JP2000153392A - 肉盛用焼結体材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の粉末を用いたレーザー肉盛り加工と同
程度の必要エネルギーで済むと共に、従来の粉末を用い
る場合には不可能であった三次元的なレーザー肉盛加工
を可能にし、生産性の向上と部品コストの低減を可能に
する肉盛用焼結体材料を提供する。 【解決手段】 Ｆｅ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｍｇ，Ｂ，Ｃ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆのうち１種または２種以上の元素
と製造上不可避的に含まれる不純物の成分組成を有する
金属もしくは合金、あるいは、Ｃ：５重量％以下、Ｓ
ｉ：５重量％以下、および場合によってはさらにＣｒ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち１
種または２種以上を適宜含み、残部Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの
うち１種または２種以上の元素と製造上不可避的に含ま
れる不純物の成分組成を有する金属もしくは合金からな
る粉末を有機または無機バインダーと混合し押出し法に
より成形した後焼結することによって、前記金属もしく
は合金からなる粉末の焼結体よりなり、その空孔率が１
０〜５０％の範囲にある肉盛用焼結体材料を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工材に、この
被加工材とは異なった特性をその表面に付加する肉盛技
術に用いるのに好適な肉盛用材料およびその製造方法に
関するものである

【０００２】。

【従来の技術】従来において、肉盛加工は、フレームも
しくはプラズマなどを熱源として用い、肉盛材料と母材
とを溶融して肉盛層を形成するか、レーザービーム，電
子ビーム等の高エネルギー密度の熱源を用い、肉盛材料
である粉末材料を被加工材表面に溶着させるのが一般的
であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このうち、粉末のレー
ザー肉盛加工では、肉盛材料である粉末の供給がパイプ
またはその他の誘導装置による自由落下で行われるた
め、例えば、重力に反した方向への肉盛や、三次元的な
加工に対しては有効でないという問題があった。

【０００４】このような粉末材料を使用するレーザー肉
盛加工では、肉盛加工時に供給される粉末が被加工材に
照射されるレーザービームの面積以上に広がって供給さ
れる場合があり、供給される粉末量に対して肉盛に消費
される粉末量の割合が低くなって部品コストの上昇の要
因になる問題もある。

【０００５】また、フィラーワイヤなどの線材を肉盛材
料としたレーザー肉盛加工では、フィラーワイヤの熱容
量が粉末に比べて高いために高出力のエネルギーが必要
であり、そのため、被加工材への溶け込みが大きくなっ
てキーホールが発生しやすくなり、本来の、被加工材の
溶融を最小限にするための手段としては不十分であると
いう問題がある。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題に着目し
てなされたものであって、従来のフィラーワイヤなどの
線材を用いた場合に比べてより低い出力のエネルギーで
肉盛材料を溶融することができ、従来の粉末を用いたレ
ーザー肉盛加工と同程度の必要エネルギーで済ますこと
ができると共に、従来の粉末を用いる場合には不可能で
あった三次元的なレーザー肉盛加工を可能にし、生産性
の向上と部品コストの低減を可能にする肉盛用焼結体材
料を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる肉盛用焼
結体材料は、請求項１に記載しているように、金属もし
くは合金からなる粉末の焼結体よりなり、その空孔率が
１０〜１５％の範囲にあるものとしたことを特徴として
おり、このような焼結体を使用したレーザー肉盛方法の
構成を前述した従来の課題を解決するための手段として
いる。

【０００８】そして、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の実施態様においては、請求項２に記載しているよう
に、金属もしくは合金からなる粉末が、ガス噴霧粉末よ
りなり、最大粒径が５００ミクロン以下の球状金属もし
くは合金粉末からなるものとしたことを特徴としてい
る。

【０００９】同じく、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の実施態様においては、請求項３に記載しているよう
に、金属もしくは合金からなる粉末が、水噴霧粉末より
なり、最大粒径が１５０ミクロン以下の急冷金属もしく
は合金粉末からなるものとしたことを特徴としている。

【００１０】同じく、本発明に係わる肉盛用焼結体の実
施態様においては、請求項４に記載しているように、金
属もしくは合金からなる粉末が、Ｆｅ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｍｇ，Ｂ，Ｃ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆのうち１種また
は２種以上の元素と製造上不可避的に含まれる不純物か
らなるものとしたことを特徴としている。

