KR102173928B1

KR102173928B1 - 금속 제품의 표면 처리 방법 및 금속 제품

Info

Publication number: KR102173928B1
Application number: KR1020187036593A
Authority: KR
Inventors: 케이지 마세; 쇼죠 이시바시; 유스케 콘도
Original assignee: 가부시끼가이샤 후지세이사쿠쇼
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2020-11-04
Also published as: KR20190007052A; WO2017199918A1; EP3460090A1; CN109154057B; EP3460090A4; JP6307109B2; JP2017206761A; US20190076987A1; CN109154057A

Abstract

경질, 연질 어느 것의 금속 제품에 대하여도, 균일한 나노 결정 조직을 표면을 따라 연속하여 형성하는 것이 가능한 표면 처리 방법을 제공한다. 금속 제품에 대하여, 메디안 지름이 1~20㎛로 공기 중에서의 낙하 시간이 10sec/m 이상의 거의 구상의 분사 입체를, 0.05MPa~0.5MPa의 분사 압력으로 분사한다. 이것에 의해 연질 재료 제의 금속 제품에 대하여도 층상 가공 조직을 생기게 하는 것 없이 상기 금속 제품의 표면을 따라 표면으로부터 일정 깊이의 범위를 연속하여 균일하게 평균 결정 입경이 300㎚, 바람직하게는 100㎚ 이하의 나노 결정으로 미세화시킨 나노 결정 조직층을 형성하는 것이 가능함과 함께, 약 -180MPa~최대로-1200MPa대의 높은 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 가능하고, 금속 제품의 표면 강화를 도모하는 것이 가능하였다.

Description

금속 제품의 표면 처리 방법 및 금속 제품

본 발명은, 금속 제품의 표면 처리 방법 및 상기 방법으로 표면 처리된 금속 제품에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 금속 제품에 소정의 조건으로 미립자를 분사하는 것에 의해, 해당 금속 제품의 표면 부근의 결정 구조를 나노 결정 조직으로 하는 것에 의해 금속 제품의 표면 강화를 행하는 표면 처리 방법 및 상기 방법으로 표면이 강화된 금속 제품에 관한 것이다.

금속 재료의 강도가 결정 입경(粒徑)의 평방근의 역수에 비례하여 증대하는 것은, 홀-페치(Hall-Petch)의 관계로서 알려져 있고, 이와 같은 효과를 가져오는 결정 입경의 미세화는, 금속 제품의 표면 강화에 있어서도 이용되고 있다.

특히, 표면 부근의 결정 입경을 나노 레벨로까지 미세화한 금속 제품에서는, 표면 경도가 비약적으로 상승할 뿐만 아니라, 내마모성이나 내식성의 향상이 얻어진다고도 보고되고 있다.

이와 같은 표면 강화를 가능하게 하는 금속 제품의 나노 결정화 방법으로서는, 볼 밀링(ball milling), 낙추(落錘) 가공, 입자 충돌 가공, 쇼트 피닝(shot peening)에 의한 성공 예가 보고되고 있고, 특히, 쇼트 피닝에 의한 나노 결정화는, 저 코스트 또한 간이한 방법으로서 주목되고 있다.

또한, 쇼트 피닝에 의한 나노 결정 조직의 생성 원리에 대하여는 여전히 충분한 해명이 되고 있지 않지만, 뒤에 언급하는 특허문헌 1 및 비특허문헌 1에는, 연질 재료인 SS400강[HV1.20GPa(HV122)]에 대하여 평균 입자경 45㎛의 고속도강(SKH59)제 쇼트를 0.5MPa에서 30sec 분사한 표면 처리의 예와, 경질 재료인 SCr420 침탄소입강[초기 경도 HV7.55GPa(HV770)]에 대하여 동일 조건으로 쇼트 피닝을 행한 표면 처리의 예가 소개되고 있음과 함께, 양 예로 형성된 나노 결정 조직의 구조에 큰 상위가 있는 것이 기재되어 있다(특허문헌 1, 비특허문헌 1).

또한, 본 명세서에 있어서, HV(GPa)와 HV(무기호) 사이의 환산은, 「HV(무기호) ≒ HV(GPa)×102」로서 계산하였다[JIS R 1610(2003)의 부표 1].

특허문헌 1 : 특개2007-297651호 공보

비특허문헌 1 : 高木眞一, 熊谷正夫「FPB처리에 의한 표면 나노 결정화」(정밀공학회지 Vol. 72. No. 2006 : 1079-1082항)

상술한 바와 같이, 쇼트 피닝에 의해 금속 제품의 표면 조직을 나노 결정화하려고 한 경우, 처리 대상으로 하는 금속 제품이 연질 재료인 경우에 생성되는 나노 결정 조직(층상 가공 조직)과, 경질 재료로 이루어지는 금속 제품에 생성되는 나노 결정 조직(층상 가공 조직을 동반하지 않는 것)에서, 구조에 현저한 상위가 있는 것이 앞에 언급한 특허문헌 1 및 비특허문헌 1에서 보고되고 있다.

이 중, 경질 재료(SCr420 침탄소입강)의 금속 제품의 표면에 생성되는 나노 결정 조직은, 표면으로부터 소정의 깊이 범위에, 표면을 따라 균일하게 형성되고, 이상적인 상태로 나노 결정 조직이 생성된 것이 보고되고 있다.

그러나, 연질 재료(SS400 강)의 금속 제품에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 쇼트 피닝의 초기 단계에 있어서 분사 입체(粒體)의 충돌에 의해 표면에 현저한 요철(凹凸)이 형성되고, 그 후, 후속의 분사 입체의 충돌에 의해 형성된 요철 중의 철부(凸部)가 절첩(折疊)되어 재료 내부를 향하여 침입하여 가고, 더욱이 후속의 충돌에 의해 더욱더 요철의 형성과 철부의 절첩이 반복되는 것으로, 다수의 층이 차례로 겹쳐지어 생긴 적층 구조를 가지는 층상 가공 조직이 형성되고, 이 층상 가공 조직에서는 전이 밀도가 현저하게 증가하고, 어느 입계점을 넘으면 나노 결정화하는 것으로 고찰되고 있다.

이와 같은 층상 가공 조직을 동반하는 나노 결정 조직은, 금속 제품의 표면을 따라 연속적으로 분포하는 것은 아니고, 주변의 가공 효과 영역이 표면에 노출하는 경우나, 층상 가공 조직(나노 결정 조직)이 가공 경화 영역보다도 깊은 위치에 침입하고 있는 경우가 있음과 함께, 절첩 시의 접합이 충분하지 않은 층간에 벌어짐이 생긴, 불균일한 조직으로 되어 있고, 나노 결정 조직이 형성되어 있지 않은 표면 부분이나 벌어짐이 생긴 부분에 응력 집중이 생기는 등으로 하여, 쇼트 피닝에 의한 나노 결정화에 의해 오히려 금속 제품의 피로 특성이 열화하는 우려도 있다.

이와 같이, 연질 재료를 가공 대상으로 하는 경우에는 층상 가공 조직을 동반한 나노 결정 조직이 생성되어 버리고, 표면 강화를 행하는 것이 불가능한 점을 감안하여, 앞서 언급한 특허문헌 1에서는, 처리 대상으로 하는 금속 제품을 초기 경도가 HV7.0GPa(HV714)를 넘는 경질 강만으로 한정하는 것으로 하고 있고, 연질 재료에 대하여 균일한 나노 결정 조직을 표면을 따라 연속하여 형성하는 방법을 개시하고 있지 않다.

거기에서, 본 발명은, 상기 종래 기술에 있어서의 결점을 해소하기 위하여 이루어진 것이고, 본 발명의 제1 목적은, 연질재료 제(製)의 금속 제품에 대하여도, 상술한 층상 가공 조직을 형성하는 것 없이, 균일한 나노 결정 조직을, 금속 제품의 표면을 따라 연속하여 형성하는 것이 가능한 금속 제품의 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명의 제2 목적은, 처리 대상으로 하는 금속 제품의 모재 경도에 관계없이, 연질 재료로부터 경질 재료에 이르는 모든 금속 제품에 대하여 공통으로 적용 가능하고, 또한 균일한 나노 결정 조직을 금속 제품의 표면을 따라 연속하여 형성하는 것이 가능한 금속 제품의 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 절삭 공구를 사용하여 행하는 절삭 가공에서는, 절삭 공구의 인선(刃先)에 의해 피가공물의 표면을 물리적으로 깊이 베고, 나누어 갈라 피가공물의 일부를 깎아내고, 이 깎아냄에 의해 생긴 잘라낸 부스러기를 배제하면서 인선을 연속적으로 밀어 전진시키는 것에 의해 절삭을 행하는 것으로부터, 부스러기와 절삭 공구의 절삭면과의 사이에 생기는 높은 압력과 큰 마찰 저항 및 절삭 열에 의해 부스러기의 일부가 물리적, 화학적 변화에 의해 인선의 전방 부분에 응착하고, 이 응착한 부스러기에 의해 절삭 공구의 인선에, 본래의 인선과는 다른 「구성인선(構成刃先)」이라 불리는 응착물이 형성된다.

