JPH0327887A - 超硬合金皮膜の形成方法 - 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］ 本発明は、金属基材上に超硬合金皮膜を形成する超硬合
金皮膜の形成方法に関するものである。

［従来技術］ ＷＣ，Ｔｉｃ，ＴａＣ等のセラミックスとＣｏ，Ｎｉな
との金属とのサーメットである超硬合金は、硬度が高く
、またセラミックスに比べて靭性が高く、耐摩耗材料と
して優れた性質を備えた材料である。

従来、このような超硬合金の優れた性質に着目し、超硬
合金を利用する技術が開発されているが、その主要なも
のとして、焼結した超硬合金プレートを基材にろう付け
する方法がある。しかしながら、その方法は複雑な形状
を作成することが難しく、摺動部材に使用することが困
難であった。また、ろう付けする超硬合金の厚みをある
程度厚くする必要があり、超硬合金の比重が１３〜１４
というように重いこともあって、全体の重量が増加して
しまう問題もあった。

更に、超硬合金は高価であるので、厚くするとコストア
ップにつながるという問題もあった。

また、他の形成方法として、溶射方法により超硬合金を
基材上に吹き付けそのまま超硬合金皮膜とする方法があ
る。その方法は、基材が複雑な形状物であっても、その
表面に数１０〜数１００μｍの超硬合金皮膜を形成でき
、摺動部材として使用可能であるが、溶射皮膜は超硬合
金粒子を基材上に堆積させたものであり、多くの気孔を
含んでいる多孔質構造のものであるため焼結した超硬合
金に比べて高度も低く、粒子の堆積物であるため超硬合
金粒子間の結合力も低い。従って、摺動などの摩擦によ
り超硬合金粒子が脱落し易く、焼結超硬合金と比較して
、著しく耐摩耗性が悪いという問題があった。

それらの問題を解決するため本出願人は、特開昭６３−
４０７７号公報に基材の表面に超硬合金粒子を堆積させ
、レーザ、電子ビーム、ＴＩＧアーク等の高密度エネル
ギーを照射することによって、超硬合金粒子を液相焼結
させる方法を提案した。この方法においては、複雑形状
物や摺動部材上に高硬度かつ高密度の液相焼結合金を数
１０〜数１００μｍ形成することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、高密度エネルギーとしてレーザを用いる
場合、照射による表面あれが大きく、摺動部材として用
いる場合には表面あれを除去し表面を平滑にするために
１００〜２００μｍの研削代を必要とした。また、超硬
合金はＷＣなとのセラミックスとＣｏなとの金属とのサ
ーメットであり、例えばＷＣは赤外線の吸収率が０．　
　５程度、Ｃｏは０．０５〜０．１であるため、赤外領
域の電磁波であるＣＯ２レーザ，ＹＡＧレーザなどの吸
収効率が悪く加工に大きなエネルギーを必要とする問題
もあった。また、大気中でレーザ照射を行なうと表面に
ＷやＣＯの酸化物が生成されるという問題もあった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、一般的に加工に使用されているＣＯ２，ＹＡ
Ｇなどのレーザ光の発振波長域である赤外領域の電磁波
の吸収効率を向上して、エ？ルギー効率を向上させ、超
硬合金層の表面あれ及び酸化を防止して、表面平滑化の
ために削除される超硬合金層を低減させる超硬合金皮膜
の形成方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の超硬合金皮膜の形成
方法は、金属基材表面に超硬合金粒子を堆積させた後に
、高効率で赤外線を吸収する材料を堆積させ、その上方
からレーザ照射を行なう。

［作用］ 上記の構成を有する本発明は、超硬合金層上に設置され
た高効率赤外線吸収層は、赤外領域の電磁波であるＣＯ
■やＹＡＧなどのレーザ光を吸収し、そのエネルギーに
より発熱し、その下層にある超硬合金層に熱を伝導し、
超硬合金層の温度を液相が生じる温度まで上昇させる。

