(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４．０より大きく、５．０より小さい見掛けの比重を有しており、及び重量パーセントとして５％より多いシリカ、及び１％より多いアルミナを備えているセラミック材料により構成されたショットブラスト粒子。
【請求項２】
４．３より大きい見掛けの比重を有している請求項１に記載の粒子。
【請求項３】
４．５より大きい見掛けの比重を有している請求項２に記載の粒子。
【請求項４】
４．９より小さい見掛けの比重を有している請求項１ないし３のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項５】
ビーズの形態である請求項１ないし４のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項６】
１０％より多いシリカを備えている請求項１ないし５のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項７】
溶融により得られた請求項１ないし６のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項８】
焼成により得られた請求項１ないし６のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項９】
７００ＨＶ０．５より大きい硬度を有している請求項１ないし８のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項１０】
８００ＨＶ０．５より大きい硬度を有している請求項９に記載の粒子。
【請求項１１】
９００ＨＶ０．５から１１００ＨＶ０．５の範囲の硬度を有している請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項１２】
２ｍｍより小さいサイズを有している請求項１に記載の粒子。
【請求項１３】
１ｍｍより小さいサイズを有している請求項１２に記載の粒子。
【請求項１４】
重量パーセントとして、３０％より多く、９０％より少ないジルコニア（ＺｒＯ２）を備えている請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項１５】
重量パーセントとして、６０％より多く、８０％より少ないジルコニア（ＺｒＯ２）を備えている請求項１４に記載の粒子。
【請求項１６】
重量パーセントとして、５％より多く、６０％より少ないシリカを備えている請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項１７】
重量パーセントとして、１０％より多く、３０％より少ないシリカを備えている請求項１６に記載の粒子。
【請求項１８】
重量パーセントとして、２０％より少ないシリカを備えている請求項１ないし１７のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項１９】
重量パーセントとして、１０％より少ないアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を備えている請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項２０】
重量パーセントとして、４％より多く、７％より少ないアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を備えている請求項１９に記載の粒子。
【請求項２１】
ジルコニア、シリカ、及びアルミナは共に粒子の組成の９０％より大きいことを示している請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の粒子。
【請求項２２】
表面の一部上に粒子を打ち出す操作を備えているショットブラスト法であって、前記粒子は請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の粒子である方法。
【請求項２３】
前記粒子は、４０ｍ／ｓより早い速度で打ち出される請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記粒子は、５５ｍ／ｓより早い速度で打ち出される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記粒子以外に媒体を打ち出す段階を備えている請求項２２ないし２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
