JPH0480987B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、通常の金属材料上に任意の組成の表
面被覆金属層を作成する方法の改良に関するもの
である。

［従来の技術］ 元来、金属材料が具備することを要求される特
性の中には、金属材料の表面層のみが保有してい
れば十分であつて必ずしも金属材料全体が備えて
いる必要のない性質がたくさんある。このような
特性を金属材料の表面に付与する表面被覆層の作
製方法としては、溶融メツキ、化学メツキ、電気
メツキ、拡散浸透メツキ、気相メツキ、真空メツ
キ等の各種メツキ法あるいは溶射方法などが公知
である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これら従来の方法で被覆できる
金属の多くは単体もしくは含有元素数の少ない合
金であり、かつ被覆できる金属の種類に限界があ
る。また、多くの場合、これらの方法によつて形
成された被覆は欠陥の密度が高く、均一被覆とは
なり難い。さらに下地金属材料との密着性が不十
分なことも多い。

したがつて、従来の方法で作製された表面被覆
層には、高耐食性、高強度、高靱性を期待するこ
とは困難である。

［問題点を解決するための手段］ ところで、レーザービーム、電子ビーム等の高
エネルギー密度ビームは、連続ビーム、パルスビ
ームのいずれでも、エネルギー密度と照射時間を
適当に制御することによつて、どのような表面金
属層であろうと局所的に溶融することができる。
したがつて、あらかじめ必要な成分の金属をたと
え多用で不均一であつてもまた数層であつても、
下地金属表面に密着させたのち、高エネルギー密
度ビームを照射して、必要な場合は下地金属の一
部も含めて、所定の深さ溶融すると、必要な組成
の溶融合金が生成する。この溶融合金の体積は、
きわめて小さいのでその部分に高エネルギー密度
ビームを照射されなくなるとまわりの固体金属に
溶融合金の熱が奪われて急冷されるので、溶融状
態の組成のまま急冷されて固体となる。

本発明者らはこのような高エネルギー密度ビー
ムの特性を活用して、下地金属にあらかじめ必要
な成分を含む金属を密着させ、これに高エネルギ
ー密度ビームを照射させることにより、下地金属
に密着して所定の組成と厚さを有する金属層を作
りうることを見出し、先に出願した（特願昭56−
37898号及び特願昭59−93901号）。

特願昭56−37898号の発明は、要すれば被覆金
属を下地金属材料の表面に密着させ、高エネルギ
ー密度ビームを照射して溶融・合金化させ、下地
金属材料の表面を被覆するものである。

また、特願昭59−93901号の発明は、この特願
昭56−37898号の方法において、被覆金属を下地
金属材料表面に密着させた段階でまず加熱し、こ
れによつて被覆金属を下地金属に接合しておき、
しかる後、高エネルギー密度ビームの照射を行う
ようにしたものである。（さらに、必要に応じ、
両者の接合性を高める金属を介在させる。） このような先願をベースとしつつ本発明者らが
更に研究を行つた結果、高エネルギー密度ビーム
を照射し被覆金属を溶融した後冷却し合金化させ
た部分に、更に、高エネルギー密度ビームを照射
し、再度溶融、凝固せしめることによつて組成と
厚さがより均一で耐食性等の諸特性により優れた
被覆金属層を形成し得ることを見出した。

本発明は、かかる知見に基いて完成されたもの
であり、第１の発明は 被覆金属を下地金属材料の表面に密着させ、こ
れに高エネルギー密度ビームを照射して溶融・合
金化させ、下地金属材料の表面を被覆する方法に
おいて、該合金化された部分の少なくとも一部
に、更に、高エネルギー密度ビームを照射して再
度溶融させ溶融・合金化層の組成及び／又は厚さ
を調整する再溶融操作を１回又は２回以上施すこ
とを特徴とする表面被覆金属層の作成方法、 を要旨とするものである。

