JPH04218658A - チタンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法 - Google Patents
チタンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法Info
- Publication number
- JPH04218658A JPH04218658A JP40275090A JP40275090A JPH04218658A JP H04218658 A JPH04218658 A JP H04218658A JP 40275090 A JP40275090 A JP 40275090A JP 40275090 A JP40275090 A JP 40275090A JP H04218658 A JPH04218658 A JP H04218658A
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- titanium alloy
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チタンあるいはチタン
合金の耐摩耗処理方法に関するもので、チタンあるいは
チタン合金製の摺動部品等に適用できる。
合金の耐摩耗処理方法に関するもので、チタンあるいは
チタン合金製の摺動部品等に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】これまでに、チタンあるいはチタン合金
の耐摩耗処理方法として、酸化、窒化、ＴｉＮイオンプ
レーティング、硬質Ｃｒメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ｍｏ
溶射等が知られている。また特開昭５６−８１６６５号
公報、特開昭５８−９１１６５号公報には、Ｎｉ溶射ま
たはＮｉメッキによりチタンあるいはチタン合金表面に
Ｎｉを付着させ、加熱拡散し、Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成
させ、表面を硬化する方法が提案されている。さらに特
開昭５８−７３７６０号公報には、カルボキシメチルセ
ルロースナトリウム塩をバインダーとし、Ｎｉ粉末をチ
タンあるいはチタン合金表面に塗布し、次いで４×１０
−５Ｔｏｒｒ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のち、レーザーで加熱し、
Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成させ、表面を硬化し、純チタン
、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖと比較して摩耗量が低減すること
を確認している。また特開昭６２−２７０２７７号公報
にはＡｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，
Ｓｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒの硬化合
金元素と共にＴｉ合金を溶融硬化させたり、さらに炭化
物、窒化物、酸化物を加えることにより耐摩耗性を向上
させる方法が提案されている。
の耐摩耗処理方法として、酸化、窒化、ＴｉＮイオンプ
レーティング、硬質Ｃｒメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ｍｏ
溶射等が知られている。また特開昭５６−８１６６５号
公報、特開昭５８−９１１６５号公報には、Ｎｉ溶射ま
たはＮｉメッキによりチタンあるいはチタン合金表面に
Ｎｉを付着させ、加熱拡散し、Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成
させ、表面を硬化する方法が提案されている。さらに特
開昭５８−７３７６０号公報には、カルボキシメチルセ
ルロースナトリウム塩をバインダーとし、Ｎｉ粉末をチ
タンあるいはチタン合金表面に塗布し、次いで４×１０
−５Ｔｏｒｒ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のち、レーザーで加熱し、
Ｔｉ−Ｎｉ合金層を形成させ、表面を硬化し、純チタン
、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖと比較して摩耗量が低減すること
を確認している。また特開昭６２−２７０２７７号公報
にはＡｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，
Ｓｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒの硬化合
金元素と共にＴｉ合金を溶融硬化させたり、さらに炭化
物、窒化物、酸化物を加えることにより耐摩耗性を向上
させる方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】室温から５００℃程度
で処理されるＮｉ−Ｐメッキ、Ｃｒメッキ、ＴｉＮイオ
ンプレーティングに関しては熱変形がなく、精度を要求
されるチタン合金部品の最終処理として利用しうるもの
