JP2002097581A - 金属製部材の表面改質方法及び改質層を有する金属製部材 - Google Patents
金属製部材の表面改質方法及び改質層を有する金属製部材Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面改質が必要な部位に比較的安価な処理で
耐キャビテーション・エロージョン性に優れた改質層を
得ることができる金属製部材の表面改質方法及び改質層
を有する金属製部材を提供すること。 【解決手段】 金属製部材１の表面に，金属製部材１の
マトリックス相に固溶あるいはマトリックス相を構成す
る成分と共に分散相を形成する供給物質２が存在する状
態において，金属製部材１の表面に高密度エネルギービ
ーム５を照射することにより，供給物質２及び金属製部
材１の表面層を溶融して溶融部３を形成し，次いで溶融
部３を急冷することにより改質層４を形成する。
耐キャビテーション・エロージョン性に優れた改質層を
得ることができる金属製部材の表面改質方法及び改質層
を有する金属製部材を提供すること。 【解決手段】 金属製部材１の表面に，金属製部材１の
マトリックス相に固溶あるいはマトリックス相を構成す
る成分と共に分散相を形成する供給物質２が存在する状
態において，金属製部材１の表面に高密度エネルギービ
ーム５を照射することにより，供給物質２及び金属製部
材１の表面層を溶融して溶融部３を形成し，次いで溶融
部３を急冷することにより改質層４を形成する。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は，金属製部材の表面改質方法及び
改質層を有する金属製部材に関する。
改質層を有する金属製部材に関する。
【０００２】
【従来技術】例えば自動車等の機械装置においては，そ
の高性能化，燃費向上等のため，部品の軽量化に対する
ニーズが増加している。このため，鉄系材料からアルミ
ニウム合金等の軽合金への材料置換が進展してきてい
る。これは，例えばオイルポンプのような自動車エンジ
ン用流体機器部品にも展開され始めている。オイルポン
プなどの流体機器部品では，高圧，高速化による高性能
化と小型軽量化への要求が強く，キャビテーションが発
生しやすい使用環境となり，材料の損傷が問題となる。
の高性能化，燃費向上等のため，部品の軽量化に対する
ニーズが増加している。このため，鉄系材料からアルミ
ニウム合金等の軽合金への材料置換が進展してきてい
る。これは，例えばオイルポンプのような自動車エンジ
ン用流体機器部品にも展開され始めている。オイルポン
プなどの流体機器部品では，高圧，高速化による高性能
化と小型軽量化への要求が強く，キャビテーションが発
生しやすい使用環境となり，材料の損傷が問題となる。
【０００３】金属材料の耐キャビテーション・エロージ
ョン性に関しては，アルミニウム合金は鉄系材料や銅合
金に比べて，著しく劣る材料であることが分かってい
る。このため，アルミニウム合金を流体機器部品へ適用
するために，以下の２つの対策が検討されている。第１
には，部品の形状を変更することにより，損傷をできる
限り防止する。第２には，損傷が発生する部位にはでき
る限り高強度の材料を使用することである。
ョン性に関しては，アルミニウム合金は鉄系材料や銅合
金に比べて，著しく劣る材料であることが分かってい
る。このため，アルミニウム合金を流体機器部品へ適用
するために，以下の２つの対策が検討されている。第１
には，部品の形状を変更することにより，損傷をできる
限り防止する。第２には，損傷が発生する部位にはでき
る限り高強度の材料を使用することである。
【０００４】後者については，例えば，特開２０００−
１１９８３５号公報において，ＮｉとＴｉの混合粉末を
プラズマ溶射すると共に，レーザ照射し，耐エロージョ
ン性に優れた皮膜を形成することが開示されている。
１１９８３５号公報において，ＮｉとＴｉの混合粉末を
プラズマ溶射すると共に，レーザ照射し，耐エロージョ
ン性に優れた皮膜を形成することが開示されている。
【０００５】
【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の技
術では，プラズマ溶射とレーザ照射を同時に行なうた
め，溶融部の制御が大変難しい。そのため，表面層の厚
さ及び表面性状が，溶射条件あるいはレーザ照射処理条
件によって大きく変動する。それ故，表面処理後の製品
は寸法精度に劣るので，切削あるいは研削仕上げを行う
工程が必要となる。さらに，上記従来技術は製造コスト
が高いとの問題も指摘されている。
術では，プラズマ溶射とレーザ照射を同時に行なうた
め，溶融部の制御が大変難しい。そのため，表面層の厚
さ及び表面性状が，溶射条件あるいはレーザ照射処理条
件によって大きく変動する。それ故，表面処理後の製品
は寸法精度に劣るので，切削あるいは研削仕上げを行う
工程が必要となる。さらに，上記従来技術は製造コスト
が高いとの問題も指摘されている。
【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，表面改質が必要な部位に比較的安価な処
理で耐キャビテーション・エロージョン性に優れた改質
層を得ることができる金属製部材の表面改質方法及び改
質層を有する金属製部材を提供しようとするものであ
る。
されたもので，表面改質が必要な部位に比較的安価な処
理で耐キャビテーション・エロージョン性に優れた改質
層を得ることができる金属製部材の表面改質方法及び改
質層を有する金属製部材を提供しようとするものであ
る。
【０００７】
【課題の解決手段】請求項１の発明は，金属製部材の表
面に，該金属製部材のマトリックス相に固溶あるいは上
記マトリックス相を構成する成分と共に分散相を形成す
る供給物質が存在する状態において，上記金属製部材の
表面に高密度エネルギービームを照射することにより，
上記供給物質及び上記金属製部材の表面層を溶融して溶
融部を形成し，次いで該溶融部を急冷することにより改
質層を形成することを特徴とする金属製部材の表面改質
方法にある。
面に，該金属製部材のマトリックス相に固溶あるいは上
記マトリックス相を構成する成分と共に分散相を形成す
る供給物質が存在する状態において，上記金属製部材の
表面に高密度エネルギービームを照射することにより，
上記供給物質及び上記金属製部材の表面層を溶融して溶
融部を形成し，次いで該溶融部を急冷することにより改
質層を形成することを特徴とする金属製部材の表面改質
方法にある。
【０００８】本発明において最も注目すべき点は，上記
供給物質を金属製部材の表面に存在させた状態において
上記高密度エネルギービームを照射して，上記溶融部を
形成し，次いで溶融部を急冷して上記改質層を形成する
ことである。
供給物質を金属製部材の表面に存在させた状態において
上記高密度エネルギービームを照射して，上記溶融部を
形成し，次いで溶融部を急冷して上記改質層を形成する
ことである。
【０００９】上記供給物質としては，上記金属製部材の
マトリックス相に固溶可能な物質，あるいは上記マトリ
ックス相を構成する成分と共に分散相を形成することが
できる物質を用いる。例えば金属製部材がＡｌ合金であ
る場合には，これを構成するＡｌを主体とするマトリッ
クス相に固溶可能な物質，あるいは，上記マトリックス
相中に分散される分散相をＡｌと共に形成可能な物質を
用いる。
マトリックス相に固溶可能な物質，あるいは上記マトリ
ックス相を構成する成分と共に分散相を形成することが
できる物質を用いる。例えば金属製部材がＡｌ合金であ
る場合には，これを構成するＡｌを主体とするマトリッ
クス相に固溶可能な物質，あるいは，上記マトリックス
相中に分散される分散相をＡｌと共に形成可能な物質を
用いる。
【００１０】上記金属製部材の表面に供給物質が存在し
た状態とは，供給物質が固体，液体，気体のいずれであ
るかにかかわらず，これが金属製部材の表面上に供給さ
れた状態をいう。供給物質が固体の場合には，これを金
属製部材の表面に配置する方法が取れる。供給物質の配
置の方法としては，単に載置するだけの方法もあるし，
後述するごとく安定的に配置する種々の方法がある。上
記高密度エネルギービームとしては，例えば電子ビー
ム，レーザービーム，またビームではないが高周波加熱
などの高密度エネルギーがある。本発明では，これらを
総称して高密度エネルギービームという。
た状態とは，供給物質が固体，液体，気体のいずれであ
るかにかかわらず，これが金属製部材の表面上に供給さ
れた状態をいう。供給物質が固体の場合には，これを金
属製部材の表面に配置する方法が取れる。供給物質の配
置の方法としては，単に載置するだけの方法もあるし，
後述するごとく安定的に配置する種々の方法がある。上
記高密度エネルギービームとしては，例えば電子ビー
