JPH02165884A - 保護皮膜形成法 - Google Patents

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〕 本発明は、保護皮膜形成法に関し、より詳しくはアルミ
ニウムまたはアルミニウムの母材上に耐熱耐摩耗性保護
皮膜を形成する技術に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、自動車、航空機、産業用ロボット等の軽量化を図
るために、基本的には比重の小さいアルミニウムおよび
またはアルミニウム合金を用いながら、このアルミニウ
ムおよびまたはアルミニウム合金の非常に悪い耐熱性お
よび耐摩耗性を補うに必要な部分だけを、脆くて割れ易
いが非常に硬い耐熱耐摩耗性合金を用いる耐熱耐摩耗性
保護皮膜でもって被覆する技術の必要性が高まっている
。

従来、このような耐熱耐摩耗性保護皮膜を形成する方法
としては、次のようなものがある。

■　アルミニウムおよびまたはアルミニウム合金の母材
上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末だけを供給して、この供
給した粉末をレーザビームにより溶融する方法。

■　アルミニウムおよびまたはアルミニウム合金の母材
上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末をスプレー塗布して、こ
のスプレー塗布した粉末をレーザビームにより溶融する
方法。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述されたものにおいて、■の場合には
、アルミニウムまたはアルミニウム合金と較べて耐熱耐
摩耗性合金粉が融点が高く、比重が大きいために、皮膜
形成のために耐熱耐摩耗性合金粉を溶融させるに際して
耐熱耐摩耗性合金（粉）が沈んでしまうこととなり、そ
の結果硬度分布が不均一になるとともに第３図（Ａ）、
（Ｂ）の顕微鏡写真に見られるように割れも多数発生す
るという問題点がある。また、■の場合には、皮膜の硬
度が耐熱耐摩耗性合金に対するアルミニウムまたはアル
ミニウム合金の母材による希釈度に大きく左右されるた
めに、スプレー塗布時に非常に厳密な皮膜厚管理が必要
で製造工程管理が困難であるとともに、工程も溶融工程
の他にスプレー塗布工程が別途必要となって工程が増え
るという問題点がある。

本発明は、これら問題点を解消することを目的とし、製
造工程管理が容易であり、また工程も増えることがない
とともに、硬度分布が均一で割れも発生しない保護皮膜
形成法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述された課題を解決するために、本発明による保護皮
膜形成法は、 アルミニウムまたはアルミニウム合金の母材上に、アル
ミニウム粉およびまたはアルミニウム合金粉と、耐熱耐
摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を含む耐熱耐摩
耗性合金粉とを混合した粉末を供給するとともに、この
供給した粉末を高密度エネルギー熱源により溶融して前
記母材上に耐熱耐摩耗性保護皮膜を形成することを特徴
とするものである。

〔作　用〕

アルミニウム粉およびまたはアルミニウム合金粉と、耐
熱耐摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を含む耐熱
耐摩耗性合金粉とを混合した粉末を溶融させて耐熱耐摩
耗性合金皮膜を形成することにより、軟らかいアルミニ
ウム・マトリックス中に少なくとも均一に析出もしくは
未溶融で残留した耐熱耐摩耗性合金が得られるようにな
る。

〔発明の効果〕

したがって、混合した粉末を溶融させることから皮膜厚
管理は厳しくなく製造工程管理が容易であるとともに、
混合粉末の供給と溶融とは同一工程でできるために工程
も増えることがない。また、軟らかいアルミニウム・マ
トリックス中に耐熱耐摩耗性合金が均一に析出もしくは
未溶融で残留するために硬度分布が均一で割れも発生し
ない保護皮膜が形成される。

〔実施例〕

次に、本発明による保護皮膜形成法の具体的実施例につ
いて説明する。

まず、本発明による保護皮膜形成法の実施例を説明しな
がら、この実施例の実施に際して用いられるクラツデイ
ング装置の一例を第１図を参照しつつ説明する。

図示されていないキャリヤー上に載置されて矢印方向に
移動させられるアルミニウムまたはアルミニウム合金か
ら成る母材１上に設けられて、この母材１上に保護皮膜
であるクラッド層（アロイング層）２を形成するクラツ
デイング装置Ａは、母材１の表面に対して垂直に配され
る筒体３を有している。この筒体３内には、母材１の表
面にレーザビーム４を照射するようにそのレーザビーム
４をフォカッシングする集光レンズ５が設けられている
。また、筒体３の壁部には、同軸状に配された内筒６と
外管７との内外二重管構造でもって構成される給粉ノズ
ル８が傾斜状態で貫設されている。この内筒６の上部に
は、少なくともアルミニウム粉およびまたはアルミニウ
ム合金粉と、コバルト系、鉄系またはニッケル系の耐熱
耐摩耗性合金粉との均一に混合された混合粉末が収納さ
れる図示されていないホッパーに連接されている。また
、外管７の上部人口９は不活性ガスの一種であるアルゴ
ンガスの図示されていない供給源に接続されているとと
もに、１０は上記内筒６によって供給される前記混合粉
末の酸化を防止するために同様に不活性ガスの一種であ
るアルゴンガスを圧送供給するガス供給口である。

前述されたクラツデイング装置Ａでもって、矢印方向に
移動させられるアルミニウムまたはアルミニウム合金の
母材１上に、少なくともアルミニウム粉およびまたはア
ルミニウム合金粉と、コバルト系、鉄系またはニッケル
系の耐熱耐摩耗性合金粉との均一混合粉末を供給しなが
ら、この供給された混合粉末をレーザビーム４により少
なくともアルミニウム粉またはアルミニウム合金粉が溶
融する程度に溶融して母材１上にクラッド層２を形成す
る。このクラッド層２は、非常に軟らかいアルミニウム
粉およびまたはアルミニウム合金粉、と、非常に硬くて
脆いコバルト系、鉄系またはニッケル系の耐熱耐摩耗合
金粉とを均一混合した混合粉末をレーザビーム４で溶融
するために、これら合金粉は軟らかいアルミニウム・マ
トリックス中に均一に析出もしくは未溶融で残留した耐
熱耐摩耗層となる。し°たがって、このようにして形成
されたクラッド層２においては、耐熱耐摩耗性合金によ
る特有の割れの防止を図ることができる。

