JP2006070320A - Surface-treated material, surface treatment method and surface treatment apparatus - Google Patents

Surface-treated material, surface treatment method and surface treatment apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-treated material which has an improved bonding-force between an article to be treated and particles, and has an increased hardness of the surface of the article to inhibit the article from being deformed, and has a coating layer with the extended life due to the particles; a surface treatment method; and a surface treatment apparatus. <P>SOLUTION: The surface-treated material 1 is a member having the surface 2a treated by jetting the particles 3 onto the surface 2a of the article 2, while heating the surface 2a. The surface-treated material 1 is composed of the article 2, the particles 3 and a compound layer 4. The article 2 is made from an iron-based metallic material such as carbon steel, and is provided with the particles 3 and the compound layer 4. The particles 3 are made from a solid-lubricant-based material such as molybdenum disulfide, and from a metallic material such as tin. The compound layer 4 is an intermetallic compound formed by thermochemically reacting the article 2 with the particles 3, and thus combines the article 2 with the particles 3 to improve adhesiveness and bondability between the article 2 and the particles 3. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、処理対象物の表面を加熱するとともにこの処理対象物の表面に粒子を噴射して、この処理対象物の表面が処理された表面処理材、この処理対象物の表面を処理する表面処理方法及び表面処理装置に関する。   The present invention provides a surface treatment material that heats the surface of the processing object and injects particles onto the surface of the processing object to process the surface of the processing object, and a surface that processes the surface of the processing object. The present invention relates to a processing method and a surface treatment apparatus.

ショットピーニング処理装置によって固体潤滑材や軟質金属などを処理対象物の表面に噴射して、固体潤滑材や軟質金属などをこの処理対象物の表面にコーティングする表面処理装置が知られている。従来の表面処理装置は、処理対象物の表面と振動板との間でショット粒子を往復させてこの処理対象物の表面にショット粒子を繰り返し衝突させる超音波ショットピーニング処理装置と、処理対象物の表面を加熱する加熱装置と、処理対象物にシールドガスを供給するシールドガス供給手段と、超音波ショットピーニング処理装置を直線状のガイドレールに沿って移動させる移動装置などを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のショットピーニング処理装置では、処理対象物の表面に対して加熱装置を昇降させて加熱温度を調整した後に、超音波ショットピーニング処理装置及び加熱装置などを移動装置によって移動させながらこの処理対象物の表面にショット粒子を繰り返し衝突させている。このような従来のショットピーニング処理装置では、処理対象物の表面を改質してこの処理対象物の表面に僅かな合金層を形成するとともに、処理対象物と合金層との界面からこの処理対象物の内部にナノ結晶組織を形成して、処理対象物に耐磨耗性や耐食性を付与している。   2. Description of the Related Art A surface treatment apparatus is known in which a solid lubricant, soft metal, or the like is sprayed onto the surface of a processing object using a shot peening processing apparatus, and the surface of the processing object is coated with the solid lubricant, soft metal, or the like. A conventional surface treatment apparatus includes an ultrasonic shot peening treatment apparatus that causes shot particles to reciprocate between the surface of a processing object and a vibration plate and repeatedly collides the shot particles with the surface of the processing object, A heating device for heating the surface, a shielding gas supply means for supplying a shielding gas to the object to be processed, a moving device for moving the ultrasonic shot peening processing device along a linear guide rail, and the like (for example, Patent Document 1). In such a conventional shot peening processing apparatus, the heating apparatus is moved up and down with respect to the surface of the processing object to adjust the heating temperature, and then the ultrasonic shot peening processing apparatus and the heating apparatus are moved by the moving device. Shot particles are repeatedly collided with the surface of the object to be treated. In such a conventional shot peening processing apparatus, the surface of the object to be processed is modified to form a slight alloy layer on the surface of the object to be processed, and the object to be processed from the interface between the object to be processed and the alloy layer. A nanocrystalline structure is formed inside the object to impart wear resistance and corrosion resistance to the object to be treated.

特開2004-169100号公報JP 2004-169100 A

このような従来の表面処理装置では、処理対象物の表面にショット粒子を衝突させたときに発生する発熱が不十分であると、処理対象物の表面に十分な膜厚で密着性の良好な表面層を形成することができないという問題点があった。また、従来の表面処理装置では、処理対象物の表面温度を調整するために加熱装置を昇降させる昇降装置が必要になり、装置が複雑になり高価になってしまう問題点があった。さらに、従来の表面処理装置では、処理対象物と振動板との間でショット粒子を往復させながらこのショット粒子を加熱するため、ショット粒子が溶融して振動板などに付着してしまう問題点があった。   In such a conventional surface treatment apparatus, if the heat generated when the shot particles collide with the surface of the object to be processed is insufficient, the surface of the object to be processed has a sufficient film thickness and good adhesion. There was a problem that the surface layer could not be formed. In addition, the conventional surface treatment apparatus requires a lifting device that raises and lowers the heating device in order to adjust the surface temperature of the object to be processed, which causes a problem that the device becomes complicated and expensive. Further, in the conventional surface treatment apparatus, since the shot particles are heated while reciprocating the shot particles between the object to be processed and the vibration plate, the shot particles melt and adhere to the vibration plate or the like. there were.

従来の表面処理装置では、処理対象物などの種類に応じて任意のシールドガスを選択することができないため、処理対象物が変わる度にシールドガス供給装置のガスタンクを交換する必要があり作業に手間がかかるという問題点があった。また、従来の表面処理装置では、処理対象物の表面が曲面である場合に、超音波ショットピーニング装置と処理対象物の表面との間の距離が変化するため、この処理対象物の表面に表面層を均一に形成することができない問題点があった。さらに、従来の表面処理装置では、表面処理可能な領域が振動板を収容するホルダによって覆われる範囲に制限されており、ホルダによって覆うことができる幅以下の処理対象物に制限されてしまう問題点があった。   In conventional surface treatment equipment, it is not possible to select an arbitrary shield gas according to the type of treatment object, etc., so it is necessary to replace the gas tank of the shield gas supply device every time the treatment object changes, which is troublesome. There was a problem that it took. Further, in the conventional surface treatment apparatus, when the surface of the processing object is a curved surface, the distance between the ultrasonic shot peening apparatus and the surface of the processing object changes. There was a problem that the layer could not be formed uniformly. Furthermore, in the conventional surface treatment apparatus, the area where the surface treatment can be performed is limited to a range covered by the holder that accommodates the diaphragm, and is limited to a processing object having a width that can be covered by the holder. was there.

この発明の課題は、処理対象物と粒子との結合力を向上させるとともに、処理対象物の表面の硬度を上げて処理対象物の変形を抑制し、粒子による被覆層の寿命を向上させることができる表面処理材、表面処理方法及び表面処理装置を提供することである。   An object of the present invention is to improve the bonding force between the object to be processed and the particles, and to increase the surface hardness of the object to be processed to suppress deformation of the object to be processed, thereby improving the life of the coating layer made of particles. A surface treatment material, a surface treatment method, and a surface treatment apparatus are provided.

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、処理対象物（２）の表面（２ａ）を加熱するとともにこの処理対象物の表面に粒子（３）を噴射して、この処理対象物の表面が処理された表面処理材であって、前記処理対象物の表面に分散する前記粒子とこの処理対象物とを結合させるために、この処理対象物とこの粒子とを熱化学反応させて形成した化合物層（４）を備えることを特徴とする表面処理材（１）である。 The present invention solves the above-mentioned problems by the solving means described below.
In addition, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this embodiment.
The invention of claim 1 is a surface treatment in which the surface (2a) of the object to be treated (2) is heated and the particles (3) are sprayed onto the surface of the object to be treated to treat the surface of the object to be treated. A compound layer (4) formed by a thermochemical reaction between the particles to be processed and the particles to be bonded in order to bond the particles to be dispersed on the surface of the particles to be processed. It is a surface treatment material (1) characterized by providing.

請求項２の発明は、請求項１に記載の表面処理材において、前記化合物層は、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子と前記処理対象物とを熱化学反応させて形成されていることを特徴とする表面処理材である。   According to a second aspect of the present invention, in the surface treatment material according to the first aspect, the compound layer includes solid lubricant-based particles, metal-based particles, ceramic-based particles, synthetic resin-based particles, or particles obtained by mixing a plurality of these, and It is a surface treatment material characterized by being formed by a thermochemical reaction with a treatment object.

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の表面処理材において、前記化合物層は、前記処理対象物の表面が軽金属以外の金属、セラミックス又は樹脂の表面であるときに、これらの金属、セラミックス又は樹脂と前記粒子とを熱化学反応させて形成されていることを特徴とする表面処理材である。   The invention according to claim 3 is the surface treatment material according to claim 1 or 2, wherein the compound layer is formed when the surface of the object to be treated is a surface of a metal other than a light metal, a ceramic, or a resin. A surface treatment material characterized in that it is formed by a thermochemical reaction between the metal, ceramics or resin and the particles.

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の表面処理材において、前記処理対象物の表面を硬化させた硬化処理層（１８）を備え、前記化合物層は、前記硬化処理層と前記粒子とを熱化学反応させて形成されていることを特徴とする表面処理材である。   Invention of Claim 4 is equipped with the hardening process layer (18) which hardened the surface of the said process target object in the surface treatment material of any one of Claim 1- Claim 3, The said compound layer Is a surface treatment material characterized in that it is formed by a thermochemical reaction between the cured layer and the particles.

請求項５の発明は、請求項４に記載の表面処理材において、前記硬化処理層は、前記処理対象物の表面を熱処理又はショットピーニング処理して形成されていることを特徴とする表面処理材である。   The surface treatment material according to claim 5 is the surface treatment material according to claim 4, wherein the cured layer is formed by heat treatment or shot peening treatment of the surface of the object to be treated. It is.

請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の表面処理材において、前記化合物層は、前記処理対象物の表面が鉄道用車輪（Ｗ）のフランジ面（Ｗ2）又は鉄道用レール（Ｒ）の頭側面（Ｒ2）であるときに、この鉄道用車輪又はこの鉄道用レールと前記粒子とを熱化学反応させて形成されていることを特徴とする表面処理材である。 According to a sixth aspect of the present invention, in the surface treatment material according to any one of the first to fifth aspects, the surface of the treatment object is a flange surface of a railway wheel (W) ( W 2 ) or the head side surface (R 2 ) of the rail for rail (R), the rail wheel or the rail for rail and the particles are formed by thermochemical reaction. It is a surface treatment material.

請求項７の発明は、処理対象物（２）の表面（２ａ）を加熱するとともにこの処理対象物の表面に粒子（３）を噴射して、この処理対象物の表面を処理する表面処理方法であって、前記処理対象物の表面に分散する前記粒子とこの処理対象物とを結合させるために、この処理対象物とこの粒子とを熱化学反応させる熱化学反応工程（＃１０２；＃２０３；＃３０２：＃４０２）を含むことを特徴とする表面処理方法である。   The invention of claim 7 is a surface treatment method for treating the surface of the processing object by heating the surface (2a) of the processing object (2) and injecting particles (3) onto the surface of the processing object. A thermochemical reaction step (# 102; # 203) in which the processing object and the particle are thermochemically reacted in order to bond the particle dispersed on the surface of the processing object and the processing object. ; # 302: # 402). A surface treatment method characterized by comprising:

請求項８の発明は、請求項７に記載の表面処理方法において、前記熱化学反応工程は、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子と前記処理対象物とを熱化学反応させる工程を含むことを特徴とする表面処理方法である。   The invention according to claim 8 is the surface treatment method according to claim 7, wherein the thermochemical reaction step includes solid lubricant-based particles, metal-based particles, ceramic-based particles, synthetic resin-based particles, or particles obtained by mixing a plurality thereof. And a surface chemical treatment method.

請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の表面処理方法において、前記熱化学反応工程は、前記処理対象物の表面が軽金属以外の金属、セラミックス又は樹脂の表面であるときに、これらの金属、セラミックス又は樹脂と前記粒子とを熱化学反応させる工程を含むことを特徴とする表面処理方法である。   The invention according to claim 9 is the surface treatment method according to claim 7 or claim 8, wherein the thermochemical reaction step is performed when the surface of the object to be treated is a surface of a metal other than a light metal, a ceramic, or a resin. A surface treatment method comprising a step of thermochemical reaction of these metals, ceramics or resin with the particles.

請求項１０の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、前記熱化学反応工程の前又は後に、前記処理対象物の表面を熱処理して硬化させる硬化処理工程（＃２００；＃３０３）を含むことを特徴とする表面処理方法である。   The invention of claim 10 is the surface treatment method according to any one of claims 7 to 9, wherein the surface of the object to be treated is heat-treated and cured before or after the thermochemical reaction step. It is a surface treatment method characterized by including a curing treatment step (# 200; # 303).

請求項１１の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、前記熱化学反応工程の前に、前記処理対象物の表面をショットピーニング処理して硬化させる硬化処理工程（＃２００）を含むことを特徴とする表面処理方法である。   The invention of claim 11 is the surface treatment method according to any one of claims 7 to 9, wherein the surface of the object to be treated is shot peened and cured before the thermochemical reaction step. A surface treatment method characterized by including a curing treatment step (# 200).

請求項１２の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、前記熱化学反応工程の前に、前記処理対象物の表面を熱処理して硬化させるために、この処理対象物の表面を所定の加熱温度で加熱する加熱工程（＃４００）を含み、前記熱化学反応工程の後に、前記処理対象物の表面を硬化させるために、この処理対象物の表面を冷却する冷却工程（＃４０３）を含むことを特徴とする表面処理方法である。   The invention of claim 12 is the surface treatment method according to any one of claims 7 to 9, wherein the surface of the object to be treated is heat-treated and cured before the thermochemical reaction step. Heating process (# 400) for heating the surface of the processing object at a predetermined heating temperature, and in order to cure the surface of the processing object after the thermochemical reaction process, It is a surface treatment method characterized by including the cooling process (# 403) which cools the surface.

請求項１３の発明は、請求項７から請求項１２までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、前記熱化学反応工程は、前記処理対象物の表面が鉄道用車輪（Ｗ）のフランジ面（Ｗ2）又は鉄道用レール（Ｒ）の頭側面（Ｒ2）であるときに、この鉄道用車輪又はこの鉄道用レールと前記粒子とを熱化学反応させる工程を含むことを特徴とする表面処理方法である。 A thirteenth aspect of the present invention is the surface treatment method according to any one of the seventh to twelfth aspects, wherein the surface of the object to be treated is a flange of a railway wheel (W). When the surface (W 2 ) or the head side surface (R 2 ) of the rail for rail (R), the rail wheel or rail for rail and the particles are subjected to a thermochemical reaction. This is a surface treatment method.

請求項１４の発明は、処理対象物（２）の表面（２ａ）を加熱するとともにこの処理対象物の表面に粒子（３）を噴射して、この処理対象物の表面を処理する表面処理装置であって、前記処理対象物と前記粒子とを熱化学反応させるために、この処理対象物の表面を加熱する加熱手段（８）と、前記処理対象物の表面に前記粒子を分散させるために、この処理対象物の表面にこの粒子を噴射する噴射手段（１０）とを備える表面処理装置（５）である。   The invention according to claim 14 is a surface treatment apparatus that heats the surface (2a) of the processing object (2) and injects particles (3) onto the surface of the processing object to process the surface of the processing object. In order to cause the processing object and the particles to undergo a thermochemical reaction, a heating means (8) for heating the surface of the processing object, and for dispersing the particles on the surface of the processing object And a surface treatment apparatus (5) comprising an ejection means (10) for ejecting the particles onto the surface of the object to be treated.

請求項１５の発明は、請求項１４に記載の表面処理装置において、前記噴射手段は、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子を前記処理対象物の表面に噴射することを特徴とする表面処理装置である。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to the fourteenth aspect, the spraying unit includes solid lubricant-based particles, metal-based particles, ceramic-based particles, synthetic resin-based particles, or particles obtained by mixing a plurality of these particles. The surface treatment apparatus is characterized by spraying on the surface of the object to be treated.

請求項１６の発明は、請求項１４又は請求項１５に記載の表面処理装置において、前記処理対象物の性質及び／又は前記粒子の性質に応じて、前記加熱手段の加熱温度を制御する温度制御手段（１６）を備えることを特徴とする表面処理装置である。   The invention of claim 16 is the surface treatment apparatus according to claim 14 or claim 15, wherein the temperature control is performed to control the heating temperature of the heating means in accordance with the properties of the object to be treated and / or the properties of the particles. A surface treatment apparatus comprising means (16).

請求項１７の発明は、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載の表面処理装置において、前記噴射手段が噴射する圧縮気体の種類を選択する圧縮気体選択手段（１３）を備えることを特徴とする表面処理装置である。   The invention of claim 17 is the surface treatment apparatus according to any one of claims 14 to 16, further comprising a compressed gas selection means (13) for selecting a type of compressed gas to be ejected by the ejection means. This is a surface treatment apparatus.

請求項１８の発明は、請求項１７に記載の表面処理装置において、前記噴射手段は、前記粒子を不活性ガスとともに噴射し、前記圧縮気体選択手段は、前記不活性ガスの種類を選択することを特徴とする表面処理装置である。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to the seventeenth aspect, the injection unit injects the particles together with an inert gas, and the compressed gas selection unit selects a type of the inert gas. Is a surface treatment apparatus characterized by

請求項１９の発明は、請求項１４から請求項１８までのいずれか１項に記載の表面処理装置において、前記処理対象物の表面に沿って前記噴射手段を駆動する駆動手段（１４）と、前記処理対象物の表面と前記噴射手段との距離を検出する距離検出手段（１５）と、前記距離検出手段の検出結果に基づいて前記駆動手段を制御する駆動制御手段（１６）とを備えることを特徴とする表面処理装置である。   The invention according to claim 19 is the surface treatment apparatus according to any one of claims 14 to 18, wherein the drive means (14) drives the ejection means along the surface of the object to be treated. Distance detection means (15) for detecting the distance between the surface of the processing object and the ejection means, and drive control means (16) for controlling the drive means based on the detection result of the distance detection means. Is a surface treatment apparatus characterized by

請求項２０の発明は、請求項１４から請求項１９までのいずれか１項に記載の表面処理装置において、前記噴射手段は、前記処理対象物の表面が鉄道用車輪（Ｗ）のフランジ面（Ｗ2）又は鉄道用レール（Ｒ）の頭側面（Ｒ2）であるときに、この鉄道用車輪のフランジ面又はこの鉄道用レールの頭側面に前記粒子を噴射することを特徴とする表面処理装置である。 According to a twentieth aspect of the present invention, in the surface treatment apparatus according to any one of the fourteenth to nineteenth aspects, the surface of the processing object is a flange surface of a railway wheel (W). W 2 ) or the head side surface (R 2 ) of the rail for rail (R), the surface treatment characterized by injecting the particles onto the flange surface of the rail wheel or the head side surface of the rail for rail Device.

この発明によると、処理対象物と粒子との結合力を向上させるとともに、処理対象物の表面の硬度を上げて処理対象物の変形を抑制し、粒子による被覆層の寿命を向上させることができる。   According to the present invention, the bonding force between the object to be processed and the particles can be improved, the surface hardness of the object to be processed can be increased to suppress deformation of the object to be processed, and the life of the coating layer made of particles can be improved. .

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る表面処理材を模式的に示す部分断面図であり、図１（Ａ）は表面処理前の状態を示す部分断面図であり、図１（Ｂ）は表面処理後の状態を示す部分断面図である。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a surface treatment material according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (A) is a partial cross-sectional view showing a state before the surface treatment, and FIG. ) Is a partial cross-sectional view showing a state after the surface treatment.