ム，レーザービーム，またビームではないが高周波加熱
などの高密度エネルギーがある。本発明では，これらを
総称して高密度エネルギービームという。
【００１１】次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明においては，上記供給物質が金属製部材の表面に
存在する状態で上記高密度エネルギービームを照射す
る。これにより，上記供給物質と金属製部材の表面層と
は，瞬時に溶融して混ざり合った状態の上記溶融部を形
成する。
本発明においては，上記供給物質が金属製部材の表面に
存在する状態で上記高密度エネルギービームを照射す
る。これにより，上記供給物質と金属製部材の表面層と
は，瞬時に溶融して混ざり合った状態の上記溶融部を形
成する。
【００１２】この溶融部の形成は，上記のごとく高密度
エネルギービームによるものであるので，金属製部材の
極表面のみにおいて形成される。そのため，上記溶融部
は，自己放冷により容易に急速冷却することができる。
そして，この溶融部の急冷によって上記改質層を得るこ
とができる。
エネルギービームによるものであるので，金属製部材の
極表面のみにおいて形成される。そのため，上記溶融部
は，自己放冷により容易に急速冷却することができる。
そして，この溶融部の急冷によって上記改質層を得るこ
とができる。
【００１３】即ち，得られた改質層は，上記のごとく溶
融部の急冷によって形成されるので，組織の微細化等，
組織的に改善がなされた層となる。さらに，上記供給物
質は，上記のごとく金属製部材のマトリックス相に固溶
可能，あるいは分散相という第２相を形成しうる物質で
ある。そのため，得られた改質層は，上記供給物質を固
溶して固溶強化されたマトリックス相を有する組織，あ
るいは，上記マトリックス相の構成成分とにより形成さ
れた分散相により分散強化された組織を有するものとな
る。そして，この固溶強化あるいは分散強化によって，
金属製部材の耐キャビテーション・エロージョン性は格
段に向上する。
融部の急冷によって形成されるので，組織の微細化等，
組織的に改善がなされた層となる。さらに，上記供給物
質は，上記のごとく金属製部材のマトリックス相に固溶
可能，あるいは分散相という第２相を形成しうる物質で
ある。そのため，得られた改質層は，上記供給物質を固
溶して固溶強化されたマトリックス相を有する組織，あ
るいは，上記マトリックス相の構成成分とにより形成さ
れた分散相により分散強化された組織を有するものとな
る。そして，この固溶強化あるいは分散強化によって，
金属製部材の耐キャビテーション・エロージョン性は格
段に向上する。
【００１４】また，上記改質層は，溶融状態の溶融部が
形成された後これが凝固して形成されるので非常に平坦
な形状に仕上げられる。即ち，溶融状態にある間に，重
力や表面張力によって表面形状は平坦な状態に修正さ
れ，その後平坦形状を維持したまま凝固がなされる。そ
れ故，得られた改質層の表面形状は非常に平坦な形状と
なる。
形成された後これが凝固して形成されるので非常に平坦
な形状に仕上げられる。即ち，溶融状態にある間に，重
力や表面張力によって表面形状は平坦な状態に修正さ
れ，その後平坦形状を維持したまま凝固がなされる。そ
れ故，得られた改質層の表面形状は非常に平坦な形状と
なる。
【００１５】さらに，上記改質層は，上記溶融部の再凝
固により形成されるので，基材である金属製部材との間
に剥離可能な界面を伴わない状態で形成される。そのた
め，塗装，めっき，溶射処理などの場合に認められるよ
うな基材との界面剥離の現象がありえない。それ故，実
用期間中に作用する温度変化，湿度変化，摩擦力あるい
は機械的衝撃などの環境面での外力によっても容易に剥
離あるいは脱落しないので，上記改質層の耐キャビテー
ション・エロージョン性を恒久的に確保することができ
る。また，上記改質層は，必要な部位にかつ簡便に形成
することができるため，基材の加工性，材料特性を悪化
させるおそれもない。
固により形成されるので，基材である金属製部材との間
に剥離可能な界面を伴わない状態で形成される。そのた
め，塗装，めっき，溶射処理などの場合に認められるよ
うな基材との界面剥離の現象がありえない。それ故，実
用期間中に作用する温度変化，湿度変化，摩擦力あるい
は機械的衝撃などの環境面での外力によっても容易に剥
離あるいは脱落しないので，上記改質層の耐キャビテー
ション・エロージョン性を恒久的に確保することができ
る。また，上記改質層は，必要な部位にかつ簡便に形成
することができるため，基材の加工性，材料特性を悪化
させるおそれもない。
【００１６】したがって，本発明によれば，表面改質が
必要な部位に比較的安価な処理で耐キャビテーション・
エロージョン性に優れた改質層を得ることができる金属
製部材の表面改質方法を提供することができる。
必要な部位に比較的安価な処理で耐キャビテーション・
エロージョン性に優れた改質層を得ることができる金属
製部材の表面改質方法を提供することができる。
【００１７】次に，請求項２の発明のように，上記金属
製部材は，軽合金により作製されていることが好まし
い。ここでいう軽合金とは，アルミニウム合金，マグネ
シウム合金，チタン合金，ベリリュウム合金などをい
う。この軽合金を基材とした場合には，比較的容易に固
溶強化あるいは析出強化を図ることができ，強固でかつ
軽量の部品を作製することができる。
製部材は，軽合金により作製されていることが好まし
い。ここでいう軽合金とは，アルミニウム合金，マグネ
シウム合金，チタン合金，ベリリュウム合金などをい
う。この軽合金を基材とした場合には，比較的容易に固
溶強化あるいは析出強化を図ることができ，強固でかつ
軽量の部品を作製することができる。
【００１８】次に，請求項３の発明のように，上記金属
製部材は，Ａｌ合金により作製されていることが好まし
い。上記軽合金の中でも，Ａｌ合金は最も多く存在する
金属であり，比較的安価で実用性が高い。かかるＡｌ合
金をベースにしてその必要部分に上記改質層を設けるこ
とにより，Ａｌ合金製部材の普及を広げることができ
る。
製部材は，Ａｌ合金により作製されていることが好まし
い。上記軽合金の中でも，Ａｌ合金は最も多く存在する
金属であり，比較的安価で実用性が高い。かかるＡｌ合
金をベースにしてその必要部分に上記改質層を設けるこ
とにより，Ａｌ合金製部材の普及を広げることができ
る。
【００１９】また，請求項４の発明のように，上記供給
物質は，めっき処理，ＰＶＤ法，ＣＶＤ法あるいは溶射
により上記金属製部材の表面に配置することが好まし
い。この場合には，所望量の供給物質を略均一に上記金
属製部材の表面に配置することができ，得られる溶融部
および改質層の組成制御等を精度よく行うことができ
る。
物質は，めっき処理，ＰＶＤ法，ＣＶＤ法あるいは溶射
により上記金属製部材の表面に配置することが好まし
い。この場合には，所望量の供給物質を略均一に上記金
属製部材の表面に配置することができ，得られる溶融部
および改質層の組成制御等を精度よく行うことができ
る。
【００２０】また，請求項５の発明のように，上記供給
物質は，上記金属製部材の表面に，上記供給物質が存在
する状態において機械的エネルギーを付与することによ
り上記金属製部材の表面に配置することもできる。この
場合の供給物質の形態は，粉末状またはフィルム状の固
体，もしくは，気体あるいは液体であってもよい。
物質は，上記金属製部材の表面に，上記供給物質が存在
する状態において機械的エネルギーを付与することによ
り上記金属製部材の表面に配置することもできる。この
場合の供給物質の形態は，粉末状またはフィルム状の固
体，もしくは，気体あるいは液体であってもよい。
【００２１】上記供給物質が粉末の場合には，粒径が３
００μｍ以下が望ましい。この粒径が３００μｍを超え
る場合には，機械的エネルギーを付与しても供給物質に
そのエネルギーが吸収され，金属製部材と供給物質との
間に塑性流動が起こりにくくなるという問題がある。ま
た，供給物質よりなる粉末は小さくて数が多いほどよ
い。これにより，機械的エネルギーを付与した時の金属
製部材と供給物質との接触面積が大きくなるので，供給
物質よりなる微粒子が均一に分散された表面状態を金属
製部材上に形成することができる。そのため，供給物質
が粉末の場合には，その粒径を１００μｍ以下とするこ
とがより好ましい。
００μｍ以下が望ましい。この粒径が３００μｍを超え
る場合には，機械的エネルギーを付与しても供給物質に
そのエネルギーが吸収され，金属製部材と供給物質との
間に塑性流動が起こりにくくなるという問題がある。ま
た，供給物質よりなる粉末は小さくて数が多いほどよ
い。これにより，機械的エネルギーを付与した時の金属
製部材と供給物質との接触面積が大きくなるので，供給
