JPH0585272B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0585272B2
JPH0585272B2 JP60137489A JP13748985A JPH0585272B2 JP H0585272 B2 JPH0585272 B2 JP H0585272B2 JP 60137489 A JP60137489 A JP 60137489A JP 13748985 A JP13748985 A JP 13748985A JP H0585272 B2 JPH0585272 B2 JP H0585272B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
metal material
forming
composite layer
ceramic particle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60137489A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61296974A (en
Inventor
Kazuhiko Mori
Akyoshi Morita
Masaaki Tokui
Muneya Takagi
Atsushi Oota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP60137489A priority Critical patent/JPS61296974A/en
Publication of JPS61296974A publication Critical patent/JPS61296974A/en
Publication of JPH0585272B2 publication Critical patent/JPH0585272B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/32Bonding taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は、金属材料の表面処理に係り、更に詳
細には金属材料の表面にセラミツク粒子分散金属
複合層を形成する方法に係る。 従来の技術 鋼の如き金属材料の耐摩耗性、耐熱性、耐食性
などを向上させる一つの手段として、それ自身高
強度且高硬度を有し耐熱性及び耐食性に優れたセ
ラミツク粒子を金属材料中に分散させ、これによ
りセラミツク粒子分散金属複合材料又は複合層を
形成することが有効であるこそとが知られてい
る。 かくしてセラミツク粒子を金属材料中に分散さ
せる方法としては、金属炭化物の如き固溶体を形
成する固溶体形成元素を含有する金属材料に対し
溶体化処理を行うことにより過飽和固溶体を形成
し、該過飽和固溶体を所定の温度に一定時間保持
することにより固溶体を時効析出させる析出硬化
法、ベース金属よりも酸素との反応性の高い金属
元素を含有する金属材料を酸化性雰囲気中にて所
定の温度に一定時間維持することにより、金属材
料の表面よりその内部へ酸素を拡散させて金属材
料の内部に於て前記元素を酸化させる内部酸化
法、分散されるべきセラミツク粉末とベース金属
粉末とを混合し、該混合粉末を圧縮成形し、該圧
縮成形体を高温度に加熱する粉末冶金法(焼結
法)、ベース金属の溶湯中に分散されるベきセラ
ミツク粉末を添加して撹拌し、かくして得られた
混合溶湯を鋳造するコンポキヤスト法などが従来
より知られている。 発明が解決しようとする問題点 上述の析出硬化法に於ては、ベース金属中に極
めて微細な分散粒子を分散させることが可能であ
り、分散粒子とベース金属との密着性に優れた複
合材料を得ることができるが、分散粒子の体積
率、大きさ等を適正に制御することが困難であ
り、また時効処理に際しては金属材料を所定の温
度に十数時間の如く長時間加熱維持しなければな
らず、金属材料全体に対し処理を行う必要がある
ため、セラミツク粒子分散金属複合層を低廉に且
能率よく形成することが困難であり、また特定の
表面にのみセラミツク粒子分散金属複合層を有す
る金属材料を製造することが困難である。 また内部酸化法に於ては、処理される金属材料
はベース金属よりも酸素との反応性の高い金属元
素を含有する金属材料でなければならず、金属材
料をその融点近傍の高温度に長時間加熱維持しな
ければならないため、金属材料の表面部に酸化物
系セラミツク粒子分散金属複合層を能率よく且低
廉に形成することが困難である。またこの方法に
於ては、酸化物系以外のセラミツク粒子をベース
金属中に分散させることが不可能であり、また酸
化物系セラミツク粒子の体積率、大きさ等を適正
に制御することが困難である。 また粉末冶金法に於ては、セラミツク粒子の体
積率、大きさ、形状等を比較的容易に制御するこ
とはできるが、金属材料の特定の表面部にのみセ
ラミツク粒子分散金属複合層を形成することが非
常に困難であり、従つて金属材料の特定の表面部
にセラミツク粒子分散金属複合層を容易に且低廉
に形成することが困難である。また気孔率が実質
的に零であるセラミツク粒子分散金属複合層やセ
ラミツク粒子とベース金属との密着性に優れたセ
ラミツク粒子分散金属複合層を形成することが非
常に困難である。 更にコンポキヤスト法に於ては、セラミツク粒
子分散金属複合材料よりなる鋳物を容易に製造す
ることはできるが、金属材料の特定の表面部にの
みセラミツク粒子分散金属複合層を形成すること
が非常に困難であり、セラミツク粒子が均一に分
散された複合層を形成することが困難であり、ま
た複合層中のセラミツク粒子の体積率を適正に制
御することが非常に困難である。 本発明は、金属材料中にセラミツク粒子を分散
させる従来の方法に於ける上述の如き問題に鑑
み、酸化物系、窒化物系、炭化物系など任意のセ
ラミツク粒子が所望の体積率にて均一に分散され
たセラミツク粒子分散金属複合層を金属材料の所
望の表面に容易に形成することのできる方法を提
供することを目的としている。 問題点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、金属材料
の主たる構成元素よりも酸素との反応性の高い金
属元素の粉末を前記金属材料の表面に配置し、前
記粉末及び前記金属材料の表面層を高密度エネル
ギ源にて加熱して溶融させることにより前記反応
性の高い金属を前記金属材料の表面層中に分散さ
せ、前記表面層を酸化性ガス雰囲気中にて加熱す
るセラミツク粒子分散金属複合層の形成方法、金
属材料の主たる構成元素よりも窒素との反応性の
高い金属元素の粉末を前記金属材料の表面に配置
し、前記粉末及び前記金属材料の表面層を高密度
エネルギ源にて加熱して溶融させることにより前
記反応性の高い金属を前記金属材料の表面層中に
分散させ、前記表面層を窒化性ガス雰囲気中にて
加熱するセラミツク粒子分散金属複合層の形成方
法、及び金属材料の主たる構成元素よりも炭素と
の反応性の高い金属元素の粉末を前記金属材料の
表面に配置し、前記粉末及び前記金属材料の表面
層を高密度エネルギ源にて加熱して溶融させるこ
とにより前記反応性の高い金属を前記金属材料の
表面層中に分散させ、前記表面層を炭化性ガス雰
囲気中にて加熱するセラミツク粒子分散金属複合
層の形成方法によつて達成される。 発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、金属材料の主たる構成
元素よりも酸素、窒素、又は炭素との反応性の高
い金属元素の粉末が金属材料の表面に配置され、
該金属粉末及び金属材料の表面層が高密度エネル
ギ源にて局部的に高温度に加熱されることにより
溶融(半溶融状態を含む)され、反応性の高い金
属が金属材料の表面層中に分散され、しかる後金
属材料の表面層がそれぞれ酸化性ガス雰囲気、窒
化性ガス雰囲気、炭化性ガス雰囲気中にて加熱さ
れることにより、前記分散された反応性の高い金
属がそれぞれ酸化され、窒化され、又は炭化さ
れ、これにより前記金属の酸化物、窒化物、又は
炭化物、即ち酸化物系、窒化物系、又は炭化物系
のセラミツクが分散状態にて形成されるので、所
定量及び所定の大きさの金属粉末を使用すること
により、実質的に所望の種類及び大きさのセラミ
ツク粒子が金属材料を構成する金属又はそれと反
応性の高い金属との合金よりなるマトリツクス金
属中に所望の体積率にて均一に分散された複合層
を金属材料の特定の表面に容易に形成することが
でき、またこの場合金属材料の表面部も部分的に
溶融されるので、金属材料との一体性に優れた複
合層を形成することができる。 更に本発明の方法によれば、内部酸化法の如く
分散されるセラミツク粒子が酸化物系セラミツク
粒子に限定されることはなく、また金属材料の主
たる構成元素との関連に於て反応性の高い金属元
素を適宜に選定することにより、セラミツク粒子
分散による耐摩耗性等の性質の向上に加えて、複
合層のマトリツクス金属の組成によつても耐食性
等の性質の向上を図ることができる。 本発明の方法の一つの詳細な特徴によれば、高
密度エネルギ源にて溶融された金属粉末及び金属
材料の表面層は主として金属材料の主要部、即ち
その表面層以外の部分による吸熱により急冷され
る。かかる方法によれば、溶融された金属粉末及
び金属材料の表面層を冷却するための特別な冷却
装置は不要である。 本発明の方法の他の一つの詳細な特徴によれ
ば、金属粉末及び金属材料の表面層を高密度エネ
ルギ源にて加熱して溶融させる過程は不活性雰囲
気中にて行われる。かかる方法によれば、金属粉
