(57)【要約】【課題】  酸素浸透拡散処理を経て形成される酸化層の厚みを最小限に抑えるとともに、表面から１００μｍまで硬化層を形成することが可能なベータ型チタン系金属の表面硬化処理方法を提供する。【解決手段】  ベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、アルゴンガスと酸素の混合気体中において、ベータ型チタン系部材１１を加熱処理する。ベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、酸素濃度０．０５〜２０ｖｏｌ％、温度７００〜１０００℃、１０〜３０分間の条件下において加熱処理を行う。その後、時効処理を４００〜５５０℃で６〜１２時間行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベータ型チタン系部材を、不活性ガスと酸素との混合気体中において加熱処理し、酸素浸透拡散層を形成する、
ベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項２】
前記混合気体は、０．０５〜２０ｖｏｌ％の酸素濃度である、
請求項１に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項３】
前記混合気体は、１〜１０ｖｏｌ％の酸素濃度である、
請求項１または２に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項４】
前記加熱処理は、７００〜１０００℃の温度範囲内で行われる、
請求項１から３のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項５】
前記加熱処理は、８５０〜９５０℃の温度範囲内で行われる、
請求項１から４のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項６】
前記加熱処理は、１０〜３０分間行われる、
請求項１から５のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項７】
前記加熱処理は、１５〜２５分間行われる、
請求項１から６のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項８】
前記加熱処理後、４００〜５５０℃で６〜１６時間の時効処理を行う、
請求項１から７のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項９】
前記加熱処理後、４５０〜５００℃、１０〜１４時間の時効処理を行う、
請求項１から８のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項１０】
前記不活性ガスは、アルゴンガスである、
請求項１から９のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法によって処理されて、表面層側から５μｍ以下の厚さの酸化層と、７０μｍ厚以上の酸素浸透拡散層とが形成される、
ベータ型チタン系部材。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のベータ型チタンの表面硬化処理方法により、ベータ型チタン系部材の処理を行う、
ベータ型チタンの表面硬化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン、特にベータ型チタンの表面に硬化層を形成する表面硬化処理方法および表面硬化処理装置、チタン系部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な分野において、軽量で硬度が高いチタン製、あるいはチタン合金製の製品が用いられてきている。このチタンやチタン合金は、活性金属であって耐摩耗性が低く、表面処理が非常に困難であるという欠点があった。
このようなチタンやチタン合金の表面硬度を向上させる方法としては、表面にめっき処理して硬化層を形成する方法や、窒化、浸炭処理等により製品表面そのものを硬化させる処理方法が採用されている。
【０００３】
しかし、めっき処理では、形成層とチタン表面との密着性が低いこと、チタンの概観を損ねる等の問題がある。一方、窒化、浸炭処理による表面硬化処理では、結晶粒の粗大化、処理時間が長い等の問題がある。
チタン製品の耐摩耗性向上を目的とする他の表面硬化処理方法として、酸素拡散を利用した表面硬化処理方法が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
例えば、特許文献１には、酸素吸収性の高い粉体中にチタン系部材を埋没させて処理を行う表面硬化処理方法が開示されている。この表面硬化処理方法では、チタン系材料を粉体中に埋没させた状態で加熱処理を行うため、チタン表面が酸素と接触するのを物理的に阻害することでチタン系材料周辺の雰囲気中における酸素濃度を低く抑えることができる。この結果、酸化層の形成を抑えつつ、チタン系部材の表面に酸素原子を浸透拡散させて、Ｔｉ−Ｏ固溶体からなる酸素拡散層を形成することができる。