物質よりなる微粒子が均一に分散された表面状態を金属
製部材上に形成することができる。そのため，供給物質
が粉末の場合には，その粒径を１００μｍ以下とするこ
とがより好ましい。
【００２２】上記供給物質がフィルム状の場合には，厚
さが１０μｍ以下であることが好ましい。この厚さが１
０μｍを超える場合には，機械的エネルギーが供給物質
に吸収され，金属製部材を塑性変形させることが困難と
なるという問題がある。なお，フィルム状の供給物質を
形成させる手段としては，例えば，溶射，メッキ，ＣＶ
Ｄ，ＰＶＤなどの表面処理方法等を用いることができ
る。
さが１０μｍ以下であることが好ましい。この厚さが１
０μｍを超える場合には，機械的エネルギーが供給物質
に吸収され，金属製部材を塑性変形させることが困難と
なるという問題がある。なお，フィルム状の供給物質を
形成させる手段としては，例えば，溶射，メッキ，ＣＶ
Ｄ，ＰＶＤなどの表面処理方法等を用いることができ
る。
【００２３】次に，上記機械的エネルギーを付与する方
法には，種々の方法がある。いずれの方法においても，
金属製部材の表面と供給物質との間で塑性流動を発現さ
せるように機械的エネルギーを付与する。上記塑性流動
を効率よく発現させるためには，剪断応力の印加面積を
小さくして，その印加回数を多くすることが好ましい。
具体的には，１回当たりの応力の印加面積は０．５ｍｍ
2以下とし，１ｍｍ2当たりの応力の印加回数は５０回以
上，好ましくは１００回以上行うことが望ましい。これ
により，上記塑性流動を効率よく発現させることができ
る。
法には，種々の方法がある。いずれの方法においても，
金属製部材の表面と供給物質との間で塑性流動を発現さ
せるように機械的エネルギーを付与する。上記塑性流動
を効率よく発現させるためには，剪断応力の印加面積を
小さくして，その印加回数を多くすることが好ましい。
具体的には，１回当たりの応力の印加面積は０．５ｍｍ
2以下とし，１ｍｍ2当たりの応力の印加回数は５０回以
上，好ましくは１００回以上行うことが望ましい。これ
により，上記塑性流動を効率よく発現させることができ
る。
【００２４】具体的な機械的エネルギーの付与方法とし
ては，例えば，粒子を高速で金属製部材に繰り返し衝突
させる方法がある。また，容器内に，上記金属製部材と
供給物質と，さらに硬質ボールを入れた状態で，上記容
器を回転させる方法を採ることもできる。あるいは，金
属製部材の表面に供給物質を配置しておき，剛性の高い
ブラシ状のもので金属製部材の表面を繰り返し叩く方法
を採ることもできる。
ては，例えば，粒子を高速で金属製部材に繰り返し衝突
させる方法がある。また，容器内に，上記金属製部材と
供給物質と，さらに硬質ボールを入れた状態で，上記容
器を回転させる方法を採ることもできる。あるいは，金
属製部材の表面に供給物質を配置しておき，剛性の高い
ブラシ状のもので金属製部材の表面を繰り返し叩く方法
を採ることもできる。
【００２５】上記の粒子を高速で金属製部材に繰り返し
衝突させる方法においては，上記粒子としては，供給物
質よりなる粉末を利用してもよいし，他の剛性の高い粒
子を用いることもできる。上記供給物質よりなる粉末を
用いる場合には，その粉末の硬さは，上記金属製部材と
同等もしくはそれよりも高いことが好ましい。供給物質
粉末の硬さが金属製部材よりも低い場合には，金属製部
材の表面に供給物質が変形して付着するに止まり，金属
製部材との間で塑性流動を発現させることができないた
めである。
衝突させる方法においては，上記粒子としては，供給物
質よりなる粉末を利用してもよいし，他の剛性の高い粒
子を用いることもできる。上記供給物質よりなる粉末を
用いる場合には，その粉末の硬さは，上記金属製部材と
同等もしくはそれよりも高いことが好ましい。供給物質
粉末の硬さが金属製部材よりも低い場合には，金属製部
材の表面に供給物質が変形して付着するに止まり，金属
製部材との間で塑性流動を発現させることができないた
めである。
【００２６】また，金属製部材よりも硬さが低い供給物
質の粉末を用いる場合には，金属製部材の表面に予め凹
凸を与えておき，上記粉末を高速で衝突させて付着させ
た後，他の方法により機械的エネルギーを付与すること
もできる。
質の粉末を用いる場合には，金属製部材の表面に予め凹
凸を与えておき，上記粉末を高速で衝突させて付着させ
た後，他の方法により機械的エネルギーを付与すること
もできる。
【００２７】供給物質の形態が気体や液体である場合に
は，その気体又は液体を，エネルギー付与粒子を搬送す
るための媒体として用いることができる。例えば，供給
物質の形態が気体である場合には，高速で金属製部材に
繰り返し衝突させる方法において，圧縮空気の代わりに
供給物質からなる気体を用いることができる。
は，その気体又は液体を，エネルギー付与粒子を搬送す
るための媒体として用いることができる。例えば，供給
物質の形態が気体である場合には，高速で金属製部材に
繰り返し衝突させる方法において，圧縮空気の代わりに
供給物質からなる気体を用いることができる。
【００２８】また，上記機械的エネルギーの大きさは，
金属製部材の種類によって好適な範囲がある。具体的に
は，降伏点あるいは０．２％耐力よりも少なくとも５０
％以上高い剪断応力を与えることが，塑性変形を起こす
ためには望ましい。また，この剪断応力の付与は，金属
製部材と供給物質との間の固相反応を促進させるために
繰り返し行うことが必須である。
金属製部材の種類によって好適な範囲がある。具体的に
は，降伏点あるいは０．２％耐力よりも少なくとも５０
％以上高い剪断応力を与えることが，塑性変形を起こす
ためには望ましい。また，この剪断応力の付与は，金属
製部材と供給物質との間の固相反応を促進させるために
繰り返し行うことが必須である。
【００２９】次に，請求項６の発明のように，上記供給
物質は，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｓ
ｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうちいずれか１種以上を含有する
ことが好ましい。これらの物質は，上記軽合金中におい
て固溶強化あるいは分散強化に有効に作用する。
物質は，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｓ
ｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうちいずれか１種以上を含有する
ことが好ましい。これらの物質は，上記軽合金中におい
て固溶強化あるいは分散強化に有効に作用する。
【００３０】次に，請求項７の発明のように，上記金属
製部材がＡｌ合金により作製されている場合には，上記
供給物質は，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉのうちいずれか１
種以上を含有することが好ましい。これらの物質は，い
ずれも，Ａｌ合金中において固溶強化あるいは分散強化
に有効な元素である。そのため，これらの元素を供給物
質として用いることにより，改質層を容易に耐キャビテ
ーション・エロージョン性に優れた層にすることができ
る。
製部材がＡｌ合金により作製されている場合には，上記
供給物質は，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉのうちいずれか１
種以上を含有することが好ましい。これらの物質は，い
ずれも，Ａｌ合金中において固溶強化あるいは分散強化
に有効な元素である。そのため，これらの元素を供給物
質として用いることにより，改質層を容易に耐キャビテ
ーション・エロージョン性に優れた層にすることができ
る。
【００３１】次に，請求項８の発明は，金属製部材の表
面に，該金属製部材のマトリックス相に固溶あるいは上
記マトリックス相を構成する成分と共に分散相を形成す
る供給物質が存在する状態において，上記金属製部材の
表面に高密度エネルギービームを照射することにより，
上記供給物質及び上記金属製部材の表面層を溶融して溶
融部を形成し，次いで該溶融部を急冷することにより形
成した改質層を有することを特徴とする金属製部材にあ
る。
面に，該金属製部材のマトリックス相に固溶あるいは上
記マトリックス相を構成する成分と共に分散相を形成す
る供給物質が存在する状態において，上記金属製部材の
表面に高密度エネルギービームを照射することにより，
上記供給物質及び上記金属製部材の表面層を溶融して溶
融部を形成し，次いで該溶融部を急冷することにより形
成した改質層を有することを特徴とする金属製部材にあ
る。
【００３２】本発明の金属製部材は，上記供給物質を金
属製部材の表面に存在させた状態において上記高密度エ
ネルギービームを照射して，上記溶融部を形成し，次い
