JP2000263260A - 表面処理方法及び耐摩耗・耐摺動性部材 - Google Patents
表面処理方法及び耐摩耗・耐摺動性部材Info
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属材料またはセラミックス−金属複合材料
における耐摩耗性および耐摺動性を向上させる表面処理
方法であって、幅広い材料に適用することができるとと
もに、母材と硬化層との密着性が良好で、かつ母材の変
形を抑制でき、さらに母材と同様の靭性を保持すること
ができる表面処理方法を提供する。 【解決手段】 金属材料またはセラミックス−金属複合
材料における耐摩耗性および耐摺動性を向上させる表面
処理方法であって、前記材料１０の表面に、レーザービ
ーム照射によるスポット加熱によって互いに独立した多
数の硬化スポット１２を形成する。
における耐摩耗性および耐摺動性を向上させる表面処理
方法であって、幅広い材料に適用することができるとと
もに、母材と硬化層との密着性が良好で、かつ母材の変
形を抑制でき、さらに母材と同様の靭性を保持すること
ができる表面処理方法を提供する。 【解決手段】 金属材料またはセラミックス−金属複合
材料における耐摩耗性および耐摺動性を向上させる表面
処理方法であって、前記材料１０の表面に、レーザービ
ーム照射によるスポット加熱によって互いに独立した多
数の硬化スポット１２を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料またはセ
ラミックス−金属複合材料における耐摩耗性および耐摺
動性を向上させる表面処理方法に関する。
ラミックス−金属複合材料における耐摩耗性および耐摺
動性を向上させる表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転機械や往復動機械の軸、軸受及びブ
ッシュなどにおける回転及び往復摺動面には、耐摩耗性
及び耐摺動性が要求される。そのため、従来、例えば、
上記軸等の素材にセラミックやサーメットのような高価
な材料を使用したり、材料の表面に高硬度材料のコーテ
ィングを施したり、あるいは高周波などによって表面を
加熱し、又は急冷することによって表面硬化させること
により、耐摩耗性および耐摺動性の向上を図っている。
ッシュなどにおける回転及び往復摺動面には、耐摩耗性
及び耐摺動性が要求される。そのため、従来、例えば、
上記軸等の素材にセラミックやサーメットのような高価
な材料を使用したり、材料の表面に高硬度材料のコーテ
ィングを施したり、あるいは高周波などによって表面を
加熱し、又は急冷することによって表面硬化させること
により、耐摩耗性および耐摺動性の向上を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の技術においては、それぞれ解決すべき課題
を有していた。すなわち、セラミックやサーメットを使
用する場合には、高価でコストが高くなるとともに、脆
いために加工や機械等への取り付けが困難であって、実
用性が低いという問題がある。使用材料の表面に高硬度
材料のコーティングを施す場合は、母材の素材が制限さ
れるとともに、剥離の虞れがあるという問題がある。さ
らに、高周波などによって表面を加熱、急冷して表面硬
化させる場合は、母材自体の変形を招き易いとともに、
表面に割れが発生し易いという問題がある。
ような従来の技術においては、それぞれ解決すべき課題
を有していた。すなわち、セラミックやサーメットを使
用する場合には、高価でコストが高くなるとともに、脆
いために加工や機械等への取り付けが困難であって、実
用性が低いという問題がある。使用材料の表面に高硬度
材料のコーティングを施す場合は、母材の素材が制限さ
れるとともに、剥離の虞れがあるという問題がある。さ
らに、高周波などによって表面を加熱、急冷して表面硬
化させる場合は、母材自体の変形を招き易いとともに、
表面に割れが発生し易いという問題がある。
【０００４】本発明は、上記課題に鑑み為されたもの
で、金属材料またはセラミックス−金属複合材料におけ
る耐摩耗性および耐摺動性を向上させる表面処理方法で
あって、幅広い材料に適用することができるとともに、
母材と硬化層との密着性が良好で、かつ母材の変形を抑
制でき、さらに母材と同様の靭性を保持することができ
る表面処理方法を提供することを目的とする。
で、金属材料またはセラミックス−金属複合材料におけ
る耐摩耗性および耐摺動性を向上させる表面処理方法で
あって、幅広い材料に適用することができるとともに、
母材と硬化層との密着性が良好で、かつ母材の変形を抑
制でき、さらに母材と同様の靭性を保持することができ
る表面処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属材料また
はセラミックス−金属複合材料における耐摩耗性および