また、第２の発明は、第１の発明において、被
覆金属を下地金属材料に予め加熱接合させた後、
高エネルギー密度ビームの照射を行うようにした
ものである。

さらに、第３の発明は、第２の発明において、
被覆金属と下地金属との接合性を高める層を介在
させて、両者の加熱接合を行うよう構成したもの
である。

［作用］ レーザービーム、電子ビームなどの高エネルギ
ー密度ビームは、対象となる金属全体を溶融する
ことなく、表面の限られた体積をきわめて短時間
に溶融できるため、溶融部の熱は加熱されていな
いまわりの固相によつて速やかに吸収される。こ
のように、高エネルギー密度ビーム処理は、液体
を急冷するため組織の均一な固溶体を作製するの
はきわめて適した方法である。しかし、不均一な
固相の溶融均一化を目的として１箇所を長時間溶
融すると、溶融部の深さが深くなることによつて
下地金属が多量に溶融部に溶け込むと共にクロム
など蒸発しやすい元素が多量に失われる。従つ
て、平均組成の変動を避けて所定の組成と厚さの
表面被覆金属層を得るには、高エネルギー密度ビ
ームの特徴を活用した短時間の溶融が望ましい。

一方、本発明者らが先に出願した特願昭56−
37898、59−93901の方法に従つて、炭素鋼のよう
な実用金属にステンレス鋼、ニツケル基合金ある
いはコバルト基合金の被覆層を形成する場合、ク
ロム、モリブデン、ニオブ、ニツケル、コバルト
などステンレス鋼、ニツケル基合金やコバルト基
合金を構成する成分を、メツキ法を初めとする
種々の方法により炭素鋼上に予め被覆し、これに
高エネルギー密度ビームを照射する。

この場合、高エネルギー密度ビームを照射する
と、予め準備した被覆金属薄層と下地金属の一部
を溶融することはできるが、溶融部の完全な均一
化を図るための長時間のビーム照射は、溶融部の
平均組成を変えてしまうため行えない。このため
短時間のビーム照射によつて形成される表面被覆
金属層は、平均組成に対応した通常の金属材料の
耐食性を示すほどの均一性は備えていない。

本発明方法においては、下地金属に予め金属層
を形成させた後、被覆照射体の表面に複数回ビー
ム照射処理を施して溶融→凝固を繰り返し行うこ
とによつて、組成と厚さが理想に近い均一な表面
被覆金属層を得ることができる。

［発明の構成の詳細な説明］ 以下本発明の構成をさらに詳細に説明する。

特定の性質を備えた表面は、しばしば複雑な表
面組成で実現する。従つて、単純な実用金属材料
を下地金属として、このような複雑な組成の均質
な表面被覆を実現するには、下地金属に予め必要
な組成の被覆金属層を密着させておく。

この被覆金属を密着させる方法としては、下地
金属上に、 金属粉を塗付する。

適度な粘着性を有する又は発現し得るバイン
ダーを金属粉末の併用して金属粉末を振り掛け
る。

メツキ法や溶射法などにより金属層を形成す
る。（メツキ法としては、溶融メツキ、化学メ
ツキ、電気メツキ、拡散浸透メツキ、気相メツ
キ、真空メツキ等の各種メツキ法が用いられ
る。） 金属薄板を下地金属に重ねて真空中、不活性
気体中をはじめとする各種雰囲気中で加熱し
て、金属薄板を下地金属に接合させる。

などの方法が採用できる。

なお、この被覆金属の付着工程の後に行う高エ
ネルギー密度ビームの照射を大気中で行う場合に
は、照射される金属の酸化を防止するために、通
常、窒素ガス等の不活性ガスを金属に吹き付けな
がら行う。また、後述するように、高エネルギー
密度ビームを照射する場合、被照射体たる金属を
移動させることがある。この不活性ガスを吹き付
けることあるいは金属を移動することによる表面
塗付金属粉の飛散は、流動パラフインなど適当な
液体バインダーで適度の湿り気を持たせ金属粉を
下地金属表面に塗付するか、又は上記液体で濡ら
した下地金属表面に振り掛けることによつて防止
できる。更に必要な場合にはこれらを乾燥あるい
は熱処理することによつて、下地金属表面に金属
粉を密着させて飛散を防止する。また金属粉を数
層塗付すること、各種メツキ法、溶射法その他の
方法のうち一つの方法あるいは二つ以上の方法に
よつて多層被覆すること、金属被覆と金属粉塗付
を共に行うことなどは高エネルギー密度ビーム処
理には好適であつて何ら支障はない。

