[发明专利]钛材料的表面氮化处理方法

说明书

技术领域

本申请所涉及的发明涉及一种氮化处理方法，例如在纯钛、钛合金等钛材料的表面通过氮化处理而形成耐磨损性优异的硬化氮化层。

背景技术

当前，纯钛、钛合金等钛材料的比强度优异，因此特别是用于要求轻量化的飞机、汽车零部件的领域等中。该钛材料的耐腐蚀性、生物体亲和性较高，因此作为生物体用植入物的构成材料也以各种方式而使用。

然而，上述钛材料存在耐磨损性较低、容易引起烧伤的问题，难以用作滑动部件。因此，当前，开发了各种用于提高该钛材料的耐磨损性的表面处理方法。作为钛材料表面的硬化处理方法，存在如下方法，即，在钛材料的表面形成硬化氮化层。作为在该钛材料的表面形成硬化氮化层的方法，已知离子氮化处理、等离子体氮化处理、热氮化处理等。

离子氮化处理，例如使用离子注入装置，利用低压的含有氮以及氢的气体对钛材料和炉壁施加几百V的直流电压而产生辉光放电，利用由此实现了离子化的N、NH而在钛材料的表面形成硬化氮化层。

等离子体氮化处理例如使用高频感应等离子体产生装置，将氮以及氢的等离子体气体导入至等离子体喷灯部，在余辉区域内使钛材料氮化，由此在表面形成硬化氮化层。

然而，上述离子氮化处理、等离子体氮化处理，需要使用离子注入装置、高频感应等离子体产生装置等特殊的装置，因此如果考虑到处理的简便性，则通过热氮化处理而形成硬化氮化层的方式较为有效。

该热氮化处理通过在常压高温的氮气中将钛材料保持几小时而在表面形成硬化氮化层。例如，非专利文献1中公开了如下技术，即，在由纯钛构成的钛材料的表面形成硬化氮化层。在该非专利文献1中，在将退火后的钛材料密封于真空炉中并形成真空之后，通过使氮气在常压下以1L/分钟的比例流动并升温、保持为规定的温度(880℃)的氮化而在钛材料的表面形成硬化氮化层。

除此之外，例如专利文献1中出于形成均匀且较厚的氮化层的目的而公开了如下钛或者钛合金的表面改性方法，即，“在氢气氛中对钛或钛合金进行加热，在吸收了0.3～1.0wt％的氢之后，在真空中进行加热进行脱氢处理而使得氢的量小于或等于0.01wt％，由此在使得表面形成为活性的状态之后，立即在氮气气氛中进行加热·冷却处理而在金属表面形成氮化层”。

专利文献1：日本特开平6-25825号公报

非专利文献1：森田辰郎等，“氮化により表面改質した纯チタン的疲労特性”、日本機械学会論文集A编、58卷、546号、1992-2、pp.20-25

发明内容

然而，在上述的非专利文献1的硬化氮化层的形成方法中，880℃的钛材料的退火以及此后的氮化处理需要25个小时。另外，即使在使用氢形成表面活性状态之后形成氮化层的专利文献1中，为了气体氮化处理，在850℃下也需要保持10个小时。即使是使用上述离子注入装置、高频感应等离子体产生装置等特殊的装置的离子氮化处理方法、等离子体氮化处理方法，在大于或等于900℃的高温下也需要0.5小时～12小时左右的处理时间。

因此，市场中期望如下表面氮化处理方法的开发，即，通过简便的方法以更短的时间在钛材料的表面形成硬化氮化层。

因此，本发明的发明人等进行了深入的研究，其结果，采用下面记载的本发明所涉及的钛材料的表面氮化处理方法。

即，本发明所涉及的钛材料的表面氮化处理方法是使用氮气对钛材料的表面进行氮化处理的钛材料的表面氮化处理方法，其特征在于，在非活性气体气氛中，一边将所述钛材料加热至800℃～1000℃，一边对该钛材料表面以大于或等于10L/分钟的流量喷射氮气，在该钛材料表面形成硬化氮化层。

另外，在本发明中，所述氮气的喷射流量优选大于或等于70L/分钟。

另外，在本发明中，所述钛材料优选为纯钛或者钛合金。

另外，在本发明中，所述钛材料优选利用高频感应加热法进行加热。

并且，在本发明中，伴随着所述氮气的喷射的所述钛材料的加热时间优选为1分钟～60分钟。

另外，在本发明中，优选所述氮气含有喷丸材料，对加热的所述钛材料的表面喷射该喷丸材料而对该钛材料进行表面处理。

此时，该喷丸材料优选为钛颗粒。

发明的效果