이 구성인선의 형성은, 절삭 공구의 인선을 둔화하여 가공 정도(精度)의 저하 등을 불러오는 것이기 때문에 바람직하지 않다.

이와 같은 구성인선에 대표되는 피가공재의 응착은, 드릴, 엔드밀, 호브, 브로치, 프레이즈 등의 절삭 공구뿐만 아니라, 펜치 등의 타발(打拔) 공구 등과 같이, 절삭이나 절단을 위한 인선(에지)을 구비한 기계 가공 공구의 인선부 전반에 있어서도 생길 수 있는 것이다.

그러나, 본 발명의 발명자들은 시험 삼아 이와 같은 기계 가공 공구의 인선부에 대하여 본 발명의 표면처리 방법을 적용했더니, 인선 부분의 경도 상승이나 내마모성의 향상 등이라는 기계적 특성이 향상한 것뿐 아니라, 구성인선의 생성이 억제되는 등, 인선부분에 대한 피가공재의 응착을 방지할 수 있는 것이 확인되었다.

또, 접동(摺動; 문지름) 부재에 대하여는, 입체의 분사, 충돌에 동반하여 형성되는 딤플의 기름 받이 효과로 접동성이 향상하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 그러나 종래의 처리 방법에서는 이 처리에 의해 형성된 딤플은 연마재의 충돌에 의해 금속이 밀어헤쳐져, 딤플 외륜이 철상(凸狀)으로 크게 솟아올라버린다.

이 딤플 외륜의 철부는, 접동 부재에 대하여 초기 마찰을 높게 해버리는 결과, 초기 마찰에 의해 깎인 금속의 응착, 연마 마모 등 접동성을 열화 시키는 원인으로 되어버리기 때문에 바람직하지 않다.

이와 같은 현상은, 베어링, 샤프트, 치차 등 접동 부재 전반에 생기기 쉬운 것이다.

거기에서, 접동 부재에 대하여 본 발명의 처리를 적용했더니 경도나 잔류 응력이 부여되는 것뿐만 아니라, 접동성이 향상하는 것, 따라서 접동 부재의 초기 마모를 높이는 딤플 외륜의 철부를 생기게 하기 어려운 처리 방법인 것이 확인되었다.

따라서, 본 발명은, 이와 같은 기계 가공 공구의 인선부에 대한 피가공재의 응착 방지를 위한 표면 처리 방법으로서 이용, 및 접동 부재의 경도 상승이나 잔류 응력의 부여 및 접동성의 향상을 위한 표면 처리 방법으로서의 이용에 관하여도, 그 목적에 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 금속 제품의 표면 처리 방법은, 금속 제품에 대하여, 메디안 지름 d50이 1~20㎛로 공기 중에서의 낙하 시간이 10sec/m 이상의 거의 구상의 분사 입체를, 0.05MPa~0.5MPa의 분사 압력으로 분사하여, 상기 금속 제품의 표면을 따라 표면으로부터 일정 깊이의 범위를 연속하여 균일하게 평균 결정 입경이 300㎚ 이하의 나노 결정으로 미세화시킨 나노 결정 조직층을 형성함과 함께, 상기 금속 제품의 표면에 압축 잔류 응력을 부여한 것을 특징으로 한다(청구항 1).

또한, 여기에서, 「메디안 직경 d50」이란, 누적 질량 50% 지름, 즉, 입자군(粒子群)을 어느 입자 지름으로부터 2개로 나누었을 때, 큰 측의 입자군의 적산 입자량과, 작은 측의 입자군의 적산 입자량이 등량으로 되는 지름을 말하고, JIS R 6001(1987)에 있는 「누적 높이 50%점의 입자 지름」과 동의이다.

상술한 금속 제품의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 분사 입체의 분사 속도를 80m/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다(청구항 2).

또, 상기 금속 제품의 재질을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 하는 것이 가능하고, 이 경우, 상기 나노 결정 조직층의 결정 입경을, 100㎚ 이하로 미세화시키는 것이 가능하다(청구항 3).

더욱이, 상기 금속 제품을 기계 가공 공구로 하고, 그의 인선(에지)과 해당 인선 근방, 바람직하게는 인선으로부터 적어도 1㎜, 보다 바람직하게는 적어도 5㎜의 범위를 처리 영역으로 하고,

상기 처리 영역에, 상기 분사 입체의 분사에 의해 상당(相當) 지름이 1~18㎛, 바람직하게는 1~12㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플을, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성하는 것으로서도 좋다(청구항 4).

또는, 상기 금속 제품을 베어링, 샤프트, 치차 등의 타 부재와 미끄럼 접촉하여 사용되는 접동 부재로 하고, 해당 접동 부재의 적어도 접동부를 처리 영역으로 하고,

상기 처리 영역에, 상기 분사 입체의 분사에 의해 상당 지름이 1~18㎛, 바람직하게는 1~12㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플을, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성하는 것으로 하여도 좋다(청구항 5). 또한, 본 발명에 있어서 「상당 지름」이란, 처리 면적에 형성된 1개의 딤플의 투영 면적(본 명세서에 있어서 「투영 면적」이란, 상기 딤플의 외곽의 면적을 말한다)을, 원형의 면적으로 환산하여 측정했을 때의 상기 원형의 지름을 말한다.

또, 본 발명의 금속 제품은, 모재 경도가 HV714(HV7.0GPa) 이하로, 표면을 따라 표면으로부터 일정 깊이의 범위가 연속하여 균일하게 평균 결정 입경이 300㎚이하의 나노 결정으로 미세화한 나노 결정 조직층을 가짐과 함께, 표면에 압축 잔류 응력이 부여되어 있는 것을 특징으로 한다(청구항 6). 더욱이, 본 발명의 금속 제품은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 나노 결정 조직층의 결정 입경이 100㎚ 이하인 것을 특징으로 한다(청구항 7).

또는, 본 발명의 금속 제품은, 이것을 기계 가공 공구로 하고, 그의 인선과 해당 인선 근방으로 이루어지는 처리 영역의 표면에 상기 나노 결정 조직층이 형성되어 있음과 함께, 상당 지름이 1~18㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플이, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성된 것이어도 좋다(청구항 8).

더욱이, 본 발명의 금속 제품은, 이것을 접동 부재로 하고, 이 접동 부재의 접동부 표면에 상기 나노 결정 조직층이 형성되어 있음과 함께, 상당 지름이 1~18㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플이, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성되어 있는 것이어도 좋다(청구항 9).

이상에서 설명한 본 발명의 표면 처리 방법으로 표면 처리를 행하는 것으로, 종래, 층상 가공 조직이 형성되어 버리는 것으로 연속한 균일한 나노 결정 조직층을 형성하는 것이 가능하지 않았던 연질 재료로 이루어지는 금속 제품에 대하여도, 연속한 균일한 나노 결정 조직층을 형성하는 것이 가능함과 함께, 비교적 입경이 큰 분사 입체를 높은 분사 압력으로 분사한 경우와 동등 이상의 높은 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 가능하였다.

즉, 메디안 지름이 1~20㎛로 작고, 공기 중에서의 낙하 시간이 10sec/m 이상의 분사 입체는, 질량이 작고, 금속 제품의 표면 부근에 응력을 집중하여 심부(深部)까지 이르지 않고, 충돌 시에 있어서의 금속 제품의 표면 변형도 작게 하는 것이 가능한 한편, 이와 같은 분사 입체는, 기류를 타기 쉬운 것으로부터, 기류의 속도에 가까운 속도로 비상(飛翔)시키는 것이 가능하고, 분사 노즐 내를 흐르는 기류의 유속과 같은 정도, 일례로서 80m/sec 이상의 고속으로 분사하는 것이 가능하게 된다.

그 결과, 0.05 MPa 정도의 비교적 낮은 분사 압력으로 분사하여도, 나노 결정 조직을 얻는 데 필요한 충돌 에너지를 얻는 것이 가능하고, 분사 압력 0.1 MPa 정도로 금속 제품의 표면 경도를 상승시키는 효과는 거의 포화상태로 되어, 0.1 MPa 이상의 분사 압력으로 분사하여도 더욱더 경도 상승이 거의 보이지 않고, 0.5 MPa 이하의 비교적 약한 분사 압력이어도, 금속 제품의 모재 경도에 관계없이 나노 결정 조직층을 얻는 것이 가능함과 함께, 종래 기술로서 설명한 50㎛ 이상의 분사 입체를 고압으로 분사한 경우와 같은 정도의 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 가능하였다.

또, 0.05 MPa에서도 0.1 MPa의 분사 압력에 있어서의 약 60%의 경도로 압축 잔류 응력이 확보 가능하다.

그 결과, 알루미늄 합금 등의 연질재료 제의 금속 제품에 있어서도 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 층상 가공 조직을 형성하는 것 없이, 따라서 균일 또한 연속한 나노 결정 조직층을 형성하는 것이 가능함과 함께, 경질재료 제의 금속 제품에 대하여도, 선행 기술 문헌에서 보여지고 있는 압력보다도 낮은 분사 압력으로 균일 또한 연속한 나노 결정 조직층을 형성하는 것이 가능한 것으로 생각된다.

