JP7329093B1 - METAL SURFACE TREATMENT METHOD AND SURFACE TREATMENT APPARATUS - Google Patents
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Abstract
【課題】実用的な処理速度で、高エネルギービームの照射のみで、金属の表面を鏡面レベルに平滑化できる金属の表面処理方法及び表面処理装置を提供する。【解決手段】金属からなる対象物90の表面にレーザビーム30を照射して平滑化させる金属の表面処理方法であって、対象物90の表面に第1エネルギー密度でレーザビーム30を照射して対象物90の表面の金属を溶融させる溶融工程と、溶融工程によって形成された金属の溶融部分に第2エネルギー密度でレーザビーム30を照射して金属の溶融部分の溶融状態を保持する溶融保持工程と、を有し、溶融保持工程は、溶融工程の後に連続して行う。【選択図】図6Kind Code: A1 A metal surface treatment method and surface treatment apparatus capable of smoothing a metal surface to a specular level only by irradiation with a high-energy beam at a practical treatment speed are provided. A metal surface treatment method for smoothing the surface of an object 90 made of metal by irradiating the surface of the object 90 with a laser beam 30, wherein the surface of the object 90 is irradiated with a laser beam 30 at a first energy density. A melting step of melting the metal on the surface of the object 90, and a melting and holding step of irradiating the molten portion of the metal formed by the melting step with the laser beam 30 at the second energy density to maintain the molten state of the molten portion of the metal. and the melting and holding step is performed continuously after the melting step. [Selection drawing] Fig. 6
Description
本発明は、金属の表面に高エネルギービームを照射して平滑化させる金属の表面処理方法及び表面処理装置に関する。 The present invention relates to a metal surface treatment method and a surface treatment apparatus for smoothing a metal surface by irradiating it with a high-energy beam.
金属表面を平滑化させる表面処理技術として、金属の表面に高エネルギービーム、例えば電子ビーム又はレーザビームを照射する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。この表面処理技術は、金属の表面を溶融させることにより金属表面の凹凸を溶融した金属で埋め込み、その後、溶融した金属を凝固させることで表面を平坦化させる。 As a surface treatment technique for smoothing a metal surface, a technique for irradiating a metal surface with a high-energy beam such as an electron beam or a laser beam has been proposed (for example, Patent Document 1). In this surface treatment technique, the surface of the metal is melted to fill the unevenness of the metal surface with the melted metal, and then the melted metal is solidified to flatten the surface.
しかし、上記の従来技術によっても、実用的な処理速度で、金属の表面を周囲の像が写り込むほどのいわゆる鏡面レベルで平滑化させることは困難であった。そのため、従来技術では、金属の表面を鏡面レベルに仕上げるために、高エネルギービームの照射に加えて、さらに研磨工程又は化学的な表面処理工程を追加する必要があり、作業工数が多いという問題がある。 However, even with the above-described prior art, it is difficult to smooth the metal surface to a so-called specular level at which the surrounding image is reflected at a practical processing speed. Therefore, in the prior art, in order to finish the surface of the metal to a mirror level, in addition to the high energy beam irradiation, it is necessary to add a polishing process or a chemical surface treatment process, and there is a problem that the number of work steps is large. be.
本願発明者らは、高エネルギービームによる金属表面の鏡面化を妨げる要因として、溶融した金属が急激に冷却されることにより、シワやクラックが生じることを見出した。また、鋳造製品又は3次元造形製品といった内部に気泡を含む金属部品に対する従来の高エネルギービームの照射では、鋳巣や気泡を溶融金属で埋め込むのに十分な時間が確保できないことを見出した。 The inventors of the present application have found that rapid cooling of molten metal causes wrinkles and cracks as a factor that hinders mirror-finishing of the metal surface by a high-energy beam. In addition, it was found that the irradiation of conventional high-energy beams to metal parts containing air bubbles inside, such as cast products or three-dimensional modeled products, cannot ensure sufficient time for burying the blowholes and air bubbles with molten metal.
本発明は、上記した課題を解決することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems.
以下の開示の一観点は、金属からなる対象物の表面に高エネルギービームを照射して平滑化させる金属の表面処理方法であって、前記対象物の表面に第1エネルギー密度で前記高エネルギービームを照射して前記対象物の表面の前記金属を溶融させる溶融工程と、前記溶融工程によって形成された前記金属の溶融部分に第2エネルギー密度で前記高エネルギービームを照射して前記金属の溶融部分の溶融状態を保持する溶融保持工程と、を有し、前記溶融保持工程は、前記溶融工程の後に連続して行う、金属の表面処理方法にある。 One aspect of the following disclosure is a metal surface treatment method for smoothing a surface of a metal object by irradiating it with a high energy beam, wherein the high energy beam is applied to the surface of the object at a first energy density. a melting step of melting the metal on the surface of the object by irradiating with the high energy beam at a second energy density to melt the metal melted portion formed by the melting step; and a melting and holding step of holding the molten state of the metal, wherein the melting and holding step is performed continuously after the melting step.
別の一観点は、高エネルギービームを照射して金属の表面を平滑化させる表面処理装置であって、対象物の表面に高エネルギービームを照射する照射装置と、前記照射装置を走査させる駆動装置と、を備え、前記照射装置は、前記高エネルギービームの中心に分布し、第1エネルギー密度の高密度照射領域と、前記高密度照射領域の周囲を囲むように分布し前記第1エネルギー密度よりも低い第2エネルギー密度の低密度照射領域と、を有し、階段状のエネルギー密度分布を有する高エネルギービームを金属表面に照射する、表面処理装置にある。 Another aspect is a surface treatment apparatus that irradiates a high-energy beam to smooth the surface of a metal, comprising: an irradiation device that irradiates the surface of an object with the high-energy beam; and a driving device that scans the irradiation device. and, the irradiation device is distributed in the center of the high-energy beam and has a high-density irradiation area having a first energy density, and a high-density irradiation area distributed so as to surround the high-density irradiation area and having a higher energy density than the first energy density. and a low-density irradiation region having a second energy density with a lower energy density, and a surface treatment apparatus for irradiating a metal surface with a high-energy beam having a stepwise energy density distribution.
上記観点の金属の表面処理方法及び表面処理装置は、実用的な処理速度で、高エネルギービームの照射のみで、金属の表面を鏡面レベルに平滑化できる。 The metal surface treatment method and surface treatment apparatus according to the above aspect can smoothen the metal surface to a specular level at a practical treatment speed and only by irradiating a high-energy beam.
