JP2942299B2 - Additive for surface hardening of aluminum - Google Patents

Additive for surface hardening of aluminum

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JP2942299B2 JP5572390A JP5572390A JP2942299B2 JP 2942299 B2 JP2942299 B2 JP 2942299B2 JP 5572390 A JP5572390 A JP 5572390A JP 5572390 A JP5572390 A JP 5572390A JP 2942299 B2 JP2942299 B2 JP 2942299B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は溶加材、特にアルミニウム材の表面を硬化
させて耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材となすのに
用いられる溶加材に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a filler metal, and more particularly to a filler metal used for hardening the surface of an aluminum material to form an aluminum alloy material having excellent wear resistance.

なお、この明細書においてアルミニウムの語はその合
金を含む意味で用いる。
In this specification, the term aluminum is used to include its alloy.

従来の技術 周知のように、アルミニウムは汎用されている鉄系材
料等と比較して格段に軽量であるのに加え、熱伝導特性
に優れ、また耐食性も優れるところから、最近では自動
車等の各種機械部品として広く使用されるようになって
きている。
2. Description of the Related Art As is well known, aluminum is not only significantly lighter than general-purpose iron-based materials and the like, but also has excellent heat conduction characteristics and excellent corrosion resistance. It has been widely used as a mechanical part.

しかしながら、一般にアルミニウムは鉄系材料と比較
して耐摩耗性に劣り、このことが自動車等における軽量
化等を目的として鉄系部材をAl合金部材に代える際の大
きな障害となっていた。
However, aluminum is generally inferior in wear resistance as compared with iron-based materials, and this has been a major obstacle in replacing iron-based members with Al alloy members for the purpose of weight reduction in automobiles and the like.

そこで従来より、耐摩耗性が要求される部位に適用さ
れるアルミニウム材の耐摩耗性向上策として、アルミニ
ウム材の表面に耐摩耗性に優れた表面硬化層を形成する
試みがなされている。このような表面硬化層の形成方法
の1つとして、本出願人は先に、アルミニウム材の表面
を外部から供給した1種または2種以上の金属及び1種
または2種以上の硬質粒子ともにレーザビーム等の高密
度エネルギー熱源を照射して局部的に溶融することによ
り、アルミニウム材の表面を合金化させる方法を提案し
た(特願昭63-304518号)。この方法によれば、硬度の
高い表面合金化層が得られしかも該層の剥離の危険がな
いことから、耐摩耗性部品として好適なアルミニウム材
の提供が可能となる。
Therefore, conventionally, as a measure for improving the wear resistance of an aluminum material applied to a part where wear resistance is required, an attempt has been made to form a surface hardened layer having excellent wear resistance on the surface of the aluminum material. As one of the methods of forming such a surface hardened layer, the present applicant has previously conducted laser irradiation on one or two or more metals and one or two or more hard particles supplied from the outside on the surface of an aluminum material. A method was proposed in which a surface of an aluminum material was alloyed by irradiating a high-density energy heat source such as a beam to locally melt the material (Japanese Patent Application No. 63-304518). According to this method, a surface alloyed layer having high hardness can be obtained, and there is no danger of peeling of the layer. Therefore, it is possible to provide an aluminum material suitable as a wear-resistant component.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の方法では合金化層の形成に際し
て次のような欠点があった。
Problems to be Solved by the Invention However, the above method has the following disadvantages when forming an alloyed layer.

即ち、上記方法において、表面硬化用金属や硬質粒子
のアルミニウム材表面への供給は、これを混合粉末にし
てレーザビーム等の照射前に予めバインダーを用いてア
ルミニウム材表面に塗布しておくとか、混合粉末をレー
ザビーム等の照射中に溶融部に直接投入することにより
行われるが、前者の塗布法では溶接姿勢によっては塗布
した粉末の落下や剥れが生じる場合があった。また塗布
作業性も良くなかった。さらにはバインダーの種類によ
っては表面硬化層に気孔等の欠陥が残る虞れもあった。
一方、後者の直接投入法では粉末の溶融部への連続的安
定供給が困難であり、殊に少量の場合には困難性が特に
増大するものであった。また、直接投入法の1つとして
溶融熱源のキャリアーガスに載せて粉末を供給する方法
もあるが、この場合には熱源の照射に影響を及ぼすと
か、狙い位置に適量を確実に供給するのが難しい等の欠
点があった。
In other words, in the above method, the surface hardening metal or hard particles are supplied to the aluminum material surface by applying this to a mixed powder and applying it to the aluminum material surface using a binder before irradiation with a laser beam or the like, It is performed by directly feeding the mixed powder into the melting portion during irradiation with a laser beam or the like. However, in the former coating method, the applied powder may fall or peel off depending on the welding posture. Also, the coating workability was not good. Furthermore, depending on the type of the binder, there is a possibility that defects such as pores remain in the surface hardened layer.
On the other hand, in the latter direct injection method, it is difficult to continuously and stably supply the powder to the molten portion, and particularly when the amount is small, the difficulty is particularly increased. As one of the direct injection methods, there is a method of supplying the powder by placing it on a carrier gas of a melting heat source. In this case, it is necessary to supply the powder to the target position without affecting the irradiation of the heat source. There were drawbacks such as difficulty.

