DE102018004506A1

DE102018004506A1 - Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht und Vorrichtung zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102018004506A1
Application number: DE102018004506.5A
Authority: DE
Inventors: Hironori Aoyama; Yasuhiro Yamamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-10-25
Also published as: US20180272471A1; US11446765B2; CN108624878B; CN108624878A; JP2018158347A; DE102018106018A1; US20180272472A1; CN108754486A; JP6729461B2

Abstract

Ein erstes Metallpulver wird einem Substrat zugeführt, um einen Anfangsbereich einer Plattierschicht auszubilden. Nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist, wird das zweite Metallpulver dem Substrat zugeführt. Eine Konzentration von mindestens einem aus Si, Ni, Mo, und Al im ersten Metallpulver ist geringer als eine Konzentration derselben im zweiten Metallpulver.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben.
Beschreibung des Standes der Technik
Um zum Beispiel die Haltbarkeit eines Ventilsitzes von einem Zylinderkopf für einen Motor zu verbessern und den Freiheitsgrad für dessen Design zu vergrößern, ist die Laserbearbeitung bekannt, in welcher ein Laserstrahl auf einen Ventilsitz ausgesendet bzw. ausgestrahlt wird, während zum Beispiel ein Pulverplattierungsmaterial zugeführt wird, der Ventilsitz und der Laserstrahl werden relativ zueinander rotiert und somit wird eine Plattierschicht ausgebildet. Diese Laserbearbeitung ist eine Technologie, bei welcher ein für eine Brennkammer eines Motors erforderlicher Bearbeitungsprozess ausgeführt wird, zum Beispiel für einen Zylinderkopf, auf welchem ein Prozess zur Bildung eines Ventillochs oder Ähnliches ausgeführt wird, ein Laserstrahl auf einen Bereich ausgesendet wird, welcher der Ventilsitz werden wird, während ein Pulverplattierungsmaterial aus einer Kupferlegierung oder Ähnlichem mit Verschleißfestigkeit bereitgestellt wird, und eine ringförmige Plattierschicht, welche letztendlich ein Ventilsitz werden wird, das heißt, ein plattierter Kornbereich wird ausgebildet und wird allgemein als Laserplattierungsbearbeitung oder Plattierungsbearbeitung bezeichnet.
Übrigens, wenn die vorstehend beschriebene ringförmige Plattierschicht ausgebildet wird, ist es erforderlich, eine Plattierungsmenge zur Überlagerung eines Endbereichs auf einen Anfangsbereich, welcher als ein Startbereich des Plattierungsverfahrens einer Plattierschicht dient und einen überlappenden Bereich bildet, sicherzustellen. In dem überlappenden Bereich gibt es jedoch ein Problem des Auftretens von Defekten wie ungeschweißten Bereichen und Rissen.
Um ein derartiges Problem zu beheben, wird in dem japanischen Patent Nr. 3409631 ( JP 3409631 B ) eine Technologie vorgeschlagen, in welcher, wenn eine Plattierschicht durch Überlagerung eines als Plattierungsendbereich dienenden Endbereichs auf einen als Plattierungsstartbereich dienenden Anfangsbereich gebildet wird, ein Neigungswinkel einer Oberfläche eines Anfangsbereichs bezüglich einer Oberfläche eines Metallsubstrats eingestellt wird, um innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie in der vorgeschlagenen Technologie, welche in JP 3409631 B beschrieben wird, ist es jedoch sehr schwierig, einen Neigungswinkel der Oberfläche des Anfangsbereiches der Plattierschicht genau einzustellen. Zusätzlich muss, verglichen mit einer Einlassseite, die Verschleißfestigkeit für eine Abgasseite unter einer Umgebung von hoher Temperatur sichergestellt werden. Wenn ein Material (zum Beispiel, ein Material, welches große Mengen an Ni, Si, Mo, und Al enthält), in welchem ein Flächenverhältnis von harten Partikeln hoch ist, die Härte einer Matrix (Teil einer anderen Basis als der harten Partikel) hoch ist, und die Adhäsionsabnutzung, welche zwischen einem Ventil und einer Oberfläche des Ventilsitzes auftritt, verhindert wird, als ein für einen Ventilsitz auf der Abgasseite geeignetes Plattiermaterial verwendet wird, um die Plattierschicht auszubilden, gibt es noch immer ein Problem vieler Risse, welche in dem vorstehend beschriebenen Anfangsbereich auftreten.
Insbesondere wird wahrscheinlich eine netzartige Struktur von Cu-Ni-Si ausgebildet, wenn Gehalte an Ni und Si ansteigen, und die Härte der Matrix wird verbessert. Zusätzlich steigt ein Flächenverhältnis von harten Partikeln einschließlich Mo-Si-Fe und Mo-Ni-Si an, wenn ein Gehalt an Mo ansteigt. Zusätzlich wird wahrscheinlich eine Mischkristallverfestigungsstruktur von Cu-Ni-Al ausgebildet, wenn ein Gehalt an Al ansteigt, und die Härte der Matrix wird verbessert.
In der Laser-Plattierungsbearbeitung ist jedoch ein Mischen einer Al-Komponente in eine Plattierstruktur unvermeidbar (dieses Phänomen wird Al-Verdünnung genannt), da ein Cu-basiertes Pulverplattierungsmaterial geschmolzen und zu einem Zylinderkopf aus Al verschweißt wird. Wenn eine Menge der ein gemischten Al-Komponente einen bestimmten Wert übersteigt (Al-Feststofflöslichkeitsgrenze von Cu), werden intermetallische Verbindungen (AlNi, CuAl, und ähnliche) ausgebildet, wird eine Verringerung der Materialdehnung verursacht und eine Erhöhung der Restzugspannung bewirkt. Falls eine Wärmeschrumpfung auf diesen Bereich angewendet wird, wenn die zweite Schicht (Endbereich) plattiert wird, besteht eine Möglichkeit, dass Risse aufgrund dieser Last auftreten. Insbesondere ist, da der Anfangsbereich der Plattierschicht ein kleines Volumen oder eine kleine Querschnittsfläche aufweist, eine Al-Verdünnungskomponente höher (zum Beispiel, ist eine Al-Verdünnungskomponente eines Hauptbereiches bzw. allgemeinen Teils ungefähr 0 % bis 1 %, und eine Al-Verdünnungskomponente des Anfangsbereichs ist ungefähr 3 % bis 5 %) als jene der anderen Bereiche, und eine Verringerung der Materialdehnung und eine Erhöhung der Restzugspannung wird größer, und somit treten Risse mit größerer Wahrscheinlichkeit auf.
Das heißt, wenn eine vorstehend beschriebene ringförmige Plattierschicht ausgebildet wird, wird diese durch Al-Verdünnung vom Al-Substrat leicht beeinflusst, da ein Anfangsbereich, welcher ein Verfahrensstartbereich der Plattierschicht ist, ein geringeres Volumen oder eine geringere Querschnittsfläche der Plattierschicht aufweist als ein Hauptbereich, welcher ein Bereich ist, nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist. Wenn eine Konzentration von Al hoch ist, verschlechtert sich die Haltbarkeit des Ventilsitzes, da wahrscheinlich intermetallische Verbindungen (wie CuAl) ausgebildet werden und wahrscheinlich Risse in der Plattierschicht auftreten.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht, durch welches es möglich ist, Risse in einem Anfangsbereich der vorstehend beschriebenen Plattierschicht zu reduzieren, und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben bereit.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht einschließlich der Zuführung bzw. Bereitstellung eines Kupferbasierten Metallpulvers auf einer Oberfläche eines Substrates aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Aussenden eines Laserstrahls auf das zugeführte bzw. bereitgestellte Metallpulver, und Schmelzen des Metallpulvers und Bewegen einer Zuführungsposition des Metallpulvers und einer Emissionsposition des Laserstrahls in einer vorbestimmten Richtung entlang einer Oberfläche des Substrates und Ausbilden einer Plattierschicht auf der Oberfläche des Substrates in der vorbestimmten Richtung. Das Metallpulver enthält ein erstes Metallpulver und ein zweites Metallpulver. Im Herstellungsverfahren wird das erste Metallpulver dem Substrat zugeführt, um einen Anfangsbereich der Plattierschicht auszubilden, und nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist, wird das zweite Metallpulver dem Substrat zugeführt. Eine Konzentration von mindestens einem aus Si, Ni, Mo, und Al ist im ersten Metallpulver geringer als eine Konzentration davon im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht können die Konzentrationen von Si, Ni, Mo, und Al im ersten Metallpulver geringer sein als die Konzentrationen von Si, Ni, Mo, und Al im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht kann eine Konzentration von Si im ersten Metallpulver geringer sein als eine Konzentration von Si im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht kann eine Konzentration von Mo im ersten Metallpulver geringer sein als eine Konzentration von Mo im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht kann eine Konzentration von Al im ersten Metallpulver geringer sein als eine Konzentration von Al im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht können die Konzentrationen von Si und Mo im ersten Metallpulver geringer sein als die Konzentrationen von Si und Mo im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht können die Konzentrationen von Si und Ni im ersten Metallpulver geringer sein als die Konzentrationen von Si und Ni im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht können die Konzentrationen von Si, Ni, und Mo im ersten Metallpulver geringer sein als die Konzentrationen von Si, Ni, und Mo im zweiten Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht kann eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al des ersten Metallpulvers höher sein als eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al des zweiten Metallpulvers.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht kann eine Laserleistung auf das erste Metallpulver niedriger eingestellt sein bzw. werden, als eine Laserleistung auf das zweite Metallpulver.