게다가, 상술한 바와 같이 금속 제품의 모재에 관계없이, 동일의 가공 조건에서 금속 제품의 표면 처리를 행하는 것이 가능한 것으로, 피처리 대상으로 하는 금속 제품의 경도 등을 사전에 파악하는 것 없이 나노 결정화가 가능하고, 재질 등이 서로 다른 복수 종류의 금속 제품이 반송되는 반송 라인 등에 있어서 연속하여 표면 처리를 행하는 것도 가능하다.

더욱이, 본원의 표면 처리 방법에서는 금속 재료 중에서도 특히 경도가 낮은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 제의 금속 제품에 대하여도 상술한 층상 가공 조직을 형성하는 것 없이, 균일의 나노 결정 조직층을 표면을 따라 연속하여 형성하는 것이 가능함과 함께, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 처리 대상으로 하는 것으로, 형성되는 나노 결정 조직층의 결정 입경을 100㎚ 이하라고 하는, 보다 미세한 것으로 하는 것이 가능하고, 보다 높은 표면 강화의 효과를 얻는 것이 가능하였다.

더욱이, 절삭 가공 등의 기계 가공 공구의 인선(에지)과, 해당 인선 부근을 처리 영역으로 하고, 이 처리 영역에 대하여 상기 분사 입체의 분사에 의해 상당 지름이 1~18㎛, 바람직하게는 1~12㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플을, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성한 예에서는, 인선에 대한 구성인선의 생성이 방지되는 등, 처리 대상으로 한 기계 가공 공구의 인선이 강화되는 것뿐 아니라, 인선에 대하여 피가공재의 응착을 방지하는 것이 가능하였다.

접동 부재에 있어서도 본 발명의 방법으로 처리하는 것으로, 형성되는 딤플 외륜의 철부 높이를 억제하는 것이 가능하고, 초기 마모의 경감에 의한 연마 마모나 마모분의 응착 등 방지하는 것으로 접동성을 개선하는 것이 가능하였다.

[도 1] 연질 재료에 대한 층상 가공 조직의 형성 원리를 나타낸 설명도.
[도 2] 기계 가공 공구의 인선부에 대한 적용 예의 설명도이고, (A)는 처리 전의 상태, (B)는 처리 후의 상태.
[도 3] 분사 입체의 충돌 시에 압축력이 걸리는 부분(수압면)의 설명도.
[도 4] FEM에 의한 폰 미제스 응력의 해석 화상(분사 입체 5㎛).
[도 5] FEM에 의한 폰 미제스 응력의 해석 화상(분사 입체 10㎛).
[도 6] FEM에 의한 폰 미제스 응력의 해석 화상(분사 입체 20㎛).
[도 7] FEM에 의한 폰 미제스 응력의 해석 화상(분사 입체 50㎛).
[도 8] FEM에 의한 폰 미제스 응력의 해석 화상(분사 입체 100㎛).
[도 9] 분사 입체의 입경과 응력의 관계를 나타낸 그래프.
[도 10] 분사 입체의 입경과 최대 응력 발생 깊이의 관계를 나타낸 그래프.
[도 11] 분사 압력과 다이나믹 경도의 관계를 나타낸 그래프.
[도 12] 프리하든 강(大同特殊鋼製「NAK80」)의 SIM 상(像)이고, (A)는 처리 전, (B)는 본원의 표면 처리 후의 상태.
[도 13] 합금공구강(SKD11)의 SIM 상이고, (A)는 처리 전, (B)는 본원의 표면 처리 후의 상태.
[도 14] 알루미늄 합금(A7075)의 SIM 상이고, (A)는 처리 전, (B)는 본원의 표면 처리 후의 상태.
[도 15] 본 발명의 방법으로 처리한 프리하든 강(大同特殊鋼製「NAK80」)의 결정 입경 분포도.
[도 16] 본 발명의 방법으로 처리한 합금공구강(SKD11)의 결정 입경 분포도.
[도 17] 프리하든 강(大同特殊鋼製「NAK80」)의 잔류 응력의 측정 결과를 나타낸 그래프.
[도 18] 합금공구강(SKD11)의 잔류 응력의 측정 결과를 나타낸 그래프.
[도 19] 알루미늄 합금(A7075)의 잔류 응력의 측정 결과를 나타낸 그래프.
[도 20] 경과 시간에 대한 프릭션 변화를 측정한 그래프.

다음에, 본 발명의 실시 형태에 대해 첨부 도면을 참조하면서 이하 설명한다.

[처리 대상]

본 발명의 표면 처리 방법에 있어서 처리 대상으로 하는 금속 제품으로서는, 금속제의 것이면 철계 금속 외, 비철금속 및 그의 합금제의 금속 제품에 대하여도 적용 가능하다.

또, 처리 대상으로 하는 금속 제품은, 그의 모재 경도에 제한은 없고, 알루미늄이나 그의 합금, 및 프리하든 강(HV400 : 大同特殊鋼製「NAK80」) 등과 같이 HV20~400 정도의 비교적 연질인 금속으로부터, SKD11(HV697) 등의 고경도강에 대하여도 적용 가능하다.

특히, 본 발명의 방법에서는, 종래, 도 1을 참조하여 설명한 층상 가공 조직이 형성되기 위해 균질 또한 연속한 나노 결정 조직층의 형성이 가능하지 않다고 했던 연질 재료 제의 금속 제품에 대한 처리가 가능하고, 이와 같은 연질 재료 중, 특히 경도가 낮은 알루미늄 및 알루미늄 합금 제의 금속 제품을 대상으로 한 처리에서는, 형성되는 나노 결정 조직층의 결정 입경이 100㎚ 이하라고 하는 극히 미세한 결정 입경으로 하는 것이 가능하다는 것이 확인되어 있고, 그 결과, 큰 표면 강화 효과를 얻는 것이 가능하다.

또한, 처리 대상으로 하는 금속 제품의 용도에 있어서도 특히 한정되지 않고, 표면 강화가 필요한 각종 용도의 금속 제품에 대하여 적용 가능하지만, 절삭 공구 등의 기계 가공 공구의 인선 및 그의 근방에 대하여 본 발명의 표면 처리 방법을 적용하는 경우에는, 인선 부분의 강화가 행하여질 뿐 아니라, 인선에 대한 피가공재의 응착에 대하여도 방지 가능한 것으로 된다는 점도 바람직하다.

이와 같이, 기계 가공 공구의 인선을 처리 대상으로 한 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이 절삭이나 절단 시에 있어서 전단의 기점으로 되는 인선(에지)의 부분과, 이 인선에 대하여, 적어도 1㎜의 범위, 바람직하게는 5㎜의 범위(인선으로부터 도(圖) 중 2점 쇄선으로 표시한 범위)를, 후술하는 분사 입체를 분사·충돌시키는 처리 영역으로 하여 후술하는 분사 입체의 분사를 행하고, 그 부분의 표면에 나노 결정 조직층을 형성함과 함께, 도 2 (B)에 나타낸 바와 같이 이 영역에 딤플을 형성한다.

본 실시 형태에서는, 인선을 중심으로, 그 양측의 경사면을 어느 쪽이든 처리 영역으로 하지만, 처리 영역은, 절삭 시에 보다 큰 마찰 저항을 받고, 피절삭재의 응착이 생기는 측의 면 만에 마련하는 것으로 하여도 좋다.

더욱이, 본 발명의 표면 처리 방법을, 베어링, 샤프트, 치차 등의 타 부재와 접동시켜 사용하는 접동 부재의 표면 강화와 접동성의 향상을 목적으로 하여 행하는 경우에는, 접동 부재 중, 적어도 타 부재와의 접동부를 전술한 가공 영역으로 한다.

또한, 처리 대상으로 하는 금속 제품의 표면은, 플래시가 부착한 상태나, 툴 마크 등의 가공흔(痕)이 형성된 채의 상태의 것이어도 좋지만, 미리 산술평균 거칠기(Ra)로 3.2㎛ 이하의 표면 거칠기로 연마하는, 사전 연마를 행하여 두는 것도 바람직하다.

이와 같은 사전 연마의 방법은, 특별히 제한되지 않고, 수작업에 의한 래핑이나 버핑에 의한 연마에 의해 행하는 것으로 하여도 좋지만, 이와 같은 사전 연마를, 탄성 연마재를 사용한 블라스트 가공에 의해 행하는 것으로 하여도 좋다.

여기에서, 탄성 연마재란, 고무나 엘라스토머 등의 탄성체에 지립(砥粒)을 담지( 擔持)시킨 연마재로, 이와 같은 탄성 연마재는, 그것을 비스듬히 분사 등을 하는 것으로 금속 제품의 표면상을 활동(滑動)시키는 것이 가능하고, 이것에 의해, 비교적 간단하게 금속 제품의 표면을 경면 혹은 그에 가까운 상태로 연마하는 것이 가능하다.

또한, 탄성 연마재의 탄성체에 분산하고, 혹은 담지시킨 지립으로서는, 금속 제품의 표면 상태 등에 따라 적의 선택 가능하지만, 일 예로서, #1000~#10000의 탄화규소나 다이아몬드 지립을 사용하는 것이 가능하다.

