JP7168491B2 - zygote - Google Patents
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Description
本発明は、基材に金属皮膜を成膜してなる接合体および接合体の製造方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a joined body formed by forming a metal film on a base material, and a method for manufacturing the joined body.
近年、自動車用のパネルや、筒状部材、棒状部材等の部品において、強度や硬さを大きくして耐摩耗性を向上させることが検討されている。例えば、この部品に用いる材料として、鉄系材料を母材として、この母材にニッケル、コバルト、クロム、モリブデンのうちの少なくとも一つからなる金属材料を溶射して溶射皮膜を形成し、レーザ光を照射して母材と溶射皮膜とを溶融させて合金層を形成させた材料が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 BACKGROUND ART In recent years, it has been studied to increase the strength and hardness of parts such as automobile panels, tubular members, and rod-shaped members to improve wear resistance. For example, as a material used for this part, an iron-based material is used as a base material, and a metal material made of at least one of nickel, cobalt, chromium, and molybdenum is sprayed to the base material to form a thermal spray coating, and a laser beam is applied to the base material. A material is known in which an alloy layer is formed by melting a base material and a thermal spray coating by irradiating with (see, for example, Patent Document 1).
ところで、近年、自動車用途において各種部品の軽量化を目的として、鉄系材料のアルミニウム系材料への置き換えが検討されている。アルミニウム系材料は、軽量化に適する一方、すべてをアルミニウム系材料とすると、十分な製品強度を得ることは難しい。そこで、鉄系材料の一部をアルミニウム系材料へ置き換えることが検討されている。特に、他の部品との間で摩擦が生じる部品については、強度および硬度を高くして、耐摩耗性を付与させることが求められる。 By the way, in recent years, replacement of iron-based materials with aluminum-based materials has been studied for the purpose of reducing the weight of various parts in automobile applications. While aluminum-based materials are suitable for weight reduction, it is difficult to obtain sufficient product strength if all aluminum-based materials are used. Therefore, replacement of some iron-based materials with aluminum-based materials is being studied. In particular, parts that cause friction with other parts are required to have increased strength and hardness to impart wear resistance.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い強度および硬度を有しつつ、軽量化することができる接合体および接合体の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a joined body and a method for manufacturing the joined body, which can have high strength and hardness and can be reduced in weight.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる接合体は、アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする基材と、鉄を主成分とし、必須添加材として炭素を含む金属皮膜であって、前記基材に積層され、該基材と接合している金属皮膜と、を備え、前記金属皮膜は、前記基材側とは反対側の表面を形成し、セメンタイトおよびマルテンサイトからなる第1硬質層と、前記第1硬質層の硬度よりも低い硬度を有し、フェライト、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる熱影響部と、前記第1硬質層と前記熱影響部との間に設けられ、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる第2硬質層と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the joined body according to the present invention includes a base material containing aluminum or an aluminum alloy as a main component and a metal coating containing iron as a main component and carbon as an essential additive. a metal coating laminated to and bonded to the substrate, the metal coating forming a surface opposite to the substrate and comprising cementite and martensite a first hard layer, a heat affected zone having a lower hardness than the hardness of the first hard layer and made of ferrite, martensite and retained austenite, and between the first hard layer and the heat affected zone and a second hard layer comprising martensite and retained austenite.
また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、前記第1硬質層は、ビッカース硬さがHv600以上であり、前記熱影響部は、ビッカース硬さがHv200以上Hv400以下であることを特徴とする。 Further, in the joined body according to the present invention, in the above invention, the first hard layer has a Vickers hardness of Hv600 or more, and the heat affected zone has a Vickers hardness of Hv200 or more and Hv400 or less. and
また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、前記金属皮膜は、銅、モリブデン、クロム、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一つを有する選択添加材をさらに含むことを特徴とする。 Further, in the joined body according to the present invention, in the above invention, the metal film further includes a selective additive material containing at least one of copper, molybdenum, chromium, nickel and manganese.
