(57)【要約】【課題】  高温での熱処理を必要とせず、寸法精度に及ぼす影響も低く、CVD やPVD による場合よりも簡便に得ることができ、また、溶射による場合よりもリサイクル性が良い、耐摩耗性に優れたチタン材を提供する。【解決手段】  (1) 純チタンまたはチタン合金の表面にチタン水素化物含有層を備えたチタン材であって、前記チタン水素化物含有層中のチタン水素化物濃度が0.1 〜20％であり、前記チタン水素化物含有層の厚さが５〜200 μm であることを特徴とする耐摩耗性に優れたチタン材、(2) 前記チタン材においてチタン水素化物含有層の表面から深さ10μm の個所における硬度がHv400 以上であるもの、(3) 前記チタン材においてチタン合金がAl：2.5 〜7.5 mass％を含有するもの。【選択図】        図１
2005206892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純チタンまたはチタン合金の表面にチタン水素化物含有層を備えたチタン材であって、前記チタン水素化物含有層中のチタン水素化物濃度が0.1 〜20％であり、前記チタン水素化物含有層の厚さが５〜200 μm であることを特徴とする耐摩耗性に優れたチタン材。
【請求項２】
前記チタン水素化物含有層の表面から深さ10μm の個所における硬度がHv400 以上である請求項１記載の耐摩耗性に優れたチタン材。
【請求項３】
前記チタン合金がAl：2.5 〜7.5 mass％を含有する請求項１または２記載の耐摩耗性に優れたチタン材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性に優れたチタン材に関する技術分野に属し、特には、エンジンや駆動部品などの輸送機分野や機械構造部品など耐摩耗性が必要となる部品に使用されるチタン材に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
純チタンやチタン合金（以下、チタンという）は軽量で比強度が高く、また、耐食性にも優れることから、エンジンや駆動部品等の輸送機材料や機械構造材料として大変有望である。しかし、チタンは活性であり、熱拡散しにくい材料であるため、焼き付きやすく、耐摩耗性に劣ることが知られている。そのため、各種表面硬化処理が提案されている。
【０００３】
チタンの表面硬化処理は各種便覧に記載されており、例えば（社）チタニウム協会編，日刊工業新聞社発行のチタンの加工技術（1992）P178〜186 にまとめて記載されている。      
【０００４】
この表面硬化処理の中、湿式めっきは低温成膜が可能で、比較的成膜速度が速く厚膜化も可能であるが、材種によってはめっき層とチタン材との密着性を付与するのが困難であることが知られている。また、めっき時は低温成膜でも密着性確保のために高温熱処理が必要であることが多い。さらに昨今リサイクル性の要望も高いが、めっき処理材はリサイクル性に難があることも指摘されている。また、溶射についても同様に密着性が不足すること、リサイクル性に難があることが知られている。
【０００５】
また、肉盛溶接法では寸法精度に難があり、構造部品への適用は難しい。
【０００６】
CVD やPVD では膜質の優れたものが得られるが、処理コストが高いため、一部の部品にしか適用することができない。
【０００７】
熱拡散法は簡便でコストも比較的安く、密着性も良く、リサイクル性にも優れることがわかっている。従来Ｏ（酸化）、Ｃ（浸炭）、Ｎ（窒化）、Ｂ（ホウ化）などの元素やそれらの組合せなど各種が特許文献（例えば、特開2003-73796号公報、特開2001-81544号公報、特開平5-65622 号公報、特開平5-295515号公報、特開平2-294423号公報）、技術文献にて報告されている。ただし、これらの熱拡散処理の特徴は、高温での熱処理が必要であることであるが、チタン材料は高温にて熱処理を行うと、熱歪みや生成皮膜によって寸法変化を生じたり、結晶粒の成長により、強度低下を生じることが問題である。また、窒化や浸炭等、拡散元素によっては、特別な装置が必要であり、コストが高くなる問題もあるし、硬化が著しい場合、摩耗相手材攻撃性が大きく、返って摩耗損失が大きくなる。
