JP3272526B2 - Ａｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤおよび耐摩耗性Ａｌ基部材 - Google Patents
Ａｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤおよび耐摩耗性Ａｌ基部材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＡｌ基材料の表面に耐摩
耗性および耐熱性に優れた硬化層が安定してかつ経済的
に得られるガスシールドアーク肉盛溶接用複合ワイヤお
よび該ワイヤを用いガスシールド溶接法により硬化層が
形成された耐摩耗性Ａｌ基部材に関するものである。
耗性および耐熱性に優れた硬化層が安定してかつ経済的
に得られるガスシールドアーク肉盛溶接用複合ワイヤお
よび該ワイヤを用いガスシールド溶接法により硬化層が
形成された耐摩耗性Ａｌ基部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】ＡｌまたはＡｌ合金は鉄鋼材
料に比較して、軽量で熱伝導性，耐食性が優れているこ
とから自動車部品をはじめ広い分野で使用されている。
しかし、Ａｌ合金は一般に鉄鋼材料に比べ強度、耐摩耗
性，耐熱性の面で劣っており、Ａｌ合金素材そのままで
は、鉄鋼材料の代替材料として適用できる部位、部品は
限られている。また、既にＡｌ，Ａｌ合金が使用されて
いる場合でも、近年、使用環境が過酷になるにつれ、更
に耐久性の向上が求められている。
料に比較して、軽量で熱伝導性，耐食性が優れているこ
とから自動車部品をはじめ広い分野で使用されている。
しかし、Ａｌ合金は一般に鉄鋼材料に比べ強度、耐摩耗
性，耐熱性の面で劣っており、Ａｌ合金素材そのままで
は、鉄鋼材料の代替材料として適用できる部位、部品は
限られている。また、既にＡｌ，Ａｌ合金が使用されて
いる場合でも、近年、使用環境が過酷になるにつれ、更
に耐久性の向上が求められている。
【０００３】その対策として、Ａｌ合金そのものの改良
の外に、表面に耐摩耗、耐熱層を形成する方法の一つと
して、肉盛溶接方法が行われている。例えば、特開昭５
８−２１５２９１号公報では、ＡｌにＣｏ，Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｓｉ等を適宜含有したＡｌ基材料が示
されている。しかし、Ａｌにこれら元素を多量に含有し
たＡｌ基材料の製作は、鋳造・押出法や加圧凝固押出法
等によって製作は可能であるが、製造工程が煩雑である
こと、また自動化材料として細径化（１．２または１．
６ｍｍφ）が困難であるという問題があった。
の外に、表面に耐摩耗、耐熱層を形成する方法の一つと
して、肉盛溶接方法が行われている。例えば、特開昭５
８−２１５２９１号公報では、ＡｌにＣｏ，Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｓｉ等を適宜含有したＡｌ基材料が示
されている。しかし、Ａｌにこれら元素を多量に含有し
たＡｌ基材料の製作は、鋳造・押出法や加圧凝固押出法
等によって製作は可能であるが、製造工程が煩雑である
こと、また自動化材料として細径化（１．２または１．
６ｍｍφ）が困難であるという問題があった。
【０００４】更に、特開平３−１６９４９６号公報，特
開平３−２５７１７３号公報，特開平３−２５７１７４
号公報，特開平３−２５７１７５号公報では、Ａｌ外皮
内にＡｌ以外の金属線、金属間化合物形成金属粉（Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｎ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ等）または硬質粒子（ＴｉＣ，ＷＣ，
ＺｒＣ，ＮｂＣ等）を収容した自動溶接用溶加材（１．
６ｍｍφ）が示されているが、具体的な成分範囲等の記
載がなく実用に当たっては十分ではない。また、特開平
５−２７７７８４号公報では、アルミ合金製の鞘内に、
セラミックス粉末を含む肉盛粉末と鞘と同系材料の補助
ワイヤを挿入した、Ａｌ基材料表面強化用溶接ワイヤが
開示されている。
開平３−２５７１７３号公報，特開平３−２５７１７４
号公報，特開平３−２５７１７５号公報では、Ａｌ外皮
内にＡｌ以外の金属線、金属間化合物形成金属粉（Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｎ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ等）または硬質粒子（ＴｉＣ，ＷＣ，
ＺｒＣ，ＮｂＣ等）を収容した自動溶接用溶加材（１．
６ｍｍφ）が示されているが、具体的な成分範囲等の記
載がなく実用に当たっては十分ではない。また、特開平
５−２７７７８４号公報では、アルミ合金製の鞘内に、
セラミックス粉末を含む肉盛粉末と鞘と同系材料の補助
ワイヤを挿入した、Ａｌ基材料表面強化用溶接ワイヤが
開示されている。
【０００５】しかし、前記溶接ワイヤは外皮にＡｌを用
いているため次の様な問題があった。銅に比べ通電性
がやや劣りアークの安定性に欠ける。外皮材の融点
（Ａｌ；６６０℃）が充填材の金属間化合物形成金属
粉、硬化粒子等の融点より低い場合その差が大きいと、
硬化層は不均一組織を生成しやすい。上記要因により硬
化層の硬さのばらつきが大きくなり偏摩耗を起こす要因
となっていた。
いているため次の様な問題があった。銅に比べ通電性
がやや劣りアークの安定性に欠ける。外皮材の融点
（Ａｌ；６６０℃）が充填材の金属間化合物形成金属
粉、硬化粒子等の融点より低い場合その差が大きいと、
硬化層は不均一組織を生成しやすい。上記要因により硬
化層の硬さのばらつきが大きくなり偏摩耗を起こす要因
となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点を解決するべくなされたもので、その目的とする
ところは、Ａｌ基材料との接合性が高く、室温、高温で
の耐摩耗性、耐熱性に優れた肉盛層が安定して得られる
ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤとかかる複合ワイ
ヤにより硬化層が形成された耐摩耗性Ａｌ基部材を提供
することにある。
問題点を解決するべくなされたもので、その目的とする
ところは、Ａｌ基材料との接合性が高く、室温、高温で
の耐摩耗性、耐熱性に優れた肉盛層が安定して得られる
ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤとかかる複合ワイ
ヤにより硬化層が形成された耐摩耗性Ａｌ基部材を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明にかかわるＡｌ基材料表面への肉盛材料とし
ての構成は、Ｃｕ基材料（Ｃｕ合金も含む）からなる外
皮内に炭化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物よ
り選択された少なくとも１種以上を含む粉粒体を充填し
てなる複合ワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対してＣ
ｕ：２０〜８５％、炭化物、窒化物、酸化物、ほう化
物、ケイ化物より選択された少なくとも１種以上：１〜
６０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる
こと、またはＣｕ基材料（Ｃｕ合金も含む）からなる外
皮内に炭化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物よ
り選択された少なくとも１種以上とＡｌとの金属間化合
物形成元素を充填してなる複合ワイヤにおいて、ワイヤ
全重量に対してＣｕ：２０〜８５％、炭化物、窒化物、
酸化物、ほう化物、ケイ化物より選択された少なくとも
１種以上：１〜６０％、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔ
ｉ，Ｚｒより選択された少なくとも１種以上の金属間化
合物形成元素：１〜４０％を含有しその他残部がＡｌ及
び不可避不純物からなるところに要旨がある。
の、本発明にかかわるＡｌ基材料表面への肉盛材料とし
ての構成は、Ｃｕ基材料（Ｃｕ合金も含む）からなる外
皮内に炭化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物よ
り選択された少なくとも１種以上を含む粉粒体を充填し
てなる複合ワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対してＣ
ｕ：２０〜８５％、炭化物、窒化物、酸化物、ほう化
物、ケイ化物より選択された少なくとも１種以上：１〜
６０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる
こと、またはＣｕ基材料（Ｃｕ合金も含む）からなる外
皮内に炭化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物よ
り選択された少なくとも１種以上とＡｌとの金属間化合
物形成元素を充填してなる複合ワイヤにおいて、ワイヤ
全重量に対してＣｕ：２０〜８５％、炭化物、窒化物、
酸化物、ほう化物、ケイ化物より選択された少なくとも
１種以上：１〜６０％、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔ
ｉ，Ｚｒより選択された少なくとも１種以上の金属間化
合物形成元素：１〜４０％を含有しその他残部がＡｌ及
び不可避不純物からなるところに要旨がある。
【０００８】また、本発明耐摩耗性Ａｌ基部材はＡｌ基
材料表面に上記複合ワイヤを用い、不活性ガスシールド
アーク溶接法による肉盛硬化層が形成し、該肉盛硬化層
において、炭化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化
物より選択された少なくとも１種以上（以下、硬化粒子
という）を含み、かつＣｕが１０〜５３％含有されてい
ること、または更に、金属間化合物形成元素のＣｏ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒを１種以上含有されている
ことを特徴とするものである。
材料表面に上記複合ワイヤを用い、不活性ガスシールド
アーク溶接法による肉盛硬化層が形成し、該肉盛硬化層
において、炭化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化
物より選択された少なくとも１種以上（以下、硬化粒子
という）を含み、かつＣｕが１０〜５３％含有されてい
ること、または更に、金属間化合物形成元素のＣｏ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒを１種以上含有されている
ことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】本発明によれば、Ａｌ基材料母材と非消耗電極
との間に発生させたアーク中（不活性ガスでシールドさ
れたアーク中）に、複合ワイヤを送給するか、またはワ
イヤや複合ワイヤを消耗電極として送給することによ
り、Ａｌ基材料表面にＣｕ，硬化粒子を含んだ肉盛層を
形成できる。具体的には、第１発明については高温（２
００℃）で、また第２発明では室温において、Ａｌ基材
料の表面に耐摩耗・耐熱肉盛層を形成する肉盛材料につ
いて検討した。その結果、所望の耐摩耗性、耐熱性が安
定して得られ、更に、経済性、製造性（伸線性）等の面
からＣｕまたはＣｕ合金のパイプもしくはフープ内に硬
化粒子、Ａｌ基材料「Ａｌ基（Ａｌ合金を含む）線材ま
たはＡｌ基（Ａｌ合金を含む）粉末」を充填すること、
並びに硬化粒子とＡｌ基材料、更にＡｌとの金属間化合
物形成元素を充填することが望ましいことを見いだし
た。なお室温、高温下で耐摩耗性、耐熱性が安定に得ら
れるためには、肉盛層の硬さはビッカース硬度でＨｖ１
５０以上必要であり、Ｈｖ１５０未満では耐摩耗性の向
上が期待されない。
との間に発生させたアーク中（不活性ガスでシールドさ
れたアーク中）に、複合ワイヤを送給するか、またはワ
イヤや複合ワイヤを消耗電極として送給することによ
り、Ａｌ基材料表面にＣｕ，硬化粒子を含んだ肉盛層を
形成できる。具体的には、第１発明については高温（２
００℃）で、また第２発明では室温において、Ａｌ基材
料の表面に耐摩耗・耐熱肉盛層を形成する肉盛材料につ
いて検討した。その結果、所望の耐摩耗性、耐熱性が安
定して得られ、更に、経済性、製造性（伸線性）等の面
からＣｕまたはＣｕ合金のパイプもしくはフープ内に硬
化粒子、Ａｌ基材料「Ａｌ基（Ａｌ合金を含む）線材ま
たはＡｌ基（Ａｌ合金を含む）粉末」を充填すること、
並びに硬化粒子とＡｌ基材料、更にＡｌとの金属間化合
物形成元素を充填することが望ましいことを見いだし
た。なお室温、高温下で耐摩耗性、耐熱性が安定に得ら
れるためには、肉盛層の硬さはビッカース硬度でＨｖ１
５０以上必要であり、Ｈｖ１５０未満では耐摩耗性の向
上が期待されない。
【００１０】以下に本発明の実験経過と成分の限定理由
を示す。先ず第１発明について、本発明者等はＣｕ基外
皮にＡｌ基芯材を充填し、ワイヤ中のＣｕ量を３５％、
及び７５％とし、その他はＡｌ及び不可避不純物である
１．２ｍｍφの複合ワイヤＡ（Ｃｕ３５％）、Ｂ（Ｃｕ
７０％；複合ワイヤ断面形状、図２（ａ））とＡｌ基パ
イプに硬化粒子の一例としてＴｉＣ粉を充填したＡｌ−
ＴｉＣ芯材をＣｕ外皮に充填し、ワイヤ中のＣｕ量を３
５％、ＴｉＣ量を２０％、その他はＡｌ及び不可避不純
物である１．２ｍｍφの複合ワイヤＣ（複合ワイヤ断面
形状、図２（ｂ））を試作し、これらの試作ワイヤをＴ
ＩＧ溶接法を用いて肉盛溶接を行い、得られた硬化層及
び母材の室温から４００℃までの高温硬さを調査した。
溶接条件を以下に示す。
を示す。先ず第１発明について、本発明者等はＣｕ基外
皮にＡｌ基芯材を充填し、ワイヤ中のＣｕ量を３５％、
及び７５％とし、その他はＡｌ及び不可避不純物である
１．２ｍｍφの複合ワイヤＡ（Ｃｕ３５％）、Ｂ（Ｃｕ
７０％；複合ワイヤ断面形状、図２（ａ））とＡｌ基パ
イプに硬化粒子の一例としてＴｉＣ粉を充填したＡｌ−
ＴｉＣ芯材をＣｕ外皮に充填し、ワイヤ中のＣｕ量を３
５％、ＴｉＣ量を２０％、その他はＡｌ及び不可避不純
物である１．２ｍｍφの複合ワイヤＣ（複合ワイヤ断面
形状、図２（ｂ））を試作し、これらの試作ワイヤをＴ
ＩＧ溶接法を用いて肉盛溶接を行い、得られた硬化層及
び母材の室温から４００℃までの高温硬さを調査した。
溶接条件を以下に示す。
【００１１】 溶接条件 極性 ＤＣ（−） 電流 １２０Ａ 電圧 １６Ｖ 速度 １０ｃｐｍ シールドガス インナーシールド，Ｈｅ；２５ ｌ／ｍｉｎ アウターシールド，Ａｒ；２５ ｌ／ｍｉｎ 母材 ＡＣ２Ｂ；１０ｔ×５０ｗ×２００ ｌ
