(57)【要約】      （修正有）【課題】ステンレス系材料の表面の硬さを従来より硬く、且つより深くまで改質する。【解決手段】ステンレス系材料の表面に、Tiを含む電極を用いた放電加工、及び電子ビーム加工を順次行って、TiCが拡散された改質層を形成することを特徴とするステンレス系材料の表面改質方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス系材料の表面に、Tiを含む電極を用いた放電加工、及び電子ビーム加工を順次行って、TiCが拡散された改質層を形成することを特徴とするステンレス系材料の表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス系材料の表面を改質することによって硬い表面改質層を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の表面硬化方法として窒化処理などの拡散浸透型表面改質方法が広く知られるが、ステンレス系材料では窒素の拡散によりCrNが形成され、耐食性が著しく低下するとともに、表面が粗面化する欠点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記実情を考慮して創作されたもので、ステンレス系材料の表面硬さをより硬く且つより深くまで改質することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、Tiを含む電極を用いた放電加工方法による処理や、電子ビーム加工方法による処理をステンレス系材料の表面に順番に施すことによって、これら問題をできるのではないかと考えて実験を行った。その結果、TiCが拡散された分厚く硬い改質層をステンレス系材料の表面に形成できることを確認した。
【０００５】
上述の放電加工方法とは、図７に示すように、Tiの微粉末を主成分とした電極を用い、被加工物を電極に対向させ、被加工物と電極との間に専用のパルス電源から電圧を印加し、油中で放電を行う方法である。放電が発生すると電極のTiが溶け出すと同時に、油も分解し遊離炭素(C)を放出する。これらが化学的に結合することにより、被加工物であるステンレス系材料表面にTiC皮膜が生成される。
【０００６】
放電加工方法による処理の後に電子ビーム加工方法による処理を行うことにより、TiCが拡散された改質層がステンレス系材料表面に形成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は試験結果により、ステンレス系材料の表面の硬さが表面から30μmまでは従来よりも２倍程度硬くなるという顕著な効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ステンレス系材料に複合化処理を施したものと比較例の表面硬さを対比するグラフである。
【図２】複合化処理においてビーム電流値を変更した場合の表面硬さを示すグラフである。
【図３】ステンレス系材料の表面の改質具合を示す断面写真である。
【図４】HAP40に複合化処理を施した場合の表面硬さを示すグラフである。
【図５】SKD61に複合化処理を施した場合の表面硬さを示すグラフである。
【図６】SKH51に複合化処理を施した場合の表面硬さを示すグラフである。
【図７】Tiを含む電極を用いた放電加工方法を示す説明図である。
【実施例１】
【０００９】
ステンレス系材料の一つであるSUS304の表面を、Tiを含む電極を用いた放電加工方法で処理（EDC処理）した後に、電子ビーム加工方法で処理（EB処理）し、改質層を形成した。EDC処理及びEB処理を行う際の試験条件は、表１に示す通りである。
【表１】
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ここでの電子ビーム加工方法は、被加工物の表面のごく狭い一部領域だけを電子ビームによってスポット的に溶融しながら、その溶融箇所をずらすことによって被加工物の表面改質を行う方法である。
【００１０】
上述した試験条件でEDC処理とEB処理を順次施す複合化処理の試験を行った。この試験結果物について、硬さ試験を行った結果が、図２に示してある。図２からは、電子ビーム照射のビーム電流値が1.0、1.2、1.4mAの３パターンで表層の硬さに差が見られること、及び表層の硬さが最低なのは1.4mAのパターンであることが分かる。また、いずれのものもSUS304（無処理のもの。）に比べて、表面から50μm程度の深さまで硬さの大幅な向上が確認できる。
【００１１】
また、複合化処理の優位性を確認するために、比較例として、SUS304にEDC処理のみを施す試験、SUS304の表面を研削してからEB処理のみを施す試験（SUS304にEB処理のみを施したものと同一視できる。）を同一の試験条件で行った。図１は、EDC＋EBの複合化処理と、比較例の処理との試験結果物を比較するものである。図１のEDC＋EBの複合化処理の例は、ビーム電流1.4mAのパターンを示してある。図１より、EB処理のみ及びEDC処理のみでは無処理のものに比べて少し硬くなる程度であるのに対し、EDC＋EBの複合化処理の例については、表面から40μm程度の深さまで比較例と比べて硬さの大幅な向上が確認できる。
【００１２】
また、図３はSUS304にEDC処理のみを行った場合と、EDC＋EBの複合化処理を行った場合のSUS304の表面付近の組織を示す断面写真である。これによれば、EDC処理のみの場合は、ステンレス系材料の表面に形成されるTiC皮膜の厚みが非常に不均一で、しかも、平均5μm程度と非常に薄く形成されているのに対し、EDC＋EBの複合化処理の場合は、TiCが拡散された改質層の厚みが均一化され、しかも平均40〜50μm程度と分厚く形成されていることが分かる。なお、5μmの非常に薄いTiC皮膜では、ビッカース硬さ試験機による測定は困難なことから、図１ではその厚みに相当する部分のプロットは除外した。なお、Fisher製微小硬さ試験機で測定すると、TiC皮膜の表面の硬さは1800HVであった。
【００１３】
またEDC処理のみの場合は、TiC皮膜の表面粗さがRa（平均）:2〜3μｍ、Max10μm程度に荒れている。EDC処理前のステンレス系材料の表面粗さが、Ra:0.4μｍ程度であることから、EDC処理により表面が荒れることが分かる。一方、EDC＋EBの複合化処理の場合は、TiCが拡散された改質層の表面粗さが、処理前のステンレス系材料の表面粗さと遜色ない程度に平滑になっている。
【実施例２】
【００１４】
EDC＋EBの複合化処理を他の材料について行ってみた。図４は、HAP40を材料とした場合の表面硬さの試験結果である。また、図５は、SKD61を材料とした場合の表面硬さの試験結果である。図６は、SKH51を材料とした場合の表面硬さの試験結果である。これらの材料の場合は、複合化処理することによる優位性は認められなかった。
【実施例３】
【００１５】
ステンレス系材料のSUS304表面をイオン窒化した試験片と、同材料の表面をEDC+EBの複合化処理を施した試験片について中性塩水噴霧試験を行った。
イオン窒化および中性塩水噴霧試験条件は表２に示す通りである。
【表２】
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EDC+EBの試験片では中性塩水噴霧による変化は認められなかった(レイティングNo;10)が、イオン窒化した試験片では腐食が認められた(レイティングNo;9)。
【００１６】
本発明は上記実施例に限定されない。たとえば、ステンレス系材料として、最も代表的なSUS304について試験を行ったが、ステンレス系であれば他のものであっても同様な結果が得られることが想定される。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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