【０００８】
以上のように、従来技術では何れもチタン材料の表面硬化処理として不十分である。
【特許文献１】特開２００３−７３７９６号公報
【特許文献２】特開２００１−８１５４４号公報
【特許文献３】特開平５−６５６２２号公報
【特許文献４】特開平５−２９５５１５号公報
【特許文献５】特開平２−２９４４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、高温での熱処理を必要とせず、寸法精度に及ぼす影響も低く、CVD やPVD による場合よりも簡便に得ることができ、また、溶射による場合よりもリサイクル性が良い、耐摩耗性に優れたチタン材を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究を行なった結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。
【００１１】
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、耐摩耗性に優れたチタン材に係わり、特許請求の範囲の請求項１〜３記載のチタン材（第１〜３発明に係るチタン材）であり、それは次のような構成としたものである。
【００１２】
即ち、請求項１記載のチタン材は、純チタンまたはチタン合金の表面にチタン水素化物含有層を備えたチタン材であって、前記チタン水素化物含有層中のチタン水素化物濃度が0.1 〜20％であり、前記チタン水素化物含有層の厚さが５〜200 μm であることを特徴とする耐摩耗性に優れたチタン材である〔第１発明〕。
【００１３】
請求項２記載のチタン材は、前記チタン水素化物含有層の表面から深さ10μm の個所における硬度がHv400 以上である請求項１記載の耐摩耗性に優れたチタン材である〔第２発明〕。
【００１４】
請求項３記載のチタン材は、前記チタン合金がAl：2.5 〜7.5 mass％を含有する請求項１または２記載の耐摩耗性に優れたチタン材である〔第３発明〕。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るチタン材は、高温での熱処理を要することなく、寸法精度に及ぼす影響も低く、CVD やPVD による場合よりも簡便に得ることができ、また、溶射による場合よりもリサイクル性が良い、耐摩耗性に優れたチタン材である。即ち、耐摩耗性に優れており、且つ、高温での熱処理を必要とせず、寸法精度に及ぼす影響も低く、CVD やPVD による場合よりも簡便に得ることができ、また、溶射による場合よりもリサイクル性が良い。このため、耐摩耗性が必要となる部品の構成部材等として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者らは、前述の目的を達成するために、チタン材料への拡散元素として水素に着目した。ただし、水素の拡散については以下のことが知られており、チタンへの水素の吸蔵は忌避されている。
【００１７】
チタンに水素が拡散すると、20ppm 程度がチタンに固溶し、残りはTiH あるいはTiH2のチタン水素化物（以下、Ti−H ともいう）となるといわれている。Ti−H は極めて脆く、Ti−H 生成によりチタンが脆化し、耐衝撃性が低下するといわれている。従って、通常のチタン材料は水素を溶製時に除去し、その後も水素侵入・吸蔵を避けることがなされており、その結果、通常は0.01〜0.1 ％未満の水素が層とはならずにチタン材全体に存在している。また、場合によっては、例えば特開2003-129215 号公報、特開2002-212694 号公報に示されるように、水素を除去する処理がされる。なお、それでも大気中の水素と結合し、数ppm は含有している。
【００１８】