本発明において、被覆金属の種類は特に限定さ
れるものではなく、下地金属の表面に所望の物性
（耐食性、耐熱性、硬度等）を与え得るように選
定すれば良い。また、本発明方法によれば、下地
金属を非晶質合金で被覆することも可能である。

なお、表面被覆非晶質合金層の作成のための溶
融急冷による非晶質化には、合金が一種あるいは
二種以上の半金属を含むことがしばしば必要であ
る。したがつて、本発明にいう被覆金属には、金
属に限らず半金属が含まれることがあり、時には
非金属が含まれることがある。更に、これら半金
属及びクロムなど一般に蒸気圧が高くまた容易に
酸化されやすい元素は、溶融時に蒸発及び酸化に
よつてその一部が失われるので、このような元素
の添加が必要な場合には、あらかじめ塗付あるい
は被覆する金属層には蒸発および酸化によつて失
われる量を推定して過剰にこのような元素を添加
しておくことが必要な場合もある。また、高エネ
ルギー密度ビームの照射条件によつては照射中に
下地金属の一部が溶融して、溶融部に下地成分が
混入してくることもあるのでこれを勘案するのが
好ましい。

本発明においては、上述のようにして下地金属
上に被覆金属を密着するように付着せしめた後、
適当なエネルギー密度に制御したレーザービー
ム、電子ビーム等の高エネルギー密度ビームを照
射する。

この照射を行うに際しては、パルスビームを照
射するか、あるいは連続ビームを照射する場合に
は高エネルギー密度ビームか又は被照射体である
金属材料を所定の速度で移動する。このようにす
れば金属表面を同ビームで加熱して溶融する体積
を制御することができ、あらかじめ塗付あるいは
被覆してある金属層をまた必要な場合には下地金
属の一部所定の厚さの部分をも含めて、溶融、合
金化ならびに均質化することが極めて容易になさ
れる。

溶融体積の制御は、塗付層あるいは被覆層が下
地金属材料の一部と合金化する程度を制御するこ
とに相当し、したがつて生成する表面被覆層の厚
さならびに組成を制御し、併せて表面被覆層の下
地金属層との密着性を保証する。このことによつ
て、所定の組成と性質を保有し、かつ下地金属材
料と密着した均一な表面被覆金属層を所定の厚さ
に作成し得る。

特許請求の範囲第１項に記載した第１の発明に
おいては、あらかじめ被覆した金属と下地金属の
一部を同時に溶融し、合金化するように高エネル
ギー密度ビームの照射を行うのが好ましい。これ
は次の理由による。即ち、あらかじめ塗付あるい
は被覆した金属と下地金属の一部を同時に溶融し
て合金化することを行わず、あらかじめ被覆した
金属のみを溶融する場合には、生成する表面被覆
層が下地金属層から剥離し易く、下地金属層に密
着した表面被覆金属層の作製が困難になるだけで
なく、特に表面被覆非晶質金属層を作製する場合
には、これに必要な溶融金属を急冷するための、
溶融金属から下地金属への熱伝導が不十分になる
からである。急冷を行うには、溶融体積と溶融時
間を制御して、周辺金属の昇温を避けると共に、
溶融部への入熱を制御すれば良い。これによつ
て、溶融後溶融部に比べて大きな体積をもつ周辺
の金属への熱伝導による溶融部の急冷が実現され
る。