【００１２】調査結果を図１に示す。図１より複合ワイ
ヤＡ，Ｂ及び複合ワイヤＣは室温から４００℃までの高
温硬さは、母材よりも良好であった。しかし、複合ワイ
ヤＡは２００℃以上になるとＨｖ１５０未満となり高温
での耐摩耗性の向上が期待できない。また複合ワイヤＢ
は２００℃ではＨｖ１５２であり、Ｈｖ１５０を超えて
いるものの、溶接条件の変動による硬さのばらつきによ
ってはＨｖ１５０未満となる可能性がある。更に３００
℃になるとＨｖ１０５まで低下してしまい高温で耐摩耗
性の向上が期待できない。
ヤＡ，Ｂ及び複合ワイヤＣは室温から４００℃までの高
温硬さは、母材よりも良好であった。しかし、複合ワイ
ヤＡは２００℃以上になるとＨｖ１５０未満となり高温
での耐摩耗性の向上が期待できない。また複合ワイヤＢ
は２００℃ではＨｖ１５２であり、Ｈｖ１５０を超えて
いるものの、溶接条件の変動による硬さのばらつきによ
ってはＨｖ１５０未満となる可能性がある。更に３００
℃になるとＨｖ１０５まで低下してしまい高温で耐摩耗
性の向上が期待できない。
【００１３】これに対して、複合ワイヤＣはＣｕ量が複
合ワイヤＡと同じであるが室温〜４００℃まで硬さは複
合ワイヤＡ、複合ワイヤＢより高く、常温でＨｖ３４
５，２００℃ではＨｖ２８９，３００℃ではＨｖ１９２
となっており、高温での硬さが大幅に向上している。な
お、各肉盛層には割れはなかった。硬化粒子ＴｉＣ添加
による高温硬さの向上の理由は、複合ワイヤＣの肉盛層
はＡｌとＣｕの共晶とＡｌとＣｕの金属間化合物（Ｃｕ
Ａｌ2 ）及び硬化粒子ＴｉＣが分散した組織からなって
いる。即ちＣｕＡｌ2 の硬さはＨｖ４００〜６００、Ｔ
ｉＣの硬さはＨｖ３２００程度であることから、ＴｉＣ
添加によりＣｕとＡｌの金属間化合物（ＣｕＡｌ2 ）よ
り硬いＴｉＣが分散したことにより肉盛層の硬さが向上
したものと考えられる。また、ＴｉＣの溶融温度（約３
１４０℃）がＣｕＡｌ2 （約５９１℃）より高いことに
より、軟化抵抗が大きいため高温での硬さが向上したと
考えられる。
合ワイヤＡと同じであるが室温〜４００℃まで硬さは複
合ワイヤＡ、複合ワイヤＢより高く、常温でＨｖ３４
５，２００℃ではＨｖ２８９，３００℃ではＨｖ１９２
となっており、高温での硬さが大幅に向上している。な
お、各肉盛層には割れはなかった。硬化粒子ＴｉＣ添加
による高温硬さの向上の理由は、複合ワイヤＣの肉盛層
はＡｌとＣｕの共晶とＡｌとＣｕの金属間化合物（Ｃｕ
Ａｌ2 ）及び硬化粒子ＴｉＣが分散した組織からなって
いる。即ちＣｕＡｌ2 の硬さはＨｖ４００〜６００、Ｔ
ｉＣの硬さはＨｖ３２００程度であることから、ＴｉＣ
添加によりＣｕとＡｌの金属間化合物（ＣｕＡｌ2 ）よ
り硬いＴｉＣが分散したことにより肉盛層の硬さが向上
したものと考えられる。また、ＴｉＣの溶融温度（約３
１４０℃）がＣｕＡｌ2 （約５９１℃）より高いことに
より、軟化抵抗が大きいため高温での硬さが向上したと
考えられる。
【００１４】本発明複合ワイヤの外皮材としてＣｕ基フ
ープまたはパイプを用い、そのＣｕ量を２０〜８５％と
するのは肉盛層のマトリックスの硬さを向上させるとと
もに母材に対する濡れ性を確保する働きがある。本発明
複合ワイヤ中のＣｕ量が２０％未満では（即ち、肉盛硬
化層のＣｕ量が１０未満ないしはＡｌ量が９０％を超え
るとα相の晶出域組成になるため）、肉盛層の組織は殆
どがα相（Ａｌ）ばかりになってしまい、マトリックス
の硬さが低く、ＴｉＣ硬化粒子を添加しても高温（２０
０℃）での硬さが向上できず、またアルミニウム母材と
の濡れ性が悪く良好な肉盛層が得られない。一方、本発
明複合ワイヤ中のＣｕ量が８５％を超えると（即ち、肉
盛硬化層のＣｕ量が５３％を超えるとη2 相が析出する
組成となるため）、肉盛層の組織には脆弱な金属間化合
物であるη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に
割れが発生する。以上の理由により本発明複合ワイヤ中
のＣｕ量を２０〜８５％とする。即ち、本発明耐摩耗性
Ａｌ基部材の肉盛硬化層のＣｕ量を１０〜５３％に限定
する。
ープまたはパイプを用い、そのＣｕ量を２０〜８５％と
するのは肉盛層のマトリックスの硬さを向上させるとと
もに母材に対する濡れ性を確保する働きがある。本発明
複合ワイヤ中のＣｕ量が２０％未満では（即ち、肉盛硬
化層のＣｕ量が１０未満ないしはＡｌ量が９０％を超え
るとα相の晶出域組成になるため）、肉盛層の組織は殆
どがα相（Ａｌ）ばかりになってしまい、マトリックス
の硬さが低く、ＴｉＣ硬化粒子を添加しても高温（２０
０℃）での硬さが向上できず、またアルミニウム母材と
の濡れ性が悪く良好な肉盛層が得られない。一方、本発
明複合ワイヤ中のＣｕ量が８５％を超えると（即ち、肉
盛硬化層のＣｕ量が５３％を超えるとη2 相が析出する
組成となるため）、肉盛層の組織には脆弱な金属間化合
物であるη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に
割れが発生する。以上の理由により本発明複合ワイヤ中
のＣｕ量を２０〜８５％とする。即ち、本発明耐摩耗性
Ａｌ基部材の肉盛硬化層のＣｕ量を１０〜５３％に限定
する。
【００１５】更に、硬化粒子添加により室温および高温
での肉盛層の硬さを向上できる。高温硬さの向上は硬化
粒子を１％以上の添加、さらにＣｕを複合添加すること
で達成できる。１％未満ではＴｉＣ，ＮｂＣ等炭化物，
窒化物，ほう化物および酸化物等の硬化粒子の分散量が
少なく、高温での硬さが向上できない。一方硬化粒子量
を６０％を超えて充填すると断線等が発生するなどワイ
ヤの製造性を劣化させ、母材との濡れ性は悪化するとと
もに、肉盛層の切削性も劣化させる。硬化粒子の炭化物
は、ＴｉＣ，ＮｂＣ，Ｖ4 Ｃ3 ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＺｒＣ，
ＷＣ，ＳｉＣ、窒化物は、ＴｉＮ，ＶＮ，ＺｒＮ，Ｎｂ
Ｎ、酸化物は、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 、ほう化物は、Ｔ
ｉＢ2 ，ＶＢ2 ，ＣｒＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＮｂＢ2 、およ
びケイ化物は、ＴｉＳｉ2 ，ＶＳｉ2 ，ＣｒＳｉ2 等が
挙げられる。
での肉盛層の硬さを向上できる。高温硬さの向上は硬化
粒子を１％以上の添加、さらにＣｕを複合添加すること
で達成できる。１％未満ではＴｉＣ，ＮｂＣ等炭化物，
窒化物，ほう化物および酸化物等の硬化粒子の分散量が
少なく、高温での硬さが向上できない。一方硬化粒子量
を６０％を超えて充填すると断線等が発生するなどワイ
ヤの製造性を劣化させ、母材との濡れ性は悪化するとと
もに、肉盛層の切削性も劣化させる。硬化粒子の炭化物
は、ＴｉＣ，ＮｂＣ，Ｖ4 Ｃ3 ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＺｒＣ，
ＷＣ，ＳｉＣ、窒化物は、ＴｉＮ，ＶＮ，ＺｒＮ，Ｎｂ
Ｎ、酸化物は、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 、ほう化物は、Ｔ
ｉＢ2 ，ＶＢ2 ，ＣｒＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＮｂＢ2 、およ
