JPH04297566A - 金属材料の表面処理方法 - Google Patents
金属材料の表面処理方法Info
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- JPH04297566A JPH04297566A JP3084641A JP8464191A JPH04297566A JP H04297566 A JPH04297566 A JP H04297566A JP 3084641 A JP3084641 A JP 3084641A JP 8464191 A JP8464191 A JP 8464191A JP H04297566 A JPH04297566 A JP H04297566A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の表面処理方
法に関するものである。
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、科学技術の発達に伴い、現在開発
されているもの以上に高機能な金属材料が要求されてい
る。
されているもの以上に高機能な金属材料が要求されてい
る。
【０００３】例えば、ボイラを圧力容器の内部に収納し
て高圧下でボイラを運転させる加圧流動床ボイラなどを
実現するためには、安価で高温腐食に強い金属材料を開
発することが不可欠とされている。
て高圧下でボイラを運転させる加圧流動床ボイラなどを
実現するためには、安価で高温腐食に強い金属材料を開
発することが不可欠とされている。
【０００４】安価で高温腐食に強い金属材料を得ようと
した場合、安価な金属母材の表面を高温腐食に強い金属
材料で被覆することが一般的であるが、このような被覆
方法の例として従来、不活性ガス雰囲気において安価な
金属母材を高温腐食に強い金属材料の粉末中に入れ高温
で長時間置くことにより安価な金属母材の表面に高温腐
食に強い金属材料を浸透させるという拡散浸透法や、安
価な金属母材の表面に高温腐食に強い金属材料の粒子を
たたき付けることにより安価な金属母材の表面に高温腐
食に強い金属材料の層を形成させるという溶射法などが
ある。
した場合、安価な金属母材の表面を高温腐食に強い金属
材料で被覆することが一般的であるが、このような被覆
方法の例として従来、不活性ガス雰囲気において安価な
金属母材を高温腐食に強い金属材料の粉末中に入れ高温
で長時間置くことにより安価な金属母材の表面に高温腐
食に強い金属材料を浸透させるという拡散浸透法や、安
価な金属母材の表面に高温腐食に強い金属材料の粒子を
たたき付けることにより安価な金属母材の表面に高温腐
食に強い金属材料の層を形成させるという溶射法などが
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の金属材料の表面処理方法には、以下のような問題が
あった。
来の金属材料の表面処理方法には、以下のような問題が
あった。
【０００６】即ち、拡散浸透法では、安価な金属母材及
び高温腐食に強い金属材料が高温に長時間さらされるた
め、安価な金属母材及び高温腐食に強い金属材料の組織
が変質して劣化し、期待どうりの高温腐食に強い材料が
得られないという問題があり、又、溶射法では、安価な
金属母材の表面に形成される高温腐食に強い金属材料の
層が多孔質となり、しかも、高温腐食に強い金属材料の
層の安価な金属母材に対する密着性が悪くて剥がれ易い
ため、やはり期待どうりの高温腐食に強い材料が得られ
ないという問題があり、上記以外の従来行われている被
覆方法にしてもそれぞれ何等かの問題があって加圧流動
床ボイラに適用可能な程度の安価で高温腐食に強い金属
材料は実現されていなかった。
び高温腐食に強い金属材料が高温に長時間さらされるた
め、安価な金属母材及び高温腐食に強い金属材料の組織
が変質して劣化し、期待どうりの高温腐食に強い材料が
得られないという問題があり、又、溶射法では、安価な
金属母材の表面に形成される高温腐食に強い金属材料の
層が多孔質となり、しかも、高温腐食に強い金属材料の
層の安価な金属母材に対する密着性が悪くて剥がれ易い
ため、やはり期待どうりの高温腐食に強い材料が得られ
ないという問題があり、上記以外の従来行われている被
覆方法にしてもそれぞれ何等かの問題があって加圧流動
