JPH0578815A

JPH0578815A - 表面硬化部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0578815A
Application number: JP16596591A
Authority: JP
Inventors: Takumi Shibuya; 巧渋谷; Satoshi Kano; 智狩野; Hiroo Ozeki; 宏夫大関; Shinichiro Kakehashi; 伸一郎梯
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、十分な厚さの耐摩耗性の良好な硬
化層を備えたチタン又はチタン合金からなる硬化部材お
よびその製法を提供することを目的とする。【構成】本発明はチタンまたはチタン合金からなる基
材と、この基材表面に形成された溶融拡散層とを具備
し、前記溶融拡散層が、基材の表面部に多数食い込まさ
れて形成されたアンカー部と、これらのアンカー部に連
続されて基材上に形成された接合層と、この接合層上に
形成された硬化層とを具備してなり、前記硬化層が、チ
タンに固溶しチタンとの間に化合物を形成する１つ以上
の金属元素とチタンとを主体としてなるものである。【効果】本発明によれば、全体として軽量でかつ強
度及び靱性の高い、耐蝕性の高い硬化部材を提供するこ
とができる。また、チタン又はチタン合金から基材を用
いるので、軽量で耐蝕性に優れた硬化部材を提供するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、チタンまたはチタン
合金からなる基材の表面を硬化させた部材およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンにおいては、高速回転化
に伴なってエンジンの構成部材の軽量化が要求されてい
る。例えばロッカアームを例にとると、従来のロッカア
ームは、必要箇所に浸炭処理を施した鉄系の合金から形
成されるのが一般的であったが、近年、前記軽量化の要
求に答えるべく、チタンあるいはチタン合金を用いてロ
ッカアームを製造することが考えられている。これは、
チタンが、鉄と同程度の強度を持ちながらその比重が鉄
とアルミニウムの中間程度であるので、すみやかにロッ
カアームの軽量化が図れるからである。しかしながら、
ロッカアームをチタンあるいはチタン合金で製造する場
合であっても、バルブトップやカムとの接触部は優れた
耐摩耗性を有する必要があり、この部分は硬化させる必
要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで現行で考えられ
るチタン表面の硬化法の１つとして、窒化があるが、窒
化ではチタン表面のごく一部分(例えば表面の数μm程
度)しか硬化することができず、ロッカアーム用には供
しえないものである。また、耐摩耗性の高い合金の盛金
による硬化法も知られているが、チタンの材料的な特性
上、溶接は難しく、この方法も採用しがたい問題があ
る。

【０００４】なお、特開昭５０−２８４４３号公報で開
示されているように、チタン又はチタン合金に金属また
は合金を被覆した後に硬化処理する方法が知られてい
る。ところが、この方法で得られる硬化層の厚さは、数
十μm程度であって、金型などの耐摩耗性部品用の硬化
法としては、十分な厚さの硬化層が形成できない問題が
ある。

【０００５】そこで本願発明は、十分な厚さの耐摩耗性
の良好な硬化層を備えたチタン又はチタン合金からなる
硬化部材およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、チタンまたはチタン合金から
なる基材と、この基材表面に形成された溶融拡散層とを
具備してなり、前記溶融拡散層が、基材の表面部に多数
食い込まされて形成されたアンカー部と、これらのアン
カー部に連続されて基材上に形成された接合層と、この
接合層上に形成された硬化層とを具備してなり、前記硬
化層が、チタンに固溶しチタンとの間に化合物を形成す
る１つ以上の金属元素とチタンとを主体としてなるもの
である。

【０００７】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１記載の溶融拡散層に、その深さ方向に
沿って溶融拡散層の主要構成元素の濃度勾配を形成して
なるものである。

【０００８】請求項３記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１記載の硬化層をＮｉ-Ｃｒ合金にチタ
ンを拡散させたものとしたものである。

【０００９】請求項４記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項３記載の表面硬化部材において、表面層
と混合層と接合層の順にニッケル含有量を少なくしてな
るものである。

【００１０】請求項５記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１記載の溶融拡散層にセラミック粒子を
分散させてなるものである。