で溶融部を急冷して形成した上記改質層を有している。
そのため，この改質層は，上述したごとく，剥離界面を
有していないので恒久的に存在し，優れた耐キャビテー
ション・エロージョン性を恒久的に維持することができ
る。したがって，本発明によれば，表面改質が必要な部
位に比較的安価な処理で耐キャビテーション・エロージ
ョン性に優れた改質層を有する金属製部材を得ることが
できる。
属製部材の表面に存在させた状態において上記高密度エ
ネルギービームを照射して，上記溶融部を形成し，次い
で溶融部を急冷して形成した上記改質層を有している。
そのため，この改質層は，上述したごとく，剥離界面を
有していないので恒久的に存在し，優れた耐キャビテー
ション・エロージョン性を恒久的に維持することができ
る。したがって，本発明によれば，表面改質が必要な部
位に比較的安価な処理で耐キャビテーション・エロージ
ョン性に優れた改質層を有する金属製部材を得ることが
できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる金属製部材の表面改質方法
及び改質層を有する金属製部材につき，図１〜図３を用
いて説明する。本例においては，上記金属製部材１とし
て，重力鋳造アルミ合金（ＡＣ４ＣＨ）を用いた例を示
す。本例では，図１〜図３に示すごとく，金属製部材１
の表面に，該金属製部材１のマトリックス相に固溶ある
いは上記マトリックス相を構成する成分と共に分散相を
形成する供給物質２が存在する状態において，上記金属
製部材１の表面に高密度エネルギービーム５を照射する
ことにより，上記供給物質２及び上記金属製部材１の表
面層を溶融して溶融部３を形成し，次いで該溶融部３を
急冷することにより改質層４を形成した。
及び改質層を有する金属製部材につき，図１〜図３を用
いて説明する。本例においては，上記金属製部材１とし
て，重力鋳造アルミ合金（ＡＣ４ＣＨ）を用いた例を示
す。本例では，図１〜図３に示すごとく，金属製部材１
の表面に，該金属製部材１のマトリックス相に固溶ある
いは上記マトリックス相を構成する成分と共に分散相を
形成する供給物質２が存在する状態において，上記金属
製部材１の表面に高密度エネルギービーム５を照射する
ことにより，上記供給物質２及び上記金属製部材１の表
面層を溶融して溶融部３を形成し，次いで該溶融部３を
急冷することにより改質層４を形成した。
【００３４】以下，これを詳説する。本例では，上記金
属製部材１の表面での供給物質２が存在する状態を安定
的に形成するために，機械的エネルギーを付与すること
により上記金属製部材１の表面に供給物質２を配置し
た。
属製部材１の表面での供給物質２が存在する状態を安定
的に形成するために，機械的エネルギーを付与すること
により上記金属製部材１の表面に供給物質２を配置し
た。
【００３５】具体的には，図１に示すごとく，上記機械
的エネルギーを付与する手段としては，供給物質２より
なる粒子を高速で金属製部材１に繰り返し衝突させる方
法を用いた。具体的には，ショットブラスト装置７を用
いて，供給物質２よりなる粒子を圧縮空気８により高速
で噴出させ，これを金属製部材１の表面に衝突させた。
的エネルギーを付与する手段としては，供給物質２より
なる粒子を高速で金属製部材１に繰り返し衝突させる方
法を用いた。具体的には，ショットブラスト装置７を用
いて，供給物質２よりなる粒子を圧縮空気８により高速
で噴出させ，これを金属製部材１の表面に衝突させた。
【００３６】供給物質２としては，粒径２０〜１５０μ
ｍの４種類の粉末，即ち，Ｓｉ粉末，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ
粉末，Ｃｕ粉末，Ｎｉ粉末を用いた。以下，適宜，Ｓｉ
粉末を用いたものを本発明品Ｅ１１，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ
粉末を用いたものを本発明品Ｅ１２，Ｃｕ粉末を用いた
ものを本発明品Ｅ１３，Ｎｉ粉末を用いたものを本発明
品Ｅ１４とする。
ｍの４種類の粉末，即ち，Ｓｉ粉末，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ
粉末，Ｃｕ粉末，Ｎｉ粉末を用いた。以下，適宜，Ｓｉ
粉末を用いたものを本発明品Ｅ１１，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ
粉末を用いたものを本発明品Ｅ１２，Ｃｕ粉末を用いた
ものを本発明品Ｅ１３，Ｎｉ粉末を用いたものを本発明
品Ｅ１４とする。
【００３７】供給物質２の噴出は，０．４ＭＰａの圧縮
空気を用いて，ノズル７０から１分／ｃｍ2の時間で噴
出した。なお，ノズル先端７０から金属製部材１までの
距離は１００ｍｍとした。この条件により，金属製部材
１の表面には，供給物質２が配置され，これが金属製部
材１の表面に分散した状態の，いわば微粒子分散体１０
が形成された。
空気を用いて，ノズル７０から１分／ｃｍ2の時間で噴
出した。なお，ノズル先端７０から金属製部材１までの
距離は１００ｍｍとした。この条件により，金属製部材
１の表面には，供給物質２が配置され，これが金属製部
材１の表面に分散した状態の，いわば微粒子分散体１０
が形成された。
【００３８】次に，図２（ａ）に示すように，微粒子分
散体１０に対して，高密度エネルギービームとしての電
子ビーム５を照射した。電子ビーム５の照射は，出力
５．４ｋｗのビームを電子銃５０より３３０ｍｍの距離
の金属製部材１に高速で偏向周波数７ｋＨｚ，偏向幅７
ｍｍの正方形範囲で照射しながら，１０ｍ／分のスピー
ドで移動させる条件で行った。
散体１０に対して，高密度エネルギービームとしての電
子ビーム５を照射した。電子ビーム５の照射は，出力
５．４ｋｗのビームを電子銃５０より３３０ｍｍの距離
の金属製部材１に高速で偏向周波数７ｋＨｚ，偏向幅７
ｍｍの正方形範囲で照射しながら，１０ｍ／分のスピー
ドで移動させる条件で行った。
【００３９】図２（ａ）（ｂ）に示すごとく，電子ビー
ム５が照射された部分は，溶融して溶融部３となった。
この溶融部３は，上記微粒子分散体１０の約１０倍の厚
さまで形成された。また，溶融部３は形成直後に金属製
部材１の自己放冷により十分に冷却され再凝固し，改質
層４が得られた。
ム５が照射された部分は，溶融して溶融部３となった。
この溶融部３は，上記微粒子分散体１０の約１０倍の厚
さまで形成された。また，溶融部３は形成直後に金属製
部材１の自己放冷により十分に冷却され再凝固し，改質
層４が得られた。
【００４０】改質層４形成後の金属製部材１の断面組織
観察を行った。その結果の一例を倍率６００倍の断面顕
微鏡組織の図面代用写真として図３に示す。同図には，
Ｃｕ粉末を用いた本発明品Ｅ１３について示した。この
場合，改質層４は表面から約１５０μｍの厚さを有する
層として形成されている。なお，同図に示された四角の
圧痕は，ビッカース硬さ測定時のビッカース圧痕であ
る。
観察を行った。その結果の一例を倍率６００倍の断面顕
微鏡組織の図面代用写真として図３に示す。同図には，
Ｃｕ粉末を用いた本発明品Ｅ１３について示した。この
場合，改質層４は表面から約１５０μｍの厚さを有する
層として形成されている。なお，同図に示された四角の
圧痕は，ビッカース硬さ測定時のビッカース圧痕であ
る。
【００４１】次に，得られた金属製部材１における上記
改質層４の硬さを荷重１０ｇｆの条件で測定した。比較
のため，供給物質２を供給せずに上記と同様の電子ビー
ム照射を行った比較品Ｃ１１を準備し，その硬度も測定
した。その結果を図４に示す。同図は，横軸に表面から
の距離を，縦軸に硬度をとったものである。そして，本
例の改質層４を設けたものを上記のごとく本発明品Ｅ１
１〜Ｅ１４，上記比較品Ｃ１１としてプロットした。
改質層４の硬さを荷重１０ｇｆの条件で測定した。比較
のため，供給物質２を供給せずに上記と同様の電子ビー
ム照射を行った比較品Ｃ１１を準備し，その硬度も測定
した。その結果を図４に示す。同図は，横軸に表面から
の距離を，縦軸に硬度をとったものである。そして，本
例の改質層４を設けたものを上記のごとく本発明品Ｅ１
１〜Ｅ１４，上記比較品Ｃ１１としてプロットした。
【００４２】金属製部材１に対して供給物質を供給する
ことなく電子ビーム照射のみを行った比較品Ｃ１の硬さ
は，それぞれＨＶ５５〜７２，ＨＶ７３〜８２であるの
に対して，本発明品Ｅ１例の改質層４はＨＶ１００〜１
１２と高い硬さを示した。
ことなく電子ビーム照射のみを行った比較品Ｃ１の硬さ
は，それぞれＨＶ５５〜７２，ＨＶ７３〜８２であるの
に対して，本発明品Ｅ１例の改質層４はＨＶ１００〜１
１２と高い硬さを示した。
【００４３】次に，本発明品Ｅ１１〜Ｅ１４の耐キャビ