金属のビーズを打ち出す段階を備えていない請求項２２ないし２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記粒子以外の媒体を打ち出す段階を備えていない請求項２２ないし２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記処理された表面は、金属の表面である請求項２２ないし２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記処理された表面は、車部の表面である請求項２２ないし２８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットブラスト法、特に金属表面、例えばスチール表面の処理のためのショットブラスト法に関連しており、及び前記方法で用いられる粒子に関連している。
【背景技術】
【０００２】
ショットブラストは、処理される部分に対して高速に打ち出された粒子、一般的にビーズからなる。前記粒子は、到達される標的に適した硬度の材料から製造される。スチールビーズまたはセラミックビーズが通常に用いられる。
【０００３】
ショットブラストは、洗浄の目的、例えばさびを除去するため（スケール除去）、または一部の表面の事前の圧縮応力を実施するため（ショットピーニング法）、に実施されうる。前記事前の応力は、表面硬化（加工硬化）によって処理される部分の性能を改善することができる。例として、それは疲労強度または腐食強度を改善することができる。ショットピーニングはそのようにして、例えば、車の部分、特にギア、伝道軸、スプリング、トルク棒、接続棒、クランクシャフトのような高く応力を受ける部分の修理特性を改善するために従来的に実施されている。
【０００４】
Ｓａｉｎ−Ｇｏｂａｉｎ  ＺｉｒＰｒｏで売られているＺＩＲＳＨＯＴ（登録商標）ビーズは、ショットピーニングで広く利用されている３．７６の相対密度を有するジルコニア−シリカビーズである。
【０００５】
特許文献１は同様に、ショットピーニング用の焼結ジルコニウムビーズを述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第０５７８４５３号明細書
【特許文献２】仏国特許発明第１２０８５７７号明細書
【特許文献３】仏国追加特許発明第７５８９３号明細書
【特許文献４】仏国追加特許発明第８２３１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
セラミックビーズを打ち出すことは、常に十分な厚さにわたって事前の応力を生み出すことができない。この理由のために、ショットブラスト法は、金属ビーズを打ち出す第１の段階と、後に続いてセラミックビーズを打ち出す第２の段階を含みうる。ショットブラストにより処理された部分の表面層の厚さはそのようにして増大する。
【０００８】
本発明の一つの目的は、処理される部分の表面層に高い残余表面応力を効果的に生み出すことのできるショットブラスト法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一部の表面上に粒子を打ち出すための操作を備えているショットブラスト法を提供し、前記方法は、前記粒子が４．０より大きく、またはさらに４．３より大きく、または実際に４．５より大きく、及び５．０より小さく、またはさらに４．９より小さい見掛けの比重を有していることが顕著である。
【００１０】
以下の詳細な説明から明らかになるように、この密度の範囲は、顕著な性能が達成されることを意味している。
【００１１】
前記方法は同様に、以下の任意の特性の一つ以上を含んでいてもよい。
【００１２】
・前記粒子はビーズである。
【００１３】
・前記粒子はセラミック粒子である。
【００１４】
・前記粒子は溶融により得られた粒子である。
【００１５】
・前記粒子は７００ＨＶ０．５より大きい硬度、好ましくは８００ＨＶ０．５より大きく、またはさらに９００ＨＶ０．５より大きく、及び／または１１００ＨＶ０．５より小さく、またはさらに９７５ＨＶ０．５より小さく、前記硬度は、好ましくは９００ＨＶ０．５から１１００ＨＶ０．５の範囲である。
【００１６】
・前記粒子は、重量パーセントで、３０％より多く、またはさらに４０％、５０％、６０％、または７０％より多く、及び／または９０％より少なく、またはさらに８０％より少ないジルコニア（ＺｒＯ２）を備えている。
【００１７】
・前記粒子は、重量パーセントで、５％より多く、またはさらに１０％より多く、または１３％より多く、及び／または６０％より少なく、またはさらに５０％、３０％、または２０％より少ないシリカ（ＳｉＯ２）を備えている。
【００１８】