末等が酸化されて複合層のマトリツクス金属が酸
化されるなどの不具合の発生を回避することがで
きる。この場合不活性雰囲気は溶接の場合の如く
フラツクスにて創成されてもよいが、確実性、ス
ラグ巻込みの回避、及び作業性等の点からアルゴ
ン、ヘリウの如き不活性ガス雰囲気又は真空雰囲
気であることが好ましい。 また本発明の方法に於ける高密度エネルギ源は
レーザ、TIGアーク、電子ビームであつてよい
が、レーザは金属粉末や金属材料の電気抵抗が比
較的高い場合にも適用可能であり、また焦点調整
により金属粉末及び金属材料の表面層に対する加
熱範囲の大きさを比較的容易に調整し得る点に於
て他の高密度エネルギ源よりも優れており、TIG
アーク及び電子ビームは金属粉末等が溶融される
とその溶融金属が電磁撹拌作用により撹拌される
点に於てレーザよりも優れている。また電子ビー
ムの雰囲気は一般に真空雰囲気でなければならな
いのに対し、レーザ及びTIGアークの雰囲気は不
活性ガス雰囲気であつてよいので、所定の雰囲気
を創成し維持するのに必要な装置や作業能率の点
からはレーザ及びTIGアークが好ましく、電子ビ
ームは加熱領域が非常に小さく且溶け込み深さを
大きくし得るので、かかる特徴を必要とする場合
には他の高密度エネルギ源よりも優れている。従
つて本発明の方法の更に他の一つの詳細な特徴に
よれば、金属粉末の種類、形成されるベき複合層
の形状、面積、厚さ等に応じて高密度エネルギ源
としてレーザ、TIGアーク、電子ビームが適宜に
使い分けられる。 また本発明の方法に於て金属材料の表面層を所
定の雰囲気中にて加熱する際の雰囲気ガスは、酸
化性ガス、窒化性ガス又は炭化性ガスと不活性ガ
スとの混合ガスである。例えば酸化性ガスは酸素
とアルゴンの如き不活性ガスとの混合ガスであ
り、窒化性ガスはアンモニアと窒素の如き不活性
ガスとの混合ガスであり、炭化性ガスは一酸化炭
素と二酸化炭素及び窒素の如き不活性ガスとの混
合ガスである。かかる方法によれば、金属材料の
表面層に分散された反応性の高い金属を酸化し、
窒化し、又は炭化させる度合を適正に制御するこ
とができる。またこの場合雰囲気ガスを形成する
物質はそれ自身ガスである必要はなく、所定の高
温度に加熱された場合に酸素、窒素、又は炭素の
原子状態にて解離し得る物質であれば固体物質で
あつてもよい。 尚本発明の方法に於ける金属粉末は単一種類の
金属粉末又は複数種類の金属粉末の混合粉末であ
つてよい。例えばFeよりも酸素との反応性の高
い金属としてはSi、Cr、Ti、V、Zr、Al、Mg、
Mo、Mn、Ta、Wなどがあり、Feよりも窒素と
の反応性の高い金属としてはSi、Cr、Ti、Zr、
Al、Mg、、Mo、Ta、などがあり、Feよりも炭
素との反応性の高い金属としてはSi、Cr、Ti、
V、Zr、Al、Mo、Mn、Ta、Nb、Wなどがあ
り、これらの金属元素の酸素、窒素、炭素との反
応式及び1500Kに於ける酸化物、窒化物、炭化物
生成時の標準自由エネルギの変化△G゜はそれぞ
れ下記の表1〜表3に示された通りであり、本発
明の方法に於ける反応性の高い金属元素は上述の
金属元素の何れかに選定されることが好ましく、
金属材料の主たる構成元素は上記金属元素以外の
金属元素であることが好ましい。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to surface treatment of metal materials, and more particularly to a method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer on the surface of a metal material. Conventional technology As a means of improving the wear resistance, heat resistance, corrosion resistance, etc. of metal materials such as steel, ceramic particles, which themselves have high strength and hardness and have excellent heat resistance and corrosion resistance, are incorporated into metal materials. It is known to be effective to disperse and thereby form ceramic particle-dispersed metal composite materials or composite layers. Thus, as a method for dispersing ceramic particles in a metal material, a supersaturated solid solution is formed by performing solution treatment on a metal material containing a solid solution forming element such as a metal carbide, and the supersaturated solid solution is dispersed in a predetermined manner. A precipitation hardening method in which a solid solution is aged and precipitated by holding it at a temperature for a certain period of time, and a metal material containing a metal element that is more reactive with oxygen than the base metal is maintained at a specified temperature for a certain period of time in an oxidizing atmosphere. An internal oxidation method in which oxygen is diffused from the surface of the metal material to the inside thereof to oxidize the element inside the metal material, and the ceramic powder to be dispersed and the base metal powder are mixed, and the mixing A powder metallurgy method (sintering method) in which powder is compression molded and the compression molded body is heated to a high temperature, ceramic powder dispersed in a molten base metal is added and stirred, and the mixture thus obtained is Compocasting methods for casting molten metal have been known for some time. Problems to be Solved by the Invention In the precipitation hardening method described above, it is possible to disperse extremely fine dispersed particles in the base metal, and a composite material with excellent adhesion between the dispersed particles and the base metal can be created. However, it is difficult to properly control the volume fraction, size, etc. of the dispersed particles, and the aging treatment requires heating and maintaining the metal material at a predetermined temperature for a long time, such as over 10 hours. However, since it is necessary to process the entire metal material, it is difficult to form a ceramic particle-dispersed metal composite layer inexpensively and efficiently, and it is difficult to form a ceramic particle-dispersed metal composite layer only on a specific surface. It is difficult to manufacture metal