図1に示す本実施形態に係る表面処理装置10は、金属よりなる対象物90の表面の平坦化に用いられる。表面処理装置10は、対象物90の表面にレーザビーム30を照射して、表面に周囲の像が写りこむ程度のいわゆる鏡面化を行う。対象物90は、例えば、エンジンのシリンダヘッド等の鋳造部品である。また、対象物90は、積層造形により形成された金属部品であってもよい。
A
表面処理装置10は、チャンバ12と、ステージ14と、照射装置16と、測定装置18と、搬送装置20と、制御部22とを有する。チャンバ12は、密閉された空室を有する。チャンバ12の空室には、ステージ14、照射装置16及び測定装置18が収容される。チャンバ12の空室は、例えばアルゴンガス等の不活性ガスによって満たされており、不活性ガス雰囲気の下で、対象物90へのレーザビーム30の照射を可能とする。なお、レーザビーム30の代わりに電子ビーム(粒子ビーム)を照射する場合には、チャンバ12の空室は真空であってもよい。
The
チャンバ12の空室は、測定領域121と処理領域122とに仕切られている。測定領域121には、測定装置18が配置される。処理領域122には、照射装置16が配置される。
The empty space of the
ステージ14は、その上部に対象物90を支持する載置面を有する。ステージ14は、回転することにより、対象物90を測定領域121と処理領域122との間で移動させる。
The
測定装置18は、対象物90の表面形状を測定する。照射装置16は、対象物90の表面形状データを制御部22に出力する。照射装置16は、対象物90の表面にレーザビーム30を照射する。照射装置16は、レーザ発振器161と、駆動装置162と、照射光学系163と、光ファイバ164と、アーム制御部167とを備える。レーザ発振器161は、高密度照射領域32(図2参照)を形成するレーザ光を出力する第1発振器165と、低密度照射領域34(図2参照)を形成するレーザ光を出力する第2発振器166とを有する。レーザ発振器161は、第1発振器165の出力値と第2発振器166の出力値とを個別に調整できる。なお、照射光学系163が、DOE(回折光学素子)を含む場合には、レーザ発振器161は第1発振器165のみを有してもよい。
The measuring
光ファイバ164は、レーザ発振器161が出力したレーザビーム30を照射光学系163(照射装置16)に導く。照射光学系163は、駆動装置162の先端に取り付けられている。照射光学系163は、断面方向に階段状のエネルギー密度分布を有するレーザビーム30を、対象物90に焦点合わせして照射する。駆動装置162は、例えば、複数の関節を有するロボットアームである。駆動装置162は、アーム制御部167の制御の下で、照射光学系163を移動させて、対象物90の表面でレーザビーム30の照射位置を走査させる。駆動装置162は、対象物90の表面形状に応じて照射光学系163の向き及び方向を調整する。駆動装置162は、レーザビーム30が常に対象物90の表面に対して垂直に入射するように、照射光学系163の向きを調整する。
The
なお、レーザビーム30に代えて電子ビームを照射する場合には、レーザ発振器161の代わりに、電子ビーム照射装置が使用される。電子ビーム駆動装置は、駆動装置162の先端に取り付けられる。
When an electron beam is used instead of the
搬送装置20は、対象物90のチャンバ12への搬入と、表面処理が完了した対象物90のチャンバ12からの搬出とを行う。制御部22は、不図示のメモリとプロセッサとを有する。メモリは、プロセッサへの命令を格納する。プロセッサは、命令を実行することで、表面処理装置10による対象物90の表面処理を実施する。以下、表面処理装置10を用いた金属の表面処理方法について説明する。
The
表面処理装置10は、対象物90の表面に、例えば図2Aに示す断面形状のレーザビーム30を照射する。レーザビーム30は、高密度照射領域32と、低密度照射領域34とを有する。高密度照射領域32は、レーザビーム30の中心に位置し、円形の断面形状を有する。高密度照射領域32は、相対的に高い第1エネルギー密度を有する。低密度照射領域34は高密度照射領域32と同心円状の形状を有し、高密度照射領域32の周囲に円形に分布する。低密度照射領域34は、第1エネルギー密度よりも低い第2エネルギー密度を有する。レーザビーム30は、一般的なガウス分布のレーザビームとは異なり、直径方向に階段状のエネルギー密度分布を有する。なお、高密度照射領域32と低密度照射領域34とは、デューティ比の異なるパルス状のレーザ光の照射で形成してもよい。また、高密度照射領域32と低密度照射領域34とは、微小な照射領域を有するレーザ光を高密度照射領域32及び低密度照射領域34内で高速移動させて形成してもよい。
The
低密度照射領域34の直径は、例えば、高密度照射領域32の直径の2~3倍に設定し得る。例えば、本実施形態において高密度照射領域32の直径を0.37mmとした場合には、低密度照射領域34の直径は0.74~1.11mmの範囲から適宜設定できる。ただし、DOE(回折光学素子)等を用いて低密度領域を3倍以上に設定することも可能であるため、低密度照射領域34の直径は、上記の数値に限定されない。また、このようなレーザビーム30は、例えば、直径が異なる2本のレーザ光を重ね合わせることで形成できる。なお、レーザビーム30の断面形状は、円形に限定されず、矩形又は楕円形であってもよい。
The diameter of the low-
レーザビーム30は、対象物90(金属)の照射部分に、図2Bに示す溶融領域を形成する。溶融領域は、第1溶融領域92と第2溶融領域94とを有する。レーザビーム30の高密度照射領域32は、照射領域の中心に相対的に深い第1溶融領域92を形成する。また、低密度照射領域34は、照射領域の周辺に、第1溶融領域92よりも浅い第2溶融領域94を形成する。すなわち、第1エネルギー密度及び第2エネルギー密度のいずれもが、対象物90の表面を溶融可能な値を有する。
The
第1エネルギー密度及び第2エネルギー密度は、対象物90を構成する金属の融点及び比熱等の物性値に応じて適宜設定される。例えば、アルミニウム合金に対する第1エネルギー密度は、第2エネルギー密度よりも高いエネルギー密度であればよく、例えば13000~20000W/mm2とすることができる。また、アルミニウム合金に対する第2エネルギー密度は、例えば、1000~10000W/mm2以下とすることができる。
The first energy density and the second energy density are appropriately set according to the physical properties such as the melting point and specific heat of the metal forming the
レーザビーム30は、図3に示すように、対象物90の表面を走査する。レーザビーム30は、所定の走査方向に沿って直線状に移動する。レーザビーム30の走査にともなって、対象物90の表面を第1溶融領域92が移動する。第1溶融領域92は、その走査幅方向の両側と、走査方向の後方に延びる第2溶融領域94を伴いつつ移動する。対象物90の表面において、第1溶融領域92の通過部分に着目すると、1回の走査において、第1エネルギー密度の高密度照射領域32で対象物90を溶融させる工程に続いて、第2エネルギー密度の低密度照射領域34で溶融状態を維持する工程が連続して行われる。
レーザビーム30は、一定幅の走査ピッチで走査幅方向に移動した後、復路の走査を行う。なお、レーザビーム30は復路の走査を行わず、往路のみの走査を行ってもよい。その後、レーザビーム30は、走査ピッチを開けて往路の走査を行う。レーザビーム30は、一定の走査ピッチの移動(走査幅方向)を挟みながら、走査方向に往復移動して対象物90の表面を走査する。レーザビーム30の走査ピッチは、後の走査の第2溶融領域94が、直前の走査の第1溶融領域92の通過部分に重なる範囲に設定される。したがって、対象物90の表面は、第1溶融領域92が通過した後に、少なくとも1度は、第2溶融領域94のみを形成する熱処理で上書きされる。
The
次に、本実施形態の金属の表面処理方法の効果を比較例と対比しつつ説明する。なお、図4Aに示す比較例に係るレーザビーム40は、高密度照射領域42のみで構成される。高密度照射領域42のエネルギー密度は、第1エネルギー密度である。図4Bに示すように、比較例のレーザビーム40を照射すると、対象物90の表面に第1溶融領域92のみが形成される。
Next, the effect of the metal surface treatment method of the present embodiment will be described in comparison with a comparative example. Note that the
図5Bに示すように、比較例のレーザビーム40を照射すると、走査範囲の先端に第1溶融領域92が形成される。レーザビーム40の移動に伴って、第1溶融領域92は、移動方向の後ろ側から凝固する。比較例の第1溶融領域92は、厚みがある部分から急激に凝固する。第1溶融領域92の凝固は均一ではなく、走査範囲の後方が波打つような塊(不図示)を形成する。その結果、対象物90の表面に、波打つようなシワ98が形成される。また、凝固した部分の表面と内部に大きな温度差が生じるため、熱応力によって高い頻度でクラック99が生ずる。このようなシワ98及びクラック99によって、比較例のレーザビーム40では、対象物90を鏡面化させることが困難である。