・前記粒子は、重量パーセントで、１％より多く、またはさらに１．５％、２．０％、４％、または４．５％、及び／または１０％より少なく、またはさらに７％より少なく、または５％より少ないアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を備えている。
【００１９】
・前記ジルコニア、シリカ、及びアルミナは共に、前記粒子組成の好ましくは８０％より大きく、またはさらに９０％より大きく、または実際に９５％より大きく、または実質的に１００％を示している。
【００２０】
・Ｆｅ２Ｏ３の最大量は、重量パーセントで、０．５％であり、他の可能な酸化物の例は、ＭｇＯ、ＣａＯ、及びＮａ２Ｏであり、好ましくは、前記粒子は特に酸化物の形態でも、金属形態でもない鉄を含んでいない。
【００２１】
・前記粒子サイズは、２ミリメートル（ｍｍ）より小さく、好ましくは、１ｍｍより小さい。
【００２２】
・処理される表面は、金属表面であり、例えばスチールである。
【００２３】
・処理される表面は、車部の表面である。前記処理部は、スプロケットホイール、伝動軸、スプリング、トルク棒、接続棒、及びクランクシャフトから選択されうる。
【００２４】
・前記粒子は秒速４０ｍ（ｍ／ｓ）より速く、好ましくは、４８ｍ／ｓより速く、またはさらに５０ｍ／ｓより速く、またはさらに５５ｍ／ｓより速い。
【００２５】
・一つの実施形態において、上で定義したような、及びあるいは上で述べた任意の特性の一つ以上を備えている粒子だけが打ち出される。
【００２６】
・一つの実施形態において、前記方法は、単一の打ち出しの操作だけを備えており、すなわち、前記粒子の打ち出しの後で、次の打ち出しの操作は一つも実施されない。言い換えると、前記方法は、上で述べた粒子以外の媒体の打ち出しの段階を含んでいない。
【００２７】
・別の実施形態において、前記方法は同様に、上で述べた前記粒子以外の媒体の打ち出しの段階を備えている。特に、前記方法は、少なくとも二つの打ち出しの操作を備えており、前記操作の第一は、本発明によるショットブラスト法を構成しており、前記操作の第二は、前記第一の操作の前後で、本発明によるショットブラスト法を構成していない。
【００２８】
・前記方法は、金属ビーズを打ち出す段階を含んでいない。
【００２９】
本発明は同様に、本発明によるショットブラスト法で使用されることに関連した、上述した粒子を提供する。特に、それはショットブラスト粒子、特に、ビーズの形態で、４．０より大きく、またはさらに４．３より大きく、または４．５より大きく、及び／または５．０より小さく、またはさらに４．９より小さい見掛けの比重を有している粒子を提供する。前記粒子は、セラミック材料から構成され、及び／または溶融により得られてもよい。それらは、７００ＨＶ０．５より大きく、または８００ＨＶ０．５より大きく、または９００ＨＶ０．５から１１００ＨＶ０．５の範囲の硬度を有していても良い。それらは同様に、２ｍｍより小さく、またはさらに１ｍｍより小さいサイズを有していてもよい。
【００３０】
一つの実施形態において、それらは重量パーセントで、
・３０％より多く、またはさらに７０％より多く、及び／または９０％より少ないジルコニア（ＺｒＯ２）と；及び／または
・５％より多く、及び６０％より少ない、または２０％より少ないシリカと；及び／または
・１％より多く、またはさらに４％より多く、及び／または１０％より少なく、またはさらに７％より少ないアルミナ（ＡＬ２Ｏ３）
を備えている。
【００３１】
本発明の他の特徴及び利点は以下の詳細な説明、及び添付の図面の検討からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、媒体でショットブラストされた部分の表面からの深さ（“Ｐ”）に応じた残余応力（“Ｃ”）の変化を、様々な媒体に対して示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
［定義］
「ビーズ」との用語は、球形が得られる方法に関わり無く、最も小さい直径と最も大きな直径の間の比率が０．７５以上の球形を有する粒子を意味している。本発明の一つの実施形態において、前記ビーズは、０．８以上の球形、好ましくは０．９以上の球形を有している。
【００３４】
「溶融製品」または「溶融により得られた製品」との用語は、固化により、溶融液体を冷却することにより、得られた製品を意味している。「溶融液体」は、その形状を保つために容器内に収容されるべき塊である。溶融液体は固体部分を含んでいるが、前記塊にいかなる構造を提供するほど十分な量でない。
【００３５】
一般的にＤ５０と示される一連の粒子の「メジアン径」との用語は、前記一連の粒子を質量の等しい第１及び第２の集団に分けるサイズを意味しており、前記第１及び第２の集団は、前記メジアン径より相対的に大きいか、または小さいサイズを有する粒子だけを備えている。