materials with In addition, in the internal oxidation method, the metal material to be treated must contain a metal element that is more reactive with oxygen than the base metal, and the metal material must be kept at high temperatures near its melting point for a long time. Since heating must be maintained for a period of time, it is difficult to efficiently and inexpensively form an oxide-based ceramic particle-dispersed metal composite layer on the surface of the metal material. In addition, with this method, it is impossible to disperse non-oxide ceramic particles in the base metal, and it is difficult to appropriately control the volume fraction, size, etc. of the oxide ceramic particles. It is. Furthermore, in the powder metallurgy method, although it is possible to control the volume fraction, size, shape, etc. of ceramic particles relatively easily, it is difficult to form a ceramic particle-dispersed metal composite layer only on a specific surface area of the metal material. Therefore, it is difficult to easily and inexpensively form a ceramic particle-dispersed metal composite layer on a specific surface portion of a metal material. Furthermore, it is extremely difficult to form a ceramic particle-dispersed metal composite layer with substantially zero porosity or a ceramic particle-dispersed metal composite layer with excellent adhesion between the ceramic particles and the base metal. Furthermore, in the composite cast method, although it is possible to easily produce a casting made of a ceramic particle-dispersed metal composite material, it is extremely difficult to form a ceramic particle-dispersed metal composite layer only on a specific surface area of the metal material. It is difficult to form a composite layer in which ceramic particles are uniformly dispersed, and it is very difficult to properly control the volume fraction of ceramic particles in the composite layer. In view of the above-mentioned problems in the conventional method of dispersing ceramic particles in metal materials, the present invention has been developed to disperse ceramic particles of any type, such as oxide, nitride, or carbide, uniformly at a desired volume percentage. The object of the present invention is to provide a method that can easily form a dispersed ceramic particle-dispersed metal composite layer on a desired surface of a metal material. Means for Solving the Problems According to the present invention, the above-mentioned object is achieved by arranging a powder of a metal element having higher reactivity with oxygen than the main constituent elements of the metal material on the surface of the metal material; The highly reactive metal is dispersed in the surface layer of the metal material by heating and melting the powder and the surface layer of the metal material with a high-density energy source, and the surface layer is placed in an oxidizing gas atmosphere. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer by heating the ceramic particle-dispersed metal composite layer, in which a powder of a metal element having higher reactivity with nitrogen than the main constituent elements of the metal material is placed on the surface of the metal material, and the powder and the surface of the metal material are Ceramic particle-dispersed metal in which the highly reactive metal is dispersed in the surface layer of the metal material by heating and melting the layer with a high-density energy source, and the surface layer is heated in a nitriding gas atmosphere. A method for forming a composite layer, and a powder of a metal element having higher reactivity with carbon than the main constituent elements of the metal material is placed on the surface of the metal material, and the powder and the surface layer of the metal material are heated with a high-density energy source. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer comprising dispersing the highly reactive metal in the surface layer of the metal material by heating and melting the metal material, and heating the surface layer in a carbonizing gas atmosphere. It is achieved by doing so. Effects and Effects of the Invention According to the method of the present invention, powder of a metal element that is more reactive with oxygen, nitrogen, or carbon than the main constituent elements of the metal material is arranged on the surface of the metal material,