【特許文献１】特開２００３−７３７９６号公報（平成１５年３月１２日公開）
【特許文献２】特開２００２−９７９１４号公報（平成１４年４月５日公開）
【特許文献３】特開２００１−８１５４４号公報（平成１３年３月２７日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の表面硬化処理方法では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、特許文献１に開示された表面硬化処理方法では、表面硬度を上昇させることはできるものの、処理を行うたびにチタン系部材を酸素吸入性粉体の中に埋没させる必要があるため、処理効率が悪く、コストアップを招く等の問題がある。また、酸素吸入性粉体中に埋没させているため加熱処理後所定の冷却速度が得られず、適切な時効処理を行うことができない。
【０００６】
本発明の課題は、加熱処理を経て形成される酸化層の厚みを最小限に抑えるとともに、深部まで硬化層を形成する処理を効率よく行うことが可能なベータ型チタンの表面硬化処理方法、ベータ型チタン系部材およびベータ型チタンの表面硬化処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明１のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、ベータ型チタン系部材を、不活性ガスと酸素との混合気体中において加熱処理し、酸素浸透拡散層を形成する。
この表面硬化処理方法によれば、大気中よりも低い特定酸素濃度の条件下において加熱処理を行うことができる。このため、比較的硬くて脆く剥離しやすい酸化層の厚さを従来よりも薄く、例えば、約５μｍ厚以下にすることができる。このため、形成される酸化層が薄いために寸法精度を高レベルで維持することができる。また、表面硬化処理後の酸化層を除去する後処理が容易になる。そして、酸化層が残ることに起因する色むら等の製品外観の質低下を抑制できる。
【０００８】
同時に、酸素が浸透拡散して硬化した硬化層を、例えば表面から約１００μｍの深部まで形成することができる。このため、表面硬度を向上させつつ、耐摩耗性に優れたベータ型チタン系部材を得ることができる。
以上のように、本発明のベータ型チタンの表面硬化処理方法では、ベータ型チタンの外観を損なうことなく、表面硬度を向上させて耐摩耗性に優れたベータ型チタン系部材を得ることができる。
【０００９】
発明２のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１のベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、混合気体は、０．０５〜２０ｖｏｌ％の酸素濃度である。
ここでは、この酸素濃度条件下で処理を行うことで、チタンの表面に形成される酸化層が厚くなることを防止しつつ、硬化層をチタンの深部まで形成することが可能になる。
【００１０】
なお、上記酸素濃度条件の下限値である０．０５ｖｏｌ％は、酸素浸透拡散処理を行うために最低限必要な酸素濃度であり、上限値である２０ｖｏｌ％は、酸化層の形成が促進されて酸素浸透拡散処理を妨げることのない限界となる酸素濃度である。
発明３のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１または２のベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、混合気体は、１〜１０ｖｏｌ％の酸素濃度である。
【００１１】
ここでは、この温度条件下で加熱処理を行うことで、さらに効果的にベータ型チタンの表面を溶体化して効果的に酸素浸透拡散処理を行うことができる。
発明４のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１から３のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、加熱処理は、７００〜１０００℃の温度範囲内で行われる。
【００１２】
ここでは、この温度条件下で加熱処理を行うことで、ベータ型チタンの表面を溶体化して効果的に酸素浸透拡散処理を行うことができる。
なお、上記温度条件の下限値である７００℃は、ベータ型チタンの溶体化温度を考慮した温度であり、上限値である１０００℃は、ベータ型チタンの結晶粒の粗大化につながらないようにするための限界温度である。
【００１３】
発明５のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１から４のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、加熱処理は、８５０〜９５０℃の温度範囲内で行われる。
ここでは、このような温度条件下で処理を行うことで、特にベータ型チタンの表面硬度を効果的に上昇させることができる。