【００１１】請求項６記載の発明は前記課題を解決する
ために、チタンまたはチタン合金からなる基材上に、チ
タンとの間に化合物を形成する金属元素を主体とする被
覆層を形成し、その後に加熱して被覆層と基材との間で
溶融拡散反応を生じさせ、被覆層と基材の境界部分に多
数の柱状のアンカー部を形成するとともに、被覆層側に
基材のチタンを拡散させて溶融拡散層を形成するもので
ある。

【作用】

【００１２】本発明によれば、チタンまたはチタン合金
からなる基材の表面に形成された溶融拡散層の多数のア
ンカー部が基材表面部に食い込まされ、接合層上に硬化
層が形成されているので、基材に対する硬化層の密着性
に優れる。また、チタンに固溶しチタンとの間に化合物
を形成する元素に、チタンを拡散させた溶融拡散層であ
るので、チタンと前記金属元素との溶融拡散反応による
共晶合金化並びに化合物による析出硬化がなされ、これ
により溶融拡散層が硬いものとなる。溶融拡散層を形成
する合金としてＮｉ-Ｃｒ合金が好ましい。また、この
溶融拡散層にその深さ方向に濃度勾配をつけるならば、
表面部分から基材側にかけて硬度が連続的に減少する溶
融拡散層を得ることができる。

【００１３】溶融拡散層の具体的な形成方法としては、
チタン表面にチタンと固溶する金属あるいは合金の層を
種々の方法で形成し、真空中などで加熱することによ
り、双方の拡散によって溶融拡散反応(合金化・金属間
化合物生成・金属と非金属との化合物生成)を生じさ
せ、硬く密着性の良好な溶融拡散層を形成する。

【００１４】接触させる方法としては、合金化材を箔と
してこれを圧着・接着(スポット溶接等)により付着させ
る方法、被合金化材を粉体としてバインダに混入させ、
これを塗布する方法、無電解めっきを行って付着させる
方法等がある。また、溶融拡散硬化層にセラミックス粉
などを混入させて分散させ、さらに強化を図るようにし
てもよい。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明を適用して得られたロッカア
ームを示している。この例のロッカアーム１は、軸受部
２とその両側に延設されたアーム部３,４とを具備して
なり、アーム部３の先端にはカムに摺接する第１接触部
５が、また、アーム部４の先端にはバルブ軸に摺接する
第２接触部６が各々形成されている。前記ロッカアーム
１は、チタン又はチタン合金からなり、その接触部５,
６には本発明に係る硬化処理が施されている。ロッカア
ームを構成するチタン合金として、Ｔi-６Ａl-４Ｖ合
金、Ｔi-１３Ｖ-１１Ｃr-３Ａl合金、Ｔi-５Ａl-２Ｃr-
Ｆe合金、Ｔi-５Ａl-３Ｍn合金などを例示することがで
きるが、これ以外のチタン合金を用いても良い。

【００１６】前記接触部５,６の断面構造は、図２に示
すようにチタン又はチタン合金からなる基材７と、この
基材７の表面に被覆された溶融拡散層８とからなってい
る。この溶融拡散層８は、厚さ０.７〜１.０mm、あるい
は、それ以上にも達する厚いものであるが、後述する被
覆層の厚さと溶融拡散の処理時間を調節すれば、これよ
り薄く形成することもできる。

【００１７】溶融拡散層８を形成するには、図３に示す
基材７の表面に、図４に示すように被覆層９を形成す
る。この被覆層９を構成する金属として用いるのは、チ
タンとの間に、金属間化合物、炭化物、チッ化物、ホウ
化物などの化合物を生成する金属が好ましい。