しかしながら、チタンに積極的に水素を導入すると、チタンが硬化することが判明したため、鋭意研究を重ねた。その結果、水素拡散であれば、熱処理は不要であるし、寸法精度に及ぼす影響も低く、簡便で低コストでの処理ができ、リサイクル性も良いことがわかった。更に、低温で短時間で処理することによって、形成されるチタン水素化物含有層のチタン水素化物濃度および膜厚（層の厚み）を制御し、これによって、チタン材料内部を脆化させず、耐衝撃性を保持したまま、表面硬化させて耐摩耗性を付与することができることがわかった。上記チタン水素化物含有層のチタン水素化物濃度および層の厚みについては、より具体的には、チタン水素化物濃度：0.1 〜20％、チタン水素化物含有層の厚さ：５〜200 μm にするとよいことがわかった。
【００１９】
本発明は、このような知見に基づき完成されたものであり、本発明に係るチタン材は、純チタンまたはチタン合金の表面にチタン水素化物含有層を備えたチタン材であって、前記チタン水素化物含有層中のチタン水素化物濃度が0.1 〜20％であり、前記チタン水素化物含有層の厚さが５〜200 μm であることを特徴とする耐摩耗性に優れたチタン材であることとしている〔第１発明〕。従って、本発明に係るチタン材は、耐衝撃性を保持した状態で（耐衝撃性を大幅低下させることなく）、表面硬化させて耐摩耗性が付与されたものである。即ち、耐衝撃性を保持した状態で優れた耐摩耗性を有することができる。かつ、高温での熱処理を必要とせず、寸法精度に及ぼす影響も低く、CVD やPVD による場合よりも簡便に得ることができ、また、溶射による場合よりもリサイクル性が良い。
【００２０】
本発明に係るチタン材でのチタン水素化物含有層の構造および数値（チタン水素化物濃度およびチタン水素化物含有層の厚さ）限定理由等を、以下説明する。
【００２１】
本発明において、チタン水素化物含有層とは、チタン水素化物（チタンの水素化物）を含有する層のことである。このチタン水素化物としては、TiH あるいはTiH2などがある。チタン水素化物含有層（以下、水素化物層ともいう）は、Ti−H （チタン水素化物）としてTiH のみを含有する場合も、TiH2のみを含有する場合も、TiH 及びTiH2を含有する場合もある。
【００２２】
チタン水素化物含有層の模式図を図１に示す。図１において、素地はチタン（純チタンまたはチタン合金）の部分（チタン部）のことである。素地（チタン部）の表面に水素化物層（チタン水素化物含有層）が形成されている。図１(A) の場合には、素地の表面に水素化物層のみがあるが、図１(B) の場合には、更に水素化物層の上にチタン酸化皮膜が形成されている。本発明において、図１(A) のような場合が含まれるだけでなく、図１(B) のような場合も含まれる。即ち、チタン（純チタンまたはチタン合金）の表面にチタン水素化物含有層を備えたチタン材は、チタンの表面にチタン水素化物含有層を備えていればよく、このチタン水素化物含有層の上にチタン酸化皮膜が形成されているものが除外されるものではなく、それも含まれる。
【００２３】
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、チタン（純チタンまたはチタン合金）に水素拡散処理を行った場合には、表面から散在的にチタンの水素化物（Ti−H ）が形成され、表面が硬化することを見出した。更に、特定の処理条件で処理した場合には、内部には水素拡散がほとんど起こらないことを見いだした。そして、上記Ti−H を含有する層（チタン水素化物含有層）のTi−H 濃度および層の厚みについては、Ti−H 濃度：0.1 〜20％、チタン水素化物含有層の厚さ：５〜200 μm にすると、チタン材料内部を脆化させず、耐衝撃性を保持したまま、表面硬化させて耐摩耗性を付与することができることがわかった。従って、チタン水素化物含有層のTi−H （チタン水素化物）濃度：0.1 〜20％、層の厚さ：５〜200 μm としている。
【００２４】
ここで、水素化物層（チタン水素化物含有層）の厚さが５μm を下回ると、水素化物層の硬化作用が不十分であり、耐摩耗性が低下して不充分となる。水素化物層の厚さが200 μm を越えると、水素化物の脆性のために、耐衝撃性や加工性が低下して不充分となる。これに対し、水素化物層の厚さ：５〜200 μm の場合、耐摩耗性と他特性（耐衝撃性および加工性）を両立することができる。更に加えて、水素化物層中は、チタン水素化物の存在のため、水素拡散がチタン素地よりも非常に遅いため、水素化物層の形成により徐々に水素のチタン内部への水素の拡散が減衰する。水素化物層を形成することにより内部への水素の拡散を抑制することができるが、その効果は５μm 以上で著しい。