図１に示す表面処理材１は、処理対象物２の表面２ａを加熱するとともにこの処理対象物２の表面２ａに粒子３を噴射して、この処理対象物２の表面２ａが処理された部材である。表面処理材１は、図１に示すように、処理対象物２と、粒子３と、化合物層４とから構成されている。   The surface treatment material 1 shown in FIG. 1 heats the surface 2a of the treatment object 2 and sprays particles 3 on the surface 2a of the treatment object 2, so that the surface 2a of the treatment object 2 is treated. It is. As shown in FIG. 1, the surface treatment material 1 includes a treatment object 2, particles 3, and a compound layer 4.

処理対象物２は、表面２ａが処理される母材であり、軽金属以外の鉄、銅、ニッケルなどの金属、セラミックス又は樹脂などである。処理対象物２は、例えば、炭素鋼などの鉄系金属材料を所定の形状に加工して形成されており、処理対象物２の表面２ａには図１（Ｂ）に示すように粒子３と結合層４などが形成されている。   The processing object 2 is a base material on which the surface 2a is processed, and is a metal such as iron, copper, or nickel other than light metal, ceramics, or resin. The processing object 2 is formed, for example, by processing a ferrous metal material such as carbon steel into a predetermined shape, and the surface 2a of the processing object 2 has particles 3 as shown in FIG. A bonding layer 4 and the like are formed.

粒子３は、処理対象物２の表面２ａに分散する部材である。粒子３は、摩擦係数を略一定範囲内に低減して摩擦抵抗を緩和する摩擦緩和材（摩擦低減材）などである。粒子３は、処理対象物２の表面２ａを被覆するコーティング材であり、この表面２ａに被覆層を形成する。粒子３は、例えば、表面２ａの硬さよりも硬さが小さく、摩擦係数を上げないような材質であって、大きさが2μm〜50μm程度の固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂粒子系又はこれらを複数混合した粒子である。粒子３は、速度1000m/s以下で表面２ａに多数噴射されて処理対象物２の表面を被覆している。このような固体潤滑材系粒子としては、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ボロンナイトライド又はグラファイト（黒鉛）などを使用することが好ましい。金属系粒子としては、アルミニウム、スズ、ニッケル、チタン、金、銀、銅、インジウム、はんだ、鉛、亜鉛又はこれらの合金などを使用することが好ましい。特に、スズなどの軟質金属は、二硫化モリブデンと混合して使用した場合には、二硫化モリブデンを処理対象物２の表面２ａに保持するバインダとして機能するとともに、処理対象物２から二硫化モリブデンが脱落したときには単独で摩擦係数の上昇を抑制する機能を有する。セラミックス系粒子としては、アルミナなどを使用することが好ましく、合成樹脂系粒子としては四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン (PTFE))又はフェノール樹脂などを使用することが好ましい。   The particles 3 are members that are dispersed on the surface 2 a of the processing object 2. The particle 3 is a friction relaxation material (friction reduction material) or the like that reduces the friction coefficient within a substantially constant range and relaxes frictional resistance. The particles 3 are a coating material that covers the surface 2a of the object 2 to be processed, and a coating layer is formed on the surface 2a. The particle 3 is, for example, a material whose hardness is smaller than the hardness of the surface 2a and does not increase the friction coefficient, and is a solid lubricant particle, metal particle, ceramic particle having a size of about 2 μm to 50 μm. These are synthetic resin particle systems or particles obtained by mixing a plurality of these. A large number of particles 3 are sprayed onto the surface 2a at a speed of 1000 m / s or less to cover the surface of the processing object 2. As such solid lubricant-based particles, it is preferable to use molybdenum disulfide, tungsten disulfide, boron nitride, graphite (graphite), or the like. As the metal particles, it is preferable to use aluminum, tin, nickel, titanium, gold, silver, copper, indium, solder, lead, zinc, or an alloy thereof. In particular, when a soft metal such as tin is used by mixing with molybdenum disulfide, it functions as a binder for holding the molybdenum disulfide on the surface 2a of the object to be treated 2 and from the object to be treated 2 to molybdenum disulfide. Has a function of suppressing the increase of the friction coefficient by itself when it falls off. As the ceramic particles, alumina or the like is preferably used, and as the synthetic resin particles, it is preferable to use tetrafluoroethylene resin (polytetrafluoroethylene (PTFE)) or phenol resin.

化合物層４は、処理対象物２の表面２ａに分散する粒子３とこの処理対象物２とを結合させるために、この処理対象物２とこの粒子３とを熱化学反応させて形成した部分である。化合物層４は、例えば、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子３と処理対象物２とを熱化学反応させて形成されている。化合物層４は、例えば、処理対象物２の表面２ａが軽金属以外の金属、セラミックス又は樹脂の表面であるときには、これらの金属、セラミックス又は樹脂と粒子３とを熱化学反応させて形成される。例えば、化合物層４は、固体潤滑材系粒子である二硫化モリブデンと軟質金属系粒子であるスズとを混合した粒子３を、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに噴射したときに、主としてスズと軽金属以外の金属とが熱化学反応して形成された金属間化合物及び／又は合金層である。このような金属間化合物及び／又は合金層は、二硫化モリブデンと軽金属以外の金属とを結合させて、処理対象物２と二硫化モリブデンとの密着性及び結合性を向上させる。   The compound layer 4 is a portion formed by thermochemical reaction between the processing object 2 and the particle 3 in order to bond the particle 3 dispersed on the surface 2a of the processing object 2 and the processing object 2. is there. The compound layer 4 is formed, for example, by causing a chemical reaction between the solid lubricant particles, metal particles, ceramic particles, synthetic resin particles, or particles 3 obtained by mixing a plurality of these particles and the processing object 2. For example, when the surface 2a of the processing object 2 is a surface of a metal other than a light metal, a ceramic, or a resin, the compound layer 4 is formed by a thermochemical reaction between these metal, ceramic, or resin and the particles 3. For example, when the compound layer 4 injects the particle | grains 3 which mixed molybdenum disulfide which is solid lubricant type particle | grains, and tin which is soft metal type | system | group particles on the surface 2a of the process target object 2 which is metals other than a light metal. In addition, it is an intermetallic compound and / or alloy layer formed mainly by thermochemical reaction of tin and a metal other than light metal. Such an intermetallic compound and / or alloy layer bonds molybdenum disulfide and a metal other than a light metal to improve the adhesion and bonding between the object to be treated 2 and molybdenum disulfide.

次に、この発明の第１実施形態に係る表面処理方法について説明する。
図２は、この発明の第１実施形態に係る表面処理方法の工程図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、図３（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、図３（Ｂ）は加熱工程中の部分断面図であり、図３（Ｃ）は噴射工程中の部分断面図であり、図３（Ｄ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。以下では、固体潤滑材系粒子である二硫化モリブデン３ａと軟質金属系粒子であるスズ３ｂとを混合した粒子３を、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに噴射してこの表面２ａを処理する場合を例に挙げて説明する。 Next, a surface treatment method according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a process diagram of the surface treatment method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic view for explaining the surface treatment method according to the first embodiment of the present invention, FIG. 3 (A) is a partial sectional view before the surface treatment, and FIG. 3 (B) is a heating step. FIG. 3C is a partial cross-sectional view during the injection process, and FIG. 3D is a partial cross-sectional view after the thermochemical reaction process. In the following description, particles 3 obtained by mixing molybdenum disulfide 3a, which is a solid lubricant-based particle, and tin 3b, which is a soft metal-based particle, are sprayed onto the surface 2a of the object 2 to be processed, which is a metal other than a light metal. The case of processing 2a will be described as an example.

図２に示す表面処理方法は、処理対象物２の表面２ａを加熱するとともにこの処理対象物２の表面２ａに粒子３を噴射して、この処理対象物２の表面２ａを処理する方法である。この表面処理方法は、加熱工程＃１００と、噴射工程＃１０１と、化合物層形成工程１０２とを含む。   The surface treatment method shown in FIG. 2 is a method of treating the surface 2a of the processing object 2 by heating the surface 2a of the processing object 2 and spraying particles 3 on the surface 2a of the processing object 2. . This surface treatment method includes a heating step # 100, a spraying step # 101, and a compound layer forming step 102.

加熱工程＃１００は、処理対象物２の表面２ａを加熱する工程である。図３（Ｂ）に示すように、処理対象物２の処理条件に応じて表面２ａが所定の加熱温度に達するまで加熱される。   The heating step # 100 is a step of heating the surface 2a of the processing object 2. As shown in FIG. 3B, the surface 2a is heated according to the processing conditions of the processing object 2 until it reaches a predetermined heating temperature.

図２に示す噴射工程＃１０１は、処理対象物２の表面２ａに粒子３を噴射する工程である。図３（Ｃ）に示すように、処理対象物２の表面２ａが所定の加熱温度に達すると、二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとを混合した粒子３が、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに噴射され、表面２ａに衝突した二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂの一部がこの表面２ａに付着する。このときに、処理対象物２の表面２ａが所定の加熱温度に加熱され僅かに軟化しているため、二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂが表面２ａに衝突すると微細な凹凸が形成されて、この処理対象物２の表面積が僅かに増加し表面２ａに対する二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂの残留性が向上する。また、表面２ａに衝突した二硫化モリブデン３ａが処理対象物２内に入り込みこの表面２ａに付着するとともに、表面２ａに衝突したスズ３ｂが潰れてこの表面２ａに付着する。その結果、図３（Ｃ）に示すように、処理対象物２の表面２ａに二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとが分散する。   The injection process # 101 shown in FIG. 2 is a process of injecting the particles 3 onto the surface 2a of the processing object 2. As shown in FIG. 3C, when the surface 2a of the processing object 2 reaches a predetermined heating temperature, the processing object whose particles 3 obtained by mixing molybdenum disulfide 3a and tin 3b are metals other than light metals. 2 and part of the molybdenum disulfide 3a and tin 3b which are jetted onto the surface 2a and collide with the surface 2a adhere to the surface 2a. At this time, since the surface 2a of the processing object 2 is heated to a predetermined heating temperature and slightly softened, when the molybdenum disulfide 3a and the tin 3b collide with the surface 2a, fine irregularities are formed, and this processing is performed. The surface area of the object 2 is slightly increased, and the residual properties of molybdenum disulfide 3a and tin 3b with respect to the surface 2a are improved. Further, the molybdenum disulfide 3a colliding with the surface 2a enters the processing object 2 and adheres to the surface 2a, and the tin 3b colliding with the surface 2a is crushed and adheres to the surface 2a. As a result, as shown in FIG. 3C, molybdenum disulfide 3a and tin 3b are dispersed on the surface 2a of the object 2 to be processed.

図２に示す熱化学反応工程＃１０２は、処理対象物２の表面２ａに分散する粒子３とこの処理対象物２とを結合させるために、この処理対象物２とこの粒子３とを熱化学反応させる工程である。処理対象物２の表面２ａが所定の加熱温度に加熱されているため、図３（Ｄ）に示すように低融点であるスズ３ｂが溶融すると、二硫化モリブデン３ａとの間の空隙部が溶融したスズ３ｂによって埋まり、二硫化モリブデン３ａがスズ３ｂに保持された状態になる。また、軽金属以外の金属である処理対象物２とスズ３ｂとの反応性が高いため、スズ３ｂと処理対象物２とが接触する部分においてこれらが熱化学反応し、これらの金属間化合物及び／又は合金層が容易に生成される。同様に、二硫化モリブデン３ａと処理対象物２とが接触する部分、及び二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとが接触する部分についても、これらが僅かに熱化学反応して反応物が析出される。その結果、処理対象物２、二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂが互いにこれらの化合物によって結合されて、二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂが処理対象物２の表面２ａに密着しこれらの残留性が向上する。また、数nm〜数十nmの微小な結晶組織を有し降伏強さが大きく靭性の高い優れた力学的性質を備えるナノ結晶組織層が化合物層４の下層に形成されることが期待される。   In the thermochemical reaction step # 102 shown in FIG. 2, in order to bond the particles 3 dispersed on the surface 2a of the processing object 2 and the processing object 2, the processing object 2 and the particles 3 are thermochemically coupled. This is a reaction step. Since the surface 2a of the processing object 2 is heated to a predetermined heating temperature, when the tin 3b having a low melting point is melted as shown in FIG. 3 (D), the gap between the molybdenum disulfide 3a is melted. It is filled with the tin 3b, and the molybdenum disulfide 3a is held in the tin 3b. In addition, since the reactivity of the object 2 to be processed and the tin 3b, which is a metal other than a light metal, is high, they undergo a thermochemical reaction at a portion where the tin 3b and the object 2 to be contacted, and these intermetallic compounds and / or Or an alloy layer is easily produced. Similarly, also about the part which molybdenum disulfide 3a and the process target 2 contact, and the part which molybdenum disulfide 3a and tin 3b contact, these are slightly thermochemically reacted and a reaction material precipitates. As a result, the treatment object 2, molybdenum disulfide 3a and tin 3b are bonded to each other by these compounds, and the molybdenum disulfide 3a and tin 3b are in close contact with the surface 2a of the treatment object 2 and their persistence is improved. . In addition, it is expected that a nanocrystal structure layer having a fine crystal structure of several nanometers to several tens of nanometers and having excellent mechanical properties with high yield strength and high toughness will be formed below the compound layer 4. .

図２に示す加熱工程＃１００〜熱化学反応工程＃１０２は、必要に応じて繰り返される。例えば、１回の加熱工程＃１００〜熱化学反応工程＃１０２では表面２ａを十分に処理できない場合には、図３（Ｄ）に示す状態から処理対象物２が再加熱されて、二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂが再噴射される。その結果、溶融状態のスズ３ｂの表面を二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂがさらに被覆するため、スズ３ｂによって保持される二硫化モリブデン３ａが増加して、表面２ａを覆う二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂによる被覆層が厚膜化する。また、複数回の加熱工程＃１００によってスズ３ｂと処理対象物２との熱化学反応が促進されて、化合物層４が厚膜化しこの化合物層４の硬度が向上する。なお、最終回の熱化学反応工程＃１０２後に処理対象物２を加熱して表層のスズ３ｂを溶融させることによって、下層の二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂとの密着性及び結合性が強化される。   Heating process # 100 to thermochemical reaction process # 102 shown in FIG. 2 are repeated as necessary. For example, when the surface 2a cannot be sufficiently processed in one heating step # 100 to thermochemical reaction step # 102, the processing object 2 is reheated from the state shown in FIG. 3a and tin 3b are re-injected. As a result, since molybdenum disulfide 3a and tin 3b further coat the surface of molten tin 3b, molybdenum disulfide 3a held by tin 3b increases, and molybdenum disulfide 3a and tin 3b covering surface 2a. The coating layer due to becomes thicker. In addition, the thermochemical reaction between the tin 3b and the object to be processed 2 is promoted by a plurality of heating steps # 100, the compound layer 4 is thickened, and the hardness of the compound layer 4 is improved. In addition, the adhesion and bonding property with the lower molybdenum disulfide 3a and tin 3b are strengthened by heating the processing object 2 after the last thermochemical reaction step # 102 to melt the surface tin 3b. .

次に、この発明の第１実施形態に係る表面処理装置について説明する。
図４は、この発明の第１実施形態に係る表面処理装置の側面図である。
図４に示す表面処理装置５は、処理対象物２の表面２ａを加熱するとともにこの処理対象物２の表面２ａに粒子３を噴射して、この処理対象物２の表面２ａを処理する装置である。表面処理装置５は、図４に示すように、駆動装置６と、位置検出装置７と、加熱装置８と、温度検出装置９と、噴射装置１０と、圧縮気体供給装置１１と、ガス収容装置１２と、圧縮気体選択装置１３と、駆動装置１４と、距離検出装置１５と、制御装置１６と、設定装置１７などを備えている。表面処理装置５は、表面２ａを加熱装置８によって加熱して噴射装置１０によって表面２ａに粒子３を噴射し、図１及び図３に示すようにこの表面２ａを粒子３によって被覆して表面改質する。 Next, a surface treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a side view of the surface treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
A surface treatment apparatus 5 shown in FIG. 4 is an apparatus that heats the surface 2a of the processing object 2 and injects particles 3 onto the surface 2a of the processing object 2, thereby processing the surface 2a of the processing object 2. is there. As shown in FIG. 4, the surface treatment device 5 includes a drive device 6, a position detection device 7, a heating device 8, a temperature detection device 9, an injection device 10, a compressed gas supply device 11, and a gas storage device. 12, a compressed gas selection device 13, a drive device 14, a distance detection device 15, a control device 16, a setting device 17, and the like. The surface treatment device 5 heats the surface 2a with the heating device 8, sprays the particles 3 onto the surface 2a with the spraying device 10, and coats the surface 2a with the particles 3 as shown in FIGS. Quality.

駆動装置６は、処理対象物２を駆動する手段である。駆動装置６は、図４に示すように、処理対象物２が円盤状であるときに、この処理対象物２の中心軸を回転中心Ｏとして矢印方向にこの処理対象物２を回転駆動する。駆動装置６は、処理対象物２を支持する支持部６ａと、この支持部６ａを回転するモータ６ｂなどを備えている。   The driving device 6 is means for driving the processing object 2. As shown in FIG. 4, when the processing object 2 has a disk shape, the driving device 6 rotationally drives the processing object 2 in the direction of the arrow with the central axis of the processing object 2 as the rotation center O. The drive device 6 includes a support portion 6a that supports the processing object 2, a motor 6b that rotates the support portion 6a, and the like.

位置検出装置７は、処理対象物２の位置を検出する手段である。位置検出装置７は、モータ６ｂの回転数に基づいて処理対象物２の回転位置（回転角度）を検出し、この検出結果を回転位置情報として制御装置１６に出力するエンコーダなどである。   The position detection device 7 is means for detecting the position of the processing object 2. The position detection device 7 is an encoder that detects the rotation position (rotation angle) of the processing object 2 based on the rotation speed of the motor 6b and outputs the detection result to the control device 16 as rotation position information.

加熱装置８は、処理対象物２と粒子３とを熱化学反応させるために、この処理対象物２の表面２ａを加熱する手段である。加熱装置８は、例えば、Ｕ字状に巻かれたコイルに高周波電流を流して表面２ａに誘導電流を発生させ、この誘導電流の抵抗熱によって表面２ａを加熱する高周波加熱装置である。加熱装置８は、噴射装置１０が圧縮気体を噴射すると加熱処理後の表面２ａが冷却されるため、表面２ａを所定の加熱温度よりも若干高い加熱温度で所定の時間だけ加熱する。加熱装置８は、例えば、最大加熱温度900°Ｃ、最大処理時間５分程度で連続加熱する。   The heating device 8 is means for heating the surface 2 a of the processing object 2 in order to cause the processing object 2 and the particles 3 to undergo a thermochemical reaction. The heating device 8 is, for example, a high-frequency heating device that causes a high-frequency current to flow through a coil wound in a U-shape to generate an induced current on the surface 2a and heats the surface 2a with resistance heat of the induced current. Since the surface 2a after the heat treatment is cooled when the injection device 10 injects the compressed gas, the heating device 8 heats the surface 2a for a predetermined time at a heating temperature slightly higher than the predetermined heating temperature. For example, the heating device 8 performs continuous heating at a maximum heating temperature of 900 ° C. and a maximum processing time of about 5 minutes.

温度検出装置９は、処理対象物２の表面２ａの温度を検出する手段であり、処理対象物２の表面温度を検出し、この検出結果を温度情報として制御装置１６に出力する温度センサなどである。   The temperature detection device 9 is means for detecting the temperature of the surface 2a of the processing object 2, and detects the surface temperature of the processing object 2, and outputs a detection result to the control device 16 as temperature information. is there.