Im Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht kann das zweite Metallpulver dem Anfangsbereich der Plattierschicht zugeführt werden, um einen Endbereich der Plattierschicht auszubilden.
Zusätzlich betrifft ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Plattierschicht einschließlich einer Pulverzuführungseinheit, welche konfiguriert ist, um Kupfer-basiertes Metallpulver einer Oberfläche eines Substrates aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zuzuführen und eine Laseremissionseinheit, welche konfiguriert ist, um einen Laserstrahl auf das von der Pulverzuführungseinheit zugeführte Metallpulver auszusenden. Das Metallpulver enthält ein erstes Metallpulver und ein zweites Metallpulver. Die Laseremissionseinheit sendet einen Laserstrahl auf das Metallpulver aus, sodass das Metallpulver geschmolzen wird. Die Herstellungsvorrichtung enthält eine erste Zuführungseinheit, welche konfiguriert ist, um das erste Metallpulver der Pulverzuführungseinheit zuzuführen und eine zweite Zuführungseinheit, welche konfiguriert ist, um das zweite Metallpulver der Pulverzuführungseinheit zuzuführen. Eine Konzentration von mindestens einem aus Si, Ni, Mo und Al ist im ersten Metallpulver geringer als eine Konzentration davon im zweiten Metallpulver. Die Herstellungsvorrichtung enthält eine Umschalteinheit, welche konfiguriert ist, um zwischen der Zuführung des ersten Metallpulvers und der Zuführung des zweiten Metallpulvers zur Pulverzuführungseinheit umzuschalten, und eine Steuereinheit, welche konfiguriert ist, um die Umschalteinheit derart zu steuern, dass, wenn ein Anfangsbereich einer Plattierschicht ausgebildet wird, das erste Metallpulver von der ersten Zuführungseinheit der Pulverzuführungseinheit zugeführt wird, und nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist, wird das zweite Metallpulver von der zweiten Zuführungseinheit zur Pulverzuführungseinheit zugeführt. Die Produktionsvorrichtung bewegt eine Zuführungsposition des Metallpulvers und eine Emissionsposition des Laserstrahls in einer vorbestimmten Richtung entlang einer Oberfläche des Substrates und bildet eine Plattierschicht auf der Oberfläche des Substrates in der vorbestimmten Richtung.
In der Vorrichtung zur Herstellung einer Plattierschicht kann die Steuereinheit eine Laserleistung des Laserstrahls derart steuern, dass eine Laserleistung auf das erste Metallpulver, wenn der Anfangsbereich der Plattierschicht ausgebildet wird, geringer ist als eine Laserleistung auf das zweite Metallpulver, nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al im Anfangsbereich zu erhöhen, da eine Konzentration von mindestens einem aus Si, Ni, Mo, und Al im ersten Metallpulver, welches dem Anfangsbereich der Plattierschicht zugeführt wird, geringer ist als eine Konzentration davon im zweiten Metallpulver, welches dem Hauptbereich zugeführt wird, nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist. Deshalb ist es möglich, Risse in dem Anfangsbereich der vorstehend beschriebenen Plattierschicht zu verringern, da die Bildung von intermetallischen Verbindungen aufgrund der Verdünnung von Al vom Substrat im Anfangsbereich verringert werden kann.
Figurenliste
Eigenschaften, Vorteile, und technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug zur beigefügten Zeichnung, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, beschrieben, und wobei:

1 eine Perspektivansicht ist, welche schematisch eine Hauptanordnung einer Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung zeigt, mit welcher ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
2 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils ist, welche schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht unter Verwendung der in 1 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung zeigt;
3A ein Diagramm ist, welches schematisch eine innere Struktur einer in 2 gezeigten koaxialen Düse und einen Zuführungs- bzw. Versorgungsweg eines Metallpulvers (wenn ein Anfangsbereich hergestellt wird) zeigt;
3B ein Diagramm ist, welches schematisch eine innere Struktur der in 2 gezeigten koaxialen Düse und den Zuführungsweg eines Metallpulvers (wenn ein Hauptbereich und ein Endbereich hergestellt werden) zeigt;
4A ein Diagramm ist, welches schematisch ein weiteres Beispiel einer inneren Struktur der koaxialen Düse und den in 2 gezeigten Zuführungsweg eines Metallpulvers (wenn ein Anfangsbereich hergestellt wird) zeigt;
4B ein Diagramm ist, welches schematisch ein weiteres Beispiel einer inneren Struktur der koaxialen Düse und den in 2 gezeigten Zuführungsweg eines Metallpulvers (wenn ein Hauptbereich und ein Endbereich hergestellt werden) zeigt;
5 eine Draufsicht ist, welche schematisch einen Ventilsitzbereich eines Zylinderkopfes zeigt;
6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 5 ist;
7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in 6 ist;
8 ein Diagramm ist, welches Zusammenhänge zwischen einer zugeführten Menge des ersten Metallpulvers, einer zugeführten Menge des zweiten Metallpulvers, einer Laserleistung, und einer Plattierhöhe zeigt;
9 ein Diagramm ist, welches einen Zusammenhang zwischen einer Konzentration von Al und einer Zugfestigkeit zeigt;
10 ein Diagramm ist, welches einen Zusammenhang zwischen einer Konzentration von Al und einer Bruchdehnung zeigt;
11 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
12A ein Strukturbilddiagramm ist, welches ein Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts senkrecht zu einer Bearbeitungsrichtung in einer Plattierschicht im Beispiel 1 zeigt;
12B ein Strukturbilddiagramm ist, welches ein Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts gemäß eines Bearbeitungsverfahrens in der Plattierschicht im Beispiel 1 zeigt;
12C ein Strukturbilddiagramm ist, welches ein Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts senkrecht zu einer Bearbeitungsrichtung in einer Plattierschicht im Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
12D ein Strukturbilddiagramm ist, welches ein Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts in einer Bearbeitungsrichtung in der Plattierschicht im Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
13 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften bzw. Funktionsmerkmalen und einer Qualitätseigenschaft in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
14 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft bzw. eines Qualitätsmerkmals im Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
15 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft im Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 zeigt;
16 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft im Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 4 zeigt;
17 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft im Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 5 zeigt;
18 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft im Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 6 zeigt;
19 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft im Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 7 zeigt; und
20 ein Diagramm ist, welches Pulverlegierungskomponenten von Metallpulvern und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft im Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel 8 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug zur Zeichnung beschrieben.
Zuerst wird allgemein ein Beispiel einer Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung, mit bzw. auf welcher ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, mit Bezug zu den 1 bis 3A und 3B beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Hauptkonfiguration einer Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung schematisch zeigt, mit welcher ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, und 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Hauptbereiches, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht unter Verwendung der in 1 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung schematisch zeigt. Zusätzlich sind die 3A und 3B Diagramme, welche eine innere Struktur einer in 2 gezeigten koaxialen Düse und einen Zuführungsweg eines Metallpulvers schematisch zeigen, 3A zeigt ein Diagramm, wenn ein Anfangsbereich bearbeitet wird, und 3B zeigt ein Diagramm, wenn ein Hauptbereich und ein Endbereich bearbeitet werden, nachdem der Anfangsbereich bearbeitet ist.