また、本発明にかかる接合体の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする基材表面に材料粉末を用いて形成される皮膜を積層した接合体の製造方法であって、鉄を主成分とする前記材料粉末をガスとともに加速し、前記基材表面に固相状態のままで吹き付け、前記基材表面に前処理皮膜を形成する前処理皮膜形成工程と、前記前処理皮膜の表面に、炭素を塗布する塗布工程と、前記炭素を塗布した前記前処理皮膜の表面に焼入れ処理を施して金属皮膜を形成する皮膜形成工程と、を含むことを特徴とする。 In addition, a method for manufacturing a bonded body according to the present invention is a method for manufacturing a bonded body in which a coating film formed by using material powder is laminated on the surface of a base material containing aluminum or an aluminum alloy as a main component, and is mainly composed of iron. A pretreatment film forming step of accelerating the material powder as a component together with gas and spraying it onto the surface of the substrate in a solid phase state to form a pretreatment film on the surface of the substrate; a coating step of applying carbon; and a coating forming step of applying a quenching treatment to the surface of the pretreatment coating coated with carbon to form a metal coating.
また、本発明にかかる接合体の製造方法は、上記の発明において、前記前処理皮膜形成工程は、前記鉄を主成分とし、必須添加材として炭素を含む前記材料粉末を前記基材表面に吹き付けることを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a bonded body according to the present invention, in the above invention, the pretreatment film forming step includes spraying the material powder containing iron as a main component and carbon as an essential additive onto the surface of the base material. It is characterized by
本発明によれば、高い強度および硬度を有しつつ、軽量化することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in being able to reduce weight, having high intensity|strength and hardness.
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the form for carrying out the present invention is explained in detail with a drawing. In addition, the present invention is not limited by the following embodiments. In addition, each drawing referred to in the following description only schematically shows the shape, size, and positional relationship to the extent that the contents of the present invention can be understood. That is, the present invention is not limited only to the shapes, sizes, and positional relationships illustrated in each drawing.
図1は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の構造を示す断面図である。図2は、図1に示す接合体の一部を拡大した部分断面図である。図1に示す接合体1は、基材10と、基材10の一方の面に形成された金属皮膜20とを備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a joined body according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view enlarging a part of the joined body shown in FIG. A joined body 1 shown in FIG. 1 includes a
基材10は、アルミニウム、または、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなる略板状の部材である。
The
金属皮膜20は、軟質な純鉄(Fe)を主成分とし、必須添加材を含む材料の粉末からなる。必須添加材は、炭素(C)である。
また、金属皮膜20は、選択添加材をさらに含んでもよい。選択添加材は、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一つである。
金属皮膜20は、後述するコールドスプレー法によって、少なくとも上記主成分を含む材料の粉末を吹き付けて形成される。
The
Also, the
The
金属皮膜20は、基材10側と反対側の表面が、密度の高いマルテンサイトが主成分となっており、基材10側が密度の低いフェライトが主成分となっている。金属皮膜20は、多層化している。具体的に、金属皮膜20は、基材10と反対側から、第1硬質層21、第2硬質層22、熱影響部23、非熱影響部24からなる。
The