【００１４】
発明６のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１から５のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、加熱処理は、１０〜３０分間行われる。
ここでは、このような加熱条件下で処理を行うことで、酸素浸透拡散層を効果的に形成することができる。
【００１５】
発明７のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１から６のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、加熱処理は、１５〜２５分間行われる。
ここでは、このような加熱条件下で処理を行うことで、さらに効果的に酸素浸透拡散層を効果的に形成することができる。
【００１６】
発明８のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１から７のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、加熱処理後、４００〜５５０℃で６〜１６時間の時効処理を行う。
ここでは、上記条件下において時効処理を行うことで、さらに表面硬度を向上させて耐摩耗性を高めることができる。
【００１７】
発明９のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１から８のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、加熱処理後、４５０〜５００℃で１０〜１４時間の時効処理を行う。
ここでは、上記条件下において時効処理を行うことで、さらに効果的に表面硬度を向上させて耐摩耗性を高めることができる。
【００１８】
発明１０のベータ型チタンの表面硬化処理方法は、発明１から９のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法であって、不活性ガスは、アルゴンガスである。
ここでは、酸素とアルゴンガスとの混合気体を用いることで、特定の酸素濃度範囲で酸素浸透拡散処理を行うことができる。
【００１９】
発明１１のベータ型チタン系部材は、発明１から１０のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法によって処理されて、表面層側から５μｍ以下の厚さの酸化層と、７０μｍ以上の厚さの酸素浸透拡散層とが形成される。
ここでは、上記の処理方法により、酸化層の形成を抑えつつ、深部まで酸素拡散層が形成された表面硬度の高いベータ型チタン系部材を得ることができる。
【００２０】
発明１２のベータ型チタンの表面硬化処理装置は、発明１から１０のいずれか１つのベータ型チタンの表面硬化処理方法によってベータ型チタン系部材に対して処理を行う。
ここでは、ベータ型チタン系部材に対して上記の処理を施すことで、酸化層の形成を抑えつつ、深部まで酸素拡散層が形成された表面硬度の高いベータ型チタン系部材を形成することが可能なベータ型チタンの表面硬化処理装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
発明１のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、酸化層の形成を抑えつつ、深部まで酸素拡散層が形成された表面硬度の高いベータ型チタン系部材を形成することができる。
発明２のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、チタンの表面に形成される酸化層が厚くなることを防止しつつ、硬化層をチタンの深部まで形成することが可能になる。
【００２２】
発明３のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、より効果的に酸化層の形成を抑制しつつ、硬化層を深部まで形成することができる。
発明４のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、ベータ型チタンの表面を溶体化して効果的に酸素浸透拡散処理を行うことができる。
【００２３】
発明５のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、特にチタン表面の硬度を効果的に上昇させることができる。
発明６のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、酸素浸透拡散層を効果的に形成することができる。
【００２４】
発明７のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、さらに効果的に酸素浸透拡散層を効果的に形成することができる。
発明８のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、さらに表面硬度を向上させて耐摩耗性を高めることができる。