[표면처리]

전술한 금속 제품의 표면 중, 표면 강화를 행하는 영역에 대하여, 거의 구상의 분사 입체를 분사하여 전술한 영역에 충돌시킨다.

이 표면 처리에 사용하는 분사 입체, 분사 장치, 분사 조건을 일례로서 이하에 나타낸다.

(1) 분사 입체

본 발명의 표면 처리 방법에서 사용하는 거의 구상의 분사 입체에 있어서의 「거의 구상」이란, 엄밀히 「구」일 필요는 없고, 일반적으로 「쇼트(shot」로서 사용되는, 각(角)이 없는 형상의 입체이면, 예를 들면 타원형이나 표형(俵型) 등의 형상의 것이어도 본 발명에서 사용하는 「거의 구상의 분사 입체」에 포함된다.

분사 입체의 재질로서는, 금속계, 세라믹스계의 어느 것이어도 사용 가능하고, 일 예로서, 금속계의 분사 입체의 재질로서는, 합금강, 주철, 고속도공구강(하이스강)(SKH), 텅스텐(W), 스테인레스강(SUS), 붕소(B), 크롬붕소강(FeCrB) 등을 열거하는 것이 가능하고, 또, 세라믹스계의 분사입체의 재질로서는, 알루미나(Al₂O₃), 지르코니아(ZrO₂), 지르콘(ZrSiO₄), 경질 유리, 유리, 탄화규소(SiC) 등을 열거하는 것이 가능하다.

사용하는 분사 입체의 입경은, 메디안 지름(d50)으로 1~20㎛의 범위의 것이 사용 가능하고, 철계의 것이라면 메디안 지름(d50)으로 1~20㎛, 바람직하게는 5~20㎛, 세라믹스계의 것이라면 메디안 지름(d50)으로 1~20㎛, 바람직하게는 4~16㎛의 범위의 것을 사용한다.

또한, 메디안 지름 1~20㎛라고 하는 미분의 분사 입체로는, 분사 입체의 재료 밀도의 선택에 의해, 공기 중에 있어서의 낙하 시간이 긴(공기 중을 부유한다) 성질을 부여하는 것이 가능하고, 이와 같은 성질을 가진 분사 입체는, 기류를 타기 쉽고, 기류의 속도와 같은 정도의 속도로 비상시키는 것이 가능하게 된다.

거기에서, 본원의 표면 처리 방법에서는, 사용하는 분사 입체를, 무풍 상태의 공기 중에 있어서의 낙하 시간이 10sec/m 이상의 것을 사용하고, 블라스트 가공 장치의 분사 노즐로부터 분사되는 기류의 속도와 거의 같은 속도로 분사할 수 있도록 하였다.

이 낙하 속도는, 입경이 동일하다면 분사 입체를 구성하는 재료의 밀도가 낮은 것일수록, 낙하 시간이 길게 되고, 밀도 7.85의 철계의 분사 분체로는, 입경 20㎛에서 10.6sec, 입경 10㎛에서 41.7sec이고, 밀도 3.2의 세라믹스계의 분사 분체로는, 입경 20㎛에서 26.3sec, 입경 10㎛에서 100sec이다.

또한, 사용하는 분사 입체는, 처리 대상으로 하는 금속 제품의 모재에 대하여 동등 이상의 경도를 가지는 재질의 분사 입체를 사용하는 것이 바람직하고, 세라믹스계의 분사 입체를 사용하는 경우, 거의 전부의 금속 제품에 대하여 고경도로 됨과 함께, 세라믹스계의 분사 입체는 밀도가 낮고, 전술한 낙하 시간이 길게 되기 때문에, 고속의 분사 속도가 얻어지는 점에서 바람직하다.

(2) 분사 장치

전술한 분사 입체를 처리 영역의 표면을 향하여 분사하는 분사 장치로서는, 압축 기체와 함께 연마재의 분사를 행하는 기지의 블라스트 가공 장치를 사용하는 것이 가능하다.

이와 같은 블라스트 가공 장치로서는, 압축 기체의 분사에 의해 생긴 부압(負壓)을 이용하여 연마재를 분사하는 섹션식의 블라스트 가공 장치, 연마재 탱크로부터 낙하한 연마재를 압축 기체에 실어 분사하는 중력식 블라스트 가공 장치, 연마재기 투입된 탱크 내에 입축 기체를 도입하고, 별도로 주어진 압축 기체 공급원으로부터의 압축 기체류에 연마재 탱크로부터의 연마재류를 합류시켜 분사하는 직압식의 블라스트 가공 장치, 및, 상기 직압식의 압축 기체류를, 블로어 유닛에서 발생시킨 기체류에 실어 분사하는 블로어식 블라스트 가공 장치 등이 시판되고 있지만, 이들은 어느 것이라도 전술한 분사 입체의 분사에 사용 가능하다.

(3) 처리 조건

이상에서 설명한 금속 제품에 대하여, 전술한 재질 등으로 이루어지는 메디안 지름 d50이 1~20㎛로 공기 중에서의 낙하 시간이 10sec/m 이상의 거의 구상의 분사 입체를, 0.05MPa 이상, 0.5MPa 이하의 분사 입력으로 분사하는 것에 의해 행한다.

실시 예

[최적 조건의 확인]

(1) 분사 입체의 입경

(1-1) 착안점

전술한 바와 같이, 연질 재료 제의 금속 제품에 대하여도 균일한 나노 결정 조직층을 표면을 따라 연속하여 형성하기 위해서는, 도 1을 참조하여 설명한 층상 가공 조직의 생성을 억제할 필요가 있고, 이와 같은 층상 가공 조직의 생성을 억제하기 위해서는, 분사 입체가 충돌할 때에 생기는, 금속 제품 표면의 변형을 억제하는 것이 필요하게 된다.

한편, 나노 결정 조직을 생성하기 위해서는, 금속 제품의 표면 부근에, 임계치를 넘는 왜곡을 부여하는 것이 필요하고, 임계치를 넘는 왜곡을 부여하기 위해서는, 분사 입체의 충돌에 의해 금속 제품의 표면에 큰 충격력을 부여할 필요가 있다고 생각되고 있다.

그러나, 금속 제품의 표면에 부여하는 충격력을 크게 하면 할수록, 금속 제품의 표면의 변형량이 크게 되어 도 1을 참조하여 설명한 층상 가공 조직이 생성되기 쉽게 되고, 이것이 연질 재료 제의 금속 제품에 대하여, 층상 가공 조직을 동반하지 않는 균일한, 표면을 따라 연속한 나노 결정 조직층을 생성하는 것을 곤란하게 한다.

거기에서, 본 발명의 발명자들은, 분사 입체의 충돌 시에 금속 제품의 표면이 받는 충격력을 감소시켜 금속 제품의 표면이 변형하는 것을 억제하면서, 나노 결정 조직의 생성에 필요한, 임계치를 넘는 왜곡을 부여한다고 하는, 상반하는 요구를 만족시키는 것이 가능한 처리 조건을 검토하였다.

(1-2) 충돌에 의한 변형량

분사 입체가 충돌할 때에 생기는 금속 제품 표면의 변형량을 검토하였다.

메디안 지름 d50이 20㎛와 40㎛의 입체를 충돌시켜, 형상 해석 레이저 현미경으로 그의 표면의 철부 체적을 측정하고, 그의 철부 체적이 절첩에 의해 형성되는 층상 가공 조직의 생성되기 쉬운 정도로서 비교하였다. 철부 체적이 클수록 입체가 충돌했을 때의 접철시키는 양이 크게 된다고 생각되기 때문이다.

측정 방법은 형상 해석 레이저 현미경(키엔스社製 VK-X250)을 사용하고, 측정 배율 1000배로 표면을 측정하였다.

측정한 데이터를, 멀티파일 해석 애플리케이션(키엔스社製)을 이용하여 해석을 행하였다.

멀티파일 해석 애플리케이션이란, 레이저 현미경을 측정한 데이터를 이용하여, 표면 거칠기, 평면 계측, 프로파일 계측, 체적·면적 계측 등의 각종 계측을 행하기 위한 소프트웨어이다.

측정은, 우선 「화상처리」 기능을 이용하여 기준면 설정을 행하고(단, 표면 형상이 곡면의 경우에는 면 형상 보정을 이용하여 곡면을 평면으로 보정한 후에 기준면 설정을 행한다), 다음으로, 애플리케이션의 「체적·면적 계측」의 기능으로부터 계측 모드를 철부에 설정하여, 설정된 「기준면」에 대한 철부를 계측시키고, 철부의 계측 결과로부터 「체적」의 결과의 평균치를 딤플 철부 체적으로 하였다.

기준면이란, 높이 데이터로부터 최소이승법을 이용하여 산출한 것이다.

아래 표(표 1)가 그 결과이다. 본 발명의 영역의 입체 지름 20㎛는 종래 기술의 지름 40㎛와 비교하면 철부 체적은 약 70% 감소하는 결과로 되었다.

이 극히 적은 변형량이야말로 균일한 나노 결정 조직 형성의 요인으로 된다고 생각된다.