耐摺動性を向上させる表面処理方法であって、前記材料
の表面に、レーザービーム照射によるスポット加熱によ
って互いに独立した多数の硬化スポットを形成すること
を特徴とする表面処理方法である。
はセラミックス−金属複合材料における耐摩耗性および
耐摺動性を向上させる表面処理方法であって、前記材料
の表面に、レーザービーム照射によるスポット加熱によ
って互いに独立した多数の硬化スポットを形成すること
を特徴とする表面処理方法である。
【０００６】このような方法においては、レーザービー
ムを材料の表面に短時間照射することにより、材料の表
面が焼き入れ温度以上に加熱され、その後自己冷却又は
強制冷却により硬化し、硬化スポットが形成される。こ
のような硬化スポットにおいては、素地が硬化するとと
もに脆化し、冷却に伴う内部応力が発生するが、スポッ
トが互いに独立して形成されていれば、熱処理が繰り返
されることがなく、脆化の度合いに対して発生する応力
が小さいので、割れや変形が発生しにくい。これらの硬
化スポットは母材の中に島状に形成されるので、母材と
硬化スポットが混在し、表面処理を施した後においても
母材が有する靭性がある程度保持され、また、硬化スポ
ットと母材の密着性も保持されるので脆化しない。
ムを材料の表面に短時間照射することにより、材料の表
面が焼き入れ温度以上に加熱され、その後自己冷却又は
強制冷却により硬化し、硬化スポットが形成される。こ
のような硬化スポットにおいては、素地が硬化するとと
もに脆化し、冷却に伴う内部応力が発生するが、スポッ
トが互いに独立して形成されていれば、熱処理が繰り返
されることがなく、脆化の度合いに対して発生する応力
が小さいので、割れや変形が発生しにくい。これらの硬
化スポットは母材の中に島状に形成されるので、母材と
硬化スポットが混在し、表面処理を施した後においても
母材が有する靭性がある程度保持され、また、硬化スポ
ットと母材の密着性も保持されるので脆化しない。
【０００７】硬化スポットどうしの中心間距離は、硬化
スポットが重ならないように、スポットの半径の１．０
以上とするが、あまりに分散しすぎても表面の平均的な
硬化の度合いが少ないので、最大で半径の２．０である
ことが望ましい。また、硬化スポットの最大深さは、ス
ポットの直径の０．２〜１．０であることが望ましい。
これは、十分な硬化硬度と硬化部の割れを防ぐためであ
る。硬化スポットは、必要な箇所のみに、例えば、帯状
に形成しても、ある領域の全面に形成してもよい。ま
た、硬化スポットの形成工程は、直線に沿って順次形成
しても、千鳥状に形成しても、あるいはランダムに形成
してもよい。
スポットが重ならないように、スポットの半径の１．０
以上とするが、あまりに分散しすぎても表面の平均的な
硬化の度合いが少ないので、最大で半径の２．０である
ことが望ましい。また、硬化スポットの最大深さは、ス
ポットの直径の０．２〜１．０であることが望ましい。
これは、十分な硬化硬度と硬化部の割れを防ぐためであ
る。硬化スポットは、必要な箇所のみに、例えば、帯状
に形成しても、ある領域の全面に形成してもよい。ま
た、硬化スポットの形成工程は、直線に沿って順次形成
しても、千鳥状に形成しても、あるいはランダムに形成
してもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の表面処理方法の一
実施の形態を、図１を参照して説明する。図１は、鋳鉄
からなる軸受１０の表面の所定の幅Ｗの領域Ｒに、レー
ザービーム照射によるスポット加熱によって、独立した
多数の硬化スポット１２を、形成した状態を示してい
る。この硬化スポットは、図２に示すように、レーザー
ビームをレンズ１４によって収束させ、さらに焦点外し
距離Ｌを適当にとって所定半径ｒのスポットビームを形
成し、試料１０の表面に照射することによって形成され
る。
実施の形態を、図１を参照して説明する。図１は、鋳鉄
からなる軸受１０の表面の所定の幅Ｗの領域Ｒに、レー
ザービーム照射によるスポット加熱によって、独立した
多数の硬化スポット１２を、形成した状態を示してい
る。この硬化スポットは、図２に示すように、レーザー
ビームをレンズ１４によって収束させ、さらに焦点外し
距離Ｌを適当にとって所定半径ｒのスポットビームを形
成し、試料１０の表面に照射することによって形成され
る。
【０００９】ここで、硬化スポットの径は、０．２〜
２．０ｍｍφ、中心部の硬化深さが、硬化スポット径の
０．２〜１．０倍、各硬化スポット径の中心間距離が、
硬化スポットの半径の１．０〜２．０倍、レーザービー
ムの強度は、０．１〜１０ｋＪ／ｃｍ２に設定されてい
る。
２．０ｍｍφ、中心部の硬化深さが、硬化スポット径の
０．２〜１．０倍、各硬化スポット径の中心間距離が、
硬化スポットの半径の１．０〜２．０倍、レーザービー
ムの強度は、０．１〜１０ｋＪ／ｃｍ２に設定されてい