噴射装置１０は、処理対象物２の表面２ａに粒子３を分散させるために、この処理対象物２の表面２ａに粒子３を噴射する手段である。噴射装置１０は、ショット粒子を投射するショットピーニング処理装置などを利用して、粒子３を不活性ガスなどの圧縮気体とともに表面２ａに投射する。噴射装置１０は、粒子３を収容する粒子収容部１０ａと、粒子収容部１０ａからノズル部１０ｃに粒子３を供給する供給管路１０ｂと、圧縮気体とともに粒子３を噴射するノズル部１０ｃと、ノズル部１０ｃから噴射されて表面２ａに衝突した粒子３を受け止めて回収する粒子回収部１０ｄと、粒子回収部１０ｄから粒子収容部１０ａに粒子３を回収する回収管路１０ｅを備えている。   The injection device 10 is means for injecting the particles 3 onto the surface 2 a of the processing object 2 in order to disperse the particles 3 on the surface 2 a of the processing object 2. The injection device 10 projects the particles 3 onto the surface 2a together with a compressed gas such as an inert gas by using a shot peening processing device that projects shot particles. The injection device 10 includes a particle storage unit 10a that stores the particles 3, a supply conduit 10b that supplies the particles 3 from the particle storage unit 10a to the nozzle unit 10c, a nozzle unit 10c that sprays the particles 3 together with the compressed gas, and a nozzle A particle recovery unit 10d that receives and recovers particles 3 that have been ejected from the unit 10c and collided with the surface 2a, and a recovery conduit 10e that recovers the particles 3 from the particle recovery unit 10d to the particle storage unit 10a are provided.

圧縮気体供給装置１１は、粒子３を噴射する圧縮気体を噴射装置１０に供給する手段である。圧縮気体供給装置１１は、アルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸ガスなどの不活性ガス（キャリアガス）を所定の圧力に圧縮して、噴射装置１０のノズル部１０ｃに供給するコンプレッサなどを備えている。   The compressed gas supply device 11 is means for supplying the injection device 10 with compressed gas for injecting the particles 3. The compressed gas supply device 11 includes a compressor that compresses an inert gas (carrier gas) such as argon gas, helium gas, and carbon dioxide gas to a predetermined pressure and supplies the compressed gas to the nozzle portion 10 c of the injection device 10.

ガス収容装置１２は、圧縮気体供給装置１１によって圧縮される不活性ガスを収容する手段であり、不活性ガス毎に収容するガスタンク１２ａなどを備えている。ガス収容装置１２には、アルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸ガスなどの不活性ガスをそれぞれ収容するガスタンク１２ａが着脱自在に設置されている。   The gas storage device 12 is a means for storing an inert gas compressed by the compressed gas supply device 11, and includes a gas tank 12a for storing each inert gas. In the gas storage device 12, gas tanks 12a for storing inert gases such as argon gas, helium gas and carbon dioxide gas are detachably installed.

圧縮気体選択装置１３は、噴射装置１０が噴射する圧縮気体の種類を選択する手段である。圧縮気体選択装置１３は、不活性ガスの種類を選択可能なように、ガスタンク１２ａから圧縮気体供給装置１１に不活性ガスを導く管路を開閉する開閉弁１３ａなどを備えている。   The compressed gas selection device 13 is means for selecting the type of compressed gas injected by the injection device 10. The compressed gas selection device 13 includes an on-off valve 13a that opens and closes a pipe that guides the inert gas from the gas tank 12a to the compressed gas supply device 11 so that the type of the inert gas can be selected.

駆動装置１４は、処理対象物２の表面２ａに沿って噴射装置１０を駆動する手段である。駆動装置１４は、例えば、表面２ａが曲面であるときに、この表面２ａと所定の間隔をあけてノズル部１０ｃから粒子３が噴射するように、このノズル部１０ｃを駆動する駆動機構部を備えている。   The drive device 14 is means for driving the injection device 10 along the surface 2 a of the processing object 2. For example, when the surface 2a is a curved surface, the driving device 14 includes a driving mechanism unit that drives the nozzle unit 10c so that the particles 3 are ejected from the nozzle unit 10c at a predetermined interval from the surface 2a. ing.

距離検出装置１５は、処理対象物２の表面２ａと噴射装置１０との距離を検出する手段である。距離検出装置１５は、例えば、ノズル部１０ｃの先端部から光を照射して表面２ａで反射した反射光を受光し、表面２ａとノズル部１０ｃとの相対距離を測定してこの測定結果を距離情報として制御装置１６に出力する光センサなどである。   The distance detection device 15 is a means for detecting the distance between the surface 2 a of the processing object 2 and the injection device 10. The distance detection device 15 receives, for example, reflected light reflected from the surface 2a by irradiating light from the tip of the nozzle portion 10c, measures the relative distance between the surface 2a and the nozzle portion 10c, and determines the measurement result as a distance. An optical sensor that outputs information to the control device 16 is used.

制御装置１６は、表面処理装置５の種々の動作を制御する手段である。制御装置１６は、例えば、位置検出装置７の検出結果に基づいて駆動装置６を制御したり、温度検出装置９の検出結果に基づいて加熱装置８を制御したり、距離検出装置１５の検出結果に基づいて駆動装置１４を制御したり、圧縮気体供給装置１１の動作を制御したり、開閉弁１３ａの開閉動作を制御したり、駆動装置１４の駆動速度（回転速度）を制御したりする。制御装置１６には、駆動装置６と、位置検出装置７と、加熱装置８と、温度検出装置９と、圧縮気体供給装置１１と、圧縮気体選択装置１３と、駆動装置１４と、距離検出装置１５などが接続されている。   The control device 16 is means for controlling various operations of the surface treatment device 5. For example, the control device 16 controls the drive device 6 based on the detection result of the position detection device 7, controls the heating device 8 based on the detection result of the temperature detection device 9, or the detection result of the distance detection device 15. Based on the control, the drive device 14 is controlled, the operation of the compressed gas supply device 11 is controlled, the open / close operation of the on-off valve 13a is controlled, and the drive speed (rotational speed) of the drive device 14 is controlled. The control device 16 includes a drive device 6, a position detection device 7, a heating device 8, a temperature detection device 9, a compressed gas supply device 11, a compressed gas selection device 13, a drive device 14, and a distance detection device. 15 etc. are connected.

設定装置１７は、処理対象物２の処理条件を設定する手段である。設定装置１７は、例えば、処理対象物２の性質及び／又は粒子３の性質に応じて加熱装置８の加熱温度を制御装置１６が制御するように、処理対象物２の最適な処理条件を入力するための入力装置などを備えている。   The setting device 17 is a means for setting processing conditions for the processing object 2. The setting device 17 inputs optimum processing conditions for the processing object 2 such that the control device 16 controls the heating temperature of the heating device 8 according to the properties of the processing object 2 and / or the properties of the particles 3, for example. An input device or the like is provided.

次に、この発明の第１実施形態に係る表面処理装置の動作を説明する。
図４に示す設定装置１７によって処理対象物２の処理条件が設定されると、この処理条件に応じて駆動装置６及び加熱装置８を制御装置１６が動作させる。先ず、処理対象物２の表面温度を温度検出装置９が検出し、処理条件に応じた加熱温度に表面２ａが達するように加熱装置８を制御装置１６が動作させる。その結果、図４に示す駆動装置６の駆動速度（回転速度）を制御装置１６が制御して、表面２ａが所定の加熱温度に達するまで駆動装置６が処理対象物２を回転中心Ｏ回りに矢印方向に連続して回転する。 Next, the operation of the surface treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
When the processing conditions for the processing object 2 are set by the setting device 17 shown in FIG. 4, the control device 16 operates the driving device 6 and the heating device 8 according to the processing conditions. First, the temperature detection device 9 detects the surface temperature of the processing object 2, and the control device 16 operates the heating device 8 so that the surface 2a reaches the heating temperature corresponding to the processing conditions. As a result, the control device 16 controls the driving speed (rotational speed) of the driving device 6 shown in FIG. 4, and the driving device 6 moves the processing object 2 around the rotation center O until the surface 2a reaches a predetermined heating temperature. Rotates continuously in the direction of the arrow.

設定装置１７によって設定された処理条件に応じて制御装置１６が開閉弁１３ａを開閉動作して、処理条件に適したガスタンク１２ａ内の不活性ガスが選択される。選択された不活性ガスを圧縮気体供給装置１１が圧縮してノズル部１０ｃに供給すると、ノズル部１０ｃから粒子３が噴射して、図３（Ｃ）に示すように表面２ａに粒子３が衝突する。このとき、図４に示す表面２ａとノズル部１０ｃの先端部との間の距離を距離検出装置１５が測定し、これらの間の距離が一定になるように制御装置１６が駆動装置１４を動作させる。このため、表面２ａの形状に応じてノズル部１０ｃが可動し、図３（Ｃ）に示すようにこの表面２ａにノズル部１０ｃが均一に粒子３を噴射する。その結果、加熱装置８によって表面２ａが所定の加熱温度で加熱されているため、図３（Ｄ）に示すように処理対象物２と粒子３とが熱化学反応して化合物層４を形成し、この化合物層４によって処理対象物２と粒子３とが結合される。   The control device 16 opens and closes the on-off valve 13a in accordance with the processing conditions set by the setting device 17, and an inert gas in the gas tank 12a suitable for the processing conditions is selected. When the compressed gas supply device 11 compresses the selected inert gas and supplies it to the nozzle portion 10c, the particles 3 are ejected from the nozzle portion 10c, and the particles 3 collide with the surface 2a as shown in FIG. To do. At this time, the distance detection device 15 measures the distance between the surface 2a shown in FIG. 4 and the tip of the nozzle portion 10c, and the control device 16 operates the drive device 14 so that the distance between them is constant. Let For this reason, the nozzle part 10c moves according to the shape of the surface 2a, and as shown in FIG.3 (C), the nozzle part 10c injects the particle | grains 3 uniformly to this surface 2a. As a result, since the surface 2a is heated by the heating device 8 at a predetermined heating temperature, the processing object 2 and the particles 3 react thermochemically to form the compound layer 4 as shown in FIG. The processing object 2 and the particles 3 are bonded by the compound layer 4.

この発明の第１実施形態に係る表面処理材、表面処理方法及び表面処理装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、処理対象物２の表面２ａに分散する粒子３とこの処理対象物２とを結合させるために、この処理対象物２とこの粒子３とを熱化学反応させて化合物層４を形成する。このため、処理対象物２と粒子３との界面に化合物層４を生成させて、この化合物層４によって表面２ａを硬化させて表面２ａの変形を抑制することができる。また、化合物層４によって処理対象物２と粒子３とを密着させ表面２ａから粒子３が脱落するのを抑制することができる。その結果、処理対象物２の表面２ａを被覆する粒子３による被覆層の耐久性を向上させることができる。 The surface treatment material, the surface treatment method, and the surface treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention have the following effects.
(1) In the first embodiment, in order to bond the particles 3 dispersed on the surface 2a of the processing object 2 and the processing object 2, the processing object 2 and the particles 3 are subjected to a thermochemical reaction. Thus, the compound layer 4 is formed. For this reason, the compound layer 4 is produced | generated at the interface of the process target object 2 and the particle | grains 3, and the surface 2a can be hardened by this compound layer 4, and the deformation | transformation of the surface 2a can be suppressed. Moreover, it can suppress that the process target object 2 and the particle | grains 3 are closely_contact | adhered by the compound layer 4, and the particle | grains 3 drop out from the surface 2a. As a result, the durability of the coating layer by the particles 3 that coat the surface 2a of the processing object 2 can be improved.

(2) この第１実施形態では、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子と処理対象物２とを熱化学反応させて化合物層４が形成されている。例えば、所定の温度に加熱された軽金属以外の金属の表面に、スズやアルミなどの金属系粒子と二硫化モリブデンなどの固体潤滑材系粒子とを混合して噴射すると、軽金属以外の金属と金属系粒子とを反応させて金属間化合物及び／又は合金層を容易に生成させることができる。その結果、金属間化合物及び／又は合金層からなる化合物層４によって固体潤滑材系粒子と軽金属以外の金属との密着性及び結合性を向上させることができる。 (2) In the first embodiment, the solid lubricant-based particles, metal-based particles, ceramic-based particles, synthetic resin-based particles or particles obtained by mixing a plurality of these and the object to be treated 2 are subjected to a thermochemical reaction to form the compound layer 4. Is formed. For example, when metal particles such as tin and aluminum and solid lubricant particles such as molybdenum disulfide are mixed and sprayed on the surface of a metal other than light metal heated to a predetermined temperature, the metal and metal other than light metal are injected. An intermetallic compound and / or an alloy layer can be easily generated by reacting with system particles. As a result, the adhesion and bonding between the solid lubricant-based particles and the metal other than the light metal can be improved by the compound layer 4 composed of an intermetallic compound and / or an alloy layer.

(3) この第１実施形態では、処理対象物２の表面２ａが軽金属以外の金属、セラミックス又は樹脂の表面であるときに、これらの金属、セラミックス又は樹脂と粒子３とを熱化学反応させて化合物層４が形成されている。二硫化モリブデンなどの固体潤滑材系粒子をアルミニウムなどの軽金属に噴射する場合には、固体潤滑材系粒子が軽金属に衝突したときに発生する熱によって軽金属と固体潤滑材系粒子とを熱化学反応させて化合物層を形成させ、この化合物層によって固体潤滑材系粒子を軽金属に結合させることができる。しかし、軽金属以外の金属に固体潤滑材系粒子を噴射した場合には、固体潤滑材系粒子が軽金属以外の金属に衝突したときに発生する熱だけでは、軽金属以外の金属と固体潤滑材系粒子とを熱化学反応させて化合物層を形成させることができない。この第１実施形態では、軽金属以外の金属と容易に熱化学反応するスズ３ｂをこの軽金属以外の金属に噴射することによって、化合物層４を簡単に形成することができる。 (3) In the first embodiment, when the surface 2a of the object to be treated 2 is a surface of a metal, ceramics or resin other than light metal, these metals, ceramics or resin and particles 3 are caused to undergo a thermochemical reaction. A compound layer 4 is formed. When injecting solid lubricant particles such as molybdenum disulfide onto a light metal such as aluminum, the chemical reaction between the light metal and the solid lubricant particles is caused by the heat generated when the solid lubricant particles collide with the light metal. Thus, a compound layer is formed, and the solid lubricant-based particles can be bonded to the light metal by the compound layer. However, when solid lubricant particles are sprayed onto a metal other than light metal, the heat generated when the solid lubricant particle collides with a metal other than light metal and the solid lubricant particle with the metal other than light metal And a thermochemical reaction cannot form a compound layer. In the first embodiment, the compound layer 4 can be easily formed by injecting tin 3b that easily thermochemically reacts with a metal other than the light metal onto the metal other than the light metal.

(4) この第１実施形態では、処理対象物２と粒子３とを熱化学反応させるために、この処理対象物２の表面２ａを加熱装置８が加熱し、この表面２ａに粒子３を分散させるために、この表面２に粒子３を噴射装置１０が噴射する。このため、処理対象物２と粒子３とを外部からの加熱によって熱化学反応させて、十分な膜厚の化合物層４を形成することができるとともに、処理対象物２と粒子３との密着性及び結合性を向上させることができる。また、所定の加熱温度に加熱された表面２ａに粒子３を噴射するため、表面２ａに微細な凹凸が形成されて処理対象物２の表面積を増加させることができる。その結果、予め表面２ａをショットピーニング処理する必要がなくなり、密着性が良好な被膜層３を表面２ａに簡単に形成することができる。さらに、従来の表面処理装置のような振動板を収容するホルダが不要になるため、図４に示すような薄板状の円盤の周面や幅の狭い板状体などであっても容易に表面処理することができる。 (4) In the first embodiment, in order to cause the processing object 2 and the particles 3 to undergo a thermochemical reaction, the heating device 8 heats the surface 2a of the processing object 2 and disperses the particles 3 on the surface 2a. For this purpose, the injection device 10 injects the particles 3 onto the surface 2. Therefore, the treatment object 2 and the particles 3 can be thermochemically reacted by heating from the outside to form the compound layer 4 having a sufficient film thickness, and the adhesion between the treatment object 2 and the particles 3. In addition, the binding property can be improved. Moreover, since the particle | grains 3 are injected to the surface 2a heated to predetermined | prescribed heating temperature, a fine unevenness | corrugation is formed in the surface 2a, and the surface area of the process target object 2 can be increased. As a result, it is not necessary to subject the surface 2a to shot peening in advance, and the coating layer 3 having good adhesion can be easily formed on the surface 2a. Further, since a holder for accommodating a diaphragm as in the conventional surface treatment apparatus is not required, even a peripheral surface of a thin plate-like disk or a narrow plate-like body as shown in FIG. Can be processed.

(5) この第１実施形態では、処理対象物２の性質及び／又は粒子３の性質に応じて、加熱装置８の加熱温度を制御装置１６が制御する。このため、処理対象物２や粒子３の材質、形状、大きさなどに応じて加熱温度を制御し、最適な条件で表面２ａを改質することができる。また、従来の表面処理装置のような加熱装置を昇降させるための特別の駆動装置などが不要になり、加熱温度を簡単に制御して表面２ａを効率的に加熱することができるとともに、表面処理装置５が安価になり構造をコンパクトにすることができる。 (5) In the first embodiment, the control device 16 controls the heating temperature of the heating device 8 according to the properties of the processing object 2 and / or the properties of the particles 3. For this reason, it is possible to control the heating temperature in accordance with the material, shape, size, etc. of the processing object 2 and the particles 3 and to modify the surface 2a under optimum conditions. In addition, a special driving device for raising and lowering a heating device such as a conventional surface treatment device is not required, and the surface 2a can be efficiently heated by easily controlling the heating temperature. The apparatus 5 is inexpensive and the structure can be made compact.

(6) この第１実施形態では、噴射装置１０が噴射する圧縮気体の種類を圧縮気体選択装置１３が選択する。このため、処理対象物２の性質や粒子３の性質に応じて粒子３の圧縮気体の種類を任意に選択することができるとともに、圧縮気体の種類が簡単に選択可能になり作業性を向上させることができる。 (6) In the first embodiment, the compressed gas selection device 13 selects the type of compressed gas injected by the injection device 10. For this reason, the type of the compressed gas of the particle 3 can be arbitrarily selected according to the property of the processing object 2 and the property of the particle 3, and the type of the compressed gas can be easily selected to improve workability. be able to.

(7) この第１実施形態では、粒子３を不活性ガスとともに噴射装置１０が噴射し、圧縮気体選択装置１３がこの不活性ガスの種類を選択する。例えば、アルミニウムやチタンなどの金属系粒子を噴射する場合には、表面２ａにこれらの金属系粒子が衝突すると摩擦熱によって空気中の酸素と反応するおそれがある。この第１実施形態では、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスをキャリアガスとして利用することによって、金属と酸素との結合を抑えることができる。その結果、処理対象物２を不活性ガスなどのシールドガスなどによって覆うような高価な装置が不用になって表面処理装置５が簡単で安価な構造になるとともに、処理対象物２の性質や粒子３の性質に応じて任意のキャリアガスを選択することができる。 (7) In the first embodiment, the injection device 10 injects the particles 3 together with the inert gas, and the compressed gas selection device 13 selects the type of the inert gas. For example, when metal-based particles such as aluminum and titanium are jetted, if these metal-based particles collide with the surface 2a, they may react with oxygen in the air due to frictional heat. In the first embodiment, by using an inert gas such as nitrogen gas or argon gas as a carrier gas, the bond between metal and oxygen can be suppressed. As a result, an expensive apparatus that covers the object to be treated 2 with a shielding gas such as an inert gas becomes unnecessary, and the surface treatment apparatus 5 has a simple and inexpensive structure. Arbitrary carrier gas can be selected according to the property of 3.