【００２５】
水素化物層の厚さ：５〜200 μm の中でも、10〜100 μm の場合、より高い水準の耐摩耗性が得られると共に、耐衝撃性や加工性の低下がより小さくなる。かかる点から、水素化物層の厚さ：10〜100 μm とすることが望ましい。
【００２６】
水素化物層の水素化物濃度が0.1 ％未満の場合は、水素化物層の硬化作用が不十分であり、耐摩耗性が低下して不充分となる。水素化物層の水素化物濃度が20％を越えると、水素化物層の脆化が著しく、耐衝撃性や加工性が低下して不充分となる。これに対し、水素化物層の水素化物濃度：0.1 〜20％の場合、耐摩耗性と他特性（耐衝撃性および加工性）を両立することができる。また、水素化物濃度が0.1 ％以上の場合、内部への水素の拡散を抑制することもできる。
【００２７】
水素化物層の水素化物濃度：0.1 〜20％の中でも、１〜20％の場合、より高い水準の耐摩耗性が得られ、１〜18％の場合、耐衝撃性や加工性の低下がより小さくなる。かかる点から、水素化物濃度：１〜20％とすることが望ましく、更には１〜18％が望ましい。
【００２８】
本発明において、水素化物層の厚さは、例えば、二次イオン質量分析法（SIMS）により表面から内部へ水素濃度を分析して、水素濃度が最大値と内部（チタン材料部）における水素濃度値（ベース値）との中間点に達したときの分析深さを水素化物層の厚さとする。      
【００２９】
水素化物層中のチタン水素化物濃度（Ti−H 濃度）は、表面のＸ線回折（XRD ）により求められるチタン水素化物のピーク強度比（％）であって、Tiのピーク強度〔Ｉ(Ti)〕とチタン水素化物のピーク強度〔Ｉ(Ti-H)〕の和（合計）に占めるチタン水素化物のピーク強度〔Ｉ(Ti-H)〕の割合（％）である。即ち、下記式(1) より求められるTi−H 濃度（％）である。なお、Ｉ(Ti-H)は、チタン水素化物含有層中に２種類以上のチタン水素化物（TiH 、TiH2等）が含まれている場合には、各チタン水素化物のピーク強度の和（合計）である。例えば、TiH とTiH2とが含まれている場合には、Ｉ(Ti-H)は、TiH のピーク強度〔Ｉ(TiH) 〕とTiH2のピーク強度〔Ｉ(TiH2)〕の和（合計）、即ち、Ｉ(Ti-H)＝Ｉ(TiH) ＋Ｉ(TiH2)である。
【００３０】
Ti−H 濃度（％）＝１００×Ｉ(Ti-H)／〔Ｉ(Ti)＋Ｉ(Ti-H)〕 -------  式(1) 
【００３１】
チタン水素化物含有層はチタンへの水素拡散処理方法により形成することができるが、本発明においていずれの水素拡散処理方法を用いるかは限定されない。チタンへの水素拡散処理方法としては、(1) 水蒸気を含む環境での熱処理、熱間加工、(2) 表面処理（化成処理、めっき）、(3) 腐食反応の利用、(4) 硫酸等の非酸化性の酸溶液中で電気化学的に陰極チャージすることによる方法が知られているが、本発明においては下記の点から(4) の方法が推奨される。
【００３２】
即ち、(1) の方法は水蒸気中の水素の侵入によるものであり、容易に水素を拡散させることが可能であるが、単位時間あたりの侵入水素量が極めて多いため、水素化物層の水素化物濃度が本発明で規定する範囲を越える傾向にあるばかりか、熱歪みによる寸法変化、結晶粒の成長による強度低下の恐れが有る。また、爆発防止の特別な装置が必要である。(2) の方法は化成処理、めっきの反応によって発生した水素が侵入するものであるが、チタンは耐食性が高いので処理液は腐食性のきわめて高い液とする必要があり、このため、取り扱いや作業が困難である。また、単位時間あたりの侵入水素量が少ないため、長時間を要する結果、水素化物層の厚さが本発明で規定する範囲を超え、内部まで水素が侵入する。さらに、表面の溶解を伴うため、寸法の減少や、表面が荒れる。(3) の方法は腐食により発生した水素が侵入するものであるが、単位時間あたりの侵入水素量が少ないため、長時間を要し、水素化物層の厚さが本発明で規定する範囲を超え、内部まで水素が侵入する。また、表面の溶解や腐食生成物を伴うため、寸法の変化や、表面粗度の不均一な変化がある。(4) の方法は溶液の種類、濃度や処理時間、電流密度、温度を制御することにより、所望の水素量を所望の深さまで侵入、吸蔵させることが可能である。