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図２に示
すレーザービーム照射装置によって、鋳鉄（ＦＣ２５
０）の表面に、パルスＹＡＧレーザービームを、強度を
０．８ｋＪ／ｃｍ２として照射し、硬化スポット径が
１．４ｍｍφ、中心部の硬化深さが０．３ｍｍ、各硬化
スポット径の中心間距離が０．８ｍｍの硬化スポット
を、直線状に形成した。この実施例では、焦点外し距離
Ｌは０ｍｍとした。表面及び断面の形状を図３（ａ）及
び図３（ｂ）に示す。図４は、母材の基地の部分と硬化
スポットの境界領域の金属組織を示すものであり、図５
及び図６はそれぞれ硬化スポットと基地の部分の金属組
織を示すものである。
すレーザービーム照射装置によって、鋳鉄（ＦＣ２５
０）の表面に、パルスＹＡＧレーザービームを、強度を
０．８ｋＪ／ｃｍ２として照射し、硬化スポット径が
１．４ｍｍφ、中心部の硬化深さが０．３ｍｍ、各硬化
スポット径の中心間距離が０．８ｍｍの硬化スポット
を、直線状に形成した。この実施例では、焦点外し距離
Ｌは０ｍｍとした。表面及び断面の形状を図３（ａ）及
び図３（ｂ）に示す。図４は、母材の基地の部分と硬化
スポットの境界領域の金属組織を示すものであり、図５
及び図６はそれぞれ硬化スポットと基地の部分の金属組
織を示すものである。
【００１１】硬化部分の深さ方向に沿ってマイクロビッ
カース硬度計で硬度を測定した結果を図７に示す。これ
によれば、母材の硬度がＨｖ２００であるのに対して、
硬化スポットの中心部の硬度はＨｖ８００となってお
り、耐摩耗性が向上が図られていることが分かる。しか
も、鋳鉄が割れ感受性が高い材料であるにも拘わらず、
図３に示すように、割れは発生していなかった。また、
硬化スポットの表面の粗度を表面粗さ計により測定した
結果を図８に示すが、２０μｍ程度であって問題が無か
った。
カース硬度計で硬度を測定した結果を図７に示す。これ
によれば、母材の硬度がＨｖ２００であるのに対して、
硬化スポットの中心部の硬度はＨｖ８００となってお
り、耐摩耗性が向上が図られていることが分かる。しか
も、鋳鉄が割れ感受性が高い材料であるにも拘わらず、
図３に示すように、割れは発生していなかった。また、
硬化スポットの表面の粗度を表面粗さ計により測定した
結果を図８に示すが、２０μｍ程度であって問題が無か
った。
【００１２】このようにして作製した径３０ｍｍφのリ
ング状の幅５ｍｍの軸受を、油を塗布した状態で、周速
２．６ｍ／ｓｅｃの定速で回転させつつ、荷重を変化さ
せて測定した摩擦係数を、図９に示す。比較例として、
無処理の母材の摩擦係数も測定した。図９から、無処理
の母材では、荷重約７ｋｇで摩擦係数が０．１４である
のに対し、本発明の表面処理を行った鋳鉄では、荷重を
１０ｋｇ〜３５ｋｇに変化させても、摩擦係数は約０．
０４〜０．０６５であった。これより、本発明によっ
て、耐摺動性が向上しているのが分かる。
ング状の幅５ｍｍの軸受を、油を塗布した状態で、周速
２．６ｍ／ｓｅｃの定速で回転させつつ、荷重を変化さ
せて測定した摩擦係数を、図９に示す。比較例として、
無処理の母材の摩擦係数も測定した。図９から、無処理
の母材では、荷重約７ｋｇで摩擦係数が０．１４である
のに対し、本発明の表面処理を行った鋳鉄では、荷重を
１０ｋｇ〜３５ｋｇに変化させても、摩擦係数は約０．
０４〜０．０６５であった。これより、本発明によっ
て、耐摺動性が向上しているのが分かる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属材料またはセラミックス−金属複合材料における耐
摩耗性および耐摺動性を向上させる場合に、幅広い材料
に適用することができるとともに、母材の変形を抑制
し、母材と同等の靭性を保持しつつ、割れの発生を防ぎ
つつ表を硬化させて耐摺動性を向上させることができる
表面処理方法を提供することができる。
金属材料またはセラミックス−金属複合材料における耐
摩耗性および耐摺動性を向上させる場合に、幅広い材料
に適用することができるとともに、母材の変形を抑制
し、母材と同等の靭性を保持しつつ、割れの発生を防ぎ
つつ表を硬化させて耐摺動性を向上させることができる
表面処理方法を提供することができる。
【図１】本発明の表面処理方法の一実施の形態を示す図
である。
である。
【図２】本発明の方法を行なうためのレーザービーム照
射装置の概略を示す図である。
射装置の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施例の耐摩耗・摺動性部材の（ａ）
表面、（ｂ）断面の形状を示す写真である。
表面、（ｂ）断面の形状を示す写真である。
【図４】本発明の実施例の耐摩耗・摺動性部材の硬化ス
ポットと母材の境界領域の（ａ）顕微鏡組織写真、
（ｂ）その説明図である。
ポットと母材の境界領域の（ａ）顕微鏡組織写真、
（ｂ）その説明図である。
【図５】本発明の実施例の耐摩耗・摺動性部材の硬化ス