Eine in 1 gezeigte Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung 1 ist eine Vorrichtung, welche konfiguriert ist, um eine Bearbeitung der Laser-Plattierung (Plattierungsbearbeitung) auf einem Ventilsitzbereich S eines Zylinderkopfes H aus zum Beispiel Aluminium (Al) oder einer Aluminiumlegierung (nachstehend hier als ein Substrat oder ein Al-Substrat bezeichnet) auszuführen. Die Vorrichtung enthält hauptsächlich eine Zylinderkopf-Haltevorrichtung 9, welche den Zylinderkopf H neigt und hält, einen Laser-Bearbeitungskopf (Laseremissionseinheit und Pulverzuführungseinheit) 2, durch welchen Metallpulver (ein Metallmaterial, welches Kupfer als eine Hauptkomponente enthält) entladen wird, während ein Laserstrahl auf einen Bearbeitungsbereich (eine Oberfläche eines Substrates) ausgesendet wird, eine Rotationsvorrichtung 3, welche konfiguriert ist, um den Laser-Bearbeitungskopf 2 in einer vertikalen Richtung geneigt zu halten und diesen um eine vertikale Achse zu rotieren, und Bewegen einer Position, bei welcher das Metallpulver zugeführt wird, und einer Position, bei welcher ein Laserstrahl von dem Laser-Bearbeitungskopf 2 in einem Bearbeitungsbereich in einer Umfangsrichtung (Rotationsrichtung) ausgesendet wird, zwei Zuführungsvorrichtungen (eine erste Zuführungseinheit und eine zweite Zuführungseinheit) 10 und 14, welche konfiguriert sind, um Metallpulver dem Laser-Bearbeitungskopf 2 zuzuführen, und eine Steuervorrichtung (Steuereinheit) 20, welche konfiguriert ist, um Bedingungen zu steuern, in welchen Metallpulver von den Zuführungsvorrichtungen 10 und 14 dem Laser-Bearbeitungskopf 2 zugeführt wird.
Die Zylinderkopf-Haltevorrichtung 9 neigt den Zylinderkopf H derart, dass eine Mittelachse des Ventilsitzbereichs S in einer vertikalen Richtung ist, und bewegt den Zylinderkopf H zweidimensional in einer horizontalen Richtung derart, dass eine Mittelachse des Ventilsitzbereichs S mit einer Rotationsachse des Laser-Bearbeitungskopfes 2 zusammenfällt.
Der Laser-Bearbeitungskopf 2 enthält hauptsächlich eine konfigurierte Laser-Oszillationseinheit 5, um einen Laserstrahl als eine Heizquelle des Metallpulvers zu erzeugen, eine optische Systemeinheit 6, in welcher eine Sammellinse zur Bündelung eines Laserstrahls enthalten ist, und eine koaxiale Düse 7 mit einer Doppelrohrstruktur, durch welche ein Laserstrahl durchtritt und Metallpulver von der Umgebung des Laserstrahls entladen wird.
Zusätzlich enthalten die Zuführungsvorrichtungen 10 und 14 hauptsächlich Einspeisungen 11 und 15, in welchen dem Laser-Bearbeitungskopf 2 zugeführtes Metallpulver aufbewahrt wird. Die Einspeisungen 11 und 15 und die koaxiale Düse 7 des Laser-Bearbeitungskopfes 2 sind mittels eines Zuführungsrohres 18 und eines Schaltventils (Schalteinheit) 19, welches auf dem Zuführungsrohr 18 versehen ist, verbunden (detaillierte Struktur wird nachstehend beschrieben).
In der Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung 1 wird Metallpulver in einer Menge entsprechend einer in einem Herstellungsbereich ausgebildeten Plattierschicht von den Einspeisungen 11 und 15 zur koaxialen Düse 7 durch das Zuführungsrohr 18 oder Ähnlichem zugeführt, ein Laserstrahl mit einer Leistung entsprechend dem Metallpulver wird durch die Laser-Oszillationseinheit 5 erzeugt, Metallpulver wird in Richtung des Laserstrahls von der Umgebung des Laserstrahls entladen, während ein Laserstrahl durch die koaxiale Düse 7 zum Bearbeitungsbereich ausgesendet wird, und somit kann eine ringförmige Plattierschicht auf dem Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H (siehe 2) ausgebildet werden.
Um eine ringförmige Plattierschicht auszubilden, rotiert dabei die Rotationsvorrichtung 3 den Laser-Bearbeitungskopf 2 um 360° oder mehr (zum Beispiel, ungefähr 450°) und ein überlappender Bereich (zum Beispiel, ein überlappender Bereich von ungefähr 90°) wird zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt des Bearbeitungsbereiches ausgebildet.
Insbesondere enthält, wie in den 3A und 3B gezeigt, die koaxiale Düse 7 hauptsächlich ein im Wesentlichen kreisförmiges, röhrenförmiges inneres Düsenelement 7a mit einem Laserdurchgang, durch welchen ein Laserstrahl durchtritt, und ein äußeres Düsenelement 7b, welches außen an das innere Düsenelement 7a angepasst bzw. angebracht ist. Eine innere Umfangsfläche des äußeren Düsenelements 7b weist eine komplementäre Gestalt zu einer äußeren Umfangsfläche des inneren Düsenelements 7a auf. Das innere Düsenelement 7a und das äußere Düsenelement 7b sind koaxial angeordnet. Ein im Wesentlichen ringförmiger Entladungsraum 8, durch welchen Metallpulver durchtritt, ist zwischen dem inneren Düsenelement 7a und dem äußeren Düsenelement 7b definiert. Die Durchmesser des inneren Düsenelements 7a und des äußeren Düsenelements 7b verringern sich dabei in Richtung einer vorderen Endseite derselben.
Im Entladungsraum 8 werden eine Mehrzahl von Zuführungsrohren 8a bis 8d nacheinander im Wesentlichen in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung bereitgestellt (im gezeigten Beispiel, vier Zuführungsrohre in Abständen von 90°). Die Zuführungsrohre 8a bis 8d sind mit dem Schaltventil 19 mittels eines Verbindungsrohres 4 verbunden.
In dem gezeigten Beispiel ist hier der Entladungsraum 8 als ein Raum ausgebildet. Der Entladungsraum 8 kann jedoch, zum Beispiel, in eine Mehrzahl von kleinen Räumen (zum Beispiel vier kleine Räume) eingeteilt sein, durch im Wesentlichen in gleichen Abständen bereitgestellte Trennwände (zum Beispiel Abstände von 90°) in der Umfangsrichtung, und Zuführungsrohre können zur Zuführung von Metallpulver zu den kleinen Räumen nacheinander in den kleinen Räumen bereitgestellt werden.
Andererseits ist die Einspeisung 11 der Zuführungsvorrichtung (erste Zuführungseinheit) 10 mittels eines Verbindungsrohres 12 mit dem Schaltventil 19 verbunden, und die Einspeisung 15 der Zuführungsvorrichtung (zweite Zuführungseinheit) 14 ist mittels eines Verbindungsrohres 16 mit dem Schaltventil 19 verbunden.
Deshalb werden, wenn die Steuervorrichtung 20 das Umschalten des Schaltventils 19 in Verbindung mit zum Beispiel der Rotationsvorrichtung 3 oder ähnlichem steuert, die folgenden Verbindungszustände herbeigeführt und die Zuführungswege des Metallpulvers werden von den Einspeisungen 11 und 15 zu den Zuführungsrohren 8a bis 8d der koaxialen Düse 7 umgeschaltet. [Erster Verbindungszustand] Ein Zustand (ein in 3A gezeigter Zustand), in welchem, wenn ein Anfangsbereich der Plattierschicht bearbeitet wird (das heißt, wenn ein Rotationswinkel eines Bearbeitungsstartpunktes des Laser-Bearbeitungskopfes 2 (die koaxiale Düse 7 derselben) in einem vorbestimmten Winkel (zum Beispiel, ungefähr 45° oder kleiner) ist), die Einspeisung 11 (das damit verbundene Verbindungsrohr 12) und die Zuführungsrohre 8a bis 8d (das damit verbundene Verbindungsrohr 4) miteinander in Verbindung sind, ein in der Einspeisung 11 gelagertes Metallpulver dem Entladungsraum 8 durch die Zuführungsrohre 8a bis 8d zugeführt wird, und die Verbindung zwischen der Einspeisung 15 (das damit verbundene Verbindungsrohr 16) und den Zuführungsrohren 8a bis 8d (das damit verbundene Verbindungsrohr 4) blockiert ist. [Zweiter Verbindungszustand] Ein Zustand (ein in 3B gezeigter Zustand), in welchem, wenn ein Hauptbereich und ein Endbereich bearbeitet werden (das heißt, wenn ein Rotationswinkel des Laser-Bearbeitungskopfes 2 (die koaxiale Düse 7 derselben) größer als ein vorbestimmter Winkel (zum Beispiel, ungefähr 45°) ist), nachdem der Anfangsbereich der Plattierschicht bearbeitet ist, die Verbindung zwischen der Einspeisung 11 (das damit verbundene Verbindungsrohr 12) und den Zuführungsrohren 8a bis 8d (das damit verbundene Verbindungsrohr 4) blockiert ist, und die Einspeisung 15 (das damit verbundene Verbindungsrohr 16) und die Zuführungsrohre 8a bis 8d (das damit verbundene Verbindungsrohr 4) miteinander in Verbindung sind und ein in der Einspeisung 15 gelagerte Metallpulver dem Entladungsraum 8 durch die Zuführungsrohre 8a bis 8d zugeführt wird.