テーション・エロージョン性について，図５に示すよう
な対向型振動試験装置６を用いて，試験を行った。上記
対向型振動試験装置６は，同図に示すごとく，電磁攪拌
機６１上に配置された冷水を循環可能な水槽６１内にビ
ーカー６２を配置している。ビーカー６２内には，イオ
ン交換水よりなる試験液６３を満たし，その中に試験片
６９を浸漬する。試験片６９の上方には，振動発生用の
ホーン６４を配置し，振動を与えた。ホーン６４と試験
片６９との間隔は０．５ｍｍ，試験液６３の温度は３５
℃の条件とした。そして，評価は，１，３，５時間後の
体積減少量から求めた。
テーション・エロージョン性について，図５に示すよう
な対向型振動試験装置６を用いて，試験を行った。上記
対向型振動試験装置６は，同図に示すごとく，電磁攪拌
機６１上に配置された冷水を循環可能な水槽６１内にビ
ーカー６２を配置している。ビーカー６２内には，イオ
ン交換水よりなる試験液６３を満たし，その中に試験片
６９を浸漬する。試験片６９の上方には，振動発生用の
ホーン６４を配置し，振動を与えた。ホーン６４と試験
片６９との間隔は０．５ｍｍ，試験液６３の温度は３５
℃の条件とした。そして，評価は，１，３，５時間後の
体積減少量から求めた。
【００４４】この試験では，上記本発明品Ｅ１１〜Ｅ１
４および比較品Ｃ１１の他に，金属製部材１そのもので
何ら処理を施していないものを比較品Ｃ１２として用い
た。試験の結果を図６に示す。同図は，横軸に試料の種
類を，縦軸に体積減少率をとり，それぞれの試料に対し
て，１，３，５時間（ｈ）の体積減少率の測定結果をプ
ロットしたものである。
４および比較品Ｃ１１の他に，金属製部材１そのもので
何ら処理を施していないものを比較品Ｃ１２として用い
た。試験の結果を図６に示す。同図は，横軸に試料の種
類を，縦軸に体積減少率をとり，それぞれの試料に対し
て，１，３，５時間（ｈ）の体積減少率の測定結果をプ
ロットしたものである。
【００４５】同図より知られるごとく，比較品Ｃ１２，
Ｃ１１の５時間後の体積減少量は，それぞれ２６．１ｃ
ｃ，１７．９ｃｃであるのに対して，本例の改質層４の
場合（本発明品Ｅ１１〜Ｅ１４）の体積減少量は，５．
５〜９．４ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エ
ロージョン性を示した。
Ｃ１１の５時間後の体積減少量は，それぞれ２６．１ｃ
ｃ，１７．９ｃｃであるのに対して，本例の改質層４の
場合（本発明品Ｅ１１〜Ｅ１４）の体積減少量は，５．
５〜９．４ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エ
ロージョン性を示した。
【００４６】さらに，本発明品Ｅ１１〜Ｅ１４の耐キャ
ビテーション・エロージョン性について，ベースオイル
中で試験を行った。ホーン６４と試験片６９との間隔
は，２ｍｍ，試験液の温度は５０℃の条件である。評価
は５，１０時間後の体積減少量から求めた。この試験で
は，上記本発明品Ｅ１１〜Ｅ１４および比較品Ｃ１１の
ほかに，金属製部材１そのもので処理をしていない比較
品Ｃ１２を用いた。試験の結果を図７に示す。金属製部
材および電子ビーム照射のみの１０時間後の体積減少量
は，それぞれ２．９ｃｃ，１ｃｃであるのに対して，本
例の改質層４の体積減少量は，０．１〜０．６ｃｃと低
下し，優れた耐キャビテーション・エロージョン性を示
した。
ビテーション・エロージョン性について，ベースオイル
中で試験を行った。ホーン６４と試験片６９との間隔
は，２ｍｍ，試験液の温度は５０℃の条件である。評価
は５，１０時間後の体積減少量から求めた。この試験で
は，上記本発明品Ｅ１１〜Ｅ１４および比較品Ｃ１１の
ほかに，金属製部材１そのもので処理をしていない比較
品Ｃ１２を用いた。試験の結果を図７に示す。金属製部
材および電子ビーム照射のみの１０時間後の体積減少量
は，それぞれ２．９ｃｃ，１ｃｃであるのに対して，本
例の改質層４の体積減少量は，０．１〜０．６ｃｃと低
下し，優れた耐キャビテーション・エロージョン性を示
した。
【００４７】実施形態例２ 本例は，実施形態例１におけるＡＣ４ＣＨに代えて，高
Ｓｉ−Ａｌ合金（ＮＨ４２，Ａｌ−１５ｗｔ％Ｓｉ−３
ｗｔ％Ｃｕ）を金属製部材に適用した例である。供給物
質２は実施例１と同様に粒径２０〜１５０μｍの４種類
のＳｉ粉末，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉末，Ｃｕ粉末，Ｎｉ粉
末を用いた。以下，適宜，Ｓｉ粉末を用いたものを本発
明品Ｅ２１，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉末を用いたものを本発
明品Ｅ２２，Ｃｕ粉末を用いたものを本発明品Ｅ２３，
Ｎｉ粉末を用いたものを本発明品Ｅ２４とする。本例で
は実施形態例１と同様の方法により，改質層４を形成し
た。
Ｓｉ−Ａｌ合金（ＮＨ４２，Ａｌ−１５ｗｔ％Ｓｉ−３
ｗｔ％Ｃｕ）を金属製部材に適用した例である。供給物
質２は実施例１と同様に粒径２０〜１５０μｍの４種類
のＳｉ粉末，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉末，Ｃｕ粉末，Ｎｉ粉
末を用いた。以下，適宜，Ｓｉ粉末を用いたものを本発
明品Ｅ２１，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉末を用いたものを本発
明品Ｅ２２，Ｃｕ粉末を用いたものを本発明品Ｅ２３，
Ｎｉ粉末を用いたものを本発明品Ｅ２４とする。本例で
は実施形態例１と同様の方法により，改質層４を形成し
た。
【００４８】改質層４形成後の金属製部材１の断面組織
観察を行った。その結果の一例を倍率６００倍の断面顕
微鏡組織の図面代用写真として図８に示す。同図には，
Ｃｕ粉末を用いた本発明品Ｅ２３について示した。この
場合，改質層４は表面から約１５０μｍの厚さを有する
層として形成されている。なお，同図に示された四角の
圧痕は，ビッカース硬さ測定時のビッカース圧痕であ
る。
観察を行った。その結果の一例を倍率６００倍の断面顕
微鏡組織の図面代用写真として図８に示す。同図には，
Ｃｕ粉末を用いた本発明品Ｅ２３について示した。この
場合，改質層４は表面から約１５０μｍの厚さを有する
層として形成されている。なお，同図に示された四角の
圧痕は，ビッカース硬さ測定時のビッカース圧痕であ
る。
【００４９】次に，本例においても，実施形態例１と同
様に，得られた上記改質層４の硬さを測定した。比較の
ため，供給物質２を供給せずに上記と同様の電子ビーム
照射を行った比較品Ｃ２１を準備し，その硬度も測定し
た。その結果を，図９に示す。同図は，横軸に表面から
の距離を，縦軸に硬度をとったものである。そして，本
例の改質層４を設けたものを上記のごとく本発明品Ｅ２
１〜Ｅ２４，比較品Ｃ２１としてプロットした。
様に，得られた上記改質層４の硬さを測定した。比較の
ため，供給物質２を供給せずに上記と同様の電子ビーム
照射を行った比較品Ｃ２１を準備し，その硬度も測定し
た。その結果を，図９に示す。同図は，横軸に表面から
の距離を，縦軸に硬度をとったものである。そして，本
例の改質層４を設けたものを上記のごとく本発明品Ｅ２
１〜Ｅ２４，比較品Ｃ２１としてプロットした。
【００５０】供給物質２を供給せずに電子ビーム照射の
みを照射した比較品Ｃ２１の硬さは，ＨＶ１２５〜１２
９であるのに対して，本例の改質層４を有する本発明品
Ｅ２１〜Ｅ２４はＨＶ１４４〜１６４と高い硬さを示し
た。
みを照射した比較品Ｃ２１の硬さは，ＨＶ１２５〜１２
９であるのに対して，本例の改質層４を有する本発明品
Ｅ２１〜Ｅ２４はＨＶ１４４〜１６４と高い硬さを示し
た。
【００５１】さらに，本例では，実施形態例１と同様
に，本発明品Ｅ２１〜Ｅ２４の耐キャビテーション・エ
ロージョン性について，対向型振動試験法により評価し
た。この試験では，上記本発明品Ｅ２１〜Ｅ２４および
比較品Ｃ２１の他に，金属製部材１そのもので何ら処理
を施していないものを比較品Ｃ２２として用いた。試験
の結果を図１０に示す。同図は，横軸に試料の種類を，
縦軸に体積減少率をとり，それぞれの試料に対して，
１，３，５時間（ｈ）の体積減少率の測定結果をプロッ
トしたものである。
に，本発明品Ｅ２１〜Ｅ２４の耐キャビテーション・エ
ロージョン性について，対向型振動試験法により評価し
た。この試験では，上記本発明品Ｅ２１〜Ｅ２４および
比較品Ｃ２１の他に，金属製部材１そのもので何ら処理
を施していないものを比較品Ｃ２２として用いた。試験
の結果を図１０に示す。同図は，横軸に試料の種類を，
縦軸に体積減少率をとり，それぞれの試料に対して，
１，３，５時間（ｈ）の体積減少率の測定結果をプロッ
トしたものである。