As shown in FIG. 5B, when the
図5Aに示すように、本実施形態の金属の表面処理方法は、レーザビーム30を走査させる。レーザビーム30は、走査範囲の先端に、高密度照射領域32による第1溶融領域92を形成する。第1溶融領域92のレーザビーム30の移動方向の後方は、低密度照射領域34による照射が行われ、第1溶融領域92よりも浅い第2溶融領域94が軌跡を引くように分布する。第2溶融領域94の溶融深さは、第1溶融領域92から離れるにしたがって徐々に浅くなる。第2溶融領域94では、対象物90を構成する金属成分が徐々に冷却されることで、対象物90表面付近の温度勾配が緩やかになる。そのため、実施形態の金属の表面処理方法は、第1溶融領域92及び第2溶融領域94の凝固の際のクラック発生を防止できる。第2溶融領域94によって金属成分が徐々に冷却されることにより、対象物90の表面に波打つようなシワ状の凹凸の発生を防ぐことができる。
As shown in FIG. 5A, the metal surface treatment method of this embodiment scans a
図6Aに示すように、本実施形態の金属の表面処理方法は、溶融深さが深い第1溶融領域92を形成する。そのため、対象物90の表面に比較的大きな凹凸990を有する場合であっても、第1溶融領域92で凹凸990の平坦化を行うことができる。対象物90が鋳造製品である場合に、鋳肌として比較的大きな凹凸990を有することがある。本実施形態の金属の表面処理方法は、凹凸990を有する鋳造製品を平坦化できる。
As shown in FIG. 6A, the metal surface treatment method of the present embodiment forms a first melted
また、図7Aに示すように、対象物90が鋳造製品や3次元造形製品である場合には、表面に空隙992(鋳巣)が形成されている場合がある。本実施形態の金属の表面処理方法によれば、高密度照射領域32により形成された第1溶融領域92が十分な溶融量を有し、連続して照射される低密度照射領域34により凝固速度が遅くなるため、空隙992に流れ込む溶融金属994で確実に埋め込むことができ、1回の表面処理で空隙992を平坦化できる。
Further, as shown in FIG. 7A, when the
さらに、本実施形態の金属の表面処理方法は、第1溶融領域92による荒化工に続いて、実質的に低密度照射領域34による仕上げ加工を行なう。そのため、本実施形態の金属の表面処理方法は、対象物90が粗い凹凸990を有する場合や、空隙992を有する場合であっても、レーザビーム30による一連の走査による1度の表面処理で鏡面レベルにまで平坦化できる。
Furthermore, in the metal surface treatment method of the present embodiment, the roughening process by the
図6Bに示す比較例のレーザビーム40では、表面のシワ98やクラック99を防ぐために、浅い溶融深さを形成する強度にすることが考えられる。この場合には、図6Bに示すように粗い凹凸990を有する対象物90に対して、1度の走査で凹凸を取りきることができず、複数回の照射を要することとなり、処理時間が増大する。また、図7Bに示すような比較的大きな空隙992を有する対象物90に上記のレーザビーム40を照射すると、溶融金属994は、量が少なく比較的早期に凝固してしまうため空隙992を埋めきることができない。したがって、比較例の表面処理方法では、複数回の表面処理が必要となる。
In the
以下、レーザビーム30及びレーザビーム40をアルミニウム合金よりなる対象物90の表面に照射して走査させた実験結果について説明する。
Experimental results in which the
(比較例1)
比較例1は、レーザビーム40でアルミニウム合金の表面を走査した。比較例1のレーザビーム40の直径は、0.37mmであり、レーザビーム40を走査速度を低速、中速、及び高速の3段階に変えて表面を観察した。レーザビーム40の出力は、送り速度が低速及び中間速度の場合に、1.6kWであり、送り速度を高速に設定した場合に2.6kWである。いずれの場合も走査ピッチは0.15mmである。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, the
結果を図8の上段に示す。図8の上段に示すように、比較例1の表面処理では、レーザビーム40の走査後の表面に不規則に波打ったしわが多量に生じており、さらにところどころに黒点が生じているのが見て取れる。表面にシワ98やクラック99が多数発生すると共に、所々に鋳巣が残留していて、表面が粗面となっている結果となった。
The results are shown in the upper part of FIG. As shown in the upper part of FIG. 8, in the surface treatment of Comparative Example 1, a large number of irregularly wavy wrinkles were generated on the surface after scanning with the
(実験例1)
実験例1は、レーザビーム30でアルミニウム合金の表面を走査した。実験例1のレーザビーム30は、高密度照射領域32が直径0.37mmであり、低密度照射領域34が直径0.97mmである。比較例1と同様に、実験例1は、走査速度を低速、中速、及び高速の3段階とした場合について観察を行った。いずれの場合も走査ピッチは0.15mmとした。高密度照射領域32のレーザ光出力値は、走査速度が低速及び中速の場合に1.6kWであり、走査速度が高速の場合に、2.0kWとした。また、低密度照射領域34のレーザ光出力値は、走査速度が低速の場合に2.0kWであり、走査速度が中速の場合に2.5kWであり、走査速度が高速の場合に、3.5kWとした。
(Experimental example 1)
In Experimental Example 1, the
図8の下段に示すように、実験例1の表面処理は、比較例1に比べて表面のシワ98やクラック99が少なくなり、鋳巣も減少した。
As shown in the lower part of FIG. 8, the surface treatment of Experimental Example 1 resulted in
次に、実験例1及び比較例1は、金属表面の鏡面レベルの評価を行った。この評価は、金属表面の鏡面レベルの度合いを、熱伝達係数として評価した。熱伝達係数は、所定温度の火炎を所定の時間にわたって金属表面に接触させた場合の金属表面の温度上昇から求まる値である。金属表面が粗く鏡面ではない場合には、火炎の輻射光の吸収率が増加するため、熱伝達係数が大きくなる。また、金属表面が鏡面になると、火炎の輻射光の反射率が増大し、熱伝達係数が小さくなる。熱伝達係数は、金属の表面粗さを相対値として反映する。 Next, in Experimental Example 1 and Comparative Example 1, the specular level of the metal surface was evaluated. In this evaluation, the degree of specular surface level of the metal surface was evaluated as the heat transfer coefficient. A heat transfer coefficient is a value obtained from the temperature rise of a metal surface when a flame of a predetermined temperature is brought into contact with the metal surface for a predetermined time. If the metal surface is rough and non-mirror, the heat transfer coefficient will increase due to the increased absorption of radiant light from the flame. Also, when the metal surface becomes a mirror surface, the reflectance of the radiant light of the flame increases and the heat transfer coefficient decreases. The heat transfer coefficient reflects the surface roughness of the metal as a relative value.