In dem Beispiel, welches in den 3A und 3B gezeigt wird, wird ein Schaltventil 19 verwendet, um dabei Bedingungen (Zuführungsweg) umzuschalten, in welchen Metallpulver von den Einspeisungen 11 und 15 zu den Zuführungsrohren 8a bis 8d zur koaxialen Düse 7 zugeführt wird. Wie jedoch in den 4A und 4B gezeigt, können zum Beispiel Zuführungsrohre, welche mit den Zuführungsrohren 8a bis 8d verbunden sind, einzeln bzw. getrennt mit den Einspeisungen 11 und 15 verbunden sein, und die Schaltventile 19a und 19b können in den Zuführungsrohren bereitgestellt werden, und die zwei Schaltventile 19a und 19b können verwendet werden, um Bedingungen (Zuführungswege) umzuschalten, in welchen ein Metallpulver von den Einspeisungen 11 und 15 zu den Zuführungsrohren 8a bis 8d der koaxialen Düse 7 (das heißt, die Steuervorrichtung 20 steuert gleichzeitig die zwei Schaltventile 19a und 19b) zugeführt wird. Außerdem können die Schaltventile weggelassen werden, und Auf- und Zu-Ventile zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit, welche an den Einspeisungen 11 und 15 versehen sind, können verwendet werden, um Bedingungen (Zuführungsweg) umzuschalten, in welchen ein Metallpulver von den Einspeisungen 11 und 15 zu den Zuführungsrohren 8a bis 8d der koaxialen Düse 7 zugeführt wird (das heißt, die Steuervorrichtung 20 steuert gleichzeitig Auf- und Zu-Ventile der Einspeisungen 11 und 15).
Zusätzlich wird ein Trägergasrohr (nicht gezeigt), durch welches ein Trägergas einschließlich eines Inertgases wie Stickstoffgas strömt, den Einspeisungen 11 und 15 zugeführt, und unter Verwendung des Trägergases kann das Metallpulver unter Druck gesetzt werden und von den Einspeisungen 11 und 15 zur koaxialen Düse 7 durch das Zuführungsrohr 18 (wie die Verbindungsrohre 12 und 16) zusammen mit dem Trägergas zugeführt werden.
Ein Gaszuführungsweg, durch welchen ein Inertgas wie Stickstoffgas strömt, wird dabei in dem äußeren Düsenelement 7b bereitgestellt. Das durch den Gaszuführungsweg zugeführte Inertgas wird einem Laserdurchgang des inneren Düsenelements 7a durch einen Gasfüllraum, welcher zwischen dem inneren Düsenelement 7a und dem äußeren Düsenelement 7b definiert ist, und einer Mehrzahl von Gasauslässen zugeführt, welche in dem inneren Düsenelement 7a ausgebildet sind, um mit dem Gasfüllraum verbunden zu sein.
Wenn eine Plattierschicht auf dem Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H ausgebildet wird, wird das auf dem Trägergasrohr versehene Auf- und Zu-Ventil geöffnet, wenn ein Metallpulver von den Einspeisungen 11 und 15 der koaxialen Düse 7 zugeführt wird, und ein in den Einspeisungen 11 und 15 gelagertes Metallpulver wird an die Verbindungsrohre 12 und 16, welche das Zuführungsrohr 18 bilden, zusammen mit dem Trägergas aufgrund eines Drucks des von dem Trägergasrohr zugeführten Trägergases geschickt, und wird den Zuführungsrohren 8a bis 8d der koaxialen Düse 7 durch das Schaltventil 19 und das vorstehend beschriebene Verbindungsrohr 4 zugeführt. Das den Zuführungsrohren 8a bis 8d zugeführte Metallpulver wird in den Abgaberaum 8 eingeführt und wird in der Umfangsrichtung zerstäubt und dispergiert, und von einer Auslassöffnung auf der vorderen Endseite des Abgaberaumes 8 nach außen abgegeben.
Das durch die Auslassöffnung entladene Metallpulver wird aufgrund eines Laserstrahls, welcher von der Laser-Oszillationseinheit 5 des Laser-Bearbeitungskopfes 2 ausgesendet wird und durch den Laserdurchgang des inneren Düsenelements 7a tritt, geschmolzen, das geschmolzene Metallpulver wird an den Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H, welcher ein Bearbeitungsbereich ist, geschweißt, das geschweißte Metallpulver wird abgekühlt und verfestigt bzw. erstarrt, und eine Plattierschicht mit einer vorbestimmten Dicke und äußeren Form wird auf dem Bearbeitungsbereich ausgebildet. Der Laserdurchgang des inneren Düsenelements 7a dient dabei, wie vorstehend beschrieben, außerdem als ein Durchgang für ein durch den Gaszuführungsweg und ähnlichem zugeführtes Inertgas, und ein Inertgas wird in einen Bearbeitungsbereich eines Arbeitsstücks durch den Laserdurchgang während der Bearbeitung der Laser-Plattierung eingespritzt.
Eine Menge des von den Einspeisungen 11 und 15 an die Verbindungsrohre 12 und 16 (das heißt, die koaxiale Düse 7) zugeführten Metallpulvers, und eine Strömungsgeschwindigkeit und ein Druck (innerer Druck der Einspeisung) eines Trägergases werden hierbei durch die Einspeisungen 11 und 15 gehandhabt.
Als nächstes werden ein Verfahren zur Herstellung (Ausbildung) einer Plattierschicht unter Verwendung der in 1 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung zur Laser-Plattierung und eine innere Struktur der dementsprechend ausgebildeten Plattierschicht detaillierter beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kupfer-basiertes Metallpulver (erstes Metallpulver) mit einer relativ geringen Konzentration (mit anderen Worten, eine zusätzliche Menge) von mindestens einem aus Ni, Si, Mo, und Al (vorzugsweise alle aus Ni, Si, Mo, und Al) in der Einspeisung 11 der vorstehend beschriebenen Zuführungsvorrichtung (erste Zuführungseinheit) 10 aufbewahrt, und ein Kupfer-basiertes Metallpulver (zweites Metallpulver) mit einer relativ hohen Konzentration von mindestens einem aus Ni, Si, Mo, und Al (vorzugsweise alle aus Ni, Si, Mo, und Al) wird in der Einspeisung 15 der Zuführungsvorrichtung (zweite Zuführungseinheit) 14 gelagert.
Wie vorstehend beschrieben, schaltet die Steuervorrichtung 20 das Schaltventil 19 entsprechend einem Rotationswinkel der koaxialen Düse 7 des Laser-Bearbeitungskopfes 2. Deshalb sind, wenn der Anfangsbereich der Plattierschicht im Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H bearbeitet wird, die Zuführungsrohre 8a bis 8d der koaxialen Düse 7 mit der Einspeisung 11 in Verbindung, und das erste Metallpulver wird von der Einspeisung 11 der koaxialen Düse 7 (dem Abgaberaum 8 desselben) zugeführt (siehe auch 3A). Zusätzlich sind, wenn ein Hauptbereich und ein Endbereich der Plattierschicht bearbeitet werden, die Zuführungsrohre 8a bis 8d der koaxialen Düse 7 mit der Einspeisung 15 in Verbindung, und das zweite Metallpulver wird von der Einspeisung 15 der koaxialen Düse 7 (dem Abgaberaum 8 desselben) zugeführt (siehe auch 3B).
Deshalb wird, wenn eine Plattierschicht unter Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung 1 zur Laser-Plattierung der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet wird, wie in den 5 bis 7, und 8 gezeigt, zunächst (im Beispiel, welches in 8 gezeigt wird, von einem Rotationswinkel von 0°, welcher ein Bearbeitungsstartpunkt ist, bis zu einem Rotationswinkel von ungefähr 45°) das erste Metallpulver (Metallpulver mit einer relativ geringen Konzentration von Ni, Si, Mo, und Al), welches von der Einspeisung 11 der koaxialen Düse 7 zugeführt wird, aufgrund eines Laserstrahls, der durch die koaxiale Düse 7 tritt (davon das innere Düsenelement 7a), geschmolzen, und an den Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H geschweißt und plattiert, wodurch der Anfangsbereich ausgebildet wird. Danach wird (im Beispiel, welches in 8 gezeigt ist, von einem Rotationswinkel von ungefähr 45° bis zu einem Rotationswinkel von 450°) ein Zuführungsweg von den Einspeisungen 11 und 15 zur koaxialen Düse 7 umgeschaltet, das zweite Metallpulver (Metallpulver mit einer relativ hohen Konzentration an Ni, Si, Mo, und Al), welches von der Einspeisung 15 der koaxialen Düse 7 zugeführt wird, aufgrund des Laserstrahls geschmolzen und an den Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H geschweißt und plattiert, wodurch ein Hauptbereich und ein Endbereich ausgebildet wird.