びケイ化物は、ＴｉＳｉ2 ，ＶＳｉ2 ，ＣｒＳｉ2 等が
挙げられる。
【００１６】次に第２発明について、本発明者等はＣｕ
基外皮にＡｌ基芯材を充填し、複合ワイヤ中のＣｕ量を
４０％、及びその他はＡｌ及び不可避不純物である１．
２ｍｍφの複合ワイヤＡ（Ｃｕ４０％；複合ワイヤ断面
形状、図２（ａ））とＡｌフープにＴｉＣ粉末とＣｏ粉
末の混合粉末を充填した後、該フープの両端部をＴＩＧ
溶接により塞ぎ、その後圧延、伸線したＡｌ−ＴｉＣ−
ＣＯ芯材をＣｕ外皮に充填した１．２ｍｍφの複合ワイ
ヤＢ（複合ワイヤ断面形状、図２（ｂ））を試作した。
複合ワイヤＢのＣｕ量は４０％、ＴｉＣ量は２０％、Ｃ
ｏ量は１０％とした。これらの試作ワイヤを下記に示す
ＭＩＧ溶接法を用いて肉盛溶接を行い得られた肉盛層及
び母材について室温の硬さ及び耐摩耗性を調査した。耐
摩耗性試験は表１に示すピンオンディスク摩耗試験（図
３）により調査した。耐摩耗性は肉盛層から採取したピ
ン材の摩耗重量を測定し、それぞれの密度で除した摩耗
体積減量で評価した。調査結果を表２に示す。表２には
比較材として母材（ＪＩＳＡ ５２０２，ＡＣ２Ｂ）の
硬さ、摩耗量も記した。溶接条件を以下に示す。
基外皮にＡｌ基芯材を充填し、複合ワイヤ中のＣｕ量を
４０％、及びその他はＡｌ及び不可避不純物である１．
２ｍｍφの複合ワイヤＡ（Ｃｕ４０％；複合ワイヤ断面
形状、図２（ａ））とＡｌフープにＴｉＣ粉末とＣｏ粉
末の混合粉末を充填した後、該フープの両端部をＴＩＧ
溶接により塞ぎ、その後圧延、伸線したＡｌ−ＴｉＣ−
ＣＯ芯材をＣｕ外皮に充填した１．２ｍｍφの複合ワイ
ヤＢ（複合ワイヤ断面形状、図２（ｂ））を試作した。
複合ワイヤＢのＣｕ量は４０％、ＴｉＣ量は２０％、Ｃ
ｏ量は１０％とした。これらの試作ワイヤを下記に示す
ＭＩＧ溶接法を用いて肉盛溶接を行い得られた肉盛層及
び母材について室温の硬さ及び耐摩耗性を調査した。耐
摩耗性試験は表１に示すピンオンディスク摩耗試験（図
３）により調査した。耐摩耗性は肉盛層から採取したピ
ン材の摩耗重量を測定し、それぞれの密度で除した摩耗
体積減量で評価した。調査結果を表２に示す。表２には
比較材として母材（ＪＩＳＡ ５２０２，ＡＣ２Ｂ）の
硬さ、摩耗量も記した。溶接条件を以下に示す。
【００１７】 溶接条件 極性 ＤＣＥＰ（複合ワイヤ＋） 電流 １８０Ａ 電圧 ２３Ｖ 速度 ６０ｃｐｍ シールドガス インナーシールド，Ａｒ；２５ ｌ／ｍｉｎ 複合ワイヤ突出し長さ；１５ｍｍ 母材 ＡＣ２Ｂ；１０ｔ×５０ｗ×２００ ｌ
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】表２より複合ワイヤＡ、複合ワイヤＢは母
材に比べて室温での硬さ、耐摩耗性は良好であった。し
かし、複合ワイヤ間の比較では、複合ワイヤＢはＣｕ量
が複合ワイヤＡと同じであるが室温の硬さが高く、耐摩
耗性は大幅に向上している。硬さ、耐摩耗性が向した理
由としては、複合ワイヤＡの肉盛層はＡｌとＣｕの共晶
とＡｌとＣｕの金属間化合物（θ：ＣｕＡｌ2 ）が分散
した組織であるのに対して、複合ワイヤＢの肉盛層はＡ
ｌとＣｕの共晶とＡｌとＣｕの金属間化合物（θ：Ｃｕ
Ａｌ2 ）と硬化粒子ＴｉＣ及びＡｌとＣｏの金属間化合
物Ｃｏ2 Ａｌ9が分散した組織からなっている。
材に比べて室温での硬さ、耐摩耗性は良好であった。し
かし、複合ワイヤ間の比較では、複合ワイヤＢはＣｕ量
が複合ワイヤＡと同じであるが室温の硬さが高く、耐摩
耗性は大幅に向上している。硬さ、耐摩耗性が向した理
由としては、複合ワイヤＡの肉盛層はＡｌとＣｕの共晶
とＡｌとＣｕの金属間化合物（θ：ＣｕＡｌ2 ）が分散
した組織であるのに対して、複合ワイヤＢの肉盛層はＡ
ｌとＣｕの共晶とＡｌとＣｕの金属間化合物（θ：Ｃｕ
Ａｌ2 ）と硬化粒子ＴｉＣ及びＡｌとＣｏの金属間化合
物Ｃｏ2 Ａｌ9が分散した組織からなっている。
【００２１】すなわちＡｌとＣｕＡｌ2 の共晶の硬さは
Ｈｖ１５０程度、ＣｕＡｌ2 の硬さはＨｖ４００〜６０
０、ＴｉＣの硬さはＨｖ３２００程度、Ｃｏ2 Ａｌ9 の
硬さはＨｖ６５０〜７５０であることから、複合ワイヤ
Ｂでは共晶、ＣｕＡｌ2 より硬いＴｉＣとＣｏ2 Ａｌ9
が析出したため硬さが向上し、耐摩耗性が向上したもの
と考えられる。このようにＡｌとＣｕの金属間化合物
（θ：ＣｕＡｌ2 ）より硬い炭化物：ＴｉＣとＡｌとの
金属間化合物（Ｃｏ2 Ａｌ9 ）を肉盛層中に複合分散さ
せることで、より一層耐摩耗性が向上することが判っ
た。
Ｈｖ１５０程度、ＣｕＡｌ2 の硬さはＨｖ４００〜６０
０、ＴｉＣの硬さはＨｖ３２００程度、Ｃｏ2 Ａｌ9 の
硬さはＨｖ６５０〜７５０であることから、複合ワイヤ
Ｂでは共晶、ＣｕＡｌ2 より硬いＴｉＣとＣｏ2 Ａｌ9
が析出したため硬さが向上し、耐摩耗性が向上したもの
と考えられる。このようにＡｌとＣｕの金属間化合物
（θ：ＣｕＡｌ2 ）より硬い炭化物：ＴｉＣとＡｌとの
金属間化合物（Ｃｏ2 Ａｌ9 ）を肉盛層中に複合分散さ
せることで、より一層耐摩耗性が向上することが判っ
た。
【００２２】更にＡｌとの金属間化合物形成元素のＣ
ｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒより選択された少な
くとも１種以上の元素を１〜４０％の範囲で添加するこ
とにより、肉盛層中にＣｕＡｌ2 より硬いＡｌとの金属
間化合物を析出させて肉盛層のマトリックスの硬さを向
上させ、高温での耐摩耗性を向上できる。すなわちＡｌ
とＣｒはＣｒＡｌ7 ：Ｈｖ５００〜７００、ＡｌとＦｅ
はＦｅＡｌ3 ：Ｈｖ８００程度、ＡｌとＮｉはＨｖ７０
０〜７７０、ＡｌとＴｉはＴｉＡｌ3 ：Ｈｖ４００〜７
００、ＡｌとＺｒはＺｒＡｌ3 ：Ｈｖ４５０〜７４０等
の金属間化合物を形成する。また、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒは肉
盛層組織の微細化にも効果がある。これらの元素が１％
未満では肉盛層に形成される金属間化合物の割合が少な
いために硬さが向上せず、耐摩耗性が改善されない。ま
た、４０％を越えて充填すると肉盛層の割れ、肉盛層の
剥離が発生する恐れがある。
ｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒより選択された少な
くとも１種以上の元素を１〜４０％の範囲で添加するこ
とにより、肉盛層中にＣｕＡｌ2 より硬いＡｌとの金属
間化合物を析出させて肉盛層のマトリックスの硬さを向
上させ、高温での耐摩耗性を向上できる。すなわちＡｌ
とＣｒはＣｒＡｌ7 ：Ｈｖ５００〜７００、ＡｌとＦｅ
はＦｅＡｌ3 ：Ｈｖ８００程度、ＡｌとＮｉはＨｖ７０
０〜７７０、ＡｌとＴｉはＴｉＡｌ3 ：Ｈｖ４００〜７
００、ＡｌとＺｒはＺｒＡｌ3 ：Ｈｖ４５０〜７４０等
の金属間化合物を形成する。また、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒは肉
盛層組織の微細化にも効果がある。これらの元素が１％
未満では肉盛層に形成される金属間化合物の割合が少な
いために硬さが向上せず、耐摩耗性が改善されない。ま
た、４０％を越えて充填すると肉盛層の割れ、肉盛層の
剥離が発生する恐れがある。
【００２３】また、Ａｌとの金属間形成元素は粉末だけ
でなくＣｕ基材料外皮、Ａｌ基材料に含まれる成分（Ｆ
ｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ）から添加しても良いし、
Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ等は線材、パイプ
等を用いても良い。
でなくＣｕ基材料外皮、Ａｌ基材料に含まれる成分（Ｆ
ｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ）から添加しても良いし、
Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ等は線材、パイプ
等を用いても良い。
【００２４】本発明によるＣｕ基材料からなる外皮材内
に硬質粒子、Ａｌを充填した複合ワイヤの製造方法とし
ては、次の様な方法を用いることができる。以下に図面
を基に説明する。図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明の複
合ワイヤの横断面形状を示す図である。図２（ｂ）に示
す複合ワイヤ及びその複合ワイヤの製造方法はＣｕ基材
料外皮１にフープを使用し、フープを湾曲に成形しなが
ら硬化粒子粉末又は硬化粒子粉末と金属間化合物形成元
素粉末の混合粉４を充填したＡｌ基パイプ３を挿入した
後、該フープの両端部をＴＩＧ溶接、レーザーあるいは
抵抗溶接により塞ぎ、その後所定の径まで圧延、伸線す
るか、Ｃｕ基材料外皮１にパイプを使用し、特開昭６２
−２４４５１９号公報に示されるように、パイプを振動
させながらパイプ端部から硬化粒子粉末又は硬化粒子粉
末と金属間化合物形成元素粉末の混合粉４を充填したＡ
ｌパイプ３を挿入し、その後所定の径まで圧延、伸線加
工を行って得る事が出来る。
に硬質粒子、Ａｌを充填した複合ワイヤの製造方法とし
ては、次の様な方法を用いることができる。以下に図面
を基に説明する。図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明の複
合ワイヤの横断面形状を示す図である。図２（ｂ）に示
す複合ワイヤ及びその複合ワイヤの製造方法はＣｕ基材
料外皮１にフープを使用し、フープを湾曲に成形しなが
ら硬化粒子粉末又は硬化粒子粉末と金属間化合物形成元
素粉末の混合粉４を充填したＡｌ基パイプ３を挿入した
後、該フープの両端部をＴＩＧ溶接、レーザーあるいは
抵抗溶接により塞ぎ、その後所定の径まで圧延、伸線す
るか、Ｃｕ基材料外皮１にパイプを使用し、特開昭６２
−２４４５１９号公報に示されるように、パイプを振動
させながらパイプ端部から硬化粒子粉末又は硬化粒子粉
末と金属間化合物形成元素粉末の混合粉４を充填したＡ
ｌパイプ３を挿入し、その後所定の径まで圧延、伸線加
工を行って得る事が出来る。
【００２５】図２（ｃ）に示す複合ワイヤ及びその複合
ワイヤの製造方法はＣｕ基材料外皮１にフープを使用
し、フープを湾曲に成形しながら硬化粒子粉末又は硬化
粒子粉末と金属間化合物形成元素粉末の混合粉４とＡｌ
基芯材２を挿入した後、該フープの両端部をＴＩＧ溶
接、レーザーあるいは抵抗溶接により塞ぎ、その後所定
の径まで圧延、伸線するか、Ｃｕ基材料外皮１にパイプ
を使用し、特公昭４５−３０９３７号公報に示される様
に、パイプを振動させながらパイプ端部から硬化粒子粉
末又は硬化粒子粉末と金属間化合物形成元素粉末の混合
粉４とＡｌ芯材２を挿入し、その後所定の径まで圧延、
伸線加工を行って得る事が出来る。
ワイヤの製造方法はＣｕ基材料外皮１にフープを使用
し、フープを湾曲に成形しながら硬化粒子粉末又は硬化
粒子粉末と金属間化合物形成元素粉末の混合粉４とＡｌ
基芯材２を挿入した後、該フープの両端部をＴＩＧ溶
接、レーザーあるいは抵抗溶接により塞ぎ、その後所定
の径まで圧延、伸線するか、Ｃｕ基材料外皮１にパイプ
を使用し、特公昭４５−３０９３７号公報に示される様
に、パイプを振動させながらパイプ端部から硬化粒子粉
末又は硬化粒子粉末と金属間化合物形成元素粉末の混合
粉４とＡｌ芯材２を挿入し、その後所定の径まで圧延、
伸線加工を行って得る事が出来る。
【００２６】図２（ｄ）に示す複合ワイヤ及びその複合
ワイヤの製造方法はＣｕ基材料外皮１にフープを使用
し、フープを湾曲に成形しながら硬化粒子粉末とＡｌ基
粉末の混合粉５を挿入した後、該フープの両端部をＴＩ
Ｇ溶接、レーザーあるいは抵抗溶接により塞ぎ、その後
所定の径まで圧延、伸線するか、Ｃｕ基材料外皮１にパ
イプを使用し、特公昭４５−３０９３７号公報に示され
る様に、パイプを振動させながらパイプ端部から硬化粒
子粉末とＡｌ粉末の混合粉５を挿入し、その後所定の径
まで圧延、伸線加工を行って得る事が出来る。
ワイヤの製造方法はＣｕ基材料外皮１にフープを使用
し、フープを湾曲に成形しながら硬化粒子粉末とＡｌ基
粉末の混合粉５を挿入した後、該フープの両端部をＴＩ
Ｇ溶接、レーザーあるいは抵抗溶接により塞ぎ、その後
所定の径まで圧延、伸線するか、Ｃｕ基材料外皮１にパ
イプを使用し、特公昭４５−３０９３７号公報に示され
る様に、パイプを振動させながらパイプ端部から硬化粒
子粉末とＡｌ粉末の混合粉５を挿入し、その後所定の径
まで圧延、伸線加工を行って得る事が出来る。
【００２７】
実施例１ 本発明を更に具体的に説明する。表３に試作した複合ワ
イヤの設計成分と調査結果を示す。試作ワイヤ（１．２
ｍｍφ：横断面形状図２（ｂ））をＡｌ合金鋳物板（Ｊ
ＩＳ Ａ ５２０２，ＡＣ２Ｂ １０t ×５０×２００
ｍｍ）の表面にガスシールドアーク溶接法のＭＩＧ，Ｔ
ｉＧ溶接により示す溶接条件でビードオンプレート溶接
を実施した。溶接条件を表４に示す。
イヤの設計成分と調査結果を示す。試作ワイヤ（１．２
ｍｍφ：横断面形状図２（ｂ））をＡｌ合金鋳物板（Ｊ
ＩＳ Ａ ５２０２，ＡＣ２Ｂ １０t ×５０×２００
ｍｍ）の表面にガスシールドアーク溶接法のＭＩＧ，Ｔ
ｉＧ溶接により示す溶接条件でビードオンプレート溶接
を実施した。溶接条件を表４に示す。
【００２８】
【表３】
【００２９】
【表４】
【００３０】上記の肉盛溶接試験により得られた肉盛層
について、肉盛層の室温での硬さ、２００℃および３０
０℃の高温硬さ測定および表１に示す試験条件でピンオ
ンディスク摩耗試験（図３）を行い摩耗特性を調査し
た。摩耗特性は肉盛層から採取したピン材の摩耗重量を
測定し、それぞれの密度で除した摩耗体積減量で評価し
た。また、肉盛層内部の割れ、ビード表面割れ、母材と
の濡れ性，切削性についても調査した。肉盛層内部の割
れは溶接部断面を光学顕微鏡（×１００）にて調査し、
ビード表面の割れについては浸透探傷試験方法（ＪＩＳ
Ｚ ２３４３）により割れの有無を調査した。
について、肉盛層の室温での硬さ、２００℃および３０
０℃の高温硬さ測定および表１に示す試験条件でピンオ
ンディスク摩耗試験（図３）を行い摩耗特性を調査し
た。摩耗特性は肉盛層から採取したピン材の摩耗重量を
測定し、それぞれの密度で除した摩耗体積減量で評価し
た。また、肉盛層内部の割れ、ビード表面割れ、母材と
の濡れ性，切削性についても調査した。肉盛層内部の割
れは溶接部断面を光学顕微鏡（×１００）にて調査し、
ビード表面の割れについては浸透探傷試験方法（ＪＩＳ
Ｚ ２３４３）により割れの有無を調査した。
【００３１】表３においてＮｏ．１〜Ｎｏ．１３は本発
明の要件を全て満たす本発明例であり、その内、Ｎｏ．
１〜７はＴＩＧアーク溶接法、Ｎｏ．８〜１３はＭＩＧ
アーク溶接法によって肉盛溶接を行ったものである。こ
れら、どの溶接法で行っても本発明の複合ワイヤは基材
表面への肉盛層は、常温および２００℃および３００℃
での高温硬さは十分な値を有するとともに良好な耐摩耗