床ボイラに適用可能な程度の安価で高温腐食に強い金属
材料は実現されていなかった。
【０００７】本発明は、上述の実情に鑑み、安価で高温
腐食に強い金属材料を含めそれ以外にもより高機能な金
属材料を得ることができる金属材料の表面処理方法を提
供することを目的とするものである。
腐食に強い金属材料を含めそれ以外にもより高機能な金
属材料を得ることができる金属材料の表面処理方法を提
供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属母材の表
面に被覆しようとする金属を配置し、次に、被覆しよう
とする金属に金属母材の表面側からレーザーを照射して
、被覆しようとする金属を溶融することにより、金属母
材の表面に被覆しようとする金属の被覆層を形成すると
共に、金属母材と被覆層との間に両者の組織が部分的に
入り混じって境界層を形成し、更に、少なくとも被覆層
から金属母材の表面までの部分を加熱して被覆層から金
属母材の表面までの部分に圧力を加えることにより、被
覆層表面を平滑化すると共に、前記境界層及びその近傍
における金属母材の組織と被覆層の組織とを相互に拡散
させて両者の分布が金属母材側から被覆層側へかけて連
続的な変化を示す境界層のない傾斜機能部を形成するこ
とを特徴とする金属材料の表面処理方法にかかるもので
ある。
面に被覆しようとする金属を配置し、次に、被覆しよう
とする金属に金属母材の表面側からレーザーを照射して
、被覆しようとする金属を溶融することにより、金属母
材の表面に被覆しようとする金属の被覆層を形成すると
共に、金属母材と被覆層との間に両者の組織が部分的に
入り混じって境界層を形成し、更に、少なくとも被覆層
から金属母材の表面までの部分を加熱して被覆層から金
属母材の表面までの部分に圧力を加えることにより、被
覆層表面を平滑化すると共に、前記境界層及びその近傍
における金属母材の組織と被覆層の組織とを相互に拡散
させて両者の分布が金属母材側から被覆層側へかけて連
続的な変化を示す境界層のない傾斜機能部を形成するこ
とを特徴とする金属材料の表面処理方法にかかるもので
ある。
【０００９】
【作用】本発明によれば、金属母材の表面に被覆しよう
とする金属を配置し、次に、被覆しようとする金属に金
属母材の表面側からレーザーを照射して、被覆しようと
する金属を溶融することにより、金属母材の表面に被覆
しようとする金属の被覆層が形成されると共に、金属母
材と被覆層との間に両者の組織が部分的に入り混じった
境界層が形成される。
とする金属を配置し、次に、被覆しようとする金属に金
属母材の表面側からレーザーを照射して、被覆しようと
する金属を溶融することにより、金属母材の表面に被覆
しようとする金属の被覆層が形成されると共に、金属母
材と被覆層との間に両者の組織が部分的に入り混じった
境界層が形成される。
【００１０】更に、少なくとも被覆層から金属母材の表
面までの部分を加熱して被覆層から金属母材の表面まで
の部分に圧力を加えることにより、被覆層表面が平滑化
されると共に、前記境界層及びその近傍における金属母
材の組織と被覆層の組織とが相互に拡散されて両者の分
布が金属母材側から被覆層側へかけて連続的な変化を示
す境界層のない傾斜機能部が形成される。
面までの部分を加熱して被覆層から金属母材の表面まで
の部分に圧力を加えることにより、被覆層表面が平滑化
されると共に、前記境界層及びその近傍における金属母
材の組織と被覆層の組織とが相互に拡散されて両者の分
布が金属母材側から被覆層側へかけて連続的な変化を示
す境界層のない傾斜機能部が形成される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
明する。
【００１２】図１〜図７は、本発明の第一の実施例であ
り、高温腐食に強い金属材料を得る場合を示したもので
ある。
り、高温腐食に強い金属材料を得る場合を示したもので
ある。
【００１３】図１中１は例えば安価な炭素鋼からなるパ
イプ状をした金属母材、２は金属母材１の送り方向１０
上流側に配設され、金属母材１の表面に被覆しようとす
る金属３、例えば、Ｃｒ−Ｍｏ−Ａｌ合金や高Ｃｒ−Ｎ
ｉ合金などの高温腐食に強い金属の粉末を塗付するため
のメタルスプレー装置、４はメタルスプレー装置２より