【００１１】同じく、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の実施態様においては、請求項５に記載しているよう
に、金属もしくは合金からなる粉末が、Ｃ：５重量％以
下、Ｓｉ：５重量％以下、および場合によってはさらに
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの
うち１種または２種以上を適宜含み残部Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏのうち１種または２種以上の元素と製造上不可避的に
含まれる不純物からなるものとしたことを特徴としてい
る。

【００１２】本発明に係わる肉盛用焼結体材料の製造方
法は、請求項６に記載しているように、請求項１ないし
５のいずれかに記載の金属もしくは合金からなる粉末を
有機または無機バインダーと混合し押出し法により成形
した後焼結するようにしたことを特徴としている。

【００１３】そして、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の製造方法の実施態様においては、請求項７に記載して
いるように、粉末を押出し法により成形するときのバイ
ンダーがメチルセルロース系の有機バインダーであり、
粉末に対する混合比が１〜５重量％、好ましくは２〜４
重量％であって、焼結前または焼結時にバインダーを除
去するようしたことを特徴としている。

【００１４】同じく、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の実施態様においては、請求項８に記載しているよう
に、粉末を押出し法により成形したときに使用したバイ
ンダーを大気中３００℃以下で加熱して残留バインダー
量を２５〜５０％とした後焼結してバインダーを除去す
るようにしたことを特徴としている。

【００１５】同じく、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の製造方法の実施態様においては、請求項９に記載して
いるように、焼結に際し真空中もしくは酸化雰囲気以外
の雰囲気中で焼結して焼結密度がその粉末材料の真密度
の５０〜９０％となるように焼結することを特徴として
いる。

【００１６】同じく、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の製造方法の実施態様においては、請求項１０に記載し
ているように、金属もしくは合金からなる粉末はガス噴
霧法によって作られた最大粒径が５００ミクロン以下の
球状金属もしくは合金粉末であるものとしたことを特徴
としている。

【００１７】同じく、本発明に係わる肉盛用焼結体材料
の製造方法の実施態様においては、請求項１１に記載し
ているように、金属もしくは合金からなる粉末は水噴霧
法によって作られた最大粒径１５０ミクロン以下の急冷
金属もしくは合金粉末であるものとしたことを特徴とし
ている。

【００１８】

【発明の作用】本発明に係わる肉盛用焼結体材料は、上
述したように、金属もしくは合金からなる粉末の焼結体
よりなり、その空孔率が１０〜５０％の範囲内にあるも
のとしたから、この肉盛用焼結体材料をレーザー肉盛加
工の肉盛材料として使用することにより、肉盛加工に際
してレーザー照射時にレーザービームが粉末と粉末との
間の空孔内で乱反射することとなるので、肉盛材料のエ
ネルギー吸収率が従来のフィラーワイヤーに比べてかな
り高いものとなる。

【００１９】また、粉末同士が強固に結合していないた
め熱容量が粉末材料に近いものとなるので、粉末に対す
るものとほぼ同等のレーザー入熱で肉盛加工が行えるこ
ととなり、かつまた、従来の粉末を用いた肉盛加工では
不可能である三次元的な加工が行えることとなる。

【００２０】そして、このような作用を十分なものとす
るには、焼結体の空孔率が１０％以上であるものとする
ことが望ましいが、焼結体の空孔率が５０％よりも高い
と強度が不足することとなって破壊しやすくなるので、
上述した適度の空孔を有することによる作用が得られな
いこととなる。したがって、肉盛用焼結体材料の空孔率
は１０％以上、より好ましくは３０％以上とするのがよ
く、また、空孔率が高すぎると焼結体の形状を維持する
ことが困難となるので５０％以下に抑える必要がある。

【００２１】本発明に係わる肉盛用焼結体材料において
は、金属もしくは合金からなる粉末が、ガス噴霧粉末よ
りなり、最大粒径が５００ミクロン以下の球状金属もし
くは合金粉末からなるものとすることができ、あるいは
また、水噴霧粉末よりなり、最大粒径が１５０ミクロン
以下の急冷金属もしくは合金粉末からなるものとするこ
とができる。そして、球状粉末の最大粒径が５００ミク
ロンを超えたり、急冷粉末の最大粒径が１５０ミクロン
を超えたりすると、後にも詳細に説明するように、押出
し成形性が低下することとなる。