Dabei wird in diesem Beispiel, wie in 8 gezeigt, eine Laserleistung für das erste Metallpulver, wenn der Anfangsbereich gebildet wird, geringer eingestellt als eine Laserleistung für das zweite Metallpulver, nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist. Mit anderen Worten, die Steuervorrichtung 20 steuert gleichzeitig eine Laserleistung des Laser-Bearbeitungskopfes 2 (die Laser-Oszillationseinheit 5 desselben) entsprechend einem Rotationswinkel der koaxialen Düse 7 des Laser-Bearbeitungskopfes 2.
In der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet dabei der „Anfangsbereich“ der Plattierschicht einen Bereich, in welchem eine Höhe einer Plattierschicht von einem Bearbeitungsstartpunkt (eine Startposition der Bearbeitung der Plattierschicht) geringer ist als eine Höhe einer Blattoberfläche während der Herstellung (insbesondere siehe 7). Außerdem bezeichnet der „Hauptbereich“ der Plattierschicht einen Bereich, in welchem eine Höhe einer Plattierschicht, nachdem der Anfangsbereich geformt ist, gleich oder höher ist als eine Höhe eine Blattoberfläche während der Herstellung. Außerdem bezeichnet der „Endbereich“ der Plattierschicht eine Region nach einem Bereich, welcher zumindest mit dem Anfangsbereich überlappt (insbesondere, siehe 7 und 8).
Eine Zusammensetzung der Pulverlegierungskomponenten des ersten Metallpulvers (ein Metallmaterial, welches verwendet wird, um den Anfangsbereich zu bilden) und des zweiten Metallpulvers (ein Metallmaterial, welches verwendet wird, um den Hauptbereich und den Endbereich zu bilden) werden dabei aufgrund den folgenden Überlegungen bestimmt.
Ni-Komponente
Wenn ein Gehalt (Anteil) an Nickel ansteigt, wird wahrscheinlich eine netzartige Struktur von Cu-Ni-Si ausgebildet und die Stärke einer Matrix wird verbessert. Wenn jedoch ein Gehalt (Anteil) an Ni 20 % übersteigt, treten wahrscheinlich Risse auf und die Schweißbarkeit sinkt. Wenn andererseits ein Gehalt (Anteil) an Ni sinkt, werden die Bildung von NiSi (Nickelsilizid) und die Bildung von einer AlNi-Verbindung aufgrund eines Anstiegs einer Feststofflöslichkeitsgrenze des Al verhindert, und das Auftreten von Rissen kann verhindert werden. Wenn jedoch ein Gehalt (Anteil) an Nickel weniger als 5 % beträgt, ist es nicht möglich, einer Motorlast wie einem Verbrennungsdruck standzuhalten, da die Stärkung der Matrix ungenügend ist. Deshalb ist eine Menge an Nickel im ersten Metallpulver, innerhalb eines Bereiches von 5,0 % bis 20,0 %, relativ kleiner und eine Menge an Nickel im zweiten Metallpulver relativ höher.
Si-Komponente
Wenn ein Gehalt (Anteil) an Si ansteigt, wird wahrscheinlich eine netzartige Struktur von Cu-Ni-Si ausgebildet, und die Stärke einer Matrix wird verbessert, und die Schweißbarkeit an Al wird verbessert. Wenn ein Gehalt (Anteil) an Si übermäßig hoch ist, sinkt die Duktilität, da eine Menge an Nickelsilizid (wie Ni₃Si), welches sich an den Korngrenzen von Cu-Ni-Kristallkörnern mit einer Cu-Ni-Si-Struktur ausbildet, ansteigt, und wenn eine verdünnte Substratkomponente (Al-Komponente) in einer Menge, welche eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu übersteigt, eingemischt ist, werden intermetallische Verbindungen (wie AlNi) an den Korngrenzen ausgebildet, und die Dehnbarkeit nimmt deutlich ab. Außerdem treten, selbst wenn eine Konzentration von Al gering ist, wahrscheinlich Risse auf, da eine hohe Restzugspannung erzeugt wird. Insbesondere wird, wenn der Gehalt an Si 2,4 % oder geringer ist, wahrscheinlich ein ungeschweißter Bereich ausgebildet, und wenn ein Gehalt an Si 4,0 % oder höher ist, treten wahrscheinlich Risse im Hauptbereich der Plattierschicht aufgrund der vorstehend genannten Gründen auf. Deshalb ist eine Menge an Si im ersten Metallpulver, innerhalb eines Bereiches von 2,4 % bis 4,0 %, geringer als eine Menge an Si im zweiten Metallpulver.
Mo-Komponente
Wenn ein Gehalt (Anteil) an Mo ansteigt, da ein Flächenverhältnis von harten Partikeln einschließlich Mo-Si-Fe und Mo-Ni-Si ansteigt, und viele harte Partikel kristallisiert sind, verbessert sich die Verschleißfestigkeit. Da jedoch eine Zähigkeit nicht der der Matrix entspricht, verringert sich die Bruchdehnung, und es treten wahrscheinlich Risse auf. Insbesondere verringert sich die Zähigkeit, wenn ein Gehalt an Mo 40,0 % übersteigt, da eine Menge an harten Partikeln ein Überschuss davon ist, und es treten wahrscheinlich Risse auf. Deshalb ist eine Menge an Mo im ersten Metallpulver, innerhalb eines Bereiches von 0 % bis 40,0 %, geringer als eine Menge an Mo im zweiten Metallpulver.
Al-Komponente
Wenn ein Gehalt (Anteil) an Al ansteigt, wird wahrscheinlich eine Mischkristallverfestigungsstruktur von Cu-Ni-Al ausgebildet, und die Stärke einer Matrix wird verbessert. Wenn jedoch ein Gehalt (Anteil) von Al übermäßig hoch ist, gibt es mehrere intermetallische Verbindungsphasen von geringer Duktilität, wie AlNi und CuAl, aufgrund einer verdünnten Substratkomponente (Al-Komponente), und es treten wahrscheinlich Risse auf. Das heißt, obgleich eine geringe Menge der Al-Komponente hinzugegeben wird, wird die Dehnfestigkeit verbessert (siehe 9), wenn ein Gehalt an Al 12 % übersteigt, ist die Bruchdehnung (wenn diese gering wird, treten wahrscheinlich Risse auf) geringer, als wenn eine Konzentration an Al 0 % ist (siehe 10). Deshalb ist innerhalb eines Bereich von 0 % bis 12,0 % eine Menge an Al im ersten Metallpulver relativ kleiner und eine Menge an Al im zweiten Metallpulver relativ größer.
Das heißt, wenn eine Plattierschicht unter Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung 1 zur Laser-Plattierung der vorstehend beschriebenen, vorliegenden Ausführungsform ausgebildet wird, weist der Anfangsbereich der Plattierschicht, welcher aus dem ersten Metallpulver, welches von der Einspeisung 11 der koaxialen Düse 7 zugeführt wird, ausgebildet wird, eine Struktur mit einer relativ hohen Feststofflöslichkeitsgrenze des Al auf.
Außerdem weisen der Hauptbereich und der Endbereich der Plattierschicht, welche aus dem zweiten Metallpulver, welches von der Einspeisung 15 der koaxialen Düse 7 zugeführt wird, gebildet werden, eine Struktur mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit auf. Insbesondere weist eine Blattoberfläche, wenn die ausgebildete Plattierschicht unter der Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung 1 zur Laser-Plattierung der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet wird, eine aus dem zweiten Metallpulver ausgebildete Struktur auf, und die Struktur enthält mehr Ni und Si. Deshalb wird wahrscheinlich eine netzartige Struktur von Cu-Ni-Si ausgebildet, die Härte einer Matrix wird verbessert, und Adhäsionsabnutzung, welche auftritt, wenn die Matrix abgezogen bzw. abgeschält wird und am Ventil haftet, wird voraussichtlich verhindert werden. Außerdem steigt ein Flächenverhältnis von harten Partikeln einschließlich Mo-Si-Fe und Mo-Ni-Si an, da die Struktur mehr Mo enthält, und die Verschleißfestigkeit wird voraussichtlich verbessert. Außerdem wird wahrscheinlich eine Mischkristallverfestigungsstruktur von Cu-Ni-Al ausgebildet, da die Struktur mehr Al enthält, die Härte einer Matrix wird verbessert, und eine Adhäsionsabnutzung, welche auftritt, wenn die Matrix abgezogen wird und an dem Ventil haftet, wird voraussichtlich verhindert.
Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al im Anfangsbereich zu erhöhen, da das erste Metallpulver, das dem Anfangsbereich der Plattierschicht zugeführt wird, eine relativ geringere Konzentration von mindestens einem aus Si, Ni, Mo, und Al als das zweite Metallpulver, welches dem Hauptbereich zugeführt wird, nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist, aufweist. Deshalb ist es möglich, zuverlässig Risse im Anfangsbereich der vorstehend beschriebenen Plattierschicht zu verhindern, da die Bildung der intermetallischen Verbindungen aufgrund der Verdünnung von Al von einem Substrat verringert werden kann.
Außerdem gibt es in der vorliegenden Ausführungsform eine Wirkung, dass es möglich ist, die Produktivität sicherzustellen, da ein Zuführungsweg des Metallpulvers von den Einspeisungen 11 und 15 der Zuführvorrichtungen 10 und 14 zur koaxialen Düse 7 durch Schalten des Schaltventils 19 (oder auf den Einspeisungen 11 und 15 versehenen Auf- und Zu-Ventile zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit) umgeschaltet wird, wenn die Plattierschicht bearbeitet wird.
Während die koaxiale Düse 7 mit einer Doppelrohr-Struktur, durch welche ein Laserstrahl tritt und Metallpulver von der Umgebung des Laserstrahls abgegeben wird, dabei in der vorstehenden Ausführungsform verwendet wurde, kann zum Beispiel ein Laserstrahl und ein Metallpulver auf eine Oberfläche eines Substrates (der Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H) unter Verwendung von getrennten Düsen zugeführt werden. Mit anderen Worten, während der Laser-Bearbeitungskopf 2 (die koaxiale Düse 7 desselben), welcher als eine Pulverzuführungseinheit dient, welche konfiguriert ist, um ein Metallpulver einer Oberfläche eines Substrates zuzuführen, und außerdem als eine Laseremissionseinheit dient, welche konfiguriert ist, um einen Laserstrahl auf von der Pulverzuführungseinheit zugeführtem Metallpulver auszusenden und das Metallpulver zu schmelzen, wurde zum Beispiel in der vorstehenden Ausführungsform verwendet, die Pulverzuführungseinheit und die Laseremissionseinheit können als getrennte Vorrichtungen konfiguriert werden. Außerdem können, während Metallpulver mit von den Zuführungsvorrichtungen 10 und 14 zugeführten, verschiedenen Komponenten nacheinander, zum Beispiel von einer koaxialen Düse 7, in der vorstehenden Ausführungsform abgegeben (zugeführt) werden, Metallpulver mit verschiedenen von den Zuführungsvorrichtungen 10 und 14 zugeführten Komponenten nacheinander einer Oberfläche eines Substrates (der Ventilsitzbereich S des Zylinderkopfes H) unter Verwendung von (zwei) getrennten Düsen zugeführt werden.
Zusätzlich sollte angemerkt werden, dass die Anzahl der Zuführungsrohre, durch welche das Metallpulver zum Abgaberaum 8 der koaxialen Düse 7 zugeführt wird, deren Positionen und ähnliches angemessen geändert werden können.
Außerdem werden in der vorstehenden Ausführungsform zur Klärung der Konfiguration bzw. Anordnung bei einer vorbestimmten Zeit (im Beispiel, welches in 8 gezeigt ist, ein Rotationswinkel von ungefähr 45°) die Zuführung des ersten Metallpulvers von der Einspeisung 11 zur koaxialen Düse 7 und Zuführung des zweiten Metallpulvers von der Einspeisung 15 vollständig umgeschaltet, nur das erste Metallpulver wird von der Einspeisung 11 zugeführt, um den Anfangsbereich auszubilden, und nur das zweite Metallpulver wird von der Einspeisung 15 zugeführt, um den Hauptbereich und den Endbereich auszubilden. Jedoch sollte beachtet werden, dass, wenn eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al vom bei der Bearbeitung des Anfangsbereiches der Plattierschicht verwendeten Metallpulver höher ist als eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al vom bei der Bearbeitung eines Hauptbereichs und eines Endbereichs verwendeten Metallpulver und Verschleißfestigkeit einer Blattoberfläche und ähnliches während der Herstellung sichergestellt werden kann, das von der Einspeisung 11 zugeführte erste Metallpulver und das von der Einspeisung 15 zugeführte zweite Metallpulver kann gemischt und in einer vorbestimmten Zeitspanne (in einem Bereich von vorbestimmten Rotationswinkeln) verwendet werden.
Experimente zur Auswertung von Funktionseigenschaften bzw. -merkmale und eine Qualitätseigenschaft einer Plattierschicht und deren Ergebnisse.
Die Erfinder führten Experimente durch, in welchen eine Plattierschicht auf einem Al-Substrat (ein Ventilsitzbereich eines Zylinderkopfes aus Al) unter Verwendung von Metallpulvern mit verschiedenen Pulverlegierungskomponenten (Beispiele 1 bis 8, und Vergleichsbeispiele 1 bis 8) unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung 1 zur Laser-Plattierung (zum Beispiel, siehe 8 für Bearbeitungsbedingungen) ausgebildet wurde, und Funktionseigenschaften und eine Qualitätseigenschaft der Plattierschicht wurden ausgewertet.
Experimente der Beobachtung des Querschnitts einer Plattierschicht in Beispiel 1 und deren Ergebnisse.
Zuerst führten die Erfinder Experimente aus, in welchen eine Plattierschicht auf einem Al-Substrat (ein Ventilsitzbereich eines Zylinderkopfes aus Al) unter Verwendung von Metallpulvern mit verschiedenen Pulverlegierungskomponenten (Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1) ausgebildet wurde, und ein Querschnitt der Plattierschicht wurde beobachtet.
Vergleich zwischen Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
11 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1. Wie aus 11 ersichtlich, werden in Beispiel 1 alle Konzentrationen von Ni, Si, Mo, und Al in dem ersten Metallpulver geringer eingestellt als jene im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 1 derart eingestellt, dass es im Wesentlichen dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver in Beispiel 1 (eine Menge an Al war geringfügig verschieden) aufwies. Das heißt, im Vergleichsbeispiel 1 wurde die Plattierschicht unter Verwendung eines einzelnen Metallpulvers mit im Wesentlichen denselben Pulverlegierungskomponenten wie dem zweiten Metallpulver in Beispiel 1 bearbeitet.
12A ist ein Strukturbilddiagramm, welches ein Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts (entspricht einem Querschnitt entlang der Linie VI-VI in 5) senkrecht zu einer Bearbeitungsrichtung in der Plattierschicht in Beispiel 1 zeigt, welche in dem vorliegenden Experiment hergestellt wurde. 12B ist ein Strukturbilddiagramm, welches ein Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts (entspricht einem Querschnitt entlang der Linie VII-VII in 6) in einer Bearbeitungsrichtung in der Plattierschicht in Beispiel 1 zeigt. Außerdem ist 12C ein Strukturbilddiagramm, welches eine Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts senkrecht zu einer Bearbeitungsrichtung in der Plattierschicht im Vergleichsbeispiel 1 zeigt. 12D ist ein Strukturbilddiagramm, welches ein Querschnittserfassungsergebnis eines Querschnitts in einer Bearbeitungsrichtung in der Plattierschicht im Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
Im Vergleichsbeispiel 1, welches in den 12C und 12D gezeigt wird, wurde das Auftreten der Risse, welche etwas weißer als der Hauptbereich und der Endbereich erscheinen, bestätigt, da mehrere intermetallische Verbindungsphasen im Anfangsbereich ausgefällt wurden.
Es kann verstanden werden, dass, wenn dabei eine vergrößerte Struktur untersucht wurde, um eine Struktur eines Bereichs, in welchem Risse auftraten, mit einer Struktur eines rissfreien Bereichs in der Struktur im Vergleichsbeispiel 1 zu vergleichen, eine Al-Verdünnung 10 % betrug und es deshalb weniger duktile (resistent gegen Rissbildung) metallische Cu-Ni-Phasen gab, und intermetallische AlN-Verbindungsphasen von geringer Duktilität, in welchen Al und Ni kombiniert wurden, wurden aufgrund eines Anstiegs in der Konzentration von Al ausgebildet.
Andererseits wurde in Beispiel 1, welches in den 12A und 12B gezeigten ist, bestätigt, dass eine Farbe des Anfangsbereichs ähnlich zu der des Hauptbereichs und des Endbereichs und nicht weiß war, und es eine geringere Ausfällung von intermetallischen Verbindungsphasen gab, in welchen wahrscheinlich Risse auftreten.
Experimente der Härtemessung der Matrix der Plattierschichten in den Beispielen 2 bis 8, Flächenverhältnis der harten Partikel, und Auftreten von Rissen und Ergebnisse davon.
