JP3059333B2 - 耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法 - Google Patents

耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法

Info

Publication number
JP3059333B2
JP3059333B2 JP5325323A JP32532393A JP3059333B2 JP 3059333 B2 JP3059333 B2 JP 3059333B2 JP 5325323 A JP5325323 A JP 5325323A JP 32532393 A JP32532393 A JP 32532393A JP 3059333 B2 JP3059333 B2 JP 3059333B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
welding
aluminum
alloyed
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP5325323A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07237275A (ja
Inventor
福久 松田
一博 中田
揆千 李
武典 橋本
茂利 成願
Original Assignee
昭和アルミニウム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 昭和アルミニウム株式会社 filed Critical 昭和アルミニウム株式会社
Priority to JP5325323A priority Critical patent/JP3059333B2/ja
Publication of JPH07237275A publication Critical patent/JPH07237275A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3059333B2 publication Critical patent/JP3059333B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車、事務機、一
般機械等において、耐摩耗性の要求される部品材料とし
て使用される耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術および解決しようとする課題】周知のよう
に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金は、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、また耐食性にも優れるところか
ら、最近では自動車等の各種機械部品として広く使用さ
れるようになっている。しかしながら、一般にアルミニ
ウムあるいはアルミニウム合金は、鉄系材料と比較して
耐熱性、耐摩耗性に劣るため、耐熱部品、摺動部品等へ
の適用には限界があった。
【0003】そこで従来から、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、メッキや陽極酸化処理、あるいは溶射等の表面処理
を施して耐摩耗性の高い表面処理層を形成する試みがな
されているが、いずれも耐摩耗性に対しいまだ充分な満
足を与え得るものではなかった。しかも、いずれの場合
も表面処理層の基材に対する密着性が充分ではないこと
から、高面圧下で使用した場合に充分な耐久性を確保で
きないという欠点があった。
【0004】この発明は、このような技術的背景のもと
でなされたものであって、優れた耐摩耗性、耐熱性を有
するとともに、高面圧下で使用した場合にも充分な耐久
性を有するアルミニウム材料の製作、提供を目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金
基材の表面に、Al以外の金属を溶融溶接したのち、さ
らにその表面にセラミックスを溶融溶接することによ
り、Al以外の金属とAlとが合金化した合金化層にセ
ラミックス粒子の分散した複合化層を形成することを特
徴とする耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法
を要旨とする。
【0006】基材として用いるアルミニウムまたはアル
ミニウム合金の組成は特に限定されるものではなく、J
IS1000番台の純アルミニウムの他、用途に応じて
必要とされる機械的性質、加工特性を有する各種のアル
ミニウム合金を用い得る。また、基材の形状も適用され
る部品等の形状に応じて任意に設計すれば良い。
【0007】かかるアルミニウム基材の表面に溶融溶接
される金属の種類は特に限定されることはなく、アルミ
ニウム基材と合金化しあるいは一部はAlとの間で金属
間化合物を晶出して、基材よりも硬度の高い合金化層を
形成し得るものであれば良い。具体的には、Cu、N
i、Si、Mg、Mn、Cr、Fe、Ti、B、Zr、
V、Ge等を挙示できるが、特に好ましくはCu、S
i、Niを用いるのが良い。
【0008】また、金属は各元素単体で用いなければな
らないものではなく、2種以上の金属の合金を用いても
良いし、またAlと他の金属との合金例えばAl−Cu