この発明はかかる欠点を一挙に解決すべくなされたも
のであって、溶接姿勢に制約を受けることなく、表面硬
化層形成のための混合粉末を狙い位置へ安定して供給で
き、もってアルミニウム材の表面へ確実にかつ効率良く
表面硬化層を形成できるようにすることを目的とし、そ
のための材料を提供するものである。
The present invention has been made to solve such disadvantages all at once, and is capable of stably supplying a mixed powder for forming a surface hardened layer to a target position without being restricted by a welding position. An object of the present invention is to provide a material for the purpose of reliably and efficiently forming a surface hardened layer on a surface.

課題を解決するための手段 上記目的を達成する材料として、請求項1に係る発明
は、図1に示すように、軸線方向に中空部(2a)を有す
る細管状のアルミニウム皮材(2)の前記中空部(2a)
の内部に、軸線方向に延びるアルミニウム心材(5)が
設けられると共に、前記アルミニウム皮材と前記アルミ
ニウム心材(5)との間の中空部(2a)に、Al以外の1
種または2種以上の金属間化合物形成用金属粉末と1種
または2種以上の硬質粒子との混合粉末(3)が充填状
態に収容されてなることを特徴とするアルミニウム材の
表面硬化用溶加材を提供するものである。さらに、請求
項2に係る発明は、混合粉末とともに1種または2種以
上の硼化物ないしは珪化物の粉末が、前記アルミニウム
皮材と前記アルミニウム心材(5)との間の中空部(2
a)に収容されてなる表面硬化用溶加材を提供するもの
である。
Means for Solving the Problems As a material for achieving the above-mentioned object, the invention according to claim 1 uses a tubular aluminum skin material (2) having a hollow portion (2a) in the axial direction as shown in FIG. The hollow part (2a)
Is provided with an aluminum core (5) extending in the axial direction, and a hollow portion (2a) between the aluminum skin material and the aluminum core material (5) is provided with one other than Al.
A mixed powder (3) of at least one kind of metal powder for forming an intermetallic compound and at least one kind of hard particles is housed in a filled state, and a solution for hardening a surface of an aluminum material is provided. It is to provide additional material. Further, the invention according to claim 2 is characterized in that one or more kinds of boride or silicide powders together with the mixed powder are mixed with the hollow portion (2) between the aluminum shell material and the aluminum core material (5).
The object of the present invention is to provide a surface hardening filler material contained in a).

また、請求項3に係る発明は、図5に示すように、軸
線方向に複数の中空部(2a)を有する細管状のアルミニ
ウム皮材(2)の各中空部(2a)に、Al以外の1種また
は2種以上の金属間化合物形成用金属粉末と1種または
2種以上の硬質粒子との混合粉末(3)が充填状態に収
容されてなることを特徴とするアルミニウム材の表面硬
化用溶加材を提供するものである。さらに、請求項4に
係る発明は、混合粉末とともに1種または2種以上の硼
化物ないしは珪化物の粉末が、前記アルミニウム皮材と
各中空部(2a)に収容されてなる表面硬化用溶加材を提
供するものである。
In addition, as shown in FIG. 5, the invention according to claim 3 is characterized in that each hollow portion (2a) of a thin aluminum sheath material (2) having a plurality of hollow portions (2a) in the axial direction is made of a material other than Al. For hardening the surface of an aluminum material, a mixed powder (3) of one or more metal powders for forming an intermetallic compound and one or more hard particles is contained in a filled state. This is to provide a filler material. Further, the invention according to claim 4 provides a surface hardening filler comprising one or more kinds of boride or silicide powders together with the mixed powder contained in the aluminum shell and each hollow part (2a). Materials.

なお、この明細書において「金属粉末」の語はB、S
i、Ge等のいわゆる半金属粉末を含まない意味で用い
る。
In this specification, the term “metal powder” is B, S
It is used so as not to include so-called metalloid powders such as i and Ge.