また、金属皮膜20は、コールドスプレー法により形成された皮膜の表面を焼き入れして組織が緻密化されている。焼き入れ処理には、例えばレーザが用いられる。焼き入れ処理によって緻密化された層は、第1硬質層21、第2硬質層22、熱影響部23に相当し、セメンタイトや、マルテンサイト、残留オーステナイトによって形成される硬い層である。一方で、焼き入れ処理が施されていない層は、非熱影響部24に相当し、フェライト層からなる疎な組織からなる。
Also, the
第1硬質層21は、鉄カーバイド(Fe3C:鉄炭化物)の組織であるセメンタイトと、α´鉄の組織であるマルテンサイトと、からなる。第1硬質層21の硬度は、ビッカース硬さでHv600以上である。
The first
第2硬質層22は、α´鉄の組織であるマルテンサイトと、γ鉄に炭素や合金元素などの他の元素が固溶した組織である残留オーステナイトと、からなる。第2硬質層22は、ビッカース硬さでHv300以上である。
The second
熱影響部23は、α鉄の組織であるフェライトと、α´鉄の組織であるマルテンサイトと、γ鉄に炭素や合金元素などの他の元素が固溶した組織である残留オーステナイトと、からなる。熱影響部23は、ビッカース硬さでHv200以上である。
The heat-affected
非熱影響部24は、α鉄の組織であるフェライトからなる。非熱影響部24は、ビッカース硬さでHv80以上である。
The non-heat-affected
次に、接合体1の作製方法について、図3~図10を参照して説明する。図3は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明するフローチャートである。図4および図5は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明する図である。図6は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の金属皮膜の形成に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。 Next, a method for manufacturing the joined body 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 10. FIG. FIG. 3 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a joined body according to one embodiment of the present invention. 4 and 5 are diagrams illustrating a method of manufacturing a joined body according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram showing an overview of a cold spray apparatus used for forming a metal film on a joined body according to one embodiment of the present invention.
まず、上述した基材10を用意する(図4参照)。
この基材10に、図6に示すコールドスプレー装置30により、金属皮膜20を形成するための材料の粉末をガスと共に加速し、基材10の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させて熱処理前皮膜200を形成する(ステップS101:図5参照)。
First, the
A powder of a material for forming the
コールドスプレー装置30は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器31と、金属皮膜20を形成するための材料の粉末を収容し、スプレーガン33に供給する粉末供給装置32と、加熱された圧縮ガス及びそこに供給された材料粉末を基材に噴射するガスノズル34と、ガス加熱器31及び粉末供給装置32に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ35、36とを備える。
The
金属皮膜20を形成するための材料としては、金属皮膜20の主成分である軟質な純鉄(Fe)と、上述した必須添加材や選択添加材とを含む粉末である。なお、成膜後に必須添加材を塗布する場合、粉末には必須添加材を含まない場合がある。一方で、成膜後に必須添加材を塗布しない場合、粉末は必須添加材を含む。
The material for forming the
図7~図9は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造に用いる材料粉末の一例を示す図である。材料粉末は、例えば、ベース粉末、必須添加材、および選択添加材を含む。ベース粉末100は、純鉄からなる粉末である(図7参照)。必須添加材は、炭素からなる粉末である。また、選択添加材は、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一つである。なお、炭素を含む鉄材料として、鋳鉄やハイス鋼を用いてもよい。
7 to 9 are diagrams showing examples of material powders used for manufacturing a joined body according to one embodiment of the present invention. Material powders include, for example, base powders, essential additives, and optional additives. The
具体的に、粉末材料は、ベース粉末と必須添加材とを含む仮焼結粉末または混合粉末や、ベース粉末と選択添加材とを含む仮焼結粉末または混合粉末、ベース粉末、必須添加材および選択添加材を含む仮焼結粉末または混合粉末、である。例えば、図8に示す仮焼結粉末110は、ベース粉末100に、必須添加材111や、選択添加材112、113が固着している。一方、混合粉末は、図9に示す混合粉末120のように、ベース粉末100、必須添加材111、選択添加材112、113が固着しておらず、それぞれ自由に移動できる。
Specifically, the powder material includes a pre-sintered powder or mixed powder containing a base powder and essential additives, a pre-sintered powder or mixed powder containing a base powder and selective additives, a base powder, essential additives and Pre-sintered powders or mixed powders containing selected additives. For example, the
