との関係を示す図、第２図は処理温度と
耐エロージヨン層層厚との関係を示す図、第３図
は本発明処理材の組織を示す顕微鏡写真、第４図
は同じくビツカース硬さを示す図、第５図は本発
明処理材と無処理材のエロージヨン減量を示す図
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ チタン材を加熱保持して、その表面に緻密な
皮膜を形成せしめ、チタン材表層を硬化させるチ
タン材の表面硬化方法において、 前記チタン材の加熱保持を酸化マグネシウムあ
るいは酸化アルミニウムの粉末中において、550
〜850℃の温度により行なうことを特徴とするチ
タン材の表面硬化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5029880A JPS56146875A (en) | 1980-04-18 | 1980-04-18 | Surface hardening method for titanium material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5029880A JPS56146875A (en) | 1980-04-18 | 1980-04-18 | Surface hardening method for titanium material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56146875A JPS56146875A (en) | 1981-11-14 |
| JPS6221865B2 true JPS6221865B2 (ja) | 1987-05-14 |
Family
ID=12854984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5029880A Granted JPS56146875A (en) | 1980-04-18 | 1980-04-18 | Surface hardening method for titanium material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56146875A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0536379Y2 (ja) * | 1988-05-24 | 1993-09-14 | ||
| WO1997036018A1 (fr) * | 1996-03-26 | 1997-10-02 | Citizen Watch Co., Ltd. | Element en titane ou en alliage de titane et son procede de traitement de surface |
| WO1998003693A1 (fr) * | 1996-07-18 | 1998-01-29 | Citizen Watch Co., Ltd. | Element decoratif a base de titane et procede de durcissement dudit element |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3742721C1 (de) * | 1987-12-17 | 1988-12-22 | Mtu Muenchen Gmbh | Verfahren zur Aluminium-Diffusionsbeschichtung von Bauteilen aus Titanlegierungen |
| US5316594A (en) * | 1990-01-18 | 1994-05-31 | Fike Corporation | Process for surface hardening of refractory metal workpieces |
| US5324009A (en) * | 1990-01-18 | 1994-06-28 | Willard E. Kemp | Apparatus for surface hardening of refractory metal workpieces |
| US5303904A (en) * | 1990-01-18 | 1994-04-19 | Fike Corporation | Method and apparatus for controlling heat transfer between a container and workpieces |
| WO1995009932A1 (en) * | 1993-10-06 | 1995-04-13 | The University Of Birmingham | Titanium alloy products and methods for their production |
| EP0863223B1 (en) | 1995-11-08 | 2001-07-25 | Citizen Watch Co. Ltd. | Surface-hardened titanium-base material and method of surface-hardening titanium material |
-
1980
- 1980-04-18 JP JP5029880A patent/JPS56146875A/ja active Granted
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56146875A (en) | 1981-11-14 |
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