【００１８】具体的には、純ニッケル、Ｎi-７Ｃr-３Ｂ
-４Ｓi-３Ｆe合金、Ｎi-１５Ｃr-３Ｂ合金、Ｎi-２５Ｃr
合金、Ｎi-０.５Ｃ-３Ｓi-１０Ｃr-２.５Ｆe-２Ｂ-０.１
Ｃo合金(商品名：コルモノイＮo４)、Ｎi-０.６５Ｃ-１
２Ｃr-４.２５Ｆe-４.０Ｓi-２.５Ｂ合金(コルモノイＮ
o５)、Ｎi-１.５Ｃ-２７Ｃr-８Ｗ-１.６Ｆe-１.５５Ｂ-
０.５Ｃo合金(コルモノイＮo８４)、５０Ｎi-３２Ｍｏ-
１５Ｃｒ-３Ｓｉ合金、商品名:トリバロイ７００)、あ
るいは、ＪＩＳ規定のＮiろうである、ＢＮｉ-２など、
あるいは、Ｔi-４８Ｚr-４Ｂe、Ｔi-３０Ｖ-４Ｂe、Ｔi
-３３Ｃr、Ｔi-１３Ｖ-１１Ｃr-３Ａlなどのチタンろう
を例示することができるが、これらに限るものではな
い。また、前記組成の金属にセラミック粒子を分散させ
ても良い。ここで用いるセラミック粒子として、Ｔi
Ｃ、ＷＣ、Ｂ₄Ｃ、Ｃ-ＢＮ、ＴiＮ、Ｓi₃Ｎ₄、サイアロ
ン、ＳiＣなどを例示することができるがこれらに限る
ものではない。なお、セラミック粒子として例えばウイ
スカを混合しても良い。

【００１９】被覆層９を基材７上に形成する手段として
は、前記各組成の金属の箔を基材７上に、圧着、接着、
スポット溶接などの方法により接合して形成しても良い
し、前記組成の金属の粉体をバインダーに混合した塗布
物を塗布しても良い。また、前記組成の金属を基材７上
に電解メッキ、無電解メッキにより被覆しても良いし、
基材７上に前記金属の粉末をまぶした後に、液圧プレス
などの手法により圧密して被覆しても良い。要は、ある
程度の厚さをもった被覆層９を形成できる手段であれば
公知のいかなる手段を用いても良い。前記の手段によ
り、厚さ数mm程度の被覆層９を容易に形成することがで
きる。

【００２０】被覆層９を形成したならば、真空炉などに
収納して、例えば１×１０^-4Ｔorr以下の真空中で９０
０〜１１００℃に加熱する。真空中で処理するのは、チ
タンが化学的に活性であり、酸化反応あるいは還元反応
を防止するためである。また、加熱温度は被覆層９の構
成主要元素とチタンとの共晶点近傍の温度あるいはそれ
以上の温度が好ましい。従って前記のように９００〜１
１００℃の範囲が好ましいが、加熱温度は被覆層９の種
類によって前記の範囲内で適宜設定するものとする。

【００２１】前記真空加熱処理によって被覆層９の一部
又は全部で溶融拡散が進行する。このような溶融拡散状
態で所定時間(数十分〜数十時間)保持することで被覆層
９を構成する元素と基材７を構成する元素が相互拡散
し、冷却後に図２に示す溶融拡散層８が生成する。

【００２２】この溶融拡散層８の硬度は、例えばＴi-６
Ａl-４Ｖ合金の基材７を用い、被覆層９としてＮi-２５
Ｃr合金からなるものを用い、１１００℃で１時間加熱
した場合に、後述するようにビッカース硬さで６５０前
後の硬度が得られる。

【００２３】ここで前記溶融拡散処理を行うことで、ニ
ッケルとチタンとの共晶合金化、更には、炭素とケイ素
とホウ素と窒素とジルコニウムとクロムのいずれかから
選択される元素と、基材のチタンとの２元系あるいは３
元系の共晶合金化、並びに金属間化合物の生成が起こ
り、被覆層９よりも硬化が高められた溶融拡散層８が形
成される。溶融拡散反応で生成される金属間化合物とし
てＴｉ₂Ｎｉなどを例示することができる。また、被覆
層９としてニッケル系の種々の組成の合金を用いる場合
は、炭素がカーバイド、ケイ素がシリサイド、ホウ素が
ボライド、窒素がチッ化物、ジルコニウムとニオブとク
ロムとが金属間化合物を生成して硬化に寄与する。な
お、前記被覆層９の溶融拡散を行なう場合、高周波加熱
などの手段を用い、基材７側の被覆層９の一部のみを溶
融拡散させても良いし、被覆層９の全体を溶融拡散させ
ても良い。