例えば、純度の貰いアルミニウムから成る母材１に、コ
バルト系耐熱耐摩耗性合金粉であるステライトガ６粉と
純度の高いアルミニウム粉との重量％で５０：５０にな
るような均一な混合粉末を用いて、レーザビーム４のレ
ーザ出力２．５ｋｈ、ビーム径６＋ｙ＋ｍφ、母材１の
移動（処理）速度７００ｍｍ／ｍｉｎ、混合粉末の給粉
１０．２ｇ／ｓの条件で行なったところ、第２図（Ａ）
　、　（Ｂ）の顕微鏡写真かられかるように割れの全く
ないクラッドＮ２が得られた。このクラッドＮ２の分析
結果は、アルミニウムが重量％で６０〜７０％と高（、
ステライト＃６はアルミニウムによって希釈化されては
いるがレーザクラツデイングという冷却速度の速い処理
によって析出されもしくは未溶融となり、いわゆるビッ
カース硬さＨｖ（３００ｇｒ）で約３００程度の硬さが
得られた。なお、純度の高いアルミニウムから成る母材
１の硬さはビッカース硬さＨν８０程度である。

なお、本実施例においては耐熱耐摩耗性合金粉としてコ
バルト系、鉄系またはニッケル系を用いているが、表１
に見られるように銅系の耐熱耐摩合金粉を用いることも
できるとともに、これらコバルト系、鉄系、ニッケル系
および銅系の耐熱耐摩耗性合金のうち２以上を用いるこ
ともできる。また、前述された混合粉末に混入されるア
ルミニウム合金としてはアルミニウム−シリコン−銅が
ある。さらに、前述された混合粉末に耐熱耐摩耗性合金
粉に加えてタングステン−カーボン系、チタン−カーボ
ン系、アルミナ系またはチタン−窒素系の高硬度セラミ
ック粉を混入してもよい。

表１　銅系耐熱耐摩耗性合金の組成（ｗｔ％）但し：こ
の合金粉と高純度アルミニウム粉を９７ｗｔ％：３−ｔ
％の比率で混合してレーザクラツデイングしたところ、
平均 ビッカース硬さＨｖ３００が得られた。

また、本実施例には高密度エネルギー熱源としてレーザ
ビームを用いているが電子ビームを用いてもよい。さら
に、レーザクラツデイング中に溶融池に強固なアルミナ
皮膜が生成されて供給する耐熱耐摩耗性合金粉の溶融池
内部への侵入を妨げるために、このような酸化被膜除去
の目的で、カリウム−フッ素系等のフラックスの使用が
好ましい。

特に、本発明による保護皮膜形成法は、エンジンにおけ
るシリンダヘッド、バルブシートおよびピストンのリン
グ溝部に適用して好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による保護皮膜形成法の実施に際して用
いられるクラツデイング装置の一例の断面図であり、第
２図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明による保護皮膜形成法
により得られた保護皮膜層（クラッド層）の断面顕微鏡
写真および一部拡大顕微鏡写真であるとともに、第３図
（Ａ）　、　（Ｂ）は従来の方法により得られた保護皮
膜層の断面顕微鏡写真およびその一部拡大顕微鏡写真で
ある。 １・・・・・・母材、２・・・・・・クラッド層、３・
・・・・・筒体、４・・・・・・レーザビーム、５・・
・・・・集光レンズ、６・・・・・・内管、７・・・・
・・外管、８・・・・・・給粉ノズル、９・・・・・・
７の上部入口、１０・・・・・・ガス供給口、Ａ・・・
・・・クラツデイング装置。 第１図 第２図 図面の浄書 （Ｂ） 第２ 図面の浄書 （Ｂ） 第３図 第３図 手 続 ネ甫 正 平成 書 （方式） １、事件の表示 ２発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係 住　　　　所 名　　　　　称 ４、代理人 住　　　　所 特願昭６３−３１７３２２号 保護皮膜形成法

Claims (1)

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の母材上に、
   アルミニウム粉およびまたはアルミニウム合金粉と、耐
   熱耐摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を含む耐熱
   耐摩耗性合金粉とを混合した粉末を供給するとともに、
   この供給した粉末を高密度エネルギー熱源により溶融し
   て前記母材上に耐熱耐摩耗性保護皮膜を形成する ことを特徴とする保護皮膜形成法。 ２　前記アルミニウム合金粉は、アルミニウム−シリコ
   ン−銅の合金粉である ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 ３　前記耐熱耐摩耗性合金粉は、コバルト系、鉄系、ニ
   ッケル系および銅系の耐熱耐摩耗性合金粉のうちの１ま
   たは２以上から成る耐熱耐摩耗性合金粉である ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 ４　前記高硬度セラミック粉は、タングステン−カーボ
   ン系、チタン−カーボン系、アルミナ系およびチタン−
   窒素系の高硬度セラミック粉のうちの１または２以上か
   ら成る高硬度セラミック粉である ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 ５　前記高密度エネルギー熱源は、レーザビームまたは
   電子ビームである ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 ６　エンジンにおけるシリンダヘッド、バルブシートま
   たはピストンのリング溝部の製造に請求項１乃至４のい
   ずれかに記載の保護皮膜形成法を用いる ことを特徴とするエンジン製造方法。