も金属母材１の送り方向１０下流側に設けられたレーザ
ー照射装置、５はレーザー照射装置４よりも金属母材１
の送り方向１０下流側に設けられた電気炉、６は電気炉
５よりも金属母材１の送り方向１０下流側に設けられた
抜き型である。
イプ状をした金属母材、２は金属母材１の送り方向１０
上流側に配設され、金属母材１の表面に被覆しようとす
る金属３、例えば、Ｃｒ−Ｍｏ−Ａｌ合金や高Ｃｒ−Ｎ
ｉ合金などの高温腐食に強い金属の粉末を塗付するため
のメタルスプレー装置、４はメタルスプレー装置２より
も金属母材１の送り方向１０下流側に設けられたレーザ
ー照射装置、５はレーザー照射装置４よりも金属母材１
の送り方向１０下流側に設けられた電気炉、６は電気炉
５よりも金属母材１の送り方向１０下流側に設けられた
抜き型である。
【００１４】図４中７は被覆しようとする金属３が溶融
され緻密化されてなる被覆層、８は金属母材１と被覆層
７との間に形成される境界層である。
され緻密化されてなる被覆層、８は金属母材１と被覆層
７との間に形成される境界層である。
【００１５】図６中９は図４における境界層８及びその
近傍において金属母材１の組織と被覆層７の組織とが相
互に拡散されてなる傾斜機能部である。
近傍において金属母材１の組織と被覆層７の組織とが相
互に拡散されてなる傾斜機能部である。
【００１６】先ず、安価な炭素鋼からなるパイプ状をし
た金属母材１を回転しつつ送り方向１０へ送り、メタル
スプレー装置２を用いて、金属母材１の表面へ向けＣｒ
−Ｍｏ−Ａｌ合金や高Ｃｒ−Ｎｉ合金などの高温腐食に
強い金属などの粉末を塗付することにより、金属母材１
の表面に被覆しようとする金属３を配置する。
た金属母材１を回転しつつ送り方向１０へ送り、メタル
スプレー装置２を用いて、金属母材１の表面へ向けＣｒ
−Ｍｏ−Ａｌ合金や高Ｃｒ−Ｎｉ合金などの高温腐食に
強い金属などの粉末を塗付することにより、金属母材１
の表面に被覆しようとする金属３を配置する。
【００１７】この時、金属母材１と金属母材１の表面に
配置された被覆しようとする金属３とは、図２・図３に
示すように、両者の組織が完全に分離された状態となっ
ている。
配置された被覆しようとする金属３とは、図２・図３に
示すように、両者の組織が完全に分離された状態となっ
ている。
【００１８】次に、回転しつつ送られている金属母材１
に対し、レーザー照射装置４を用いて金属母材１の表面
側から被覆しようとする金属３へレーザーを照射する。
に対し、レーザー照射装置４を用いて金属母材１の表面
側から被覆しようとする金属３へレーザーを照射する。
【００１９】すると、被覆しようとする金属３はレーザ
ーによって溶融され、金属母材１の表面に、図４・図５
で示すような、被覆しようとする金属３が溶融されて緻
密化した被覆層７が形成され、且つ、金属母材１と被覆
層７との間に両者の組織が部分的に入り混じって組織の
急激な変化がみられる境界層８が形成される。
ーによって溶融され、金属母材１の表面に、図４・図５
で示すような、被覆しようとする金属３が溶融されて緻
密化した被覆層７が形成され、且つ、金属母材１と被覆
層７との間に両者の組織が部分的に入り混じって組織の
急激な変化がみられる境界層８が形成される。
【００２０】被覆しようとする金属３にレーザーを照射
した段階では、金属母材１と被覆層７との間に組織が急
激に変化する境界層８が存在しているので、境界層８の
部分から金属母材１と被覆層７とが剥がれ易く、又、レ
ーザーを照射した際に被覆層７の表面にレーザーの走査
による筋状の凹凸が生じているので凹部から腐食が生じ
易い状態となっている。
した段階では、金属母材１と被覆層７との間に組織が急
激に変化する境界層８が存在しているので、境界層８の
部分から金属母材１と被覆層７とが剥がれ易く、又、レ
ーザーを照射した際に被覆層７の表面にレーザーの走査
による筋状の凹凸が生じているので凹部から腐食が生じ
易い状態となっている。
【００２１】そこで更に、表面に被覆層７が形成された
金属母材１を電気炉５へ導いて、電気炉５で被覆層７及
び境界層８並びに金属母材１を加熱し、加熱された被覆
層７及び境界層８並びに金属母材１を抜き型６へ通して
引抜くことにより、被覆層７及び境界層８並びに金属母
材１表面に物理的な圧力を加える。
金属母材１を電気炉５へ導いて、電気炉５で被覆層７及