【００３３】
(4) の方法（非酸化性の酸溶液中での電気化学的陰極チャージ）によって、本発明に係る水素化物層を形成する際の条件等について、以下説明する。
【００３４】
表層の水素化物層形成処理の処理時間が長くなると、水素がチタン材料内部まで侵入して脆化し、耐衝撃性が劣化するため、出来る限り短時間で行うことが好ましい。このような観点から、水素発生反応を促進して水素化物形成速度を上昇することが望ましく、このためには処理溶液中の水素イオン濃度はある程度高い（pHが低い）ことが必要であり、pH３以下であることが好ましく、更には１以下であることが好ましい。水素イオン濃度が低い（pHが高い）と材料表面での水素発生反応が進みにくいので、水素化物層形成速度が遅くなり、必要な濃度および厚さの水素化物層を形成するのに長時間を要して、チタン材料内部が脆化してしまう。
【００３５】
また、所定の水素化物を短時間で形成するという観点から、処理溶液には水素吸収を促進する薬剤を添加することも好ましい。かかる薬剤としては、チオ尿素やチオシアン酸アンモニウム等のように、水素発生反応の過電圧を低下させて水素発生を促進させるものや表面の水素原子被覆率を増大させるものがあり、いずれを用いてもよい。
【００３６】
処理溶液温度は、20〜70℃が好ましい。20℃未満では反応速度が小さいので、所定の水素化物層を形成するのに長時間を要して、水素がチタン材料内部へ拡散してしまい、素地のチタンの脆化の原因となるからである。また、70℃を越えると水素の拡散速度が大きくなるので、短時間処理でも水素が内部へ侵入し、チタン材料内部が脆化する。
【００３７】
電解の方法としては、例えば−１〜−100mA/cm2 の電流密度で定電流カソード電解あるいは−２〜−１Ｖ（飽和カロメル電極基準）の電位で定電位電解する方法を適用できる。      
【００３８】
本発明において水素拡散処理と他の処理とが適用されてできたものも含まれる。水素化物層と、他の処理により形成された層や自然生成皮膜（例えば自然酸化皮膜）とが形成されているものも含まれる。
【００３９】
本発明に係るチタン材においてチタン水素化物含有層の表面から深さ10μm の個所における硬度がHv400 以上であることが望ましい〔第２発明〕。より高い水準の耐摩耗性が得られるからである。更に、前記個所での硬度がHv450 以上であると、より高い水準の耐摩耗性が得られる。
【００４０】
チタン材料にAlを添加することは、チタン材料の強度の向上に有効である。また、Alの添加によりチタン材料中の水素拡散が遅くなるので、チタン材料内部への水素の侵入を抑制することができ、このため耐衝撃性の低下が小さい。このようなAl添加による強度の向上および水素吸収抑制（水素侵入抑制）は、Al添加量が2.5 mass％（質量％）未満の場合には不十分である。一方、Alはチタンの加工性を害する元素であり、Al添加量が7.5 mass％を越えると、例えば冷間圧延時に端部などの割れ発生が起こってしまう。このような理由から、Al添加量は2.5 〜7.5 mass％が推奨される。即ち、基材（素地）のチタンがAl：2.5 〜7.5 mass％を含有するようにすると、チタン材の加工性を害することなく、チタン材の強度を向上し得ると共に、水素吸収による耐衝撃性の低下を抑制し得、従って、基材のチタンがAl：2.5 〜7.5 mass％を含有するようにすることが望ましい〔第３発明〕。
【００４１】
本発明に係るチタン材において基材のチタンは、本発明の作用効果を阻害しない範囲で上記Al以外の成分の含有することができ、また、不可避不純物の混入は許容される。このAl以外の成分としては、例えば、ＶやCr、Mo、Fe、Sn、Zr、Si、Ｃ等があり、これらは強度向上や靭性向上、疲労特性向上等に有効である。また、Niや白金属元素等はチタン材料内部への水素侵入抑制に有効であるために水素吸収による耐衝撃性の低下の抑制に有効であると共に、耐食性の向上等に有効である。これらの元素はチタン材の用途や要求特性に応じて選択して添加すると良い。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施例および比較例について、以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４３】