【００２２】本発明に係わる肉盛用焼結体材料はレーザ
ー肉盛加工に際して溶融可能な金属もしくは合金材料で
あり、前記金属もしくは合金からなる粉末が、Ｆｅ，Ｃ
ｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｍ
ｇ，Ｂ，Ｃ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆの
うち１種または２種以上の元素と製造上不可避的に含ま
れる不純物からなるものとすることができ、適用部品に
おいて必要とされる特性を必要な部位に付加するように
なすことができる。

【００２３】また、前記金属もしくは合金からなる粉末
が、Ｃ：５重量％以下、Ｓｉ：５重量％以下、および場
合によってはさらにＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち１種または２種以上を必要に応
じて適宜含み、残部Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏのうち１種または
２種以上の元素と製造上不可避的に含まれる不純物から
なるものとすることができ、耐摩耗性および耐熱性が必
要とされる適用部品の必要な部位にそれらの特性を付加
するようになすことができる。

【００２４】次に、上記成分とするのが好ましい限定理
由を説明する。

【００２５】Ｃ：５重量％以下 Ｃは硬さを増すのに最も有効な元素であり、添加量の増
加に伴い硬さが増加する。また、Ｃは融点を下げる元素
であり、肉盛加工時の溶かし易さの向上に効果がある。
しかし、過剰に添加すると脆くなり、かつ融点低下の効
果もなくなるので、５重量％以下とするのが良い。

【００２６】Ｓｉ：５重量％以下 Ｓｉは融点を低下させる元素であり、レーザー肉盛加工
の湯流れ性を改善する効果がある。しかし、過剰に添加
すると金属間化合物を生成して脆くなることがあるの
で、５重量％以下とするのがよい。

【００２７】本発明に係わる肉盛用焼結体材料の製造方
法は、前記粉末を有機または無機バインダーと混合し押
出し法により成形した後焼結するようにしたから、棒状
ないしはリボン状に形状付与されることとなるので三次
元的な肉盛加工が行えることとなる。また、粉末を成形
して供給することにより、供給される粉末量に対する肉
盛加工に消費される粉末量の割合を高くできることか
ら、部品コストの上昇要因を低減できることとなる。

【００２８】そして、粉末を押出し法により成形すると
きのバインダーがメチルセルロース系の有機バインダー
であり、粉末に対する混合量が１〜５重量％、好ましく
は２〜４重量％であって、焼結前または焼結時にバイン
ダーを除去するようになすこともできるが、この場合、
バインダーの混合量が少なすぎると粉末混練物の硬さが
高くなって成形荷重が不安定なものとなることにより押
出しができない傾向となり、多すぎると粉末混練物の硬
さが低くなり、強度が不足して押出し時に端部にササク
レ上の形状欠陥を生じる傾向となるため、バインダーの
混合量を２〜４重量％とするのがより好ましく、多少の
欠陥を許容するとしても１〜５重量％とするのがよい。

【００２９】ここで、バインダーはメチルセルロース系
の有機バインダーが好ましいとしたのは、水溶性のバイ
ンダーであるため成形作業および加熱による分解が安全
でありかつ容易であるためである。

【００３０】このバインダーは、焼結前に除去すること
ができるが、焼結時とくに焼結時の昇温過程で除去する
こともできる。

【００３１】また、粉末を押出し法により成形するとき
に使用したバインダーを大気中３００℃以下で加熱して
バインダー除去後の混合物のバインダー残留量を２５〜
５０％とするようになすことも必要に応じて望ましい。
これは、バインダーを完全に除去すると、バインダー除
去後の混合物の強度が低くなり過ぎるため、手では触れ
がたくなり、焼結体材料を製造する際の作業性を害する
傾向となるためである。しかしながら、バインダーの残
留量が多すぎると、次の焼結工程時にバインダーが膨脹
して焼結中に混合物を破損することになるので、バイン
ダーを残留させるとしても５０％以下とするのがよい。

【００３２】このバインダーは、加熱するとガス化して
蒸発するので、焼結中にバインダーを除去しながら焼結
を行なうようにすることも可能であるが、炉への挿入量
が増えると焼結炉を汚損し、焼結炉の特性を損なうこと
もありうるので、これらについても考慮するのがよい。

【００３３】また、バインダーは２００℃以上で分解
し、３００℃を超えると急速な分解を起こし、残留量の
制御が困難になる傾向となる。したがって、加熱温度は
３００℃以下とするのが好ましいが、高温制御に適した
真空焼結炉は脱バインダーに適した低温の制御が困難で
あるので、バインダーは低温制御専用の炉で焼結前にあ
らかじめ除去しておくことが必要に応じて望ましい。