の、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ｃｒメッキでは、チタン表面に不
可避的に存在する酸化膜のため密着性に乏しく、また密
着性改善のために熱処理するとＮｉ−Ｐメッキ、Ｃｒメ
ッキ共に皮膜の硬さが低下し、耐摩耗性が著しく劣化す
るほか、ＴｉＮイオンプレーティングでは、相手材を摩
耗しやすいという問題点がある。一方、８００〜９５０
℃程度で処理される酸化、窒化、Ｎｉメッキ後の加熱拡
散等の方法では、処理温度が高いため熱変形が発生しや
すく、精度が要求される部品に対しては適用できないこ
とがある。
で処理されるＮｉ−Ｐメッキ、Ｃｒメッキ、ＴｉＮイオ
ンプレーティングに関しては熱変形がなく、精度を要求
されるチタン合金部品の最終処理として利用しうるもの
の、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ｃｒメッキでは、チタン表面に不
可避的に存在する酸化膜のため密着性に乏しく、また密
着性改善のために熱処理するとＮｉ−Ｐメッキ、Ｃｒメ
ッキ共に皮膜の硬さが低下し、耐摩耗性が著しく劣化す
るほか、ＴｉＮイオンプレーティングでは、相手材を摩
耗しやすいという問題点がある。一方、８００〜９５０
℃程度で処理される酸化、窒化、Ｎｉメッキ後の加熱拡
散等の方法では、処理温度が高いため熱変形が発生しや
すく、精度が要求される部品に対しては適用できないこ
とがある。
【０００４】さらに特開昭６２−２７０２７７号公報に
記載されている様に、各種の硬化元素と共にチタン合金
を溶融させることにより硬さを増し、耐摩耗性を向上さ
せる方法が提案されているが、局部加熱を用いるこの方
法では、例えばチタン合金バルブの軸側面の様な基材そ
のものの熱容量が小さい場合、基材が高温となり、母材
の材質が劣化したり、熱変形する等の問題点がある。最
後に、Ｍｏ溶射の方法では、性能上の問題点は特にない
もののコスト高となる。
記載されている様に、各種の硬化元素と共にチタン合金
を溶融させることにより硬さを増し、耐摩耗性を向上さ
せる方法が提案されているが、局部加熱を用いるこの方
法では、例えばチタン合金バルブの軸側面の様な基材そ
のものの熱容量が小さい場合、基材が高温となり、母材
の材質が劣化したり、熱変形する等の問題点がある。最
後に、Ｍｏ溶射の方法では、性能上の問題点は特にない
もののコスト高となる。
【０００５】本発明の目的は、密着性が良く、耐久性に
優れ、また処理されるチタンあるいはチタン合金が処理
の際の加熱によって熱変形しにくく、かつ材質が劣化し
ない耐摩耗処理方法を提供することである。
優れ、また処理されるチタンあるいはチタン合金が処理
の際の加熱によって熱変形しにくく、かつ材質が劣化し
ない耐摩耗処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、チタンある
いはチタン合金上にＣｕを付着させ、真空中または不活
性雰囲気中で、５００℃以上８７５℃未満に加熱し、チ
タンとＣｕの金属間化合物をチタンあるいはチタン合金
表面上に形成させる耐久性に優れる耐摩耗処理方法を発
明した。
いはチタン合金上にＣｕを付着させ、真空中または不活
性雰囲気中で、５００℃以上８７５℃未満に加熱し、チ
タンとＣｕの金属間化合物をチタンあるいはチタン合金
表面上に形成させる耐久性に優れる耐摩耗処理方法を発
明した。
【０００７】
【作 用】以下本発明をさらに詳細に説明する。本発
明はチタンあるいはチタン合金上にＣｕを付着させ、真
空中または不活性雰囲気中で、５００℃以上８７５℃未
満に加熱し、チタンとＣｕの金属間化合物をチタンある
いはチタン合金表面上に形成させることを特徴とするチ
タンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法を要旨とする
ものである。
明はチタンあるいはチタン合金上にＣｕを付着させ、真
空中または不活性雰囲気中で、５００℃以上８７５℃未
満に加熱し、チタンとＣｕの金属間化合物をチタンある
いはチタン合金表面上に形成させることを特徴とするチ
タンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法を要旨とする
ものである。
【０００８】ここで、Ｃｕを用いるのは以下の理由によ
る。金属拡散法により表面に金属間化合物を形成させて
耐摩耗性を向上させる方法では、高温で拡散させる場合
、熱変形が生じやすく、出来るだけ低温で拡散する元素
を選択する必要がある。例えば代表的Ｔｉ合金であるＴ
ｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の場合、約８５０℃以上では超塑
性現象が生じるため、通常の金属よりもより熱変形しや
すいと言える。この観点から、処理温度を８５０℃以下
とするのが望ましいが、この様な低温でチタンと反応し
金属間化合物を形成する元素は、１つの考え方として融
点が８５０℃以下の元素であり、Ｚｎ（４１９℃）、Ａ
ｌ（６６０℃）、Ｉｎ（１５６℃）、Ｓｎ（２３１℃）
、Ｐｂ（３２７℃）、Ｂｉ（２７１℃）等である。 ここで（ ）は融点を示す。これらの元素は、融点以
上で溶け、その中へＴｉが拡散し、Ｔｉとの金属間化合