合金等を用いても良い。
【0009】アルミニウム基材表面に形成された前記合
金化層においては、該合金化層に占める他の金属の含有
量が1〜60wt%となるように設定するのが望ましい。
Alと合金化した金属の合金化層における含有量が1wt
%未満では、後述するような合金化層にセラミックス粒
子が分散することにより形成される複合化層に対して、
充分な硬度および耐摩耗性を付与できない恐れがある。
一方、60wt%を越えて金属が多くなると、アルミニウ
ム母材と金属との充分な合金化状態が得られず、容易に
剥離等を生じる恐れがある。
【0010】合金化層の形成は、アルミニウム基材外部
からの金属の供給を伴いつつ、基材表面を溶融すること
により行われる。溶融溶接の具体的手段としては、TI
G溶接、MIG溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、ア
ーク溶接、プラズマアーク溶接等の高密度エネルギ源を
用いた溶接手段を用いれば良い。このような手段を用い
ることにより、基材の表面を局部的に溶融して局部的に
合金化層を形成できる。また、溶融溶接は、基材の耐摩
耗性の要求される部位について行えば良いが、その部位
が広範囲にわたるときは電子ビーム、レーザビーム等の
オシレーション幅の調整や、順次的照射により対処すれ
ば良い。
【0011】溶融溶接される金属の供給態様は特に規定
されることはなく、棒材やワイヤーの形で供給しても良
いし、あるいは粉末でも良いが、作業性の点からは棒材
やワイヤーとするのが良い。
【0012】上記のような金属合金化層を形成したの
ち、さらにその表面にセラミックスを溶融溶接する。こ
の溶融溶接により、合金化層の表層部分においてあるい
は合金化層の全体に渡って、セラミックス粒子の分散し
た硬質の複合化層が形成される。
【0013】セラミックスの種類としては、B4C、S
iC、VC、Cr32、NbC、MO2C、TaC、W
C、TiC、TiN、Cr2N、VN、TaN、Nb
N、ZrN、TiB2、WB、LaB6等を挙示でき、こ
れらの中から、アルミニウム材の使用環境に適した1種
または2種以上を用いれば良い。好ましくは、合金化層
の形成に用いた金属との濡れ性等を考慮して、該金属の
種類に応じて使用セラミックスの種類を決定するのが良
い。例えば、金属がCuである場合は、TiCを組み合
わせるのが良いし、SiとSiC、NiとTiB2を組
み合わせるのが良い。
【0014】セラミックスの溶融溶接手段としては、前
記と同じく、電子ビーム溶接、レーザ溶接、アーク溶
接、プラズマアーク溶接等の高密度エネルギ源を用いた
溶接手段を用いれば良い。また溶融溶接されるセラミッ
クスの供給態様は特に規定されることはないが、均一分
散させるために粉末を用いるのが良い。
【0015】複合化層の硬度は、合金化層やセラミック
スが硬質であるほど高くなる。さらに、複合化層におけ
るセラミックスの分散密度が高いほど、該複合化層の硬
度は高くなる。このため、1回のセラミックスの溶融溶
接により充分な硬度が得られない場合には、2層あるい
は3層以上にわたってセラミックスの溶融溶接を繰り返
せば良い。また、合金化層の厚さ、複合化層の厚さは、
電子ビームやプラズマアークなどの照射条件、例えば出
力、照射速度、焦点位置等を変化させることで、数十μ
mから数mm程度にまで容易に制御できる。
【0016】表面に硬質複合化層を形成した基材は、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。
【0017】
【作用】金属を溶融溶接することによってアルミニウム
基材の表面に形成された合金化層は、硬度が高いうえ、
さらに硬質のセラミックスを溶融溶接して、合金化層に
セラミックス粒子が分散した複合化層が形成されてい
る。従って、合金化層とセラミックス粒子との複合効果
により、複合化層の硬度が飛躍的に増大し、耐摩耗性が
増大する。また、セラミックスの有する耐熱性により、
複合化層も耐熱性に優れたものとなる。
【0018】
【実施例】(実施例1) 工業用純アルミニウム(A1060)からなる長さ30
0mm×幅100mm×厚さ20mmの複数の試験片を
基材として用いた。そして、これら試験片の表面に、C
u量を25wt%、33wt%、40wt%、48wt%に設定
した4種類のAl−Cu合金からなる金属棒(4mm
径)をTIG溶接して合金化層を形成した。TIG溶接
の条件は、溶接電流:250A、溶接速度:100mm
/分、金属棒供給速度:300mm/分とした。
【0019】次に、上記により形成した各Al−Cu合
金化層に対して、TiCからなるセラミックス粉末(純
度:99.9%、粒径:45〜106μm)をプラズマ
法により溶融溶接して、合金化層にTiC粒子が分散し
た複合化層を形成した。プラズマ溶接の条件は、プラズ
マ電流:200A、トーチ移動速度:500mm/分、
粉末供給量:15g/分とした。また、複合化層内のT
iC粒子密度を変化させるため、Cu量の異なる各Al
−Cu合金層に対して、TiC粉末を同一溶接条件で3
層盛りした試験片も製作した。
【0020】こうして複合化層を形成した各試験片につ
き、複合化層のビード外観及び断面マクロ組織を観察し
たところ、いずれの場合も、Al−Cu合金化層にTi
Cが均一に分散しており、良好な複合化層が得られてい
た。また、TiCを3層盛りした試験片は1層盛りの試
験片よりもTiC粒子の分散密度は増加していた。