Als nächstes führten die Erfinder Experimente durch, in welchen eine Plattierschicht unter Verwendung von Metallpulvern mit unterschiedlichen Pulverlegierungskomponenten (Beispiele 2 bis 8, und Vergleichsbeispiele 1 bis 8) auf einem Al-Substrat (ein Ventilsitzbereich eines Zylinderkopfes aus Al) ausgebildet wurde, und die Härte der Matrix der Plattierschicht, ein Flächenverhältnis von harten Partikeln, und das Auftreten von Rissen (die Anzahl der Erscheinungen) wurden gemessen bzw. untersucht.
Es wurde herausgefunden, dass in Anbetracht eines Bereichs, in welchem Risse auftraten, der eine Struktur im vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel 1 (siehe die 12C und 12D) aufwies, wenn eine Menge der in Cu gemischten Al-Komponente einen bestimmten Wert überschritt (Feststofflöslichkeitsgrenze), intermetallische Verbindungen (AlNi und CuAl) ausgebildet wurden, und eine Verringerung der Dehnung bewirkt wurde, und Risse wahrscheinlich in der Struktur auftraten. Deshalb wurde in dem vorliegenden Experiment eine Auswertung derart durchgeführt, dass eine Al-Feststofflöslichkeitsgrenze von Cu definiert wurde, es wurden Größenverhältnisse zwischen einer Menge an Si, einer Menge an Ni, einer Menge an Mo, und einer Menge an Al der Zusammensetzungen der Pulverlegierungskomponente des ersten Metallpulvers und des zweiten Metallpulvers als Steuerungsfaktoren eingestellt, und eine Härte (Hv 0,1) einer Matrix, welche Adhäsionsabnutzung verhindert, ein Flächenverhältnis der harten Partikel, welche die Verschleißfestigkeit verbessern, und das Auftreten von Rissen (die Anzahl der auftretenden Risse) wurden als Ergebnisindikatoren eingestellt bzw. bestimmt. Hierbei waren eine höhere Härte der Matrix und ein Flächenverhältnis der harten Partikel als Funktionseigenschaften vorteilhaft mit Bezug zur Adhäsionsabnutzung, und eine geringere Anzahl an auftretenden Rissen (das heißt, Null), welche im Anfangsbereich erscheinen, resultierten in einer besseren Qualitätseigenschaft.
Die „Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu“ ist dabei ein Grenzwert, bei welchem, wenn eine Menge einer Al-Komponente, die in Cu gemischt wird, diesen Wert überschreitet, intermetallische Verbindungen (AlNi und CuAl) in Cu ausgebildet werden, und eine Abnahme bzw. Verringerung der Dehnung hervorgerufen wird und Risse wahrscheinlich auftreten, und ist ein Wert, welcher durch die Zusammensetzungswerte für Ni, Si, und Mo im Metallpulver bestimmt wird.
Vergleich zwischen Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1
13 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 und experimentelle Ergebnisse der Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 13 ersichtlich, wurden in Beispiel 2 alle Konzentrationen von Ni, Si, Mo, und Al in dem ersten Metallpulver geringer eingestellt, als jene im zweiten Metallpulver. Außerdem war die Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu im ersten Metallpulver, welche als eine Referenz dient, höher als die Feststofflöslichkeitsgrenze der Al-Komponente von Cu im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 1 auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver im Beispiel 2 eingestellt. Das heißt, im Vergleichsbeispiel 1 wurde die Bearbeitung der Plattierung unter Verwendung eines einzelnen Metallpulvers mit denselben Pulverlegierungskomponenten wie dem zweiten Metallpulver in Beispiel 2 ausgeführt.
Es wurde bestätigt, dass dieselben Funktionen wie im Vergleichsbeispiel 1 ohne Risse in Beispiel 2 verwirklicht werden konnten, aber 19 Risse im Vergleichsbeispiel 1 auftraten.
Vergleich zwischen Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2
14 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und einer Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 14 ersichtlich, wurde im Vergleichsbeispiel 2 das Metallpulver auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das erste Metallpulver in Beispiel 2 eingestellt. Das heißt, im Vergleichsbeispiel 2 wurde die Bearbeitung der Plattierung unter Verwendung eines einzelnen Metallpulvers mit denselben Pulverlegierungskomponenten wie beim ersten Metallpulver in Beispiel 2 ausgeführt.
Im Vergleichsbeispiel 2 wurde bestätigt, dass keine Risse auftraten, da eine Menge an Si, eine Menge an Ni, eine Menge an Mo, und eine Menge an Al klein waren (geringer als jene in dem zweiten Metallpulver und gleich denen im ersten Metallpulver in Beispiel 2), aber sowohl die Härte der Matrix als auch das Flächenverhältnis der harten Partikel waren geringer als jene in Beispiel 2, und die Funktionseigenschaften waren minderwertiger als jene von Beispiel 2.
Vergleich zwischen Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3
15 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und eine Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 15 ersichtlich, wurde im Beispiel 3 nur eine Konzentration von Si (Menge an Si) des ersten Metallpulvers eingestellt, um geringer als im zweiten Metallpulver zu sein. Außerdem war die Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu im ersten Metallpulver, welches als eine Referenz dient, höher als die Feststofflöslichkeitsgrenze der Al-Komponente von Cu im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 3 auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver in Beispiel 3 eingestellt.
Da das zweite Metallpulver in Beispiel 3 und das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 3 dieselben Pulverlegierungskomponenten hatten, hatten Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 dieselben Funktionseigenschaften (das heißt, sowohl die Härte der Matrix als auch das Flächenverhältnis der harten Partikel waren dieselben). Andererseits wurde bestätigt, dass keine Risse in Beispiel 3, aber zwei Risse im Vergleichsbeispiel 3 auftraten, da eine Konzentration von Si (Menge an Si) im ersten Metallpulver in Beispiel 3 relativ niedrig war.
Vergleich zwischen Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 4
16 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 4 und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und eine Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 16 ersichtlich, wurde in Beispiel 4 nur eine Konzentration von Mo (Menge an Mo) im ersten Metallpulver auf eine geringere als im zweiten Metallpulver eingestellt. Außerdem war die Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu im ersten Metallpulver, welches als eine Referenz dient, höher als die Feststofflöslichkeitsgrenze der Al-Komponente von Cu im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 4 auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver in Beispiel 4 eingestellt.
Da das zweite Metallpulver in Beispiel 4 und das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 4 dieselben Pulverlegierungskomponenten aufwiesen, wiesen Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 4 dieselben Funktionseigenschaften auf (das heißt, sowohl die Härte der Matrix als auch das Flächenverhältnis der harten Partikel waren dieselben). Andererseits wurde bestätigt, dass keine Risse in Beispiel 4 auftraten, aber einen Riss im Vergleichsbeispiel 4 auftrat, da eine Konzentration von Mo (Menge an Mo) im ersten Metallpulver in Beispiel 4 relativ niedrig war.
Vergleich zwischen Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 5
17 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 5 und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und eine Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 17 ersichtlich, wurde in Beispiel 5 nur eine Konzentration von Al (Menge an Al) im ersten Metallpulver auf eine geringere als im zweiten Metallpulver eingestellt. Außerdem war die Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu im ersten Metallpulver, welches als eine Referenz dient, höher als die Feststofflöslichkeitsgrenze der Al-Komponente von Cu im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 5 auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver in Beispiel 5 eingestellt.
Da das zweite Metallpulver in Beispiel 5 und das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 5 dieselben Pulverlegierungskomponenten aufwiesen, weisen Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 5 dieselben Funktionseigenschaften auf (das heißt, sowohl die Härte der Matrix als auch das Flächenverhältnis der harten Partikel waren dieselben). Andererseits wurde bestätigt, dass keine Risse in Beispiel 5, aber 15 Risse im Vergleichsbeispiel 5 auftraten, da eine Konzentration von Al (Menge an Al) im ersten Metallpulver in Beispiel 5 relativ niedrig war.
Vergleich zwischen Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 6
18 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 6 und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und eine Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 18 ersichtlich, wurden in Beispiel 6 Konzentrationen von Si und Mo (eine Menge an Si und eine Menge an Mo) im ersten Metallpulvers auf geringere als im zweiten Metallpulver eingestellt. Außerdem war die Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu im ersten Metallpulver, welches als eine Referenz dient, höher als die Feststofflöslichkeitsgrenze der Al-Komponente von Cu im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 6 auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver in Beispiel 6 eingestellt.
Da das zweite Metallpulver in Beispiel 6 und das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 6 dieselben Pulverlegierungskomponenten aufwiesen, weisen Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 6 dieselben Funktionseigenschaften auf (das heißt, sowohl die Härte der Matrix als auch das Flächenverhältnis der harten Partikel waren dieselben). Andererseits wurde bestätigt, dass keine Risse in Beispiel 6, aber fünf Risse im Vergleichsbeispiel 6 auftraten, da eine Konzentration von Si und eine Konzentration von Mo (eine Menge an Si und eine Menge an Mo) im ersten Metallpulver in Beispiel 6 relativ niedrig waren.