【００３４】一方、バインダーを完全に除去すると、金
属もしくは合金粉末の結合力がないためその後に脱バイ
ンダーした混練物の成形体を焼結炉に入れ換える際の取
り扱いに支障を生じることもあるため、成形体には最少
限度のバインダーを残留させることが望ましく、この残
留量は最初のバインダー添加量のおよそ２５％である
が、添加量の多いものは金属もしくは合金粉末の充填密
度が低くなるため最大５０％程度とするのが良い。

【００３５】また、高温で加熱するとバインダー除去中
にバインダーが膨脹して混合物の成形体を破損してしま
うこともありうるため、加熱温度は３００℃以下とする
ことが望ましい。

【００３６】他方、バインダーの除去を行なった混合物
の成形体の取り扱いを行わないようにするために、焼結
と同時にバインダーの除去を行うようにすることも可能
である。しかし、バインダーの除去を焼結と同時に一工
程で実施する場合であってもバインダーの除去に関する
工程では上記と同様の現象が起きるため、バインダー除
去の際の加熱温度は３００℃以下とすることが望まし
い。

【００３７】そして、バインダー除去後の焼結に際して
は、真空中もしくは酸化雰囲気以外の雰囲気中で焼結し
て焼結密度がその粉末材料の真密度の５０〜９０％とな
るように焼結することができ、これによって得られた肉
盛用焼結体材料は、レーザー肉盛加工時の取扱いにとっ
て必要かつ十分な強度を有するものとなり、三次元形状
のレーザー肉盛加工を可能にするとともに、レーザービ
ームの出力を粉末並みに少ないものにすることを可能に
する。

【００３８】このとき、焼結密度が５０％よりも低い
と、焼結体の強度が不足して取り扱い中に破損する傾向
となり、焼結密度が９０％よりも高いと溶融のために必
要となるエネルギーが大きくなって焼結体を肉盛材料と
して使用する効果が少ない傾向となる。

【００３９】また、焼結体が酸化した場合にも表面の緻
密化が発生し、レーザービーム照射時に悪影響があるた
め焼結中の雰囲気は非酸化雰囲気とするのが良い。ただ
し、使用する粉末の組成によっては所要の焼結体特性を
得ることができるようにするために適当な雰囲気に調整
することは自明であり、焼結条件をそれぞれの粉末の組
成によって調整するのがよいことはいうまでもない。

【００４０】本発明に係わる肉盛用焼結体材料の製造方
法において、金属もしくは合金からなる粉末はガス噴霧
法によって作られた最大粒径が５００ミクロン以下の球
状金属もしくは合金粉末であるものとすることができ、
これによって、混合物を押出し成形したときの形状形成
を容易にし、レーザー照射時のレーザービームの乱反射
を効率的に起こしてエネルギー吸収率を高めうるものと
なる。

【００４１】ここで、最大粒径を５００ミクロンとした
のは、粉末が５００ミクロンを超える粒径の場合、押出
し加工したときの形状形成や焼結が困難になり、焼結体
の空孔の分布が不均一になり、レーザー照射による溶融
量がばらつき、肉盛加工が不安定になる傾向となるため
である。また、粉末自体を肉盛材料として使用する場合
のように粉末の流動性を阻害する微細粒を篩い分けして
除去する必要がなく、粒度分布の範囲を大幅に広げうる
ものとなる。そして、これにより肉盛材料の製造コスト
の低減がもたらされ、部品コストの上昇要因が軽減され
ることとなる。

【００４２】また、他の製造方法においては、金属もし
くは合金からなる粉末は水噴霧法によって作られた最大
粒径１５０ミクロン以下の急冷金属もしくは合金粉末で
あるものとすることができ、これによって、混合物を押
出し成形したときの形状形成を容易にし、レーザー照射
時のレーザービームの乱反射を効率的に起こしてエネル
ギー吸収率を高めうるものとなる。

