JP5808731B2 - レーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法 - Google Patents
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Description
前記工程1によって溶融が発生した基地に30〜80μmの大きさの酸化物分散強化粉末を装入させて基地全体に混合する工程(工程2)と、
前記工程2の酸化物分散強化粉末を装入した基地を冷却させる工程(工程3)と、を含み、工程2で装入および混合後、酸化物分散強化粉末の大きさが0.5μm以下であり、酸化物分散強化粉末が運搬ガスとともに注入手段を介して供給され、運搬ガスの外周には、不活性ガスによるガス壁が形成されることを特徴とする、レーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法を提供する。
本発明は、移送ステージ上に配置した金属基地相の表面にレーザーを照射して基地表面を溶融させる工程(工程1)と、
前記工程1によって溶融が発生した基地表面の部位に酸化物分散強化粉末を装入させる工程(工程2)と、
前記工程2の酸化物分散強化粉末を装入した基地を冷却させる工程(工程3)と、を含むレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法を提供する。
まず、前記レーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法において、工程1は、移送ステージ上に配置した金属基地相の表面にレーザーを照射して基地表面を溶融させる工程である。
具体的に述べると、前記工程3の冷却は、金属基地が板材の場合には移送ステージと板材との間に供給される冷却用潤滑剤を使用して行なうことができる。前記冷却用潤滑剤は、基地の溶融部を十分に冷却することができる物質である限り任意のものを選択して使用することができ、同冷却用潤滑剤は単独または混合して使用することができる。好ましくは、固相グリス、または液状グリスなどを使用することができ、より好ましくは粘性があるすべての種類のグリスを使用することができる。
以下の実施例及び実験例は、本発明の内容を例示することのみを目的としており、本発明の範囲が実施例及び実験例によって限定されるものはない。
本発明のレーザーを用いた酸化物分散強化方法による酸化物分散強化合金の製造は、図1のような装置構成によって行われ、基地にはジルコニウム系合金(Zircaloy−4:Zr−98.2wt%、Sn−1.5wt%、Fe−0.2wt%、Cr−0.1wt%)板材を使用し、酸化物分散強化粉末にはY2O3を使用した。レーザーは、300W出力に設定し、Y2O3酸化物粒子はインジェクションノズルを通じて粒子運搬ガスであるArとともにレーザーによって溶融された金属部に供給した。レーザーの照射により溶融が発生する基地表面の部位の酸化を抑制するために、インジェクションノズルの外側は不活性ガスであるArを供給する構造を有している。酸化物の粒度が小さすぎてインジェクションノズルを介した移送が困難な場合、酸化物分散強化粉末をアセトン、アルコールのような溶媒に希釈し、製品の表面に塗布した後に乾燥して基地に供給することができる。
<実施例2>酸化物分散強化合金の製造例−2
本発明のレーザーを用いた酸化物分散強化方法による酸化物分散強化合金の製造において、基地にフェライト−マルテンサイト(FM;Ferritic−Martensite)系鉄基地合金(T91:Fe−91.71wt%、Cr−8.29wt%、Cr−others)板材を使用したことを除き、前記実施例1に記載したものと同一の手順を実施して実施例2の酸化物分散強化合金を製造した。
<実施例3>酸化物分散強化合金の製造例−3
本発明のレーザーを用いた酸化物分散強化方法による酸化物分散強化合金の製造において、基地にニッケル基地合金(In738:62Ni−16wt%、Cr−8.5wt%、Co−others)板材を使用したことを除き、前記実施例1に記載したものと同一の手順を実施して実施例3の酸化物分散強化合金を製造した。
<実験例1>微細組織分析試験
本発明によるレーザーを用いた酸化物分散強化方法による酸化物分散強化合金の基地に酸化物が均一に分布しているかどうかを確認するために、前記実施例1の酸化物分散強化合金に対して微細組織分析試験を行ない、その結果を図3に示した。前記実施例1のジルコニウム系酸化物分散強化合金を長さ10×10mmの試片に切断後、切断面をSiC研磨紙を用いて研いた。研磨された試片は、アセトンとアルコールを50:50で混合した溶液で5分間超音波洗浄をした後に乾燥した。乾燥した試片をエッチングして走査型電子顕微鏡で観察した。
<実験例2>常温引張試験
本発明によるレーザーを用いた酸化物分散強化方法による酸化物分散強化合金の強度特性を評価するために、前記実施例1〜3の酸化物分散強化合金に対して常温引張強度試験を行なった。ここで、実施例1〜3の酸化物分散強化合金の初期母材を比較例1〜3として、常温引張強度試験を更に行なった。常温引張強度試験を行うために、板材試片を図4の左側に示すような引張試験用試片に加工し、インストロン(Instron)3366引張試験機を使用して0.1mm/分のクロスヘッドスピードで引張試験を実施した。実施例1〜3の酸化物分散強化合金に対して、降伏強度、最大引張強度及び延伸率値を得た。その結果は表1及び図4に示したとおりである。
Claims (10)
- 移送ステージ上に配置した金属基地相の表面にレーザーを照射して基地全体を溶融させる工程(工程1)と、
前記工程1によって溶融が発生した基地に30〜80μmの大きさの酸化物分散強化粉末を装入させて基地全体に混合する工程(工程2)と、
前記工程2の酸化物分散強化粉末を装入した基地を冷却させる工程(工程3)と、を含み、
前記工程2で装入および混合後、酸化物分散強化粉末の大きさが0.5μm以下であり、前記酸化物分散強化粉末が運搬ガスとともに注入手段を介して供給され、前記運搬ガスの外周には、不活性ガスによるガス壁が形成されることを特徴とする、レーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。 - 前記金属基地が、ジルコニウム系、鉄系またはニッケル系金属基地であることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記金属基地が、板材または管材であることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記酸化物分散強化粉末が、Y2O3、Al2O3、TiO2、及びZrO2からなる群から選択されるいずれか1種以上であることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記注入手段が、インジェクションノズルであることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記不活性ガスが、基地表面の溶融が発生する部位を周囲と遮断することによって酸化を抑制することを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記工程3における冷却は、前記基地が板材の場合には、移送ステージと板材との間に供給される冷却用潤滑剤によって冷却することを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記工程3における冷却は、前記基地が管材の場合には、管材の内部に冷却水を流しながら流速を調節して冷却することを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記レーザーの照射は、移送ステージの移動によって基地全体に溶融部を生成させて酸化物分散強化粉末を装入させることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
- 前記レーザーの照射は、移送ステージを固定してレーザー照射部を移動させて基地全体に溶融部を生成させて酸化物分散強化粉末を装入させることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーを用いた金属素材の酸化物分散強化方法。
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