図9A~図9Cに示すように、比較例1及び実験例1において、レーザビーム30、40の走査速度が速くなる程、熱伝達係数が増加する傾向がみられる。いずれの走査速度においても、実験例1の熱伝達係数は、比較例1の熱伝達係数よりも低い。このように、本実施形態のレーザビーム30は、金属表面の鏡面化に有効である。
As shown in FIGS. 9A to 9C, in Comparative Example 1 and Experimental Example 1, the heat transfer coefficient tends to increase as the scanning speed of the
(実験例2)
実験例2は、低密度照射領域34の最適な照射エネルギー密度について検討を行った。実験例2は、低密度照射領域34のレーザ光出力を実験例1よりも大きい6kWとした。実験例2の高密度照射領域32のレーザ光出力は実験例1と同じである。実験例2は、走査速度を中速とし、走査ピッチを0.15mmで金属(アルミニウム合金)の表面をレーザビーム30で走査した。結果を図10に示す。図示のように、実験例2による金属表面は、クラック99が多く発生した。図11Bに示すように、実験例2の金属表面は、実験例1及び比較例1よりも熱伝達係数が大きく、鋳造アルミニウム合金については、金属表面の平坦化効果が低下することが判明した。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, the optimum irradiation energy density of the low-
比較例1、実験例1及び実験例2のそれぞれのレーザビーム30、40を高速で走査させると、金属の特定の照射部位の表面は、図11Aに示す温度変化を示す。図11Aに示すように、冷却速度を示す温度の時間変化の傾きは、比較例1、実験例1、実験例2の順で小さくなる。したがって、高密度照射領域32のみのレーザビーム40よりも低密度照射領域34を有するレーザビーム30の方が冷却速度の傾きが緩やかになる。さらに、低密度照射領域34のレーザ光出力が増大する程、冷却速度の傾きが緩やかになる。
When the
しかし、図11Bに示すように、実験例2の熱伝達係数は、実験例1及び比較例1の熱伝達係数よりも増大している。この実験例2により、表面の粗さは、冷却速度だけでは決まらないことが判明した。 However, as shown in FIG. 11B, the heat transfer coefficient of Experimental Example 2 is greater than the heat transfer coefficients of Experimental Example 1 and Comparative Example 1. Experimental Example 2 revealed that the surface roughness is not determined only by the cooling rate.
図12A及び図12Bは、実験例1及び実験例2のぞれぞれの金属を切断して、金属表面近傍の断面の観察を行った結果を、それぞれ示す。図中の破線は、溶融部分の境界を示す。図示のように、金属表面の溶融部分は、走査範囲の幅方向の端からレーザビーム30の高密度照射領域32が通過する部分に接近するほど深くなるように変化する。
12A and 12B respectively show the results of cutting the metals of Experimental Examples 1 and 2 and observing the cross section near the metal surface. The dashed line in the figure indicates the boundary of the melted portion. As shown in the figure, the melted portion of the metal surface changes so as to become deeper as it approaches the portion through which the high-
図12A及び図12Bにおいて、0.15mmが付された矢印の範囲は、走査ピッチであり、前回の走査からの今回の走査の移動範囲を示す。実験例1及び実験例2のレーザビーム30において、高密度照射領域32の半径と低密度照射領域34の半径との差は0.3mmであり、走査ピッチである0.15mmより大きい。したがって、0.15mmの矢印の範囲は、低密度照射領域34のみで形成された溶融部分を反映する。低密度照射領域34のレーザ光出力が低い実験例1よりも、低密度照射領域34のレーザ光出力が高い実験例2の方が、より深い部分まで溶融している。この結果から、レーザビーム30による金属の表面処理方法は、冷却速度だけでなく、低密度照射領域34の溶融深さについても検討する必要があることが分かる。
In FIGS. 12A and 12B, the range of arrows marked with 0.15 mm is the scan pitch, which indicates the range of movement of the current scan from the previous scan. In the
(実験例4)
本願発明者らは、以下に説明する実験例4において、低密度照射領域34の溶融深さ及び冷却速度と、金属の表面粗さとの関係を求めた。低密度照射領域34の溶融深さと、冷却速度とは、以下の方法で求める。
(Experimental example 4)
In Experimental Example 4 described below, the inventors determined the relationship between the melting depth and cooling rate of the low-
低密度照射領域34の溶融深さは、金属表面を切断した断面の観察によって求める。レーザビーム30を最後に走査した部分の断面画像を顕微鏡画像から求める。断面画像から、溶融部分と非溶融部分との境界が画像処理によって求められる。次に、溶融部分の端から走査ピッチの幅(例えば、0.15mm)だけ走査幅方向の内側に位置する部分の溶融深さを、低密度照射領域34の溶融深さ(以下、基準溶融深さ)として測定する。
The melting depth of the low-density irradiated
次に、冷却速度は、放射温度計を用いて行う。放射温度計は、所定の測定径(例えば、1.5mm)の円形の測定スポット52の表面温度を数μ秒のサンプリング間隔で計測できる超高速放射温度計を使用できる。実験例4では、放射温度計は、山里産業株式会社(型番IGA740―LO)を用いて測定を行った。
The cooling rate is then measured using a radiation thermometer. As the radiation thermometer, an ultra-high-speed radiation thermometer capable of measuring the surface temperature of a
冷却速度は、図13Aに示すように、放射温度計の測定スポット52とレーザビーム30の通過位置とを合わせる。測定スポット52の一部は高密度照射領域32の外周部が通過する位置と重なる。また、低密度照射領域34が通過する位置は、測定スポット52のより中心側に重なる。次に、所定の走査速度でレーザビーム30を走査させて、放射温度計により、温度の時間変化を冷却速度曲線として求める。図13Bに実験例1及び実験例2のレーザビーム30の冷却速度曲線の測定例を示す。
As for the cooling rate, as shown in FIG. 13A, the measuring
次に、温度がピーク値を示す時間から、金属表面が凝固する時間までの範囲で、冷却速度曲線を抽出する。金属表面の凝固は、例えば温度変化を示す図13Bの曲線の傾きの変化から求まる。冷却速度は、抽出した冷却速度曲線を時間で微分した値として求める。 Next, a cooling rate curve is extracted in the range from the time when the temperature shows a peak value to the time when the metal surface solidifies. The solidification of the metal surface can be determined, for example, from the change in slope of the curve in FIG. 13B showing temperature change. The cooling rate is obtained as a value obtained by differentiating the extracted cooling rate curve with respect to time.
