JPH03249185A - アルミニウム及びアルミ合金の表面硬化方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、アルミニウム及びアルミ合金の表面硬化方法
に関する。

［従来の技術］ アルミニウム及びアルミ合金は、鉄鋼材料と比べ、耐摩
耗性に劣るため、局部的に耐摩耗性を付与するなめに、
鉄鋼材料の鋳包みを行っている。

その例として、アルミダイカスト製ロッカア−ムのスリ
ッパ面、アルミ鋳物製ピストンのリングトレーガがある
。ピストンのリングトレーガの場合、鋳包み材のオース
テナイト系鋳鉄にレジスト材）が、母材のアルミ合金鋳
物に比べて熱伝導特性が低いため、トップリング溝部の
温度が高くなりがちで、リングトレーガ近傍の温度上昇
による耐摩耗性の劣化が生じると共に、鉄鋼材料が比重
大であることで全体的に重量増となる。

このため、耐摩耗性を向上させ、しかも熱伝導性の低下
、重量化を避ける技術として、■該当部にＡ　ｊ　２０
３短繊維を添加すべく溶湯鍛造法で強化する方法、■該
当部に耐摩耗性の良いアルミ合金をＭＩＧ溶接法で溶接
肉盛りする方法が提案されている。

しかしながら、これらの方法にはそれぞれ次のような問
題があった。

■の方法は、ピストンの製造方法を重力金型鋳造法から
溶湯鍛造法（スクイズキャスティング法）への変更が必
要であり、金型の変更と同時に鋳造機の新設による設備
投資が大きくなる。

■の方法は、径０．８〜１．６の溶接ワイヤが必要とな
り、このように細径のワイヤを製造するためには、ワイ
ヤの基となるアルミ合金材として細径に線引き可能な伸
びのある材料が必要となるため、合金の種類が限定され
ると共に、セラミックス系の耐摩耗材料を分散させた合
金系では、細径への線引きが困難なため実用に供するこ
とができない。

［発明が解決しようとする課ＷＩＥ 上記従来技術の課題を解決するものとして、「粒子分散
表面被覆層の形成方法」　（特開昭６１−９１３２３号
公報）が提案されている。

この方法は、対象となる部材の表面をレーザビームなど
の高密度エネルギの照射により加熱・溶融して形成され
た溶融ブール（溶融池）内に、７ラズマ溶射等の溶射速
度の速い溶射法によって、微細硬質粒子を投射・注入す
ることで、表面被覆層を形成しようとするものである。

この方法によれば、鋳造方法の変更の必要がなく、また
細径の溶接ワイヤを製造する必要もないので、上記課題
は一応解決されることになる。

しかしながら、この提案の微細硬質粒子としてセラミッ
クス系粒子を用いた場合、母材（アルミ）とセラミック
ス系粒子との“ぬれ性１が悪いため、セラミックス系粒
子がアルミ溶融池の表面に浮上もしくは比重が大きいも
のはアルミの溶融池の下部に沈み、微細粒子を均一に分
散させることが困誼となる。

このため、形成された被覆層の耐摩耗性などの特性が均
一にならす、信頼性に欠けるという問題があった。

そこで本発明は、上記事情に鑑−み、セラミックスの添
加によって耐摩耗性の向上を図り、しかも均一に硬化さ
せることができるアルミニウム及びアルミ合金の表面硬
化方法を提供すべく創案されたものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、セラ
ミックス粒子をアルミで被覆して複合粉体を成形してお
き、アルミニウム或いはアルミ合金の表面に溶接エネル
ギを照射して溶融池を形成し、この溶融池に上記複合粉
体を投入するものである。

上記方法によって、複合粉体が母材によく溶は込み、セ
ラミックス粒子が均一に分散される。

［実施例コ 以下、本発明に係わるアルミニウム及びアルミ合金の表
面硬化方法の一実施例を、添付図面に従って説明する。

まずセラミックス粒子をアルミニウムで被覆して複合粉
体を成形する１本実施例にあっては、アルミの高温状態
で反応しにくいカーバイト系のセラミックス粉体を用い
、第１図に示すように、径５０〜２００μｍのＴｉＣ粒
子１にそのおよそ１／１０の粒径のアルミ粒子（粉末）
２を付着させる。この付着する力は、公知のファンデル
ワールス力によるものである。