분사 입체의 입경과 철부 체적

	실시 예	비교 예
분사 입체의 입경(D50) ㎛	20	40
철부 체적 ㎛³	932	2738

(1-3) 충격력 F의 검토

상기 처리 조건을 검토에 임하여, 분사 입체(1립)의 충돌에 의해 금속 제품의 표면에 주는 충격력 F를 산출하기 위한 계산식에 기초하여, 충격력 F와 분사 입체의 입경과의 관계를 재검토하였다.

여기에서, 분사 입체(1립)의 질량을 m(㎏), 분사 입체의 충돌 전의 속도를 v1(m/sec), 충돌 후의 속도를 v2(m/sec)로 하고, 충돌 시의 반발계수 ε을 1.0으로 가정하면, 분사 입체의 충돌전의 운동량 M1과 충돌 후의 운동량 M2는, 각각,

M1 = m·v1 (㎏m/sec) … 식 1

M2 = m·v2 = -m·v1 (㎏m/sec) … 식 2

로 된다.

따라서, 분사 입체의 충돌 전후에 있어서의 운동량의 변화 △M은,

△M = M1- M2 = m·v1 - (-m·v1) = 2m·v1 (㎏m/sec) … 식 3

로 된다.

여기에서, 운동량의 변화 △M은, 역적(力積) F△t와 같고 (△t는 역적 시간),

F△t = △M … 식 4

로 된다.

따라서, 분사 입체(1립)이, 금속 제품의 표면에 충돌할 때에 주는 충격력 F는

F = △M/△t = 2mv1/△t(N) … 식 5

로 된다.

상기 충격력 F의 식(식 5)로부터, 충격력 F는, 분사 입체의 질량 m에 비례하여 변화하기 때문에, 분사 입체의 입경이 크게 되면 될수록, 크게 된다.

(1-4) 분사 입체의 입경과 수압면

전술한 바와 같이 충격력 F는, 분사 입체의 입경이 크게 되면 될수록, 크게 된다. 그리고, 사용하는 분사 입체의 입경이 크고 충격력 F가 크게 되면, 금속 제품의 표면에 충돌했을 때에, 금속 제품의 표면에 대하여 변형을 미치게 하는 부분의 면적(도 3 중의 부호 S로 표시한 부분)도 증대한다.

거기에서, 이와 같은 분사 입체의 입경 변화에 대하여, 금속 제품의 표면 중, 입축력이 걸리는 면적(수압면 S)이 어떻게 변화하는지를 검토하였다.

여기에서, 분사 입체와의 간섭이 생기는 금속 제품의 표면(원형의 수평면)을 수압면 S로 하면,

수압면 S의 반경 a, 분사 입체의 반경 r, 및 움푹 파임의 깊이 X 사이에는,

a² + (r - X)² = r² … 식 6

a² = r² - (r - X)² = r² - (r² - 2rX + X²) = 2rX - X² … 식 7

이라는 관계가 성립한다.

여기에서, 분사 입체의 직경 d에 대한 움푹 파임의 깊이 X의 비율을 α로하면,

X = 2rα … 식 8

로 된다.

따라서, 상기 식7의 X에, 식8을 대입하면,

a² = 2r(2rα) - (2rα)² … 식 8

2r = d 로부터,

a² = d²α - d²α² = d²α(1-α) … 식 9

따라서, 수압면의 면적 S(㎡)는,

S = πa² = πd²α(1-α) … 식 10

로 되고, 수압면 S의 면적은, 분사 입체의 직경의 자승에 비례하여 증가한다.

여기에서, 도 1을 참조하여 설명한 층상 가공 조직은, 충돌 시에 요철이 형성되고, 이 중의 철부가 접철되는 것에 의해 형성되지만, 이 철부는, 도 3을 참조하여 설명한 움푹파임부(도 3 중의 사선 부분)에 있던 모재가, 분사 입체가 충돌할 때에 압출되는 것에 의해 형성된 것이다.

따라서, 전술한 수압면 S의 면적이 크게 될수록, 형성되는 철부가 크게 되고, 층상 가공 조직이 형성되기 쉽게 되는 것으로 추측된다.

(1-5) 분사 입체의 입경과 분사 속도

또한, 앞서 언급한 충격력 F의 식(식5)으로부터, 충격력 F는, 분사 입체의 질량 m의 증대에 동반하여 증대할 뿐 아니라, 분사 속도 v1의 증가에 의해서도 증대한다.

거기에서, 분사 입체의 입경 변화에 대하여, 분사 속도가 어떻게 변화하는지를 논문 : 小川, 淺野 등 「공기분사식 쇼트 피닝에 있어서의 입자 속도의 측정과 해석」(일본 기계학회 논문집 C편, 60권 571호, 1994-3)의 분사 속도 계산식을 참조하여 분사 속도를 산출하였다.

(1-6) 분사 입체의 최적 입경 예측

이상의 계산식 등을 이용하고, 일 예로서 스틸 제의 분사 입체(밀도 7.85)의 입경의 변화에 대한 충돌 조건의 변화를 하기의 표 2 및 표 3에 정리하였다.

상기 표 2 및 표 3으로부터 명백한 바와 같이, 분사 입체의 입경을 크게 하면 할수록, 충격력 F는 증가하지만, 이것에 수반하여, 수압면적 S도 증가하기 때문에, 분사 입체의 충돌에 수반하여 금속 제품의 표면에 큰 철부가 형성되는 결과, 이 철부가 접철되는 것에 의해 생기는 곳으로 생각되는 층상 가공 조직이 생성되기 쉽게 되는 것으로 생각된다.

게다가, 분사 입체의 입경을 크게 할수록, 충격력 F의 값은 크게 되지만, 전술한 바와 같이 수압면 S의 면적은 분사 입체의 직경 d의 자승에 비례하여 증가하므로, 이 충격력 F를, 수압면 S의 단위 면적당 (충격력 F/수압면적 S)으로 고려한 경우, 단위 면적당에 가해지는 힘은 적은 것으로 된다.

또, 각 입경에 있어서 충돌 에너지는 표1의 0.5MPa로 각 입자를 분사시킨 경우, 입경 d50=50㎛의 충돌 에너지를 1로 하면, d50=10㎛, 20㎛로는 약 2~3배의 큰 에너지를 표면에 투입하는 것이 가능하다.

이로부터, 입경이 큰 분사 입체의 사용은, 금속 제품의 표면을 변형시키기 쉽고, 도 1을 참조하여 설명한 층상 가공 조직을 생성하기 쉬울 뿐 아니라, 나노 결정 조직을 얻기 위해서 필요한, 임계치를 넘은 왜곡을 얻기 어렵게 하고 있다고 예상된다.

거기에서, 상기 표 2 및 표 3에 나타낸 계산치에 기초하여, 유한 요소법(Finite Element Method : FEM)에 의한 해석(이하, 「FEM 해석」이라 한다)에 의해 폰 미제스(Von Mises) 응력의 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 표 4~8에 나타낸다.

또, 상기 시뮬레이션의 결과로부터 얻어진, 분사 입체의 입경과 응력의 변화의 관계를 나타낸 그래프를 도 9에, 분사 입체의 입경과 최대 응력의 발생 깊이의 관계를 나타낸 그래프를 도 10에 각각 나타낸다.

여기에서, FEM 해석은, 수치해석 수법의 하나이고, 복잡 형상 모델 등 해석적 수법으로 푸는 것이 곤란한 경우, 영역을 미세 요소로 분할하고 요소 단위로 단순 방정식을 세워 요소 간을 보간 함수로 근사하여 영역 전체의 해를 얻는 수법이고, 여기에서는 해석용의 소프트웨어로서, 「Femap with NX NASTRAN」(주식회사 N·S·T 製)를 사용하였다.

또, 「폰 미제스 응력」이란, 전단 변형 에너지 설에 기초하는 상당 응력의 것으로, 방향을 갖지 않는 스칼라 값으로서 표현되는 것으로 하중이 다방향으로부터 복잡하게 걸리도록 한 응력장(應力場)에서, 1축의 인장 또는 압축 응력에 투영한 값이다.

이 폰 미제스 응력을 참조하는 것으로, 이 재료가 항복하는지 어떤지를 판단하는 지표로 되고, 항복 응력과의 비교 시에, 타 방향으로 응력을 볼 필요가 없고, 폰 미제스 응력 하나로 판단할 수 있는 것인 점을 감안하고, 이것을 이용하여, 분사 입체의 충돌에 의해 생기는 응력을 시뮬레이트하였다.

시뮬레이션 결과에 의해, 분사 입체의 입경과, 응력이 들어가는 깊이의 관계를 보면, 분사 입체의 입경이 작을수록, 표면의 매우 낮은 층에 강한 응력이 들어가고, 입경이 크게 되면 응력은 보다 갚은 층까지 들어가지만, 이 응력은 작게 되고 있는 것이 판단된다.

특히 분사 입체의 입경 20㎛를 경계로 하여, 금속 제품의 표면에 대해 들어가는 응력의 깊이와 강도가 변화하고, 20㎛를 넘으면, 응력의 강도가 대폭으로 작게 되고 있는 것이, 도 4~도 8에 있어서 명백한 것으로 되고 있다.