実験例4は、高密度照射領域32及び低密度照射領域34のそれぞれのレーザ光出力を変化させ、かつ走査速度を変化させて表面粗さと、冷却速度と、低密度照射領域34の溶融深さとを求めた。実験例4は、アルゴンガス雰囲気下で金属の表面処理を行った。図14に実験例4の結果を示す。
In Experimental Example 4, the laser light output of each of the high-
図14の各プロットは、各測定条件で冷却速度及び低密度照射領域34の溶融深さ(相対値)を示す。実験例4のレーザビーム30は、高密度照射領域32の直径が0.37mmであり、低密度照射領域34の直径が0.95mmである。走査ピッチは、全ての測定条件において0.15mmとした。高密度照射領域32のレーザ光出力値は、走査速度に応じて変化させた。走査速度が低速の場合には、高密度照射領域32のレーザ光出力値は、1.6kWとした。走査速度が中速の場合には、高密度照射領域32のレーザ光出力値は、1.6kWとした。走査速度が高速の場合には、高密度照射領域32のレーザ光出力値は、2.0kWとした。実験例4では、冷却速度[℃/msec]は、走査速度に応じて変化する。
Each plot in FIG. 14 shows the cooling rate and the melting depth (relative value) of the low-
低密度照射領域34のレーザ光出力値は、0kW~6kWの範囲で変化させた。低密度照射領域34のレーザ光出力値に応じて、基準溶融深さは変化する。図14において、算術平均高さSa(鏡面仕上げ)が0.25μm以下(本実施例では0.25μm以下としているが、所望の要件に応じて適宜設定可能な値である)を満たす条件を「〇」でプロットし、算術平均高さSaが0.25μmを上回る条件を「×」でプロットした。実験例4において、全ての測定において、走査ピッチは0.15mmに固定した。
The laser light output value of the low-
実験例4によれば、アルミニウム合金については、基準溶融深さが8μm以上40μm以下の範囲において、算術平均高さSaが0.25μmの結果が得られた。より好ましくは、図14の斜線の下側に示すように、基準溶融深さの上限値は、溶基準溶融深さ[μm]を冷却速度[℃/msec]で除算した値が0.25を下回る範囲とすることで、金属の表面の算術平均高さSaを0.25μm以下にできた。 According to Experimental Example 4, for the aluminum alloy, the arithmetic mean height Sa was 0.25 μm in the range of the reference melting depth of 8 μm or more and 40 μm or less. More preferably, as shown below the hatched line in FIG. 14, the upper limit of the standard melting depth is such that the value obtained by dividing the standard melting depth [μm] by the cooling rate [° C./msec] is 0.25. By setting the range below, the arithmetic mean height Sa of the metal surface can be made 0.25 μm or less.
(実験例5)
実験例5は、走査速度を中速とし、走査ピッチを0.15mmに固定した条件で、高密度照射領域32のレーザ光出力と、低密度照射領域34のレーザ光出力と、金属表面の算術平均高さSaとの関係を調べた。実験例5における高密度照射領域32及び低密度照射領域34のそれぞれの直径は、実施例4と同様である。実験例5も実験例4と同様にアルゴンガス雰囲気下において金属の表面処理を行った。結果を図15の表に示す。表の数値は、算術平均高さSaを示す。
(Experimental example 5)
In Experimental Example 5, under the condition that the scanning speed is medium speed and the scanning pitch is fixed at 0.15 mm, the laser light output of the high-
図15に示すように、実験例5において、所定の条件の下で、金属の表面処理を算術平均高さSaが0.25μm以下にできることが確認できた。算術平均高さSaを0.25μm以下とする加工条件は、高密度照射領域32のレーザ光出力については、0.6kW程度の変動に対して影響を受けにくい範囲があることが確認できた。また、算術平均高さSaを0.25μm以下とする加工条件は、低密度照射領域34のレーザ光出力については、1.0kW程度の変動に対して影響を受けにくい範囲があることが確認できた。
As shown in FIG. 15, in Experimental Example 5, it was confirmed that the arithmetic mean height Sa of the metal surface treatment could be 0.25 μm or less under predetermined conditions. It has been confirmed that under the processing conditions in which the arithmetic mean height Sa is 0.25 μm or less, there is a range in which the laser light output of the high-
(実験例6)
実験例6は、走査速度を高速とし、走査ピッチを0.15mmに固定した条件で、高密度照射領域32のレーザ光出力と、低密度照射領域34のレーザ光出力と、金属表面の算術平均高さSaとの関係を調べた。実験例6における高密度照射領域32及び低密度照射領域34のそれぞれの直径は、実施例4と同様である。実験例6も実験例4と同様にアルゴンガス雰囲気において金属の表面処理を行った。結果を図16の表に示す。表の数値は、算術平均高さSaを示す。
(Experimental example 6)
In Experimental Example 6, under the condition that the scanning speed is high and the scanning pitch is fixed at 0.15 mm, the laser light output of the high-
図16に示すように、実験例6においても、所定の条件の下で、金属の表面処理を算術平均高さSaが0.25μm以下にできることが確認できた。算術平均高さSaを0.25μm以下とする加工条件は、高密度照射領域32のレーザ光出力については、0.6kW程度の変動に対して影響を受けにくい範囲があることが確認できた。また、算術平均高さSaを0.25μm以下とする加工条件は、低密度照射領域34のレーザ光出力については、1.0kW程度の変動に対して影響を受けにくい範囲があることが確認できた。
As shown in FIG. 16, also in Experimental Example 6, it was confirmed that the arithmetic mean height Sa of the metal surface treatment could be 0.25 μm or less under predetermined conditions. It has been confirmed that under the processing conditions in which the arithmetic mean height Sa is 0.25 μm or less, there is a range in which the laser light output of the high-
(実験例7)
実験例7は、走査ピッチが金属の表面の粗さに与える影響について調べた結果を示す。実験例7は、高密度照射領域32のレーザ光出力を1.6kWに固定し、走査速度を中速に固定して、走査ピッチ及び低密度照射領域34のレーザ光出力を様々に変化させた条件で、アルミニウム合金の表面処理を行った。算術平均高さSaを測定した。なお、実験例7のレーザビーム30は、高密度照射領域32の直径が0.37mmであり、低密度照射領域34の直径が0.97mmである。
(Experimental example 7)
Experimental Example 7 shows the result of examining the effect of the scanning pitch on the roughness of the metal surface. In Experimental Example 7, the laser light output of the high-
図17Aに示すように、走査ピッチを0.15mmから0.2mm、0.25mm、0.3mmと増加させると、アルミニウム合金の表面の算術平均高さSaが急増する結果となった。走査ピッチの増大は、処理速度の向上につながる。しかし、図17Aの結果から、低密度照射領域34の直径が0.97mmのレーザビーム30の場合には、走査ピッチは0.15mmが限界であることが判明した。
As shown in FIG. 17A, increasing the scan pitch from 0.15 mm to 0.2 mm, 0.25 mm, and 0.3 mm resulted in a rapid increase in the arithmetic mean height Sa of the surface of the aluminum alloy. An increase in scanning pitch leads to an improvement in processing speed. However, from the result of FIG. 17A, it was found that the scan pitch is limited to 0.15 mm in the case of the
(実験例8)
実験例8は、走査ピッチが金属の表面の粗さに与える影響について調べた結果を示す。実験例8は、レーザビーム30の高密度照射領域32のレーザ光出力を2.0kWに固定し、走査速度を高速とした。実験例8のその他の処理条件は実験例7と同様である。
(Experimental example 8)
Experimental Example 8 shows the result of examining the effect of the scanning pitch on the roughness of the metal surface. In Experimental Example 8, the laser light output of the high-
図17Bに示すように、走査ピッチを0.15mmよりも大きな値にすると、アルミニウム合金の表面の算術平均高さSaが0.25μmを超える。図17Bの結果から、走査速度を高速とする場合も、低密度照射領域34の直径が0.97mmのレーザビーム30の場合には、走査ピッチは0.15mmが限界であることが判明した。
As shown in FIG. 17B, when the scanning pitch is set to a value greater than 0.15 mm, the arithmetic mean height Sa of the surface of the aluminum alloy exceeds 0.25 μm. From the result of FIG. 17B, it was found that the limit of the scanning pitch is 0.15 mm in the case of the
(実験例9)
実験例9は、アルミニウム合金の鋳造部品に対する表面処理条件の検討結果を示す。実験例9は、アルミニウム合金の鋳造部品の機械加工面と、鋳肌面に対するレーザビーム30による表面処理を行った。試料70は、アルゴンガス雰囲気において、鋳造部品の機械加工面に対してレーザビーム30を照射した表面を有する。試料72は、アルゴンガス雰囲気において、アルミニウム合金の鋳造部品の鋳肌面(未加工面)に対してレーザビーム30を照射た表面を有する。試料74は、アルゴンガス雰囲気において、アルミニウム合金の鋳造部品の鋳肌(未加工面)に対してレーザビーム30の照射を2回行った表面を有する。試料76は、大気中において、機械加工面に対してレーザビーム30を照射した表面を有する。
(Experimental example 9)
Experimental Example 9 shows the results of examination of surface treatment conditions for aluminum alloy cast parts. In Experimental Example 9, the machined surface and the casting surface of the aluminum alloy cast part were subjected to surface treatment with a
試料70、72、74、76の熱伝達係数は、図18Aに示される。図示のように、未加工の鋳肌面に1回の照射を行う試料72の表面は、熱伝達係数が最も大きくなることが分かる。
The heat transfer coefficients of
次に、実験例9は、鋳肌面にレーザビーム30を照射したときの温度変化を放射温度計で測定した。最初のレーザビーム30の走査による温度変化(熱履歴)と、2回目の走査による温度変化は、図18Bに示す変化を示した。図示のように、最初のレーザビーム30の走査の温度の方が、2回目のレーザビーム30の走査の温度よりも高い値を示した。鋳肌面に対する1回目の走査の温度変化は、酸化反応により温度上昇を生じさせる。1回目の走査は、温度上昇が大きいため、溶融部分の冷却速度が増加させ、表面の粗さを増加させる。
Next, in Experimental Example 9, the temperature change when the casting surface was irradiated with the
したがって、実験例9の結果から、金属の鋳造部品に対しては、予め鋳肌面を除去する工程を行うことが好ましいことが分かる。すなわち、金属の鋳造部品に対してレーザビームの照射により鋳肌を除去する工程を追加することが有効である。 Therefore, from the results of Experimental Example 9, it can be seen that it is preferable to perform a step of removing the casting surface in advance for metal cast parts. That is, it is effective to add a step of removing the casting surface by irradiating the cast metal part with a laser beam.
上記の実施形態を以下にまとめる。 The above embodiments are summarized below.
本実施形態の金属の表面処理方法は、金属からなる対象物90の表面に高エネルギービームを照射して平滑化させる金属の表面処理方法であって、前記対象物の表面に第1エネルギー密度で前記高エネルギービームを照射して前記対象物の表面の前記金属を溶融させる溶融工程と、前記溶融工程によって形成された前記金属の溶融部分に第2エネルギー密度で前記高エネルギービームを照射して前記金属の溶融部分の溶融状態を保持する溶融保持工程と、を有し、前記溶融保持工程は、前記溶融工程の後に連続して行う。
The metal surface treatment method of the present embodiment is a metal surface treatment method in which the surface of an
上記の金属の表面処理方法によれば、溶融保持工程によって金属の溶融状態がより長い時間維持される。その結果、溶融状態の金属は、鋳巣等の凹部に流れ込むことができ、金属の表面が平滑化される。 According to the metal surface treatment method, the molten state of the metal is maintained for a longer time by the melting and holding step. As a result, the molten metal can flow into recesses such as cavities, smoothing the surface of the metal.
上記の金属の表面処理方法において、前記第2エネルギー密度は前記第1エネルギー密度よりも低く、前記溶融保持工程は前記溶融工程よりも溶融深さが浅くなるように前記高エネルギービームを照射してもよい。この金属の表面処理方法は、急激な溶融金属の凝固を防ぐことで、表面のシワ及びクラックの発生を防止して、金属の表面を鏡面に近い状態に仕上げることを可能とする。 In the metal surface treatment method described above, the second energy density is lower than the first energy density, and the high-energy beam is irradiated so that the melting depth is shallower in the melting and holding step than in the melting step. good too. This metal surface treatment method prevents the rapid solidification of the molten metal, thereby preventing the occurrence of wrinkles and cracks on the surface and making it possible to finish the metal surface to a state close to a mirror surface.
上記の金属の表面処理方法において、前記高エネルギービームは、中央に位置する前記第1エネルギー密度の高密度照射領域32と、前記高密度照射領域の周辺を囲むように分布し前記第2エネルギー密度の低密度照射領域34と、を有し、階段状のエネルギー密度分布を有してもよい。この金属の表面処理方法は、低密度照射領域の面積が広いため、溶融保持工程の期間を長くできる。
In the metal surface treatment method described above, the high-energy beam is distributed so as to surround the high-
上記の金属の表面処理方法において、前記溶融工程は、前記高密度照射領域で行われ、前記溶融保持工程は前記低密度照射領域で行われてもよい。この金属の表面処理方法は、溶融保持工程が行われる部分の溶融深さを溶融工程の溶融深さよりも浅くすることができるため、金属の表面をより鏡面に近い状態に仕上げることができる。 In the metal surface treatment method described above, the melting step may be performed in the high-density irradiation region, and the melting and holding step may be performed in the low-density irradiation region. This metal surface treatment method can make the melting depth of the portion where the melting and holding process is performed shallower than the melting depth of the melting process, so that the metal surface can be finished to a state closer to a mirror surface.
上記の金属の表面処理方法において、前記高密度照射領域及び前記低密度照射領域は、同心円状に分布し、前記高密度照射領域の直径と、前記低密度照射領域の直径との比率は1:2~1:3であってもよい。なお、前記高密度照射領域及び前記低密度照射領域は、非円形に分布し、前記高密度照射領域の寸法と前記低密度照射領域の寸法との比率が1:3以上であってもよい。この金属の表面処理方法は、低密度照射領域の面積を広くとることで、溶融保持工程の時間を十分にとることを可能とする。 In the metal surface treatment method described above, the high-density irradiation region and the low-density irradiation region are distributed concentrically, and the ratio of the diameter of the high-density irradiation region to the diameter of the low-density irradiation region is 1:1. It may be 2 to 1:3. The high-density irradiation region and the low-density irradiation region may be distributed non-circularly, and the ratio of the dimension of the high-density irradiation region to the dimension of the low-density irradiation region may be 1:3 or more. This metal surface treatment method makes it possible to secure a sufficient time for the melting and holding step by widening the area of the low-density irradiation region.
上記の金属の表面処理方法において、前記高エネルギービームの照射は、前記対象物の表面を前記高エネルギービームの照射部位を所定方向の往路と復路とを移動するように走査させて行なうとともに、前記往路における前記高密度照射領域に前記復路における前記低密度照射領域が重なるように前記高エネルギービームを走査させてもよい。この金属の表面処理方法は、高密度照射領域の照射箇所を低密度照射領域で上書きすることにより、仕上げ加工を同時に行うことができ、実用的な処理速度で金属の表面を鏡面に近い状態に平滑化できる。 In the metal surface treatment method described above, the high-energy beam irradiation is performed by scanning the surface of the object to be irradiated with the high-energy beam so as to move forward and backward in a predetermined direction. The high-energy beam may be scanned so that the low-density irradiation region in the return pass overlaps the high-density irradiation region in the forward pass. In this metal surface treatment method, by overwriting the irradiated area of the high-density irradiation area with the low-density irradiation area, finishing can be performed at the same time, and the metal surface can be made to a near-mirror surface at a practical processing speed. can be smoothed.
上記の金属の表面処理方法において、前記金属はアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記低密度照射領域の溶融領域の端から走査ピッチ分だけ前記高エネルギービームの中心に接近した位置における前記溶融部分の深さを基準溶融深さとしたときに、前記第2エネルギー密度は、前記基準溶融深さが18μm~40μmの範囲となる範囲に設定されてもよい。この金属の表面処理方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面を効率よく鏡面に近い状態に平滑化できる。 In the metal surface treatment method, the metal is aluminum or an aluminum alloy, and the depth of the melted portion at a position closer to the center of the high-energy beam by the scanning pitch from the end of the melted region of the low-density irradiation region. The second energy density may be set in a range in which the reference melting depth is in the range of 18 μm to 40 μm. This metal surface treatment method can efficiently smoothen the surface of aluminum or an aluminum alloy to a state close to a mirror surface.
上記の金属の表面処理方法において、前記高エネルギービームの走査速度は、前記基準溶融深さの値(μm)を前記溶融部分の冷却速度(℃/msec)で除算した値が0.25以下となる範囲としてもよい。この金属の表面処理方法によれば、溶融金属の表層と深層との凝固速度の差がクラックを生じない程度に収まるため、金属の表面を平滑化できる。 In the metal surface treatment method, the scanning speed of the high-energy beam is such that the value obtained by dividing the reference melting depth value (μm) by the cooling speed of the molten portion (° C./msec) is 0.25 or less. It may be set as a range. According to this metal surface treatment method, the difference in solidification speed between the surface layer and the deep layer of the molten metal is kept within a range that does not cause cracks, so the surface of the metal can be smoothed.
上記の金属の表面処理方法において、前記溶融工程及び前記溶融保持工程は、不活性ガス雰囲気で行ってもよい。この金属の表面処理方法は、金属の表面の酸化による荒れを防ぐことができ、金属の表面を平滑化できる。 In the metal surface treatment method described above, the melting step and the melting and holding step may be performed in an inert gas atmosphere. This metal surface treatment method can prevent roughening of the metal surface due to oxidation and smooth the metal surface.