【００２４】図５は溶融拡散層８の拡大構造を示すもの
である。溶融拡散層８は、侵食層１１とこの侵食層１１
上の硬化層１２とから構成される。この侵食層１１と硬
化層１２を更に拡大した構造を図６に示す。図６は、チ
タンからなる基材に、Ｎｉ-２５Ｃｒ合金の被覆層を形
成した後に、溶融拡散処理を施して得られた試料におけ
る侵食層１１と硬化層１２の断面を光学顕微鏡で１５０
倍に拡大して得られた金属組織写真を模式化したもので
ある。図６に示すように硬化層１２は、表面層１５と混
合層１６とからなり、侵食層１１は、接合層１７と多数
のアンカー部１８とからなっている。

【００２５】前記溶融拡散層８は、被覆層９を構成する
Ｎｉ-２５Ｃｒ合金と基材のＴｉが相互拡散して形成さ
れた層である。前記表面層１５は、Ｔｉ₂Ｎｉなる組成
の金属間化合物が析出されて硬化された層である。混合
層１６と接合層１７は、それぞれがＴｉとＮｉとＣｒを
含有し、混合層１６の方が、接合層１７よりもＮｉとＣ
ｒの含有量が多く含む析出物を有している。アンカー部
１８は、基材７の表面部に柱状に多数食い込んで形成さ
れたものであり、Ｔｉを主成分とし、これに少量のＮｉ
と微量のＣｒが含有されたものである。

【００２６】ここで以下に柱状のアンカー部１８が生成
する理由について推定する。前記被覆層９の構成元素の
Ｎｉと基材７の構成元素のＴｉが２元系合金を構成する
場合には溶融温度が降下する。この結果、基材７と被覆
層の界面に溶融帯が形成され、溶融帯と基材７の境界に
おいて部分的に融点が降下した部分（例えば、島状に融
点降下する部分が生じる。）が核となってこの部分から
基材７の深さ方向に選択的に溶解し始めて柱状に溶融を
開始し、この溶融部分が冷却時に柱状のアンカー部１８
として残留する。また、アンカー部１８の上部側は接合
層１７と連続一体化し、接合層１７は混合層１６に連続
一体化し、混合層１６は表面層１５に連続一体化したも
のと思われる。

【００２７】前記構造によれば、溶融拡散層８の全体に
Ｔｉ₂Ｎｉで示される組成を有する硬い金属間化合物が
生成するので、全体の硬度が高くなるが、その中で特に
表面層１５にＴｉ₂Ｎｉ金属間化合物が多く生成して溶
融拡散層８の表面側の高度が特に高くなる。これは後述
するように、溶融拡散層８の表面部分でのＴｉ含有量と
Ｎｉ含有量が約２：１の割合になるためであると思われ
る。更に、アンカー部１８が基材７の表面部に食い込ん
でいるので、接合層１７と混合層１６と表面層１５に連
続一体化されたアンカー部１８のアンカー効果により、
基材７とこれらの層との接合力は特に高く、硬化部分に
多少の塑性加工を加えてもこれらの層が基材７から剥離
することはない。

【００２８】また、表面層１５、混合層１６、接合層１
７にかけてＮｉ含有量が徐々に減少するので、表面層１
５、混合層１６、接合層１７の順に順次硬度が滑らかに
減少する。このように溶融拡散層８の硬度がなめらかに
低下する構造をもつ表面硬化部材は、使用に際し、その
表面の最も硬い部分が摩耗した場合でも徐々に耐摩耗性
が低下するだけで、摩耗が急激に進んで周囲の部品との
バランスが崩れる不具合が生じない。即ち、ロッカアー
ム１の場合を例にとると、バルブトップとの接触面積が
急激に拡大することがなく、バルブクリアランスが大き
くなりすぎることがなく、打音が発生するといった不具
合は生じない。