The metal powder and the surface layer of the metal material are locally heated to a high temperature by a high-density energy source and melted (including a semi-molten state), and the highly reactive metal is deposited in the surface layer of the metal material. After that, the surface layer of the metal material is heated in an oxidizing gas atmosphere, a nitriding gas atmosphere, and a carbonizing gas atmosphere, so that the dispersed highly reactive metals are oxidized and nitrided. The oxide, nitride, or carbide of the metal, that is, the oxide-based, nitride-based, or carbide-based ceramic is formed in a dispersed state. By using a metal powder of a certain size, ceramic particles of a desired type and size can be incorporated into a matrix metal consisting of a metal constituting the metal material or an alloy of the metal with a highly reactive metal at a desired volume percentage. A uniformly dispersed composite layer can be easily formed on a specific surface of the metal material, and in this case, the surface of the metal material is also partially melted, so it has excellent integrity with the metal material. Composite layers can be formed. Furthermore, according to the method of the present invention, the ceramic particles dispersed as in the internal oxidation method are not limited to oxide-based ceramic particles, and are highly reactive in relation to the main constituent elements of the metal material. By appropriately selecting the metal element, in addition to improving properties such as wear resistance due to ceramic particle dispersion, properties such as corrosion resistance can also be improved by changing the composition of the matrix metal of the composite layer. According to one detailed feature of the method of the present invention, the metal powder and the surface layer of the metal material melted by the high-density energy source are rapidly cooled mainly due to heat absorption by the main part of the metal material, i.e., the parts other than the surface layer. be done. According to such a method, a special cooling device for cooling the molten metal powder and the surface layer of the metal material is not required. According to another detailed feature of the method of the invention, the step of heating and melting the metal powder and the surface layer of the metal material with a high-density energy source is carried out in an inert atmosphere. According to this method, it is possible to avoid problems such as oxidation of metal powder and the like and oxidation of the matrix metal of the composite layer. In this case, the inert atmosphere may be created using flux as in the case of welding, but from the viewpoint of reliability, avoidance of slag entrainment, and workability, an inert gas atmosphere such as argon or helium or a vacuum atmosphere may be used. It is preferable that there be. Further, the high-density energy source in the method of the present invention may be a laser, a TIG arc, or an electron beam, but the laser can also be applied when the electrical resistance of the metal powder or metal material is relatively high, and the TIG is superior to other high-density energy sources in that the size of the heating range for the surface layer of metal powder and metal materials can be adjusted relatively easily through adjustment.
Arc and electron beams are superior to lasers in that when metal powder or the like is melted, the molten metal is stirred by electromagnetic stirring. Furthermore, while the atmosphere for electron beams generally must be a vacuum atmosphere, the atmosphere for lasers and TIG arcs may be an inert gas atmosphere, so the equipment and work efficiency necessary to create and maintain the specified atmosphere are Lasers and TIG arcs are preferred from this point of view, whereas electron beams have a very small heating area and can achieve large penetration depths, making them superior to other high-density energy sources when such characteristics