(8) この第１実施形態では、処理対象物２の表面２ａに沿って駆動装置１４が噴射装置１０を駆動して、表面２ａと噴射装置１０との距離を距離検出装置１５が検出し、距離検出装置１５の検出結果に基づいて駆動装置１４を制御装置１６が制御する。このため、表面２ａが曲面であってもこの表面２ａを略均一に処理することができる。 (8) In the first embodiment, the driving device 14 drives the injection device 10 along the surface 2a of the processing object 2, and the distance detection device 15 detects the distance between the surface 2a and the injection device 10, The control device 16 controls the drive device 14 based on the detection result of the distance detection device 15. For this reason, even if the surface 2a is a curved surface, the surface 2a can be processed substantially uniformly.

（第２実施形態）
図５は、この発明の第２実施形態に係る表面処理材を模式的に示す部分断面図であり、図５（Ａ）は表面処理前の状態を示す部分断面図であり、図５（Ｂ）は表面処理後の状態を示す部分断面図である。以下では、図１〜図４に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing a surface treatment material according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 (A) is a partial cross-sectional view showing a state before the surface treatment, and FIG. ) Is a partial cross-sectional view showing a state after the surface treatment. In the following, the same parts as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図５に示す処理対象物２は、例えば、炭素鋼などの鉄系金属材料を所定の形状に加工して形成されている。粒子３は、二硫化モリブデンなどの固体潤滑材系粒子であり、化合物層４は固体潤滑材系粒子と処理対象物２とを熱化学反応させて形成されている。化合物層４は、例えば、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに固体潤滑材系粒子である二硫化モリブデンを噴射したときに、二硫化モリブデンと軽金属以外の金属とが熱化学反応して形成された化合物であり、二硫化モリブデンと軽金属以外の金属との密着性及び結合性を向上させている。   The processing object 2 shown in FIG. 5 is formed by processing a ferrous metal material such as carbon steel into a predetermined shape, for example. The particles 3 are solid lubricant particles such as molybdenum disulfide, and the compound layer 4 is formed by a thermochemical reaction between the solid lubricant particles and the processing object 2. For example, when the compound layer 4 injects molybdenum disulfide, which is solid lubricant-based particles, onto the surface 2a of the object 2 to be processed, which is a metal other than a light metal, the molybdenum disulfide and the metal other than the light metal undergo a thermochemical reaction. The compound formed in this way improves the adhesion and bonding between molybdenum disulfide and metals other than light metals.

次に、この発明の第２実施形態に係る表面処理方法について説明する。
図６は、この発明の第２実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、図６（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、図６（Ｂ）は加熱工程中の部分断面図であり、図６（Ｃ）は噴射工程中の部分断面図であり、図６（Ｄ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。以下では、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに固体潤滑材系粒子である二硫化モリブデン３ａを噴射して、この表面２ａを処理する場合を例に挙げて説明する。 Next explained is a surface treatment method according to the second embodiment of the invention.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a surface treatment method according to the second embodiment of the present invention, FIG. 6 (A) is a partial sectional view before the surface treatment, and FIG. 6 (B) is a heating step. FIG. 6C is a partial cross-sectional view during the injection process, and FIG. 6D is a partial cross-sectional view after the thermochemical reaction process. Below, the case where the surface 2a of the processing object 2 which is a metal other than a light metal is sprayed onto the surface 2a of the processing object 2 and the surface 2a is treated by way of an example will be described.

図６（Ｃ）に示すように、処理対象物２の表面２ａが所定の加熱温度に達すると、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに二硫化モリブデン３ａが噴射され、表面２ａに衝突した二硫化モリブデン３ａの一部がこの表面２ａに付着する。その結果、図６（Ｄ）に示すように、処理対象物２の表面２ａが所定の加熱温度に加熱されているため、二硫化モリブデン３ａと処理対象物２とが接触する部分が熱化学反応して、化合物が析出し化合物層４が形成される。その結果、二硫化モリブデン３ａと処理対象物２とが化合物層４によって結合されて、処理対象物２の表面２ａに二硫化モリブデン３ａが密着し二硫化モリブデン３ａの残留性が向上する。なお、１回の加熱工程＃１００〜熱化学反応工程＃１０２によって表面２ａを十分に処理できない場合には、図６（Ｄ）に示す状態から処理対象物２が再加熱されて、二硫化モリブデン３ａが再噴射される。その結果、表面２ａを覆う二硫化モリブデン３ａによる被覆層と化合物層４とが厚膜化する。   As shown in FIG. 6C, when the surface 2a of the processing object 2 reaches a predetermined heating temperature, molybdenum disulfide 3a is jetted onto the surface 2a of the processing object 2 that is a metal other than a light metal, and the surface 2a Part of the molybdenum disulfide 3a colliding with the surface adheres to the surface 2a. As a result, as shown in FIG. 6D, since the surface 2a of the processing object 2 is heated to a predetermined heating temperature, the portion where the molybdenum disulfide 3a and the processing object 2 are in contact is subjected to a thermochemical reaction. As a result, the compound is deposited to form the compound layer 4. As a result, the molybdenum disulfide 3a and the object to be treated 2 are bonded by the compound layer 4, and the molybdenum disulfide 3a is in close contact with the surface 2a of the object to be treated 2 so that the persistence of the molybdenum disulfide 3a is improved. If the surface 2a cannot be sufficiently processed by one heating step # 100 to thermochemical reaction step # 102, the object 2 to be processed is reheated from the state shown in FIG. 3a is re-injected. As a result, the coating layer of the molybdenum disulfide 3a covering the surface 2a and the compound layer 4 are thickened.

この発明の第２実施形態には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。この第２実施形態では、軽金属以外の金属である処理対象物２と二硫化モリブデン３ａとを熱化学反応させて化合物層４を形成する。その結果、第１実施形態のようなスズ３ｂなどの軟質金属をバインダとして使用する必要がなくなり、二硫化モリブデン３ａと処理対象物２とをこの化合物層４によって結合させ、二硫化モリブデン３ａの残留性を向上させることができる。   The second embodiment of the present invention has the following effects in addition to the effects of the first embodiment. In the second embodiment, the compound layer 4 is formed by a thermochemical reaction between the processing object 2 that is a metal other than a light metal and the molybdenum disulfide 3a. As a result, it is not necessary to use a soft metal such as tin 3b as in the first embodiment as a binder. Molybdenum disulfide 3a and the object to be treated 2 are bonded by this compound layer 4, and the residual molybdenum disulfide 3a remains. Can be improved.

（第３実施形態）
図７は、この発明の第３実施形態に係る表面処理材を模式的に示す部分断面図であり、図７（Ａ）は表面処理前の状態を示す部分断面図であり、図７（Ｂ）は表面処理後の状態を示す部分断面図である。
図７に示す化合物層４は、硬化処理層１８と粒子３とを熱化学反応させて形成された部分である。硬化処理層１８は、処理対象物２の表面２ａを熱処理して硬化させた部分である。硬化処理層１８は、例えば、炭素鋼（母材）を焼入れ焼もどしして表面２ａをオーステナイト状態まで加熱(Ａ1点以上に加熱)し、この炭素鋼をオーステナイト状態から急冷してマルテンサイトを得る表面焼入れによって形成されている。 (Third embodiment)
FIG. 7 is a partial cross-sectional view schematically showing a surface treatment material according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7A is a partial cross-sectional view showing a state before the surface treatment, and FIG. ) Is a partial cross-sectional view showing a state after the surface treatment.
The compound layer 4 shown in FIG. 7 is a part formed by a thermochemical reaction between the curing layer 18 and the particles 3. The hardened layer 18 is a portion obtained by heat-treating the surface 2a of the object 2 to be treated. The hardened layer 18 includes, for example, quenching and tempering carbon steel (base material) to heat the surface 2a to an austenite state (heat to A 1 point or higher), and quench the carbon steel from the austenite state to form martensite. It is formed by surface quenching.

次に、この発明の第３実施形態に係る表面処理方法について説明する。
図８は、この発明の第３実施形態に係る表面処理方法の工程図である。図９は、この発明の第３実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、図９（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、図９（Ｂ）は硬化処理工程後の部分断面図であり、図９（Ｃ）は加熱工程中の部分断面図であり、図９（Ｄ）は噴射工程中の部分断面図であり、図９（Ｅ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。以下では、固体潤滑材系粒子である二硫化モリブデン３ａと軟質金属系粒子であるスズ３ｂとを混合した粒子３を、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに噴射してこの表面２ａを処理する場合を例に挙げて説明する。 Next explained is a surface treatment method according to the third embodiment of the invention.
FIG. 8 is a process diagram of the surface treatment method according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the surface treatment method according to the third embodiment of the present invention, FIG. 9A is a partial sectional view before the surface treatment, and FIG. 9B is a curing treatment. 9C is a partial cross-sectional view after the process, FIG. 9C is a partial cross-sectional view during the heating process, FIG. 9D is a partial cross-sectional view during the injection process, and FIG. 9E is a thermochemical reaction. It is a fragmentary sectional view after a process. In the following description, particles 3 obtained by mixing molybdenum disulfide 3a, which is a solid lubricant-based particle, and tin 3b, which is a soft metal-based particle, are sprayed onto the surface 2a of the object 2 to be processed, which is a metal other than a light metal. The case of processing 2a will be described as an example.

図８に示す表面処理方法は、硬化処理工程＃２００と、加熱工程＃２０１と、噴射工程＃２０２と、熱化学反応工程＃２０３とを含む。硬化処理工程＃２００は、処理対象物２の表面２ａを熱処理して硬化させる工程である。硬化処理工程＃２００では、所定の焼入れ温度範囲に達するまで表面２ａを加熱した後に、表面２ａが水又は油によって冷却されて、表面２ａがオーステナイト状態から急冷される。その結果、図９（Ｂ）に示すように、表面２ａにマルテンサイト組織が得られ、表面２ａに硬化処理層１８が形成される。   The surface treatment method shown in FIG. 8 includes a curing treatment step # 200, a heating step # 201, a spraying step # 202, and a thermochemical reaction step # 203. The curing process # 200 is a process for curing the surface 2a of the processing object 2 by heat treatment. In the curing process # 200, after the surface 2a is heated until reaching a predetermined quenching temperature range, the surface 2a is cooled by water or oil, and the surface 2a is rapidly cooled from the austenite state. As a result, as shown in FIG. 9B, a martensite structure is obtained on the surface 2a, and the cured layer 18 is formed on the surface 2a.

図８に示す加熱工程＃２０１は、処理対象物２の表面２ａを加熱する工程である。図９（Ｃ）に示すように、硬化処理工程＃２００後の表面２ａを再加熱して、焼入れ後の処理対象物２の表面を焼もどしする。また、処理対象物２の処理条件に応じて表面２ａが所定の加熱温度まで加熱される。   A heating step # 201 shown in FIG. 8 is a step of heating the surface 2a of the processing object 2. As shown in FIG. 9C, the surface 2a after the curing process step # 200 is reheated, and the surface of the processing object 2 after quenching is tempered. Further, the surface 2a is heated to a predetermined heating temperature according to the processing conditions of the processing object 2.

図８に示す噴射工程＃２０２は、硬化処理層１８の表面に粒子３を噴射する工程である。図９（Ｄ）に示すように、硬化処理層１８の表面が所定の加熱温度に達すると、二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとを混合した粒子３が、軽金属以外の金属である処理対象物２の表面２ａに噴射される。その結果、図９（Ｄ）に示すように、硬化処理層１８の表面に衝突した二硫化モリブデン３ａが処理対象物２内に入り込むとともに、この硬化処理層１８の表面に衝突したスズ３ｂが潰れて、硬化処理層１８の表面に二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとが分散し付着する。   The injection process # 202 shown in FIG. 8 is a process of injecting the particles 3 onto the surface of the cured layer 18. As shown in FIG. 9 (D), when the surface of the cured layer 18 reaches a predetermined heating temperature, the particles 2 in which the molybdenum disulfide 3a and the tin 3b are mixed are metals 2 other than light metals. Sprayed onto the surface 2a of the. As a result, as shown in FIG. 9D, the molybdenum disulfide 3a colliding with the surface of the hardened layer 18 enters the object 2 and the tin 3b colliding with the surface of the hardened layer 18 is crushed. Thus, molybdenum disulfide 3a and tin 3b are dispersed and adhered to the surface of the cured layer 18.

図８に示す熱化学反応工程＃２０３は、硬化処理層１８の表面に分散する粒子３とこの硬化処理層１８とを結合させるために、この硬化処理層１８とこの粒子３とを熱化学反応させる工程である。図９（Ｅ）に示すように、硬化処理層１８の表面が所定の加熱温度に加熱されているため、低融点であるスズ３ｂが溶融して、二硫化モリブデン３ａがスズ３ｂに保持された状態になる。また、スズ３ｂと処理対象物２とが熱化学反応してこれらの金属間化合物及び／又は合金層からなる化合物層４が生成され、二硫化モリブデン３ａと処理対象物２とがこの化合物層４によって結合される。その結果、硬化処理層１８の表面に二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂが密着しこれらの残留性が向上する。なお、図８に示す加熱工程＃２０１〜熱化学反応工程＃２０３は、図２に示す加熱工程１０１〜熱化学反応工程＃１０２と同様に必要に応じて繰り返される。   In the thermochemical reaction step # 203 shown in FIG. 8, in order to bond the particles 3 dispersed on the surface of the cured layer 18 and the cured layer 18, the cured layer 18 and the particles 3 are subjected to a thermochemical reaction. It is a process to make. As shown in FIG. 9E, since the surface of the cured layer 18 is heated to a predetermined heating temperature, the tin 3b having a low melting point is melted and the molybdenum disulfide 3a is held by the tin 3b. It becomes a state. Further, the tin 3b and the object 2 to be processed undergo a thermochemical reaction to generate a compound layer 4 composed of these intermetallic compounds and / or alloy layers, and the molybdenum disulfide 3a and the object 2 to be processed become the compound layer 4 Combined by. As a result, molybdenum disulfide 3a and tin 3b are in close contact with the surface of the hardened layer 18 and their persistence is improved. In addition, the heating process # 201 to the thermochemical reaction process # 203 shown in FIG. 8 is repeated as necessary in the same manner as the heating process 101 to the thermochemical reaction process # 102 shown in FIG.

次に、この発明の第３実施形態に係る表面処理装置について説明する。
図１０は、この発明の第３実施形態に係る表面処理装置の側面図である。
図１０に示す表面処理装置５は、冷却装置１９を備えており、この冷却装置１９は加熱装置８によって焼入れ温度に加熱された処理対象物２の表面２ａを冷却する手段である。冷却装置１９は、表面２ａに水又は油などの冷却剤１９ｂを噴射するノズル部１９ａなどを備えている。冷却装置１９は、制御装置１６に接続されており、温度検出装置９の検出結果に基づいて制御装置１６によって制御される。 Next explained is a surface treatment apparatus according to the third embodiment of the invention.
FIG. 10 is a side view of a surface treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention.
The surface treatment apparatus 5 shown in FIG. 10 includes a cooling device 19, which is a means for cooling the surface 2 a of the processing object 2 heated to the quenching temperature by the heating device 8. The cooling device 19 includes a nozzle portion 19a for injecting a coolant 19b such as water or oil onto the surface 2a. The cooling device 19 is connected to the control device 16 and is controlled by the control device 16 based on the detection result of the temperature detection device 9.

次に、この発明の第３実施形態に係る表面処理装置の動作を説明する。
図１０に示す設定装置１７によって処理対象物２の処理条件が設定されると、処理対象物２を駆動装置６が矢印方向に連続して回転しながら、所定の焼入れ温度に達するまで加熱装置８が表面２ａを加熱する。その後に、表面２ａを冷却装置１９が冷却して、図９（Ｂ）に示すように表面２ａにマルテンサイト組織からなる硬化処理層１８が形成される。次に、図１０に示す設定装置１７によって設定された処理条件に応じて、所定の温度に達するまで加熱装置８が表面２ａを再加熱した後に、ガスタンク１２ａ内の不活性ガスが選択されてノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、図９（Ｅ）に示すように、加熱装置８によって硬化処理層１８の表面が所定の加熱温度で加熱されているため、硬化処理層１８と粒子３とが熱化学反応して化合物層４を形成し、この化合物層４によって硬化処理層１８と粒子３とが結合される。 Next, the operation of the surface treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
When the processing conditions of the processing object 2 are set by the setting device 17 shown in FIG. 10, the heating device 8 is rotated until the predetermined quenching temperature is reached while the driving device 6 continuously rotates the processing object 2 in the arrow direction. Heats the surface 2a. Thereafter, the cooling device 19 cools the surface 2a, and a hardened layer 18 composed of a martensite structure is formed on the surface 2a as shown in FIG. 9B. Next, in accordance with the processing conditions set by the setting device 17 shown in FIG. 10, after the heating device 8 reheats the surface 2a until a predetermined temperature is reached, an inert gas in the gas tank 12a is selected and the nozzle Part 10c injects particles 3. As a result, as shown in FIG. 9 (E), since the surface of the cured layer 18 is heated by the heating device 8 at a predetermined heating temperature, the cured layer 18 and the particles 3 react with each other by a thermochemical reaction. The layer 4 is formed, and the cured layer 18 and the particles 3 are bonded by the compound layer 4.

この発明の第３実施形態に係る表面処理材、表面処理方法及び表面処理装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、処理対象物２の表面２ａを熱処理して硬化させて硬化処理層１８を形成している。その結果、表面２ａの硬度が増して表面２ａの変形を抑制することができるとともに、硬化処理層１８の上層に粒子３によって被覆層が形成されるためこの被覆層の耐久性を向上させることができる。 In addition to the effects of the first embodiment, the surface treatment material, the surface treatment method, and the surface treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention have the effects described below.
(1) In the third embodiment, the surface 2a of the processing object 2 is heat-treated and cured to form the cured layer 18. As a result, the hardness of the surface 2a can be increased and deformation of the surface 2a can be suppressed, and the coating layer is formed by the particles 3 on the upper layer of the cured layer 18, so that the durability of the coating layer can be improved. it can.

(2) この第３実施形態では、処理対象物２の表面２ａを焼入れ温度まで加熱装置８が加熱した後に、この表面２ａを冷却装置１９が冷却する。このため、処理対象物２と粒子３とを熱化学反応させるために使用する加熱装置８を熱処理に利用して、表面２ａに硬化処理層１８を簡単に形成することができる。 (2) In the third embodiment, after the heating device 8 heats the surface 2a of the processing object 2 to the quenching temperature, the cooling device 19 cools the surface 2a. For this reason, the hardening process layer 18 can be simply formed in the surface 2a using the heating apparatus 8 used in order to make the process target object 2 and the particle | grains 3 make a thermochemical reaction for heat processing.

（第４実施形態）
図１１は、この発明の第４実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、図１１（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、図１１（Ｂ）は硬化処理工程中の部分断面図であり、図１１（Ｃ）は加熱工程中の部分断面図であり、図１１（Ｄ）は噴射工程中の部分断面図であり、図１１（Ｅ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。 (Fourth embodiment)
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a surface treatment method according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 11 (A) is a partial sectional view before the surface treatment, and FIG. 11 (B) is a curing treatment. FIG. 11C is a partial cross-sectional view during the heating process, FIG. 11D is a partial cross-sectional view during the injection process, and FIG. 11E is a thermochemical reaction. It is a fragmentary sectional view after a process.

