[发明专利]钛或钛合金部件及其表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于表壳、表带、耳饰(ピ アス)、耳环(イヤリンゲ)、戒指、眼镜架等装饰品的钛或钛合金部件及其表面处理方法。

背景技术

钛或钛合金部件很难引起金属过敏性，所以近年来以适用于人体的金属部件正在引起注意，而且也越来越广泛地用于以钟表、眼镜、珠宝饰品为代表的装饰品上。

但是需要指出钛或钛合金部件的问题是，因表面硬度低而易于划伤，长期使用过程中外观质量逐渐下降。

为了解决这个问题，人们过去做了钛或钛合金部件的各种表面硬化处理试验。

过去表面硬化处理钛或钛合金部件的方法，可以分为在金属部件表面覆盖硬质膜的方法和对部件本身进行硬化处理的方法。

前者的对金属部件表面覆盖硬质膜的已知方法，有以电镀为代表的湿式处理法，和以真空沉积、离子镀、溅射、等离子化学气相沉积(CVD)等为代表的干式处理法。

但是，适用这些方法都存在钛或钛合金部件与硬质膜之间附着性低的难题，而且还有硬质膜容易剥离的缺点。

另一方面，就钛或钛合金部件本身进行硬化处理的已知方法而言，有离子注入法、离子氮化法、气体氮化法、渗碳法等。利用这些表面硬化处理方法在部件表面上形成硬化层，不必担心所说的硬质膜剥离问题。

然而在传统的表面硬化处理方法中，存在的难题是处理时间长且生产率低。而且由于处理温度高，部件表面结晶颗粒有粗大化趋势，缺点是使表面变得粗糙，外观质量低。此外还应当指出的问题是很难得到能够延伸到距表面深处区域内的硬化层，使用过程中一遇有划伤就会使产品外观质量下降。

本发明是鉴于上述问题而完成的。也就是说，本发明目的在于提供一种外观质量优良而且具有能够耐受巨大冲击的硬度的钛或钛合金部件。

此外，本发明目的还在于提供一种能够将所说的特性赋予钛或钛合金部件的表面处理方法。

发明的公开

为了达到上述目的，本发明的钛或钛合金部件具有以下结构：在距离表面任意深度内形成表面硬化层，而且这种表面硬化层包含从表面至任意深度区域内形成的氮和氧固溶的第一硬化层以及比第一硬化层更深的区域内形成的氧固溶的第二硬化层。

也就是说，为了使表面不出现粗糙化并提高部件的表面硬度，必须在部件表面附近形成氮和氧固溶的第一硬化层。

而且为了得到深层硬化层，必须在部件更深的方向上形成氧更深地固溶的第二硬化层。

这样，通过形成具有氮和氧固溶的第一硬化层和氧固溶的第二硬化层的表面硬化层，可以使表面无粗糙化现象且外观质量优良，同时具有充分的硬度。

其中，氮和氧固溶的可能范围是：第一硬化层中氮为0.6～8.0重量％，氧为1.0～14.0重量％。而在第二硬化层中，氧为0.5～14.0重量％。然而，在上述范围内应当优选氮或氧尽可能多固溶的情况。

但是从保持良好外观质量的观点来看，有必要在不产生表面粗糙化的范围内选择氮或氧的固溶浓度。

氮和氧固溶的第一硬化层的形成深度，以自部件表面至大约1.0μm深度内为好。通过形成这样深度的第一硬化层，可以抑制晶粒粗大化造成的表面粗糙，同时还能够得到充分的表面硬度。

而氧固溶的第二硬化层的形成深度，优选处于比第一硬化层更深的区域内至大约20μm深度内。靠形成这种深度的第一硬化层，能够进一步提高表面硬度。

本发明中所说的钛部件，是指以纯钛为主体的金属部件，即指符合JIS标准规定的第一种钛、第二种钛和第三种钛。而且所谓钛合金部件是指在以纯钛为主体的金属中加入有铝、钒、铁之类元素的金属部件，即符合JIS标准规定的钛60和钛60E等。此外，在所说的钛合金部件还包含各种钛合金和各种钛基金属间化合物。

本发明钛或钛合金部件的主要用途，可以举出表壳、表带、戒指和眼镜架之类的装饰品。这些装饰品要求具有特别高质量的外观，而且即使长时间使用也难产生划伤。使用本发明的钛或钛合金部件能够满足这些全部要求。

本发明的第一种钛或钛合金部件的表面处理方法(第一种发明方法)，特征在于包含以下工序：

(1)将钛或钛合金部件置于真空炉内进行加热退火的加热工序；

(2)加热工序后，向上述的真空炉内供入以氮为主体并含有微量氧成分的混合气体，在预定的减压状态下和700～800℃温度下，在真空炉1内按照预定时间加热，使氮和氧自钛或钛合金部件表面向内部扩散固溶的硬化处理工序；

(3)硬化处理工序后，冷却钛或钛合金部件至常温的冷却工序。