즉, 도 4~도 8에 나타내는 등치선도(contour 圖)에 있어서, 초사흘 달 형으로 보이는 부분의 중심이 응력이 가장 크게 들어가 있는 부분을 나타내고 있는데, 20㎛ 이하의 분사 입체에 의한 시뮬레이션에서는 표층 부근의 일부분에 매우 강한 응력이 가해지고 있지만, 입자 지름이 크게 되면, 응력이 넓고, 깊게 분산하기 때문에, 응력의 강도는 약하게 된다(도 9, 도 10 참조).

이상의 결과로부터, 20㎛ 이하의 분사 입체의 사용은, 금속 제품의 표면에, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 층상 가공 조직의 형성 원인으로 되는 요철(특히 철부)을 형성시키기 어렵고, 게다가, 나노 결정 조직을 생성하는데 필요한, 임계치를 넘은 조성 왜곡을, 금속 제품의 표면 가까이에 집중하여 생기게 하는 효과가 있는 것으로 생각된다.

(2) 분사 압력의 결정

합금공구강(SKD11), 프리하든강(大同特殊鋼製「NAK80」), 알루미늄 합금(A7075) 제의 시험편 중의 6㎜×5㎜의 영역에 대하여, 메디안 지름 d50이 20㎛의 철합금의 분사 입체를 분사하여, 각 시험편의 표면 경도(다이나믹 경도)의 변화를 측정하였다.

경질 재료, 연질 재료의 어느 것에도 적용 가능한 분사 압력을 도출하기 위하여, 재료마다에 다른 분사 압력으로 가공한 시험편을 각각 작성하고, 각 시험편 중의 6㎜×5㎜의 영역에 있어서의 30점으로 다이나믹 경도를 측정하여 구한 경도를, 각 시험편의 표면 경도(다이나믹 경도)로 하였다.

이 측정 결과를 그래프로 한 것을 도 11에 나타낸다.

또한, 다이나믹 경도(DHT)는, 압자(壓子) 밀어 넣기에 의해 경도를 측정하는 것이고, 그 측정을 하기의 조건으로 행하였다.

사용기기 : 島津製作所製 다이나믹 초미소 경도계 「DUH-W210」

압입하중 : 3gf(A7075), 5gf(「NAK80」), 10gf(SKD11)

유지시간 : 5초

압자형상 : 삼각추 다이아몬드 압자(115°)

산출방법 : DHT = α × P ÷ (D²)

또한, 상기의 식에 있어서, DHT는 다이나믹 경도, α는 압자 형상 계수(3.8584), P는 압입하중(mN), D는 압입 깊이이다.

종래, 쇼트 피닝에 의해 금속 제품의 표면에 강한 응력을 주도록 한 경우, 분사 압력을 높게 하는 것이 유효하다고 생각되고 있다.

그러나, 도 11에 나타낸 상기 다이나믹 경도(DHT)의 측정 결과로부터, 본원에서 사용하는 메디안 지름 20㎛ 이하의 분사 입체에 있어서도, 분사 압력이 0~0.1 MPa의 범위에서는, 분사 압력의 상승에 따라 금속 제품의 표면 경도(다이나믹 경도)가 상승하는 것이 확인되었지만, 0.1MPa를 넘으면, 고경도 및 저경도의 어느 것의 재질의 시험편에 대하여도 표면 경도의 더욱 상승이 보이지 않게 되고 있고, 분사 압력 0.1MPa 부근에서, 경도를 향상시키는 효과가 포화하고 있다는 것이 확인되었다.

따라서, 본 발명의 방법에서는, 분사 압력이 0.05MPa 이상이면, 처리 대상으로 하는 금속 제품의 표면에 대하여 경도를 상승시키기(따라서, 나노 결정화시키기) 위해 필요한 에너지를 부여할 수 있다고 생각되고, 0.5MPa 이하의 비교적 낮은 분사 압력에 의해 경질 재료, 연질 재료 모두에 표면 처리를 행하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.

또, 이와 같은 미소한 분사 입체를 사용하여 비교적 낮은 분사 압력으로 가공이 가능하게 된다는 것으로, 연질 재료 제의 금속 제품을 처리 대상으로 한 경우에 있어서도, 금속 제품 표면의 변형을 최소로 억제하는 것으로, 도 1을 참조하여 설명한 층상 가공 조직의 생성을 억제하는 것이 가능하다는 것으로 생각된다.

이와 같이, 본 발명의 방법에 있어서 낮은 분사 압력을 적용할 수 있는 것은, 일반적으로 입자를 공기 중에서 중력 침강시키는 경우, 입자 지름이 크면 중력(외력)에 의해 낙하하지만, 입자 지름이 작은 경우 기류를 타기 쉽기 때문에 침강하기 어렵다고 하는 성질에 의한 것으로 생각된다.

즉, 이와 같은 입자 지름이 작은 분사 입체에서는 질량이 작고 관성력의 영향이 작기 때문에, 이것을 움직이게 하기 위해 큰 힘을 필요로 하지 않고, 반송 기체의 압력이 낮아도 분사 입체는 분사 기류를 타기 쉽고, 최고 속도에 이르는 거리는 짧아지기 때문에, 분사 입체는, 용이하게 분사 노즐로부터 분사되는 압축 기체의 속도에 가깝게 하는 것이 가능하다.

그 결과, 전술한 바와 같이 기류를 타기 쉬운 분사 입체를 사용하는 것으로, 분사 압력을 0.1MPa로 한 경우와, 0.5MPa로 한 경우에서 분사 입체의 분사 속도에는 큰 차가 없게 되고, 분사 압력을 0.1MPa로 한 경우에도, 0.5MPa로 한 경우와 마찬가지의 경도 상승이 얻어지는 것으로 생각된다.

또, 0.05MPa의 압력에 있어서도 그의 경도는 0.1MPa에 있어서의 60% 이상의 경도를 부여할 수 있다.

다만, 메디안 지름이 20㎛ 이하의 분사 분체이어도, 질량이 큰 것은 관성력의 영향을 받기 쉽게 되고, 기류를 타기 어렵고, 최대 속도에 이르기 전에 금속 제품의 표면에 도달하는 것으로 된다.

여기에서, 상기 시험에서 사용한 메디안 지름 20㎛의 철계의 분사 입체는, 공기중에 있어서의 낙하 시간(스톡스의 식에 있어서의 종단 속도의 역수)이 10.6(sec/m)이고, 이 분사 입체를 사용한 시험에서는, 분사 압력 0.05MPa 이상, 0.5 MPa 이하의 범위에 있어서, 어느 것이라도 양호한 표면 경도(다이나믹 경도)의 향상이 얻어지고 있다.

따라서, 이 분사 입체에 의해서도 공기 중에 있어서의 낙하 시간이 길고, 기류를 타기 쉬운 것이라면, 필요한 분사 속도를 얻는 것이 가능하고, 금속 제품의 표면을 나노 결정화시키는 것이 가능하다는 것으로 생각된다.

상기 결과에 의해, 본 발명의 방법에서 사용하는 분사 입체를, 메디안 지름이 20㎛ 이하로, 공기 중에 있어서의 낙하 시간이 10sec/m 이상의 것으로 하였다.

또한, 전술한 입경 20㎛의 철계의 분사 분체의 분사 속도는, 표 2 및 표 3으로부터 80m/sec 이상이고, 본원의 표면 처리 방법에서는, 분사 입체를 분사 속도 80m/sec 이상으로 분사하는 것이 바람직하다.

[효과 확인 시험]

(1) 시험의 목적

전술한 처리 조건을 도출하기 위한 시험 및 시뮬레이션의 결과 얻어진 처리 조건에서 쇼트 피닝을 행하는 것으로, 경질 재료 제의 금속 제품과 연질 재료 제의 금속 제품의 어느 것에 대해서도, 균일한 나노 결정 조직층을 표면을 따라 연속하여 형성하는 것이 가능하고, 또한, 금속 제품의 표면에 높은 잔류 응력을 부여할 수 있는 것을 확인한다.

(2) 시험 방법

프리하든강(大同特殊鋼製「NAK80」), 합금공구강(SKD11), 알루미늄 합금(A7075) 제의 시험편에 대하여, 본 발명의 방법으로 표면 처리를 행하였다.

표면 처리 조건을 하기의 표4에 나타낸다.

시험조건

		NAK 80	SKD 11	A 7075
표 면 처 리	분사방식	SF	SF	SF
	분사입체 재질 메디안 지름 d50(㎛)	철합금 20㎛	철합금 20㎛	철합금 20㎛
	분사압력(MPa)	0.5	0.5	0.5
	노즐지름(㎜)	φ7	φ7	φ7
	분사시간(sec)	30	30	30

(3) 관찰 방법

상기 조건으로 표면 처리를 행한 각 시험편을, 이하의 방법으로 관찰하였다.

(3-1) SIM에 의한 관찰

주사이온 현미경(Scanning Ion Microscope : SIM 日立하이테크사이언스製「SMI3050SE」)을 사용하여, 각 시험편의 표면 부근의 결정 구조의 변화를 관찰하였다.

(3-2) EBSD에 의한 관찰

후방 산란 전자 해석(Electron Back Scatter Diffraction TSL솔루션즈製)에 의해, 각 시험편의 표면 부근의 결정 조직에 있어서의, 결정 입경과 결정립 분포를 관찰하였다.