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。ガス加熱器31に供給された圧縮ガスは、例えば50℃以上であって、金属皮膜20を形成するための材料の粉末の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン33に供給される。圧縮ガスの加熱温度は、好ましくは300℃以上900℃以下である。一方、粉末供給装置32に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置32内の粉末をスプレーガン33に所定の吐出量となるように供給する。
Helium, nitrogen, air, or the like is used as the compressed gas. The compressed gas supplied to the
加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル34により超音速流(約340m/s以上)にされる。この際の圧縮ガスのガス圧力は、1~5MPa程度とすることが好ましい。圧縮ガスの圧力をこの程度に調整することにより、基材10に対する金属皮膜20の密着強度の向上を図ることができるからである。より好ましくは5MPa程度の圧力で処理するとよい。スプレーガン33に供給された材料の粉末は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま、基材10に高速で衝突して堆積し、前処理皮膜200を形成する(図5参照)。なお、材料粉末を基材10に向けて固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図6に示すコールドスプレー装置30に限定されるものではない。
The heated compressed gas is made into a supersonic flow (approximately 340 m/s or more) by a diverging
上述したコールドスプレー装置30により成膜された前処理皮膜200は、主成分(鉄)と、必須添加材および選択添加材とを含む。この前処理皮膜200において、選択添加材は、焼入れ性を補助する焼結助剤として作用する。このため、前処理皮膜200は、高密度、かつ、金属皮膜20と比して軟質の皮膜となっている。前処理皮膜200は、例えば、ビッカース硬さがHv500以下であることが好ましい。
The
前処理皮膜200を形成後、表面を切削して所望の形状に成形する(ステップS102:前処理皮膜表面加工工程)。この際、前処理皮膜は、転位密度向上による加工硬化が生じているのみの軟質な皮膜であるため、容易に切削することができる。その後、焼入れ特性を向上させるため、前処理皮膜200に炭素を塗布する(ステップS103:炭素塗布工程)。
After the
その後、高周波またはレーザによって前処理皮膜200の表面に焼入れ処理を施す(ステップS104:焼入れ処理工程)。図10は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明する図である。例えば、図10に示すように、前処理皮膜200の表面にレーザLを照射して、焼入れ処理を施すことによって、上述した第1硬質層21、第2硬質層22、熱影響部23、非熱影響部24からなる金属皮膜20が形成される。
なお、レーザに代えて高周波を用いてもよい。
Thereafter, the surface of the
A high frequency wave may be used instead of the laser.
上述した実施の形態では、金属皮膜20を形成するための材料の粉末であって、鉄からなる主成分と、炭素からなる必須添加材と、選択添加材とを含む材料の粉末を、ガスと共に加速し、基材10の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させて前処理皮膜200を形成し、表面切削後に、この前処理皮膜200の表面に熱処理を施すようにした。上述した実施の形態によれば、表面側に硬質の層を有する金属皮膜20が、アルミニウム、又はアルミニウム合金からなる基材10上に形成されるため、高い硬度を有しつつ、軽量化した接合体1を得ることができる。
In the above-described embodiment, the powder of the material for forming the
また、上述した実施の形態によれば、表面側に硬質の層、基材10側に軟質の層を有する金属皮膜20が形成されるため、高い靱性を有する金属皮膜20を得ることができる。このため、外部からの荷重に対する強度が高い金属皮膜20が得られる。
Moreover, according to the above-described embodiment, the
また、上述した実施の形態によれば、焼入れ処理前の比較例柔らかい皮膜の状態で表面加工を行うようにしたので、金属皮膜20の形状を容易に加工することができる。
Further, according to the above-described embodiment, the surface processing is performed in the state of the relatively soft film before quenching treatment, so that the shape of the
なお、上述した実施の形態では、前処理皮膜に炭素を塗布した後に焼入れ処理を施す例を説明したが、材料粉末中に含まれる炭素によって焼入れ処理を施すことができれば、炭素塗布工程を省略してもよい。 In the above-described embodiment, an example in which quenching treatment is performed after applying carbon to the pretreatment film has been described. may
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。 In this way, the present invention can include various embodiments and the like not described here, and various design changes and the like can be made within the scope of the technical idea specified by the claims. It is possible.
