JPH02224884A

JPH02224884A - 炭化物のレーザ肉盛り方法

Info

Publication number: JPH02224884A
Application number: JP1043065A
Authority: JP
Inventors: Masami Izuhara; 出原　正己
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1990-09-06

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、レーザ光で金属の表面に炭化物を肉盛りする
炭化物のレーザ肉盛り方法に関する。

（従来の技術）従来から、金属の表面に高硬度の材料を結合する方法の
なかには、プラズマでセラミックや金属の被覆層をつく
る方法や、火焔やレーザ光で硬質金属を肉盛りする方法
などがあり、又、金属系結合材（以下、バインダという
）にＶＣ炭化物やＺｒＯ。

系の酸化物を混ぜてレーザ光でセラミックの被覆層をつ
、くる方法も試みられている。

このうち、プラズマによる方法は、被覆材の種別が限定
されず、酸化物、炭化物、窒化物や金属材料を適宜選択
でき、被覆の緻密性、密着性がよく、耐熱・耐摩耗性も
よい。

一方、レーザ光による方法は、基材の金属表面も溶融す
るので、密着性がよく、膜厚も任意にできる。更に表面
への照射のため、溶融機急冷し、被覆層の結晶は微細と
なり、硬度も上がる。

（発明が解決しようとする課題）ところが、このうちプラズマによる方法は、被覆内に連
通した気泡が残り、製品の稼動中に水分が入ると母材表
面を腐食させるだけでなく、被覆が剥離するおそれもあ
る。

一方、レーザ光による方法は、急冷で被覆層が割れるお
それがある（例えば、結合材にステライトやコルモノイ
などを使ったとき）、そのため、レーザノズルの移動速
度を落して入熱量をあげる方法もとられているが、する
と母材が溶けて被覆の硬度が下がるだけでなく、熱変形
も増える。そこで、割れの少ないステンレス系のバイン
ダが使われるが高硬度の被覆層は得られず、耐摩耗性の
要求に応えられない。

そこで本発明の目的は、母材が歪まず耐候・耐摩耗性の
よい被覆層を得ることのできる炭化物のレーザ肉盛り方
法を得ることである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、金属母材上に炭化物粒子とステンレス粉末の
混合粉を供給し、この上にレーザ光を照射して混合粉を
溶融し、金属母材上に被覆層を形成する金属母材への炭
化物のレーザ肉盛り方法において、上記混合粉にＴｉ、
　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｃｒなどの窒化物生成元素、または
これらの窒化物生成元素とＮ１との合金粉を混入して、
アシストガスとして窒素ガスを供給して被覆層を形成し
たことを特徴とする金属母材への炭化物のレーザ肉盛り
方法である。

（作用）本発明は、低炭素鋼、ステンレス鋼などの割れにくい合
金鋼粉のバインダを使い反応生成しやすい第三元素を添
加して窒化物介在物を生成させ、マトリックスの強化を
図り被覆層表面の亀裂を抑える。一般に、高Ｃｒ系材料
のような硬質金属のバインダを使うと、凝固収縮で割れ
やすく、ことにレーザ光のノズルの速度を上げて入射量
を減らすと、被覆層に割れが発生しやすい９反対に、速
度を下げると、亀裂は減るが、母材からのマトリックス
への希釈率と熱影響が増えて硬度が落ちるだけでなく、
母材が変形し、内部応力も残る。

そこで本発明は、Ｆｅ基、Ｎｉ基、　Ｃｏ基系で比較的
割れにくい材料、すなわち、硬さが少くとも１（ＲＣ≦
４０の材料を金属結合材とし、さらに第三元素として反
応性ガスと反応しやすい金属を添加することで、マトリ
ックス中に硬質反応生成物（例えばＴｉＮ、　ＺｒＮな
との窒化物など）を生成させて、マトリックスを強化す
る。

（実施例）まずステンレス材へＴｉＣ（チタンカーバイド）系材料
を肉盛りする例で説明する。

第１図のように、ステンレス（ＳＵＳ３０４）鋼板１の
表面にレンズ保護用ガス５と反応性ガスとして２（Ｈ１
／＋ｓｉｎの窒素ガス６を流しながら、他方から被覆材
料２を自動粉末供給装置８から窒素ガス９で送り、レー
ザビーム３を照射した。被覆材料２は平均粒径５０−の
ＴｉＣ粒子を７０重量％とステンレス粉３０重量％の総
和に対し、第三元素として重量比で５％のＴｉ粒を加え
た混合粉である。