(3-3) 잔류 응력 측정

포터블형 X선 잔류 응력 측정 장치(필테크공업製「μ-X360」)을 사용하여, 각 시험편의 최표면에 있어서의 잔류 응력을 측정하였다.

(4) 시험 결과

(4-1) SIM에 의한 관찰 결과

각 시험편의 SIM 상을 도 12~14에 나타낸다. 도 12는 프리하든강(NAK80), 도 13은 합금공구강(SKD11), 도 14는 알루미늄 합금(A7075)의 SIM 상이고, 각 도의 (A)는 처리 전, (B)는 처리 후의 시험편을 각각 촬영한 것이다.

어느 것의 재질의 시험편에 대해서도, 본 발명의 방법에 의해 표면 처리를 행한 후의 것은 표층으로부터 약 3㎛의 영역의 금속 조직이 명백히 미세화하고 있는 것을 확인할 수 있고, 미세화 후의 결정립은, 어느 것도 나노 결정 조직으로 되어 있는 것이 확인되었다.

이 나노 결정 조직은, SIM 상의 시야(약 10㎛) 내에 있어서 시험편의 표면을 따라 연속하여 형성되어 있고, 연속한 나노 결정 조직층이 형성되어 있는 것이 확인되었다.

또, 이 나노 결정 조직은, 연질 재료인 알루미늄 합금(A7075)을 처리 대상으로 한 시험편에 있어서도, 도1을 참조하여 설명한 층상 가공 조직을 수반하는 것 없고, 또, 조직 중에서 벌어짐 등을 수반하지 않은 균일한 나노 결정 조직이 형성되어 있는 것이 확인되었다.

또한, 이들 시험편에서는, 표층으로부터 3㎛의 범위에 미결정(나노 결정)화가 현저한 영역이 확인되고 있지만, 표층으로부터의 깊이가 더욱 깊은 영역에 있어서도 결정의 미세화가 보이고, 특히, 알루미늄 합금 제의 시험편에 있어서의 미세화가 현저하다.

이와 같이, SIM에 의한 관찰 결과로부터, 본 발명의 표면 처리 방법에서는, 경질 재료 제의 시험편과, 연질 재료 제의 시험편의 어느 것에 대해서도 표면으로부터 소정 깊이(약 3㎛)의 범위에, 층상 가공 조직을 수반하지 않은, 균일한 나노 결정 조직층을 표면을 따라 연속하여 형성할 수 있다는 것이라는 것이 확인되었다.

또한, 이와 같이 하여 표면 부근에 나노 결정 조직층이 형성된 시험편은, 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 미처리의 것(도 11 중의 분사 압력 0MPa)에 비교하여 표면 경도(다이나믹 경도)가 약 100~200 상승하여 있고, 연질 재료로부터 경질 재료에 이르기까지, 모든 재료로 형성된 금속 제품에 대한 표면 강화 방법으로서 유효하다는 것이 확인되고 있다.

(4-2) EBSD에 의한 관찰 결과

EBSD에 의한 해석의 결과 얻어진, 프리하든강(NAK80) 시험편의 표면 부근에 있어서의 결정립의 입도 분포를 도 15에, 합금공구강(SKD11) 시험편의 표면 부근에 있어서의 결정립의 입도 분포를 도 16에 각각 나타낸다.

EBSD에 의한 관찰 결과로부터, 프리하든강(NAK80)에서는, 나노 결정 조직층의 결정 입경이 100~500㎚의 범위인 것이 확인 가능하고, 또, 결정립 분포(도 15 참조)로부터, 이 나노 결집 조직층의 평균 결정 입경은 240㎚이었다.

또, 합금공구강(SKD11)에서는, 나노 결정 조직층의 평균 결정 입경이 100~500㎚의 범위인 것이 확인 가능하고, 또, 결정립 분포(도 16 참조)로부터, 이 나노 결집 조직층의 평균 결정 입경은 223㎚이었다.

또한, 알루미늄 합금(A7075) 시험편에서는, 생성된 결정 입경이 EBSD의 분해능에 대하여 대폭으로 작은 것으로 되어 있기 때문에, EBSD에 의한 결정 해석을 행하는 것은 가능하지 않았지만, EBSD의 최고 분해능이 30㎚이었던 것, SIM 상으로부터 시험편 중, 가장 미세한 결정립이 관찰되고 있는 것으로부터, 알루미늄 합금(A7075)의 표면에 형성된 나노 결정 조직층에서는, 결정립의 많은 것이 EBSD의 최고 분해능인 30㎚보다도 작은 것으로 되어 있다는 것이 합리적으로 추측 가능하고, 따라서, 알루미늄 합금(A7075)의 표면에 형성된 나노 결정 조직층의 결정 입경은 100㎚ 이하라고 생각된다.

(4-3) 잔류 응력의 측정 결과

각 시험편의 최표면의 잔류 응력의 측정 결과를 그래프로 정리한 것을 도17~19에 나타낸다.

어느 것의 시험편에 있어서도, 미가공의 상태에서는 +의 값(인장 응력)으로 되어 있던 잔류 응력이, -의 값(압축 응력)으로 바뀌어 있고, 본 발명의 표면 처리 방법을 행하는 것으로, 높은 압축 잔류 응력을 부여할 수 있다는 것이 확인 가능하였다.

이 중, 도 17에 나타낸 프리하든강(NAK80)의 응력과, 도 19에 나타낸 알루미늄 합금(A7075)의 응력에서는, 분사 압력의 변화에 대한 변화가 거의 보이지 않고, 전술한 바와 같이 분사 압력 0.1MPa 이상이면, 0.5MPa 이하의 비교적 낮은 분사 압력에서 분사한 경우이어도, 충분한 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.

또한, 알루미늄 합금(A7075)의 잔류 응력을 기재한 도 19의 그래프 중, 비교 예로서 표시한 그래프는, 분사 압력 0.5MPa로, 본원의 범위보다도 큰 메디안 지름 40㎛의 분사 입체를 분사했을 때의 잔류 응력의 측정 결과를 표시한 것이다.

이와 같이, 본원에서 사용하는 분사 입체에 비교하여 입경이 큰 분사 입체를 사용한 예(비교 예)에서는 잔류 압축 응력을 부여하는 것은 가능하고 있지만, 본원의 방법에 의해 부여되는 잔류 응력에 대해 1/5 이하의 잔류 응력밖에 부여할 수 없고, 본 발명의 방법으로 표면처리를 행하는 경우에는, 보다 높은 표면 강화의 효과가 얻어지고 있다.

또한, 합금공구강(SKD11)에 대한 실험결과(도 18 참조)에서는, 분사 압력의 증가에 따라 잔류 응력의 증가가 보였지만, 가장 낮은 분사 압력(0.1MPa)로 분사한 경우에서도, 충분한 잔류 응력의 부여가 행하여지고 있다.

또, 분사 압력 0.1MPa로 본원의 표면처리를 행한 예에서는, 비교 예(분사 입체의 메디안 지름 40㎛, 분사 압력 0.5MPa)에 비교하여, 잔류 응력이 약간 낮게 되어 있지만, 분사 압력 0.3MPa, 0.5MPa에서는, 비교 예와 동등 이상의 잔류 응력의 부여가 행하여지고 있다.

[기계 가공 공구의 인선에 대한 적용]

(1) 시험 방법

본 발명의 표면 처리 방법으로 인선부의 처리를 행한 SKD11제의 타발 공구(실시 예 1, 2)와, 미처리의 SKD11제의 타발 공구(미처리품), 및 본원의 처리 조건으로부터 벗어난 처리 조건으로 표면 처리를 행한 SKD11제의 타발 공구(비교 예1)를 각각 사용하여 타발 프레스 가공을 행하고, 가공 후의 인선부의 상태를 관찰하였다.

(2) 표면 처리 조건

SKD11제의 타발 가공용 펀치(길이 3㎝, 직경 0.5㎝)의 인선 부분(인선 및 인선으로부터 5㎜의 범위)에 대하여, 하기 표5에 나타내는 조건으로 표면 처리를 행하였다.

타발 가공용 펀치에 대한 표면 처리 조건

		실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3
표 면 처 리	분사방식	SF	SF	SF
	분사입체 재질 메디안 지름 d50(㎛)	15(하이스)	16(알루미나)	80(하이스)
	분사압력(MPa)	0.3	0.05	0.3
	노즐지름(㎜)	7	7	7
	분사시간(sec)	30	30	30

또한, 상기 표 5 중, 「분사방식」에 있어서의 「SF」는, 섹션 분사 방식을 나타내고, 본 시험 예에서는 블라스트 가공 장치로서, 주식회사 不二製作所 제의 「SFK-2」를 사용하였다.

(3) 타발 가공 조건 및 관찰 방법

실시 예 1, 실시 예 2, 및 비교 예 1 각각의 방법으로 표면처리를 행한 펀치와, 미처리품을 각각 사용하고, SS鋼材 제의 피가공물에 대하여, 타발 프레스 가공을 9000회 연속하여 실시하고, 이 타발 프레스 가공 후의 각 펀치의 표면 상태를 목시 및 현미경에 의해 소모 상태를 관찰하였다.