以下、本発明にかかる接合体の実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Examples of the joined body according to the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
基材10は、50mm、板厚が10mmのアルミニウム合金(A6063-T6)を用いた。
金属皮膜形成用の粉末材料は、ベース粉末である、粒径が150μmのα鉄(αFe:ヘガネス社製のABC)を用いた。
この粉末材料を、上述したコールドスプレー装置を用いて、基材10に吹き付けて、前処理皮膜を形成し、切削加工後に前処理皮膜に炭素を塗布し、レーザによって焼入れ処理を施した。
コールドスプレー装置による皮膜形成処理において、作動ガスには窒素を使用し、ガス圧を5MPa、ガス温度を800℃とした。
その後、成膜した皮膜表面に炭素(必須添加材)を塗布し、焼入れ処理を行った。
焼入れ処理には、レーザ発振器として、照射範囲が6mm(矩形)、照射パスを1とした半導体レーザを用いた。また、レーザの出力は1250Wとし、焼入れ処理の温度を1600℃、レーザの移動速度である施工速度を200mm/分とした。ここで、焼入れの温度は、レーザ照射によって加熱される前処理皮膜の温度の目標温度(狙い温度)である。
焼入れ処理後の金属皮膜について、内部の各層を断面像によって確認した。
実施例1の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Example 1)
An aluminum alloy (A6063-T6) having a thickness of 50 mm and a thickness of 10 mm was used for the
As the powder material for forming the metal film, α-iron (αFe: ABC manufactured by Höganäs) having a particle size of 150 μm, which is a base powder, was used.
This powder material was sprayed onto the
Nitrogen was used as the working gas, the gas pressure was set to 5 MPa, and the gas temperature was set to 800° C. in the film formation treatment using the cold spray apparatus.
After that, carbon (essential additive) was applied to the surface of the formed film, and quenching treatment was performed.
In the hardening process, a semiconductor laser having an irradiation range of 6 mm (rectangular) and an irradiation pass of 1 was used as a laser oscillator. The output of the laser was set to 1250 W, the temperature of the hardening treatment was set to 1600° C., and the working speed, which is the moving speed of the laser, was set to 200 mm/min. Here, the quenching temperature is the target temperature (target temperature) of the temperature of the pretreatment film heated by laser irradiation.
Each internal layer of the metal film after quenching treatment was confirmed by a cross-sectional image.
Table 1 shows the composition of the metal film of Example 1 and the layers formed.
(実施例2)
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材(炭素)および選択添加材を加えたものを用いた以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が25μmの炭素(C:ヘガネス社製のUF4)を用いた。選択添加材には、粒径が25μmの銅(Cu:ヘガネス社製のDistaloyACu)を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。
実施例2の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Example 2)
A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the powder material for forming the metal film was obtained by adding the essential additive (carbon) and the optional additive to the base powder described above. Carbon (C: UF4 manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as an essential additive. Copper (Cu: Distaloy ACu manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as the selective additive. In the material powder, carbon is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%. Also, copper is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%.
Table 1 shows the composition of the metal coating of Example 2 and the layers formed.
(実施例3)
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材(炭素)および選択添加材を加えたものを用いた以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が25μmの炭素(C:ヘガネス社製のUF4)を用いた。選択添加材には、粒径が25μmの銅(Cu:ヘガネス社製のDistaloyACu)を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が7%となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。
実施例3の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Example 3)
A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the powder material for forming the metal film was obtained by adding the essential additive (carbon) and the optional additive to the base powder described above. Carbon (C: UF4 manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as an essential additive. Copper (Cu: Distaloy ACu manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as the selective additive. In the material powder, carbon is adjusted so that the volume content of the final material powder is 7%. Also, copper is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%.