前記アルミニウム皮材(2)は、混合粉末(3)を内
部中空部に収容することにより定形状態に保持する役割
を果すとともに、混合粉末の母材に対する十分な濡れ性
を保証する役割を果す。このアルミニウム皮材(2)の
組成は特に限定されるものではなく、純Al・や5052合
金、5083合金その他の合金を、表面硬化層を形成すべき
アルミニウム材の組成等との関係で適宜採択使用すれば
良い。
The aluminum skin material (2) plays a role of holding the mixed powder (3) in an internal hollow portion to maintain a fixed state, and also plays a role of ensuring sufficient wettability of the mixed powder with the base material. The composition of the aluminum skin material (2) is not particularly limited, and pure Al, 5052 alloy, 5083 alloy, or other alloy is appropriately adopted in relation to the composition of the aluminum material for forming the surface hardened layer. Just use it.

図1に示す前記アルミニウム心材(5)は、溶加材に
おける混合粉末(3)とAl材との比率を調整する役割を
果たす。例えば、アルミニウム心材(5)の直径を大き
くすれば、アルミニウム皮材とアルミニウム心材(5)
との間の中空部(2a)に収容し得る混合粉末の量を簡単
かつ確実に減少させることができし、逆にアルミニウム
心材(5)の直径を小さくすれば、アルミニウム皮材と
アルミニウム心材(5)との間の中空部(2a)に収容し
得る混合粉末の量を簡単かつ確実に増大させることがで
きる。なお、アルミニウム心材(5)は、アルミニウム
皮材(2)と同組成であっても別組成であってもよい。
The aluminum core material (5) shown in FIG. 1 plays a role in adjusting the ratio between the mixed powder (3) and the Al material in the filler material. For example, if the diameter of the aluminum core material (5) is increased, the aluminum skin material and the aluminum core material (5) are increased.
The amount of the mixed powder that can be accommodated in the hollow portion (2a) between the aluminum core material and the aluminum core material (5a) can be reduced simply and reliably. 5) The amount of the mixed powder that can be accommodated in the hollow portion (2a) between them can be simply and reliably increased. The aluminum core material (5) may have the same composition as the aluminum skin material (2) or may have a different composition.

また、図5に示すように、アルミニウム皮材(2)に
複数の中空部(2a)を設けた場合においても、上述のア
ルミニウム心材(5)を設けた場合と同様に、中空部
(2a)の大きさや個数を変えることにより、溶加材にお
ける混合粉末(3)とAl材との比率を簡単に調整するこ
とができる。
Also, as shown in FIG. 5, when a plurality of hollow portions (2a) are provided in the aluminum skin material (2), the hollow portions (2a) are provided in the same manner as in the case where the aluminum core material (5) is provided. By changing the size and the number of the powders, the ratio of the mixed powder (3) and the Al material in the filler material can be easily adjusted.

アルミニウム皮材(2)の内部中空部(2a)に充填状
態に収容される混合粉末(3)のうち、金属粉末は溶融
によってアルミニウム材のAlマトリックスに金属間化合
物として晶出し極めて硬度の高い合金化層を形成する役
割を果す。従って、該金属は溶融によって主にAlとの間
で金属間化合物を形成するものであれば何でも良い。一
例としては、アルミニウムと比較的濡れ性の良いNi、C
u、Cr、Fe、Ti、Z r、Mn、V、Nb、Mo、Hf、Ta等の各元
素を挙げうる。また、必ずしも金属単体である必要はな
く、金属間化合物や合金の形で供給し、溶融によってAl
と反応してAl系の金属間化合物を形成するものでも良
い。一方、硬質粒子は、溶融によってアルミニウム材の
Alマトリックスに分散し合金化して極めて硬度の高い合
金化層を形成する役割を果す。かかる硬質粒子としては
TiC、WC、ZrC、NbC等の炭化物や、TiN、ZrN、CrN等の窒
化物や、TiO、Al2O3等の酸化物その他のセラミックスを
挙げうる。これら金属及び硬質粒子は1種ずつを混合し
ても良く、一方あるいは両方を2種以上用いて混合して
も良い。
Of the mixed powder (3) contained in the hollow portion (2a) of the aluminum shell material (2) in a filled state, the metal powder is crystallized as an intermetallic compound in the Al matrix of the aluminum material by melting, and is an extremely hard alloy. Plays the role of forming a chemical layer. Therefore, any metal may be used as long as it forms an intermetallic compound mainly with Al by melting. As an example, Ni, C with relatively good wettability with aluminum
Examples of the elements include u, Cr, Fe, Ti, Zr, Mn, V, Nb, Mo, Hf, and Ta. In addition, it is not always necessary to use a single metal, but it is supplied in the form of an intermetallic compound or an alloy,
To form an Al-based intermetallic compound. On the other hand, hard particles are
It plays a role of forming an extremely hard alloyed layer by dispersing and alloying in an Al matrix. As such hard particles,
Examples thereof include carbides such as TiC, WC, ZrC, and NbC; nitrides such as TiN, ZrN, and CrN; oxides such as TiO and Al 2 O 3 ; and other ceramics. These metal and hard particles may be used alone or in combination of two or more.