なお、被覆する金属と下地金属表面の所定の厚
さの部分とを、高エネルギー密度ビームで同時に
溶融して生じる溶融合金の組成が、急冷すること
によつて非晶質合金になるように、あらかじめ調
整しておくことによつて、所定の組成と性質を保
有し、かつ下地金属と密着した均一な表面被覆非
晶質合金を所定の厚さに作成し得る。

また、高エネルギー密度ビーム照射によつて溶
融生成した融液が、溶融状態から急冷することに
よつて非晶質合金となり得る組成であつても、非
晶質合金を得ることが目的でなく、結晶質合金被
覆の生成を目的とする場合には、溶融部周辺の固
体金属の昇温を避けるという溶融部の急冷非晶質
化の前提条件が不必要となる。この場合には、非
晶質合金層作成に比べて、大きな溶融体積および
長い溶融時間となるように制御すれば良い。

本発明においては、高エネルギー密度ビームの
照射に先立つて、真空中あるいは不活性気体中を
はじめとする各種雰囲気の中で加熱することによ
つて被覆金属と下地金属を接合させても良い。

このような、特許請求の範囲第２項に記載した
第２の発明方法は、薄板状の被覆金属を用いる場
合に適用するに好適である。このようにすれば、
ひきつづき行う高エネルギー密度ビーム照射の
際、上記被覆金属薄板が下地金属から剥離せず、
かつ高エネルギー密度ビーム照射によつて生ずる
溶融部の熱が下地金属にも十分に吸収されるよう
になる。そして、さらに、高エネルギー密度ビー
ムを照射する際、被照射体あるいはビームを移動
させて、被照射体表面の局部へのビーム照射時間
を制御することによつて、溶融層の厚さ、組成、
溶融時間を制御して溶融急冷をすることにより所
定の組成と厚さの均質な表面被覆金属層を容易に
作製することが可能とされる。

これを次に補足的に説明する。

あらかじめ貼り付けておく金属薄板の平均組成
は、高エネルギー密度ビームを照射したとき金属
薄板を溶融・急冷することによつて均一化する
か、あるいは下地金属の一部も含めて溶融・合金
化し、急冷することによつて均一化すれば、所定
の組成の表面層になるように決めておく必要があ
る。また、これに表面から高エネルギー密度ビー
ムを照射する場合、金属薄板の下地金属に対する
密着性が不十分であると高エネルギー密度ビーム
照射による熱はほとんどすべて金属薄板にのみ吸
収され下地金属には伝わらないため、表面金属薄
板のみが溶融し表面張力で丸くなるため表面被覆
層が得られない。

したがつて本発明き第２の発明においては高エ
ネルギー密度ビーム照射処理前に金属薄板を下地
金属に重ねて、真空中あるいは不活性気体中で金
属薄板の融点近傍あるいは融点以上にまで加熱し
て、金属薄板と下地金属の境界には両者の合金層
が生ずる程度に接合させておく。

この第２の発明において、連続ビームを用いる
場合には、金属薄板を接合した被照射体に被照射
体かビームのいずれかを移動させつつ高エネルギ
ー密度ビームを照射して被照射体表面を走査し、
走査速度を制御することによつて溶け込み深さ、
したがつて合金化の程度を制御すると共に、急冷
を保証し溶融合金が均質のまま固相となることを
実現する必要がある。

本発明においては、下地金属と被覆金属との間
に、両者と高温で接合し易く両者の接合性を高め
る金属を介在させ、下地金属、介在金属及び被覆
金属を加熱接合させた後、高エネルギー密度ビー
ムの照射を行つても良い。

この、特許請求の範囲第３項に記載した第３の
発明について次に説明する。

上記第２の発明において、金属薄板と下地金属
を真空中あるいは不活性気体中で加熱して接合す
る場合、必要な接合が実現するかどうかは両者の
濡れ性、両者の間に固溶体ができやすいかどうか
など複雑な要因に左右される。このため例え金属
薄板を十分に溶融させるほど加熱しても下地金属
との間に必要な接合が実現しない場合もあり、ま
た両者の間に合金が生ずることがかえつて両者の
境界を不連続なものとしてしまい、結果として上
記金属薄板の厚さが不均一になつてしまう場合も
ある。

