JPH02225678A - レーザ処理用粉末 - 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 この発明はレーザを用いて金属基材上に他の金属等を肉
盛したつあるいは合金化したりする際に、肉盛材料もし
くは合金化材料として用いられる粉末に関するものであ
る。

従来の技術 最近に至り、自動車部品等においては、鋳鉄やアルミニ
ウム合金等からなる基材の一部の耐摩耗性や耐熱性等を
改善するために、基材上に異種金属をレーザによって肉
盛したりあるいは合金化したりすることが行なわれるよ
うになった。このようなレーザ肉盛処理もしくはレーザ
合金化処理（これらを総称してこの発明ではレーザ処理
と称するものとする）においては、基材上の必要部位に
肉盛材料もしくは合金化材料を供給しつつ、あるいは予
め肉盛材料もしくは合金化材料を配置しておき、その上
からレーザを照射して肉盛材料もしくは合金化材料を溶
融させ、その材料を基材上に肉盛するかまたは基材の表
面層と合金化させる。

ところでこのようなレーザ処理においては、レーザとし
ては一般に炭酸ガスレーザを用いることが多い。炭酸が
スレーブの波長は赤外領域であるため、通常の金属表面
ではレーザエネルギの吸収効率が極めて悪く、与えたレ
ーザエネルギの数％程度しか吸収されない。しかしなが
ら粉末であれば多重反射により大幅に吸収効率が向上す
ることが知られており、そこで一般に肉盛や合金化等の
レーザ処理用材料としては粉末を用いるのが通常である
。

上述のように粉末をレーザ処理用材料として用いて炭酸
ガスレーザによりレーザ処理を施す場合、粉末が微細な
ほどレーザエネルギ吸収効率が高くなって、処理に必要
なパワーも少なくなることがｉｔ　Ｈされている。、す
なわち第３図は、種々の粒径の肉盛用粉末を用いて炭酸
ガスレーザにより肉盛した場合の肉盛ビード形成に必要
なエネルギ（レーザ出ｈ）を調べた結采を示す。なおこ
こで肉盛用粉末としてはＣＬＪ−２０％Ｎｉ−３％５ｉ
−１，５％Ｂを用い、肉盛される基材としては５４５Ｃ
を用いて、ビード＠５闇、ビード高さ最大ｉ、０履のビ
ードを形成するべく、’２！ｌ！理速度６００制／ａも
しくは４００闇／′和にて肉盛を行なった。第３図から
、肉盛用粉末が微細なほど肉盛ビード形成に必要な１ネ
ルギが少なくて済むことが明らかであり、このことは肉
盛用粉末が微細なほどレーザエネルギの吸収効率が高い
ことを意味している。

発明が解決しようとする課題 前述のようにレーザ吸収効率を高めて、少ないエネルギ
で肉盛や合金化等のレーザ処理を行なうためには、ｔ８
浬用材料の粉末として＠細なものを用いることが好まし
いが、実際の量産ベースの操業において粉末を天吊に取
扱う場合、微細な粉末では飛散しやすくなり、また粉末
の流動性も悪くなる。そのため、微細な粉末を用いれば
、基材上に粉末を供給する際に粉末が飛散してＯスが大
きくなるとともに周囲の機器の故障を沼いたり、また流
動性が悪いために円滑に一定流吊で粉末を供給できなく
なって安定に肉盛ビードや合金化処理層を形成できなく
なったりする問題が発生する。

したがって微細な粉末を用いるにも限界があり、通常は
１００メツシユ〜３５０メツシユ（２５翔〜　１０５顯
）程度の節回の比較的大径の粉末を使用せざるを得なか
ったのが実情である。そのため幅広く処Ｉｇ！する場合
等にＪ３いては、高い出力のレーザを用いなければなら
ず、エネルギコストが高くならざるを得なったのである
。

一方、レーザの出力不足を補う手段としては、粉末表面
を酸化させたりグラフ１イトを塗布し！こりする方法も
あるが、これらの方法は肉盛じ−ドや合金化処理層に欠
陥が生じ易くなり、品質上問題が生じる。

