(57)【要約】      （修正有）【課題】溶射する金属基材の前処理方法であって、該基材の表面がウォータジェットにより十分に粗化できる方法を提供。【解決手段】金属基材Ｗの中心線平均粗さＲａが０．１５〜０．３５μｍとなるように、切削加工１により金属表面にむしれ部を形成する工程と、むしれ部が形成された金属表面ｆをウォータジェットＬにより粗化処理する工程を含む金属製基材表面を粗化する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基材表面に溶射皮膜を被覆する前の表面処理方法であって、
前記基材表面の中心線平均粗さＲａが０．１５〜０．３５μｍとなるように、切削加工により前記基材表面にむしれ部を形成する工程と、
該むしれ部が形成された前記基材表面をウォータジェットにより粗化処理する工程と、を含むことを特徴とする表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の基材表面に溶射皮膜を好適に被覆するための表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属製の基材の耐摩耗性等を高めるために、基材表面に溶射皮膜を成膜することがなされている。この際、基材表面に対する溶射皮膜の密着性を高めるべく基材表面に溶射皮膜を被覆する前に、基材表面に対して粗化処理が行われている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、金属製の基材表面に溶射皮膜を被覆する前に、基材表面を高圧水噴射法（ウォータジェット）により粗化処理する技術が提案されている。このような表面処理で粗化された基材表面に溶射皮膜を被覆することで、溶射皮膜の密着性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５３８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、平滑な表面状態など基材表面の性状によっては、ウォータジェットにより高圧水を吹き付けたとしても、基材表面を十分に粗化することができない場合があった。十分に粗化できていない基材表面に対して溶射皮膜を被覆したとしても、溶射皮膜の密着性を十分に確保できないことがある。
【０００６】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基材の表面に溶射皮膜を被覆する前に、基材表面をウォータジェットにより十分粗化することができる表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を鑑みて、本発明に係る表面処理方法は、金属製の基材表面に溶射皮膜を被覆する前の表面処理方法であって、前記基材表面の中心線平均粗さＲａが０．１５〜０．３５μｍとなるように、切削加工により前記基材表面にむしれ部を形成する工程と、該むしれ部が形成された前記基材表面をウォータジェットにより粗化処理する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ウォータジェットにより基材表面を粗化処理する前に、基材表面の中心線平均粗さＲａが０．１５〜０．３５μｍとなるように、切削加工により基材表面にむしれ部を形成する。これにより、基材表面には無数のマイクロクラックが形成され、このマイクロクラックにウォータジェットにより高圧水が吹き付けられることになる。この結果、マイクロクラックを起点に基材の表面が剥離し、基材の表面を十分に粗化することができる。むしれ部が形成された基材表面の中心線平均粗さの最適な数値範囲に関しては後述する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基材の表面に溶射皮膜を被覆する前に、基材表面をウォータジェットにより十分粗化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）基材表面にむしれ部を形成する工程を説明するための図、（ｂ）ウォータジェットにより粗化する工程を説明するための図、（ｃ）基材表面に溶射皮膜を被覆する工程を説明するための図。