ポットの顕微鏡組織写真である。
ポットの顕微鏡組織写真である。
【図６】本発明の実施例の耐摩耗・摺動性部材の母材の
顕微鏡組織写真である。
顕微鏡組織写真である。
【図７】本発明の実施例の耐摩耗・摺動性部材の硬化ス
ポットの深さ方向のマイクロビッカース硬度の変化を示
すグラフである。
ポットの深さ方向のマイクロビッカース硬度の変化を示
すグラフである。
【図８】本発明の実施例の耐摩耗・摺動性部材の硬化ス
ポットの表面粗さの測定結果である。
ポットの表面粗さの測定結果である。
【図９】本発明の実施例の耐摩耗・摺動性部材の摺動試
験の結果を示す図である。
験の結果を示す図である。
１０ 軸受部材 １２ 硬化スポット １４ レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 金属材料またはセラミックス−金属複合
材料における耐摩耗性および耐摺動性を向上させる表面
処理方法であって、 前記材料の表面に、レーザービーム照射によるスポット
加熱によって互いに独立した多数の硬化スポットを形成
することを特徴とする表面処理方法。 - 【請求項２】 金属材料またはセラミックス−金属複合
材料からなる耐摩耗・耐摺動性部材であって、 前記材料の表面に、レーザービーム照射によるスポット
加熱によって互いに独立した多数の硬化スポットが形成
されていることを特徴とする耐摩耗・耐摺動性部材。 - 【請求項３】 前記硬化スポットどうしの中心間距離
は、スポットの半径の１．０〜２．０であることを特徴
とする請求項１に記載の表面処理方法又は請求項２に記
載の耐摩耗・耐摺動性部材。 - 【請求項４】 前記硬化スポットの最大深さは、スポッ
トの直径の０．２〜１．０であることを特徴とする請求
項１に記載の表面処理方法又は請求項２に記載の耐摩耗
・耐摺動性部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11114045A JP2000263260A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 表面処理方法及び耐摩耗・耐摺動性部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11114045A JP2000263260A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 表面処理方法及び耐摩耗・耐摺動性部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000263260A true JP2000263260A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=14627661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11114045A Pending JP2000263260A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 表面処理方法及び耐摩耗・耐摺動性部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000263260A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170139084A (ko) | 2015-04-21 | 2017-12-18 | 도카로 가부시키가이샤 | 기재의 조면화(粗面化)방법, 기재의 표면처리방법, 용사 피막 피복부재의 제조방법 및 용사 피막 피복부재 |
-
1999
- 1999-03-17 JP JP11114045A patent/JP2000263260A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170139084A (ko) | 2015-04-21 | 2017-12-18 | 도카로 가부시키가이샤 | 기재의 조면화(粗面化)방법, 기재의 표면처리방법, 용사 피막 피복부재의 제조방법 및 용사 피막 피복부재 |
| US11131014B2 (en) | 2015-04-21 | 2021-09-28 | Tocalo Co., Ltd. | Method for roughening surface of substrate, method for treating surface of substrate, method for producing thermal spray-coated member, and thermal spray-coated member |
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