are required. . Therefore, according to yet another detailed feature of the method of the invention, depending on the type of metal powder, the shape, area, thickness, etc. of the composite layer to be formed, a laser, TIG, etc. can be used as the high-density energy source. Arc and electron beam can be used as appropriate. Further, in the method of the present invention, the atmospheric gas when heating the surface layer of the metal material in a predetermined atmosphere is a mixed gas of an oxidizing gas, a nitriding gas, or a carbonizing gas and an inert gas. For example, oxidizing gas is a mixture of oxygen and an inert gas such as argon, nitriding gas is a mixture of ammonia and an inert gas such as nitrogen, and carbonizing gas is a mixture of carbon monoxide, carbon dioxide, etc. It is a mixed gas with an inert gas such as nitrogen. According to this method, a highly reactive metal dispersed in the surface layer of a metal material is oxidized,
The degree of nitriding or carbonization can be appropriately controlled. Furthermore, in this case, the substance forming the atmospheric gas does not have to be a gas itself; it can be a solid substance as long as it can dissociate into the atomic state of oxygen, nitrogen, or carbon when heated to a predetermined high temperature. It may be hot. The metal powder used in the method of the present invention may be a single type of metal powder or a mixed powder of multiple types of metal powder. For example, metals that are more reactive with oxygen than Fe are Si, Cr, Ti, V, Zr, Al, Mg,
There are metals such as Mo, Mn, Ta, and W, and metals that are more reactive with nitrogen than Fe are Si, Cr, Ti, Zr,
Al, Mg, Mo, Ta, etc., and metals that are more reactive with carbon than Fe are Si, Cr, Ti,
There are V, Zr, Al, Mo, Mn, Ta, Nb, W, etc., and the reaction formula of these metal elements with oxygen, nitrogen, and carbon, and the standard freedom when forming oxides, nitrides, and carbides at 1500K. The changes in energy △G゜ are as shown in Tables 1 to 3 below, and the highly reactive metal element in the method of the present invention can be selected from any of the metal elements mentioned above. Preferably,
The main constituent element of the metal material is preferably a metal element other than the above-mentioned metal elements.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 また本願発明者らが行つた実験的研究の結果に
よれば、金属粉末及び金属材料の表面層を容易に
溶融させ、またかくして形成される合金層中に気
孔が発生することを防止するためには、金属粉末
の平均粒径は300μ以下、特に100μ以下であるこ
とが好ましい。 更に金属材料の表面に金属粉末を配置すること
は、金属材料の表面に混合粉末をただ単に層状に
予め配置することにより行われてもよく、また高
密度エネルギ源がレーザや電子ビームである場合
には高密度エネルギ源に対しその走査方向前方の
位置にて金属材料の表面に連続的に金属粉末を送
給することにより行われてもよいが、金属粉末の
飛散を防止しその歩留りを向上させるためには、
金属粉末の圧粉成形体を金属材料上に配置した
り、金属材料の表面に溝を形成し該溝内にて金属
粉末を圧粉成形したり、金属粉末にP.V.A.(ポリ
ビニルアルコール)の水溶液やセルロースとグリ
セリンとの混合液の如き粘結剤を添加してベース
トを形成し、該ベーストをヘラ塗り法やチユーブ
法にて金属材料の表面に付着させたり、形成され
るべき複合層の厚さが小さくてよい場合には、ア
クリル樹脂をシンナーにて溶解した溶媒の如き溶
媒中に金属粉末を分散させてスラリーを形成し、
該スラリーをはけ等による塗布、スプレー法、ド
ブ漬け法にて金属材料の表面に付着させることに
より行われてもよい。但しペーストやスラリーが
形成される場合には、ベーストやスラリーはそれ
らが乾燥されることにより形成される金属粉末層
の表面が酸化されたり、合金層の表面部に気孔等
が発生することがない温度範囲及び雰囲気中にて
十分に乾燥され、実質的に水分を含有しない状態
で高密度エネルギ源による加熱に付されることが
好ましい。 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。 実施例 1 平均粒径50μのクロム粉末(純度99.5%)を用
意し、該クロム粉末中に粘結剤としてポリビニル
アルコールの5%水溶液を注入することにより、
水よりも粘性が高く粘土よりも粘性が低いペース
トを形成した。 次いで第1図に示されている如く、70×40×10
mmの寸法を有する工具鋼(JIS規格SKD61)製の
試験片1を用意し、その一方の70×40mmの表面上
にその長手方向に沿つて厚さ0.5mmの二枚のガイ
ド2及び3を互いに5mm隔置して平行に配置し、
それらのガイドの間にペースト4をへら塗り式に
充填することにより、試験片の前記表面の中央に
その長手方向に沿つて幅5mm、厚さ0.5mmの層状
にベーストを配置した。次いで図には示されてい
ないが試験片を乾燥炉内にて100℃に0.5時間維持
することによりペーストを十分乾燥させ、これに
より第2図に示されている如く気孔率が約40%で
あるクロム粉末層5を試験片1上に形成した。 次いで第3図に示されている如く、TIGトーチ
6の先端よりシールドガスとしてのアルゴンを放
出させ、これにより試験片上の溶融部をシールド
しつつ、クロム粉末層5の一端より他端までTIG
トーチ6を1パス走査させることにより、下記の
表4に示された条件にてクロム粉末層をTIGアー
ク7により局部的に加熱してクロム粉末及び試験
片の表面部を溶融させることにより、クロム粒子
が分散された鉄合金よりなる合金層8を形成し
た。尚この場合合金層及び加熱された試験片の表
面部は主として試験片の主要部によつて吸熱され
ることにより急冷された。 表4 電流:120A 電圧:25V 極性:直流棒プラス 電極:タングステン 走査速度:3.0mm/sec アーク長さ:7.5mm アルゴンの流量:5/min 次いで第4図に示されている如く、試験片1を
反応容器9内の載置台10上に配置し、試験片1
の周りにて載置台10上に鉄粉末と酸化第二鉄粉
末との混合粉末11を配置し、しかる後反応容器
9内をアルゴンと酸素との混合ガス(混合比9:
1)に置換した。次いで反応容器9内をその周り
に配設されたヒータ12により1300℃に5時間加
熱し、これにより Fe2O3→2Fe+3/2O2 3/2O2→3O 2Cr+3O→Cr2O3 の反応(上述の第二の式に於ける酸素は雰囲気ガ