したがつて本発明の第３の発明においては、金
属薄板と下地金属の両者と高温において接合しや
すい金属を介在させておく。具体的には、例え
ば、この介在金属をあらかじめ下地金属に薄く被
覆しておく。そして、この介在金属を挟むように
して金属薄板と下地金属との加熱接合を行い、し
かる後高エネルギー密度ビーム照射処理を行う。

なお第２および第３の発明において下地金属と
金属薄板を加熱接合する際、流動パラフインのよ
うな粘性のある液体を下地金属に塗付し、これに
金属薄板を重ねておくと、真空にしたり不活性ガ
スと置換したり加熱したりする際、下地金属から
金属薄板が脱落し難く取扱いが容易になると共
に、加熱によつて蒸発して還元性雰囲気を作るた
め接合に有効に働くなど利点があり、またフラツ
クスを用いることも有効である場合がある。従つ
て必要に応じて粘性液体やフラツクスの塗付を行
うことあるいは、下地金属に金属薄板を点溶接し
ておくことが望ましい。

また、本発明の第３の発明において、下地金属
にあらかじめ金属を被覆する方法には溶融メツ
キ、化学メツキ、電気メツキ、拡散浸透メツキ、
気相メツキ、真空メツキ等の各種メツキ法あるい
は溶射法など下地金属に別種金属を薄く被覆する
方法であればどのような方法も採用し得る。

而して、本発明においては、高エネルギー密度
ビームを利用し、叙上の如くして下地金属表面に
金属被覆を形成した後、更に高エネルギー密度ビ
ームをこの被覆金属に向けて照射して溶融→凝固
を１回又は２回以上行う。このような再照射処理
を１回又は２回以上施すことにより、組成と厚さ
が理想に近い均一な表面被覆金属層を得ることが
できる。

なお、高エネルギー密度ビームの照射は、ビー
ムの照射エネルギーを制御しながら行う。

このビームの照射によつて生じた溶液は、これ
を急冷して非晶質のものとすることもでき、また
徐冷して結晶化せしめても良い。

冷却速度を調節するには、第１の発明の説明に
おいて詳述した様に、溶融体積と溶融時間を制御
すれば良い。

本発明において、金属薄板を用いて下地金属を
被覆する場合に、この薄板が複雑な組成のもので
あつて、溶解、鋳造、鍛造、圧延のような通常の
工程によつては金属薄板が得難い場合も想定され
る。このような場合には、固溶限が拡大し、薄板
が作製しやすい超急冷法を採用し、高速回転する
円筒の内壁または外壁に溶融金属を吹きつけ、直
接金属薄板を作製する方法を用いると良い。

本発明に用い得る高エネルギー密度ビームは、
レーザービーム、電子ビームに限らず限られた体
積の金属表面を短時間に溶融し得るエネルギー密
度のビームであればどのようなものであつても原
理的に使用できる。さらに複数のビームを同時に
金属に照射することは、処理時間を短縮し効果的
である。なお、高エネルギー密度ビーム照射によ
る金属の昇温を避けるため、既照射部を水その他
によつて冷却することも本発明の達成に有効であ
る。

［実施例］ 実施例 １ 図１に示すように、厚さ５mmの市販鋼板１に厚
さ約60μmのクロムメツキ２をし、これをＸ−Ｙ
テーブルに固定し、500wの炭酸ガスレーザービ
ーム３を照射し、溶融、急冷することによつて軟
鋼上に表面被覆フエライトステンレス鋼層を作製
した。図中４は溶融軌跡、５は融液である。