【００４３】ここで、最大粒径を１５０ミクロンとした
のは、水噴霧法による粉末は表面が不規則形状でレーザ
ービームの乱反射を起こすためには有利であるものの、
１５０ミクロン超過の粒径では粉末の不規則形状化が著
しくなり、混合物の流動性が悪くなって、押出し成形が
困難になる傾向となる。このため、最大粒径を１５０ミ
クロン以下とするのが良い。また、粉末の組成によって
はガス噴霧粉に比較して肉盛材料の製造コストのさらな
る低減がもたらされることとなり、部品コストの上昇要
因が軽減されることとなる。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係わる肉盛用焼結体材料は、請
求項１に記載しているように、金属もしくは合金からな
る粉末の焼結体よりなり、その空孔率が１０〜５０％の
範囲にあるものとしたから、この肉盛用焼結体材料をレ
ーザー肉盛加工の肉盛材料として使用することにより、
肉盛加工に際してのレーザー照射時にレーザービームが
粉末と粉末との間の空孔内で乱反射することとなるの
で、肉盛材料のエネルギー吸収率を従来のフィラーワイ
ヤーに比べてかなり高いものとすることが可能であって
入熱量を少ないものとすることが可能であり、生産性の
向上と部品コストの低減を実現することが可能であると
いう著しく優れた効果がもたらされる。また、粉末同士
が強固に結合していないため熱容量が粉末材料に近いも
のとなるので、粉末に対するものとほぼ同等のレーザー
入熱で肉盛加工を行うことが可能となり、かつまた、三
次元的な加工を行うことが可能になるという著しく優れ
た効果がもたらされる。

【００４５】そして、請求項２に記載しているように、
金属もしくは合金からなる粉末が、ガス噴霧粉末よりな
り、最大粒径が５００ミクロン以下の球状金属もしくは
合金粉末からなるものとすることによって、焼結体材料
中の空孔の分布を均一なものとすることができ、レーザ
ー照射による溶融量のばらつきを少なくし、安定したレ
ーザー肉盛加工を行うことが可能であるという著しく優
れた効果がもたらされる。

【００４６】また、請求項３に記載しているように、金
属もしくは合金からなる粉末が、水噴霧粉末よりなり、
最大粒径が１５０ミクロン以下の急冷金属もしくは合金
粉末からなるものとすることによって、表面が不規則形
状である水噴霧粉末の特長を活かしてレーザービームの
乱反射を起こしやすいものとすることが可能であり、少
ないエネルギーで安定したレーザー肉盛加工を効率良く
行うことが可能であるという著しく優れた効果がもたら
される。

【００４７】さらにまた、請求項４に記載しているよう
に、金属もしくは合金からなる粉末が、Ｆｅ，Ｃｕ，Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｍｇ，Ｂ，
Ｃ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆのうち１種
または２種以上の元素と製造上不可避的に含まれる不純
物からなるものとすることによって、適用部品において
必要とされる特性を必要な部位に付加することが容易に
可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００４８】さらにまた、請求項５に記載しているよう
に、金属もしくは合金からなる粉末が、Ｃ：５重量％以
下、Ｓｉ：５重量％以下、および場合によってはさらに
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの
うち１種または２種以上を適宜含み残部Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏのうち１種または２種以上の元素と製造上不可避的に
含まれる不純物からなるものとすることによって、耐摩
耗性および耐熱性が必要とされる適用部品の必要な部位
にそれらの特性を付加することが容易に可能になるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。

【００４９】本発明に係わる肉盛用焼結体材料の製造方
法は、請求項６に記載しているように、請求項１ないし
５のいずれかに記載の金属もしくは合金からなる粉末を
有機または無機バインダーと混合し押出し法により成形
した後焼結するようにしたから、棒状ないしはリボン状
に形状付与されることとなるので、三次元的な肉盛加工
を行うことが可能となり、また、粉末を成形して供給す
ることにより、供給される粉末量に対する肉盛加工に消
費される粉末量の割合を高くできるので、部品コストの
上昇要因を低減することが可能になるという著しく優れ
た効果がもたらされる。

【００５０】そして、請求項７に記載しているように、
粉末を押出し法により成形するときのバインダーがメチ
ルセルロース系の有機バインダーであり、粉末に対する
混合量が１〜５重量％、好ましくは２〜４重量％であっ
て、焼結前または焼結時にバインダーを除去するようし
たから、粉末混練物の押出し法による成形を安定して行
うことが可能であって棒状ないしはリボン状に形状付与
された肉盛用焼結体材料を製造することが可能であると
いう著しく優れた効果がもたらされ、バインダーをメチ
ルセルロース系の有機バインダーとすることによって、
水溶性のバインダーであるため成形作業および加熱によ
る分解が安全でかつ容易に行えることになるという著し
く優れた効果がもたらされる。