【００２５】
発明９のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、さらに効果的に表面硬度を向上させて耐摩耗性を高めることができる。
発明１０のベータ型チタンの表面硬化処理方法によれば、特定の酸素濃度範囲で酸素浸透拡散処理を行うことができる。
【００２６】
発明１１のベータ型チタン系部材によれば、酸化層の形成を抑えつつ、深部まで酸素拡散層が形成されており、表面硬度を向上させることができる。
発明１２のベータ型チタンの表面硬化処理装置によれば、酸化層の形成を抑えつつ、深部まで酸素拡散層が形成された表面硬度の高いベータ型チタン系部材を形成する装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の一実施形態に係るベータ型チタンの表面硬化処理方法、ベータ型チタンの表面硬化処理装置、ベータ型チタン系部材について、図１〜図４を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、例えば、チタンの溶体化炉を備えており、以下に示すような処理方法によってベータ型チタンの表面硬度を向上させる。
【００２８】
すなわち、ベータ型チタンの表面硬化処理装置１０の処理空間Ｓ内にベータ型チタン系部材１１をセットし、酸素とアルゴンガス（不活性ガス）とからなる混合気体の雰囲気中において加熱処理を行う。これにより、ベータ型チタン系部材１１がセットされた処理空間Ｓにおいて、大気中よりも酸素濃度が低い状態で加熱処理を行うことができる。
【００２９】
このときの処理条件としては、酸素濃度が０．０５〜２０ｖｏｌ％、加熱処理の温度が７００〜１０００℃、加熱処理時間が１０〜３０分であることが好ましい。
そして、この処理の後、４００〜５５０℃の温度範囲内で、６〜１６時間の時効処理が行われる。
【００３０】
以下に、上記の処理条件を満たす条件下で処理を行ったベータ型チタン系部材１１について、表面硬度を測定した結果を示す。
図２（ａ）に示すように、温度条件８５０℃、加熱処理時間１０分、酸素濃度５ｖｏｌ％の条件下で処理されたベータ型チタン系部材では、未処理のベータ型チタン系部材のＨＶ硬度が約４００でほぼ一定であるのに対し、表面から０．１０ｍｍ（１００μｍ）の深さまでのＨＶ硬度が５７０〜４００まで上昇している。特に、表面から０．０５ｍｍ（５０μｍ）の範囲では、５７０〜４５０までＨＶ硬度が上昇している。
【００３１】
また、温度条件８５０℃、加熱処理時間１０分、酸素濃度１０ｖｏｌ％の条件下で処理されたベータ型チタン系部材では、上記酸素濃度５ｖｏｌ％の場合と同様に、表面から０．１０ｍｍ（１００μｍ）の深さまでのＨＶ硬度が５７０〜４００まで上昇している。特に、表面から０．０５ｍｍ（５０μｍ）の範囲では、５７０〜４５０までＨＶ硬度が上昇している。
【００３２】
さらに、図２（ｂ）に示すように、温度条件９００℃、加熱処理時間１０分、酸素濃度１．７ｖｏｌ％の条件下で処理されたベータ型チタン系部材は、未処理のベータ型チタン系部材が４５０ＨＶ硬度前後であるのに対して、表面から０．１０ｍｍ（１００μｍ）の深さまでのＨＶ硬度が５９０〜４２０まで上昇している。特に、表面から０．０５ｍｍ（５０μｍ）の範囲では、５９０〜４９５までＨＶ硬度が上昇している。
【００３３】
また、温度条件９００℃、加熱処理時間１０分、酸素濃度５ｖｏｌ％の条件下で処理されたベータ型チタン系部材は、表面から０．１０ｍｍ（１００μｍ）の深さまでのＨＶ硬度が５８０〜４７０まで上昇している。特に、表面から０．０５ｍｍ（５０μｍ）の範囲では、５８０〜５１５までＨＶ硬度が上昇している。
【００３４】
さらに、温度条件９００℃、加熱処理時間１０分、酸素濃度１０ｖｏｌ％の条件下で処理されたベータ型チタン系部材は、表面から０．１０ｍｍ（１００μｍ）の深さまでのＨＶ硬度が５４５〜３９５まで上昇している。特に、表面から０．０５ｍｍ（５０μｍ）の範囲では、５４５〜４９０までＨＶ硬度が上昇している。
【００３５】
以上のように、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す実験結果から、上述した表面硬化処理条件の中の温度条件については、９００℃の方が８５０℃で処理するよりも硬度が上昇することがわかる。特に、９００℃の処理を行った場合には、表面から０．０２ｍｍ（２０μｍ）以降の深さのＨＶ硬度が、８５０℃で処理を行った場合よりも緩やかに下降していくのがわかる。よって、ベータ型チタンの溶融温度等を考慮すれば、表面硬化処理条件として８５０〜９５０℃で加熱処理を行うことがより好ましい。
【００３６】
同様に、酸素濃度に関しては、図２（ｂ）に示す結果から判断して、１．７ｖｏｌ％で処理を行った方が５ｖｏｌ％で処理を行うよりも、また、５ｖｏｌ％で処理を行った方が１０ｖｏｌ％で処理を行うよりもＨＶ硬度が高くなる。よって、ＨＶ硬度を上昇させるとともに表面に酸化層が形成されることを抑えるためには、１〜１０ｖｏｌ％の酸素濃度で処理を行うことがより好ましい。
