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炭素鋼の表面改質方法

国内特許コード P160013387
整理番号 (S2012-0971-N0)
掲載日 2016年10月25日
出願番号 特願2014-529523
出願日 平成25年7月31日(2013.7.31)
国際出願番号 JP2013071294
国際公開番号 WO2014024899
国際出願日 平成25年7月31日(2013.7.31)
国際公開日 平成26年2月13日(2014.2.13)
優先権データ
  • 特願2012-174839 (2012.8.7) JP
発明者
  • 志摩 政幸
  • 菅原 隆志
  • 秋田 秀樹
  • 鈴木 基司
出願人
  • 国立大学法人東京海洋大学
  • 日立建機株式会社
発明の名称 炭素鋼の表面改質方法
発明の概要 本発明は、海水中における耐食性と耐摩耗性を併せ持つ表面改質鋼とする炭素鋼の表面改質方法に関する。
炭素鋼の表面改質方法は、炭素鋼の丸軸を回転させ、工具の先端を丸軸の外周面に接触させ、工具を回転させながら丸軸と工具とを丸軸の軸方向に相対移動させ、丸軸よりも硬い硬質粉末を丸軸と工具との接触部分に供給することにより、丸軸の表面に硬質粉末の埋め込み処理をし、硬質粉末が埋め込まれた丸軸を回転させ、炭素鋼よりもイオン化傾向の高い金属を含有したピンの先端を丸軸の外周面に接触させ、ピンを回転させながら丸軸とピンとを丸軸の軸方向に相対移動させることにより、丸軸の表面に金属の埋め込み処理をし、丸軸の表面に硬質膜と金属膜とを共存させる。
従来技術、競合技術の概要


近年、海洋資源の利活用が注目されている。そのために使われる機器には、海水と直接接触するしゅう動部が存在するため、海水中で耐久性をもつ摩擦材が必要とされる。
海水中で用いられる摩擦材では、耐食性と耐摩耗性および低摩擦が要求されるが、これらを共に満足する材料はほとんどないのが現状である。テフロン(登録商標)(PTFE)等の高分子材料は耐食性と低摩擦を有するものの、強度が比較的低いため、高面圧下での使用には難がある。
一方、ステンレス鋼やチタン合金などは、耐食性と強度の面で優れているが、焼付きを生じ易いため、しゅう動材としての使用にはやはり難がある。



このような状況を踏まえ、鉄鋼材やアルミニウム合金等の基材の表面に硬質薄膜を形成して耐摩耗性を高めることが一般的に行われている。
基材の表面に硬質薄膜を形成する方法として、機能材料を摩擦発熱により加熱軟化させて基材の表面に機能材料よりなる薄膜を形成する方法(特許文献1)やアーク式イオンプレーティング法により薄膜を形成する方法(特許文献2および3)が知られていた。
しかしながら、機能材料を高い摩擦熱によって加熱軟化させて薄膜を形成する方法では基材自体が熱の影響で変形する恐れがある等の問題点があった。また、アーク式イオンプレーティング法により薄膜を形成する方法では真空発生装置や複数の処理室を備えた大掛かりな装置が必要でコストが高くつく等の問題点があった。



そこで、本発明者らは、特許文献4において、丸軸を回転させ、外周面に螺旋溝を形成した工具の平坦な又は円錐状をした先端面を、前記丸軸の外周面に線又は点接触させ、該工具の回転に伴って、前記丸軸よりも硬い微細な硬質粉末を前記丸軸と工具との接触部分へ送り込むことにより、前記丸軸の表面に前記硬質粉末を埋め込むことを特徴とする丸軸表面の改質方法(請求項1)を提案した。

産業上の利用分野


本発明は、炭素鋼に表面改質を施すことにより耐食性および耐摩耗性を付与することができる炭素鋼の表面改質方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
炭素鋼の丸軸を回転させ、工具の先端を前記丸軸の外周面に接触させ、前記工具を回転させながら前記丸軸と工具とを丸軸の軸方向に相対移動させ、前記丸軸よりも硬い硬質粉末を前記丸軸と工具との接触部分に供給することにより、前記丸軸の表面に前記硬質粉末の埋め込み処理をし、
前記硬質粉末が埋め込まれた前記丸軸を回転させ、炭素鋼よりもイオン化傾向の高い金属を含有したピンの先端を前記丸軸の外周面に接触させ、前記ピンを回転させながら前記丸軸とピンとを丸軸の軸方向に相対移動させることにより、前記丸軸の表面に炭素鋼よりもイオン化傾向の高い金属の埋め込み処理をし、
前記丸軸の表面に、前記硬質粉末の埋め込み処理により形成された硬質膜と前記炭素鋼よりもイオン化傾向の高い金属の埋め込み処理により形成された金属膜とを共存させることを特徴とする炭素鋼の表面改質方法。

【請求項2】
前記硬質粉末はSi粉末からなることを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。

【請求項3】
前記硬質粉末は、金属粉末、セラミックス粉末、ダイアモンド粉末、カーボンナノチューブの少なくとも1種類よりなることを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。

【請求項4】
前記硬質粉末に加えて高速度鋼粒子を供給し、前記丸軸の表面に前記硬質膜と前記金属膜と高速度鋼膜とを共存させることを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。

【請求項5】
前記硬質粉末を、該硬質粉末よりも大きな外径の高速度鋼粒子と共に供給することを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。

【請求項6】
前記炭素鋼よりもイオン化傾向の高い金属を含有したピンは、Znピン又はZn合金ピンからなることを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。

【請求項7】
前記ピンは中空ピンからなることを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。

【請求項8】
前記炭素鋼よりもイオン化傾向の高い金属の埋め込み処理の後に、前記丸軸を回転させ、仕上げ用工具の先端を前記丸軸の外周面に接触させ、前記仕上げ用工具を回転させながら前記丸軸と仕上げ用工具とを丸軸の軸方向に相対移動させ、仕上げ処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。

【請求項9】
前記丸軸の改質面における炭素鋼よりもイオン化傾向の高い金属膜の被覆率は、少なくとも20%であることを特徴とする請求項1に記載の炭素鋼の表面改質方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014529523thum.jpg
出願権利状態 公開


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