JPH05115990A - レーザ光によるアルミニウム系母材への肉盛方法 - Google Patents

レーザ光によるアルミニウム系母材への肉盛方法

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JPH05115990A
JPH05115990A JP3305320A JP30532091A JPH05115990A JP H05115990 A JPH05115990 A JP H05115990A JP 3305320 A JP3305320 A JP 3305320A JP 30532091 A JP30532091 A JP 30532091A JP H05115990 A JPH05115990 A JP H05115990A
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JP
Japan
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base material
oxide film
build
aluminum
laser light
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JP3305320A
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English (en)
Inventor
Minoru Kawasaki
稔 河崎
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
Shinji Kato
真司 加藤
Akio Sato
彰生 佐藤
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低出力のレーザ光を使用してアルミニウム系
母材の表面に高品質の肉盛層を低廉に形成する。 【構成】 まずアルミニウム系母材10の肉盛されるべ
き表面12をアルマイト処理して酸化膜16を形成す
る。次いで酸化膜16上に肉盛粉末20を供給し、肉盛
粉末に対しレーザ光22を照射することにより肉盛粉末
及び母材の表面を溶融し、それらを冷却して肉盛層24
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、純アルミニウムやアル
ミニウム合金よりなるアルミニウム系母材への肉盛方法
に係り、更に詳細にはレーザ光によるアルミニウム系母
材への肉盛方法に係る。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム系母材への肉盛方法の一つ
として、肉盛材料に対しレーザ光を照射することにより
肉盛材料及びアルミニウム系母材の表面部を溶融する方
法が従来より知られている。またレーザ光はアルミニウ
ム合金の如き電気抵抗の低い材料への吸収率が低いこと
が知られている。レーザ光によるアルミニウム系母材へ
の肉盛方法に於て、レーザ光の吸収率を向上させる方法
として、例えば本願出願人と同一の出願人の出願にかか
る特開平2−225678号公報に記載されている如
く、サテライト状、即ち本体粒子とその表面に分散して
付着した微細粒子とよりなる複合粒子状をなす肉盛材料
を使用する方法や、本願出願人であるトヨタ自動車株式
会社より1990年4月27日に発行されたトヨタ技術
公開集(発行番号3667)の第151頁及び第152
頁に記載されている如く、アルミニウム系母材の肉盛さ
れるべき表面に所定の大きさの鋸歯状の凹凸を形成する
方法が既に知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしサテライト状の
肉盛材料を使用する方法に於ては、肉盛材料は本体粒子
とその表面に分散して付着した微細粒子とよりなる複合
粒子状をなすものでなければならないため、肉盛層を低
廉に形成することが困難であり、またアルミニウム系母
材の肉盛されるべき表面に凹凸を形成する方法に於て
は、母材の形状が複雑である場合には母材の部位によっ
ては所定の大きさの凹凸を形成することが困難であり、
そのためかかる部位に於ては良好な肉盛層を形成するこ
とが困難である。
【0004】また上述の何れの方法に於ても、レーザ光
の出力を比較的高く設定しなければ母材と肉盛層との間
の界面に未溶着部の如き欠陥が発生し易く、そのため高
価な高出力のレーザ装置が必要であり、従って未溶着部
の如き欠陥のない高品質の肉盛層を低廉に形成すること
が困難である。
【0005】本発明は、レーザ光を利用してアルミニウ
ム系母材に肉盛を行う従来の方法に於ける上述の如き問
題に鑑み、低出力のレーザ光を使用してアルミニウム系
母材の表面に高品質の肉盛層を低廉に形成することがで
きるよう改善された肉盛方法を提供することを目的とし
ている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、アルミニウム系母材の肉盛されるべき表面
をアルマイト処理して酸化膜を形成し、前記酸化膜上に
肉盛材料を供給し、前記肉盛材料に対しレーザ光を照射
するアルミニウム系母材への肉盛方法によって達成され
る。
【0007】
【作用】本発明によれば、アルミニウム系母材の肉盛さ
れるべき表面がアルマイト処理されることによって酸化
膜が形成され、酸化膜上に肉盛材料が供給され、肉盛材
料に対しレーザ光が照射される。酸化膜の主成分は導電
性を有しないAl2 3 であり、酸化膜は純アルミニウ