【００３６】
粒子の「サイズ」との用語は、その最も大きな寸法ｄＭ及びその最も小さな寸法ｄｍの平均：（ｄＭ＋ｄｍ）／２である。
【００３７】
「ジルコニア」との用途は、酸化ジルコニウム、ＺｒＯ２を意味している。ＺｒＯ２から化学的に非分離であり、及び同様の性質を有している少量のＨｆＯ２が、自然的に、２％未満の量で、ジルコニア源に存在している。
【００３８】
「シリカ」との用語は酸化シリコン、ＳｉＯ２を意味している。
【００３９】
「アルミナ」との用語は酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３を意味している。
【００４０】
言及がない限り、組成の特定を示すために利用されたパーセンテージは、常に重量パーセントを参照している。
【００４１】
［詳細な説明］
ショットブラストは周知の技術であり、本発明の方法を実装するためにその変化の全てが用いられてもよく、前記打ち出し粒子の相対密度が４．０から５．０の範囲であることが提供されてもよい。
【００４２】
前記粒子の性質は同様に限定されない。しかしながら、一つの好ましい実施形態において、前記打ち出し粒子は、溶融で得られたセラミックビーズであり、好ましくは４．３から４．９、より好ましくは４．５から４．９の範囲である相対密度を有している。
【００４３】
前記ビーズを製造するために、以下の段階を備えている方法が実施される。
ａ）製造されるビーズの構成物質及び／または前記構成物質の前駆体を備えている始動装薬を用意する段階
ｂ）溶融液体を形成するために始動装薬を溶融する段階
ｃ）溶融液体のジェットを形成するために前記液体を流し込み、及び前記ジェットを分散して液滴に変化させる段階
ｄ）ビーズを形成するために前記液滴を冷却する段階
ｅ）任意的に、特に、ミリングによる粒子サイズを減少させる段階、及び／または粒子サイズの選択する段階
【００４４】
段階ａ）において、粉末化した構成物質及び／または前駆体は実質的に均質な混合物を構成するために混合される。
【００４５】
本発明により、段階ｄ）の最後で所望の組成を有したビーズを得るために、当業者は始動装薬の組成を調整すべきである。セラミックビーズを製造するという背景において、前記ビーズの化学分析は始動装薬の化学分析と一般的に実質的に同一である。さらに、必要に応じて、例えば、揮発性酸化物の存在を考慮するため、または還元状態の下で溶融が実施されるときのＳｉＯ２の損失を考慮するために、当業者は結果としての始動装薬の組成を適合させる方法を知っている。
【００４６】
段階ｂ）において、好ましくは電気アーク炉内で前記始動装薬が溶融される。電気融合は、多量の製品が高い歩留まりで製造されうることを意味している。しかしながら、誘導炉、太陽炉、またはプラズマ炉のような任意の周知の炉の使用が想定されてもよく、前記始動装薬を好ましくは完全に溶融することができるように提供されてもよい。前記条件は酸化または還元であってもよい。
【００４７】
段階ｂ）において、例えば、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４で開示されたアーク融合法を用いることは可能である。
【００４８】
段階ｃ）において、前記溶融液体はジェットを形成するためにキャストされる。
【００４９】
段階ｄ）において、前記ジェットは、分散されて小さな液滴に変化し、表面張力の下でその大部分は実質的に球形形状とみなす。この分散は、特に空気及び／または蒸気でブローイングすることにより、または当業者に周知である溶融物をアトマイズする他の方法を用いることで実施されうる。
【００５０】
段階ｅ）において、前記液滴は、固体ビーズの形態に固化するために冷却される。冷却は、前記分散の結果であってもよい。冷却率は、所望の結晶度まで適応されてもよい。
【００５１】
任意の段階ｆ）において、前記ビーズのサイズは、粒子粉末を調整される。この目的を達成するために、溶融で得られた粒子は挽かれ、及び／またはそれからシービングまたは空気内での分離によって粒子の分類を受ける。
【００５２】
本発明は同様に、上記段階ａ）からｄ）及び任意の段階ｅ）を備えている方法を用いて製造されたビーズを提供する。
【００５３】
［実施例］
本発明を説明する目的で、以下の非限定的な例が提供される。
【００５４】
これらの例において、様々なショットブラストの媒体が試験された。これらの様々な媒体の特性が表１に示されている。媒体２は基準の製品、ＺＩＲＳＨＯＴＺ４２５に対応している。
【００５５】
見掛けの比重は、自動型Ａｃｃｕｐｙｃ  １３３０ヘリウム比重瓶を用いて測定された。