【図２】（ａ）実施例１に係る基材表面のウォータジェットによる粗化処理前後の表面写真を示した図、（ｂ）比較例２に係る基材表面のウォータジェットによる粗化処理前後の表面写真を示した図。
【図３】実施例１〜３および比較例１、２に係る基材表面のむしれ部の表面粗さと粗化処理による基材の削れ量との関係を示した図。
【図４】実施例１〜３および比較例１、２に係るチップのノーズの曲率半径Ｒと基材表面のむしれ部の表面粗さとの関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は、基材表面にむしれ部を形成する工程を説明するための図、図１（ｂ）ウォータジェットにより粗化する工程を説明するための図、図１（ｃ）基材表面に溶射皮膜を被覆する工程を説明するための図である。
【００１２】
本実施形態に係る表面処理方法は、アルミニウム合金鋳物などの金属製の基材（シリンダブロック）Ｗの表面（内壁面）ｆに溶射皮膜Ｍを被覆する（図１（ｃ）参照）前の表面処理方法であり、具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示す工程を行う。
【００１３】
まず、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、基材Ｗの表面ｆに、チップ１（加工刃具）を当接させて、切削加工を行う。具体的には、基材Ｗの表面ｆの中心線平均粗さＲａが０．１５〜０．３５μｍとなるように、切削加工により基材Ｗの表面ｆにむしれ部を形成する。
【００１４】
むしれ部とは、切削加工学におけるむしれ形の表面のことであり、切削加工時に基材Ｗがチップ１に粘着を起こしてむしりとられた形状の表面のことをいう。本来は切削加工において、むしれ形の表面（むしれ部）を形成することは望ましくはないが、本実施形態では、このようなむしれ部を積極的に設けることにより、基材Ｗの表面ｆに無数のマイクロクラックを形成する（たとえば図２（ａ）の粗化処理前の表面写真を参照）。
【００１５】
ここで、上述した範囲の中心線平均粗さＲａの基材Ｗの表面ｆを得るには、チップ１のノーズ１ａの曲率半径が、流れ形の良好な切削加工ができるノーズの曲率半径よりも大きいチップを用いればよい。これにより、切削加工時にチップ１と基材Ｗの表面ｆとの摩擦抵抗が大きくなり、むしれ部を形成することができる。なお、ノーズ１ａの最適な曲率半径（チップ・ノーズＲ）は、０．８ｍｍ以上であり、その詳細は、実施例で後述する。
【００１６】
また、その他にも、たとえば、チップ１に、ダイヤモンドよりも硬質の超硬チップを用いたり、切削時の加工代を大きくしたり、切削速度を遅くしたり、送り速度を大きくしたりすることにより、上述した表面粗さのむしり部を基材Ｗの表面ｆに形成することができる。
【００１７】
特に送り速度（ｍｍ／ｍｉｎ）／回転数（ｒｐｍ）が０．１７〜０．４０で有ることが好ましい。送り速度が大きいほど切削抵抗が大きく、むしれ部を形成しやすい。しかし、送り速度が大きすぎると表面粗さが大きくなり好ましくない。ここで、図１に示すように、切削速度とは、チップ（加工刃具）１が一分間当たり基材Ｗを削り取る距離であり、本実施形態では、基材Ｗの周速である。送り速度とは、チップ（加工刃具）１が１回転当たりに軸方向に沿って進む速度である。
【００１８】
また、基材Ｗの表面ｆにむしり部が形成されることを前提として、基材Ｗの表面ｆの中心線平均粗さＲａが０．１５μｍ未満である場合には、後述するウォータジェットにより表面が十分に粗化されない。一方、基材Ｗの表面ｆの中心線平均粗さＲａが０．３５μｍを超える場合には、その表面粗さが大き過ぎるため、溶射皮膜の表面粗さが大きくなり、好ましくない。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、むしれ部が形成された基材Ｗの表面ｆに、高圧ノズル（高圧水噴射装置）２を用いて高圧水Ｌを吹き付け、この表面ｆをウォータジェット（高圧水噴射法）により粗化処理する。むしれ部が形成された基材Ｗの表面ｆには無数のマイクロクラックが形成されているため、マイクロクラックを起点に基材Ｗの表面ｆが剥離し、基材Ｗの表面ｆを十分に粗化することができる。