この発明は以上の事情を背酬としてなされたもので、粉
末の取扱い上の問題を招くことなくかつ処理層の欠陥の
発生をＪＥ　＜ことなく、粉末のレーザエネルギ吸収効
率を高め、これにより低いエネルギで肉盛や合金化など
のレーザ処理を行ない得るようにしたレーザ処理用粉末
を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この発明のレーザ処理用粉末においては、基本的には比
較的大径の粒子の表面に＠細粒子を分散・付着させた複
合粉末とすることによって、上述の課題を解決している
。

具体的には、この発明のレーザ処理用粉末は、粒径が２
０〜２００！ｌＩＩのＶ、回内の本体粒子の表面に、粒
径が０．１〜１０ＩＪａの範囲内の微細粒子が分散して
付着した複合粒子からなることを特徴とするものである
。

作　　　用 この発明のレーザ処理用粉末は、粒径が２０〜２００ｔ
ｉａの範囲内の本体粒子の表面に、粒径０．１〜１０μ
ｍの微細粒子が分散して付着した複合粒子とされている
。すなわち比較的大径の本体粒子の表面に微細粒子がサ
テライト状（衛星状）に分散した状態で付着したものと
なっている。本体粒子表面の微細粒子は、レーザ処理時
に多重反射を生ぜしめて、レーザエネルギの吸収効率を
高める作用を果たし、したがって粉末全体としてのレー
ザエネルギ吸収効率も良好となる。一方本体粒子は比較
的大径であるため、全体としての複合粒子も比較的大径
であり、そのため飛散しにくく、また粉末の流動性も良
好である。なおこの複合粒子は、表面に微細粒子が分散
状態で付着して表面が凹凸状となっているから、同じ径
の球形粒子からなる粉末と比較すれば粉末の流動性が劣
りはするが、その流動性低下の程度は少なく、０．１〜
１０６程度の微細粒子をそのまま用いた場合と比較すれ
ば格段に粉末流動性が良好であり、実操業上特に支障は
ない。

ここで、本体粒子の表面に付置している微細粒子の径が
１０ｍを越える場合には、レーザエネルギ吸収効率を充
分に高めることができず、一方０．１趨未満の超ｍ細な
粒子はでの製造が困難となって粉末製造コストＳ嵩むか
ら、微ｌＦ！粒子の径は０．１＝１０ｍの範囲内に限定
した。また本体粒子の径が２０／Ｊｍ未溝の場合には粉
末の流動性が悪化するとともに飛散しやすくなり、一方
２００ａｘを越える粗大な粒子となれば、表面に微細粒
子が付着していてもレーザエネルギ吸収効率が低くなっ
てしまうから、本体粒子の径は２０〜２００ａｍの範囲
内とした。

なＪｊ本体粒子の形状は、粉末の流動性等の点からは球
状ｂ＋、＜は球状に近い形状とすることが好ましい。

また本体粒子の表面に微細粒子を分散・付着させるだめ
の具体的方法は任意であるが、例えばメカニカルアロイ
ング法やアトマイズ時付菩法等を適用することができる
。前音のメカニカル７０イング法は、粗い本体粒子の粉
末と微細粒子の粉末とを混合し、機械的にこすり合わせ
ることによって付着させるものであり、具体的には、例
えば非磁性容器内に粗い本体粒子の粉末と微細粒子の粉
末、およびａ製の多数のビンを混合して収容し、容器外
から磁界を加えるとともに磁界の向きを交番的に変イヒ
させることによって粉末中のｆｌＡ製のビンを振動させ
、この鋼製のビンの振動により粗い本体粒子と微細粒子
とをこすり合わせ、機械的に付呑させる方法である。ま
た後者のアトマイズ時付着法は、粗い本体粒子をガスア
トマイズ法よって製造する際に、そのアトマイズ直後の
半溶融状態の本体粒子アトマイズ流に対して微ａ粒子粉
末を噴霧し、半溶融状態の本体粒子に微細粒子を付着さ
せるものである。