性を示し、肉盛層内部の微小割れ、ビード表面の割れは
皆無であった。これに対しＮｏ．１４〜１７はＴＩＧア
ーク溶接法、Ｎｏ．１８〜２１はＭＩＧアーク溶接法で
肉盛溶接を行ったものであるが、いずれも肉盛層の特性
において満足な結果が得られなかった。
明の要件を全て満たす本発明例であり、その内、Ｎｏ．
１〜７はＴＩＧアーク溶接法、Ｎｏ．８〜１３はＭＩＧ
アーク溶接法によって肉盛溶接を行ったものである。こ
れら、どの溶接法で行っても本発明の複合ワイヤは基材
表面への肉盛層は、常温および２００℃および３００℃
での高温硬さは十分な値を有するとともに良好な耐摩耗
性を示し、肉盛層内部の微小割れ、ビード表面の割れは
皆無であった。これに対しＮｏ．１４〜１７はＴＩＧア
ーク溶接法、Ｎｏ．１８〜２１はＭＩＧアーク溶接法で
肉盛溶接を行ったものであるが、いずれも肉盛層の特性
において満足な結果が得られなかった。
【００３２】すなわち、Ｎｏ．１４は硬化粒子量が本発
明ワイヤの範囲にあるが、Ｃｕ量が下限を下回る例で十
分な肉盛層の硬さが得られず耐摩耗性も劣っていた。即
ち、肉盛層のＣｕ量が小さいため、肉盛層の組織はマト
リックスが殆どα相（Ａｌ）であり、硬化粒子が分散し
ても硬さの向上が認められなかった。なお、肉盛層内部
及び表面の割れはなかった。Ｎｏ．１５はワイヤ中のＣ
ｕ量が８５％を超えた場合で、即ち、肉盛層のＣｕ量が
５３％を超え、脆弱な金属間化合物であるη2 相（Ｃｕ
Ａｌ）が析出するため、肉盛層に割れが発生し、摩耗試
験中に剥離、脱落し摩耗量も多かった。
明ワイヤの範囲にあるが、Ｃｕ量が下限を下回る例で十
分な肉盛層の硬さが得られず耐摩耗性も劣っていた。即
ち、肉盛層のＣｕ量が小さいため、肉盛層の組織はマト
リックスが殆どα相（Ａｌ）であり、硬化粒子が分散し
ても硬さの向上が認められなかった。なお、肉盛層内部
及び表面の割れはなかった。Ｎｏ．１５はワイヤ中のＣ
ｕ量が８５％を超えた場合で、即ち、肉盛層のＣｕ量が
５３％を超え、脆弱な金属間化合物であるη2 相（Ｃｕ
Ａｌ）が析出するため、肉盛層に割れが発生し、摩耗試
験中に剥離、脱落し摩耗量も多かった。
【００３３】Ｎｏ．１６はワイヤ中のＣｕ量が本発明の
範囲にあるが、硬化粒子の添加がないため、肉盛層の常
温硬さは充分であるが、十分な高温硬さは得られなかっ
た。また、良好な耐摩耗性が得られなかった。Ｎｏ．１
７はワイヤ中のＣｕ量が本発明の範囲にあるが、硬化粒
子量が上限を超えており母材との濡れ性は劣化し、肉盛
層の切削性が悪化した。また、本ワイヤの製造において
断線が多発した。
範囲にあるが、硬化粒子の添加がないため、肉盛層の常
温硬さは充分であるが、十分な高温硬さは得られなかっ
た。また、良好な耐摩耗性が得られなかった。Ｎｏ．１
７はワイヤ中のＣｕ量が本発明の範囲にあるが、硬化粒
子量が上限を超えており母材との濡れ性は劣化し、肉盛
層の切削性が悪化した。また、本ワイヤの製造において
断線が多発した。
【００３４】Ｎｏ．１８は硬化粒子量が本発明ワイヤの
範囲にあるが、ワイヤ中のＣｕ量が下限を下回り、かつ
肉盛層のＣｕ量が下限を下回る例で十分な肉盛層の硬さ
が得られず耐摩耗性も劣っていた。すなわち、ワイヤ中
のＣｕ量が少ないため、肉盛層の組織はマトリックスが
殆どα相（Ａｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さ、
耐摩耗性の向上が認められなかった。なお、肉盛層内部
及び表面の割れはなかった。Ｎｏ．１９はワイヤ中のＣ
ｕ量が８５％を超えた場合（即ち、肉盛層のＣｕ量が５
３％を超えた場合）で、脆弱な金属間化合物であるη2
相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に割れが発生
し、摩耗試験中に剥離、脱落し摩耗量も多かった。
範囲にあるが、ワイヤ中のＣｕ量が下限を下回り、かつ
肉盛層のＣｕ量が下限を下回る例で十分な肉盛層の硬さ
が得られず耐摩耗性も劣っていた。すなわち、ワイヤ中
のＣｕ量が少ないため、肉盛層の組織はマトリックスが
殆どα相（Ａｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さ、
耐摩耗性の向上が認められなかった。なお、肉盛層内部
及び表面の割れはなかった。Ｎｏ．１９はワイヤ中のＣ
ｕ量が８５％を超えた場合（即ち、肉盛層のＣｕ量が５
３％を超えた場合）で、脆弱な金属間化合物であるη2
相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に割れが発生
し、摩耗試験中に剥離、脱落し摩耗量も多かった。
【００３５】Ｎｏ．２０はワイヤのＣｕ量が本発明の範
囲にあるが、硬化粒子の添加がなく、肉盛層の常温硬さ
は充分であるが、十分な高温硬さは得られなかった。ま
た、良好な耐摩耗性が得られなかった。Ｎｏ．２１はＣ
ｕ量および硬化粒子量が下限を下回っており、肉盛層の
Ｃｕ量も下限を下回っており常温、高温硬さは十分でな
く良好な耐摩耗性が得られなかった。なお、肉盛層内部
およびビード表面に割れはなかった。
囲にあるが、硬化粒子の添加がなく、肉盛層の常温硬さ
は充分であるが、十分な高温硬さは得られなかった。ま
た、良好な耐摩耗性が得られなかった。Ｎｏ．２１はＣ
ｕ量および硬化粒子量が下限を下回っており、肉盛層の
Ｃｕ量も下限を下回っており常温、高温硬さは十分でな
く良好な耐摩耗性が得られなかった。なお、肉盛層内部
およびビード表面に割れはなかった。
【００３６】実施例２ 表５に試作した複合ワイヤの設計成分と調査結果を示
す。複合ワイヤＮｏ．３８，３９，４０は２種類の硬化
粒子粉末を１：１の割合で混合添加した。試作ワイヤ
（１．６ｍｍφ：横断面形状図２（ｂ））をＡｌ合金鋳
物板（ＪＩＳ Ａ５２０２，ＡＣ２Ｂ １０t ×５０×
２００ｍｍ）の表面にガスシールドアーク溶接法のＭＩ
Ｇ溶接により以下に示す溶接条件でビードオンプレート
溶接を実施した。 溶接条件 極性 ＤＣＥＰ（複合ワイヤ＋） 電流 ２００〜２５０Ａ 電圧 ２３〜２４Ｖ 速度 ６０ｃｐｍ シールドガス Ａｒ；２５ ｌ／ｍｉｎ 複合ワイヤ突出し長さ；１５ｍｍ 母材 ＡＣ２Ｂ；１０ｔ×５０ｗ×２００ ｌ
す。複合ワイヤＮｏ．３８，３９，４０は２種類の硬化
粒子粉末を１：１の割合で混合添加した。試作ワイヤ
（１．６ｍｍφ：横断面形状図２（ｂ））をＡｌ合金鋳
物板（ＪＩＳ Ａ５２０２，ＡＣ２Ｂ １０t ×５０×
２００ｍｍ）の表面にガスシールドアーク溶接法のＭＩ
Ｇ溶接により以下に示す溶接条件でビードオンプレート
溶接を実施した。 溶接条件 極性 ＤＣＥＰ（複合ワイヤ＋） 電流 ２００〜２５０Ａ 電圧 ２３〜２４Ｖ 速度 ６０ｃｐｍ シールドガス Ａｒ；２５ ｌ／ｍｉｎ 複合ワイヤ突出し長さ；１５ｍｍ 母材 ＡＣ２Ｂ；１０ｔ×５０ｗ×２００ ｌ
【００３７】上記の肉盛溶接試験により得られた肉盛層
について、実施例１と同様、肉盛層の室温での硬さ測定
および表１に示す試験条件でピンオンディスク摩耗試験
（図３）を行い摩耗特性を調査した。摩耗特性は肉盛層
から採取したピン材の摩耗重量を測定し、それぞれの密
度で除した摩耗体積減量で評価した。また、肉盛層内部
の割れ、ビード表面割れ、母材との濡れ性，切削性につ
いても調査した。肉盛層内部の割れは溶接部断面を光学
顕微鏡（×１００）にて調査し、ビード表面の割れにつ
いては浸透探傷試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２３４３）によ