物を短時間で形成する。一例として真空中にて７５０℃
、２時間で形成させた上記の元素とＴｉとの金属間化合
物の特性を調べたところ、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｂｉの場合は焼
き付きにくいものの脆く、Ｚｎ，Ｐｂについては蒸発し
やすく、金属間化合物の形成はみられなかった。また、
ＡｌとＴｉで形成された金属間化合物は最も耐摩耗性を
有するものの、アブレッシブ摩耗に対して弱い。
る。金属拡散法により表面に金属間化合物を形成させて
耐摩耗性を向上させる方法では、高温で拡散させる場合
、熱変形が生じやすく、出来るだけ低温で拡散する元素
を選択する必要がある。例えば代表的Ｔｉ合金であるＴ
ｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の場合、約８５０℃以上では超塑
性現象が生じるため、通常の金属よりもより熱変形しや
すいと言える。この観点から、処理温度を８５０℃以下
とするのが望ましいが、この様な低温でチタンと反応し
金属間化合物を形成する元素は、１つの考え方として融
点が８５０℃以下の元素であり、Ｚｎ（４１９℃）、Ａ
ｌ（６６０℃）、Ｉｎ（１５６℃）、Ｓｎ（２３１℃）
、Ｐｂ（３２７℃）、Ｂｉ（２７１℃）等である。 ここで（ ）は融点を示す。これらの元素は、融点以
上で溶け、その中へＴｉが拡散し、Ｔｉとの金属間化合
物を短時間で形成する。一例として真空中にて７５０℃
、２時間で形成させた上記の元素とＴｉとの金属間化合
物の特性を調べたところ、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｂｉの場合は焼
き付きにくいものの脆く、Ｚｎ，Ｐｂについては蒸発し
やすく、金属間化合物の形成はみられなかった。また、
ＡｌとＴｉで形成された金属間化合物は最も耐摩耗性を
有するものの、アブレッシブ摩耗に対して弱い。
【０００９】一方、融点が８５０℃以上でも、固相拡散
して金属間化合物を形成しやすい元素は、Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕであるが、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの場合、チタン
及びチタン合金界面に形成される金属間化合物層が、Ｃ
ｕの場合と比較して割れやすい。ここで、加熱温度を５
００℃以上８７５℃未満としたのは以下の理由による。 すなわち、５００℃未満ではＣｕとチタン及びチタン合
金の相互拡散が不十分で効果的な耐摩耗性を有する皮膜
が得られず、他方８７５℃以上ではＣｕとチタン及びチ
タン合金が共晶反応を生じ、相互拡散が活発となりすぎ
て、Ｃｕ皮膜が薄い場合、チタン及びチタン合金母材中
にＣｕが全て拡散してしまうためである。
して金属間化合物を形成しやすい元素は、Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕであるが、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの場合、チタン
及びチタン合金界面に形成される金属間化合物層が、Ｃ
ｕの場合と比較して割れやすい。ここで、加熱温度を５
００℃以上８７５℃未満としたのは以下の理由による。 すなわち、５００℃未満ではＣｕとチタン及びチタン合
金の相互拡散が不十分で効果的な耐摩耗性を有する皮膜
が得られず、他方８７５℃以上ではＣｕとチタン及びチ
タン合金が共晶反応を生じ、相互拡散が活発となりすぎ
て、Ｃｕ皮膜が薄い場合、チタン及びチタン合金母材中
にＣｕが全て拡散してしまうためである。
【００１０】ここで、真空中または不活性雰囲気中で加
熱を行うのは、Ｃｕの酸化を防止するためである。ここ
で、Ｃｕを付着させる方法は、通常の銅メッキ、真空蒸
着、スパッタ等いずれの方法でも良い。
熱を行うのは、Ｃｕの酸化を防止するためである。ここ
で、Ｃｕを付着させる方法は、通常の銅メッキ、真空蒸
着、スパッタ等いずれの方法でも良い。
【００１１】
【実施例１】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金製の直径６．５６
ｍｍ、長さ１００ｍｍの棒状材の全面に銅ストライクメ
ッキにより厚さ５μｍのＣｕを付着させ、この棒状材を
昇温時間１時間で７５０℃まで真空中で加熱し、４時間
保定後炉冷した。かくして棒状材表面には片面約５μｍ
厚のＴｉ−Ｃｕの金属間化合物が形成された。棒状材表
面を片面約１μｍ研磨し、＃６００仕上げとした。また
鉛直下方に数度の誤差で棒状材をつり下げたものの曲が
りを、ダイヤルゲージで測定したところ１μｍ以下の曲
がりであった。
ｍｍ、長さ１００ｍｍの棒状材の全面に銅ストライクメ
ッキにより厚さ５μｍのＣｕを付着させ、この棒状材を
昇温時間１時間で７５０℃まで真空中で加熱し、４時間
保定後炉冷した。かくして棒状材表面には片面約５μｍ
厚のＴｉ−Ｃｕの金属間化合物が形成された。棒状材表
面を片面約１μｍ研磨し、＃６００仕上げとした。また
鉛直下方に数度の誤差で棒状材をつり下げたものの曲が
りを、ダイヤルゲージで測定したところ１μｍ以下の曲
がりであった。
【００１２】上記と同様の処理を、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ
合金製のバルブのステム部に施し、バルブガイドをター
カロイ製とし、４気筒エンジンを用い、６０２８ＲＰＭ
，１００時間実施したところ、焼き付き等の問題が発生
しなかった。
合金製のバルブのステム部に施し、バルブガイドをター
カロイ製とし、４気筒エンジンを用い、６０２８ＲＰＭ
，１００時間実施したところ、焼き付き等の問題が発生
しなかった。
【００１３】
【実施例２】ピンオンディスク摩耗試験結果を表１に示
す。基材、処理方法、相手材、試験条件を変えて、本発
明により処理した材料の性能を調べたところ、従来法に
よるものと比較して優れていることが分かる。ここで、
ピンの形状は４ｍｍφ、荷重は２．９ｋｇ、しゅう動速
度は４００ｍｍ／ｓｅｃ、乾燥空気中無潤滑、相手材は
ターカロイ（鋳物）（Ｃ（３．４）、Ｓｉ（２．０）、
Ｍｎ（０．７５）、Ｐ（＜０．５）、Ｓ（＜０．１２）
、Ｂ（＜０．０４）、Ｆｅ（残り））、ＰＢ６Ｂ（焼結
合金）（Ｃ（１．２）、Ｍｏ（０．６）、Ｃｕ（４）、
Ｆｅ（残り））である。（ ）は代表的組成で重量％
を示す。
す。基材、処理方法、相手材、試験条件を変えて、本発
明により処理した材料の性能を調べたところ、従来法に
よるものと比較して優れていることが分かる。ここで、
ピンの形状は４ｍｍφ、荷重は２．９ｋｇ、しゅう動速
度は４００ｍｍ／ｓｅｃ、乾燥空気中無潤滑、相手材は
ターカロイ（鋳物）（Ｃ（３．４）、Ｓｉ（２．０）、
Ｍｎ（０．７５）、Ｐ（＜０．５）、Ｓ（＜０．１２）
、Ｂ（＜０．０４）、Ｆｅ（残り））、ＰＢ６Ｂ（焼結
合金）（Ｃ（１．２）、Ｍｏ（０．６）、Ｃｕ（４）、
Ｆｅ（残り））である。（ ）は代表的組成で重量％
を示す。
【００１４】（Ａ１ ），（Ａ２ ），（Ｂ），（Ｃ）
はＣｕを付着させる方法及び加熱雰囲気を示し、（Ａ１
）銅ストライクメッキ後真空中加熱、（Ａ２ ）銅ス
トライクメッキ後Ａｒ雰囲気加熱、（Ｂ）真空蒸着後真
空中加熱、 （Ｃ）スパッタ後真空加熱、 である。付着量は、５〜１０μｍ厚さである。
はＣｕを付着させる方法及び加熱雰囲気を示し、（Ａ１
）銅ストライクメッキ後真空中加熱、（Ａ２ ）銅ス
トライクメッキ後Ａｒ雰囲気加熱、（Ｂ）真空蒸着後真
空中加熱、 （Ｃ）スパッタ後真空加熱、 である。付着量は、５〜１０μｍ厚さである。
【００１５】尚、Ｎｉ−Ｐメッキは、Ｎｉストライクメ
ッキ後、Ｎｉ−Ｐ無電解メッキしたものを真空中で、４
２０℃×４ｈ加熱し、硬化処理したものである。
ッキ後、Ｎｉ−Ｐ無電解メッキしたものを真空中で、４
２０℃×４ｈ加熱し、硬化処理したものである。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、チタンあるいはチタン
合金に対して、従来法と比較して耐久性、密着性におい
て優れた耐摩耗性処理が可能であり、比較的低温で処理
可能であることから、寸法精度の要求されるチタンある
いはチタン合金部品に対して適用でき、処理方法が簡便
であるという工業的に優れた効果が奏される。
合金に対して、従来法と比較して耐久性、密着性におい
て優れた耐摩耗性処理が可能であり、比較的低温で処理
可能であることから、寸法精度の要求されるチタンある
いはチタン合金部品に対して適用でき、処理方法が簡便
であるという工業的に優れた効果が奏される。
Claims (1)
- 【請求項１】 チタンあるいはチタン合金上にＣｕを
付着させ、真空中または不活性雰囲気中で５００℃以上
８７５℃未満に加熱し、チタンとＣｕの金属間化合物を
チタンあるいはチタン合金表面上に形成させることを特
徴とするチタンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40275090A JPH04218658A (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | チタンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40275090A JPH04218658A (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | チタンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04218658A true JPH04218658A (ja) | 1992-08-10 |
Family
ID=18512542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40275090A Withdrawn JPH04218658A (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | チタンあるいはチタン合金の耐摩耗処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04218658A (ja) |
-
1990
- 1990-12-17 JP JP40275090A patent/JPH04218658A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980312 |