【００２０】
最後に、図１（ｃ）に示すように、粗化処理された基材Ｗの表面ｆに対して、溶射ノズル（溶射装置）３を用いて、溶融した金属ｍを吹き付け、溶射皮膜Ｍを被覆する。被覆された溶射皮膜Ｍは、従来よりも粗化された基材Ｗの表面ｆに形成されているため、アンカー効果により、基材Ｗの表面ｆに対して密着性を高めることができる。
【実施例】
【００２１】
以下に本発明を実施例により説明する。
＜実施例１＞
まず、基材として、アルミニウム合金鋳物からなるシリンダブロックを準備した。シリンダブロックを大気中２００℃、４時間、熱処理（Ｔ５熱処理）を行った。その後、この表面に対して、ノーズの曲率半径０．８ｍｍのダイヤモンド製のチップを用いて、回転数１２００ｒｐｍ、送り速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、加工代１．８ｍｍで、シリンダブロックの内壁面（基材表面）を切削加工した。これにより、中心線平均粗さＲａ０．３２μｍとなるむしれ部が形成された基材表面を得た。
【００２２】
なお、基材表面の測定には、キーエンス社製のレーザ顕微鏡（ＶＫ８５００）を用い、測定長さ２９８μｍ、観察倍率１０００倍、ゲイン（光量）：２００の条件で、チップの移動方向（図２（ａ）の上側写真の上下方向）に沿った基材表面の中心線平均粗さＲａを測定した。
【００２３】
次に、基材表面に対して、水圧２８０ＭＰａ、トラバース速度６ｍｍ／ｓ、２パス（１往復）の条件で、むしれ部が形成された基材表面をウォータジェットにより粗化処理した。図２（ａ）に、実施例１に係る基材表面のウォータジェットによる粗化処理前後の表面写真を示す。
【００２４】
シリンダゲージを用いて、ウォータジェットによる粗化処理前後のシリンダブロックの内壁面の内径を測定し、内径差を粗化処理による基材の削れ量とした。実施例１に係る基材表面のむしれ部の表面粗さと、粗化処理による基材の削れ量との結果を図３に示す。実施例１に係るチップのノーズの曲率半径Ｒと基材表面のむしれ部の表面粗さＲａとの関係を図４に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
＜実施例２＞
実施例１と同じように、基材の表面に表面処理を行った。実施例１と相違する点は、表１に示すように、基材（シリンダブロック）に対してＴ５熱処理を行わなかった点である。この基材に対して、実施例１と同じ条件で切削加工を行い、基材表面が中心線平均粗さＲａ０．２６μｍとなる、むしれ部を形成した。実施例１と同様に、ウォータジェットで粗化処理したときの基材の削れ量を求めた。実施例２に係る基材表面のむしれ部の表面粗さと、粗化処理による基材の削れ量との結果を図３に示す。実施例２に係るチップのノーズの曲率半径Ｒと基材表面のむしれ部の表面粗さＲａとの関係を図４に示す。
【００２７】
＜実施例３＞
実施例１と同じように、基材の表面に表面処理を行った。実施例１と相違する点は、基材（シリンダブロック）の形状である。この基材に対して、表１に示すように実施例１と同じ条件で切削加工を行い、基材表面が中心線平均粗さＲａ０．２０μｍとなる、むしれ部を基材表面に形成した。実施例１と同様に、ウォータジェットで粗化処理したときの基材の削れ量を求めた。実施例３に係る基材表面のむしれ部の表面粗さと、粗化処理による基材の削れ量との結果を図３に示す。実施例３に係るチップのノーズの曲率半径Ｒと基材表面のむしれ部の表面粗さＲａとの関係を図４に示す。
【００２８】
＜比較例１＞
実施例１と同じように、基材の表面に表面処理を行った。実施例１と相違する点は、表１に示すように、基材（シリンダーブロック）の表面（内壁面）に対して、ノーズの曲率半径が０．４ｍｍのダイヤモンド製のチップを用いて、回転数２５００ｒｐｍ、送り速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ、加工代１．８ｍｍで、シリンダブロックの内壁面（基材表面）を切削加工し、基材表面が中心線平均粗さＲａ０．１４μｍとなる、むしれ部を形成した点である。実施例１と同様に、ウォータジェットで粗化処理したときの基材の削れ量を求めた。比較例１に係る基材表面のむしれ部の表面粗さと、粗化処理による基材の削れ量との結果を図３に示す。比較例１に係るチップのノーズの曲率半径Ｒと基材表面のむしれ部の表面粗さＲａとの関係を図４に示す。