【００３７】
ここでさらに、これら表面硬化処理済のベータ型チタン系部材１１の摩耗試験の結果について、図３を用いて説明すれば以下の通りである。
ここでは、未処理のベータ型チタン系部材、加熱温度８５０℃、加熱時間１０分、酸素濃度５ｖｏｌ％で処理されたベータ型チタン系部材（第１サンプル）、加熱温度９００℃、加熱時間１０分、酸素濃度１０ｖｏｌ％で処理されたベータ型チタン系部材（第２サンプル）、加熱温度９００℃、加熱時間１０分、酸素濃度５ｖｏｌ％で処理されたベータ型チタン系部材（第３サンプル）、加熱温度９００℃、加熱時間１０分、酸素濃度１．７ｖｏｌ％で処理されたベータ型チタン系部材（第４サンプル）の結果を示す。
【００３８】
図３に示すように、未処理のベータ型チタン系部材の平均摩耗量は０．１５８ｍｍであるのに対し、第１サンプルは０．１３８ｍｍ、第２サンプルは０．１３２ｍｍ、第３サンプルは０．１１０ｍｍ、第４サンプルは０．１０４ｍｍと、処理を行ったベータ型チタン系部材の方が、未処理のベータ型チタン系部材と比較して平均摩耗量が減少していることがわかる。特に、９００℃×１０分の条件下で処理を行った第３サンプル、第４サンプルでは、未処理のベータ型チタン系部材と比較して、約３０％平均摩耗量が減少している。
【００３９】
この結果からも、温度条件８５０〜９００℃の温度範囲内で処理を行った場合には、未処理のベータ型チタン系部材よりも耐摩耗性が向上し、表面硬度が向上していることがわかる。
また、第１サンプルと第３サンプルとの比較から加熱温度条件は８５０℃よりも９００℃の方が平均摩耗量を減少させることができ、好ましいことがわかる。さらに、第２サンプル〜第４サンプルまでの比較により、酸素濃度条件は１０ｖｏｌ％から１．７ｖｏｌ％に減少するにしたがって平均摩耗量を減少させることができ、好ましいことがわかる。
【００４０】
〔ベータ型チタン系部材の表面構造〕
以上のような表面効果処理を施されたベータ型チタン系部材１１は、図４に示すような表面構造となる。
すなわち、本実施形態の表面強化処理後のベータ型チタン系部材１１の表面の最上層には、図４に示すように、酸化層１１ａが形成され、酸化層１１ａの下層には硬化層１１ｂが形成される。そして、硬化層１１ｂの下層には未処理層１１ｃが存在する。
酸化層１１ａは、表面から０〜５μｍの厚さで形成される。このように、本実施形態の表面硬化処理を施されたベータ型チタン系部材１１では、表面に形成される酸化層１１ａの厚さが従来の大気中で加熱処理を行った場合よりも格段に薄くできるため、処理後の酸化層１１ａを除去する後処理が非常に容易になる。
【００４１】
硬化層１１ｂは、上記酸化層１１ａの下層に形成されており、酸素が浸透拡散して硬度が上昇した厚さ１００μｍ程度の層である。
このように、本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０では、酸化層１１ａの厚さを抑えつつ、硬化層１１ｂを７０μｍ以上（１００μｍ）の厚さまで形成することができるため、効率よく表面硬度が上昇したベータ型チタン系部材１１を得ることができる。
【００４２】
〔比較例１〕
ベータ型チタンの表面硬化処理を、アルゴンガスと酸素との混合気体中で行うのではなく、大気中において行った比較例について説明する。
本比較例では、硬化層を３００μｍ厚まで形成することができ、表面層のＨＶ硬度が５００まで上昇したものの、最上層には１００μｍ厚の酸化層が形成される。酸化層は比較的硬くて脆いという性質を有するため、本比較例のように１００μｍ厚まで形成された酸化層は、製品化する前に除去する作業が非常に面倒で生産効率が低下する。さらに、製品表面の酸化層は製品外観を低下させるという面で好ましくない。
【００４３】
このように、酸素濃度条件以外の条件を本発明と同様にして処理を行った場合でも、表面硬度は高くなるものの、最上層に形成される酸化層が厚くなってしまうことから、大気中における加熱処理は好ましくないことがわかる。
【００４４】
〔比較例２〕
表面硬化処理を行う対象として、ベータ型チタン以外に純チタン、α＋β型チタンを用いて本発明と同様の処理を行った比較例について説明する。
本比較例では、上述した表面硬化処理を行ったにもかかわらず、表層部分に酸素が浸透拡散した硬化層を形成することができなかった。これは、純チタン、α＋β型チタンでは、表面を溶体化して酸素浸透拡散層を形成できないためと考えられる。
この結果、本発明の表面強化処理方法は、純チタン、α＋β型チタンに対しては有効ではなく、ベータ型チタンの表面硬化処理に対して有効であることがわかる。
【００４５】
［ベータ型チタンの表面硬化処理装置の特徴］
（１）
本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、アルゴンガス（不活性ガス）と酸素の混合気体中において、ベータ型チタン系部材１１を加熱処理する。