【0021】上記により、TiCを1層盛りあるいは3
層盛りして複合化層を形成した試験片、及びTiCを溶
融溶接することなくAl−Cu合金化層のみからなる試
験片につき、複合化層、合金化層の硬度を調べた。その
結果を図1のグラフに示す。
【0022】また、Cu量が48wt%のAl−Cu合金
棒を用いて合金化層を形成した試験片を用い、TiCを
1層盛り、2層盛り、3層盛りに溶接して複合化層を形
成したものにつき、耐摩耗性を調べた。なお、比較のた
め、試験片を構成するA1060純アルミニウム材単
体、Al−Cu合金化層のみを形成したもの、Al−C
u合金化層を形成することなく試験片にTiC分散層の
みを形成したもの、及び鉄鋼材料としてのSS400、
SUS304の各耐摩耗性も調べた。耐摩耗性試験は大
越式迅速摩耗試験機により、相手材としてSUJ2製回
転円板(Hv650、直径30mm、幅3mm)を用い
て行い、比摩耗量を測定した。摩耗条件は、摩擦速度:
4.36m/秒、摩擦荷重:10Nとし、摩擦距離は1
00mm一定とした。その結果を図2のグラフに示す。
【0023】図1、図2の結果からわかるように、本発
明実施品は、セラミックスの存在しないAl−Cu合金
化層のみのものに較べて硬度が増大しており、かつ鉄鋼
材料と同程度ないしそれ以下の少ない比摩耗量を示して
耐摩耗性が著しく改善されたものであることを確認し得
た。また、本発明実施品の中でもセラミックスの粒子分
散密度が高いほど硬度や耐摩耗性が増大していることも
わかる。
【0024】(実施例2) 上記実施例1と同じ試験片を用いるとともに、下記表1
に示す組み合わせにて、金属棒(4mm径)をTIG溶
接した後、セラミックス粉末をプラズマ溶接することに
より、試験片の表面に、セラミックス粒子の分散した合
金化層からなる複合化層を形成した。なお、TIG溶接
条件、プラズマ溶接条件は、実施例1と同じとした。
【0025】そして、各試料における複合化層の硬度お
よび耐摩耗性を、実施例1と同一条件のもとで調べた。
その結果を表1に示す。
【0026】
【表1】 表1の結果によっても、本発明実施品は、硬度、耐摩耗
性ともに優れていることがわかる。
【0027】
【発明の効果】本発明によって製造したアルミニウム材
は、その表面に、Al以外の金属とAlとが合金化し
た合金化層にセラミックス粒子の分散した複合化層が形
成され、該複合化層は硬度、耐摩耗性、耐熱性に優れて
いるから、自動車等に要請される耐摩耗部品として好適
なものとなしうる。また、複合化層は従来のようなメッ
キ等による表面処理層とは異なり、基材と合金化して一
体結合しているから、高面圧下で使用した場合にも該層
の剥離等を起こす危険はなく、充分な耐久性を確保しう
るものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1で行った硬度測定の結果を
示すグラフである。
【図2】この発明の実施例1で行なった耐摩耗性試験の
結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22C 21/00 C22C 21/00 E 32/00 32/00 Q (72)発明者 成願 茂利 堺市海山町6丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−165884(JP,A) 特開 平5−196071(JP,A) 特開 平5−309477(JP,A) 特開 昭63−118058(JP,A) 特開 昭63−161150(JP,A) 特公 平4−65143(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 15/01 B23K 1/19 B23K 9/04 C22C 1/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムまたはアルミニウム合金基
    材の表面に、Al以外の金属を溶融溶接したのち、さら
    にその表面にセラミックスを溶融溶接することにより、
    Al以外の金属とAlとが合金化した合金化層にセラミ
    ックス粒子の分散した複合化層を形成することを特徴と
    する耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法。
JP5325323A 1993-12-22 1993-12-22 耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法 Expired - Fee Related JP3059333B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5325323A JP3059333B2 (ja) 1993-12-22 1993-12-22 耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5325323A JP3059333B2 (ja) 1993-12-22 1993-12-22 耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07237275A JPH07237275A (ja) 1995-09-12
JP3059333B2 true JP3059333B2 (ja) 2000-07-04