(4) 관찰 결과

상기 타발 프레스 가공 후의 각 펀치의 표면 상태는, 하기 표 6에 나타내는 대로 이다.

타발 프레스 가공 후의 펀치의 표면 상태

처리 조건	표면 상태
실시 예 1	손상은 거의 보이지 않는다. 피가공재의 응착도 발생하고 있지 않다.
실시 예 2	손상은 거의 보이지 않는다. 응착의 발생도 없음
비교 예 1	길이 방향으로 근상(筋狀)의 상처를 다수 확인 피가공재의 응착 있음
미처리품	1800회에서 사용 불능

(5) 고찰

본 발명에서는, SKD11 제의 펀치에 대해 본 발명의 표면 처리를 행한 것에 의해, 미처리의 표면 경도 약 750Hv에 대하여, 실시 예 1의 처리에서는 표면 처리 후의 경도가 약 950Hv로까지 상승하여 있고, 약 21%의 경도 상승이 보였다.

또, 실시 예 2의 처리에서는 경도가 약 870Hv까지 상승하고 있고, 약 16%의 경도 상승이 보였다.

이와 같은 경도 상승은, 전술한 나노 결정 조직층의 형성에 의해서도 초래된 것으로 생각된다.

또, 본 발명의 방법으로 표면 처리를 행한 펀치(실시 예 1, 2)에서는, 전술한 바와 같이 인선에 대한 피가공재의 응착에 대하여도 방지할 수 있는 것으로 되어 있고, 이것이 장기에 걸쳐 양호한 타발 성능을 발휘하여 펀치의 수명을 향상시키는 하나의 요인으로 된 것으로 생각된다.

이와 같은 피절삭재의 응착이 방지되는 효과가 얻어지는 원리는 반드시 명백하지는 않지만, 본 발명의 방법으로 표면 처리를 행한 금속 제품의 표면에는, 상당 지름이 1~18㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 미세한 딤플[도2 (B) 참조]이, 이 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상 형성되어 있고, 이 딤플이 기름 받이로 되는 것으로, 피절삭재의 응착을 방지하는 효과가 얻어진 것으로 생각된다.

또한, 딤플의 지름(상당 지름)과 깊이는, 형상 해석 레이저 현미경(키엔스사 제 「VK-X250」을 사용하여 측정하였다. 금속 제품 표면을 직접 측정 가능한 경우에는 직접, 직접 측정 가능하지 않은 경우에는, 아세틸셀룰로스 필름에 초산메틸을 적하하여 금속 제품의 표면에 잘 융합시킨 후, 건조 후 박리하여, 아세틸셀룰로스 필름에 반전 전사시킨 딤플에 기초하여 측정하였다. 측정은, 형상 해석 레이저 현미경으로 촬영한 표면 화상의 데이터(다만, 아세틸셀룰로스 필름을 사용한 측정에서는 촬영한 화상을 반전 처리한 화상 데이터)를 「멀티파일 해석 애플리케이션(키엔스사 제 VK-H1XM)」을 사용하여 해석하는 것에 의해 행하였다.

여기에서, 「멀티파일 해석 애플리케이션」이란, 레이저 현미경으로 측정한 데이터를 이용하여, 표면 거칠기, 선 거칠기, 높이나 폭 등의 계측, 원 상당 지름이나 깊이 등의 해석이나 기준면 설정, 높이 반전 등의 화상 처리를 행하는 것이 가능한 애플리케이션이다.

측정은, 우선 「화상 처리」 기능을 사용하여 기준면 설정을 행하고 (다만, 표면 형상이 곡면의 경우에는 면형상 보정을 이용하여 곡면을 평면으로 보정한 후에 기준면 설정을 행한다), 다음으로, 애플리케이션의 「체적·면적 게측」의 기능으로부터 계측 모드를 요부(凹部)에 설정하여, 설정된 「기준면」에 대한 요부를 계측시키고, 요부의 결과로부터 「평균 깊이」, 「원 상당 지름」의 결과의 평균치를 딤플의 깊이, 및 상당 지름으로 하였다.

또한, 전술한 기준면은, 높이 데이터로부터 최소 이승법을 이용하여 산출하였다.

또, 전술의 「원 상당 지름」 또는 「상당 지름」은, 요부(딤플)로서 측정된 투영 면적을, 원형의 투영 면적으로 환산하여 측정했을 때의 상기 원형의 지름으로서 측정하였다.

또한, 전술의 「기준면」이란, 높이 데이터 중에서, 계측 제로점(기준)으로 하는 평면을 가리키고, 깊이나 높이 등 주로 수직 방향의 계측에 사용된다.

[접동 부재에 대한 적용]

(1) 시험 방법

40×40㎜, 두께 2㎜의 SUS304 평판에 본 발명의 처리(실시 예 3), 경면 상태의 미처리(비교 예 2), 종래 기술(비교 예 3)의 3종류를 준비하고 마찰마모 시험에 의한 접동성 평가를 행하였다.

표면 처리 조건

	실시 예 3	비교 예 3
분사방식	SF	SF
분사입체 메디안 지름 d50(㎛)	20(철합금)	40(하이스)
분사압력(MPa)	0.1	0.3
노즐지름(㎜)	7	7
분사시간(sec)	20	20

(2) 평가 방법

상기 조건으로 가공한 후 SUS304판에 대하여 마찰계수 2.0에 달하기까지 볼온디스크 시험을 행하고, 그때의 측정 시간을 비교하는 것으로 접동성의 평가를 행하였다.

마찰마모 시험 조건

시험기	FPR-2000
하중 g	10
회전지름 ㎜	4
회전수 rpm	200
윤활	없음
측정자	3/16 인치 SUS304 볼

볼온디스크 방식의 마찰마모 시험기를 사용하였다. 볼 지름은, 3/16인치, SUS304 제를 이용하였다.

(3) 평가 결과

경과 시간에 대한 프릭션 변화를 측정한 그래프를 도 20에 나타낸다.

이 측정 결과로부터 알 수 있듯이, 실시 예 3의 조건으로 처리를 행한 것은, 미처리(비교 예2)에 대하여 약 5배, 비교 예 3의 조건으로 처리한 것에 대하여 약 3배의 내구성이 있었다.

(4) 고찰

비교 예 2에 대하여 약 5배, 비교 예 3에 대하여 약 3배의 내구성이 얻어졌다고 하는 것은, 그것만 저마찰로 시험을 행해졌다고 추측할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 처리를 행하는 것으로 약 3배의 접동성이 얻어졌다고 생각된다.

Claims

금속 제품에 대하여, 메디안 지름 d50이 1~20㎛로 공기 중에서의 낙하 시간이 10sec/m 이상의 각이 없는 형상의 분사 입체를, 0.05MPa~0.5MPa의 분사 압력으로 분사하여, 상기 금속 제품의 표면을 따라 표면으로부터 일정 깊이의 범위를 연속하여 균일하게 평균 결정 입경이 300㎚ 이하의 나노 결정으로 미세화시킨 나노 결정 조직층을 형성함과 함께, 상기 금속 제품의 표면에 압축 잔류 응력을 부여한 것을 특징으로 하는 금속 제품의 표면 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 분사 입체의 분사 속도를 80m/sec 이상으로 한 것을 특징으로 하는 금속 제품의 표면 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 제품의 재질이 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 상기 나노 결정 조직층의 결정 입경을, 100㎚ 이하로 미세화시킨 것을 특징으로 하는 금속 제품의 표면 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 제품이 기계 가공 공구이고, 해당 기계 가공 공구의 인선과 해당 인선 근방을 처리 영역으로 하고,
상기 처리 영역에, 상기 분사 입체의 분사에 의해 상당 지름이 1~18㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플을, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 제품의 표면 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 제품이 접동 부재이고, 해당 접동 부재의 적어도 접동부를 처리 영역으로 하고,
상기 처리 영역에, 상기 분사 입체의 분사에 의해 상당 지름이 1~18㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플을, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 제품의 표면 처리 방법.
모재 경도가 HV714 이하로, 표면을 따라 표면으로부터 일정 깊이의 범위가 연속하여 균일하게 평균 결정 입경이 300㎚ 이하의 나노 결정으로 미세화한, 층상 가공 조직을 수반하지 않은 나노 결정 조직층을 가짐과 함께, 표면에 압축 잔류 응력이 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 제품.
제6항에 있어서,
알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 나노 결정 조직층의 결정 입경이 100㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 금속 제품.
제6항에 있어서,
인선과 해당 인선 근방으로 이루어지는 처리 영역의 표면에 상기 나노 결정 조직층이 형성되어 있음과 함께, 상당 지름이 1~18㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플이, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 처리 영역의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성된 기계 가공 공구인 금속 제품.
제6항에 있어서,
타부재와 접동하여 접해지는 접동부의 표면에 상기 나노 결정 조직층이 형성되어 있음과 함께, 상당 지름이 1~18㎛, 깊이가 0.02~1.0㎛ 이하의 딤플이, 해당 딤플의 투영 면적이 상기 접동부의 표면적의 30% 이상으로 되도록 형성된 접동 부재인 금속 제품.