【００５１】そしてまた、請求項８に記載しているよう
に、粉末を押出し法により成形するときに使用したバイ
ンダーを大気中３００℃以下で加熱して残留バインダー
量を２５〜５０％とした後焼結してバインダーを除去す
るようになすことによって、焼結体材料を製造する際の
作業性を良好なものにすることが可能であり、残留バイ
ンダー量を適切なものにすることによって金属もしくは
合金粉末の充填密度を低下させることなく粉末間の結合
力を適度に有するものとして押出し成形体を焼結炉に入
れ換える際の取り扱いを容易なものにすることが可能で
あるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００５２】さらにまた、請求項９に記載しているよう
に、焼結に際し真空中もしくは酸化雰囲気以外の雰囲気
中で焼結して焼結密度がその粉末材料の真密度の５０〜
９０％となるように焼結するようになすことによって、
ここで得られた焼結体材料はレーザー肉盛加工時の取り
扱いにとって必要かつ十分な強度を有するものとするこ
とが可能であり、三次元形状のレーザー肉盛加工を可能
にするとともに、レーザービームの出力を粉末並みに少
ないものにすることが可能になるという著しく優れた効
果がもたらされる。

【００５３】さらにまた、請求項１０に記載しているよ
うに、金属もしくは合金からなる粉末はガス噴霧法によ
って作られた最大粒径が５００ミクロン以下の球状金属
もしくは合金粉末であるものとすることによって、混合
物を押出し成形したときの形状形成を容易なものにする
ことが可能であり、レーザー肉盛加工に際してはレーザ
ー照射時のレーザービームの乱反射を効率的に起こして
エネルギー吸収率を高めることが可能であり、少ない入
熱エネルギーで安定した肉盛加工を行うことが可能であ
るという著しく優れた効果がもたらされる。

【００５４】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、金属もしくは合金からなる粉末は、水噴霧法によ
って作られた最大粒径１５０ミクロン以下の急冷金属も
しくは合金粉末であるものとすることによって、混合物
を押出し成形したときの形状形成を容易なものにするこ
とが可能であり、レーザー肉盛加工に際してはレーザー
照射時のレーザービームの乱反射を効率的に起こしてエ
ネルギー吸収率を高めることが可能であり、少ない入熱
エネルギーで安定した肉盛加工を行うことが可能である
という著しく優れた効果がもたらされる。

【００５５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこのような実施例に限定されないことはいうま
でもない。

【００５６】(実施例１)この実施例では、粉末として最
大粒径が５００ミクロン（分級篩網３２メッシュ）であ
って主たる化学成分が３重量％Ｃ−２重量％Ｓｉ−３重
量％Ｃｒ−残部Ｆｅであるガス噴霧合金粉末を使用し、
この合金粉末：１００重量部にメチルセルロース系有機
バインダー：２〜７重量部を配合して５分間混合した。
次いで、溶剤として水：１８〜３０重量部を注入し、１
０分間混合して混練した。この混練終了時における混練
物の硬さ（日本碍子製クレイハードネステスターによ
る）は表１に示すように約２．０〜３．５であった。

【００５７】次に、後工程での混練物中の細かい気泡に
よる悪影響を防止するため、混練物を減圧下で２分間脱
気した。この脱気終了後の混合物の硬さは同じく表１に
示すように約７．５〜８．０であった。

【００５８】次いで、混練物の押出しに際しては、プラ
ンジャー式押出し機（シリンダー径３０ｍｍ）を用い、
断面の厚さ：１．５ｍｍ×幅：２．５ｍｍ、長さ：約５
０ｃｍに押出し成形した。なお、このときのヘッドスピ
ードは４０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、成形に際しての
押出し荷重は同じく表１に示すように１２０〜１８０ｋ
ｇとした。

【００５９】次に、成形体に約１００℃の熱風を吹きつ
けて乾燥した。このとき、乾燥後の水分量は同じく表１
に示すように約８．０〜８．５％であった。

【００６０】そして、押出し成形の際の成形性評価を行
ったところ、同じく表１に示す結果であった。

【００６１】

【表１】

【００６２】表１に示すように、バインダー添加量が多
すぎる成形体Ｅでは、粉末混練物の硬さが低くなり、強
度が不足して押出し時に端部にササクレ状の形状欠陥を
生じていた。

【００６３】次に、上記成形体Ａ〜Ｄをセラミック板上
にて大気中加熱してバインダーを除去した。このときの
バインダー残留率は表２より算出されるように添加量の
４０〜５０％となるようにした。