図２および図３はレーザービーム照射処理を施
した試料の断面写真である。本実施例ではレーザ
ービームを写真に示す位置関係において上から下
に向けて照射し、この間、試料を写真面に垂直
（Ｘ軸方向）に168cm／分の速度で移動し、Ｘ軸方
向に試料の一端から他端までレーザービーム照射
後、試料を右から左（Ｙ軸方向）へ（図１では左
から右へ移動している）100μm（図２）および
50μm（図３）移動し、Ｘ軸に平行な移動方向を反
転してレーザービーム照射を行つた。

このような処理を全表面に１回施したものが
ａ、２回および３回繰り返したものがそれぞれ
ｂ，ｃであつて、生じたフエライトステンレス鋼
層の厚さは約140μmである。

これら図２の試料1.1、1.2、1.3及び図３試料
2.1、2.2、2.3は、レーザービーム照射処理後、断
面を切り出し、バフ研磨し、まず５％硝酸−エチ
ルアルコール化学エツチングにより下地軟鋼の組
織を観察できるようにした。この化学エツチング
はレーザー処理層の組織を観察できるようにはし
にくい。そこで更にクロムに富んだ層を優先的に
溶解する10％クロム酸中の電解エツチングによつ
てレーザー処理層の組織を観察できるようにし
た。

図２，３とも１回の処理を施したａの試料1.1、
2.1では、表面層に主としてクロム濃度のゆらぎ
による組織が明瞭に観察される。図２ではａのも
のと、レーザービーム照射処理を２回施したｂの
試料1.2、同３回施したｃの試料1.3とを比較する
と、レーザービーム照射処理を繰り返すにつれて
レーザー処理部が均一になり、白色で組織の観察
しにくい場所が増すことが認められる。これは電
解エツチされにくい鉄を均一に含んだ組織が増す
ことに対応する。

一方、Ｙ軸方向の移動距離を図２に示した試料
の処理の場合に比べて1/2に減らし、１回の処理
におけるレーザービーム照射部の重ね合せを増し
た図３の試料では２回の照射処理したｂの試料
2.2のものにおいては、レーザービーム照射処理
層がほぼ均一になり、ほとんど組織が観察されな
くなる。

図４および図５は、図２、図３に対応する試料
について、表面から約10μm内部に入つたレーザ
ービーム照射処理層におけるクロムおよび鉄の濃
度をＸ線マイクロアナライザー（EPMA）を用
いて測定した結果である。ビーム照射部の重ね合
せの程度が少ない１回のレーザービーム照射処理
（試料1.1、図４ａ）では、場所による組成の変動
がきわめて大きい。同じ条件でビーム照射処理を
２度行つた場合（試料1.2、図４ｂ）あるいは、
Ｙ軸方向の移動距離を1/2に減らして、ビーム照
射部の重ね合せ程度を増して１回処理した場合
（試料2.1、図５ａ）では組成の変動はかなり小さ
くなる。しかしまだ理想の均一性には達していな
い。Ｙ軸方向の移動距離を50μmと小さく保ちレ
ーザービーム処理を２度繰り返した試料2.2（図５
ｂ）ではほぼ理想に近い均一性が得られている。

図６は、これまで述べてきた６種の試料（1.1
〜1.3、2.1〜2.3）を用い30℃の1NH₂SO₄水溶液
中で測定した分極曲線である。−0.3V（SCE）以
下の電位領域では活性溶解による大きな電流密度
が観測され、通常ステンレス鋼は、この電位領域
では使用されない。

−0.3V（SCE）ないし−0.25V（SCE）以上に認
められる電流密度の小さな電位領域はクロムイオ
ンを主体とする不動態皮膜と呼ばれる保護皮膜が
形成する不動態域である。

本来ステンレス鋼は、この不動態で使用される
ものであつて、この不動態における電流密度の大
小は腐食速度の大小に相当する。なかでも、低い
電位で金属表面に生成した水素原子が水素イオン
に酸化されるために電流密度に極大が現われる
OV（SCE）付近以下の不動態ではクロム濃度の
低い相が存在すると高い電流密度を示す。

