JP7255430B2 - 複合部材の製造方法 - Google Patents
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Description
また、TiC/NiやWC/Coに代表されるセラミックス/金属複合材料の付加製造用粉末材料と、これによる付加製造体が知られている。しかし、これらを例えば金型やスクリュー工具のような複雑形状で多層に積層し構造物とした場合、基材と造形体との間で、溶融凝固と連続的な熱処理が加わることで応力が発生し、基材と造形体との間で割れや剥離が生じること、さらにセラミックスが粗大化し強度や靭性などの機械特性が低下することが課題となっていた。
図1Aは本発明の第1の実施の形態の複合部材を模式的に示す断面図である。図1Aに示すように、本発明の複合部材は、金属基材2と、金属基材2の表面に設けられた造形体1と、金属基材2と造形体1との間に設けられた混合層3とを有する。
本発明の複合部材の製造方法は、上述したように、金属基材2の表面に造形体1を付加製造法(Additive Manufacturing:AM法)によって造形するものである。AM法の方式としては、特に限定されないが、たとえば、レーザメタルデポジション(LMD法)などの指向性エネルギー堆積方式、粉末床溶融結合方式およびプラズマ粉体肉盛などを用いることができる。指向性エネルギー堆積方式の付加製造では、造形体1の原料となるセラミックスと金属の材料粉末を、レーザ、電子ビーム、プラズマ、アークのいずれかの熱源を用いて溶融させ、溶融した材料粉末を金属基材2の上に付着させて溶融し凝固させて、造形体となる層を形成する。これを繰り返し行い積層してなる造形体1とする。このとき、造形体1の原料の供給粉末は、供給源と熱源により形成する溶融部を含む供給経路のどの段階で混合されてもよい。
表1に示す基材を用い、後述する表3(実施例)および表4(比較例)に示す構成を有する複合部材を作製した。具体的には、金属基材上の表面に表2に示すAM法によって造形体を造形した。造形体のセラミックス成分の材料と含有量、および金属成分の材料と含有量は表3、表4に示すものである。
作製した実施例1~9および比較例1~8の複合材について、浸透探傷試験および断面観察を行って、割れおよび剥離の有無を目視で確認した。また、混合層の厚さ測定、および混合層のTi濃度についてEPMAによるライン分析を行った。
Claims (10)
- Fe基合金からなる金属基材を準備する基材準備工程と、
TiC、TiNおよびTi(C、N)のうちの少なくとも1種のセラミックス相を15~75質量%含むとともに、Ni単体またはNiを主成分とする合金よりなる金属相を25~85質量%含む溶融凝固組織を有する造形体を指向性エネルギー堆積法によって造形する付加製造工程を有し、
前記付加製造工程によって、前記造形体と前記金属基材との界面およびその近傍の溶融凝固により、前記造形体の成分と前記金属基材の成分とが混ざり合って、前記造形体に接する前記金属基材の表層部に、Tiを深さ方向に傾斜して含む混合層を、厚さ250μm以上形成することを特徴とする複合部材の製造方法。 - 前記混合層におけるTi濃度は、前記造形体から前記金属基材に向かって減少していることを特徴とする請求項1に記載の複合部材の製造方法。
- 前記金属基材が、Cr、Ni、W、Mo、V、Mn、SiおよびCのうちの少なくとも1種以上を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の複合部材の製造方法。
- 前記金属基材のビッカース硬さが200HV以上500HV未満であり、前記造形体のビッカース硬さが400HV以上1200HV以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の複合部材の製造方法。
- 前記造形体の中の前記セラミックス相の粒子の平均粒径が50μm未満であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の複合部材の製造方法。
- 前記付加製造工程の前に、前記金属基材を200℃以上1300℃以下に予熱する予熱工程を更に含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の複合部材の製造方法。
- 前記付加製造工程の前に、前記金属基材を予熱する予熱工程を行わないことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の複合部材の製造方法。
- 前記付加製造工程の後に、前記複合部材を500℃以上1300℃以下の温度で熱処理する熱処理工程を更に含むことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の複合部材の製造方法。
- 前記複合部材の前記造形体と前記混合層の全体もしくは一部を分離する分離工程を更に含むことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の複合部材の製造方法。
- 前記造形体の表面に、TiC、TiN、TiCN、Al2O3、TiAlNまたはCrNからなるコーティング層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の複合部材の製造方法。
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