び境界層８並びに金属母材１を加熱し、加熱された被覆
層７及び境界層８並びに金属母材１を抜き型６へ通して
引抜くことにより、被覆層７及び境界層８並びに金属母
材１表面に物理的な圧力を加える。
【００２２】すると、図６・図７に示すように、被覆層
７の表面のレーザーの走査による筋状の凹凸が平滑化さ
れ、且つ、前記境界層８及びその近傍における金属母材
１の組織と被覆層７の組織とが相互に拡散されて、両者
の分布が金属母材１側から被覆層７側へかけて連続的な
変化を示す境界層８のない、いわゆる傾斜機能部９が形
成される。
７の表面のレーザーの走査による筋状の凹凸が平滑化さ
れ、且つ、前記境界層８及びその近傍における金属母材
１の組織と被覆層７の組織とが相互に拡散されて、両者
の分布が金属母材１側から被覆層７側へかけて連続的な
変化を示す境界層８のない、いわゆる傾斜機能部９が形
成される。
【００２３】このように、被覆層７及び境界層８並びに
金属母材１表面に物理的な圧力を加えたことにより、被
覆層７の表面が平滑化されるので、腐食の問題が解消さ
れ、又、金属母材１と被覆層７とが傾斜機能部９を介し
て一体的に結合されるので、金属母材１と被覆層７とが
はく離することが防止され、理想的な高温腐食に強い金
属材料が得られる。
金属母材１表面に物理的な圧力を加えたことにより、被
覆層７の表面が平滑化されるので、腐食の問題が解消さ
れ、又、金属母材１と被覆層７とが傾斜機能部９を介し
て一体的に結合されるので、金属母材１と被覆層７とが
はく離することが防止され、理想的な高温腐食に強い金
属材料が得られる。
【００２４】上記方法は連続工程で行われる。
【００２５】又、上記方法はあらゆる金属材料の表面処
理に適応可能であり、高温腐食に強い金属材料に限らず
様々な高機能な金属材料を作ることが可能となる。
理に適応可能であり、高温腐食に強い金属材料に限らず
様々な高機能な金属材料を作ることが可能となる。
【００２６】図８は、本発明の第二の実施例であり、レ
ーザー照射装置４による金属母材１へのレーザーの照射
位置に、被覆しようとする金属３の粉末を送給する粉末
供給装置１１を設けた他は、前記実施例と同様の構成を
備えており、同様の作用・効果を得ることができる。
ーザー照射装置４による金属母材１へのレーザーの照射
位置に、被覆しようとする金属３の粉末を送給する粉末
供給装置１１を設けた他は、前記実施例と同様の構成を
備えており、同様の作用・効果を得ることができる。
【００２７】図９は、本発明の第三の実施例であり、金
属母材１を板状とし、これに伴って、電気炉５よりも金
属母材１の送り方向１０下流側にプレス装置１２を配設
した他は、前記実施例とほぼ同様の構成を備えており、
同様の作用・効果を得ることができる。
属母材１を板状とし、これに伴って、電気炉５よりも金
属母材１の送り方向１０下流側にプレス装置１２を配設
した他は、前記実施例とほぼ同様の構成を備えており、
同様の作用・効果を得ることができる。
【００２８】この場合には、メタルスプレー装置２とレ
ーザー照射装置４は金属母材１の幅方向１３へ走査させ
るようにする。
ーザー照射装置４は金属母材１の幅方向１３へ走査させ
るようにする。
【００２９】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、金属母材１の表面に被覆しようとす
る金属３を配置する方法はメタルスプレーや粉末供給に
限らず溶射やメッキその他の方法を用いても良いこと、
連続工程に限らず不連続工程で実施しても良いこと、金
属母材が板状をしている場合にはプレス装置に代えて圧
延ロールを用いても良いこと、その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。
れるものではなく、金属母材１の表面に被覆しようとす
る金属３を配置する方法はメタルスプレーや粉末供給に
限らず溶射やメッキその他の方法を用いても良いこと、
連続工程に限らず不連続工程で実施しても良いこと、金
属母材が板状をしている場合にはプレス装置に代えて圧
延ロールを用いても良いこと、その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属材料
の表面処理方法によれば、高機能な金属材料を自由に得
ることができるという優れた効果を奏し得る。