Table 1 shows the composition of the metal coating of Example 3 and the layers formed.
(実施例4)
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いた以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が25μmの炭素(C:ヘガネス社製のUF4)を用いた。選択添加材には、粒径が25μmの銅(Cu:ヘガネス社製のDistaloyACu)を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が12%となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。
実施例4の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Example 4)
A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the powder material for forming the metal film was obtained by adding essential additives and optional additives to the base powder described above. Carbon (C: UF4 manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as an essential additive. Copper (Cu: Distaloy ACu manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as the selective additive. In the material powder, carbon is adjusted so that the volume content of the final material powder is 12%. Also, copper is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%.
Table 1 shows the composition of the metal coating of Example 4 and the layers formed.
(比較例1)
切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施した以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。
比較例1の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Comparative example 1)
A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the pretreatment film after cutting was not coated with carbon and was quenched by a laser.
Table 1 shows the composition of the metal film of Comparative Example 1 and the layers formed.
(比較例2)
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いたこと、および、切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施したこと以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が25μmの炭素(C:ヘガネス社製のUF4)を用いた。選択添加材には、粒径が25μmの銅(Cu:ヘガネス社製のDistaloyACu)を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。
比較例2の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Comparative example 2)
As the powder material for forming the metal film, the above-mentioned base powder to which essential additives and optional additives are added is used, and the pretreatment film after cutting is quenched by laser without applying carbon. A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the treatment was performed. Carbon (C: UF4 manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as an essential additive. Copper (Cu: Distaloy ACu manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as the selective additive. In the material powder, carbon is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%. Also, copper is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%.
Table 1 shows the composition of the metal film of Comparative Example 2 and the layers formed.
(比較例3)
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いたこと、および、切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施したこと以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が25μmの炭素(C:ヘガネス社製のUF4)を用いた。選択添加材には、粒径が25μmの銅(Cu:ヘガネス社製のDistaloyACu)を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が7%となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。
比較例3の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Comparative Example 3)
As the powder material for forming the metal film, the above-mentioned base powder to which essential additives and optional additives are added is used, and the pretreatment film after cutting is quenched by laser without applying carbon. A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the treatment was performed. Carbon (C: UF4 manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as an essential additive. Copper (Cu: Distaloy ACu manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as the selective additive. In the material powder, carbon is adjusted so that the volume content of the final material powder is 7%. Also, copper is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%.
Table 1 shows the composition of the metal film of Comparative Example 3 and the layers formed.
(比較例4)
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いたこと、および、切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施したこと以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が25μmの炭素(C:ヘガネス社製のUF4)を用いた。選択添加材には、粒径が25μmの銅(Cu:ヘガネス社製のDistaloyACu)を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が12%となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が2%となるように調整されている。
比較例4の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Comparative Example 4)
As the powder material for forming the metal film, the above-mentioned base powder to which essential additives and optional additives are added is used, and the pretreatment film after cutting is quenched by laser without applying carbon. A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the treatment was performed. Carbon (C: UF4 manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as an essential additive. Copper (Cu: Distaloy ACu manufactured by Höganäs) with a particle size of 25 μm was used as the selective additive. In the material powder, carbon is adjusted so that the volume content of the final material powder is 12%. Also, copper is adjusted so that the volume content of the final material powder is 2%.
Table 1 shows the composition of the metal film of Comparative Example 4 and the layers formed.
(比較例5)
焼入れ処理時のレーザ出力を950W、温度を1200℃にした以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。
比較例5の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Comparative Example 5)
A metal film was formed in the same manner as in Example 1 except that the laser output during the quenching treatment was 950 W and the temperature was 1200°C.
Table 1 shows the composition of the metal film of Comparative Example 5 and the layers formed.