上記の混合粉末とAl皮材との比率は、溶加材の横断面
における面積比において、金属粉末:Al皮材=1:10〜10:
1の範囲となるように設定すべきである。上記範囲を下
回って混合粉末が少なくなると溶融後の母材の表面硬化
作用に乏しいものとなる危険がある。一方、上記範囲を
超えて混合粉末が多くなると、母材と混合粉末との濡れ
性が悪くなり母材と合金化層の接合強度が低下する虞れ
がある。
The ratio of the above mixed powder and Al coating material is, in the area ratio in the cross section of the filler metal, metal powder: Al coating material = 1: 10 to 10:
Should be set in the range of 1. If the amount of the mixed powder is less than the above range, the surface hardening effect of the base material after melting may be poor. On the other hand, if the amount of the mixed powder exceeds the above range, the wettability between the base material and the mixed powder is deteriorated, and the bonding strength between the base material and the alloyed layer may be reduced.

さらに、皮材中空部(2a)に収容される表面硬化用粉
末として、上記の混合粉末に加えて1種または2種以上
の硼化物ないしは珪化物即ち金属元素と硼素ないしは珪
素との化合物の粉末を併せて用いても良い。このような
硼化物ないしは珪化物もまた、溶融によってアルミニウ
ム材の表面に分散合金化して硬度の高い合金化層を形成
する役割を果す。かつまた、硼化物や珪化物粉末を加え
ることにより、おそらくは硼化物中のBや珪化物中のSi
が合金化層形成時にAlとの濡れ性向上作用を果たしてい
ることに起因して、アルミニウム材と混合粉末あるいは
硼化物や珪化物粉末との濡れ性が良くなり、表面が滑ら
かで極めて良好な合金化層の形成が可能となる利点もあ
る。好ましい硼化物の例としては、TiB2、ZrB2、NbB2
CrB2、TaB2、NiB等を挙げうる。一方、好ましい珪化物
の例としてはMg2Si、TiSi2、MoSi2、NbSi2、CrSi2等を
挙げうる。混合粉末とともに硼化物や珪化物粉末を用い
る場合、これら合計量がAl皮材に対して横断面の面積比
で1:10〜10:1の範囲となるように設定すれば良い。ま
た、金属粉末、硬質粒子、硼化物、珪化物粉末の粒径は
200μm程度以下とするのが好ましい。
Further, as the surface hardening powder contained in the skin material hollow portion (2a), in addition to the above-mentioned mixed powder, one or more borides or silicides, that is, powders of a compound of a metal element and boron or silicon May be used together. Such a boride or a silicide also plays a role of forming a high-hardness alloyed layer by dispersing and alloying on the surface of the aluminum material by melting. Also, the addition of boride and silicide powders probably results in B in boride and Si in silicide.
Plays a role in improving the wettability with Al during the formation of the alloying layer, so that the wettability between the aluminum material and the mixed powder or boride or silicide powder is improved, and the surface is smooth and extremely good. There is also an advantage that the formation of the oxide layer is possible. Examples of preferred borides include TiB 2 , ZrB 2 , NbB 2 ,
CrB 2 , TaB 2 , NiB and the like can be mentioned. On the other hand, examples of preferable silicides include Mg 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , NbSi 2 , and CrSi 2 . When a boride or silicide powder is used together with the mixed powder, the total amount thereof may be set so as to be in the range of 1:10 to 10: 1 in terms of the area ratio of the cross section to the Al coating material. The particle size of metal powder, hard particles, boride, silicide powder is
The thickness is preferably about 200 μm or less.

また、混合粉末等と母材との濡れ性の向上のために混
合粉末とともに、粒径50〜200μm程度のAl粉末を5〜3
0%程度混合させるものとしても良い。
Also, together with the mixed powder to improve the wettability between the mixed powder and the base material, an Al powder having a particle size of about 50 to 200 μm
About 0% may be mixed.