【００５２】同図より知られるごとく，比較品Ｃ２２，
Ｃ２１の５時間後の体積減少量は，それぞれ２７．９ｃ
ｃ，６．９ｃｃであるのに対して，本例の改質層４の場
合（本発明品Ｅ２１〜Ｅ２４）の体積減少量は，２．７
〜３．２ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エロ
ージョン性を示した。
Ｃ２１の５時間後の体積減少量は，それぞれ２７．９ｃ
ｃ，６．９ｃｃであるのに対して，本例の改質層４の場
合（本発明品Ｅ２１〜Ｅ２４）の体積減少量は，２．７
〜３．２ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エロ
ージョン性を示した。
【００５３】実施形態例３ 本例は，実施形態例１におけるＡＣ４ＣＨに代えて，ダ
イカストＡｌ合金（ＡＤＣ１２）を金属製部材に適用し
た例である。供給物質２は実施例１と同様に粒径２０〜
１５０μｍの４種類のＳｉ粉末，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉
末，Ｃｕ粉末，Ｎｉ粉末を用いた。以下，適宜，Ｓｉ粉
末を用いたものを本発明品Ｅ３１，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉
末を用いたものを本発明品Ｅ３２，Ｃｕ粉末を用いたも
のを本発明品Ｅ３３，Ｎｉ粉末を用いたものを本発明品
Ｅ３４とする。本例では実施形態例１と同様の方法によ
り，改質層４を形成した。
イカストＡｌ合金（ＡＤＣ１２）を金属製部材に適用し
た例である。供給物質２は実施例１と同様に粒径２０〜
１５０μｍの４種類のＳｉ粉末，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉
末，Ｃｕ粉末，Ｎｉ粉末を用いた。以下，適宜，Ｓｉ粉
末を用いたものを本発明品Ｅ３１，Ｆｅ−３ｗｔ％Ｃ粉
末を用いたものを本発明品Ｅ３２，Ｃｕ粉末を用いたも
のを本発明品Ｅ３３，Ｎｉ粉末を用いたものを本発明品
Ｅ３４とする。本例では実施形態例１と同様の方法によ
り，改質層４を形成した。
【００５４】改質層４形成後の金属製部材１の断面組織
観察を行った。その結果，例えばＣｕ粉末を用いた本発
明品Ｅ３３については，改質層４は表面から約１５０μ
ｍの厚さを有する層として形成されている（図示略）。
観察を行った。その結果，例えばＣｕ粉末を用いた本発
明品Ｅ３３については，改質層４は表面から約１５０μ
ｍの厚さを有する層として形成されている（図示略）。
【００５５】次に，本例においても，実施形態例１と同
様に，得られた上記改質層４の硬さを測定した。比較の
ため，供給物質２を供給せずに上記と同様の電子ビーム
照射を行った比較品Ｃ３１を準備し，その硬度も測定し
た。その結果を，図９に示す。同図は，横軸に表面から
の距離を，縦軸に硬度をとったものである。そして，本
例の改質層４を設けたものを上記のごとく本発明品Ｅ３
１〜Ｅ３４とし，比較品Ｃ３１と共にプロットした。
様に，得られた上記改質層４の硬さを測定した。比較の
ため，供給物質２を供給せずに上記と同様の電子ビーム
照射を行った比較品Ｃ３１を準備し，その硬度も測定し
た。その結果を，図９に示す。同図は，横軸に表面から
の距離を，縦軸に硬度をとったものである。そして，本
例の改質層４を設けたものを上記のごとく本発明品Ｅ３
１〜Ｅ３４とし，比較品Ｃ３１と共にプロットした。
【００５６】供給物質２を供給せずに電子ビーム照射の
みを照射した比較品Ｃ３１の硬さは，ＨＶ１０２〜１１
２であるのに対して，本例の改質層４を有する本発明品
Ｅ３１〜Ｅ３４はＨＶ１２６〜１３３と高い硬さを示し
た。
みを照射した比較品Ｃ３１の硬さは，ＨＶ１０２〜１１
２であるのに対して，本例の改質層４を有する本発明品
Ｅ３１〜Ｅ３４はＨＶ１２６〜１３３と高い硬さを示し
た。
【００５７】さらに，本例では，実施形態例１と同様
に，本発明品Ｅ３１〜Ｅ３４の耐キャビテーション・エ
ロージョン性について，対向型振動試験法により評価し
た。この試験では，上記本発明品Ｅ３１〜Ｅ３４および
比較品Ｃ３１の他に，金属製部材１そのもので何ら処理
を施していないものを比較品Ｃ３２として用いた。試験
の結果を図１２に示す。同図は，横軸に試料の種類を，
縦軸に体積減少率をとり，それぞれの試料に対して，
１，３，５時間（ｈ）の体積減少率の測定結果をプロッ
トしたものである。
に，本発明品Ｅ３１〜Ｅ３４の耐キャビテーション・エ
ロージョン性について，対向型振動試験法により評価し
た。この試験では，上記本発明品Ｅ３１〜Ｅ３４および
比較品Ｃ３１の他に，金属製部材１そのもので何ら処理
を施していないものを比較品Ｃ３２として用いた。試験
の結果を図１２に示す。同図は，横軸に試料の種類を，
縦軸に体積減少率をとり，それぞれの試料に対して，
１，３，５時間（ｈ）の体積減少率の測定結果をプロッ
トしたものである。
【００５８】同図より知られるごとく，比較品Ｃ３２，
Ｃ３１の５時間後の体積減少量は，それぞれ８．９ｃ
ｃ，４．４ｃｃであるのに対して，本例の改質層４の場
合（本発明品Ｅ３１〜Ｅ３４）の体積減少量は，２．４
〜２．６ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エロ
ージョン性を示した。
Ｃ３１の５時間後の体積減少量は，それぞれ８．９ｃ
ｃ，４．４ｃｃであるのに対して，本例の改質層４の場
合（本発明品Ｅ３１〜Ｅ３４）の体積減少量は，２．４
〜２．６ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エロ
ージョン性を示した。
【００５９】実施形態例４ 本例においては，上記金属製部材１として，アルミ合金
展伸材（Ａ２０２４）を用いた例を示す。上記金属製部
材１に固溶強化あるいは分散強化を促進する供給物質２
としてはＣｕを用いた。本例の金属製部材１を製造する
にあたっては，まず供給物質２を金属製部材１の表面に
付着させる工程を行った。具体的には，電気メッキ法に
より，硫酸銅１００ｇ／リットルのめっき液を使用し
て，液温３０℃，電流密度５Ａ／ｄｍ2，処理時間１０
秒の条件で処理した。これにより，めっき皮膜として金
属製部材１の表面に供給物質２を付着させた。
展伸材（Ａ２０２４）を用いた例を示す。上記金属製部
材１に固溶強化あるいは分散強化を促進する供給物質２
としてはＣｕを用いた。本例の金属製部材１を製造する
にあたっては，まず供給物質２を金属製部材１の表面に
付着させる工程を行った。具体的には，電気メッキ法に
より，硫酸銅１００ｇ／リットルのめっき液を使用し
て，液温３０℃，電流密度５Ａ／ｄｍ2，処理時間１０
秒の条件で処理した。これにより，めっき皮膜として金
属製部材１の表面に供給物質２を付着させた。
【００６０】次に，前述した図２，図３と同様に，金属
製部材１の表面に高密度エネルギービーム５を照射し
て，表面を溶融して溶融部３を形成し，急冷することに
より改質層４を形成した。
製部材１の表面に高密度エネルギービーム５を照射し
て，表面を溶融して溶融部３を形成し，急冷することに
より改質層４を形成した。
【００６１】次に，本例では，実施形態例１と同様に，
耐キャビテーション・エロージョン性について，対向型
振動試験法により評価した。この試験では，本例の金属
製部材１（発明品Ｅ４）の他に，供給物質２を供給せず
に上記と同様の電子ビーム照射を行った比較品Ｃ４１
と，金属製部材１の基材そのもので何ら処理を施してい
ないものを比較品Ｃ４２として用いた。
耐キャビテーション・エロージョン性について，対向型
振動試験法により評価した。この試験では，本例の金属
製部材１（発明品Ｅ４）の他に，供給物質２を供給せず
に上記と同様の電子ビーム照射を行った比較品Ｃ４１
と，金属製部材１の基材そのもので何ら処理を施してい
ないものを比較品Ｃ４２として用いた。
【００６２】試験の結果を図１３に示す。同図は，横軸
に試料の種類を，縦軸に体積減少率をとり，それぞれの
試料に対して，１時間（ｈ）の体積減少率の測定結果を
プロットしたものである。同図より知られるごとく，比
較品Ｃ４２，Ｃ４１の１時間後の体積減少量は，それぞ
れ８．４ｃｃ，４．２ｃｃであるのに対して，本例の改
質層４の場合（本発明品Ｅ４）の体積減少量は，２．６
ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エロージョン
性を示した。
に試料の種類を，縦軸に体積減少率をとり，それぞれの
試料に対して，１時間（ｈ）の体積減少率の測定結果を
プロットしたものである。同図より知られるごとく，比
較品Ｃ４２，Ｃ４１の１時間後の体積減少量は，それぞ
れ８．４ｃｃ，４．２ｃｃであるのに対して，本例の改
質層４の場合（本発明品Ｅ４）の体積減少量は，２．６