の表面処理方法によれば、高機能な金属材料を自由に得
ることができるという優れた効果を奏し得る。
【図１】本発明の第一の実施例の工程全体図である。
【図２】金属母材の表面に被覆しようとする金属を配置
した状態を示す図である。
した状態を示す図である。
【図３】図２の場合における金属母材と被覆しようとす
る金属との組織の状態を示すグラフである。
る金属との組織の状態を示すグラフである。
【図４】図２の被覆しようとする金属にレーザーを照射
した後の金属母材と被覆しようとする金属と境界層との
状態を示す図である。
した後の金属母材と被覆しようとする金属と境界層との
状態を示す図である。
【図５】図４の場合における金属母材と被覆しようとす
る金属との組織の状態を示すグラフである。
る金属との組織の状態を示すグラフである。
【図６】図４の金属母材と被覆しようとする金属と境界
層とに物理的な圧力を加えた後の金属母材と被覆しよう
とする金属と傾斜機能部との状態を示す図である。
層とに物理的な圧力を加えた後の金属母材と被覆しよう
とする金属と傾斜機能部との状態を示す図である。
【図７】図６の場合における金属母材と被覆しようとす
る金属との組織の状態を示すグラフである。
る金属との組織の状態を示すグラフである。
【図８】本発明の第二の実施例の工程全体図である。
【図９】本発明の第三の実施例の工程全体図である。
１ 金属母材
２ メタルスプレー装置３
被覆しようとする金属４
レーザー照射装置５ 電気炉 ６ 抜き型 ７ 被覆層 ８ 境界層 ９ 傾斜機能部 １１ 粉末供給装置 １２ プレス装置
被覆しようとする金属４
レーザー照射装置５ 電気炉 ６ 抜き型 ７ 被覆層 ８ 境界層 ９ 傾斜機能部 １１ 粉末供給装置 １２ プレス装置
Claims (1)
- 【請求項１】 金属母材の表面に被覆しようとする金
属を配置し、次に、被覆しようとする金属に金属母材の
表面側からレーザーを照射して、被覆しようとする金属
を溶融することにより、金属母材の表面に被覆しようと
する金属の被覆層を形成すると共に、金属母材と被覆層
との間に両者の組織が部分的に入り混じった境界層を形
成し、更に、少なくとも被覆層から金属母材の表面まで
の部分を加熱して被覆層から金属母材の表面までの部分
に圧力を加えることにより、被覆層表面を平滑化すると
共に、前記境界層及びその近傍における金属母材の組織
と被覆層の組織とを相互に拡散させて両者の分布が金属
母材側から被覆層側へかけて連続的な変化を示す境界層
のない傾斜機能部を形成することを特徴とする金属材料
の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3084641A JP2982355B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 金属材料の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3084641A JP2982355B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 金属材料の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04297566A true JPH04297566A (ja) | 1992-10-21 |
| JP2982355B2 JP2982355B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=13836320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3084641A Expired - Fee Related JP2982355B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 金属材料の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2982355B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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