図１１に示す硬化処理層１８は、処理対象物２の表面２ａをショットピーニング処理して硬化させた部分である。硬化処理層１８は、例えば、処理対象物２の硬さよりも硬さが大きく（硬さが400HV以上）粒子径が20μm〜400μm程度のショット粒子を速度50m/s〜1000m/sで処理対象物２の表面２ａに多数投射して形成される。このようなショット粒子としては、Al2O3，Zr2O3，SiC，SiNなどのセラミックス粒子、SKH(ハイス又は高速度鋼）、WC-Co(超硬合金)、鋳鋼、鉄鋼などの硬質粒子又はこれらを複数混合した粒子を使用することが好ましい。 The cured layer 18 shown in FIG. 11 is a portion obtained by performing a shot peening treatment on the surface 2a of the processing object 2 and curing it. The hardened layer 18 is, for example, a shot object having a hardness larger than the hardness of the object 2 to be processed (hardness of 400 HV or more) and a particle diameter of about 20 μm to 400 μm at a speed of 50 m / s to 1000 m / s. A large number of projections are formed on the surface 2a of the two. Such shot particles include ceramic particles such as Al 2 O 3 , Zr 2 O 3 , SiC and SiN, hard materials such as SKH (high-speed or high-speed steel), WC-Co (hard metal), cast steel, and steel. It is preferable to use particles or particles obtained by mixing a plurality of these.

次に、この発明の第４実施形態に係る表面処理方法について説明する。
図１１に示す表面処理方法は、図８に示す表面処理方法の硬化処理工程＃２００のみが異なる。図１１（Ｂ）に示す硬化処理工程は、図９（Ｂ）に示す処理対象物２の表面２ａを熱処理して硬化させる硬化処理工程＃２００とは異なり、この表面２ａをショットピーニング処理して硬化させる工程である。この硬化処理工程は、図１１（Ｂ）に示すように、処理対象物２の表面２ａにショット粒子１８ａを投射してショットピーニング処理面を形成する冷間加工法による表面硬化処理工程である。この硬化処理工程では、ショット粒子１８ａを処理対象物２の表面２ａに多数投射して、適度な表面粗さを与えて凹部を形成し硬化処理層１８を形成する。 Next explained is a surface treatment method according to the fourth embodiment of the invention.
The surface treatment method shown in FIG. 11 differs only in the curing treatment step # 200 of the surface treatment method shown in FIG. The curing treatment step shown in FIG. 11B is different from the curing treatment step # 200 in which the surface 2a of the processing object 2 shown in FIG. It is a step of curing. As shown in FIG. 11 (B), this hardening treatment step is a surface hardening treatment step by a cold working method in which shot particles 18a are projected onto the surface 2a of the treatment object 2 to form a shot peening treatment surface. In this curing treatment step, a large number of shot particles 18a are projected onto the surface 2a of the object to be treated 2 to give an appropriate surface roughness to form recesses and form the cured layer 18.

次に、この発明の第４実施形態に係る表面処理装置について説明する。
図１２は、この発明の第４実施形態に係る表面処理装置の側面図である。
図１２に示す表面処理装置５は、ショットピーニング処理装置２０と圧縮気体供給装置２１とを備えている。ショットピーニング処理装置２０は、処理対象物２の表面２ａにショット粒子１８ａを投射する手段である。ショットピーニング処理装置２０は、図１２に示すように、ショット粒子１８ａを収容するショット粒子収容部２０ａと、ショット粒子収容部２０ａからノズル部２０ｃにショット粒子１８ａを供給する供給管路２０ｂと、圧縮気体とともにショット粒子１８ａを噴射するノズル部２０ｃと、ノズル部２０ｃから噴射されて表面２ａに衝突したショット粒子１８ａを受け止めて回収するショット粒子回収部２０ｄと、ショット粒子回収部２０ｄからショット粒子収容部２０ａにショット粒子１８ａを回収する回収管路２０ｅとを備えている。圧縮気体供給装置２１は、ショット粒子３を噴射する圧縮気体を噴射装置１０に供給する手段である。圧縮気体供給装置２１は、制御装置１６に接続されており制御装置１６によって制御される。 Next explained is a surface treating apparatus according to the fourth embodiment of the invention.
FIG. 12 is a side view of a surface treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
The surface treatment apparatus 5 shown in FIG. 12 includes a shot peening treatment apparatus 20 and a compressed gas supply apparatus 21. The shot peening processing apparatus 20 is means for projecting shot particles 18 a onto the surface 2 a of the processing object 2. As shown in FIG. 12, the shot peening treatment apparatus 20 includes a shot particle storage unit 20a that stores the shot particles 18a, a supply line 20b that supplies the shot particles 18a from the shot particle storage unit 20a to the nozzle unit 20c, and a compression Nozzle part 20c for injecting shot particles 18a together with gas, shot particle recovery part 20d for receiving and recovering shot particles 18a injected from nozzle part 20c and colliding with surface 2a, and shot particle storage part from shot particle recovery part 20d 20a is provided with a recovery conduit 20e for recovering the shot particles 18a. The compressed gas supply device 21 is means for supplying the injection device 10 with compressed gas for injecting the shot particles 3. The compressed gas supply device 21 is connected to the control device 16 and controlled by the control device 16.

次に、この発明の第４実施形態に係る表面処理装置の動作を説明する。
図１２に示す設定装置１７によって処理対象物２の処理条件が設定されると、処理対象物２を駆動装置６が矢印方向に連続して回転しながら、ショットピーニング処理装置２０がショット粒子１８ａを処理対象物２の表面２ａに投射して、図１１（Ｂ）に示すようにこの表面２ａに硬化処理層１８を形成する。次に、図１２に示す設定装置１７によって設定された処理条件に応じて、処理対象物２を駆動装置６が矢印方向に連続して回転しながら、所定の温度に達するまで加熱装置８が表面２ａを加熱し、ガスタンク１２ａ内の不活性ガスが選択されてノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、図１１（Ｅ）に示すように、硬化処理層１８と粒子３とが熱化学反応して化合物層４を形成し、この化合物層４によって硬化処理層１８と粒子３とが結合される。 Next, the operation of the surface treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
When the processing conditions of the processing object 2 are set by the setting device 17 shown in FIG. 12, the shot peening processing device 20 moves the shot particles 18a while the driving device 6 continuously rotates the processing object 2 in the arrow direction. It projects on the surface 2a of the process target object 2, and forms the hardening process layer 18 in this surface 2a, as shown in FIG.11 (B). Next, according to the processing conditions set by the setting device 17 shown in FIG. 12, the heating device 8 is kept on the surface until the predetermined temperature is reached while the driving device 6 continuously rotates the processing object 2 in the arrow direction. 2a is heated, the inert gas in the gas tank 12a is selected, and the nozzle part 10c injects the particle | grains 3. FIG. As a result, as shown in FIG. 11E, the cured layer 18 and the particles 3 are thermochemically reacted to form the compound layer 4, and the cured layer 18 and the particles 3 are bonded by the compound layer 4. The

この発明の第４実施形態に係る表面処理材、表面処理方法及び表面処理装置には、第１実施形態〜第３実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第４実施形態では、処理対象物２の表面２ａをショットピーニング処理して硬化させて硬化処理層１８を形成している。その結果、表面２ａに微細な凹凸が形成されて処理対象物２の表面積を増加させることができるため、この硬化処理層１８と粒子３との密着性を向上させることができる。 In addition to the effects of the first to third embodiments, the surface treatment material, the surface treatment method, and the surface treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention have the following effects.
In the fourth embodiment, the surface 2a of the processing object 2 is shot peened and cured to form the cured layer 18. As a result, fine irregularities are formed on the surface 2a and the surface area of the object to be processed 2 can be increased, so that the adhesion between the cured layer 18 and the particles 3 can be improved.

（第５実施形態）
図１３は、この発明の第５実施形態に係る表面処理方法の工程図である。図１４は、この発明の第５実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、図１４（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、図１４（Ｂ）は加熱工程中の部分断面図であり、図１４（Ｃ）は噴射工程中の部分断面図であり、図１４（Ｄ）は熱化学反応工程後の部分断面図であり、図１４（Ｅ）は硬化処理工程後の部分断面図である。なお、図１３に示す工程のうち図２に示す工程と同様の工程については対応する番号を付して詳細な説明を省略する。 (Fifth embodiment)
FIG. 13 is a process diagram of the surface treatment method according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a surface treatment method according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 14 (A) is a partial sectional view before the surface treatment, and FIG. 14 (B) is a heating step. 14 (C) is a partial cross-sectional view during the injection process, FIG. 14 (D) is a partial cross-sectional view after the thermochemical reaction process, and FIG. 14 (E) is a curing process. It is a fragmentary sectional view after a process. Of the steps shown in FIG. 13, the same steps as those shown in FIG.

図１３に示す硬化処理工程＃３０３は、処理対象物２の表面２ａを熱処理して硬化させる工程であり、図８に示す硬化処理工程＃２００とは異なり熱化学反応工程＃３０２の後に表面２ａを熱処理して硬化させる。図１０に示す処理対象物２を駆動装置６が矢印方向に回転しながら、粒子３によって被覆された被覆層の表面を所定の焼入れ温度に達するまで加熱装置８が加熱する。このとき、被覆層などが劣化しないような焼入れ温度及び焼入れ時間によって加熱装置８がこの被覆層の表面を加熱するように、制御装置１６が加熱装置８を制御する。その後、被覆層の表面を冷却装置１９が冷却して、図１４（Ｅ）に示すように処理対象物２の表面２ａにマルテンサイト組織からなる硬化処理層１８が形成される。この第５実施形態には、第３実施形態及び第４実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。この第５実施形態では、熱化学反応工程＃３０２後の硬化処理工程＃３０３によって処理対象物２が加熱される。このため、熱化学反応工程＃３０２によって生成された表層のスズ３ｂが溶融し、下層の二硫化モリブデン３ａ及びスズ３ｂとの密着性及び結合性を強化させることができる。   The curing process step # 303 shown in FIG. 13 is a process in which the surface 2a of the processing object 2 is heat-treated and cured, and unlike the curing process step # 200 shown in FIG. 8, the surface 2a is placed after the thermochemical reaction step # 302. Is cured by heat treatment. The heating device 8 heats the surface of the coating layer covered with the particles 3 until the predetermined quenching temperature is reached while the driving device 6 rotates the processing object 2 shown in FIG. 10 in the direction of the arrow. At this time, the control device 16 controls the heating device 8 so that the heating device 8 heats the surface of the coating layer at a quenching temperature and a quenching time that do not deteriorate the coating layer. Thereafter, the cooling device 19 cools the surface of the coating layer, and a hardened layer 18 having a martensite structure is formed on the surface 2a of the object 2 as shown in FIG. The fifth embodiment has the following effects in addition to the effects of the third embodiment and the fourth embodiment. In the fifth embodiment, the processing object 2 is heated by the curing process step # 303 after the thermochemical reaction step # 302. For this reason, the surface tin 3b produced by the thermochemical reaction step # 302 is melted, and the adhesion and bonding with the lower molybdenum disulfide 3a and tin 3b can be enhanced.

（第６実施形態）
図１５は、この発明の第６実施形態に係る表面処理方法の工程図である。図１６は、この発明の第６実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、図１６（Ａ）は表面処理前の断面図であり、図１６（Ｂ）は加熱工程中の断面図であり、図１６（Ｃ）は噴射工程中の断面図であり、図１６（Ｄ）は熱化学反応工程後の断面図であり、図１６（Ｅ）は冷却工程中の断面図である。なお、図１５に示す工程のうち図２に示す工程と同様の工程については対応する番号を付して詳細な説明を省略する。 (Sixth embodiment)
FIG. 15 is a process diagram of the surface treatment method according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a surface treatment method according to a sixth embodiment of the present invention, FIG. 16 (A) is a cross-sectional view before the surface treatment, and FIG. 16 (B) is during the heating step. 16C is a cross-sectional view during the injection process, FIG. 16D is a cross-sectional view after the thermochemical reaction process, and FIG. 16E is a cross-sectional view during the cooling process. It is. Of the steps shown in FIG. 15, steps similar to those shown in FIG. 2 are given the corresponding numbers, and detailed description thereof is omitted.

図１５に示す加熱工程＃４００は、処理対象物２の表面２ａを熱処理して硬化させるために、この処理対象物２の表面２ａを所定の加熱温度で加熱する工程である。その結果、図１６（Ｂ）に示すように、所定の加熱温度（焼入れ温度）に達するまで表面２ａを加熱してこの表面２ａを熱処理し硬化させ、この表面２ａに硬化処理層１８が形成される。図１５に示す冷却工程＃４０３は、処理対象物２の表面２ａを硬化させるためにこの表面２ａを冷却する工程である。図１６（Ｄ）に示すように、粒子３によって被覆された処理対象物２に水や油などの冷却剤１９ｂを噴射してこの処理対象物２を冷却し、この表面２ａに硬化処理層１８が形成される。   The heating step # 400 shown in FIG. 15 is a step of heating the surface 2a of the processing object 2 at a predetermined heating temperature in order to heat-treat and harden the surface 2a of the processing object 2. As a result, as shown in FIG. 16B, the surface 2a is heated to reach a predetermined heating temperature (quenching temperature), and the surface 2a is heat-treated to be cured, and a cured layer 18 is formed on the surface 2a. The A cooling step # 403 shown in FIG. 15 is a step of cooling the surface 2a in order to cure the surface 2a of the processing object 2. As shown in FIG. 16D, a coolant 19b such as water or oil is sprayed onto the processing object 2 covered with the particles 3 to cool the processing object 2, and the hardened layer 18 is applied to the surface 2a. Is formed.

次に、この発明の第６実施形態に係る表面処理装置について説明する。
図１７は、この発明の第６実施形態に係る表面処理装置の側面図である。
図１７に示す噴射装置１０は、水又は油などの冷却剤１９ｂと粒子３とを分離する分離部１０ｆを備えており、分離部１０ｆは粒子回収部１０ｄが回収した粒子３と冷却剤１９ｂとの混合物を粒子３と冷却剤１９ｂとに分離して、粒子３を粒子収容部１０ａに戻すとともに冷却剤１９ｂを冷却装置１９に戻す。冷却装置１９は、粒子３を噴射するノズル部１０ｃと並列に、冷却剤１９ｂを噴射するノズル部１９ａを備えている。 Next, a surface treatment apparatus according to the sixth embodiment of the invention will be described.
FIG. 17 is a side view of a surface treatment apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
The injection device 10 shown in FIG. 17 includes a separation unit 10f that separates the coolant 19b such as water or oil and the particles 3, and the separation unit 10f includes the particles 3 and the coolant 19b collected by the particle recovery unit 10d. Are separated into the particles 3 and the coolant 19b, the particles 3 are returned to the particle storage portion 10a, and the coolant 19b is returned to the cooling device 19. The cooling device 19 includes a nozzle portion 19a for injecting the coolant 19b in parallel with the nozzle portion 10c for injecting the particles 3.

次に、この発明の第６実施形態に係る表面処理装置の動作を説明する。
図１７に示す設定装置１７によって処理対象物２の処理条件が設定されると、処理対象物２を駆動装置６が矢印方向に連続して回転するとともに、図１６（Ｂ）に示すように所定の焼入れ温度に達するまで加熱装置８が表面２ａを加熱する。次に、図１７に示す設定装置１７によって設定された処理条件に応じてガスタンク１２ａ内の不活性ガスが選択され、ノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、図１６（Ｃ）に示すように、表面２ａが粒子３によって被覆されるとともに、図１６（Ｄ）に示すように処理対象物２と粒子３とが熱化学反応して化合物層４が形成される。また、図１６（Ｅ）に示すように、粒子３によって被覆された被覆層の表面を図１７に示す冷却装置１９が冷却して、処理対象物２の表面２ａにマルテンサイト組織からなる硬化処理層１８が形成される。 Next, the operation of the surface treatment apparatus according to the sixth embodiment of the invention will be described.
When the processing conditions of the processing object 2 are set by the setting device 17 shown in FIG. 17, the driving device 6 continuously rotates the processing object 2 in the direction of the arrow, and the predetermined condition as shown in FIG. The heating device 8 heats the surface 2a until the quenching temperature is reached. Next, an inert gas in the gas tank 12 a is selected according to the processing conditions set by the setting device 17 shown in FIG. 17, and the nozzle portion 10 c injects the particles 3. As a result, as shown in FIG. 16 (C), the surface 2a is covered with the particles 3, and as shown in FIG. Is formed. Further, as shown in FIG. 16 (E), the surface of the coating layer coated with the particles 3 is cooled by the cooling device 19 shown in FIG. 17, and the surface 2a of the processing object 2 is hardened with a martensite structure. Layer 18 is formed.

この発明の第６実施形態に係る表面処理材、表面処理方法及び表面処理装置には、第３実施形態〜第５実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第６実施形態では、熱化学反応工程＃４０２の前に、処理対象物２の表面２ａを熱処理して硬化させるためにこの表面２ａを所定の加熱温度で加熱するとともに、熱化学反応工程＃４０２の後に、この表面２ａを硬化させるためにこの表面２ａを冷却する。その結果、処理対象物２と粒子３とを化合部層４によって結合させる処理工程と、硬化処理層１８を形成するための熱処理工程とを略同時に行うことができるため、表面処理に要する時間を短縮化することができる。 In addition to the effects of the third to fifth embodiments, the surface treatment material, the surface treatment method, and the surface treatment apparatus according to the sixth embodiment of the present invention have the effects described below.
In the sixth embodiment, before the thermochemical reaction step # 402, the surface 2a of the object to be processed 2 is heated at a predetermined heating temperature in order to heat-treat and harden the surface 2a, and the thermochemical reaction step # is performed. After 402, the surface 2a is cooled to cure the surface 2a. As a result, the processing step for bonding the processing object 2 and the particles 3 by the compounding portion layer 4 and the heat treatment step for forming the cured processing layer 18 can be performed substantially simultaneously. It can be shortened.

（第７実施形態）
図１８は、この発明の第７実施形態に係る表面処理装置の正面図である。図１９は、この発明の第７実施形態に係る表面処理装置の側面図であり、図１９（Ａ）は加熱装置の側面図であり、図１９（Ｂ）は噴射装置の側面図であり、図１９（Ｃ）は冷却装置の側面図である。 (Seventh embodiment)
FIG. 18 is a front view of a surface treatment apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 19 is a side view of a surface treatment apparatus according to a seventh embodiment of the present invention, FIG. 19A is a side view of a heating apparatus, and FIG. 19B is a side view of an injection apparatus. FIG. 19C is a side view of the cooling device.

図１７及び図１８に示す車輪Ｗは、摩擦抵抗を受けるフランジ面Ｗ2が表面処理された鉄道用部材であり、鉄道用レールと回転接触する鉄道用車輪である。車輪Ｗは、レールＲの頭頂面と接触して摩擦抵抗を受ける踏面Ｗ1と、鉄道車両が急曲線を通過するときに外軌側のレールの頭側面と接触して摩擦抵抗を受けるフランジ面Ｗ2を備えている。フランジ面Ｗ2は、図１９に示すように、粒子３と、化合物層４と、硬化処理層１８などを備えている。 The wheel W shown in FIGS. 17 and 18 is a railway member having a flange surface W 2 that receives frictional resistance and is surface-treated, and is a railway wheel that is in rotational contact with the rail for rail. The wheel W includes a tread surface W 1 that is in contact with the top surface of the rail R and receives friction resistance, and a flange surface that is in contact with the head side surface of the rail on the outer gauge side and receives friction resistance when the railway vehicle passes a sharp curve. W 2 is provided. As shown in FIG. 19, the flange surface W 2 includes particles 3, a compound layer 4, a curing treatment layer 18, and the like.