その後、冷却されることにより液相焼結されるが、高エ
ネルギー密度であるレーザ光を直接受ける層は高効率赤
外線吸収層であるため、レーザ照射により生じるクラッ
クや気孔の浮き上がりによる表面あれは高効率赤外線吸
収層に生じるために、その下層にある超硬合金層には影
響を与えない。すなわち、超硬合金層はその表面がレー
ザ照射前に対して変化のない状態を保つことができる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化したー実施例を図面を参照して説
明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る超硬合金皮膜の形成
方法によって、基材上に形成された超硬合金皮膜層３及
び高効率赤外線吸収皮膜層４の断面図である。構造用炭
素鋼ＳＩＯＣからなる基材１の表面上に＃４６アルミナ
を空気圧５ｋｇｆ／Ｃ一で吹きつけてプラストする。

次にニッケルクロムアルミ複合体を５０μｍ程度の厚さ
で下地溶射を行ない下地層２を形成し、その上層にＷＣ
−１７％ＣＯ超硬合金を１５０〜２００μｍの厚みでプ
ラズマ溶射することにより、超硬合金皮膜層３を作製す
る。さらにその上に高効率赤外線吸収材料であり、また
大気中における軟化あるいは溶融時に安定である酸化物
セラミッ？ス例えばＡｌ２０３　，Ａｌ２０３　−Ｓ　
ｔ０２などを１５０〜２００μｍ程度の膜厚でプラズマ
溶射することにより、高効率赤外線吸収層４を作製する
。Ａ１２０３，Ａｌ■０３−Ｓｉ０２などの酸化物セラ
ミックスは、ＣＯ２レーザの発振波長である１０．６μ
ｍ近傍の波長の電磁波を良く吸収することは、一般的に
良く知られていることである。基材１上に堆積させられ
た超硬合金皮膜層３，高効率赤外線吸収皮膜層４の上方
より第２図に示されるようにレーザ発振器６より９ｍｍ
Ｘ２５ｍｍの楕円形ＣＯ２レーザビーム５を照射させる
ことにより液相焼結を行なう。このレーザビーム５のエ
ネルギー密度は５０００Ｊ／ｃｊ〜１００００Ｊ／ｃｄ
程度で良い。この時レーザビーム５の照射にまり液相を
生じた超硬合金層から、浮き上がってきた気泡は軟化あ
るいは溶融された高効率赤外線吸収層内あるいは超硬合
金層３と高効率赤外線吸収層４との界面に存するように
なるため、超硬合金層３内には存在しない。従って、摺
動部材に用いるように平滑面を必要とする場合は、こ？
気泡などの欠陥を多く内在している高効率赤外線吸収層
４を研削などにより削除することにより得られる。また
、超硬合金皮膜層３と高効率赤外線吸収層４であるＡ１
■０．，Ａｌ２０，−ＳｉＯ２などの酸化物セラミック
スは、いずれもが液相を生じても比重が大きく違うため
に混じり合−うことはない。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、金属基材上に堆積させた超硬合金皮膜層３上に、さら
に高効率赤外線吸収皮膜層４を堆積させ、その上方より
レーザビーム５を照射させて超硬合金皮膜層３を液相焼
結させるので、レーザビーム５の吸収効率が良い。すな
わちエネルギー効率を良くすることができる。また、気
泡などによる欠陥が超硬合金皮膜層３内及び表面に悪影
響を与えないために、表面平滑化により削除される高価
な超硬合金を最小に押えることが可能である。これによ
り、安価かつ短時間で超硬合金皮膜層を基材の上に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第２図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、本実施例の超硬合金層及び高効率
赤外線吸収層の堆積断面図であり、第２図はレーザビー
ムの照射工程の斜視図である。 図中、１は基材、３は超硬合金層、４は高効率赤外線吸
収層、５はレーザビーム、６はレーザ発振器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属基材の表面に堆積させた超硬合金粒子にレーザ
   光を照射し液相焼結させて超硬合金皮膜を形成する超硬
   合金皮膜の形成方法において、前記金属基材表面に堆積
   させた超硬合金粒子の表面に、高効率で赤外線を吸収す
   る材料を堆積させ、その上方からレーザ照射することに
   より超硬合金粒子を液相焼結させることを特徴とする超
   硬合金皮膜の形成方法。 ２、前記超硬合金粒子及び前記高効率赤外線吸収材料を
   金属基材上へ堆積させるのに溶射方法を用いることを特
   徴とする請求項１の超硬合金皮膜の形成方法。 ３、前記高効率で赤外線を吸収する材料を酸化物セラミ
   ックスとすることを特徴とする請求項１の超硬合金皮膜
   の形成方法。