【００２９】
＜比較例２＞
実施例１と同じように、基材の表面に表面処理を行った。実施例１と相違する点は、表１に示すように、基材（シリンダブロック）に対してＴ５熱処理を行わなかった点と、基材（シリンダーブロック）の表面（内壁面）に対して、ノーズの曲率半径０．４ｍｍのダイヤモンド製のチップを用いて、回転数２５００ｒｐｍ、送り速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ、加工代１．８ｍｍで、シリンダブロックの内壁面（基材表面）を切削加工し、基材表面が中心線平均粗さＲａ０．０９μｍとなる、むしれ部を形成した点である。
【００３０】
図２（ｂ）に、比較例２に係る基材表面のウォータジェットによる粗化処理前後の表面写真を示す。実施例１と同様に、ウォータジェットで粗化処理したときの基材の削れ量を求めた。比較例２に係る基材表面のむしれ部の表面粗さと、粗化処理による基材の削れ量との結果を図３に示す。比較例２に係るチップのノーズの曲率半径Ｒと基材表面のむしれ部の表面粗さＲａとの関係を図４に示す。
【００３１】
（結果）
図３に示すように、実施例１〜３の基材の削れ量は、比較例１および２のものよりも大きかった。これは、比較例１、２に比べて、基材のむしれ部の表面粗さが大きかったことによる。すなわち、実施例１の場合には、図２（ａ）の上側写真に示すように、基材表面に、表面粗さが大きいむしれ部が形成されており、無数のマイクロクラックが形成されている。これにより、ウォータジェットの高圧水でマイクロクラックを起点に基材表面が細かく剥離し、図２（ａ）の下側写真に示すように、比較例１、２に比べて基材表面がより大きく粗化された（削れ量が多かった）と考えられる。このことは、実施例２および３の場合も同様である。
【００３２】
一方、比較例２の場合には、図２（ｂ）の上側写真に示すように、基材表面にむしれ部がほとんど形成されていないため、実施例１のようなマイクロクラックがほとんど形成されていない。これにより、図２（Ｂ）の下側写真に示すように、実施例１〜３に比べて、基材の表面があまり粗化されなかった（削れ量が少なかった）と考えられる。
【００３３】
さらに、実施例１のむしれ部の中心線平均粗さＲａは、実施例２のものよりも大きい。これは、実施例１では、切削加工前に、熱処理を行ったことにより、材料がなまされたからであると考えられる。また、実施例１と実施例３のむしれ部の中心線平均粗さＲａが相違するのは、基材の形状の違いにより、熱処理時の基材の冷却速度が異なり、この結果、基材の材質（脆性）が異なったことによると考えられる。
【００３４】
このように、実施例１〜３では、中心線平均粗さＲａが０．１５〜０．３５μｍの範囲で収まるように（具体的には、中心線平均粗さＲａ０．２０〜０．３２μｍの範囲で）切削加工により基材表面にむしれ部を形成したため、実施例１〜３は、比較例１、２よりも、大きく粗化されたと考えられる。
【００３５】
さらに、図４に示すように、切削加工におけるチップのノーズの曲率半径Ｒ（ノーズＲ）が０．８ｍｍ以上であれば、上述した中心線平均粗さＲａの範囲の範囲のむしれ部を、容易に得ることができると考えられる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１：チップ（加工刃具）
１ａ：ノーズ
２：高圧ノズル（高圧水噴射装置）
３：溶射ノズル（溶射装置）
ｆ：（基材の）表面
Ｌ：高圧水
Ｍ：溶射皮膜
ｍ：溶融した金属
Ｗ：基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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