【００６４】次いで、焼結に際しては、真空焼結炉を用
いて１１５０〜１２５０℃×６０分の加熱とした。そし
て、焼結体の焼結密度を測定するにあたり、パラフィン
を溶融させた中に焼結体を浸し、次いで取り出した後自
然冷却で気孔の封孔を行ない水中法によって測定した。
この結果、表２に示すように、焼結密度は相対密度で約
４５〜９９％であった。

【００６５】次いで、このようにして得た肉盛用焼結体
材料を溶接材料として用い、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを照
射すると共に、Ａｒシールドガスを送給しながらレーザ
ー肉盛加工を行った。このレーザー肉盛加工において
は、肉盛加工の幅に合わせて焼結体材料の幅を１〜２ｍ
ｍにあらかじめ加工したものを使用した。このレーザー
肉盛加工による評価結果を同じく表２に示す。

【００６６】

【表２】

【００６７】この結果、表２に示すように、バインダー
の残留率が０％であるＮｏ．２の焼結体材料では成形体
の強度が低くなりすぎて成形体の段階で破損してしま
い、また、焼結体材料の密度が高すぎるＮｏ．６，Ｎ
ｏ．９ではレーザー肉盛加工の際に溶融のために必要と
なるエネルギーが大きくなるので空孔を有する焼結体を
肉盛材料として使用した場合と同程度の入熱量では入熱
不足となり、焼結体材料の密度が低すぎるＮｏ．７，Ｎ
ｏ．１０ではその強度が不足して取り扱い中に破損して
しまった。

【００６８】

【実施例２】この実施例では、粉末として最大粒径が１
５０ミクロン（分級篩網１００メッシュ）であって主た
る化学成分が４重量％Ｃ−１重量％Ｓｉ−３重量％Ｃｒ
−残部Ｆｅであるガス噴霧合金粉末を使用し、この合金
粉末：１００重量部にメチルセルロース系有機バインダ
ー：２〜７重量部を配合して５分間混合した。次いで、
溶剤として水：１８〜３０重量部を注入し、１０分間混
合して混練した。この混練終了時における混練物の硬さ
（日本碍子製クレイハードネステスターによる）は表３
に示すように約３．０であった。

【００６９】次に、後工程での混練物中の細かい気泡に
よる悪影響を防止するため、混練物を減圧下で２分間脱
気した。この脱気終了後の混合物の硬さは同じく表３に
示すように約７．５であった。

【００７０】次いで、混練物の押出しに際しては、プラ
ンジャー式押出し機（シリンダー径３０ｍｍ）を用い、
断面の厚さ：１．５ｍｍ×幅：２．５ｍｍ、長さ：約５
０ｃｍに押出し成形した。なお、このときのヘッドスピ
ードは４０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、成形に際しての
押出し荷重は同じく表３に示すように１２０〜２１０ｋ
ｇとした。

【００７１】次に、成形体に約１００℃の熱風を吹きつ
けて乾燥した。このとき、乾燥後の水分量は同じく表３
に示すように約８％であった。

【００７２】そして、押出し成形の際の成形性評価を行
ったところ、同じく表３に示す結果であった。

【００７３】

【表３】

【００７４】表３に示すように、バインダー添加量が多
すぎる成形体Ｊでは、粉末混練物の硬さが低くなり、強
度が不足して押出し時に端部にササクレ状の形状欠陥を
生じていた。

【００７５】次に、上記成形体Ｆ〜Ｉをセラミック板上
にて大気中加熱してバインダーを除去した。このときの
バインダー残留率は表４より算出されるように添加量の
４０〜５０％となるようにした。

【００７６】次いで、焼結に際しては、真空焼結炉を用
いて１１５０〜１２５０℃×６０分の加熱とした。そし
て、焼結体の焼結密度を測定するにあたり、パラフィン
を溶融させた中に焼結体を浸し、次いで取り出した後自
然冷却で気孔の封孔を行ない、水中法によって測定し
た。この結果、表４に示すように、焼結密度は相対密度
で約４５〜９９％であった。

【００７７】次いで、このようにして得た肉盛用焼結体
材料を溶接材料として用い、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを照
射すると共に、Ａｒシールドガスを送給しながらレーザ
ー肉盛加工を行った。このレーザー肉盛加工において
は、肉盛加工の幅に合わせて焼結体材料の幅を１〜２ｍ
ｍにあらかじめ加工したものを使用した。このレーザー
肉盛加工による評価結果を同じく表４に示す。