これにより、ベータ型チタン系部材１１を、大気中の酸素濃度よりも低い特定の酸素濃度の中で加熱処理を行うことができる。この結果、図４に示すように、表面に形成される酸化層１１ａの厚さを抑えつつ、その下層に酸素が浸透拡散した硬化層１１ｂを深部まで形成することが可能になる。
【００４６】
例えば、以下で示す条件下において処理されたベータ型チタン系部材１１では、図３に示すように、未処理のベータ型チタン系部材と比較して、約３０％摩耗量を減少させることができ、耐摩耗性の向上が図れる。
【００４７】
（２）
本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、酸素濃度０．０５〜２０ｖｏｌ％のアルゴンガス−酸素の混合気体中において加熱処理を行う。
これにより、大気中において加熱処理を行った場合と比較して、表面に形成される酸化層１１ａが厚くなることを抑制し、かつ深部まで硬化層１１ｂを形成することができる。この結果、表面硬度が上昇し、耐摩耗性に優れたベータ型チタン系部材１１を得ることができる。
なお、上記酸素濃度範囲は、１〜１０ｖｏｌ％の範囲内であることがより好ましい。
【００４８】
（３）
本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、７００〜１０００℃の範囲の温度条件下において加熱処理を行う。
これにより、ベータ型チタン系部材１１の表面が溶体化して酸素が浸透拡散し、硬化層１１ｂを深部まで形成することができる。
なお、上記温度範囲は、８５０〜９５０℃で行われることがより好ましい。
【００４９】
（４）
本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、上記酸素濃度条件、温度条件下において、１０〜３０分間加熱処理を行う。
これにより、酸化層の形成を抑えつつ、酸素浸透拡散層を効果的に深部まで形成することができる。
なお、上記加熱時間は、１５〜２５分間であることがより好ましい。
【００５０】
（５）
本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０は、上述したように、加熱処理後、４００〜５５０℃の温度条件下において６〜１６時間の時効処理（焼きなまし）を行う。
これにより、硬化層１１ｂを安定した状態で形成することができ、さらに表面硬度を向上させて耐摩耗性を高めることができる。
なお、上記時効処理は、４５０〜５００℃の温度条件下において、１０〜１４時間行われることがより好ましい。
【００５１】
（６）
本実施形態のベータ型チタンの表面硬化処理装置１０により形成されたベータ型チタン系部材１１は、上記の条件下において処理が施される。
これにより、酸化層１１ａの厚さを約５μｍ程度に抑え、かつ約１００μｍの深部まで硬化層１１ｂが形成されたベータ型チタン系部材１１を得ることができる。
【００５２】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５３】
（Ａ）
上記実施形態では、酸素と混合する気体としてアルゴンガスを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、アルゴンガス以外の不活性ガスを用いた場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
（Ｂ）
上記実施形態では、酸素とアルゴンガスとの混合気体中において、加熱処理する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、アルゴンガスだけでなく、アルゴンガスとその他の不活性ガスとの混合気体を酸素を混合させた気体中において加熱処理を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、酸化層の形成を抑えつつ、酸素浸透拡散層を深部まで形成できるという効果を奏することから、ベータ型チタンを材料として用いた各種部材の表面硬化処理に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係るベータ型チタンの表面硬化処理装置を示す概略図。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明のベータ型チタンの表面硬化処理方法によって処理されたベータ型チタン系部材の表面硬度を測定した結果を示すグラフ。
【図３】本発明のベータ型チタンの表面硬化処理方法によって処理されたベータ型チタン系部材の摩耗試験の結果を示すグラフ。
【図４】本発明のベータ型チタンの表面硬化処理方法によって処理されたベータ型チタン系部材の表面構造を示す概略図。
【符号の説明】
【００５７】
１０      ベータ型チタンの表面硬化処理装置
１１      ベータ型チタン系部材
１１ａ    酸化層
１１ｂ    硬化層
１１ｃ    未処理層
Ｓ      処理空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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