第1図に示す溶加材(1)の製作は例えば次のように
して行えば良い。即ち、第2図に示すような所定厚さの
長尺板状のアルミニウム皮材(2)をロールフォーミン
グにより第3図に示す断面半円状に成形して、その凹部
に前記アルミニウム心材(5)を設置し、かつ前記粉末
(3)を充填したのち、第4図に示すようにさらに断面
円形に成形して両端閉じ合せ部(4)を溶接することに
より行いうる。なお、その後必要に応じて引抜き加工等
を行っても良い。
The production of the filler material (1) shown in FIG. 1 may be performed, for example, as follows. That is, a long plate-like aluminum skin material (2) having a predetermined thickness as shown in FIG. 2 is formed into a semicircular cross section as shown in FIG. 3 by roll forming, and the aluminum core material (5) is formed in a concave portion thereof. ) And filling with the powder (3), and then forming a circular cross section as shown in FIG. 4 and welding the both ends closed portion (4). After that, a drawing process or the like may be performed as needed.

また、図5に示す溶加材の製作は、例えば、アルミニ
ウム皮材(2)の内部に軸線方向の2以上の中空部(2
a)を設けたものを押出法により製造した後、その中空
部(2a)に混合粉末(3)を充填し、次いでこれを細径
に引き抜けばよい。
The manufacturing of the filler material shown in FIG. 5 is performed, for example, by forming two or more hollow portions (2
After the product provided with a) is manufactured by an extrusion method, the hollow portion (2a) is filled with the mixed powder (3), and then this is drawn out to a small diameter.

こうして製作した溶加材は、一般的には溶接棒あるい
は溶接芯線として用いられ、TIG溶接、MIG溶接等の溶接
手段によりアルミニウム材の表面硬化予定部分に肉盛溶
接される。通常、TIG溶接に用いる場合は外径2.4〜3.2m
m程度に設定され、MIG溶接に用いる場合は外径1.2〜2.4
mm程度に設定される。溶接後においてはアルミニウム材
の溶融部分は短時に凝固し、アルミニウム材のAlマトリ
ックスに例えばTiAl3、ZrAl3、NiAl、NiAl3、Ni2Al3、F
eAl3、Fe4Al13等の金属間化合物が均一緻密にあるいは
塊状に晶出し、かつこれに均一緻密にあるいは塊状に分
散した硬質粒子が入り混じった金化層が形成される。ま
た、溶加材に硼化物ないしは珪化物が含まれる場合には
金属間化合物や硬質粒子とともに硼化物や珪化物の粒子
が均一緻密に分散しあるいは塊状化した合金化層が表面
に形成される。而して、金属間化合物や硼化物や珪化物
粒子はそれ自体極めて硬度が高いため、合金化層が全体
として高い硬度を示し、優れた耐摩耗性を具有する。な
お、Alマトリックス中の金属間化合物、硬質粒子、硼化
物、珪化物粒子はこれが硬質であるほど合金化層の硬さ
は硬いものとなる。
The filler material thus produced is generally used as a welding rod or a welding core wire, and is weld-welded to a portion of the aluminum material to be hardened by welding means such as TIG welding or MIG welding. Normally, when used for TIG welding, the outer diameter is 2.4 to 3.2m
m, outer diameter 1.2 to 2.4 when used for MIG welding
It is set to about mm. After welding, the molten part of the aluminum material solidifies in a short time, and for example, TiAl 3 , ZrAl 3 , NiAl, NiAl 3 , Ni2Al 3 , F
An intermetallic compound such as eAl 3 or Fe 4 Al 13 is crystallized uniformly or densely, and a hardened layer is formed in which hard particles dispersed uniformly or densely or in a lump are mixed. When the filler contains boride or silicide, boride or silicide particles are uniformly and densely dispersed together with the intermetallic compound or hard particles, or an agglomerated alloying layer is formed on the surface. . Since the intermetallic compound, boride and silicide particles themselves have extremely high hardness, the alloyed layer exhibits high hardness as a whole and has excellent wear resistance. The harder the intermetallic compound, hard particles, boride, and silicide particles in the Al matrix, the harder the alloyed layer.

表面に硬質合金化層を形成したアルミニウム材は、そ
の後必要に応じて最終製品形状に機械加工し、耐摩耗性
部品として実用に供する。なお、この母材たるアルミニ
ウム材の組成は特に限定されるものではなく、純Alは勿
論のこと2000系その他のアルミニウム展伸材あるいはAC
8A、AC2B等のアルミニウム鋳物材等を適宜用いうる。
The aluminum material having a hard alloyed layer formed on its surface is then machined into a final product shape, if necessary, and put into practical use as a wear-resistant part. Incidentally, the composition of the aluminum material as the base material is not particularly limited, and is not limited to pure Al, but also 2000 series and other aluminum wrought materials or AC.
An aluminum casting material such as 8A or AC2B can be used as appropriate.