表面処理装置５は、フランジ面Ｗ2を加熱するとともにこのフランジ面Ｗ2に粒子３を噴射して、このフランジ面Ｗ2を処理する装置である。表面処理装置５は、一対の車輪Ｗのそれぞれに対応して配置されており、以下では一方の側の表面処理装置について説明し、他方の側の表面処理装置については説明を省略する。表面処理装置５は、図１８及び図１９に示すように、加熱装置８と、温度検出装置９と、噴射装置１０と、圧縮気体供給装置１１と、ガス収容装置１２と、圧縮気体選択装置１３と、制御装置１６と、設定装置１７と、冷却装置１９と、回転装置２２と、回転検出装置２３などを備えている。 Surface treatment apparatus 5 by injecting particles 3 on the flange surface W 2 with heating the flange surface W 2, an apparatus for processing the flange surface W 2. The surface treatment apparatus 5 is disposed corresponding to each of the pair of wheels W. Hereinafter, the surface treatment apparatus on one side will be described, and description of the surface treatment apparatus on the other side will be omitted. As shown in FIGS. 18 and 19, the surface treatment device 5 includes a heating device 8, a temperature detection device 9, an injection device 10, a compressed gas supply device 11, a gas storage device 12, and a compressed gas selection device 13. A control device 16, a setting device 17, a cooling device 19, a rotating device 22, a rotation detecting device 23, and the like.

回転装置２２は、車輪Ｗを回転させる装置であり、回転体２２ａ，２２ｂと、回転駆動部２２ｃと、昇降駆動部２２ｄなどを備えている。回転体２２ａ，２２ｂは、車輪Ｗと回転接触するローラであり、レールＲの端部Ｒ3と端部Ｒ4との間のレール分断部Ｒ5に配置されている。回転駆動部２２ｃは、回転体２２ａ，２２ｂの外周面を車輪Ｗの踏面Ｗ1に接触させた状態でこれらの回転体２２ａ，２２ｂを回転駆動させる装置である。昇降駆動部２２ｄは、回転体２２ａ，２２ｂを昇降駆動させる装置であり、車輪Ｗを表面処理するときには回転体２２ａ，２２ｂを上昇させて踏面Ｗ1に接触させ、車輪Ｗの表面処理を終了したときには回転体２２ａ，２２ｂを下降させて踏面Ｗ1から離間させる。回転駆動部２２ｃ及び昇降駆動部２２ｄは、制御装置１６に接続されており制御装置１６によって制御される。回転検出装置２３は、車輪Ｗの回転を検出する手段である。回転検出装置２３は、例えば、回転体２２ａ，２２ｂの回転数に基づいて車輪Ｗの回転位置（回転角度）を検出し、この検出結果を回転位置情報として制御装置１６に出力するエンコーダなどである。 The rotating device 22 is a device that rotates the wheel W, and includes rotating bodies 22a and 22b, a rotation driving unit 22c, a lift driving unit 22d, and the like. Rotator 22a, 22b is a roller that rotates in contact with the wheel W, and is disposed on the rail divided portion R 5 between the end R 3 and the end portion R 4 of the rail R. Rotary drive unit 22c is a rotating member 22a, 22b device rotationally driving these rotating bodies 22a, 22b in a state in contact with the tread surface W 1 of the wheel W to the outer peripheral surface of the. Elevation drive unit 22d is rotating body 22a, a device for lifting drive the 22b, rotating body 22a, 22b is raised into contact with the tread surface W 1 a when the surface treatment of the wheel W, and terminates the surface treatment of the wheel W sometimes the rotating body 22a, 22b and is lowered to separate from the tread surface W 1. The rotation drive unit 22 c and the lift drive unit 22 d are connected to the control device 16 and controlled by the control device 16. The rotation detection device 23 is means for detecting the rotation of the wheel W. The rotation detection device 23 is, for example, an encoder that detects the rotation position (rotation angle) of the wheel W based on the number of rotations of the rotating bodies 22a and 22b and outputs the detection result to the control device 16 as rotation position information. .

次に、この発明の第７実施形態に係る表面処理装置の動作を説明する。
図１８に示すように、レールＲに沿って車輪Ｗが転がりながら移動してレール分断部Ｒ5に位置したときに、回転装置２２を制御装置１６が動作させる。その結果、昇降駆動部２２ｄが回転体２２ａ，２２ｂを上昇させて車輪Ｗと接触させるとともに、設定装置１７によって設定された処理条件に応じて、回転駆動部２２ｃが回転体２２ａ，２２ｂを回転させて車輪Ｗを矢印方向に回転させる。 Next, the operation of the surface treatment apparatus according to the seventh embodiment of the invention will be described.
As shown in FIG. 18, when the wheel W moves along the rail R and moves and is positioned at the rail dividing portion R 5 , the control device 16 operates the rotating device 22. As a result, the elevating drive unit 22d raises the rotating bodies 22a and 22b to contact the wheels W, and the rotation driving unit 22c rotates the rotating bodies 22a and 22b according to the processing conditions set by the setting device 17. To rotate the wheel W in the direction of the arrow.

化合物層４をフランジ面Ｗ2に形成する場合には、図１８に示す設定装置１７によって設定された処理条件に応じて、回転装置２２が車輪Ｗを連続して回転させる。そして、図１９（Ａ）に示すように、フランジ面Ｗ2の全周が所定の加熱温度に達するまで加熱装置８がフランジ面Ｗ2を加熱すると、処理条件に適したガスタンク１２ａ内の不活性ガスが選択される。その結果、図１９（Ｂ）に示すように、ノズル部１０ｃが粒子３を噴射して、フランジ面Ｗ2に化合物層４が形成され車輪Ｗと粒子３とが化合物層４によって結合される。 When the compound layer 4 is formed on the flange surface W 2 , the rotating device 22 continuously rotates the wheels W according to the processing conditions set by the setting device 17 shown in FIG. Then, as shown in FIG. 19A, when the heating device 8 heats the flange surface W 2 until the entire circumference of the flange surface W 2 reaches a predetermined heating temperature, the inertness in the gas tank 12a suitable for the processing conditions is obtained. A gas is selected. As a result, as shown in FIG. 19B, the nozzle portion 10 c injects the particles 3, the compound layer 4 is formed on the flange surface W 2 , and the wheel W and the particles 3 are combined by the compound layer 4.

硬化処理層１８をフランジ面Ｗ2に形成した後にこの硬化処理層１８の表面に化合物層４を形成する場合には、図１８に示す回転装置２２が車輪Ｗを連続して回転させる。そして、図１９（Ａ）に示すように所定の焼入れ温度範囲に達するまで加熱装置８がフランジ面Ｗ2の全周を加熱し、図１９（Ｃ）に示すように冷却装置１９が冷却剤１９ｂを噴射してフランジ面Ｗ2を冷却する。その結果、図１９（Ｃ）に示すようにフランジ面Ｗ2の全周に硬化処理層１８が形成される。次に、回転装置２２が車輪Ｗを連続して回転させ、図９（Ｃ）に示すように硬化処理層１８の表面を所定の加熱温度に達するまで加熱装置８が再加熱するとともに、図９（Ｄ）に示すようにノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、図９（Ｅ）に示すように、硬化処理層１８の表面に化合物層４が形成され、粒子３と硬化処理層１８とが化合物層４によって結合される。 In the case of forming the compound layer 4 on the surface of the hardened layer 18 hardened layer 18 after forming the flange surface W 2, the rotation device 22 shown in FIG. 18 is rotated continuously wheels W. Then, the heating device 8 heats the entire circumference of the flange surface W 2 until the predetermined quenching temperature range is reached as shown in FIG. 19 (A), and the cooling device 19 becomes the coolant 19b as shown in FIG. 19 (C). To cool the flange surface W 2 . As a result, hardened layer 18 on the entire circumference of the flange surface W 2 as shown in FIG. 19 (C) is formed. Next, the rotating device 22 continuously rotates the wheel W, and the heating device 8 reheats the surface of the cured layer 18 until a predetermined heating temperature is reached as shown in FIG. As shown in (D), the nozzle portion 10 c injects the particles 3. As a result, as shown in FIG. 9E, the compound layer 4 is formed on the surface of the cured layer 18, and the particles 3 and the cured layer 18 are bonded to each other by the compound layer 4.

化合物層４をフランジ面Ｗ2に形成した後に硬化処理層１８をフランジ面Ｗ2に形成する場合には、図１８に示す回転装置２２が車輪Ｗを連続して回転させながら、図１９（Ａ）に示すようにフランジ面Ｗ2を所定の加熱温度に達するまで加熱装置８が加熱するとともに、図１９（Ｂ）に示すようにノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、フランジ面Ｗ2に粒子３が衝突し、このフランジ面Ｗ2に化合物層４が形成され、車輪Ｗと粒子３とが化合物層４によって結合される。次に、図１８に示す回転装置２２が車輪Ｗを連続して回転させ、粒子３によって被覆されたフランジ面Ｗ2を加熱装置８が所定の焼入れ温度範囲に達するまで加熱する。その後に、冷却装置１９が冷却剤１９ｂを噴射して粒子３によって被覆されたフランジ面Ｗ2を冷却すると、図１４（Ｅ）に示すようにフランジ面Ｗ2が熱処理されてフランジ面Ｗ2に硬化処理層１８が形成される。 When the cured layer 18 is formed on the flange surface W 2 after the compound layer 4 is formed on the flange surface W 2 , the rotating device 22 shown in FIG. with heating device 8 a flange surface W 2 to reach a predetermined heating temperature is heated as shown in), a nozzle portion 10c as shown in FIG. 19 (B) injecting the particles 3. As a result, particles 3 collides with the flange surface W 2, compound layer 4 on the flange surface W 2 is formed, the wheel W and the particles 3 are bound by the compound layer 4. Next, the rotating device 22 shown in FIG. 18 continuously rotates the wheel W to heat the flange surface W 2 covered with the particles 3 until the heating device 8 reaches a predetermined quenching temperature range. Thereafter, the cooling device 19 cools the flange surface W 2 covered by and the particles 3 injected coolant 19b, the flange surface W 2 flange surface W 2 is heat-treated as shown in FIG. 14 (E) A cured layer 18 is formed.

化合物層４及び硬化処理層１８をフランジ面Ｗ2に略同時に形成する場合には、図１８に示す回転装置２２が車輪Ｗを連続して回転させながら、図１９（Ａ）に示すように所定の焼入れ温度範囲に達するまで加熱装置８がフランジ面Ｗ2の全周を加熱する。次に、図１９（Ｂ）に示すように、ノズル部１０ｃが粒子３を噴射するとともに、図１９（Ｃ）に示すように冷却装置１９が冷却剤１９ｂを噴射してフランジ面Ｗ2を冷却する。その結果、図１６（Ｅ）に示すように、フランジ面Ｗ2が熱処理されてフランジ面Ｗ2に硬化処理層１８が形成されるとともに、この硬化処理層１８の表面に化合物層４が形成され、硬化処理層１８と粒子３とが化合物層４によって結合される。 When the compound layer 4 and the cured layer 18 are formed on the flange surface W 2 at substantially the same time, the rotating device 22 shown in FIG. 18 rotates the wheel W continuously, as shown in FIG. heater 8 heats the entire circumference of the flange surface W 2 until it reaches the quenching temperature range. Next, as shown in FIG. 19 (B), together with the nozzle portion 10c injects particles 3, the flange surface W 2 cooling device 19 by ejecting coolant 19b as shown in FIG. 19 (C) Cooling To do. As a result, as shown in FIG. 16E, the flange surface W 2 is heat-treated to form the cured layer 18 on the flange surface W 2 , and the compound layer 4 is formed on the surface of the cured layer 18. The cured layer 18 and the particles 3 are bonded by the compound layer 4.

なお、図１８に示すように、フランジ面Ｗ2で反射して粒子回収部１０ｄ内に回収された粒子３及び冷却剤１９ｂは回収管路１０ｅを通じて吸引されそれぞれ回収される。フランジ面Ｗ2の表面処理を終了する場合には、回転駆動部２２ｃが回転体２２ａ，２２ｂの回転を停止させて昇降駆動部２２ｄが回転体２２ａ，２２ｂを下降させると、車輪Ｗが回転体２２ａ，２２ｂから離間する。そして、表面処理後の車輪ＷがレールＲに沿って転がりながら移動してレール分断部Ｒ5から離れると、次の車輪Ｗがレール分断部Ｒ5に位置し同様の表面処理動作が繰り返される。 Incidentally, as shown in FIG. 18, the flange surface W 2 in reflected and particle recovery section 10d recovered particles 3 and coolant within 19b are respectively collected is sucked through the recovery pipe 10e. To terminate the surface treatment of the flange surface W 2, when the rotary drive unit 22c is rotating body 22a, the lift drive unit 22d stops the rotation of 22b to lower the rotating member 22a, 22b, the wheel W is rotating body Separated from 22a and 22b. When the surface-treated wheel W moves along the rail R and moves away from the rail dividing portion R 5 , the next wheel W is positioned at the rail dividing portion R 5 and the same surface treatment operation is repeated.

この発明の第７実施形態に係る表面処理材、表面処理方法及び表面処理装置には、第１実施形態〜第６実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第７実施形態では、フランジ面Ｗ2に化合物層４を形成し、車輪Ｗと粒子３とをこの化合物層４によって結合する。このため、フランジ面Ｗ2が受ける摩擦抵抗が緩和されるため、鉄道車両が急曲線を通過するときにフランジ面Ｗ2とレールＲの頭側面とが激しく接触しても、フランジ面Ｗ2が磨耗するのを低減することができる。例えば、規定の走行距離を列車が走行した後に電車区などの車両基地で車両を停車させて表面処理をすることができる。また、従来の鉄道用車輪のように踏面Ｗ1の形状の変化を防止するために、車輪Ｗを定期的に削正して踏面Ｗ1の形状を整える大規模な作業が必要なくなるため、保守コストを低減することができるとともに、脱線の防止に役立てることができる。 The surface treatment material, the surface treatment method, and the surface treatment apparatus according to the seventh embodiment of the present invention have the following effects in addition to the effects of the first to sixth embodiments.
In the seventh embodiment, the compound layer 4 is formed on the flange surface W 2 , and the wheel W and the particle 3 are bonded by the compound layer 4. For this reason, since the frictional resistance received by the flange surface W 2 is relaxed, even if the flange surface W 2 and the head side surface of the rail R come into intense contact when the railway vehicle passes a sharp curve, the flange surface W 2 Abrasion can be reduced. For example, the surface treatment can be performed by stopping the vehicle at a depot such as a train zone after the train has traveled a specified travel distance. In addition, in order to prevent the change in the shape of the tread W 1 as in the case of conventional railway wheels, it is not necessary to perform a large-scale work to periodically correct the wheel W to adjust the shape of the tread W 1. The cost can be reduced and it can be used to prevent derailment.

（第８実施形態）
図２０は、この発明の第８実施形態に係る表面処理装置の正面図である。図２１は、この発明の第８実施形態に係る表面処理装置のショットピーニング処理装置の側面図である。以下では、図１８及び図１９に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。 (Eighth embodiment)
FIG. 20 is a front view of a surface treatment apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 21 is a side view of the shot peening apparatus of the surface treatment apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. In the following, the same parts as those shown in FIGS. 18 and 19 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図２０に示す表面処理装置５は、ショットピーニング処理装置２０と圧縮気体選択装置２１とを備えている。ショットピーニング処理装置２０が退避位置から駆動を開始して、ショット粒子回収部２０ｄの先端開口部がフランジ面Ｗ2と密着する。回転装置２２が車輪Ｗを回転させた状態でショットピーニング処理装置２０が供給管路２０ｂからノズル部２０ｃにショット粒子１８ａを供給すると、図２１に示すようにノズル部２０ｃからフランジ面Ｗ2にショット粒子１８ａが投射されて硬化処理層１８が形成される。次に、回転装置２２が車輪Ｗを連続して回転させ、図１１（Ｃ）に示すように硬化処理層１８の表面を所定の加熱温度に達するまで加熱装置８が加熱するとともに、図１１（Ｄ）に示すようにノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、図１１（Ｅ）に示すように、硬化処理層１８の表面に化合物層４が形成され、粒子３と硬化処理層１８とが化合物層４によって結合される。なお、図２１に示すように、フランジ面Ｗ2で反射してショット粒子回収部２０ｄ内に回収されたショット粒子１８ａは回収管路２０ｅを通じて吸引され回収される。この第８実施形態には、第１実施形態〜第７実施形態の効果と同様の効果がある。 The surface treatment apparatus 5 shown in FIG. 20 includes a shot peening treatment apparatus 20 and a compressed gas selection apparatus 21. Shot peening apparatus 20 starts to drive from the retracted position, the distal end opening portion of the shot particles recovery unit 20d is in close contact with the flange surface W 2. When rotation device 22 shot peening apparatus 20 while rotating the wheel W is supplied shot particles 18a to the nozzle portion 20c from the feed line 20b, the shot from the nozzle portion 20c in the flange surface W 2 as shown in FIG. 21 Particles 18a are projected to form a cured layer 18. Next, the rotating device 22 continuously rotates the wheel W, and the heating device 8 heats the surface of the cured layer 18 until a predetermined heating temperature is reached as shown in FIG. The nozzle part 10c injects the particle | grains 3 as shown to D). As a result, as shown in FIG. 11E, the compound layer 4 is formed on the surface of the curing treatment layer 18, and the particles 3 and the curing treatment layer 18 are bonded by the compound layer 4. As shown in FIG. 21, the shot particles 18a collected in the shot particles recovery unit 20d is reflected by the flange surface W 2 is collected is sucked through the recovery pipe 20e. The eighth embodiment has the same effects as those of the first to seventh embodiments.

（第９実施形態）
図２２は、この発明の第９実施形態に係る表面処理装置の正面図である。図２３は、この発明の第９実施形態に係る表面処理装置の側面図であり、図２３（Ａ）は加熱装置の側面図であり、図２３（Ｂ）は噴射装置の側面図であり、図２３（Ｃ）は冷却装置の側面図である。 (Ninth embodiment)
FIG. 22 is a front view of a surface treatment apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. 23 is a side view of a surface treatment apparatus according to the ninth embodiment of the present invention, FIG. 23 (A) is a side view of a heating apparatus, and FIG. 23 (B) is a side view of an injection apparatus. FIG. 23C is a side view of the cooling device.

図２２及び図２３に示すレールＲは、摩擦抵抗を受ける頭側面Ｒ2が表面処理された鉄道用部材であり、鉄道用車輪を案内しこの鉄道用車輪と回転接触する鉄道用レールである。レールＲは、図１８及び図１９に示す車輪Ｗを直接支持し踏面Ｗ1と接触して摩擦抵抗を受ける頭頂面（頭部上面）Ｒ1と、鉄道車両が急曲線を通過するときにフランジ面Ｗ2と接触して摩擦抵抗を受ける頭側面Ｒ2とを備えている。頭側面Ｒ2は、図２３に示すように、粒子３と、化合物層４と、硬化処理層１８などを備えている。 The rail R shown in FIG. 22 and FIG. 23 is a rail member whose head side surface R 2 that receives frictional resistance is surface-treated, and is a rail for rail that guides the rail wheel and makes rotational contact with the rail wheel. The rail R directly supports the wheel W shown in FIGS. 18 and 19 and comes into contact with the tread surface W 1 to receive frictional resistance (head top surface) R 1 and flange when the railway vehicle passes a sharp curve. And a head side surface R 2 that receives frictional resistance in contact with the surface W 2 . As shown in FIG. 23, the head side surface R 2 includes particles 3, a compound layer 4, a curing treatment layer 18, and the like.