【００２９】これに対して通常の盛金による硬化法で
は、硬度が低下しないように基材と盛金との合金化を極
力抑えて行うのが通常であるが、本発明では逆に、積極
的に溶融拡散による合金化を促進し、盛金よりも硬度を
上げることができるとともに、溶融拡散層８の硬度変化
を滑らかに低下させて基材７に連続させることができる
ようにすると同時に、アンカー部１８での密着効果を発
揮させたものである。

【００３０】一方、図７は本発明の硬化部材をリングギ
ヤ３０に適用した実施例を示すものである。このリング
ギヤ３０では外周のギヤ部が本発明方法で硬化されてい
る。リングギヤ３０の全体の概略部分はチタン又はチタ
ン合金で鍛造などの通常の手段で作製し、この後に外周
のギヤ部全体に被覆層を形成して硬化させた後に、切削
加工あるいは研摩加工を行って溶融拡散層８の一部を除
去してギヤ部を仕上げることでリングギヤ３０を得るこ
とができる。

【００３１】本発明に係る溶融拡散層８は数分の一〜数
mmと十分な厚さを有するので、切削加工や塑性加工が可
能になる。よって製造時に切削加工や塑性加工が必要な
表面硬化させた機械部品をチタン又はチタン合金で製造
することが可能になる。

【００３２】なお、前記の例ではロッカアーム１とリン
グギヤ３０に本発明方法を適用した例について説明した
が、その他の耐摩耗性の要求される部材(バルブリテー
ナ、トランスミッションギア、デファレンシャルギア、
ディスクブレーキ、軸受、各種ポンプの摺動部分、ター
ビンブレード、アイススケートの刃先、ゴルフクラブヘ
ッドなど)に本発明を適用しても良いのは勿論である。

【００３３】（第１製造例）ＪＩＳ規格でＢＮi−２で
表される金属素材を溶製し、急冷凝固法により数十分の
一〜数分の一mm程度の箔(被覆材)を製造し、これをＴi-
６Ａｌ-４Ｖ合金からなる板状の基材の表面にスポット
溶接した後、液圧プレスなどの手法により圧着する。

【００３４】次に、箔で被覆した基材を約９００〜１１
００℃の温度に設定した加熱炉にて、真空雰囲気でそれ
ぞれ１時間保持し、合金化させる。この温度は、それぞ
れ箔と基材に含まれる合金成分との共晶点の近傍の温度
に設定することが好ましい。このような箔と基材との間
の反応は、温度が高い程進行が速く、また反応時間が長
い程生成される溶融拡散硬化層の厚さが大きくなる。こ
のようにして得られる硬化層は厚さ数ｍｍに及ぶもので
ある。

【００３５】なお、前記の工程で得られた板体を冷間圧
延した時の割れ発生率を測定した。減面率が４０％まで
は、硬化された部分にクラックは発生しなかったが、減
面率が５０％を越えると、硬化部分およびその界面より
ヘアークラックが発生した。即ち、前記溶融拡散層は減
面率４０％までは耐えることが判明した。また、前記硬
化部分とＴｉ合金母材との界面の付着強度も強硬である
ことが判る。

【００３６】（第２製造例）上記第１製造例の箔と同じ
成分の合金を溶製する際に、セラミックス(ＴiＣ・Ｗ
Ｃ)の粒(粒径数μm)を容積比で５０％混入し、分散させ
た。これを基材の表面に付着させ、熱処理を行うことに
より、第１製造例と同一成分を持ち、かつセラミックス
粒を分散させた溶融拡散層を形成した。

【００３７】以上の製造例では、チタンを主成分とする
合金の基材に溶融拡散硬化層を形成したことにより、全
体として軽量でかつ強度及び靱性の高い硬化部材を提供
することができた。