表１に示す組成（化学成分）のチタン材料について、それぞれを25×25×１mmの板、ピンオンディスク試験用に44mmΦ×８mmのディスク形状、及び、JIS Z 2202に則った衝撃試験片に加工した。これらの試験片のそれぞれを研磨して表面を#400エメリー研磨紙による研磨仕上げとした後、アセトンによる洗浄をした。しかる後、この試験片を陰極として定電流電解をし、この試験片の表層に水素化物（チタン水素化物含有層）を形成させた。このとき、電解液としては硫酸にチオシアン酸カリウムを添加したものを用い、試験片（陰極）での電流密度は−１〜−1000mA/cm2とし、電解時間は0.1 〜72hrとした。これらの電流密度および電解時間を表２に示す（なお、表２において電流密度の単位のmA/cm2は、mA/cm2のことである。
【００４４】
上記定電流電解後のもの（即ち、水素化物層を形成させたチタン材）について、水素化物層の厚さ、水素化物層中のTi−H （チタン水素化物）の濃度および断面硬度を測定し、また、耐摩耗性評価試験および耐衝撃性評価試験を行った。この結果を表２に示す。
【００４５】
このとき、水素化物層の厚さは、次のようにして求めた。即ち、水素化物層を形成させたチタン材について、二次イオン質量分析法（SIMS）により表面から内部へ水素濃度を分析して、水素濃度が最大値と内部（チタン材料部）における水素濃度値（ベース値）との中間点に達したときの分析深さを水素化物層の厚さとした。このような分析深さと水素濃度との関係から水素化物層の厚さを求める方法について、その例を模式図で図２に示す。      
【００４６】
また、水素化物層中のチタン水素化物濃度（Ti−H 濃度）は、次のようにして求めた。即ち、水素化物層を形成させたチタン材について、表面のＸ線回折（XRD ）を行って、Tiのピーク強度〔Ｉ(Ti)〕とTi−H のピーク強度〔Ｉ(Ti-H)〕を求め、それらよりTi−H のピーク強度比を求め、これをTi−H 濃度とした。なお、この場合、Ti−H （チタン水素化物）としては、TiH とTiH2とが存在するので、Ti−H のピーク強度〔Ｉ(Ti-H)〕＝TiH のピーク強度〔Ｉ(TiH) 〕＋TiH2のピーク強度〔Ｉ(TiH2)〕となる。つまり、求められたＩ(Ti)、Ｉ(TiH) 、Ｉ(TiH2)から下記式(2) によりTi−H 濃度（％）を求めた。
【００４７】
Ti−H 濃度（％）＝１００×Ｉ(Ti-H)／〔Ｉ(Ti)＋Ｉ(Ti-H)〕
＝１００×〔Ｉ(TiH) ＋Ｉ(TiH2)〕／
〔Ｉ(Ti)＋Ｉ(TiH) ＋Ｉ(TiH2)〕  ------------- 式(2) 
【００４８】
なお、上記Ｘ線回折では、Ｘ線の侵入深さ（分析深さ）が水素化物層の厚さと同じになるように適宜Ｘ線の入射角を変化させた。Ｉ(Ti)、Ｉ(TiH) 、Ｉ(TiH2)はそれぞれTi、TiH 、TiH2の主ピーク強度（主なピークの強度）である。
【００４９】
断面硬度の測定は、次のようにして行った。即ち、水素化物層を形成させたチタン材を中央にて切断し、樹脂に埋め込み、切断面を研磨した後、その研磨された面に対して垂直に測定した。測定荷重は25gf、荷重保持時間は15秒とし、表面位置から深さ10μm の位置を５点測定して平均化した。
【００５０】
耐摩耗性評価試験は摺動摩耗試験により行った。このとき、摺動摩耗試験は次のようにして行った。即ち、摺動摩耗試験機としてピンオンディスク型の摺動摩耗試験機を用い、相手ピン材としてΦ５mmの SUJ２、潤滑油として市販エンジンオイルを用いて、摺動速度１ｍ／sec 、荷重10kgf 、摺動距離１kmの条件にて試験を行った。そして、耐摩耗性はディスク摩耗減量にて評価し、その摩耗減量が20mg未満の場合を◎（優すなわち極良好）、20〜50mgの場合を○（良好）、50〜100mg の場合を△（不充分）、100mg 超の場合を×（不良）として示した。