ムやアルミニウム合金に比してレーザ光の吸収率が高い
ので、酸化膜により母材のレーザ光吸収能が向上され
る。従って低出力のレーザ光によっても母材の表面部を
溶融することが可能であり、これにより母材に対する密
着性に優れ未溶着部が実質的に存在しない高品質の肉盛
層を低廉に形成することが可能である。またアルマイト
処理により形成される酸化膜の厚さは均一であるので、
母材の形状等に拘らず均質な肉盛層を形成することが可
能である。
【0008】
【課題を解決するための手段の補足説明】本願発明者が
行った実験的研究の結果によれば、アルマイト処理によ
り形成される酸化膜の厚さが0.5μm以上であればレ
ーザ光の出力が2.0kWの比較的低い出力であっても
肉盛層の溶着率が約90%以上になる。従って本発明の
方法に於て形成される酸化膜の厚さは0.5μm以上、
特に1.0μm以上であることが好ましい。
【0009】またアルミニウム系母材が例えばJIS規
格AC2Cの如くCuやSi等の合金元素を含有するア
ルミニウム合金である場合には、母材表面のCuやSi
等が露呈している部位には酸化膜が形成されず、そのた
め形成される酸化膜は多孔質になる。酸化膜が多孔質で
ある場合には、酸化膜に到達したレーザ光が多重反射
し、これにより母材のレーザ光吸収能が更に一層向上す
る。従って本発明の一つの実施例に於ては、母材はアル
ミニウム合金であり、アルマイト処理により多孔質の酸
化膜が形成される。
【0010】
【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。
【0011】実施例1 図1乃至図3は本発明による肉盛方法の一つの実施例に
於ける一連の工程を示す工程図であり、特に図1は肉盛
されるべき表面の粗度が増大されたアルミニウム合金母
材を示す斜視図、図2は肉盛されるべき表面がアルマイ
ト処理される状態を示す断面図、図3はアルマイト処理
されたアルミニウム合金母材の表面に肉盛が行われる状
態を示す断面図である。である。
【0012】まず図1に示されている如く、150×4
0×10mmの寸法を有しT6処理されたアルミニウム
合金(JIS規格AC2C)よりなる母材10の肉盛さ
れるべき表面12を切削加工することにより、その表面
粗さを12μmRzとした。次いで図2に示されている
如く、アルミニウム合金母材10を濃度17.5g/l
の硫酸溶液14中に浸漬し、母材10にそれを陽極とし
て20〜23Vにて15Aの直流電流を所定時間通電す
るアルマイト処理を行い、これにより表面12に平均厚
さ10μmの多孔質の酸化膜16を形成した。
【0013】次いで図3に示されている如く、母材10
の酸化膜16上へノズル18より肉盛粉末20を供給し
つつ肉盛粉末に対しレーザ光22を照射することにより
下記の表1の条件にて肉盛を行い、母材10の表面に肉
盛層24を形成した。尚使用された肉盛粉末は平均粒径
が80μmでありCu−20wt%Ni−8wt%Fe3wt
%Si−1.5wt%Bなる組成を有する銅合金であっ
た。
【表1】 レーザ光出力: 2.5〜4.5kW レーザ光振動数: 200Hz レーザ光径: 2.5mm ウィービング幅: 7mm 母材の移動速度: 800mm/min
【0014】次いで各母材10及び肉盛層24を肉盛層
の中央部に沿って長手方向に切断し、その断面を光学顕
微鏡にて観察することにより、図4に示されている如く
母材の断面の長手方向の長さL0 及び母材と肉盛層との
間の界面26に存在する各未溶着部28の長手方向の長
さL1 、L2 、L3 ……を測定し、下記の数1に従って
溶着率(%)を演算した。その結果をレーザ光の出力を
パラメータとして図5に示す。
【数1】溶着率=(L0 −ΣLi )/L0 ×100
【0015】比較例 比較例1として、アルマイト処理されていないアルミニ
ウム合金母材の表面に対し直接肉盛が行われた点を除
き、実施例1の場合と同一の要領及び条件にて肉盛を行
った。
【0016】また比較例2として、実施例1に於て使用
された肉盛粉末と同一の組成を有し平均粒径80μmの
本体粒子とその表面に分散して付着した粒径1〜5μm
の微細粒子とよりなる複合粒子状をなす肉盛材料が使用
され、またアルマイト処理されていないアルミニウム合
金母材の表面に対し直接肉盛が行われた点を除き、実施
例1の場合と同一の要領及び条件にて肉盛を行った。
【0017】更に比較例3として、アルミニウム合金母
材の肉盛されるべき表面が機械加工されることにより各
凸部の平均高さが9μmの鋸歯状の凹凸が形成された母
材の表面に対し肉盛が行われた点を除き、実施例1の場
合と同一の要領及び条件にて肉盛を行った。
【0018】そして各比較例の肉盛層についても実施例
1の場合と同一の要領にて上記の数1に従って溶着率を
演算した。その結果を図5に示す。
【0019】図5より、本願出願人の先の提案にかかる
上述の二つの方法(比較例2及び3)によれば、これら
の方法によらない場合(比較例1)に比してレーザ光の
出力が3kW以下の範囲に於ける溶着率を向上させるこ
とができるが、工業的に容認される90%以上の溶着率
を確保するためにはレーザ光の出力が3kW以上に設定
されなければならないことが解る。
【0020】これに対し本発明の方法(実施例1)によ
れば、90%以上の溶着率を確保するに必要なレーザ光
の出力は2kWであり、従って従来の方法に比して低出
力のレーザ光にて高溶着率の肉盛層を形成することがで
きることが解る。
【0021】また図5より、従来の方法に於て溶着率が
100%になるレーザ光の出力は3.5kWであるのに