実施例 A100からなるアルミニウム皮材の中空部に、第1
表のような組成の金属粉末と硬質粒子との混合粉末、あ
るいはこの混合粉末と硼化物、珪化物粉末が充填状態に
収容された長尺溶加材を製作した。溶加材の製作は第2
図〜第4図にて説明したようにロールフォーミングによ
り径大のものを製作したのち引抜きを施すことによって
行った。溶加材(1)の外径は2.0mmとし、アルミニウ
ム心材の断面積を変えることにより、溶加材横断面にお
けるアルミニウム皮材(2)及び心材(5)と粉末
(3)との面積比率は第1表のとおりとした。
Example 1 In the hollow part of the aluminum skin material made of A100,
A long filler metal in which a mixed powder of a metal powder and a hard particle having a composition as shown in the table or a powder of the mixed powder and a boride or silicide powder was housed was manufactured. Production of filler metal is second
As shown in FIG. 4 to FIG. 4, a large-diameter product was manufactured by roll forming, and thereafter, drawing was performed. The outer diameter of the filler material (1) is 2.0 mm, and the area ratio of the aluminum shell material (2) and the core material (5) to the powder (3) in the transverse section of the filler material is changed by changing the cross-sectional area of the aluminum core material. Is as shown in Table 1.

一方、表面硬化層を形成すべきアルミニウム材として
AC8A鋳物合金からなる厚さ7.5mm×幅40mm×長さ100mmの
試験片を用意した。そして、第6図に示すように、試験
片(6)の中央部長手方向に深さ0.5mmの浅溝(7)を
形成した。
On the other hand, as an aluminum material to form a surface hardened layer
A test piece of 7.5 mm thick × 40 mm wide × 100 mm long made of AC8A cast alloy was prepared. Then, as shown in FIG. 6, a shallow groove (7) having a depth of 0.5 mm was formed in the longitudinal direction of the center of the test piece (6).

次に、同図に示すようにTIG溶接機(8)を用い、溶
加材供給機(9)から連続的に前記溶加材を供給しつつ
試験片の溝(7)の部分につき半自動TIG溶接を行っ
た。図中(10)は溶接部である。溶接速度は100mm/min
とした。
Next, as shown in the figure, using a TIG welding machine (8), a semi-automatic TIG was applied to the groove (7) of the test piece while continuously supplying the filler material from the filler material supply device (9). Welded. (10) in the figure is a welded portion. Welding speed is 100mm / min
And

溶接後、凝固した溶接部分の組織状態を調べたとこ
ろ、溝部分の全体にわたって合金化層が形成されてい
た。かつこの合金化層は、Alマトリックスに金属間化合
物や硬質粒子、さらには硼化物、珪化物粉末を用いたも
のでは硼化物、珪化物粒子が比較的均一緻密に晶出しあ
るいは分散した部分と塊状となった部分とを有し、合金
化層全体の硬さは第1表に示すとおりであった。また、
硼化物、珪化物粉末を混合したNo4、No5は、合金化層の
表面が特に滑らかであった。一方、アルミニウム材単体
の硬度を調べたところ、Hv30(荷重5kg)であった。な
お、図5に示す実施形態の溶加材についても、上述と同
様の結果が得られた。
After welding, the structure of the solidified weld was examined to find that an alloyed layer was formed over the entire groove. In addition, this alloyed layer is composed of an aluminum matrix containing intermetallic compounds and hard particles, and further, in the case of using boride and silicide powder, a portion where boride and silicide particles are relatively uniformly and densely crystallized or dispersed, and a mass. The hardness of the entire alloyed layer was as shown in Table 1. Also,
No. 4 and No. 5 mixed with boride and silicide powders had particularly smooth surfaces of the alloyed layers. On the other hand, when the hardness of the aluminum material alone was examined, it was Hv30 (load: 5 kg). The same results as described above were obtained for the filler material of the embodiment shown in FIG.

以上の試験結果からわかるように、本発明に係る溶加
材を用いると、極めて硬度が高く従って当然に耐摩耗性
にも優れた合金化層をアルミニウム材の表面に簡単かつ
確実に形成しうることを確認しえた。
As can be seen from the above test results, the use of the filler material according to the present invention makes it possible to easily and reliably form an alloyed layer having extremely high hardness and thus naturally excellent wear resistance on the surface of an aluminum material. I was able to confirm that.