(比較例6)
焼入れ処理時の施工速度を40mm/分にした以外は、実施例1と同様にして金属皮膜を形成した。
比較例6の金属皮膜の組成、および形成された層を表1に示す。
(Comparative Example 6)
A metal film was formed in the same manner as in Example 1, except that the application speed during the quenching treatment was 40 mm/min.
Table 1 shows the composition of the metal film of Comparative Example 6 and the layers formed.
続いて、各実施例において作製された接合体の断面像について、図11~図20を参照して説明する。図11は、実施例1の断面像を示す図である。図12は、実施例2の断面像を示す図である。図13は、実施例3の断面像を示す図である。図14は、実施例4の断面像を示す図である。
また、図15は、比較例1の断面像を示す図である。図16は、比較例2の断面像を示す図である。図17は、比較例3の断面像を示す図である。図18は、比較例4の断面像を示す図である。図19は、比較例5の断面像を示す図である。図20は、比較例6の断面像を示す図である。
Next, cross-sectional images of joined bodies produced in each example will be described with reference to FIGS. 11 to 20. FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional image of Example 1. FIG. FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional image of Example 2. FIG. FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional image of Example 3. FIG. FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional image of Example 4. FIG.
15 is a diagram showing a cross-sectional image of Comparative Example 1. FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional image of Comparative Example 2. FIG. 17 is a diagram showing a cross-sectional image of Comparative Example 3. FIG. 18 is a diagram showing a cross-sectional image of Comparative Example 4. FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional image of Comparative Example 5. FIG. 20 is a diagram showing a cross-sectional image of Comparative Example 6. FIG.
さらに、実施例1、実施例3および比較例2について、金属皮膜表層のEBSD(Electron Back Scatter Diffraction)分析を行った。EBSD分析結果を、図21~図23に示す。図21は、実施例1にかかる接合体のEBSD分析結果を示す図である。図22は、実施例3にかかる接合体のEBSD分析結果を示す図である。図23は、比較例2にかかる接合体のEBSD分析結果を示す図である。図21~図23中、α鉄(Iron-Alpha)、γ鉄(Iron-Gamma)、炭化鉄(Iron-Carbide)、グラファイト(Graphite)をそれぞれハッチングの濃さを変えて成分表示している。 Furthermore, for Example 1, Example 3 and Comparative Example 2, an EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) analysis of the surface layer of the metal film was performed. The EBSD analysis results are shown in Figures 21-23. 21 is a diagram showing the EBSD analysis results of the conjugate according to Example 1. FIG. 22 is a diagram showing the EBSD analysis results of the conjugate according to Example 3. FIG. 23 is a diagram showing the EBSD analysis results of the conjugate according to Comparative Example 2. FIG. In FIGS. 21 to 23, α-iron (Iron-Alpha), γ-iron (Iron-Gamma), iron-carbide (Iron-Carbide), and graphite (Graphite) are indicated by changing the density of hatching.
図11~図14、図21、22から、実施例1~4に係る接合体には、第1硬質層211、第2硬質層212、熱影響部213が形成されていることがわかる。なお、図11および図12では、非熱影響部214が形成されていることも確認できる。
11 to 14, 21 and 22, it can be seen that a first
これに対し、図15~図20、図23から、変形例1~6は、第1硬質層211、第2硬質層212、熱影響部213が形成されていない接合体や、熱影響部213のみしか形成されていない接合体となっていることがわかる。
On the other hand, from FIGS. 15 to 20 and 23, Modifications 1 to 6 are bonded bodies in which the first
次に、実施例1~4、比較例1~4について、硬さ測定(マイクロビッカース硬さ試験:Hv0.025)を行った。硬さ測定の結果を、図24~図31、表2に示す。図24は、実施例1の硬さ測定結果を示す図である。図25は、実施例2の硬さ測定結果を示す図である。図26は、実施例3の硬さ測定結果を示す図である。図27は、実施例4の硬さ測定結果を示す図である。また、図28は、比較例1の硬さ測定結果を示す図である。図29は、比較例2の硬さ測定結果を示す図である。図30は、比較例3の硬さ測定結果を示す図である。図31は、比較例4の硬さ測定結果を示す図である。図24~図31では、金属皮膜の表面からの深さに対応付けて、各実施例の断面像を表示している。
表2および図24~31から、実施例1~4の表面を形成する第1硬質層がHv600以上の硬度を有するのに対し、比較例1~4では、熱影響部や非熱影響部が表面を形成し、Hv600に満たない硬度となっていることがわかる。この結果から、実施例1~4は、比較例1~4と比して硬度が高いことがわかる。 From Table 2 and FIGS. 24 to 31, the first hard layer forming the surface of Examples 1 to 4 has a hardness of Hv600 or more, whereas in Comparative Examples 1 to 4, the heat affected zone and the non-heat affected zone are It can be seen that the surface is formed and the hardness is less than Hv600. From these results, it can be seen that Examples 1-4 have higher hardness than Comparative Examples 1-4.
