JPH03100165A - 耐摩耗性部材 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は遷移金属材料の表面にほう素をイオン注入して
硬質化された耐摩耗性部材に関し、この耐摩耗性部材は
、軽量軸受、耐熱性軸受、自動車のエンジン部品などの
耐摩耗性摺動機器部材等として有用である。

［従来の技術］ 周期律表の４Ａ族、ＳＡ族、６Ａ族に属する遷移金属（
たとえばＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。

Ｍｏ、Ｗ等）もしくはそれらを含む合金は、高融点で高
温強度および耐酸化性に優れたものであるから、従来よ
り航空機や各種化学プラント、原子カプラント等の構造
材として多用されている。ところがこれらの遷移金属は
鋼材等に比べて耐摩耗性が悪く、しかも摩擦により焼付
きを起こし易いという欠点があるところから、摺動機器
部材としては殆んど実用化されていない。

そこでこうした欠点を改善し耐摩耗性を改善するための
手段としてほう素化処理法が開発された。この方法は、
遷移金属材の表面を下記の様な手段によってほう素化し
硬質のほう化物皮膜を形成するものである。即ち遷移金
属のほう化物は、■比抵抗が小さい、■硬度がＨｖ２０
００以上と極めて硬質である、■高温で非常に安定であ
る、といった特徴を有しているので、このほう化物を遷
移金属表面に形成することにより耐摩耗性が改善される
ばかりでなく焼付きも起こし難くなり、摺動機器部材と
して非常に優れたものとなる。こうした表面ほう化物皮
膜の形成法としては下記の方法が知られている。

（１）ガスボロン化法（三塩化ボロン法、ジボラン法） （２）溶融塩法 （３）ほう砂浴法 ［発明が解決しようとする課題］ ところが上記の各方法には次の様な問題がある。まず上
記（１）のガスボロン化法では、十分な厚さの硬質皮膜
が形成されるまでに長時間を要するという欠点があり、
更に表面改質に用いるガスが発火性で且つ毒性を有して
いるという問題がある為、設備の保全および管理に細心
の注意を払わなければならない。また上記（２）　、　
（３）の溶融塩法やほう砂浴法も上記と同じ様に硬質皮
膜の形成に長時間を要し、またこれらの方法ではほう化
処理の前後で特殊な表面処理を行なわなければならず、
工程が非常に煩雑である。しかもこれら（１）。

（２）　、　（３）の方法ではいずれも被処理材がかな
りの高温に曝らされるため熱変質を起こす恐れがあり、
また形成された硬質皮膜の密着性が悪いという問題も指
摘されている。

本発明はこの様な従来技術の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、基材を変質を伴わずに密着性
の優れた硬質皮膜が形成されることにより優れた耐摩耗
性を示す部材を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明の耐摩耗性部材
は、４Ａ族、ＳＡ族および６Ａ族よりなる群から選択さ
れる遷移金属もしくはそれらを含む合金よりなる金属部
材の表面に、ほう素がイオン注入されたものであるとこ
ろに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明では、前述の様な特定の遷移金属もしくはその合
金を基材として選択し、その表面をほう素イオン注入法
によってほう化したものである。

ほう素イオン注入の特徴は、非熱プロセスで遂行し得る
点にあり、低温（室温）下のイオン注入処理でも十分な
厚さのほう化物皮膜を形成することができ、しかもこの
皮膜は優れた高温安定性を示すばかりでなく、極めて硬
質で耐摩耗性も非常に優れている。更にこの方法は、ほ
う素をイオン化させ、加速機で該イオンに高エネルギー
を与えて基材の表層部に突入させる方法であるから、イ
オンは基材内部に打込まれてアンカー効果を生じ、ほう
化物皮膜の密着性も従来技術に比べて大幅に改善される
。

この様に本発明によれば、非加熱方式であるから基材金
属を熱変質させる恐れがなく、また短時間の処理で相当
の厚みを持った硬質皮膜を容易に形成することができ、
更に皮膜の密着性は良好で且つ皮膜自体の物性も非常に
優れたものであり、ほう化処理法の利点を享受しつつ従
来法において指摘されていた欠点をすべて解消すること
ができる。

尚イオン注入法による表面改質法としては、ほう素置外
のイオン、たとえば炭素、窒素、酸素等をイオン注入す
ることも考えられる。しかし本発明で選択される遷移金
属のほう化物は、炭化物、窒化物、酸化物等に比べて格
段に優れた特性（特に耐熱性、耐摩耗性、耐焼付性等）
を有しており、ほう化物皮膜でなければ本発明で意図す
る様な耐熱性と耐摩耗性を満足することができない。

イオン注入の具体的条件は特に限定されないが、実験に
より確認したところでは、ほう素イオンの注入量がｌＸ
ｌ０”イオン／ｃｙａ”以上になるとほう化物の生成が
明確に確認でき、それに伴なって表面が硬質化するとこ
とから、イオン注入量はｏ、ｓ　ｘ　ｔ　ｏＩ６イオン
／ＣＩ２以上に設定するのがよく、より好ましいのは１
×１０１フイオン／Ｃ１２以上である。イオン注入量の
上限は、注入層の目標厚さ、所要処理時間、イオン注入
処理設備の能力等に応じて適当に決めればよいが、−Ｍ
的なのは１ｘｉｏ”イオン／Ｃｌ１ｌ！程度までである
。

尚イオン注入は室温で行なうこともできるが、被処理基
材を適度に加熱しておくと、イオン注入時における基材
内へのほう素の拡散が促進されてほう化物が形成され易
くなり、またより短時間の処理で比較的厚肉の表面硬化
層を形成することができるので有利である。

本発明の基材として使用される４Ａ族、ＳＡ族および６
Ａ族遷穆金属の具体例としては、Ｔｉ。

Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗが挙げら
れ、これらは用途に応じて適宜選択して用いられる。ま
たこれらは必要により２ｆ！以上を組合せ、あるいは上
記以外の金属と組合せた合金として用いることもできる
。またその形状にも一切制限がなく、最も一般的な板状
のほか、用途に応じて線状、棒状あるいは管状のもので
あってもよく、あるいは任意の形状に成形されたものを
基材として使用することも勿論可能である。

［実施例］ 第１表に示す遷移金属よりなる板材（２５ｊｘ２５ｗＸ
１ｔ）を使用し、同表に示す条件でほう素イオン注入を
行ない、表面にほう化物層を形成した。

得られた各イオン注入処理材について、下記の方法で相
対硬度および相対摩耗量を調べた。

相対硬度：マイクロビッカース硬度計を使用し、付加荷
重１０ｇｆ、保持時間 １５秒の条件で表面硬度を測定し、 イオン注入前の硬度を１として相対 硬度を算出する。

相対摩耗量：アルミナボールを相手材とする摺動式摩耗
試験機で摩耗量を測定 し、イオン注入前の摩耗量を１と して相対摩耗量を算出する。

結果は第１表に示す通りであり、表面硬度が高く耐摩耗
性の優れた表面処理材が得られている。

第 表 ［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、硬質で耐摩耗性の
優れた表面特性を有する遷移金属材を、ほう素イオン注
入法によって、基材に熱変質を及ぼすことなく簡ＪＩＬ
な手順でしかも効率良く製造し得ることになった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　４Ａ族、５Ａ族および６Ａ族よりなる群から選
   択される遷移金属もしくはそれらを含む合金よりなる金
   属部材の表面に、ほう素をイオン注入したものであるこ
   とを特徴とする耐摩耗性部材。