発明の効果 以上説明したように、この発明は、軸線方向に中空部
を有する細管状のアルミニウム皮材の前記中空部の内部
に、軸線方向に延びるアルミニウム心材(5)が設けら
れると共に、前記アルミニウム皮材と前記アルミニウム
心材(5)との間の中空部に、Al以外の1種または2種
以上の金属間化合物形成用金属粉末と1種または2種以
上の硬質粒子との混合粉末が充填状態に収容されてなる
ことを特徴とするアルミニウム材の表面硬化用溶加材を
提供するものであるから、該溶加材を用いてアルミニウ
ム材の表面を溶接することによって、溶融により生じた
金属間化合物及び硬質粒子とAl・マトリックスとが合金
化した硬質合金化層を形成することができる。特に、ア
ルミニウム心材の外径を変えることにより、溶加材にお
ける混合粉末とAl皮材との比率を簡単に調整することが
できる。
As described above, according to the present invention, an aluminum core (5) extending in the axial direction is provided inside the hollow portion of the thin aluminum shell material having a hollow portion in the axial direction. A hollow portion between the skin material and the aluminum core material (5) is filled with a mixed powder of one or more metal powders for forming an intermetallic compound other than Al and one or more hard particles other than Al. The present invention provides a filler for surface hardening of an aluminum material, characterized in that the filler is housed in a state. A hard alloyed layer in which the inter-compounds and the hard particles are alloyed with the Al matrix can be formed. In particular, by changing the outer diameter of the aluminum core material, the ratio of the mixed powder and the Al shell material in the filler material can be easily adjusted.

その結果、自動車等に要請される耐摩耗性部品として
好適なアルミニウム材の提供が可能となる。しかも、ア
ルミニウム材への上記表面硬化層の形成に際しては、混
合粉末を溶加材として供給するものであるから、従来の
塗布法と異なり、溶接姿勢によっては塗布した粉末が落
下したり剥れたりすることのあった不都合を解消しえ、
溶接姿勢に制約を受けることなく表面硬化層を形成する
ことができ、例えばアルミニウム材が回転物である場合
にも表面硬化層の形成が可能となる。
As a result, it is possible to provide an aluminum material suitable as a wear-resistant part required for automobiles and the like. In addition, when forming the surface hardened layer on the aluminum material, since the mixed powder is supplied as a filler material, the applied powder may drop or peel off depending on the welding position, unlike the conventional coating method. To solve the inconvenience
The hardened surface layer can be formed without being restricted by the welding position. For example, even when the aluminum material is a rotating object, the hardened surface layer can be formed.

また、粉末を塗布保持するためのバインダーを全く用
いる必要がないので、表面硬化層に気孔等の欠陥が残る
虞れも払拭しうる。また、塗布工程自体が不要となるか
ら作業効率を向上でき、ひいては生産性を向上できる。
さらに、塗布法では熱源が直接粉末に照射されるのでア
ルミニウム材のクリーニング作用が得られないが、本発
明に係る溶加材ではAC電源等を利用した場合のアルミニ
ウム材のクリーニング作用を期待できる。さらにはま
た、溶加材として供給することで粉末の供給量を容易に
調整できるから、供給量の多少にかかわらず任意量の粉
末を狙い位置へ連続的に安定して供給することができ
る。
Further, since it is not necessary to use any binder for applying and holding the powder, it is possible to eliminate the possibility that defects such as pores remain in the surface hardened layer. In addition, since the application step itself is not required, work efficiency can be improved, and thus productivity can be improved.
Further, in the application method, since the heat source is directly irradiated to the powder, the cleaning action of the aluminum material cannot be obtained. However, with the filler according to the present invention, the cleaning action of the aluminum material when an AC power supply or the like is used can be expected. Further, since the supply amount of the powder can be easily adjusted by supplying the powder as a filler, an arbitrary amount of powder can be continuously and stably supplied to a target position regardless of the supply amount.

また、請求項2に記載の溶加材によれば、上記効果に
加えて、金属粉末、硬質粒子、硼化物、珪化物粉末と、
アルミニウム材との漏れ性を向上でき、一層表面が滑ら
かで極めて良好な合金化層の形成が可能となる効果があ
る。
Further, according to the filler material according to claim 2, in addition to the above effects, metal powder, hard particles, boride, silicide powder,
This has the effect of improving the leakage with the aluminum material, and forming an extremely good alloyed layer with a smoother surface.

また、請求項3に記載の溶加材によれば、請求項1に
係る発明と同様に、中空部の大きさや個数を変えること
により、溶加材における混合粉末とAl皮材との比率を簡
単に調整することができる。
According to the filler material according to the third aspect, similarly to the invention according to the first aspect, the ratio between the mixed powder and the Al shell material in the filler material is changed by changing the size and the number of the hollow portions. It can be easily adjusted.