Vergleich zwischen Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 7
19 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 7 und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und eine Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 19 ersichtlich, wurden in Beispiel 7 die Konzentrationen von Si und Ni (eine Menge an Si und eine Menge an Ni) im ersten Metallpulvers auf geringere als im zweiten Metallpulver eingestellt. Außerdem war die Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu im ersten Metallpulver, welches als eine Referenz dient, höher als die Feststofflöslichkeitsgrenze der Al-Komponente von Cu im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 7 auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver in Beispiel 7 eingestellt.
Da das zweite Metallpulver in Beispiel 7 und das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 7 dieselben Pulverlegierungskomponenten aufwiesen, weisen Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 7 dieselben Funktionseigenschaften auf (das heißt, sowohl die Härte der Matrix als auch das Flächenverhältnis der harten Partikel waren dieselben). Andererseits wurde bestätigt, dass keine Risse in Beispiel 7, aber fünf Risse im Vergleichsbeispiel 7 auftraten, da eine Konzentration von Si und eine Konzentration von Ni (eine Menge an Si und eine Menge an Ni) im ersten Metallpulver in Beispiel 7 relativ niedrig waren.
Vergleich zwischen Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel 8
20 zeigt Pulverlegierungskomponenten der Metallpulver von Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel 8 und experimentelle Ergebnisse von Funktionseigenschaften und eine Qualitätseigenschaft derselben. Wie aus 20 ersichtlich, wurden in Beispiel 8 Konzentrationen von Si, Ni und Mo (eine Menge an Si, eine Menge an Ni, und eine Menge an Mo) im ersten Metallpulver auf geringere als im zweiten Metallpulver eingestellt. Außerdem war die Feststofflöslichkeitsgrenze des Al von Cu im ersten Metallpulver, welches als eine Referenz dient, höher als die Feststofflöslichkeitsgrenze der Al-Komponente von Cu im zweiten Metallpulver. Außerdem wurde das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 8 auf dieselben Pulverlegierungskomponenten wie das zweite Metallpulver in Beispiel 8 eingestellt.
Da das zweite Metallpulver in Beispiel 8 und das Metallpulver im Vergleichsbeispiel 8 dieselben Pulverlegierungskomponenten aufwiesen, weisen Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel 8 dieselben Funktionseigenschaften auf (das heißt, sowohl die Härte der Matrix als auch das Flächenverhältnis der harten Partikel waren dieselben). Andererseits wurde bestätigt, dass keine Risse in Beispiel 8, aber vier Risse im Vergleichsbeispiel 8 auftraten, da eine Konzentration von Si, eine Konzentration von Ni und eine Konzentration von Mo (eine Menge an Si, eine Menge an Ni, und eine Menge an Mo) im ersten Metallpulver in Beispiel 8 relativ niedrig waren.
Das heißt, basierend auf den experimentellen Ergebnissen wurde bestätigt, dass, wenn eine Konzentration von mindestens einem aus Si, Ni, Mo, und Al im ersten Metallpulver, welches die Plattierschicht bildet, niedriger eingestellt war als das im zweiten Metallpulver, war es möglich, Risse im Anfangsbereich der Plattierschicht bezüglich der Qualität zuverlässig zu reduzieren, während die Funktionen beibehalten wurden (Härte der Matrix und das Flächenverhältnis von harten Partikeln).
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend im Detail mit Bezug zur Zeichnung beschrieben wurden, sind spezifische Anordnungen bzw. Konfigurationen nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Designänderungen innerhalb des Umfangs sind in der vorliegenden Erfindung enthalten, ohne von Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3409631 [0004]
JP 3409631 B [0004, 0005]

Claims

Eine Ventilsitzlegierung, welche eine aus Cu-basiertem Pulver hergestellte Plattierschicht umfasst, das enthält Ni: 5,0 % bis 20,0 %, Si: 2,4 % bis 4,0 %, Mo: 0 % bis 40,0 %, wobei die Ventilsitzlegierung einen Aluminiumgehalt von 12 % oder weniger aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Plattierschicht, welches umfasst: Zuführen von Metallpulver, welches ein Kupfer-basiertes Metallpulver ist, auf eine Oberfläche eines Substrates aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Aussenden eines Laserstrahls auf das Metallpulver, und Schmelzen des Metallpulvers, wobei das Metallpulver ein erstes Metallpulver und ein zweites Metallpulver enthält; und Bewegen einer Zuführungsposition des Metallpulvers und einer Emissionsposition des Laserstrahls in einer vorbestimmten Richtung entlang der Oberfläche des Substrates und Ausbilden der Plattierschicht auf der Oberfläche des Substrates in der vorbestimmten Richtung, wobei das erste Metallpulver dem Substrat zugeführt wird, um einen Anfangsbereich der Plattierschicht auszubilden, und nachdem der Anfangsbereich ausgebildet, das zweite Metallpulver dem Substrat zugeführt wird, und eine Konzentration von mindestens einem von Si, Ni, Mo, und Al im ersten Metallpulver ist geringer als eine Konzentration von mindestens einem von Si, Ni, Mo, und Al im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Konzentrationen von Si, Ni, Mo, und Al im ersten Metallpulver jeweils geringer sind als die Konzentrationen von Si, Ni, Mo, und Al im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Konzentration von Si im ersten Metallpulver geringer ist als eine Konzentration von Si im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Konzentration von Mo im ersten Metallpulver geringer ist als eine Konzentration von Mo im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Konzentration von Al im ersten Metallpulver geringer ist als eine Konzentration von Al im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Konzentrationen von Si und Mo im ersten Metallpulver jeweils geringer sind als die Konzentrationen von Si und Mo im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Konzentrationen von Si und Ni im ersten Metallpulver jeweils geringer sind als die Konzentrationen von Si und Ni im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Konzentrationen von Si, Ni, und Mo im ersten Metallpulver jeweils geringer sind als die Konzentrationen von Si, Ni, und Mo im zweiten Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al des ersten Metallpulvers höher ist als eine Feststofflöslichkeitsgrenze des Al des zweiten Metallpulvers.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Laserleistung auf das erste Metallpulver geringer eingestellt wird als eine Laserleistung auf das zweite Metallpulver.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zweite Metallpulver dem Anfangsbereich der Plattierschicht zugeführt wird, um einen Endbereich der Plattierschicht auszubilden.
Vorrichtung zur Herstellung einer Plattierschicht, welche umfasst: eine Pulverzuführungseinheit, welche konfiguriert ist, um Metallpulver, welches ein Kupfer-basiertes Metallpulver ist, einer Oberfläche eines Substrats aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zuzuführen, wobei das Metallpulver ein erstes Metallpulver und ein zweites Metallpulver umfasst; eine Laseremissionseinheit, welche konfiguriert ist, um einen Laserstrahl auf das von der Pulverzuführungseinheit zugeführte Metallpulver auszusenden, wobei die Laseremissionseinheit den Laserstrahl auf das Metallpulver derart aussendet, dass das Metallpulver geschmolzen wird; eine erste Zuführungseinheit (10), welche konfiguriert ist, um das erste Metallpulver der Pulverzuführungseinheit zuzuführen, wobei eine Konzentration von mindestens einem aus Si, Ni, Mo, und Al im ersten Metallpulver geringer ist als eine Konzentration von mindestens einem von Si, Ni, Mo, und Al im zweiten Metallpulver; eine zweite Zuführungseinheit (14), welche konfiguriert ist, um das zweite Metallpulver der Pulverzuführungseinheit zuzuführen; eine Schalteinheit (19), welche konfiguriert ist, um zwischen der Zuführung des ersten Metallpulvers und der Zuführung des zweiten Metallpulvers zur Pulverzuführungseinheit umzuschalten; und eine Steuereinheit (20), welche konfiguriert ist, um die Schalteinheit (19) derart zu steuern, dass, wenn ein Anfangsbereich der Plattierschicht ausgebildet wird, das erste Metallpulver von der ersten Zuführungseinheit (10) zur Pulverzuführungseinheit zugeführt wird, und nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist, das zweite Metallpulver von der zweiten Zuführungseinheit (14) zur Pulverzuführungseinheit zugeführt wird, wobei eine Zuführungsposition des Metallpulvers und eine Emissionsposition des Laserstrahls in einer vorbestimmten Richtung entlang der Oberfläche des Substrates bewegt werden, und die Plattierschicht auf der Oberfläche des Substrats in der vorbestimmten Richtung ausgebildet wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit (20) konfiguriert ist, um eine Laserleistung des Laserstrahls derart zu steuern, dass eine Laserleistung auf das erste Metallpulver, wenn der Anfangsbereich der Plattierschicht ausgebildet wird, geringer ist als eine Laserleistung auf das zweite Metallpulver, nachdem der Anfangsbereich ausgebildet ist.