以上説明したように、本発明に係る接合体および接合体の製造方法は、高い強度および硬度を有しつつ、軽量化する接合体を得るのに好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the bonded body and the manufacturing method of the bonded body according to the present invention are suitable for obtaining a lightweight bonded body having high strength and hardness.
1 接合体
10 基材
20 金属皮膜
21 第1硬質層
22 第2硬質層
23 熱影響部
24 非熱影響部
30 コールドスプレー装置
31 ガス加熱器
32 粉末供給装置
33 スプレーガン
34 ガスノズル
35、36 バルブ
200 前処理皮膜
Reference Signs List 1 joined
Claims (3)
鉄を主成分とし、必須添加材として炭素を含む金属皮膜であって、前記基材に積層され、該基材と接合している金属皮膜と、
を備え、
前記金属皮膜は、
前記基材側とは反対側の表面を形成し、セメンタイトおよびマルテンサイトからなる第1硬質層と、
前記第1硬質層の硬度よりも低い硬度を有し、フェライト、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる熱影響部と、
前記第1硬質層と前記熱影響部との間に設けられ、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる第2硬質層と、
を有することを特徴とする接合体。 a base material containing aluminum or an aluminum alloy as a main component;
a metal film containing iron as a main component and carbon as an essential additive, the metal film being laminated on and bonded to the base material;
with
The metal film is
a first hard layer forming a surface opposite to the base material side and made of cementite and martensite;
a heat affected zone having a hardness lower than that of the first hard layer and made of ferrite, martensite and retained austenite;
a second hard layer provided between the first hard layer and the heat affected zone and made of martensite and retained austenite;
A conjugate characterized by having
前記熱影響部は、ビッカース硬さがHv200以上Hv400以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の接合体。 The first hard layer has a Vickers hardness of Hv600 or more,
The joined body according to claim 1, wherein the heat affected zone has a Vickers hardness of Hv200 or more and Hv400 or less.
ことを特徴とする請求項1に記載の接合体。 2. The joint of claim 1, wherein said metal coating further comprises a selective additive comprising at least one of copper, molybdenum, chromium, nickel and manganese.
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JP2008519157A (en) | 2004-10-29 | 2008-06-05 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Aluminum product with wear-resistant coating and method for applying the coating to the product |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62117736A (en) * | 1985-11-18 | 1987-05-29 | 株式会社神戸製鋼所 | Composite material having excellent abrasion resistance and thermal conductivity |
JPH06190571A (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-12 | Nippon Steel Corp | Production of clad metal sheet excellent in bh property and ductility |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008519157A (en) | 2004-10-29 | 2008-06-05 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Aluminum product with wear-resistant coating and method for applying the coating to the product |
JP2018188689A (en) | 2017-04-28 | 2018-11-29 | 株式会社神戸製鋼所 | Composite particle, material for cold spraying, covering material, and method of manufacturing the same |
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