したがつて、この電位領域（ほぼ−0.25V
（SCE）〜OV（SCE））における電流密度の低い
ものほど、耐食性が高く、本実験のように平均組
成に大差がない場合は均一性が高いことを意味す
る。図から明らかなように、レーザービーム照射
処理の回数が増し、試料の均一性が増大するにつ
れ、不動態域の低い電位における電流密度が減少
し、耐食性が向上していることが判明する。

尚、レーザービーム照射の際、Ｙ軸方向の移動
距離が50μmの試料（2.1、2.2、移動距離が50μm
の試料（2.1、2.2、2.3）においてはレーザービー
ム照射処理を１回から２回に増すと著しく耐食性
が向上するが３回処理を行つてもそれ以上の耐食
性の改善は認められない。したがつて試料２の処
理条件では、レーザービーム照射処理２回が最適
と言える。

これらの例から明らかなように、元来不均一な
表面層をレーザービーム照射処理する場合、Ｙ軸
方向の移動距離を減らし、レーザービーム照射部
の重ね合せを如何に大きくしても、先にビーム照
射により均一性を増した場所に、隣接部へのビー
ム照射によつて著しく不均一な相が混入するた
め、全表面にわたる１回のレーザービーム照射処
理による均一化には、本質的に限界がある。

したがつてレーザービーム照射処理を複数回繰
り返すことが理想に近い均一性をもつた高耐食表
面被覆金属層を形成するために必要であることが
判明する。

実施例 ２ 厚さ５mmの市販軟鋼板に厚さ14μmのクロムメ
ツキを施し、実施例１と同様に480Wの炭酸ガス
レーザービーム照射処理を行い、表面被覆フエラ
イトステンレス鋼層を作製した。但し、Ｘ軸に沿
つた試料移動速度を720cm／分と実施例１より速
くしたため、表面被覆フエライト鋼層の厚さは、
実施例１において約140μmであつたのに対し、実
施例２では約50μmであつた。

図７はレーザービーム照射処理を１回（ａ、試
料3.1）および３回（ｂ、試料3.3）行つた試料に
ついて、表面から約10μm内部に入つたレーザー
ビーム照射処理層におけるクロムおよび鉄の濃度
をＸ線マイクロアナライザーを用いて測定した結
果である。１回の処理では十分な組成の均一性は
得られていないが、３回の処理によつて理想に近
い均一性が得られていることが判明する。

図８には、これらの試料について30℃のINH₂
SO₄水溶液中で測定した分極曲線を示す。不動態
域の電流密度は、レーザービーム照射処理が１回
（試料3.1）、２回（試料3.2）、３回（試料3.3）と
増すにつれて減少し、フエライトステンレス鋼層
の耐食性が向上していることが判る。また、レー
ザービーム照射処理３回と５回（試料3.5）の分
極曲線からは耐食性の改善による差が認められ
ず、このレーザービーム照射処理条件では３回の
処理が最適であることが判明する。

この例からも、レーザービーム照射処理を複数
回繰り返すことが理想に近い均一性にもとずく高
耐食性を備えた表面被覆金属層を形成するために
必要であることが判明する。

実施例 ３ 厚さ３mmの軟鋼板に厚さ約40μmのニツケルメ
ツキを施し、次いで厚さ約30μmのクロムメツキ
を施したものを試料とし、実施例２と同一条件で
レーザービーム照射処理を行い表面被覆耐食高ニ
ツケル合金層を形成した。

図９は、レーザービーム照射処理を施した試料
の断面写真である。１回の処理（ａ、試料4.1）
では表面被覆層内で十分に混合が行われていな
い。２回処理（ｂ、試料4.2）を行うと数μmの表
面層はかなり均一な組織になつたことが判明す
る。一方、３回処理（ｃ、試料4.3）を行うと表
面層の組織がほとんど観察できなくなる。また全
体として表面被覆層の写真おける黒化度が低下す
る。