さらに本体粒子とその表面の微細粒子に用いる材料の種
類は特に限定されるものではないが、通常のレーザ肉盛
もしくはレーザ合金化処理では、その肉盛や合金化の目
的に応じた金属もしくは合金を用いれば良い。そしてま
た本体粒子の材料とその表面の微細粒子の材料は、同一
の材料を用いるのが一般的であるが、場合によっては異
１ａ材料であっても特に支障はない。

実　　施　　例 Ｃｕ−２０ｗｔ％Ｎ　ｉ　−３ｗｔ％Ｓ　ｉ　−ｉ、ｓ
ｖｔ％Ｂからなる成分組成を有しかつ粒径が３０〜ｉ　
００ＩＪＩｌの球形をなす本体粒子の表面に、同じ成分
組成を有しかつ粒径が０．１〜５ｍのｉ細粒子を分散状
態で付着させた複合粒子からなるこの発明の一実施例の
レーザ肉盛用粉末を用意した。この粉末の外観形状を模
式的に第１図に示す。第１図において１は本体粒子、２
は微細粒子、３は複合粒子である。

なおこの複合粒子からなる粉末全体の粒度範囲は１００
メツシユ〜＋２８（ｌメツシュである。なおまた、この
複合粒子粉末における本体粒子の粉末は、ガスアトマイ
ズ法によって製造し、また微細粒子の粉末もガスアトマ
イズ法によって製造し、さらに微細粒子を本体粒子の表
面に付着させる手段としでは１１ｆｉ述のメカニカルア
ロイング法を適用した。

比較例としで、前記と同じ成分組成を有する球形のレー
ザ肉盛用粉末を用意した。この比較例の粉末も、ガスア
トマイズ法によって製造したものであり、その粒度範囲
は実施例と同じ＜　−１００メツシコゝ＋２８０メツシ
ユである。

以上のような実施例および比較例のレーザ肉盛用粉末を
用いて円環状のテストピースの表面に環状にビードオン
プレートでレーザ肉盛する実験を行なった。なお肉盛条
件は、炭酸ガスレーザを用いてレーザ出力３．２鳩、レ
ーザビーム幅５酎、処Ｆ！速度６００ｍｍ／菌として、
実施例の粉末と比較例の粉末ともに同じ条件とした。

上記のレーザ肉盛試験の結果、この発明の実施例の粉末
を用いた場合には完全な肉盛ビードを形成することか゛
できたが、比較例の粉末を用いた場合には、レーザ出力
が不足して不完全など一ドしか形成されなかった。

また実施例の粉末および比較例の粉末について、その流
動度を調べた結果を第２図に示す。

第２図から、実施例の粉末の流動度の低下は比較例の粉
末の約５〜１０％程度に過ぎず、実操業上特に問題がな
いことが確認された。

なお実施例ではレーザ肉盛の場合についてのみ示したが
、レーザ合金化９８浬の場合にも同様な効果が得られる
ことは勿論である。

発明の効果 この発明のレーザ処理用粉末は、その粒子が、比較的大
径の本体粒子の表面に微細粒子を分散状態で付着した構
成の複合粒子とされているため、レーザ肉盛もしくはレ
ーザ合金化処理等のレーザ５Ｉ！！即時におけるレーザ
エネルギ吸収効率が高く。

そのためレーザ出力を従来よりも低くして、エネルギコ
ストを低減させることができるとともに、粉末が飛散し
やすかったり流動性が劣ったりすることもないため、粉
末の取扱い上も特に問題が生じることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のレーザ処理用粉末を模式
的に示す略解図、第２図は実施例および比較例の粉末の
流動度を比較して示すグラフ、第３図は粉末の粒度が内
諾ピード形成のために必要なレーザ出力に及ぼす影響を
示すためのグラフである。 １・・・本体粒子、　２・・・微細粒子、　３・・・複
合粒子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粒径が２０〜２００μｍの範囲内の本体粒子の表面に、
   粒径が０．１〜１０μｍの範囲内の微細粒子が分散して
   付着した複合粒子からなることを特徴とするレーザ処理
   用粉末。