また、請求項4に記載の溶加材によれば、請求項3に
記載の溶加材において、金属粉末、硬質粒子、硼化物、
珪化物粉末と、アルミニウム材との濡れ性を向上でき、
一層表面が滑らかで極めて良好な合金化層の形成が可能
となる効果がある。
According to the filler according to claim 4, in the filler according to claim 3, metal powder, hard particles, boride,
Improves wettability between silicide powder and aluminum material,
There is an effect that a very good alloyed layer can be formed with a smoother surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明に係る溶加材の一例を示す断面斜視
図、第2図〜第4図は第1図に示した溶加材の製造工程
を説明するためのもので、第2図は板状態のアルミニウ
ム皮材の断面図、第3図は半円状に成形して粉末を充填
した状態の断面図、第4図はアルミニウム材の両端を閉
じ合せた状態の断面図、第5図は他の変形例を示す断面
図、第6図は実施例における試験片の溶接工程を模式的
に示す斜視図である。 (1)……溶加材、(2)……アルミニウム皮材、(2
a)……中空部、(3)……混合粉末、(5)…アルミ
ニウム心材。
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view showing an example of a filler material according to the present invention, and FIGS. 2 to 4 are diagrams for explaining a manufacturing process of the filler material shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of an aluminum skin material in a plate state, FIG. 3 is a cross-sectional view of a semi-circular shape filled with powder, FIG. 4 is a cross-sectional view of a state where both ends of the aluminum material are closed, and FIG. The figure is a cross-sectional view showing another modified example, and FIG. 6 is a perspective view schematically showing a welding process of a test piece in the example. (1) ... filler metal, (2) ... aluminum skin material, (2
a) hollow part; (3) mixed powder; (5) aluminum core.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】軸線方向に中空部(2a)を有する細管状の
アルミニウム皮材(2)の前記中空部(2a)の内部に、
軸線方向に延びるアルミニウム心材(5)が設けられる
と共に、前記アルミニウム皮材と前記アルミニウム心材
(5)との間の中空部(2a)に、Al以外の1種または2
種以上の金属間化合物形成用金属粉末と1種または2種
以上の硬質粒子との混合粉末(3)が充填状態に収容さ
れてなることを特徴とするアルミニウム材の表面硬化用
溶加材。
1. A tubular aluminum shell material (2) having a hollow portion (2a) in the axial direction inside said hollow portion (2a).
An aluminum core (5) extending in the axial direction is provided, and one or another material other than Al is provided in a hollow portion (2a) between the aluminum skin and the aluminum core (5).
A filler material for hardening a surface of an aluminum material, wherein a mixed powder (3) of at least one kind of metal powder for forming an intermetallic compound and at least one kind of hard particles is contained in a filled state.
【請求項2】前記金属粉末及び硬質粒子とともに1種ま
たは2種以上の硼化物ないしは珪化物の粉末が、前記ア
ルミニウム皮材(2)と前記アルミニウム心材(5)と
の間の中空部(2a)に収容されてなる請求項(1)に記
載の表面硬化用溶加材。
2. A hollow portion (2a) between said aluminum shell (2) and said aluminum core (5), wherein one or more boride or silicide powders together with said metal powder and hard particles are provided. 3. The filler for surface hardening according to claim 1, wherein the filler is contained in the filler.
【請求項3】軸線方向に複数の中空部(2a)を有する細
管状のアルミニウム皮材(2)の各中空部(2a)に、Al
以外の1種または2種以上の金属間化合物形成用金属粉
末と1種または2種以上の硬質粒子との混合粉末(3)
が充填状態に収容されてなることを特徴とするアルミニ
ウム材の表面硬化用溶加材。
3. A hollow aluminum cladding (2) having a plurality of hollows (2a) in the axial direction, each hollow (2a) being provided with aluminum.
Mixed powder of one or more metal powders for forming an intermetallic compound and one or more hard particles other than the above (3)
A filler material for hardening a surface of an aluminum material, wherein the filler material is contained in a filled state.
【請求項4】前記金属粉末及び硬質粒子とともに1種ま
たは2種以上の硼化物ないしは珪化物の粉末が各中空部
(2a)に収容されてなる請求項(3)に記載の表面硬化
用溶加材。
4. The surface hardening solution according to claim 3, wherein one or more kinds of boride or silicide powders are accommodated in each hollow portion (2a) together with the metal powder and the hard particles. Additives.
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