表面処理装置５は、頭側面Ｒ2を加熱するとともにこの頭側面Ｒ2に粒子３を噴射して、この頭側面Ｒ2を処理する装置である。図１９に示す表面処理装置５は、一対のレールＲのそれぞれに対応して配置されており、以下では一方の側の表面処理装置について説明し、他方の側の表面処理装置については説明を省略する。表面処理装置５は、図２２及び図２３に示すように、加熱装置８と、温度検出装置９と、噴射装置１０と、圧縮気体供給装置１１と、ガス収容装置１２と、圧縮気体選択装置１３と、制御装置１６と、設定装置１７と、冷却装置１９などを備えている。表面処理装置５は、原動機又は人力によって走行する保線作業車などに搭載されており、頭側面Ｒ2と接触した状態でレールＲの長さ方向に沿って移動する。 Surface treatment apparatus 5 by injecting particles 3 with this head side R 2 for heating the head side R 2, is a device for processing the head side R 2. The surface treatment apparatus 5 shown in FIG. 19 is arranged corresponding to each of the pair of rails R. Hereinafter, the surface treatment apparatus on one side will be described, and the description of the surface treatment apparatus on the other side will be omitted. To do. As shown in FIGS. 22 and 23, the surface treatment device 5 includes a heating device 8, a temperature detection device 9, an injection device 10, a compressed gas supply device 11, a gas storage device 12, and a compressed gas selection device 13. And a control device 16, a setting device 17, a cooling device 19 and the like. Surface treatment apparatus 5 is mounted on a track maintenance work vehicle traveling by a prime mover or human power, to move along the length direction of the rail R in contact with the head side R 2.

次に、この発明の第９実施形態に係る表面処理装置の動作を説明する。
頭側面Ｒ2に化合物層４を形成する場合には、図２２に示す設定装置１７によって設定された処理条件に応じて、表面処理装置５が矢印方向に移動しながら図２３（Ａ）に示すように加熱装置８が所定の加熱温度で頭側面Ｒ2を加熱し、処理条件に適したガスタンク１２ａ内の不活性ガスが選択される。その結果、図２３（Ｂ）に示すように、ノズル部１０ｃが粒子３を噴射して、頭側面Ｒ2に化合物層４が形成されレールＲと粒子３とが化合物層４によって結合される。 The operation of the surface treatment apparatus according to the ninth embodiment of the invention will now be described.
When the compound layer 4 is formed on the head side surface R 2 , the surface treatment device 5 moves in the direction of the arrow according to the treatment conditions set by the setting device 17 shown in FIG. Thus, the heating device 8 heats the head side surface R 2 at a predetermined heating temperature, and an inert gas in the gas tank 12a suitable for the processing conditions is selected. As a result, as shown in FIG. 23B, the nozzle portion 10 c ejects the particles 3, the compound layer 4 is formed on the head side surface R 2 , and the rail R and the particles 3 are combined by the compound layer 4.

硬化処理層１８を頭側面Ｒ2に形成した後に化合物層４を硬化処理層１８の表面に形成する場合には、図２２に示す表面処理装置５が矢印方向に移動しながら、図２３（Ａ）に示すように加熱装置８が所定の焼入れ温度範囲に達するまで頭側面Ｒ2を加熱する。その後に、図２３（Ｃ）に示すように、冷却装置１９が冷却剤１９ｂを噴射して頭側面Ｒ2を冷却すると、頭側面Ｒ2に硬化処理層１８が形成される。次に、表面処理装置５が最初の位置に戻り矢印方向に再度移動を開始すると、図９（Ｃ）に示すように硬化処理層１８の表面を所定の加熱温度に達するまで加熱装置８が再加熱するとともに、図９（Ｄ）に示すようにノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、図９（Ｅ）に示すように、硬化処理層１８の表面に粒子３が衝突して、この硬化処理層１８の表面に化合物層４が形成され、この硬化処理層１８と粒子３とがこの化合物層４によって結合される。 In the case of forming the compound layer 4 after the formation of the hardened layer 18 on the head side R 2 on the surface of the hardened layer 18, while moving the surface treatment apparatus 5 is an arrow direction shown in FIG. 22, FIG. 23 (A The head side surface R 2 is heated until the heating device 8 reaches a predetermined quenching temperature range as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 23 (C), the cooling device 19 to cool the injection to the head side R 2 coolant 19b, hardened layer 18 on the head side R 2 is formed. Next, when the surface treatment apparatus 5 returns to the initial position and starts moving again in the direction of the arrow, the heating apparatus 8 is restarted until the surface of the cured layer 18 reaches a predetermined heating temperature as shown in FIG. 9C. While heating, the nozzle part 10c injects the particle | grains 3 as shown in FIG.9 (D). As a result, as shown in FIG. 9E, the particles 3 collide with the surface of the cured layer 18 to form the compound layer 4 on the surface of the cured layer 18, and the cured layer 18 and the particles 3 are formed. Are combined by the compound layer 4.

化合物層４を頭側面Ｒ2に形成した後に硬化処理層１８を頭側面Ｒ2に形成する場合には、図２２に示す表面処理装置５が矢印方向に移動しながら図２３（Ａ）に示すように加熱装置８が所定の加熱温度に達するまで頭側面Ｒ2を加熱するとともに、図２３（Ｂ）に示すようにノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、頭側面Ｒ2に粒子３が衝突し、この頭側面Ｒ2に化合物層４が形成される。次に、表面処理装置５が最初の位置に戻り矢印方向に再度移動を開始すると、粒子３によって被覆された被覆層の表面を所定の焼入れ温度範囲に達するまで加熱装置８が加熱する。その後に、図１４（Ｅ）に示すように冷却装置１９が冷却剤１９ｂを噴射して被覆層の表面を冷却し、頭側面Ｒ2が熱処理されて頭側面Ｒ2に硬化処理層１８が形成される。 When the cured layer 18 is formed on the head side surface R 2 after the compound layer 4 is formed on the head side surface R 2 , the surface treatment device 5 shown in FIG. 22 moves in the direction of the arrow and is shown in FIG. with heating device 8 heats the head side R 2 to reach a predetermined heating temperature so, that the nozzle portion 10c as shown in FIG. 23 (B) injecting the particles 3. As a result, particles 3 collides with the head side R 2, compound layer 4 is formed on the head side R 2. Next, when the surface treatment device 5 returns to the initial position and starts moving again in the direction of the arrow, the heating device 8 heats the surface of the coating layer coated with the particles 3 until it reaches a predetermined quenching temperature range. Thereafter, as shown in FIG. 14E, the cooling device 19 sprays the coolant 19b to cool the surface of the coating layer, and the head side surface R 2 is heat-treated to form the hardened layer 18 on the head side surface R 2. Is done.

化合物層４及び硬化処理層１８を頭側面Ｒ2に略同時に形成する場合には、図２２に示す表面処理装置５が矢印方向に移動しながら図２３（Ａ）に示すように加熱装置８が所定の焼入れ温度範囲に達するまで頭側面Ｒ2を加熱する。次に、図２３（Ｂ）に示すように、ノズル部１０ｃが粒子３を噴射するとともに、図２３（Ｃ）に示すように冷却装置１９が冷却剤１９ｂを噴射して頭側面Ｒ2を冷却する。その結果、図１６（Ｅ）に示すように、頭側面Ｒ2が熱処理されて頭側面Ｒ2に硬化処理層１８が形成されるとともに、この硬化処理層１８の表面に化合物層４が形成され、この硬化処理層１８と粒子３とがこの化合物層４によって結合される。なお、頭側面Ｒ2で反射して粒子回収部１０ｄ内に回収された粒子３及び冷却剤１９ｂは回収管路１０ｅを通じて吸引されそれぞれ回収される。 In the case where the compound layer 4 and the curing treatment layer 18 are formed on the head side surface R 2 substantially simultaneously, the heating device 8 moves as shown in FIG. The head side surface R 2 is heated until a predetermined quenching temperature range is reached. Next, as shown in FIG. 23 (B), together with the nozzle portion 10c injects particles 3, the cooling device 19 as shown in FIG. 23 (C) is by injecting coolant 19b the head side R 2 cooling To do. As a result, as shown in FIG. 16 (E), the head side surface R 2 is heat-treated to form the cured layer 18 on the head side surface R 2 , and the compound layer 4 is formed on the surface of the cured layer 18. The cured layer 18 and the particles 3 are bonded by the compound layer 4. The particles 3 and the coolant 19b reflected by the head side surface R 2 and collected in the particle collecting unit 10d are sucked and collected through the collecting pipe 10e.

この発明の第９実施形態に係る表面処理材の表面処理装置には、第１実施形態〜第６実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第９実施形態では、頭側面Ｒ2に化合物層４を形成し、レールＲと粒子３とをこの化合物層４によって結合する。このため、鉄道車両が急曲線を通過するときに発生する頭側面Ｒ2の磨耗を低減することができる。 The surface treatment apparatus for a surface treatment material according to the ninth embodiment of the present invention has the effects described below in addition to the effects of the first to sixth embodiments.
In the ninth embodiment, the compound layer 4 is formed on the head side surface R 2 , and the rail R and the particle 3 are bonded by the compound layer 4. For this reason, it is possible to reduce wear on the head side surface R 2 that occurs when the railway vehicle passes a sharp curve.

（第１０実施形態）
図２４は、この発明の第１０実施形態に係る表面処理装置の正面図である。図２５は、この発明の第１０実施形態に係る表面処理装置のショットピーニング処理装置の側面図である。以下では、図２２及び図２３に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。 (10th Embodiment)
FIG. 24 is a front view of a surface treatment apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. FIG. 25 is a side view of the shot peening apparatus of the surface treatment apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. In the following, the same parts as those shown in FIGS. 22 and 23 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図２４に示す表面処理装置５は、ショットピーニング処理装置２０と圧縮気体選択装置２１などを備えている。レールＲに沿って表面処理装置５が矢印方向に移動すると、ショットピーニング処理装置２０が供給管路２０ｂからノズル部２０ｃにショット粒子１８ａを供給し、図２５に示すようにノズル部２０ｃから内側頭頂面Ｒ2にショット粒子１８ａが投射されて硬化処理層１８が形成される。次に、図９（Ｃ）に示すように硬化処理層１８の表面を所定の加熱温度に達するまで加熱装置８が加熱するとともに、図９（Ｄ）に示すようにノズル部１０ｃが粒子３を噴射する。その結果、図９（Ｅ）に示すように、硬化処理層１８の表面に粒子３が衝突して、この硬化処理層１８の表面に化合物層４が形成され、この硬化処理層１８と粒子３とがこの化合物層４によって結合される。なお、頭側面Ｒ2で反射してショット粒子回収部２０ｄ内に回収されたショット粒子１８ａは回収管路２０ｅを通じて吸引され回収される。この第１０実施形態には、第１実施形態〜第９実施形態の効果と同様の効果がある。 A surface treatment apparatus 5 shown in FIG. 24 includes a shot peening treatment apparatus 20, a compressed gas selection apparatus 21, and the like. When the surface treatment device 5 moves in the direction of the arrow along the rail R, the shot peening treatment device 20 supplies the shot particles 18a from the supply pipe line 20b to the nozzle portion 20c, and as shown in FIG. hardened layer 18 is formed on the surface R 2 shot particles 18a is projected. Next, as shown in FIG. 9C, the heating device 8 heats the surface of the cured layer 18 until a predetermined heating temperature is reached, and the nozzle portion 10c causes the particles 3 to move as shown in FIG. 9D. Spray. As a result, as shown in FIG. 9E, the particles 3 collide with the surface of the cured layer 18 to form the compound layer 4 on the surface of the cured layer 18, and the cured layer 18 and the particles 3 are formed. Are combined by the compound layer 4. Note that the shot particles 18a collected in the shot particles recovery unit 20d is reflected by the head side R 2 is recovered is sucked through the recovery pipe line 20e. The tenth embodiment has the same effects as the effects of the first to ninth embodiments.

（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この第１実施形態〜第６実施形態では、処理対象物２を回転させながら加熱装置８及び噴射装置１０などによって表面処理しているが、加熱装置８及び噴射装置１０などを回転させながら処理対象物２を表面処理することもできる。また、この第１実施形態〜第１０実施形態では、二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとを混合した粒子３を噴射したり、二硫化モリブデン３ａのみからなる粒子３を噴射したりしているが、これらの粒子３に限定するものではない。例えば、セラミックスの処理対象物２にセラミックス粒子を噴射したり、粒子３に潤滑油を混合して噴射したりすることもできる。さらに、この第１実施形態〜第１０実施形態では、ショットピーニング装置などを噴射装置１０として利用して粒子３を噴射する場合を例に挙げて説明したが、スプレー装置などを噴射装置１０として利用して粒子３を噴射することもできる。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications or changes can be made as described below, and these are also within the scope of the present invention.
(1) In the first to sixth embodiments, surface treatment is performed by the heating device 8 and the injection device 10 while rotating the processing object 2, but the heating device 8 and the injection device 10 are rotated. However, it is also possible to surface-treat the processing object 2. Moreover, in this 1st Embodiment-10th Embodiment, although the particle | grains 3 which mixed molybdenum disulfide 3a and tin 3b are injected, or the particle | grains 3 which consist only of molybdenum disulfide 3a are injected, It is not limited to these particles 3. For example, ceramic particles can be sprayed on the ceramic processing object 2, or lubricating oil can be mixed and sprayed on the particles 3. Further, in the first to tenth embodiments, the case where the particles 3 are ejected using the shot peening apparatus or the like as the ejection apparatus 10 has been described as an example. However, the spray apparatus or the like is utilized as the ejection apparatus 10. Then, the particles 3 can also be ejected.

(2) この第１実施形態〜第１０実施形態では、処理対象物２、車輪Ｗ及びレールＲなどを加熱装置８によって加熱した後にこれらに噴射装置１０によって粒子３を噴射しているが、処理対象物２、車輪Ｗ及びレールＲなどに粒子３を噴射した後にこれらを加熱装置８によって加熱することもできる。また、この第１実施形態〜第１０実施形態では、二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとを混合した粒子３を１本のノズル部１０ｃから噴射しているが、二硫化モリブデン３ａとスズ３ｂとをそれぞれ個別にノズル部から噴射することもできる。例えば、第１のノズル部からスズ３ｂを噴射して処理対象物２の表面でこのスズ３ｂを溶融させた後に、第２のノズル部から二硫化モリブデン３ａを噴射することもできる。さらに、この第１実施形態〜第１０実施形態では、摩擦低減材などからなる粒子３を噴射する場合を例に挙げて説明したが、防錆剤などの粒子を噴射することもできる。 (2) In the first to tenth embodiments, the processing object 2, the wheel W, the rail R, and the like are heated by the heating device 8 and then the particles 3 are injected by the injection device 10. After injecting the particles 3 onto the object 2, the wheels W, the rails R, etc., these can be heated by the heating device 8. Moreover, in this 1st Embodiment-10th Embodiment, although the particle | grains 3 which mixed molybdenum disulfide 3a and tin 3b are injected from one nozzle part 10c, molybdenum disulfide 3a and tin 3b are injected. It is also possible to spray from the nozzle part individually. For example, after the tin 3b is injected from the first nozzle portion and the tin 3b is melted on the surface of the processing object 2, the molybdenum disulfide 3a can be injected from the second nozzle portion. Furthermore, in the first to tenth embodiments, the case of injecting the particles 3 made of a friction reducing material has been described as an example, but particles such as a rust preventive agent can also be injected.

(3) この第３実施形態〜第１０実施形態では、冷却装置１９によって冷却剤１９ｂを噴射して処理対象物２、車輪Ｗ及びレールＲを冷却しているが、冷却装置１９と併用又は冷却装置１９を省略してノズル部１０ｃから噴射する圧縮気体によって処理対象物２、車輪Ｗ及びレールＲなどを冷却することもできる。また、この第３実施形態〜第１０実施形態では、処理対象物２、車輪Ｗ及びレールＲを高周波焼入れにより熱処理して硬化処理層１８を形成する場合や、ショットピーニング処理などの下地処理（素地粗し）によって硬化処理層１８を形成する場合を例に挙げて説明したがこれらに限定するものではない。例えば、浸炭や窒化などの他の熱処理によって硬化処理層１８を形成することもできる。 (3) In the third to tenth embodiments, the coolant 19b is injected by the cooling device 19 to cool the processing object 2, the wheel W, and the rail R. However, the cooling device 19 is used together or cooled. The processing object 2, the wheel W, the rail R, etc. can also be cooled by the compressed gas injected from the nozzle part 10c, omitting the device 19. Further, in the third to tenth embodiments, the processing object 2, the wheel W and the rail R are heat-treated by induction hardening to form the hardened layer 18, or a base treatment (base material) such as shot peening treatment. Although the case where the hardened layer 18 is formed by roughening) has been described as an example, it is not limited thereto. For example, the hardened layer 18 can be formed by other heat treatment such as carburizing or nitriding.

(4) この第４実施形態、第８実施形態及び第１０実施形態では、ショットピーニング処理後に硬化処理層１８を加熱して粒子３を噴射しているがこれに限定するものではない。例えば、ショットピーニング処理後の硬化処理層１８がショット粒子１８ａとの衝突によって所定の加熱温度に達している場合には、この硬化処理工程後の加熱工程を省略して、この衝突時に発生する熱によって粒子３と硬化処理層１８とを熱化学反応させることもできる。また、この第６実施形態〜第１０実施形態では、粒子３を噴射した後に冷却剤１９ｂを噴射する場合を例に挙げて説明したが、冷却剤１９ｂを噴射して冷却しながら粒子３を噴射することもできる。 (4) In the fourth embodiment, the eighth embodiment, and the tenth embodiment, after the shot peening treatment, the curing treatment layer 18 is heated and the particles 3 are sprayed, but the present invention is not limited to this. For example, when the curing layer 18 after the shot peening process has reached a predetermined heating temperature due to collision with the shot particles 18a, the heating process after the curing process is omitted, and the heat generated at the time of the collision is omitted. Thus, the particles 3 and the cured layer 18 can be thermochemically reacted. In the sixth to tenth embodiments, the case where the coolant 19b is sprayed after the particles 3 are sprayed has been described as an example. However, the coolant 19b is sprayed and the particles 3 are sprayed while being cooled. You can also

(5) この第７実施形態〜第１０実施形態では、鉄道用部材として鉄道用車輪及び鉄道用レールを例に挙げて説明したがこれらに限定するものではない。例えば、相対運動によって摩擦抵抗を受けるパンタグラフのピン及びピンブッシュなどの他の鉄道用部材や、オイルレスシールなどのシール材又は軸受などの鉄道用部材以外の機械部品や、自動車などで使用されるコネクションロッド、コンロッド、トランスミッション、エンジンピストン、ピストンリング又はシリンダなどの摺動部材についてもこの発明を適用することができる。また、この第７実施形態〜第１０実施形態では、車輪Ｗのフランジ面Ｗ2又はレールＲの頭側面Ｒ2を表面処理する場合を例に挙げて説明したが、これらの箇所とは別に又はこれらの箇所とともに踏面Ｗ1又は頭頂面Ｒ1を表面処理することもできる。さらに、この第７実施形態〜第１０実施形態では、表面処理装置５によって車輪ＷやレールＲを硬化処理する場合を例に挙げて説明したが、車輪ＷやレールＲを予め前工程で熱処理やショットピーニング処理した後にこの表面処理装置５によって表面処理することもできる。 (5) In the seventh to tenth embodiments, the railway wheel and the rail for the railway have been described as examples of the railway member, but the present invention is not limited thereto. For example, it is used in other parts for railways such as pantograph pins and pin bushes that receive frictional resistance due to relative motion, machine parts other than railway parts such as seal materials or bearings such as oilless seals, and automobiles. The present invention can also be applied to sliding members such as connection rods, connecting rods, transmissions, engine pistons, piston rings or cylinders. In the seventh to tenth embodiments, the case where the flange surface W 2 of the wheel W or the head side surface R 2 of the rail R is surface-treated has been described as an example. Together with these locations, the tread surface W 1 or the top surface R 1 can be surface-treated. Further, in the seventh to tenth embodiments, the case where the wheel W and the rail R are cured by the surface treatment device 5 has been described as an example. Surface treatment can also be performed by the surface treatment apparatus 5 after the shot peening treatment.