ｃｃであり，優れた耐キャビテーション・エロージョン
性を示した。
【００６３】実施形態例５ 本例においては，上記金属製部材１として，アルミ合金
展伸材（Ａ２０２４）を用いた例を示す。上記金属製部
材１に固溶強化あるいは分散強化を促進する供給物質２
としてはＮｉを用いた。
展伸材（Ａ２０２４）を用いた例を示す。上記金属製部
材１に固溶強化あるいは分散強化を促進する供給物質２
としてはＮｉを用いた。
【００６４】供給物質２を金属製部材１の表面に付着さ
せる工程としては，実施形態例４と同様に電気メッキ法
により行った。具体的には，硫酸ニッケル２５０ｇ／リ
ットル，ホウ酸３０ｇ／リットル，塩化ニッケル１０ｇ
／リットルのめっき液を使用して，液温５０℃，電流密
度５Ａ／ｄｍ2，処理時間１０分の条件で処理した。次
に，金属製部材１の表面に高密度エネルギービーム５を
照射して，表面を溶融して溶融部３を形成し，急冷する
ことにより改質層４を形成した。
せる工程としては，実施形態例４と同様に電気メッキ法
により行った。具体的には，硫酸ニッケル２５０ｇ／リ
ットル，ホウ酸３０ｇ／リットル，塩化ニッケル１０ｇ
／リットルのめっき液を使用して，液温５０℃，電流密
度５Ａ／ｄｍ2，処理時間１０分の条件で処理した。次
に，金属製部材１の表面に高密度エネルギービーム５を
照射して，表面を溶融して溶融部３を形成し，急冷する
ことにより改質層４を形成した。
【００６５】次に，本例では，実施形態例１と同様に本
例の金属製部材１（本発明品Ｅ５）の耐キャビテーショ
ン・エロージョン性について，対向型振動試験法により
評価した。その結果を図１３に合わせて示す。本発明品
Ｅ５の改質層４の体積減少量は，２．６ｃｃであり，優
れた耐キャビテーション・エロージョン性を示した。
例の金属製部材１（本発明品Ｅ５）の耐キャビテーショ
ン・エロージョン性について，対向型振動試験法により
評価した。その結果を図１３に合わせて示す。本発明品
Ｅ５の改質層４の体積減少量は，２．６ｃｃであり，優
れた耐キャビテーション・エロージョン性を示した。
【００６６】実施形態例６ 本例においては，上記金属製部材１として，アルミ合金
重力鋳造材（ＡＤＣ１２）を用いた例を示す。上記金属
製部材１に固溶強化あるいは分散強化を促進する物質と
してはＣｕを用いた。本発明の金属製部材を製造するに
あたっては，まず固溶強化あるいは分散強化を促進する
物質を付着させる工程を行った。具体的には，溶射法と
電気メッキ法により行った。
重力鋳造材（ＡＤＣ１２）を用いた例を示す。上記金属
製部材１に固溶強化あるいは分散強化を促進する物質と
してはＣｕを用いた。本発明の金属製部材を製造するに
あたっては，まず固溶強化あるいは分散強化を促進する
物質を付着させる工程を行った。具体的には，溶射法と
電気メッキ法により行った。
【００６７】溶射法の場合には，Ｃｕワイヤーを用いた
アーク溶射により，１０μｍあるいは５０μｍ溶射層を
形成させた。一方，電気メッキ法ではピロリン酸銅めっ
き液を使用して，液温６０℃，電流密度４Ａ／ｄｍ2，
処理時間２０秒の条件で処理した。次に，金属製部材の
表面に高密度エネルギービーム５を照射して，表面を溶
融して溶融部３を形成し，急冷することにより改質層４
を形成した。
アーク溶射により，１０μｍあるいは５０μｍ溶射層を
形成させた。一方，電気メッキ法ではピロリン酸銅めっ
き液を使用して，液温６０℃，電流密度４Ａ／ｄｍ2，
処理時間２０秒の条件で処理した。次に，金属製部材の
表面に高密度エネルギービーム５を照射して，表面を溶
融して溶融部３を形成し，急冷することにより改質層４
を形成した。
【００６８】さらに，実施形態例１と同様に表面の硬さ
測定を行った結果を図１４に，本発明品の耐キャビテー
ション・エロージョン性について，対向型振動試験法に
より評価した結果を図１５に示す。金属製部材および電
子ビーム照射のみの５時間後の体積減少量は，それぞれ
２５ｃｃ，１５ｃｃであるのに対して，本例の改質層４
の体積減少量は，２．６〜３．５ｃｃと低下し，優れた
耐キャビテーション・エロージョン性を示した。
測定を行った結果を図１４に，本発明品の耐キャビテー
ション・エロージョン性について，対向型振動試験法に
より評価した結果を図１５に示す。金属製部材および電
子ビーム照射のみの５時間後の体積減少量は，それぞれ
２５ｃｃ，１５ｃｃであるのに対して，本例の改質層４
の体積減少量は，２．６〜３．５ｃｃと低下し，優れた
耐キャビテーション・エロージョン性を示した。
【００６９】
【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，表面改
質が必要な部位に比較的安価な処理で耐キャビテーショ
ン・エロージョン性に優れた改質層を得ることができる
金属製部材の表面改質方法及び改質層を有する金属製部
材を提供することができる。
質が必要な部位に比較的安価な処理で耐キャビテーショ
ン・エロージョン性に優れた改質層を得ることができる
金属製部材の表面改質方法及び改質層を有する金属製部
材を提供することができる。
【図１】実施形態例１におけるショットブラスト処理を
示す説明図。
示す説明図。
【図２】実施形態例１における，高密度エネルギービー
ム照射による工程を示す，（ａ）横断面方向からみた説
明図，（ｂ）平面方向からみた説明図。
ム照射による工程を示す，（ａ）横断面方向からみた説
明図，（ｂ）平面方向からみた説明図。
【図３】実施形態例１における，本発明品Ｅ１３の高密
度高密度エネルギービーム照射後の，６００倍の断面顕
微鏡組織を示す図面代用写真。
度高密度エネルギービーム照射後の，６００倍の断面顕
微鏡組織を示す図面代用写真。
【図４】実施形態例１における，改質層形成による硬度
向上効果を示す説明図。
向上効果を示す説明図。
【図５】実施形態例１における，対向型振動試験装置の
構成を示す説明図。
構成を示す説明図。
【図６】実施形態例１における，改質層形成による耐キ
ャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説明
図。
ャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説明
図。
【図７】実施形態例１における，改質層形成による耐キ
ャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説明
図。
ャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説明
図。
【図８】実施形態例２における，本発明品Ｅ２３の高密
度高密度エネルギービーム照射後の，６００倍の断面顕
微鏡組織を示す図面代用写真。
度高密度エネルギービーム照射後の，６００倍の断面顕
微鏡組織を示す図面代用写真。
【図９】実施形態例２における，改質層形成による硬度
向上効果を示す説明図。
向上効果を示す説明図。
【図１０】実施形態例２における，改質層形成による耐
キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説
明図。
キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説
明図。
【図１１】実施形態例３における，改質層形成による硬
度向上効果を示す説明図。
度向上効果を示す説明図。
【図１２】実施形態例３における，改質層形成による耐
キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説
明図。
キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説
明図。
【図１３】実施形態例４，５における，改質層形成によ
る耐キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示
す説明図。
る耐キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示
す説明図。
【図１４】実施形態例６における，改質層形成による硬
度向上効果を示す説明図。
度向上効果を示す説明図。
【図１５】実施形態例６における，改質層形成による耐
キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説
明図。
キャビテーション・エロージョン性の向上効果を示す説
明図。
１．．．金属製部材， １０．．．微粒子分散体， ２．．．供給物質， ３．．．溶融部， ４．．．改質層， ５．．．高密度エネルギービーム（電子ビーム）， ７．．．ショットブラスト装置， ８．．．圧縮空気，