ス中のガスによつても供給される)を行わせて合
金属中のクロム粒子を酸化せることにより、第5
図に示されている如く、酸化クロム粒子13が分
散された鉄合金14よりなる複合層15を形成し
た。 上述の如く形成された複合層15の幅は6.8mm
であり、最大厚さは1.9mmであつた。また試験片
の長手方向中央部の横断面を観察したところ、第
5図に解図的に示されている如く、複合層と試験
片のベース金属16との間には熱影響部17が存
在していたが、その幅は1.8〜2.0mm程度であつ
た。また複合層中の酸化クロム粒子の体積率は約
3%であり、複合層全体に亙り実質的に均一であ
り、酸化クロム粒子とマトリツクス金属としての
鉄合金との密着及び複合層と試験片との一体性も
良好であることが認められた。更に酸化クロム粒
子の平均粒径は約1μであつた。 第6図は複合層15の長手方向中央部の横断面
の中央部の金属組織を800倍にて示す光学顕微鏡
写真である。図に於て、明灰色の地の部分はマト
リツクス金属としての鉄合金の部分であり、微細
な灰色の点状の部分は酸化クロム粒子である。こ
の第6図より、非常に微細且均一な大きさの酸化
クロム粒子がマトリツクス金属中に均一に分散さ
れており、気孔等の不良は全く発生していないこ
とが解る。 実施例 2 平均粒径44μのチタニウム粉末(純度99.0%)
を用意し、また実施例1に於て使用された試験片
と同一の寸法及び同一の材質の試験片を用意し
た。 次いで第7図に示されている如く、試験片18
をレーザガン19及び粉末供給ホツパ20の下方
に配置し、粉末供給ホツパ内にチタニウム粉末2
1を装入し、レーザガン19の先端よりアルゴン
を噴出させつつ粉末供給ホツパ20内へキヤリア
ガスとしてのアルゴンを導入し、これにより試験
片18の70×40mmの表面上の中央に長手方向にチ
タニウム粉末を連続的に送給し、その状態にて試
験片18を図にて右方へ移動させることにより、
試験片18の表面上にチタニウム粉末層22を形
成しつつ該チタニウム粉末層22をレーザにて照
射することにより、下記の表5に示された条件に
てチタニウム粉末をレーザにより局部的に加熱し
てチタニウム粉末及び試験片の表面部を溶融さ
せ、これによりチタニウム粒子が分散された鉄合
金よりなる合金属24を形成した。尚この場合形
成された合金層及び加熱された試験片の表面部は
主として試験片の主要部によつて吸熱されること
により急冷された。 表5 パワー密度:210W/mm2 エネルギ密度:200J/mm2 走査速度:3.6mm/sec 次いで第8図に示されている如く試験片18を
反応容器25内の載置台26上に配置し、反応容
器内より空気を排出させつつ反応容器内へ雰囲気
ガスとしてのアンモニアと窒素との混合ガス(混
合比2:3)を導入し、これにより反応容器内を
窒化雰囲気に置換した。次いで反応容器25の周
りに配設されたヒータ27により反応容器内を
1250℃に6時間加熱し、これにより NH3→1/2N2+3/2H2 1/2N2→N Ti+N→TiN の反応を行わせ、合金層中のチタニウム粒子を窒
化させることにより、窒化チタニウム粒子が分散
された鉄合金よりなる複合層28を形成した。 上述の如く形成された複合層28の幅は、5.8
mmであり、最大厚さは0.2mmであつた。また試験
片の長手方向中央部の横断面を観察したところ、
実施例1の場合と同様複合層と試験片のベース金
属との間には熱影響部が存在していたが、その幅
は0.8〜1.0mm程度であつた。また複合層中の窒化
チタニウム粒子の体積率は約5%であり、複合層
全体に亙り実質的に均一であり、窒化チタニウム
粒子とマトリツクス金属としての鉄合金との密着
及び複合層と試験片との一体性も良好であること
が認められた。更に窒化チタニウム粒子の平均粒
径は0.8μであつた。 第9図は複合層の長手方向中央部の横断面の中
央部の金属組織を800倍にて示す光学顕微鏡写真
である。図に於て、明灰色の地の部分はマトリツ
クス金属としての鉄合金の部分であり、黒色の点
状の部分は窒化チタニウム粒子である。この第8
図より、微細且均一な大きさの窒化チタニウム粒
子がマトリツクス金属中に実質的に均一に分散さ
れており、気孔等の不良は全く発生していないこ
とが解る。 実施例 3 平均粒径44μのチタニウム粉末(純度99.0%)
と平均粒径4μのタングステン粉末(純度95%)
とを均一に混合し、これによりこれらの粉末の重
量比が1:1である混合粉末を形成した。次いで
混合粉末中に粘結剤としてポリビニルアルコール
の5%水溶液を注入することにより、実施例1の
場合と同様の粘性のペーストを形成した。 次いで実施例1に於て使用された試験片と同一
寸法及び同一材質の試験片を用意し、実施例1の
場合と同一の要領にてその一方の70×40mmの表面
の中央にその長手方向に沿つて幅5mm、厚さ1.0
mmの層状にペーストを配置した。次いで実施例1
の場合と同一の条件にてペーストを十分乾燥させ
ることにより、第10図に示されている如く、気
孔率が40%である混合粉末層29を試験片30上
に形成した。 次いで第11図に示されている如くレーザガン
31の先端よりアルゴンを放出させつつ混合粉末
29の一端より他端までレーザガンを1パス走査
させることにより、下記の表6に示された条件に
て混合粉末層にレーザ32を照射し、混合粉末層
を局部的に加熱して溶融させることにより、チタ
ニウム粒子及びタングステン粒子が分散された鉄
合金よりなる合金層33を形成した。尚この場合
形成された合金層及び加熱された試験片の表面部
は主として試験片の主要部によつて吸熱されるこ
とにより急冷された。 表6 パワー密度:320W/mm2 エネルギ密度:220J/mm2 走査速度:4.0mm/sec アルゴンの流量:10/min 次いで実施例2の場合と同様、試験片を反応容
器内の載置台上に配置し、反応容器内の空気を排
気しつつ反応容器内へ一酸化炭素と二酸化炭素と
窒素との混合ガス(混合比2:3:5)を導入す
ることにより、反応容器内を炭化性ガス雰囲気に
置換し、反応容器の周りに配設されたヒータによ
り反応容器内を1300℃に8時間加熱し、これによ
り 2CO+CO2→C+2CO2 Ti+C→TiC W+C→WC の反応を行わせ、合金層中のチタニウム粒子及び
タングステン粒子をを炭化させることにより、炭
化チタニウム粒子及び炭化タングステン粒子が分
散された鉄合金よりなる複合層を形成した。 上述の如く形成された複合層の幅は6.0mmであ
り、最大厚さは1.8mmであつた。また試験片の中
央部の横断面を観察したところ、実施例1及び実
施例2の場合と同様、複合層と試験片のベース金
属との間には熱影響部が存在していたが、その幅
は0.8〜1.0mm程度であつた。また複合層中の炭化
チタニウム粒子及び炭化タングステン粒子の合計
の体積率は約10%であり、これらの粒子の分散状
態は複合層全体に亙り実質的に均一であり、炭化
チタニウム粒子及び炭化タングステン粒子とマト
リツクス金属としての鉄合金との密着及び複合層
と試験片との一体性も良好であることが認められ
た。更に炭化チタニウム粒子の平均粒径及び炭化
タングステン粒子の平均粒径は共に2μであつた。 第12図は複合層の長手方向中央部の横断面の
中央部の金属組織を400倍にて示す光学顕微鏡写
真である。図に於て、明灰色の部分はマトリツク
ス金属としての鉄合金の部分であり、微細な黒色
粒状の部分は炭化チタニウム又は炭化タングステ
ンの粒子である。この第14図より、非常に微細
で均一な大きさの炭化チタニウム粒子及び炭化タ
ングステン粒子がマトリツクス金属中に均一に分
散されており、気孔等の不良は全く発生していな
いことが解る。 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種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。
[Table] Also, according to the results of experimental research conducted by the inventors of the present invention, it is possible to easily melt the surface layer of metal powder and metal materials, and to prevent the formation of pores in the alloy layer thus formed. In order to achieve this, the average particle size of the metal powder is preferably 300μ or less, particularly 100μ or less. Further, placing the metal powder on the surface of the metal material may be performed by simply pre-arranging the mixed powder in a layer on the surface of the metal material, or when the high-density energy source is a laser or an electron beam. This may be carried out by continuously feeding metal powder onto the surface of the metal material at a position in front of a high-density energy source in the scanning direction, but this method prevents the metal powder from scattering and improves its yield. In order to