【００３８】また、チタンを主成分とする合金の基材
に、ニッケルの合金元素または炭素、窒素、ホウ素、ジ
ルコニウム、銅、タングステン、モリブデン、ニオブ等
を含む合金からなる箔（被覆材）を付着させ、熱処理を
施したことにより、チタンの金属間化合物、炭化物、窒
化物、ほう化物等のうち複数種を含有する溶融拡散層を
形成し、前述した優れた特性を持つ金型を能率良く、安
価に提供することができる。また、基材および溶融拡散
層は耐蝕性に優れているので、腐蝕性の高い雰囲気で使
用しても良い。

【００３９】なお、本発明の溶融拡散硬化層の形成方法
は、上記の箔を用いた方法に限られるものではなく、例
えば、無電解めっきにより基材に付着させる方法、粉体
をバインダに混入させてスラリー化してこれを基材に塗
布する等の適宜の方法を採用してもよい。

【００４０】（第３製造例）チタンあるいはチタン合金
製の板状の基材を用い、その基材の表面に金属箔圧着法
により厚さ０.２mmの種々の組成の被覆層を形成し、こ
の被覆層付きの基材を真空加熱炉に収納して真空加熱炉
の内部を１×１０^-4Ｔorrに真空引きした後に、９００
〜１１００℃に１時間加熱し、被覆層を溶融拡散させて
溶融拡散層を形成した。

【００４１】得られた溶融拡散硬層を有する基材の表面
に硬度ＨＲＣ−５７のＪＩＳ規定のＳＵＪの円盤あるい
はステライトの円盤を摺接させて摩耗速度(m／秒)と比
摩耗量の関係を測定した。この測定には、大越式摩耗試
験機を用いた。この大越式摩耗試験機は、株式会社：東
京試験機製作所製の迅速摩耗試験機であって、回転円盤
を平面試験片に押し付けて摩耗し、その時の摩耗痕の大
きさで摩耗量を測定する装置である。いま、回転円盤の
外径を２ｒ、厚さをＢとし、摩耗距離ｌoだけ摩耗した
時の最終荷重をＰo、摩耗痕の深さをboとすると、摩耗
量（体積）は、Ｂbo³／１２ｒｍｍ³で示され、接
触圧力は、Ｐo／Ｂbo ｋｇ／ｍｍ²で示され
るとともに、試験材料の摩耗特性を示す比摩耗量Ｗｓ
は、Ｂb³／８ｒＰoｌo ｍｍ²／ｋｇで示され
る。

【００４２】また、回転円盤の寸法は、外径２８ｍｍの
円筒部材の外周部に厚さ３ｍｍの外径３０ｍｍのフラン
ジ部を形成した回転円盤を用いるとともに、板状試験片
は、長さ４０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ５〜１０ｍｍのも
のを用い、回転軸の先端に前記回転円盤を装着し、回転
円盤のフランジ部を前記試験片に所要の圧力で押し当て
て回転軸を回転駆動し、フランジ部が試験片の表面に対
して所定距離擦り合った後に試験を停止して摩耗痕を測
定し、計算により比摩耗量を算出した。

【００４３】図８と図９と図１０と図１１に、チタン又
はチタン合金の基材にそれぞれの組成の被覆層を形成
し、それを溶融拡散させて得られた溶融拡散層の耐摩耗
性について耐摩耗試験を行った結果を示す。これらの図
において相手材とは回転円盤の材料を示す。本実施例で
は相手材としてステライトあるいはＪＩＳ規定のＳＵＪ
を使用した。

【００４４】図１０に示す＃６はＣo-３Ｎi-２８Ｃr-４
Ｗ-１Ｃなる組成のステライト＃６を示し、Ｔi合はＴi-
６Ａl-４Ｖなる組成のチタン合金を示す。各図から、Ｔ
i合金の基材に種々の被覆層を形成して溶融拡散させた
試料は、他の試料に比較して摩耗速度が高い場合に特に
耐摩耗性に優れていることが判明した。