【００５６】
微小硬度は、Ｖｉｃｋｅｒｓ  Ｚｗｉｃｋ  ３２１２デュロメータを用いて測定された。得られた値は、Ｖｉｃｋｅｒｓ  ＨＶ０．５高度に相当している。
【００５７】
前記化学分析はＸ線蛍光を用いて実施された。
【００５８】
粒子サイズ分析はＩＳＯ標準３３１０によるスクウェアメッシュのふるいを用いて手動のふるいにより実施された。
【００５９】
試験された媒体の粒子の全ては、溶融により得られたセラミックビーズであり、及び４２５マイクロメートル（μｍ）から６００μｍの範囲のサイズを有している。
【００６０】
前記試験を実施するために、各媒体は８５°の打ち出し角度及び出来る限り高速（表１の列「最大速度」）でＸＣ６５スチールターゲット上に打ち出されるが、前記ターゲットから１５０ｍｍで位置された８０ｍｍ直径の打ち出しノズルで提供されたベンジュリ効果銃を用いている。１２５％の被覆率（打ち出し媒体で衝突された表面の割合）が得られる時まで打ち出しが続けられた。
【００６１】
残余応力は、その方位に応じた結晶平面の平均変形の分析を発端とするＳｉｅｍｅｎｓ  Ｄ５００器具を用いるＸ線解析によってそれから測定された。結果は図１に示されている。
【００６２】
【表１】
0005466170.tif 000002
【００６３】
残余表面応力、すなわちゼロ深さでの表面応力は、試験媒体１から３に対して実質的に等しかったことが観察される。しかしながら、それらは媒体４と比べて低かった。
【００６４】
見掛けの比重が、最大の４．６６の見掛けの比重（媒体３）まで増大するとき、ショットブラストにより作用された前記表面層の厚さ、すなわちそれがのびている深さは増大している。驚くことに、見掛けの比重は５を越えて増大し（媒体４で５．３３）、しかしながら、この厚さは減少している。
【００６５】
これらの試験は同様に、高硬度媒体（媒体４）は体系的に良好な結果物を製造しないことを示している。
【００６６】
前記残余応力が、同様の方法で最大変化となる位置の深さ、前記最大深さは、見掛けの比重が４から５の範囲に到達している。
【００６７】
到達される最大の割合は、５より大きい見掛けの比重を有するセラミックビーズで
低い。しかしながら驚くことに、この割合の落ち込みは残余応力の増大をもたらさない。
その一方、これらはより低い見掛けの比重、特に４から５の範囲のビーズよりも低い
。
【００６８】
表面上、及び前記表面の近くの残余応力の発生に加えて、ショットブラストの一つの主な効果は、表面の質を修正することであり、特に、粗さを修正することである。非常に高い粗さは、ショットブラストされた部分の早期破裂をもたらし、そのようにして、それが制御されることは重要である。
【００６９】
以下の具体的な例において、９２Ｖ４５スチール試料は二つの過程でショットブラストされた。第１の過程はスチールビーズまたはセラミックビーズで、本発明に従い相対密度が４．６であり（媒体Ｎｏ  ５）、続く第２の過程は、実質的に同一の残余応力のレベルが得られることを可能にしているショットブラストのパラメータを有する従来のＺ２１０セラミックビーズである。
【００７０】
スチールビーズの特性は、
・相対密度：７．７
・微小硬度：４７０ＨＶ０．５
・化学分析：
Ｆｅ：１００％になるまで補われる
Ｃ：０．８５％−１．２％
Ｍｎ：０．６％−１．２％
Ｓｉ：０．４−１．５％
Ｐｈ≦０．０５％
Ｓ≦０．０５％
・ｄ５０＝１０００μｍ
・推定速度  ４５ｍ／ｓ
【００７１】
セラミックビーズ、媒体Ｎｏ  ５の性質
・ｄ５０：９００μｍ
・推定速度  ４８ｍ／ｓ
【００７２】
Ｚ２１０ビーズ（Ｚｉｒｓｈｏｔ  Ｚ２１０）の性質はｄ５０＝２５５μｍを除いて媒体Ｎｏ  ２のものと同一である。
【００７３】
【表２】
0005466170.tif 000003
【００７４】
表２は、本発明のビーズを用いることは、前記表面の質を顕著に改善させ、特に、平均粗さ、Ｒａを減少させる。
【００７５】
この表は同様に、本発明の粒子のほかに媒体を打ち出す段階を備えている本発明によるショットブラスト法の利点を明示している。
【００７６】
ここで明らかに分かるように、本発明はそのように、前記表面で、及び処理される部分の表面層内で、高い残余応力を効果的に生み出すことのできるショットブラスト法を提供する。
【００７７】
明らかに、本発明は、述べられた実施形態及び実装に限定されず、非限定的な説明となる実例の方法により提供される。
【００７８】
特に、前記ビーズは、上で述べられたもの以外の組成または粒子サイズを有している焼結されたビーズであってもよい。
【００７９】
前記ショットブラスト法は同様に、洗浄の適用において実施されてもよい。
【図１】
0005466170.tif 000004