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川原 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 西野 和彰 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大林 巧治 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・エィ・ダブリュ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K044 AA06 BA02 BA04 BA06 BA19 BB01 BC02 BC06 CA42
Claims (8)
- 【請求項１】 金属製部材の表面に，該金属製部材のマ
トリックス相に固溶あるいは上記マトリックス相を構成
する成分と共に分散相を形成する供給物質が存在する状
態において，上記金属製部材の表面に高密度エネルギー
ビームを照射することにより，上記供給物質及び上記金
属製部材の表面層を溶融して溶融部を形成し，次いで該
溶融部を急冷することにより改質層を形成することを特
徴とする金属製部材の表面改質方法。 - 【請求項２】 請求項１において，上記金属製部材は，
軽合金により作製されていることを特徴とする金属製部
材の表面改質方法。 - 【請求項３】 請求項１において，上記金属製部材は，
Ａｌ合金により作製されていることを特徴とする金属製
部材の表面改質方法。 - 【請求項４】 請求項１において，上記供給物質は，め
っき処理，ＰＶＤ法，ＣＶＤ法あるいは溶射により上記
金属製部材の表面に配置することを特徴とする金属製部
材の表面改質方法。 - 【請求項５】 請求項１において，上記供給物質は，上
記金属製部材の表面に，上記供給物質が存在する状態に
おいて機械的エネルギーを付与することにより上記金属
製部材の表面に配置することを特徴とする金属製部材の
表面改質方法。 - 【請求項６】 請求項２又は３において，上記供給物質
は，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，
Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗのうちいずれか１種以上を含有することを
特徴とする金属製部材の表面改質方法。 - 【請求項７】 請求項３において，上記供給物質は，Ｃ
ｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉのうちいずれか１種以上を含有す
ることを特徴とする金属製部材の表面改質方法。 - 【請求項８】 金属製部材の表面に，該金属製部材のマ
トリックス相に固溶あるいは上記マトリックス相を構成
する成分と共に分散相を形成する供給物質が存在する状
態において，上記金属製部材の表面に高密度エネルギー
ビームを照射することにより，上記供給物質及び上記金
属製部材の表面層を溶融して溶融部を形成し，次いで該
溶融部を急冷することにより形成した改質層を有するこ
とを特徴とする金属製部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000284189A JP2002097581A (ja) | 2000-09-19 | 2000-09-19 | 金属製部材の表面改質方法及び改質層を有する金属製部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000284189A JP2002097581A (ja) | 2000-09-19 | 2000-09-19 | 金属製部材の表面改質方法及び改質層を有する金属製部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097581A true JP2002097581A (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=18768446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000284189A Pending JP2002097581A (ja) | 2000-09-19 | 2000-09-19 | 金属製部材の表面改質方法及び改質層を有する金属製部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002097581A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009185339A (ja) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Kanagawa Prefecture | アルミニウム基合金複合材料 |
| CN108195769A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-22 | 重庆医科大学 | 一种金属丝断裂评价空化强度的方法及装置 |
| CN108225948A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-29 | 重庆医科大学 | 一种利用超声空化评价金属力学性能的方法及装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63310976A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-19 | Toyota Motor Corp | 高密度エネルギを用いた合金化処理方法 |
| JPH01100254A (ja) * | 1987-06-22 | 1989-04-18 | Union Carbide Corp | 向上した接着性、低い残留応力、向上した耐スポーリング性を有する熱吹付コーティング及びその製造方法 |
| JPH10509667A (ja) * | 1994-12-05 | 1998-09-22 | メタラミツクス | 溶射によって形成したモールド、ダイまたは二次成形ツール |
| JP2000034581A (ja) * | 1998-02-20 | 2000-02-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 耐酸化性に優れた金属製部材の製造方法 |
-
2000
- 2000-09-19 JP JP2000284189A patent/JP2002097581A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63310976A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-19 | Toyota Motor Corp | 高密度エネルギを用いた合金化処理方法 |
| JPH01100254A (ja) * | 1987-06-22 | 1989-04-18 | Union Carbide Corp | 向上した接着性、低い残留応力、向上した耐スポーリング性を有する熱吹付コーティング及びその製造方法 |
| JPH10509667A (ja) * | 1994-12-05 | 1998-09-22 | メタラミツクス | 溶射によって形成したモールド、ダイまたは二次成形ツール |
| JP2000034581A (ja) * | 1998-02-20 | 2000-02-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 耐酸化性に優れた金属製部材の製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009185339A (ja) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Kanagawa Prefecture | アルミニウム基合金複合材料 |
| CN108195769A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-22 | 重庆医科大学 | 一种金属丝断裂评价空化强度的方法及装置 |
| CN108225948A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-29 | 重庆医科大学 | 一种利用超声空化评价金属力学性能的方法及装置 |
| CN108225948B (zh) * | 2017-12-28 | 2021-06-15 | 重庆医科大学 | 一种利用超声空化评价金属力学性能的方法及装置 |
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