レーザはＣＯ，レーザ（出力５ＫＩＣＶ）、　　デイフ
ォーカスにより８〜１０閣径、加工速度は０．２〜０．
６ａｍ／ｗｉｎで、被覆層１０の厚みは５００〜６００
−となるように調整して炭化物混合の被覆層ＩＯを形成
させた。結果を第２図に示す、（ａ）は加工速度が０．
４ｍ／＠ｉｎで他は上記条件で行った結果で、被覆層１
２は健全な状態を示している。又、（ｂ）は、被覆材暑
中第三元素なしで（ａ）と同一条件で行った場合を示す
、ステンレス鋼１表面の被覆層１３には肉盛り方向（図
中矢印方向）と直角に割れが発生した。

（ｂ）の条件で加工速度を０．２ｍ／５ｉｉｎにすると
、この割れは発生しなかったが、ステライト系などの硬
質金属系結合材では加工速度を０．１ｍ／ｍｆｎまたは
それ以下にしないとなくならなかった。

上記実施例において、被覆層１０をＸ線回折で測定した
結果、主な結晶はＴｉＣ、丁ＩＮ　（一部Ｔｉ、　Ｎ　
）とマトリックスの金属系であり、反応でＴｉＮ系の生
成が見られた。一方、表面被覆層内のマトリックスの硬
さは、ＴｉＣ７０％、ステンレス粉３０％で１１■。

２５０〜３２０に対し、第三元素を加えた表面硬さはＨ
Ｖ　：　３２０〜４００である。又、加工速度も前述の
ように無添加の約２倍の速度（即ち約１／２のエネルギ
ー人熱量）となり、金属部材の変形もなかった。

なお、被覆層断面のマトリックスの硬さは、被覆層の厚
さ４００〜ＳＯＯ，のとき、表層２０〜３０−がとくに
高く、中はど低かった。

一方、ステライト系金属結合材をステンレス粉に変えて
、安定クラツデイング域である加工速度０．１ｍ／ｗｉ
ｎとすると、　硬さはＨＶで３５０〜５００で母材より
低い、これは、入熱の増加で金属部材の希釈率が増えた
ためである。又、上記被覆の摺動による耐摩耗を調べた
結果、第三元素を添加した方が優れていた。

なお、上記実施例では第三元素にＴｉを用いたが。

窒素ガスと反応し易いＺｒ、　Ｈｆ、　Ｃｒなどでもよ
く、更にこれらの合金でも、これらとＮｉとの混合物で
もよい、上記の実施例の他に、　１２Ｃｒ〜１３Ｃｒ系を主体と
した材料などにも本発明を適用できる。

因みに１２Ｃｒ鋼からなるタービン翼で、最も磨耗しや
すい右端を保護するため、重量比でＴｉＣ７０％。

５ＵＳ３１６Ｌ粉３０％に対し、Ｔｉ粉を３０％添加し
た結果、特にスケール二ロージョンに耐蝕性を示した。

又、厚い被覆層をつくるときには、被覆層表面に更に被
覆層形成方法を繰り返えすことででき、所要の厚みを得
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、金属部材表面に炭化物と金属系
結合材および窒化物生成元素を混合した被覆材料を添加
し、レーザ光を照射することで被覆層内のマトリックス
中にあらかじめ配合した炭化物粒子の他、微細な窒化生
成物を均一に分散させることができ、また、マトリック
スを形成する金属結合材自体は比較的延性に富む材料で
ありながら、マトリックス中に生成した窒化物で自体の
硬度が上がり、耐摩耗性も上がる。

更に、金属系結合材自体の亀裂感受性が低いので、少な
い入熱量ですみ、生産性が上がり５人熱量の減少で変形
も減らすことのできる炭化物のレーザ肉盛り方法を得る
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭化物のレーザ肉盛り方法の一実施例
を示す説明図、第２図は本発明の炭化物のレーザ肉盛り
方法で形成された炭化物肉盛り層を示す斜視図である。１・・・金属母材　　　　２・・・混合粉３・・・Ｌ／
−サ光　　　　６・・・反応ガス１０・・・被覆層

Claims

【特許請求の範囲】炭化物粒子とステンレス粉末の混合粉を金属母材上に供
給し、この上にレーザ光を照射して前記混合粉を溶融さ
せ、前記金属母材に被覆層を形成する炭化物のレーザ肉
盛り方法において、前記混合粉に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒなどの窒化物生
成元素、または、これらの窒化物生成元素とＮｉとの合
金を混合し、アシストガスとして窒素ガスを供給して前
記被覆層を形成させたことを特徴とする炭化物のレーザ
肉盛り方法。