A compacted body of metal powder is placed on a metal material, grooves are formed on the surface of the metal material and the metal powder is compacted in the grooves, or an aqueous solution of PVA (polyvinyl alcohol) or an aqueous solution of PVA (polyvinyl alcohol) is applied to the metal powder. A binder such as a mixture of cellulose and glycerin is added to form a base, and the base is attached to the surface of a metal material by a spatula coating method or a tube method, or the thickness of the composite layer to be formed is determined. If a small amount is acceptable, metal powder is dispersed in a solvent such as a solvent prepared by dissolving acrylic resin with thinner to form a slurry.
The slurry may be applied to the surface of the metal material by applying with a brush, spraying, or dipping. However, when a paste or slurry is formed, the baset or slurry will not oxidize the surface of the metal powder layer formed by drying them, nor will pores etc. be generated on the surface of the alloy layer. It is preferable that the material be sufficiently dried in a temperature range and atmosphere and heated with a high-density energy source in a substantially moisture-free state. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention will be explained in detail below by way of example embodiments with reference to the accompanying figures. Example 1 By preparing chromium powder (purity 99.5%) with an average particle size of 50μ and injecting a 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol as a binder into the chromium powder,
It formed a paste that was more viscous than water and less viscous than clay. Then, as shown in Figure 1, 70 x 40 x 10
A specimen 1 made of tool steel (JIS standard SKD61) with dimensions of Arranged parallel to each other with a distance of 5 mm,
Paste 4 was filled between these guides using a spatula coating method, so that a base material was arranged in a layer having a width of 5 mm and a thickness of 0.5 mm along the longitudinal direction at the center of the surface of the test piece. Next, although not shown in the figure, the test piece was kept at 100℃ for 0.5 hours in a drying oven to sufficiently dry the paste, which resulted in a porosity of about 40% as shown in Figure 2. A chromium powder layer 5 was formed on the specimen 1. Next, as shown in FIG. 3, argon is emitted as a shielding gas from the tip of the TIG torch 6, thereby shielding the molten part on the test piece while TIG is applied from one end of the chromium powder layer 5 to the other.
By scanning the torch 6 in one pass, the chromium powder layer is locally heated by the TIG arc 7 under the conditions shown in Table 4 below to melt the chromium powder and the surface of the test piece. An alloy layer 8 made of an iron alloy in which particles were dispersed was formed. In this case, the alloy layer and the heated surface portion of the test piece were rapidly cooled due to heat absorption mainly by the main part of the test piece. Table 4 Current: 120A Voltage: 25V Polarity: DC rod positive electrode: Tungsten Scanning speed: 3.0mm/sec Arc length: 7.5mm Argon flow rate: 5/min Next, as shown in Figure 4, test piece 1 was placed on the mounting table 10 in the reaction container 9, and the test piece 1
A mixed powder 11 of iron powder and ferric oxide powder is placed on the mounting table 10 around the reaction vessel 9, and then a mixed gas of argon and oxygen (mixing ratio 9:
1) was replaced. Next, the inside of the reaction vessel 9 was heated to 1300°C for 5 hours by the heater 12 placed around it, thereby causing the reaction of Fe 2 O 3 →2Fe+3/2O 2 3/2O 2 →3O 2Cr+3O→Cr 2 O 3 ( Oxygen in the second equation above is also supplied by gas in the atmosphere) to oxidize the chromium particles in the alloy metal,
As shown in the figure, a composite layer 15 made of an iron alloy 14 in which chromium oxide particles 13 were dispersed was formed. The width of the composite layer 15 formed as described above is 6.8 mm.