【００７８】

【表４】

【００７９】この結果、表４に示すように、バインダー
の残留率が０％であるＮｏ．１３の焼結体材料では成形
体の強度が低くなりすぎて成形体の段階で破損してしま
い、また、焼結体材料の密度が高すぎるＮｏ．１６，１
７，２０ではレーザー肉盛加工の際に溶融のために必要
となるエネルギーが大きくなるので空孔を有する焼結体
を肉盛材料として使用した場合と同程度の入熱量では入
熱不足となり、焼結体材料の密度が低すぎるＮｏ．２１
ではその強度が不足して取り扱い中に破損してしまっ
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 35/40 Ｃ２２Ｃ 33/02 １０１ Ｃ２２Ｃ 33/02 １０１ Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｃ Ｅ (72)発明者 加 納 眞 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 鈴 木 健 司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 坂 元 宏 規 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 BB01 4K017 AA04 BA06 BB16 CA01 EB01 FA14 FA17 4K018 AA28 BB03 BB04 CA09 CA32 DA03 DA32 KA22 KA30

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属もしくは合金からなる粉末の焼結体
   よりなり、その空孔率が１０〜１５％の範囲にあること
   を特徴とする肉盛用焼結体材料。
2. 【請求項２】 金属もしくは合金からなる粉末が、ガス
   噴霧粉末よりなり、最大粒径が５００ミクロン以下の球
   状金属もしくは合金粉末からなることを特徴とする請求
   項１に記載の肉盛用焼結体材料。
3. 【請求項３】 金属もしくは合金からなる粉末が、水噴
   霧粉末よりなり、最大粒径が１５０ミクロン以下の急冷
   金属もしくは合金粉末からなることを特徴とする請求項
   １または２に記載の肉盛用焼結体材料。
4. 【請求項４】 金属もしくは合金からなる粉末が、Ｆ
   ｅ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃ
   ｏ，Ｍｇ，Ｂ，Ｃ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｔａ，
   Ｈｆのうち１種または２種以上の元素と製造上不可避的
   に含まれる不純物からなることを特徴とする請求項１な
   いし３のいずれかに記載の肉盛用焼結体材料。
5. 【請求項５】 金属もしくは合金からなる粉末が、Ｃ：
   ５重量％以下、Ｓｉ：５重量％以下、および場合によっ
   てはさらにＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚ
   ｒ，Ｈｆのうち１種または２種以上を適宜含み、残部Ｆ
   ｅ，Ｎｉ，Ｃｏのうち１種または２種以上の元素と製造
   上不可避的に含まれる不純物からなることを特徴とする
   請求項１ないし４のいずれかに記載の肉盛用焼結体材
   料。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の金
   属もしくは合金からなる粉末を有機または無機バインダ
   ーと混合し押出し法により成形した後焼結することを特
   徴とする肉盛用焼結体材料の製造方法。
7. 【請求項７】 粉末を押出し法により成形するときのバ
   インダーがメチルセルロース系の有機バインダーであ
   り、粉末に対する混合量が１〜５重量％、好ましくは２
   〜４重量％であって、焼結前または焼結時にバインダー
   を除去することを特徴とする請求項６に記載の肉盛用焼
   結体材料の製造方法。
8. 【請求項８】 粉末を押出し法により成形するときに使
   用したバインダーを大気中３００℃以下で加熱して残留
   バインダー量を２５〜５０％とした後焼結してバインダ
   ーを除去することを特徴とする請求項６または７に記載
   の肉盛用焼結体材料の製造方法。
9. 【請求項９】 焼結に際し真空中もしくは酸化雰囲気以
   外の雰囲気中で焼結して焼結密度がその粉末材料の真密
   度の５０〜９０％となるように焼結することを特徴とす
   る請求項６ないし８のいずれかに記載の肉盛用焼結体材
   料の製造方法。
10. 【請求項１０】 金属もしくは合金からなる粉末はガス
    噴霧法によって作られた最大粒径が５００ミクロン以下
    の球状金属もしくは合金粉末であることを特徴とする請
    求項６ないし９のいずれかに記載の肉盛用焼結体材料の
    製造方法。
11. 【請求項１１】 金属もしくは合金からなる粉末は水噴
    霧法によって作られた最大粒径１５０ミクロン以下の急
    冷金属もしくは合金粉末であることを特徴とする請求項
    ６ないし１０のいずれかに記載の肉盛用焼結体材料の製
    造方法。