り割れの有無を調査した。
について、実施例１と同様、肉盛層の室温での硬さ測定
および表１に示す試験条件でピンオンディスク摩耗試験
（図３）を行い摩耗特性を調査した。摩耗特性は肉盛層
から採取したピン材の摩耗重量を測定し、それぞれの密
度で除した摩耗体積減量で評価した。また、肉盛層内部
の割れ、ビード表面割れ、母材との濡れ性，切削性につ
いても調査した。肉盛層内部の割れは溶接部断面を光学
顕微鏡（×１００）にて調査し、ビード表面の割れにつ
いては浸透探傷試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２３４３）によ
り割れの有無を調査した。
【００３８】
【表５】
【００３９】表５においてＮｏ．２２〜Ｎｏ．４０は本
発明の要件を全て満たす本発明例であり、本発明の複合
ワイヤは基材表面への肉盛層は、室温の硬さは十分な値
を有するとともに摩耗試験温度２００℃での摩耗量は
１．０ｍｇ／密度／ｋｍ以下であり、良好な耐摩耗性を
示し、肉盛層内部の微小割れ、ビード表面の割れは皆無
であった。これに対しＮｏ．４１〜４７はいずれも肉盛
層の特性において満足な結果が得られなかった。すなわ
ち、Ｎｏ．４１は硬化粒子、金属間化合物形成元素は本
発明の範囲にあるが、Ｃｕ量が下限を下回り、かつ肉盛
層のＣｕ量が下限を下回る比較例で十分な肉盛層の硬さ
が得られず耐摩耗性も劣っていた。即ち、Ｃｕ量が少な
いため、肉盛層の組織はマトリックスが殆どα相（Ａ
ｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さの向上が認めら
れなかった。なお、肉盛層内部及び表面の割れはなかっ
た。
発明の要件を全て満たす本発明例であり、本発明の複合
ワイヤは基材表面への肉盛層は、室温の硬さは十分な値
を有するとともに摩耗試験温度２００℃での摩耗量は
１．０ｍｇ／密度／ｋｍ以下であり、良好な耐摩耗性を
示し、肉盛層内部の微小割れ、ビード表面の割れは皆無
であった。これに対しＮｏ．４１〜４７はいずれも肉盛
層の特性において満足な結果が得られなかった。すなわ
ち、Ｎｏ．４１は硬化粒子、金属間化合物形成元素は本
発明の範囲にあるが、Ｃｕ量が下限を下回り、かつ肉盛
層のＣｕ量が下限を下回る比較例で十分な肉盛層の硬さ
が得られず耐摩耗性も劣っていた。即ち、Ｃｕ量が少な
いため、肉盛層の組織はマトリックスが殆どα相（Ａ
ｌ）であり、硬化粒子が分散しても硬さの向上が認めら
れなかった。なお、肉盛層内部及び表面の割れはなかっ
た。
【００４０】Ｎｏ．４２はＣｕ量が８５％を超えた比較
例（すなわち肉盛層のＣｕ量が５３超えるため）で脆弱
な金属間化合物であるη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するた
め、肉盛層に割れが発生し、摩耗試験中に剥離、脱落し
摩耗量も多く、切削性も悪かった。Ｎｏ．４３はＣｕ量
が本発明の範囲にあり、金属間化合物形成元素としてＮ
ｉが添加されているが、硬化粒子の添加量が下限を下回
った比較例であり、摩耗量が多く耐摩耗性が劣ってい
る。Ｎｏ．４４はＣｕ量及び金属間化合物形成元素（Ｎ
ｉ）は本発明の範囲にあるが、硬化粒子量が上限を超え
ており、肉盛層の切削性が悪化した。また、本複合ワイ
ヤの製造において断線が多発した。
例（すなわち肉盛層のＣｕ量が５３超えるため）で脆弱
な金属間化合物であるη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するた
め、肉盛層に割れが発生し、摩耗試験中に剥離、脱落し
摩耗量も多く、切削性も悪かった。Ｎｏ．４３はＣｕ量
が本発明の範囲にあり、金属間化合物形成元素としてＮ
ｉが添加されているが、硬化粒子の添加量が下限を下回
った比較例であり、摩耗量が多く耐摩耗性が劣ってい
る。Ｎｏ．４４はＣｕ量及び金属間化合物形成元素（Ｎ
ｉ）は本発明の範囲にあるが、硬化粒子量が上限を超え
ており、肉盛層の切削性が悪化した。また、本複合ワイ
ヤの製造において断線が多発した。
【００４１】Ｎｏ．４５はＣｕ量、硬化粒子量は本発明
の範囲にあるが、金属間化合物形成元素（Ｔｉ）が下限
を下回っており肉盛層の良好な耐摩耗性が得られなかっ
た。なお、肉盛層内部およびビード表面に割れはなかっ
た。Ｎｏ．４６はＣｕ量及び硬化粒子量は本発明の範囲
にあるが、金属間化合物形成元素（Ｔｉ）が多い比較例
で、肉盛層に割れが発生し、摩耗試験中に剥離、脱落し
摩耗量も多かった。また、肉盛層の切削性も悪かった。
Ｎｏ．４７は本発明の複合ワイヤの範囲にあるが、硬化
層のＣｕ量が上限を超えており脆弱な金属間化合物であ
るη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に割れが
発生し、摩耗試験中に剥離、脱落し摩耗量も多く、切削
性も悪かった。
の範囲にあるが、金属間化合物形成元素（Ｔｉ）が下限
を下回っており肉盛層の良好な耐摩耗性が得られなかっ
た。なお、肉盛層内部およびビード表面に割れはなかっ
た。Ｎｏ．４６はＣｕ量及び硬化粒子量は本発明の範囲
にあるが、金属間化合物形成元素（Ｔｉ）が多い比較例
で、肉盛層に割れが発生し、摩耗試験中に剥離、脱落し
摩耗量も多かった。また、肉盛層の切削性も悪かった。
Ｎｏ．４７は本発明の複合ワイヤの範囲にあるが、硬化
層のＣｕ量が上限を超えており脆弱な金属間化合物であ
るη2 相（ＣｕＡｌ）が析出するため、肉盛層に割れが
発生し、摩耗試験中に剥離、脱落し摩耗量も多く、切削
性も悪かった。
【００４２】
【発明の効果】以上のことにより、本発明の複合ワイヤ
を用いれば、Ａｌ基材料表面に耐摩耗性、耐熱性に優れ
た肉盛層を簡便なガスシールド肉盛溶接法で形成できる
ものであるが、高温での耐摩耗性が要望される部位には
第２の発明に示した複合ワイヤが好適に使用されるもの
である。
を用いれば、Ａｌ基材料表面に耐摩耗性、耐熱性に優れ
た肉盛層を簡便なガスシールド肉盛溶接法で形成できる
ものであるが、高温での耐摩耗性が要望される部位には
第２の発明に示した複合ワイヤが好適に使用されるもの
である。
【図１】硬化粒子（ＴｉＣ）添加ワイヤと無添加ワイヤ
による肉盛層の室温から４００℃までの硬さを比較調査
した図、
による肉盛層の室温から４００℃までの硬さを比較調査
した図、
【図２】ワイヤの横断面形状を示した図、
【図３】ピンオンディスク摩耗試験装置を示した図であ
る。
る。
１ Ｃｕ基外皮 ２ Ａｌ基芯材 ３ Ａｌ基材料又は金属間化合物形成元素パイプ、フー
プ、粉末の混合粉 ４ 硬化粒子粉末又は硬化粒子粉末と金属間化合物形成
元素 ５ Ａｌ基粉と硬化粒子粉の混合粉 ６ ピン ７ 肉盛材 ８ Ａｌ合金鋳物（ＡＣ２Ｂ） ９ ディスク
プ、粉末の混合粉 ４ 硬化粒子粉末又は硬化粒子粉末と金属間化合物形成