この発明の第１実施形態に係る表面処理材を模式的に示す部分断面図であり、（Ａ）は表面処理前の状態を示す部分断面図であり、（Ｂ）は表面処理後の状態を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing typically the surface treatment material concerning a 1st embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view showing the state before surface treatment, and (B) shows the state after surface treatment. It is a fragmentary sectional view shown. この発明の第１実施形態に係る表面処理方法の工程図である。It is process drawing of the surface treatment method which concerns on 1st Embodiment of this invention. この発明の第１実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、（Ｂ）は加熱工程中の部分断面図であり、（Ｃ）は噴射工程中の部分断面図であり、（Ｄ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram for demonstrating the surface treatment method which concerns on 1st Embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view before surface treatment, (B) is a fragmentary sectional view in a heating process, (C) is a partial cross-sectional view during the injection process, and (D) is a partial cross-sectional view after the thermochemical reaction process. この発明の第１実施形態に係る表面処理装置の側面図である。It is a side view of the surface treatment apparatus concerning a 1st embodiment of this invention. この発明の第２実施形態に係る表面処理材を模式的に示す部分断面図であり、（Ａ）は表面処理前の状態を示す部分断面図であり、（Ｂ）は表面処理後の状態を示す部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which shows typically the surface treatment material which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view which shows the state before surface treatment, (B) is the state after surface treatment. It is a fragmentary sectional view shown. この発明の第２実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、（Ｂ）は加熱工程中の部分断面図であり、（Ｃ）は噴射工程中の部分断面図であり、（Ｄ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the surface treatment method which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view before surface treatment, (B) is a fragmentary sectional view in a heating process, (C) is a partial cross-sectional view during the injection process, and (D) is a partial cross-sectional view after the thermochemical reaction process. この発明の第３実施形態に係る表面処理材を模式的に示す部分断面図であり、（Ａ）は表面処理前の状態を示す部分断面図であり、（Ｂ）は表面処理後の状態を示す部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which shows typically the surface treatment material which concerns on 3rd Embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view which shows the state before surface treatment, (B) is the state after surface treatment. It is a fragmentary sectional view shown. この発明の第３実施形態に係る表面処理方法の工程図である。It is process drawing of the surface treatment method which concerns on 3rd Embodiment of this invention. この発明の第３実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、（Ｂ）は硬化処理工程後の部分断面図であり、（Ｃ）は加熱工程中の部分断面図であり、（Ｄ）は噴射工程中の部分断面図であり、（Ｅ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the surface treatment method which concerns on 3rd Embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view before surface treatment, (B) is a fragmentary sectional view after a hardening process process. (C) is a fragmentary sectional view in a heating process, (D) is a fragmentary sectional view in an injection process, (E) is a fragmentary sectional view after a thermochemical reaction process. この発明の第３実施形態に係る表面処理装置の側面図である。It is a side view of the surface treatment apparatus concerning a 3rd embodiment of this invention. この発明の第４実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、（Ｂ）は硬化処理工程中の部分断面図であり、（Ｃ）は加熱工程中の部分断面図であり、（Ｄ）は噴射工程中の部分断面図であり、（Ｅ）は熱化学反応工程後の部分断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the surface treatment method which concerns on 4th Embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view before surface treatment, (B) is a fragmentary sectional view in the hardening process process. (C) is a fragmentary sectional view in a heating process, (D) is a fragmentary sectional view in an injection process, (E) is a fragmentary sectional view after a thermochemical reaction process. この発明の第４実施形態に係る表面処理装置の側面図である。It is a side view of the surface treatment apparatus concerning a 4th embodiment of this invention. この発明の第５実施形態に係る表面処理方法の工程図である。It is process drawing of the surface treatment method which concerns on 5th Embodiment of this invention. この発明の第５実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は表面処理前の部分断面図であり、（Ｂ）は加熱工程中の部分断面図であり、（Ｃ）は噴射工程中の部分断面図であり、（Ｄ）は熱化学反応工程後の部分断面図であり、（Ｅ）は硬化処理工程後の部分断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the surface treatment method which concerns on 5th Embodiment of this invention, (A) is a fragmentary sectional view before surface treatment, (B) is a fragmentary sectional view in a heating process, (C) is a partial cross-sectional view during the injection step, (D) is a partial cross-sectional view after the thermochemical reaction step, and (E) is a partial cross-sectional view after the curing treatment step. この発明の第６実施形態に係る表面処理方法の工程図である。It is process drawing of the surface treatment method which concerns on 6th Embodiment of this invention. この発明の第６実施形態に係る表面処理方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は表面処理前の断面図であり、（Ｂ）は加熱工程中の断面図であり、（Ｃ）は噴射工程中の断面図であり、（Ｄ）は熱化学反応工程後の断面図であり、（Ｅ）は冷却工程中の断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the surface treatment method which concerns on 6th Embodiment of this invention, (A) is sectional drawing before surface treatment, (B) is sectional drawing in a heating process, (C ) Is a cross-sectional view during the injection step, (D) is a cross-sectional view after the thermochemical reaction step, and (E) is a cross-sectional view during the cooling step. この発明の第６実施形態に係る表面処理装置の側面図である。It is a side view of the surface treatment apparatus concerning 6th Embodiment of this invention. この発明の第７実施形態に係る表面処理装置の正面図である。It is a front view of the surface treatment apparatus concerning 7th Embodiment of this invention. この発明の第７実施形態に係る表面処理装置の側面図であり、（Ａ）は加熱装置の側面図であり、（Ｂ）は噴射装置の側面図であり、（Ｃ）は冷却装置の側面図である。It is a side view of the surface treatment apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention, (A) is a side view of a heating apparatus, (B) is a side view of an injection apparatus, (C) is a side view of a cooling device. FIG. この発明の第８実施形態に係る表面処理装置の正面図である。It is a front view of the surface treatment apparatus concerning 8th Embodiment of this invention. この発明の第８実施形態に係る表面処理装置のショットピーニング処理装置の側面図である。It is a side view of the shot peening processing apparatus of the surface treatment apparatus concerning 8th Embodiment of this invention. この発明の第９実施形態に係る表面処理装置の正面図である。It is a front view of the surface treatment apparatus concerning 9th Embodiment of this invention. この発明の第９実施形態に係る表面処理装置の側面図であり、（Ａ）は加熱装置の側面図であり、（Ｂ）は噴射装置の側面図であり、（Ｃ）は冷却装置の側面図である。It is a side view of the surface treatment apparatus which concerns on 9th Embodiment of this invention, (A) is a side view of a heating apparatus, (B) is a side view of an injection device, (C) is a side view of a cooling device. FIG. この発明の第１０実施形態に係る表面処理装置の正面図である。It is a front view of the surface treatment apparatus concerning 10th Embodiment of this invention. この発明の第１０実施形態に係る表面処理装置のショットピーニング処理装置の側面図である。It is a side view of the shot peening processing apparatus of the surface treatment apparatus concerning 10th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 表面処理材
２ 処理対象物
２ａ 表面
３ 粒子
３ａ 二硫化モリブデン
３ｂ スズ
４ 化合物層
５ 表面処理装置
６ 駆動装置
７ 位置検出装置
８ 加熱装置
９ 温度検出装置
１０ 噴射装置
１０ｃ ノズル部
１１ 圧縮気体供給装置
１２ ガス収容装置
１２ａ ガスタンク
１３ 圧縮気体選択装置
１３ａ 開閉弁
１４ 駆動装置
１５ 距離検出装置
１６ 制御装置
１７ 設定装置
１８ 硬化処理層
１９ 冷却装置
１９ａ ノズル部
１９ｂ 冷却剤
２０ ショットピーニング処理装置
２０ａ ノズル部
２１ 圧縮気体供給装置
２２ 回転装置
２３ 回転検出装置
Ｗ 車輪
Ｗ1 踏面
Ｗ2 フランジ面
Ｒ レール
Ｒ1 頭頂面（表面）
Ｒ2 頭側面（表面）

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface treatment material 2 Processing target object 2a Surface 3 Particle | grains 3a Molybdenum disulfide 3b Tin 4 Compound layer 5 Surface treatment apparatus 6 Drive apparatus 7 Position detection apparatus 8 Heating apparatus 9 Temperature detection apparatus 10 Injection apparatus 10c Nozzle part 11 Compressed gas supply apparatus DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Gas storage apparatus 12a Gas tank 13 Compressed gas selection apparatus 13a On-off valve 14 Drive apparatus 15 Distance detection apparatus 16 Control apparatus 17 Setting apparatus 18 Curing process layer 19 Cooling apparatus 19a Nozzle part 19b Coolant 20 Shot peening processing apparatus 20a Nozzle part 21 Compression Gas supply device 22 Rotating device 23 Rotation detecting device W Wheel W 1 Tread surface W 2 Flange surface R Rail R 1 Top surface (surface)
R 2 head side (surface)

Claims (20)

処理対象物の表面を加熱するとともにこの処理対象物の表面に粒子を噴射して、この処理対象物の表面が処理された表面処理材であって、
前記処理対象物の表面に分散する前記粒子とこの処理対象物とを結合させるために、この処理対象物とこの粒子とを熱化学反応させて形成した化合物層を備えること、
を特徴とする表面処理材。 A surface treatment material in which the surface of the processing object is heated and the particles are sprayed onto the surface of the processing object, and the surface of the processing object is processed,
Including a compound layer formed by thermochemical reaction of the particles to be processed and the particles in order to bond the particles dispersed on the surface of the object to be processed with the particles to be processed;
Surface treatment material characterized by 請求項１に記載の表面処理材において、
前記化合物層は、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子と前記処理対象物とを熱化学反応させて形成されていること、
を特徴とする表面処理材。 In the surface treatment material according to claim 1,
The compound layer is formed by a thermochemical reaction of solid lubricant particles, metal particles, ceramic particles, synthetic resin particles or particles obtained by mixing a plurality of these and the object to be treated,
Surface treatment material characterized by 請求項１又は請求項２に記載の表面処理材において、
前記化合物層は、前記処理対象物の表面が軽金属以外の金属、セラミックス又は樹脂の表面であるときに、これらの金属、セラミックス又は樹脂と前記粒子とを熱化学反応させて形成されていること、
を特徴とする表面処理材。 In the surface treatment material according to claim 1 or claim 2,
The compound layer is formed by thermochemical reaction of the metal, ceramic or resin and the particles when the surface of the object to be treated is a surface of a metal other than a light metal, ceramic or resin,
Surface treatment material characterized by 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の表面処理材において、
前記処理対象物の表面を硬化させた硬化処理層を備え、
前記化合物層は、前記硬化処理層と前記粒子とを熱化学反応させて形成されていること、
を特徴とする表面処理材。 In the surface treatment material according to any one of claims 1 to 3,
A curing treatment layer obtained by curing the surface of the treatment object,
The compound layer is formed by a thermochemical reaction between the cured layer and the particles;
Surface treatment material characterized by 請求項４に記載の表面処理材において、
前記硬化処理層は、前記処理対象物の表面を熱処理又はショットピーニング処理して形成されていること、
を特徴とする表面処理材。 In the surface treatment material according to claim 4,
The cured layer is formed by heat treatment or shot peening treatment on the surface of the object to be treated;
Surface treatment material characterized by 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の表面処理材において、
前記化合物層は、前記処理対象物の表面が鉄道用車輪のフランジ面又は鉄道用レールの頭側面であるときに、この鉄道用車輪又はこの鉄道用レールと前記粒子とを熱化学反応させて形成されていること、
を特徴とする表面処理材。 In the surface treatment material according to any one of claims 1 to 5,
The compound layer is formed by a thermochemical reaction between the railway wheel or the rail for rail and the particles when the surface of the object to be treated is the flange surface of the rail wheel or the head side of the rail for rail. is being done,
Surface treatment material characterized by 処理対象物の表面を加熱するとともにこの処理対象物の表面に粒子を噴射して、この処理対象物の表面を処理する表面処理方法であって、
前記処理対象物の表面に分散する前記粒子とこの処理対象物とを結合させるために、この処理対象物とこの粒子とを熱化学反応させる熱化学反応工程を含むこと、
を特徴とする表面処理方法。 A surface treatment method for heating a surface of a processing object and injecting particles onto the surface of the processing object to treat the surface of the processing object,
Including a thermochemical reaction step in which the treatment object and the particles are thermochemically reacted in order to bond the particle dispersed on the surface of the treatment object and the treatment object;
A surface treatment method characterized by the above. 請求項７に記載の表面処理方法において、
前記熱化学反応工程は、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子と前記処理対象物とを熱化学反応させる工程を含むこと、
を特徴とする表面処理方法。 In the surface treatment method of Claim 7,
The thermochemical reaction step includes a step of causing a thermochemical reaction between the solid lubricant-based particles, metal-based particles, ceramic-based particles, synthetic resin-based particles, or particles obtained by mixing a plurality of these and the object to be treated;
A surface treatment method characterized by the above. 請求項７又は請求項８に記載の表面処理方法において、
前記熱化学反応工程は、前記処理対象物の表面が軽金属以外の金属、セラミックス又は樹脂の表面であるときに、これらの金属、セラミックス又は樹脂と前記粒子とを熱化学反応させる工程を含むこと、
を特徴とする表面処理方法。 In the surface treatment method according to claim 7 or claim 8,
The thermochemical reaction step includes a step of causing a thermochemical reaction between the metal, ceramic or resin and the particles when the surface of the object to be treated is a surface of a metal other than a light metal, ceramic or resin,
A surface treatment method characterized by the above. 請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、
前記熱化学反応工程の前又は後に、前記処理対象物の表面を熱処理して硬化させる硬化処理工程を含むこと、
を特徴とする表面処理方法。 In the surface treatment method according to any one of claims 7 to 9,
Including a curing treatment step in which the surface of the object to be treated is heat treated and cured before or after the thermochemical reaction step;
A surface treatment method characterized by the above. 請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、
前記熱化学反応工程の前に、前記処理対象物の表面をショットピーニング処理して硬化させる硬化処理工程を含むこと、
を特徴とする表面処理方法。 In the surface treatment method according to any one of claims 7 to 9,
Before the thermochemical reaction step, including a curing treatment step of curing the surface of the object to be processed by shot peening,
A surface treatment method characterized by the above. 請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、
前記熱化学反応工程の前に、前記処理対象物の表面を熱処理して硬化させるために、この処理対象物の表面を所定の加熱温度で加熱する加熱工程を含み、
前記熱化学反応工程の後に、前記処理対象物の表面を硬化させるために、この処理対象物の表面を冷却する冷却工程を含むこと、
を特徴とする表面処理方法。 In the surface treatment method according to any one of claims 7 to 9,
Before the thermochemical reaction step, in order to heat and cure the surface of the object to be processed, a heating step of heating the surface of the object to be processed at a predetermined heating temperature,
After the thermochemical reaction step, including a cooling step of cooling the surface of the processing object in order to cure the surface of the processing object;
A surface treatment method characterized by the above. 請求項７から請求項１２までのいずれか１項に記載の表面処理方法において、
前記熱化学反応工程は、前記処理対象物の表面が鉄道用車輪のフランジ面又は鉄道用レールの頭側面であるときに、この鉄道用車輪又はこの鉄道用レールと前記粒子とを熱化学反応させる工程を含むこと、
を特徴とする表面処理方法。 The surface treatment method according to any one of claims 7 to 12,
In the thermochemical reaction step, when the surface of the object to be treated is a flange surface of a railway wheel or a head side surface of a railway rail, the railway wheel or the rail for rail and the particles are subjected to a thermochemical reaction. Including steps,
A surface treatment method characterized by the above. 処理対象物の表面を加熱するとともにこの処理対象物の表面に粒子を噴射して、この処理対象物の表面を処理する表面処理装置であって、
前記処理対象物と前記粒子とを熱化学反応させるために、この処理対象物の表面を加熱する加熱手段と、
前記処理対象物の表面に前記粒子を分散させるために、この処理対象物の表面にこの粒子を噴射する噴射手段と、
を備える表面処理装置。 A surface treatment apparatus that heats the surface of the processing object and injects particles onto the surface of the processing object to process the surface of the processing object,
Heating means for heating the surface of the processing object in order to cause the processing object and the particles to undergo a thermochemical reaction;
Injecting means for injecting the particles onto the surface of the processing object in order to disperse the particles on the surface of the processing object;
A surface treatment apparatus comprising: 請求項１４に記載の表面処理装置において、
前記噴射手段は、固体潤滑材系粒子、金属系粒子、セラミックス系粒子、合成樹脂系粒子又はこれらを複数混合した粒子を前記処理対象物の表面に噴射すること、
を特徴とする表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 14, wherein
The spraying means sprays solid lubricant-based particles, metal-based particles, ceramic-based particles, synthetic resin-based particles or particles obtained by mixing a plurality of these onto the surface of the processing object,
A surface treatment apparatus characterized by the above. 請求項１４又は請求項１５に記載の表面処理装置において、
前記処理対象物の性質及び／又は前記粒子の性質に応じて、前記加熱手段の加熱温度を制御する温度制御手段を備えること、
を特徴とする表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 14 or 15,
A temperature control means for controlling the heating temperature of the heating means according to the properties of the object to be treated and / or the properties of the particles;
A surface treatment apparatus characterized by the above. 請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載の表面処理装置において、
前記噴射手段が噴射する圧縮気体の種類を選択する圧縮気体選択手段を備えること、
を特徴とする表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to any one of claims 14 to 16,
Comprising compressed gas selection means for selecting the type of compressed gas to be injected by the injection means;
A surface treatment apparatus characterized by the above. 請求項１７に記載の表面処理装置において、
前記噴射手段は、前記粒子を不活性ガスとともに噴射し、
前記圧縮気体選択手段は、前記不活性ガスの種類を選択すること、
を特徴とする表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 17,
The spray means sprays the particles together with an inert gas,
The compressed gas selection means selects a type of the inert gas;
A surface treatment apparatus characterized by the above. 請求項１４から請求項１８までのいずれか１項に記載の表面処理装置において、
前記処理対象物の表面に沿って前記噴射手段を駆動する駆動手段と、
前記処理対象物の表面と前記噴射手段との距離を検出する距離検出手段と、
前記距離検出手段の検出結果に基づいて前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備えること、
を特徴とする表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to any one of claims 14 to 18,
Driving means for driving the ejection means along the surface of the processing object;
Distance detection means for detecting the distance between the surface of the processing object and the ejection means;
Drive control means for controlling the drive means based on the detection result of the distance detection means,
A surface treatment apparatus characterized by the above. 請求項１４から請求項１９までのいずれか１項に記載の表面処理装置において、
前記噴射手段は、前記処理対象物の表面が鉄道用車輪のフランジ面又は鉄道用レールの頭側面であるときに、この鉄道用車輪のフランジ面又はこの鉄道用レールの頭側面に前記粒子を噴射すること、
を特徴とする表面処理装置。
In the surface treatment apparatus according to any one of claims 14 to 19,
When the surface of the object to be treated is the flange surface of a railway wheel or the head side surface of a rail for rail, the spray means injects the particles onto the flange surface of the rail wheel or the head side surface of the rail. To do,
A surface treatment apparatus characterized by the above.
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