Family

ID=18175541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5325323A Expired - Fee Related JP3059333B2 (ja) 1993-12-22 1993-12-22 耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3059333B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6080283B1 (ja) * 2016-11-04 2017-02-15 衣枝 古内 サプリマスクサプリマスク用シート体

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6080283B1 (ja) * 2016-11-04 2017-02-15 衣枝 古内 サプリマスクサプリマスク用シート体

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07237275A (ja) 1995-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5004581A (en) Dispersion strengthened copper-base alloy for overlay
CN100460539C (zh) 堆焊耐磨铜基合金
US4818307A (en) Dispersion strengthened copper-base alloy
US4507151A (en) Coating material for the formation of abrasion-resistant and impact-resistant coatings on workpieces
EP0320195A1 (en) Wear resisting copper base alloys
JPH04297536A (ja) 自己潤滑性に優れる耐摩耗性銅基合金
JPWO2002055748A1 (ja) 耐摩耗性銅基合金
JPS6221465A (ja) アルミニウム系母材への2層肉盛方法
JPH04105787A (ja) アルミニウム材の表面改質用溶加材
JPH0647187B2 (ja) 肉盛用分散強化銅基合金
JP3059333B2 (ja) 耐摩耗性に優れたアルミニウム材料の製造方法
JPH08174272A (ja) 硬化肉盛用銅基合金粉末
Kovalev et al. Formation of an intermetallic layer during arc facing of aluminum alloys onto a steel substrate
JP2769339B2 (ja) 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法
JPH0480990B2 (ja)
JP2769335B2 (ja) 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法
JP2942299B2 (ja) アルミニウム材の表面硬化用溶加材
JP3295245B2 (ja) Al基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤ
EP0513238B1 (en) Arc spraying of rapidly solidified aluminum base alloys
JP2769338B2 (ja) 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法
JP3295357B2 (ja) アルミニウム材への磁性層形成方法および磁性層を有するアルミニウム材の製造方法
JP2935123B2 (ja) アルミニウム材の表面硬化用溶加材
JPH1034380A (ja) アルミニウム又はアルミニウム合金材の肉盛溶接金属及び肉盛溶接用複合ワイヤ
JP2000202626A (ja) 硬質肉盛層付きAl系構造体及びそれに用いる肉盛用複合材料
Banai et al. Effect of composite coating using TIG cladding process: A review

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100421

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees