JPH02149678A - 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 - Google Patents

耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法

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JPH02149678A
JPH02149678A JP63304515A JP30451588A JPH02149678A JP H02149678 A JPH02149678 A JP H02149678A JP 63304515 A JP63304515 A JP 63304515A JP 30451588 A JP30451588 A JP 30451588A JP H02149678 A JPH02149678 A JP H02149678A
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aluminum
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Fukuhisa Matsuda
松田 福久
Kazuhiro Nakada
一博 中田
Tamotsu Ueno
保 上野
Ichizo Tsukuda
市三 佃
Shigetoshi Jogan
茂利 成願
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、自動車、事務機、一般機械等において、耐
摩耗性の要求される部品材料として使用される耐摩耗性
に優れたアルミニウム合金材の製造方法に関する。
従来の技術 周知のように、アルミニウムあるいはアルミニウム合金
は汎用されている鉄系材料等と比較して格段に軽量であ
るのに加え、熱伝導特性に優れ、また耐食性も優れると
ころから、最近では自動車等の各種機械部品として広く
使用されるようになっている。しかしながら、一般にア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金は鉄系材料と比較
して耐摩耗性が劣り、このことが自動車等における軽量
化等を目的として鉄系部材をA4合金部材に代える際の
大きな障害となっていた。
そこで従来から、耐摩耗性が要求される部位に適用され
るアルミニウム合金材の耐摩耗性向上策として、メツキ
や陽極酸化処理、あるいは溶射等の表面処理を施して耐
摩耗性の高い表面処理層を形成する試みがなされている
が、いずれも耐摩耗性の要求に対しいまだ充分な満足を
与え得るものではなかった。しかも、いずれの場合も表
面処理層の基材に対する密着性が充分でないところから
、高面圧下で使用した場合に充分な耐久性を確保できな
いという欠点があった。
この発明は、このような技術的背景のもとでなされたも
のであって、優れた耐摩耗性を有するとともに、高面圧
下で使用した場合にも充分な耐久性を有するアルミニウ
ム合金材料の製作提供を目的とするものである。
課題を解決するための手段 上記目的において、この発明は、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給したB
とともに局部的に溶融することにより、非常に硬いAΩ
−B系金属間化合物をAQマトリックスに晶出せしめた
硬質合金化層を前記基材の表面に形成し、もって耐摩耗
性の向上を図らんとするものである。
基材として用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金
の組成は特に限定されるものではなく、J l5100
O番台の純アルミニウムの他、用途に応じて必要とされ
る機械的性質、加工特性を有する各種のアルミニウム合
金を用いつる。
また基材の形状も、適用される部品の形状に応じて任意
に設計すれば良い。
かかるアルミニウムまたはアルミニウム合金基材の表面
の溶融はレーザビーム、電子ビーム、TIGアーク等の
照射による高密度エネルギー源を用いた溶融手段によれ
ば良い。このような手段を用いることにより、基材表面
層のみを溶融しえて基材への熱影響を少なくでき、基材
の一部のみを局部的に合金化することができる。
−膜内にはレーザビームを用いる場合が多く、具体的に
はYAGレーザ(波長1.06μm。
パルス発振)とかCO2レーザ(波長10.6μm1連
続発振)を主に用いる。また、溶融は耐摩耗性の要求さ
れる部位について行えば良いが、その部位が広範囲にわ
たるときはレーザビーム等のオシレーション幅の調整や
、順次的照射により対処すれば良い。
基材表面の溶融は基材外部から供給したBの供給を伴い
つつ行う。Bの供給態様の1つとしては、レーザビーム
等の照射前に予め所期する部位にBのコーティング層を
形成しておく場合を挙げうる。コーティング層の形成は
湿式メツキ、CVD5PVD、溶射法等により、あるい
はB粉末をエチルアルコールなど各種バインターを用い
て塗布することにより行いつる。また、Bの他の供給態
様として、Bを粉末若しくは線材の形でレーザビーム等
の照射中に溶融部に直接投入する場合を挙げうる。いず
れの方法を用いても良いが、直接投入方式の場合供給速
度の調整等が面倒であるため、簡便性の点でコーティン
グ方式、特にバインダーを用いた粉末塗布法が優れてい
る。
上記のように、レーザビーム等の照射により基材表面を
Bと共に溶融した後においては、溶融部分は短詩に凝固
しAΩマトリックスにAρ−B系金属間化合物(AlB
2と推定される)が均一、緻密に分散品出した合金化層
となる。
而して、この金属間化合物は硬さがHv3000前後あ
るいはそれ以上にも達するような非常に硬いものである
ため、合金化層が全体として高い硬度を示し、優れた耐
摩耗性を具有する。
この合金化層の厚さはレーザビーム等の照射条件、例え
ば出力、照射速度、焦点位置等を変化させることで数十
μmから数mm程度にまで容易に制御できる。
表面に硬質合金化層を形成した基材は、その後必要に応
じて最終製品形状に機械加工し、耐摩耗性部品として実
用に供する。
発明の詳細 な説明したように、この発明は、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給したB
とともに局部的に溶融することにより、Aρマトリック
スにAρ−B系金属間化合物の晶出した極めて硬度の高
い合金化層を基材表面に形成するものであるから、本発
明によって製造したアルミニウム合金材は格段に耐摩耗
性に優れたものとなり、従って自動車等に要請される耐
摩耗部品として好適なものとなしうる。また、合金化層
は従来のようなメツキ等による表面処理層と異なり、基
材と一体的に結合しているから、高面圧下で使用した場
合にも該層の剥離等を起こす危険はなく、充分な耐久性
を確保しうるちのとなる。
実施例 第1図に示すように、工業用純AΩ (A1070)か
らな乙厚さ7.5sX幅40mmX長さ100mmの試
験片を基材(1)として用いた。
そしてこの試験片の中央部長手方向に、深さ0゜5胴、
幅6mmの浅溝(2)を掘り、抜溝に0゜1〜0.5μ
m径のB粉末(3)をエチルアルコールをバインダーと
して埋込み状態に塗布した。塗布厚さは約0.5m、塗
布量は約67m9/dであった。
次に10kw級CO2レーザ加工機を用いて、前記試験
片のB粉末塗布部分にレーザビーム(4)を照射し、B
粉末とその直下の基材Aρとを共に溶融した。照射条件
は、出力3kw。
試片移動速度100m/m i n、焦点位置+30、
ビームオシレーション5Hz、5sとした。
レーザビームの照射による溶融後、凝固した試験片の組
織状態を調べたところ、溝部分にはそのほぼ全体にわた
って厚さ約0.35anの合金化層(5)が形成されて
いた。かつこの合金化層の大部分において、AlB2と
推定される角張った比較的大きなAΩ−B系金属間化合
物(平均粒径30μm)が−度溶融したAΩの中に比較
的緻密に分散品出した形態となっていた。
このような部分の平均的な硬さはHv550〜900(
荷重500g)に達した。なお、金属間化合物自体の硬
さはHv2900〜3450(平均HV3150、荷重
100g)と極めて高い値を示した。しかも、合金化層
内及び合金化層と基材Aρ界面では割れ及び気孔の発生
は全く認められなかった。
一方、アルミニウム基材として用いた1070アルミニ
ウム合金単体の硬度を調べたところ、Hv30 (荷重
5Kg)であった。
以上の試験結果かられかるように、本発明によれば、極
めて硬度が高く従って当然に耐摩耗性にも優れた合金化
層を基材表面に有するアルミニウム材料を製造しうろこ
とを確認しえた。
また、合金化層の組織状態から、靭性にも優れたもので
あることを予想しえた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例における合金化の工程を模式
的に示す斜視図である。 (1)基材、(3)・・・B粉末、(4)・・・レーザ
ービーム、(5)・・・合金化層。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. アルミニウムまたはアルミニウム合金基材の表面を、基
    材外部から供給したBとともに局部的に溶融し、もって
    AlマトリックスにAl−B系金属間化合物の晶出した
    硬質合金化層を前記基材の表面に形成することを特徴と
    する耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法。
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