元素 ５ Ａｌ基粉と硬化粒子粉の混合粉 ６ ピン ７ 肉盛材 ８ Ａｌ合金鋳物（ＡＣ２Ｂ） ９ ディスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 浩二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 中田 康俊 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵 溶接工業株式会社内 (72)発明者 栗原 繁 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵 溶接工業株式会社内 (72)発明者 神戸 良雄 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵 溶接工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−285690（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−42386（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−169257（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−277784（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−277785（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−44141（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 35/28 - 35/30 B23K 35/368
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｃｕ基材料からなる外皮内に炭化物、窒
化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物より選択された少な
くとも１種以上を含む粉粒体を充填してなる複合ワイヤ
において、ワイヤ全重量に対してＣｕ：２０〜８５重量
％（以下％と略す）、炭化物、窒化物、酸化物、ほう化
物、ケイ化物より選択された少なくとも１種以上：１〜
６０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる
ことを特徴とするＡｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワ
イヤ。 - 【請求項２】 Ｃｕ基材料からなる外皮内に炭化物、窒
化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物より選択された少な
くとも１種以上とＡｌとの金属間化合物形成元素を充填
してなる複合ワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対してＣ
ｕ：２０〜８５％、炭化物、窒化物、酸化物、ほう化
物、ケイ化物より選択された少なくとも１種以上：１〜
６０％、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒより選択
された少なくとも１種以上の金属間化合物形成元素：１
〜４０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からな
ることを特徴とするＡｌ基材料表面への肉盛溶接用複合
ワイヤ。 - 【請求項３】 請求項第１項に記載の肉盛溶接用複合ワ
イヤを用い、ガスシールドアーク溶接法によりＡｌ基材
料表面に肉盛硬化層を形成し、該肉盛硬化層において炭
化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物より選択さ
れた少なくとも１種以上を含み、かつＣｕが１０〜５３
％含有されていることを特徴とする耐摩耗性Ａｌ基部
材。 - 【請求項４】 請求項第２項に記載の肉盛溶接用複合ワ
イヤを用い、ガスシールドアーク溶接法によりＡｌ基材
料表面に肉盛硬化層を形成し、該肉盛硬化層において炭
化物、窒化物、酸化物、ほう化物、ケイ化物より選択さ
れた少なくとも１種以上及びＣｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，
Ｔｉ，Ｚｒより選択された少なくとも１種以上の金属間
化合物形成元素を含有し、かつＣｕが１０〜５３％含有
されていることを特徴とする耐摩耗性Ａｌ基部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00601094A JP3272526B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Ａｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤおよび耐摩耗性Ａｌ基部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00601094A JP3272526B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Ａｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤおよび耐摩耗性Ａｌ基部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07204886A JPH07204886A (ja) | 1995-08-08 |
| JP3272526B2 true JP3272526B2 (ja) | 2002-04-08 |
Family
ID=11626752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00601094A Expired - Fee Related JP3272526B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Ａｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤおよび耐摩耗性Ａｌ基部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3272526B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002055748A1 (fr) * | 2001-01-15 | 2002-07-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Alliage a base de cuivre hydroresistant |
| DE102012204947A1 (de) * | 2012-03-28 | 2013-10-02 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkolbens |
| CN112440026B (zh) * | 2020-11-10 | 2022-05-10 | 鄂尔多斯市特种设备检验所 | 一种改性奥氏体不锈钢堆焊焊条及其制备方法 |
| CN116100195B (zh) * | 2023-04-07 | 2023-08-18 | 西安热工研究院有限公司 | 水冷壁堆焊用碳化物增强防磨焊丝及其制备方法 |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP00601094A patent/JP3272526B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07204886A (ja) | 1995-08-08 |
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