本研究において表面被覆層の組織を観察できる
ようにするために行つた10％クロム酸溶液を用い
た電解エツチは主としてクロムに富んだ層を侵す
ものである。したがつて、３回処理は表面被覆層
中の平均クロム濃度の低下をひきおこすことが判
明する。

事実、EPMAによる表面被覆層の平均組成の
分析の結果、Ni含量は約53％と１回から３回処
理で変らないがクロム含量は１回処理後39％であ
つたが、２回処理後31％、３回処理後20％に低下
していることが判明した。

図１０はこれらの試料を用いて、30℃のINH₂
SO₄溶液中で測定した分極曲線である。レーザー
ビーム照射処理を１回行つた試料4.1は−0.43〜
＋0.23V（SCE）にわたり幅広い活性態を示し、
また、不動態の電流密度も高く耐食性が低い。幅
広い活性態の出現はクロムとほとんど合金化して
いない鉄にもとづくものであつて、表面被覆層が
クロムをほとんど含まない層とクロムに富んだ層
との混合物になつていることを意味している。こ
のことは不動態域の高電流密度の要因でもある。

これに対し、レーザービーム照射処理を２度施
した試料4.2はクロムを含むニツケル合金特有の
高い自然電極電位と小さな活性態を示し、不動態
化しやすく、耐食性が優れていることを示してい
る。しかし、更にレーザービーム照射処理回数を
増して３回処理を行つた試料4.3は、自然電極電
位がやや低下し、不動態域の低い電位および活性
態における電流密度が上昇している。これは過剰
なレーザービーム照射処理によつて表面被覆層の
クロム濃度が低下したことに基づくものであつ
て、このレーザービーム照射処理条件では２回処
理が最適であることを示している。

［効果］ 以上詳述した通り、本発明の方法によれば組
成、厚さが理想に近い均一な表面被覆金属層を形
成することができる。

そのため、例えば耐食性、耐熱性、高硬度等の
特性が著しく高い金属表面被覆を形成できる。

また、本発明方法を実施するには、特別な装置
を要せず、しかも実施手順も平易であるので、本
発明は実用性にも優れる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明方法の一例を示す斜視図、図２、
図３及び図９は被覆部の金属組織を示す顕微鏡写
真、図４、図５及び図７は濃度分析結果を示すＸ
線マイクロアナライザーのチヤート、図６、図８
及び図１０は分極曲線図である。 １……軟鋼板、２……メツキ層、３……レーザ
ービーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被覆金属を下地金属材料の表面に密着させ、
   これに高エネルギー密度ビームを照射して溶融・
   合金化させ、下地金属材料の表面を被覆する方法
   において、該合金化された部分の少なくとも一部
   に、高エネルギー密度ビームを照射して再度溶融
   させ溶融・合金化層の組成及び／又は厚さを調整
   する再溶融操作を１回又は２回以上施すことを特
   徴とする表面被覆金属層の作成方法。 ２ 被覆金属を下地金属材料の表面に密着させて
   加熱し、該被覆金属と下地金属材料表面とを接合
   させた後、これに高エネルギー密度ビームを照射
   して溶融・合金化させ、下地金属材料の表面を被
   覆する方法であつて、該合金化された部分の少な
   くとも一部に、高エネルギー密度ビームを照射し
   て再度溶融させ溶融・合金化層の組成及び／又は
   厚さを調整する再溶融操作を１回又は２回以上施
   すことを特徴とする表面被覆金属層の作成方法。 ３ 被覆金属と下地金属との接合性を高める金属
   を介して、被覆金属を下地金属材料の表面に密着
   させて加熱し、該被覆金属と下地金属材料表面と
   を接合させた後、これに高エネルギー密度ビーム
   を照射して溶融・合金化させ、下地金属材料の表
   面を被覆する方法であつて、該合金化された部分
   の少なくとも一部に、高エネルギー密度ビームを
   照射して再度溶融させ溶融・合金化層の組成及
   び／又は厚さを調整する再溶融操作を１回又は２
   回以上施すことを特徴とする表面被覆金属層の作
   成方法。