【００４５】図８と図９に示す試料においては、チタン
基材にＮi-５０Ｃo合金の被覆層を用いた試料と、チタ
ン合金基材にＮi-５０Ｃo合金の溶融拡散硬化層を用い
た試料のいずれもが優秀な耐摩耗性を発揮した。図８と
図９に示す試料にあっては、摩耗速度が向上しても比摩
耗量がほとんど増加しないので、優秀な高速耐摩耗性を
有していることが明らかである。更に、チタン製の基材
を用いた試料においてビッカース硬度で３５０〜３８
４、チタン合金製の基材を用いた試料においてビッカー
ス硬度で５９５〜６０５の優秀な値が得られた。

【００４６】図１０に示すＭＢＦ２０はＮi-７Ｃｒ-４
Ｓｉ-３Ｆeなる組成の合金を示す。また、Ｔi-６Ａl-４
Ｖ合金の基材自体の比摩耗量は、図１１に示すように摩
耗速度が０.０５４m／秒においては９×１０^-7(mm³／kg
・mm)であり、摩耗速度が０.０８３m／秒においては８.
７×１０^-7であり、摩耗速度が０.１１９m／秒において
は１０.６×１０^-7であった。

【００４７】よって図１０と図１１において、比摩耗量
が１０×１０^-7以下の試料が特性優秀な試料であること
が明らかである。この特性優秀な試料とは、チタン又は
チタン合金の基材にニッケルの被覆層を形成して得られ
る試料と、チタン又はチタン合金の基材にＮi-２５Ｃr
合金の被覆層を形成して得られる試料と、これらにセラ
ミック粒子を分散させた試料である。また、チタン合金
の基材を用い、被覆層としてＮi-２５Ｃr合金を用いた
試料にあっては、ビッカース硬度で６４３という優秀な
値が得られた。

【００４８】以上のことから、本発明の溶融拡散層を備
えた硬化部材は硬度が高く、耐摩耗性に優れていること
が明らかになった。

【００４９】（第４製造例）次に以下の表１に、溶融拡
散層析出物の成分分析結果を示す。この溶融拡散層は、
Ｔｉからなる基材の表面にＮｉ-２５Ｃｒ合金の箔を圧
着し、これを１１００℃で１時間加熱して得られた溶融
拡散層の厚さ方向の組成分析結果を示すものである。組
成の分析にはＸ線マイクロアナライザーを用い、電子線
照射により、特定した微小領域から発生する特性Ｘ線の
強度を比較する方法を用いた。また、表１の数値は、溶
融拡散層の深さ方向における各層の析出物ごとにＴｉと
ＮｉとＣｒの含有量（重量％）の測定結果を示してい
る。（以下、余白）

【００５０】

【表１】

【００５１】表１に示す結果から明らかなよう
に、表面層の析出物はＴｉとＮｉがほぼ２：１の割合で
含有されており、Ｔｉ₂Ｎｉ金属間化合物が生成するた
めに好ましい組成割合となっている。また、表面層と混
合層と接合層の順で析出物のＮｉ含有量が減少し、析出
物組成に勾配が形成されていることも明らかになった。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明は、チタン
またはチタン合金からなる基材と、この基材表面部に多
数食い込まされたアンカー部と、これらのアンカー部に
連続されて基材表面部に形成された接合層と、この接合
層上に形成された硬化層とからなり、前記硬化層が、チ
タンとチタンに固溶しチタンとの間に化合物を形成する
１つ以上の金属元素を主体とするものであるので、チタ
ンの化合物の析出と共晶合金化などによる強化により硬
い溶融拡散層が得られる。従って全体として軽量でかつ
強度及び靱性の高い、耐蝕性の高い硬化部材を提供する
ことができる。また、チタン又はチタン合金から基材を
用いるので、軽量で耐蝕性に優れた硬化部材を提供する
ことができる。

【００５３】更に本願発明の構造で析出物組成に勾配を
つけたものにあっては、表面側から底部側にかけて硬度
が徐々に低下するので、使用に際し、その表面の最も硬
い部分が摩耗した場合であっても徐々に耐摩耗性が低下
するだけて硬度が急激に低下することがないので、周囲
の部材との摺動バランスが急激に崩れることがない。よ
って本願発明をロッカアームに適用した場合、バルブト
ップとの接触面積が急激に変化することがなく、適正な
バルブクリアランスを保持できるので、摩耗後の打音の
発生を抑えることができる。

【００５４】なお、チタンを拡散させたＮｉ-Ｃｒ合金
の溶融拡散層を備えた硬化部材にあっては、高い硬度を
備え、硬度が深さ方向に順次減少するとともに、アンカ
ー部を多数備えた硬化部材を得ることができる。なおま
た、セラミック粒子を分散させた溶融拡散層を備えた表
面硬化部材にあっては更に硬度の高い溶融拡散層を得る
ことができる。

【００５５】また、本発明方法は、溶融拡散層に、チタ
の間に化合物を形成する元素を含む被覆層を付着させ、
熱処理を施すことにより、チタンの金属間化合物、炭化
物、窒化物、ほう化物等のうち一種または複数種を含有
する溶融拡散層を形成することにより、前述した優れた
特性を持つ硬化部材を能率良く、安価に提供することが
できるものである。また、溶融拡散層底部の多数のアン
カー部を基材の表面部分に食い込ませることができるの
で、剥離に強い溶融拡散層を提供することができる。従
って本願発明の硬化部材は、多少の切削加工と塑性加工
に耐えることができ、従来のチタン系の硬化部材では考
えられなかった種々の用途、例えば切削加工や塑性加工
を経て製造される製品に広く応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す実施例の要部の拡大断面図である。

【図３】前記実施例に使用する基材の拡大断面図であ
る。

【図４】本発明の図３に示す基材に被覆層を形成した状
態を示す拡大断面図である。

【図５】図２に示す溶融拡散層の拡大断面図である。

【図６】図２に示す溶融拡散層の要部を拡大した顕微鏡
写真の模式図である。

【図７】本発明の他の実施例の斜視図である。

【図８】本発明の第３製造例の比摩耗量の第１の測定結
果を示すグラフである。

【図９】本発明の第３製造例の比摩耗量の第２の測定結
果を示すグラフである。

【図１０】本発明の第３製造例の比摩耗量の第３の測定
結果を示すグラフである。

【図１１】本発明の第３製造例の比摩耗量の第４の測定
結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ロッカアーム７基材８溶融拡散層９被覆層１１侵食層１２硬化層１５表面層１６混合層１７接合層１８アンカー部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梯伸一郎神奈川県足柄上郡開成町牛島27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタンまたはチタン合金からなる基材
と、この基材表面に形成された溶融拡散層とを具備して
なり、前記溶融拡散層が、基材の表面部に多数食い込ま
されて形成されたアンカー部と、これらのアンカー部に
連続されて基材上に形成された接合層と、この接合層上
に形成された硬化層とを具備してなり、前記硬化層が、
チタンに固溶しチタンとの間に化合物を形成する１つ以
上の金属元素とチタンとを主体としてなることを特徴と
する表面硬化部材。
【請求項２】請求項１記載の溶融拡散層に、その深さ
方向に沿って溶融拡散層の構成元素の濃度勾配が形成さ
れてなることを特徴とする表面硬化部材。
【請求項３】請求項１記載の硬化層が、Ｎｉ-Ｃｒ合
金にチタンを拡散させたものであることを特徴とする表
面硬化部材。
【請求項４】請求項３記載の表面硬化部材において、
表面層と混合層と接合層の順にニッケル含有量が少なく
されてなることを特徴とする表面硬化部材。
【請求項５】請求項１記載の溶融拡散層にセラミック
粒子が分散されてなることを特徴とする表面硬化部材。
【請求項６】チタンまたはチタン合金からなる基材上
に、チタンとの間に化合物を形成する金属元素を主体と
する被覆層を形成し、その後に加熱して被覆層と基材と
の間で溶融拡散反応を生じさせ、被覆層と基材の境界部
分に多数の柱状のアンカー部を形成するとともに、被覆
層側に基材のチタンを拡散させて溶融拡散層を形成する
ことを特徴とする表面硬化部材の製造方法。