上記の金属の表面処理方法において、前記高エネルギービームはレーザビームであってもよい。この金属の表面処理方法は、大気圧で表面処理を行うことができ、設備のコストを抑制できる。 In the metal surface treatment method described above, the high-energy beam may be a laser beam. This metal surface treatment method can perform surface treatment at atmospheric pressure, and can reduce equipment costs.
上記の金属の表面処理方法は、前記溶融工程に先立って、高エネルギービームの照射により前記金属表面の酸化膜又はめっき膜を除去する工程を有してもよい。この金属の表面処理方法は、高エネルギービームの照射の際の表面反応を抑制することで表面の温度上昇を抑制し、金属の表面の荒れを防ぐことができる。 The metal surface treatment method may include, prior to the melting step, removing an oxide film or plating film from the metal surface by irradiation with a high-energy beam. This metal surface treatment method suppresses the temperature rise of the surface by suppressing the surface reaction during the irradiation of the high-energy beam, and can prevent the surface of the metal from being roughened.
本実施形態は、高エネルギービームを照射して金属の表面を平滑化させる表面処理装置10であって、対象物の表面に高エネルギービームを照射する照射装置16と、前記照射装置を走査させる駆動装置162と、を備え、前記照射装置は、前記高エネルギービームの中心に分布し、第1エネルギー密度の高密度照射領域と、前記高密度照射領域の周囲を囲むように分布し前記第1エネルギー密度よりも低い第2エネルギー密度の低密度照射領域と、を有し、階段状のエネルギー密度分布を有する高エネルギービームを金属表面に照射する。
This embodiment is a
上記の表面処理装置は、急激な溶融金属の凝固を防ぐことで、表面のシワ及びクラックの発生を防止して、金属の表面を鏡面に近い状態に仕上げることを可能とする。 The surface treatment apparatus described above prevents the rapid solidification of the molten metal, thereby preventing the occurrence of wrinkles and cracks on the surface and making it possible to finish the metal surface to a state close to a mirror surface.
なお、本発明は、上記した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
10…表面処理装置 16…照射装置
30、40…レーザビーム 32、42…高密度照射領域
34…低密度照射領域 90…対象物
162…駆動装置
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記対象物の表面に第1エネルギー密度で前記高エネルギービームを照射して前記対象物の表面の前記金属を溶融させる溶融工程と、
前記溶融工程によって形成された前記金属の溶融部分に第2エネルギー密度で前記高エネルギービームを照射して前記金属の前記溶融部分の溶融状態を保持する溶融保持工程と、を有し、
前記溶融保持工程は、前記溶融工程の後に連続して行う、
金属の表面処理方法。 A metal surface treatment method for smoothing the surface of an object made of metal by irradiating it with a high-energy beam,
a melting step of irradiating the surface of the object with the high energy beam at a first energy density to melt the metal on the surface of the object;
a melting and holding step of irradiating the high-energy beam at a second energy density to the molten portion of the metal formed by the melting step to maintain the molten state of the molten portion of the metal;
The melting and holding step is performed continuously after the melting step,
Metal surface treatment method.
金属の表面処理方法。 2. The method of surface treating a metal according to claim 1, wherein said second energy density is lower than said first energy density, and said melting and holding step is performed at said high energy such that the melting depth is shallower than said melting step. emit a beam
Metal surface treatment method.
金属の表面処理方法。 3. The metal surface treatment method according to claim 1, wherein the high-energy beam is distributed so as to surround the high-density irradiation area of the first energy density located in the center and the periphery of the high-density irradiation area. and a low-density irradiation region of the second energy density, having a stepwise energy density distribution,
Metal surface treatment method.
前記高密度照射領域及び前記低密度照射領域は、同心円状に分布し、
前記高密度照射領域の直径と、前記低密度照射領域の直径との比率は1:2~1:3である、
金属の表面処理方法。 The metal surface treatment method according to claim 3 or 4,
The high-density irradiation region and the low-density irradiation region are distributed concentrically,
The ratio of the diameter of the high density irradiation area and the diameter of the low density irradiation area is 1:2 to 1:3.
Metal surface treatment method.
前記往路における前記高密度照射領域に前記復路における前記低密度照射領域が重なるように前記高エネルギービームを走査させる、
金属の表面処理方法。 6. The metal surface treatment method according to any one of claims 3 to 5, wherein the irradiation of the high-energy beam is such that the surface of the object is irradiated with the high-energy beam in forward and backward passes in a predetermined direction. while scanning so as to move and
scanning the high-energy beam so that the low-density irradiation region in the return pass overlaps with the high-density irradiation region in the forward pass;
Metal surface treatment method.
金属の表面処理方法。 7. The metal surface treatment method according to claim 6, wherein the metal is aluminum or an aluminum alloy, and the metal is aluminum or an aluminum alloy, and at a position closer to the center of the high-energy beam by a scan pitch from the end of the melted region of the low-density irradiation region, When the depth of the melted portion is set as a reference melt depth, the second energy density is set in a range where the reference melt depth is in the range of 18 μm to 40 μm.
Metal surface treatment method.
金属の表面処理方法。 8. The metal surface treatment method according to claim 7, wherein the scanning speed of the high energy beam is such that the value obtained by dividing the reference melting depth (μm) by the cooling speed (° C./msec) of the molten portion is 0.00. 25 or less,
Metal surface treatment method.
金属の表面処理方法。 9. The metal surface treatment method according to claim 7 or 8, wherein the melting step and the melting and holding step are performed in an inert gas atmosphere.
Metal surface treatment method.
金属の表面処理方法。 The metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 9, wherein the high-energy beam is a laser beam.
Metal surface treatment method.
金属の表面処理方法。 The metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 10, comprising a step of removing an oxide film or a plating film on the metal surface by irradiating the high-energy beam prior to the melting step. ,
Metal surface treatment method.
対象物の表面に前記高エネルギービームを照射する照射装置と、
前記照射装置を走査させる駆動装置と、を備え、
前記照射装置は、前記高エネルギービームの中心に分布し、第1エネルギー密度の高密度照射領域と、前記高密度照射領域の周囲を囲むように分布し前記第1エネルギー密度よりも低い第2エネルギー密度の低密度照射領域と、を有し、階段状のエネルギー密度分布を有する前記高エネルギービームを金属表面に照射する、
表面処理装置。 A surface treatment apparatus that irradiates a high-energy beam to smooth the surface of a metal,
an irradiation device for irradiating the surface of an object with the high-energy beam;
and a driving device for scanning the irradiation device,
The irradiation device is distributed in the center of the high-energy beam and includes a high-density irradiation region having a first energy density and a second energy distribution surrounding the high-density irradiation region and having a lower energy density than the first energy density. and a low-density irradiation region, and irradiating the metal surface with the high-energy beam having a stepwise energy density distribution;
Surface treatment equipment.
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