【００５１】
耐衝撃性評価試験については、JIS Z 2242に従い、25℃にてシャルピー衝撃試験を行った。３回試験を行い、試験片を破断するに要したエネルギーを求め、平均化した。耐衝撃性は未処理のチタン材料（水素化物層の形成処理をしていないもの、即ち、チタン材料そのもの）でのシャルピー衝撃値との比にて評価し、シャルピー衝撃値が未処理のチタン材料の場合の95〜100 ％の場合を◎（優すなわち極良好）、90〜95％の場合を○（良好）、80〜90％の場合を△（不充分）、80％未満の場合を×（不良）として示した。
【００５２】
表２から明らかなように、比較例に係るチタン材（No.1〜4 ）は、耐摩耗性が△（不充分）または×（不良）である。また、耐衝撃性についてはNo.2の場合に◎（優：極良好）であるものの、それ以外（No.1、No.3〜4 ）の場合は△（不充分）または×（不良）である。従って、比較例に係るチタン材は、いずれも耐摩耗性と耐衝撃性の両立ができておらず、No.2以外の場合は耐摩耗性および耐衝撃性のいずれか一方を○（良好）とすることもできていない。なお、No.2の場合、耐衝撃性が◎であるのは、水素化物層の厚みが 0.1μm 未満であり、極めて薄いからである。
【００５３】
これに対して、本発明の実施例（本発明例）に係るチタン材（No.5〜13）は、耐摩耗性が◎（優：極良好）または○（良好）であると共に、耐衝撃性が◎（優：極良好）または○（良好）であって、耐摩耗性および耐衝撃性という両特性に優れている。即ち、耐摩耗性と耐衝撃性の両立ができている。
【００５４】
本発明の実施例に係るチタン材（No.5〜13）は、当然のことであるが、水素化物層中のチタン水素化物濃度および水素化物層の厚さが請求項１記載のチタン材（第１発明）で規定される数値範囲（水素化物層中のチタン水素化物濃度：0.1 〜20％、及び、水素化物層の厚さ：５〜200 μm ）内にあり、上記のように耐摩耗性および耐衝撃性に優れている。これらの中でも、水素化物層中のチタン水素化物濃度：１〜20％、及び、水素化物層の厚さ：10〜100 μm の範囲内にあるもの（No.11 〜13）は、特に耐摩耗性および耐衝撃性の両方に優れている。また、表１と表２とからわかるように、この範囲（チタン水素化物濃度：１〜20％、及び、水素化物層の厚さ：10〜100 μm ）外のものであっても、請求項３記載のチタン材（第３発明）で規定されるチタンのAl含有量（2.5 〜7.5 mass％）を満たすもの（No.8〜10）は、特に耐摩耗性に優れている。即ち、No.8〜10のチタン材は、基材のチタンのAl含有量が2.5 〜7.5 mass％の範囲内にあり、Al含有量：2.5 mass％未満であるNo.5〜7 のチタン材に比べて、耐衝撃性に優れている。
【００５５】
【表１】
2005206892.tif 000003
【００５６】
【表２】
2005206892.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係るチタン材は、耐摩耗性に優れており、且つ、高温熱処理を必要とせず、寸法精度に及ぼす影響も低く、CVD やPVD による場合よりも簡便に得ることができ、また、溶射による場合よりもリサイクル性が良い。従って、基本的にチタンの優れた特性を活用してチタンが構成材料として使用される分野において、耐摩耗性も必要とする場合に、その構成材料として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】水素化物層（チタン水素化物含有層）を形成させたチタン材の概要を示す模式図であって、図１の(A) は素地の表面に水素化物層のみが形成されている場合、図１の(B) は素地の表面に形成された水素化物層の上に更にチタン酸化皮膜が形成されている場合を示す模式図である。
【図２】分析深さと水素濃度との関係から水素化物層厚さを求める方法についての例を示す模式図である。
【図１】
2005206892.tif 000005
【図２】
2005206892.tif 000006