このようにアルミ粒子２で囲まれたＴｉＣ粒子１を、２
，０００〜７，０ＯＯｒｐｌの回転翼を備えた容器（図
示せず）の内に入れ、１〜５分間遠心転勤させて、気流
による衝撃力を与える。この衝撃作用により、付着した
アルミ粒子２は、母粒子たるＴｉＣ粒子１に強固に密着
し、第２図に示すように、ＴｉＣの核１がアルミの被膜
３で囲繞された複合粉体（カプセル粉体）４が製造され
る６次に第３図に示すように、この複合粉体４を、粉末
を適宜投入するための粉末供給装置に入れると共に、内
燃機関のピストンなどのアルミ合金鋳物５をＴＩＧ溶接
装置６にセットし、リングトレーガなど硬化すべき箇所
の表面７に、溶接トーチ８を対向させる。そして、溶接
トーチ８を移動させつつアーク照射を行うと同時に、照
射によって加熱・溶融されて形成されたアルミ合金の溶
融池９に、移動方向Ａ前方側から複合粉体４を投入する
。

これで溶融池９には複合粉体４が混入され、これが冷え
固まった後に、適宜ＴｉＣが添加された硬化層１０が形
成される。

このように、ＴｉＣ粒子１をアルミで被覆して複合粉体
４を成形しておき、アルミ合金鋳物５の表面７にＴＩＧ
アークを照射して溶融池９を形成し、この溶融池９に複
合粉体４を投入するようにしなので、アルミ母材への溶
は込み性が良好となり、Ｔ　ｉ　Ｃ粒子１を均一に分散
させることができる。

即ち、複合粉体と母材とのなじみ性は、コーテイング材
としてのアルミニウムと母材としてのアルミ合金との関
係であり、なじみ性が極めて良い。

そして、単一のＴｉＣ粒子を投入した場合はこれら粒子
同士が重なって不均一性を生じるが、複合粉体４とした
ことでＴｉＣ粒子１の間に必ずアルミ層が介在すること
になる。この均一で健全な硬化層１０が形成されること
によって、耐摩耗性の向上が達成される。

なお、複合粉体４を形成するためのカーバイト系のセラ
ミックスとしては、上記実施例のＴｉＣの他、ＮｂＣ，
ＳｉＣ，ＭＯ２Ｃ，ＴａＣなどを使用してもよい。

さらに、本実施例でカーバイト系のセラミックスとした
のは、セラミックスが高温溶融されるアルミと反応して
性質変化が起きるのを避けるなめであるが、アルミとの
反応物を予期し得るものであれば、酸化物系、硼化物系
のセラミックスを使用しても構わない、まなＴＩＧ溶接
の場合は、溶融池の温度は約１，２００°Ｃであるので
、カーバイト系以外の酸化物系、硼化物系を使用しても
アルミとの反応はほとんどない。

また、溶融池９を形成するための溶接エネルギとしては
、上記実施例のＴＩＧ溶接法のほか、レーザ溶接、プラ
ズマ溶接、電子ビーム溶接を用いても構わない。

［発明の効果コ 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を
発揮する。

セラミックス粒子をアルミで被覆した複合粉体を、溶接
エネルギによって形成した溶融池に投入するようにした
ので、セラミックスを均一に分散添加させることができ
、アルミニウム或いはアルミ合金の表面を均一に硬化さ
せて耐摩耗性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるアルミニウム及びアルミ合金の
表面硬化方法の一実施例を説明するための複合粉体の成
形過程を示した断面図、第２図は複合粉体の断面図、第
３図は溶接エネルギの照射及び複合粒子の投入を示した
側断面図である。 図中、１はセラミックス粒子たるＴｉＣ粒子、４は複合
粉体、９は溶融池である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックス粒子をアルミで被覆して複合粉体を成
   形しておき、アルミニウム或いはアルミ合金の表面に溶
   接エネルギを照射して溶融池を形成し、該溶融池に上記
   複合粉体を投入することを特徴とするアルミニウム及び
   アルミ合金の表面硬化方法。