対し、本発明の方法に於て溶着率が100%になるレー
ザ光の出力は2.3kWであり、従って本発明の方法に
よれば溶着率に換算した場合のレーザ光の吸収率は下記
の数2より解る如く約34%改善される。
【数2】 1−2.3/3.5 =0.34…
【0022】実施例2 アルマイト処理時間を種々の値に設定することにより酸
化膜の厚さが0、0.5、1、3、5、8、10、15
μmである8種類のアルミニウム合金母材が用意され、
レーザ光の出力が2.0kW、2.5kWに設定された
点を除き、実施例1の場合と同一の要領及び条件にて各
母材に対し肉盛を行い、実施例1の場合と同一の要領に
て数1に従って溶着率を演算した。その結果を図6に示
す。
【0023】図6より、高い溶着率を確保するためには
アルマイト処理により形成される酸化膜の厚さは0.5
μm以上、特に1.0μm以上であることが好ましく、
酸化膜の厚さがかかる値に設定されればレーザ光の出力
が2.0kWの比較的低い出力であっても約90%以上
の溶着率を確保することができることが解る。
【0024】またこの実施例に於て使用された8種類の
アルミニウム合金母材の酸化膜の厚さを所定の間隔毎に
測定し、酸化膜の厚さのバラツキを測定した。その結果
を図7に示す。
【0025】図7より、酸化膜の厚さのバラツキは酸化
膜の厚さに拘らず1.0μm以下であり、従ってアルマ
イト処理により酸化膜を形成すればバラツキが小さい均
一な厚さの酸化膜を形成することができ、これにより溶
着率のバラツキが小さい均質な肉盛層を形成することが
できることが解る。
【0026】尚肉盛材料として平均粒径が80μmであ
りCu−20wt%Ni−8wt%Fe−3wt%Si−1.
5wt%Bなる組成の銅合金よりなる肉盛粉末が使用され
た場合、母材としてアルミニウム合金(JIS規格AC
2B)、純度99.5%の純アルミニウムが使用された
場合にも、上述の実施例1及び2の結果と同様の結果が
得られた。
【0027】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【0028】
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明の方法によれば、低出力のレーザ光によっても母材の
表面部を効率的に溶融することができ、これにより母材
に対する密着性に優れ未溶着部が実質的に存在しない高
品質の肉盛層を低廉に形成することができる。またアル
マイト処理により形成される酸化膜の厚さは母材の表面
に酸化物をコーティングする等の方法により形成される
酸化膜の厚さ比して遥かに均一であるので、母材の形状
等に拘らず溶着率のバラツキが小さい均質な肉盛層を形
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】肉盛されるべき表面の粗度が増大されたアルミ
ニウム合金母材を示す斜視図である。
【図2】肉盛されるべき表面がアルマイト処理される状
態を示す断面図である。
【図3】図3はアルマイト処理されたアルミニウム合金
母材の表面に肉盛が行われる状態を示す断面図である。
【図4】母材と肉盛層との間の界面近傍に生じた未溶着
部を示す拡大部分縦断面図である。
【図5】本発明の実施例1及び比較例1〜3についてレ
ーザ光の出力と溶着率との間の関係を示すグラフであ
る。
【図6】アルミニウム合金母材の表面に形成された酸化
膜の厚さと溶着率との間の関係を示すグラフである。
【図7】アルミニウム合金母材の表面に形成された酸化
膜の厚さと酸化膜の厚さのバラツキとの間の関係を示す
グラフである。
【符号の説明】
10…アルミニウム合金母材 12…肉盛されるべき表面 16…酸化膜 20…肉盛粉末 22…レーザ光 24…肉盛層 26…界面 28…未溶着部
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 彰生 愛知県豊田市トヨタ町1番地トヨタ自動車 株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム系母材の肉盛されるべき表面
    をアルマイト処理して酸化膜を形成し、前記酸化膜上に
    肉盛材料を供給し、前記肉盛材料に対しレーザ光を照射
    するアルミニウム系母材への肉盛方法。
JP3305320A 1991-10-24 1991-10-24 レーザ光によるアルミニウム系母材への肉盛方法 Pending JPH05115990A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040006159A (ko) * 2002-07-11 2004-01-24 현대자동차주식회사 코발트기 레이져 클래딩 분말
KR101405396B1 (ko) * 2012-06-25 2014-06-10 한국수력원자력 주식회사 표면에 혼합층을 포함하는 코팅층이 형성된 지르코늄 합금 및 이의 제조방법
CN105414804A (zh) * 2015-10-14 2016-03-23 丹东思诚科技有限公司 激光焊接增强涂层和波形在铜、铝焊接中的应用
DE102019103130A1 (de) * 2019-02-08 2020-08-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Erzeugen einer Funktionsstruktur sowie Bauteil

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