The maximum thickness was 1.9 mm. Furthermore, when we observed the cross section of the longitudinal center of the test piece, we found that there was a heat-affected zone 17 between the composite layer and the base metal 16 of the test piece, as schematically shown in FIG. However, the width was approximately 1.8 to 2.0 mm. In addition, the volume fraction of chromium oxide particles in the composite layer is approximately 3%, which is substantially uniform over the entire composite layer. It was also observed that the integrity was good. Furthermore, the average particle size of the chromium oxide particles was about 1 μ. FIG. 6 is an optical micrograph showing the metal structure at the center of the longitudinal cross-section of the composite layer 15 at 800 times magnification. In the figure, the light gray background is the iron alloy as the matrix metal, and the fine gray dots are chromium oxide particles. From FIG. 6, it can be seen that very fine and uniformly sized chromium oxide particles are uniformly dispersed in the matrix metal, and no defects such as pores are generated. Example 2 Titanium powder with an average particle size of 44μ (purity 99.0%)
A test piece having the same dimensions and the same material as the test piece used in Example 1 was also prepared. Then, as shown in FIG.
is placed below the laser gun 19 and the powder supply hopper 20, and the titanium powder 2 is placed in the powder supply hopper.
1 and introduced argon as a carrier gas into the powder supply hopper 20 while ejecting argon from the tip of the laser gun 19, thereby depositing titanium powder in the longitudinal direction at the center of the 70 x 40 mm surface of the test piece 18. By continuously feeding the test piece 18 and moving the test piece 18 to the right in the figure in this state,
By forming a titanium powder layer 22 on the surface of the test piece 18 and irradiating the titanium powder layer 22 with a laser, the titanium powder is locally heated by the laser under the conditions shown in Table 5 below. The titanium powder and the surface portion of the test piece were melted, thereby forming an alloy metal 24 made of an iron alloy in which titanium particles were dispersed. In this case, the formed alloy layer and the heated surface portion of the test piece were rapidly cooled mainly due to heat absorption by the main part of the test piece. Table 5 Power density: 210 W/mm 2 Energy density: 200 J/mm 2 Scanning speed: 3.6 mm/sec Next, as shown in FIG. A mixed gas of ammonia and nitrogen (mixing ratio 2:3) was introduced into the reaction container as an atmospheric gas while discharging air from inside the reaction container, thereby replacing the inside of the reaction container with a nitriding atmosphere. Next, the inside of the reaction vessel is heated by the heater 27 arranged around the reaction vessel 25.
Heating at 1250°C for 6 hours causes a reaction of NH 3 → 1/2N 2 + 3/2H 2 1/2N 2 →N Ti+N → TiN to nitride the titanium particles in the alloy layer, resulting in titanium nitride. A composite layer 28 made of an iron alloy in which particles were dispersed was formed. The width of the composite layer 28 formed as described above is 5.8
mm, and the maximum thickness was 0.2 mm. In addition, when we observed the cross section of the longitudinal center of the test piece, we found that
As in Example 1, a heat affected zone existed between the composite layer and the base metal of the test piece, but the width was approximately 0.8 to 1.0 mm. In addition, the volume fraction of titanium nitride particles in the composite layer is approximately 5%, which is substantially uniform over the entire composite layer, and the adhesion between the titanium nitride particles and the iron alloy as the matrix metal and the relationship between the composite layer and the specimen. It was also observed that the integrity was good. Furthermore, the average particle size of the titanium nitride particles was 0.8μ. FIG. 9 is an optical micrograph showing the metal structure at the center of the longitudinal cross-section of the composite layer at 800 times magnification. In the figure, the light gray area is the iron alloy as the matrix metal, and the black dotted area is the titanium nitride particles. This eighth
From the figure, it can be seen that fine and uniformly sized titanium nitride particles are substantially uniformly dispersed in the matrix metal, and defects such as pores are not generated at all. Example 3 Titanium powder with an average particle size of 44μ (purity 99.0%)
and tungsten powder with an average particle size of 4μ (95% purity)
These powders were uniformly mixed to form a mixed powder in which the weight ratio of these powders was 1:1. A viscous paste similar to that in Example 1 was then formed by injecting a 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol as a binder into the mixed powder. Next, a test piece of the same size and material as the test piece used in Example 1 was prepared, and in the same manner as in Example 1, a test piece was placed in the center of one of the 70 x 40 mm surfaces in the longitudinal direction. Width 5mm, thickness 1.0 along
The paste was arranged in a layer of mm. Next, Example 1
By sufficiently drying the paste under the same conditions as in the case of Example 1, a mixed powder layer 29 having a porosity of 40% was formed on the test piece 30, as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 11, while emitting argon from the tip of the laser gun 31, the laser gun is scanned in one pass from one end to the other end of the mixed powder 29 to mix the powder under the conditions shown in Table 6 below. By irradiating the powder layer with a laser 32 to locally heat and melt the mixed powder layer, an alloy layer 33 made of an iron alloy in which titanium particles and tungsten particles were dispersed was formed. In this case, the formed alloy layer and the heated surface portion of the test piece were rapidly cooled mainly due to heat absorption by the main part of the test piece. Table 6 Power density: 320W/mm 2Energy density: 220J/mm 2Scanning speed: 4.0mm/sec Argon flow rate: 10/min Next, as in Example 2, the test piece was placed on the mounting table inside the reaction vessel. By introducing a mixed gas of carbon monoxide, carbon dioxide, and nitrogen (mixing ratio 2:3:5) into the reaction vessel while exhausting the air inside the reaction vessel, the inside of the reaction vessel becomes a carbonizing gas. The inside of the reaction container was heated to 1300°C for 8 hours using a heater placed around the reaction container, thereby causing the reaction 2CO+CO 2 →C+2CO 2 Ti+C→TiC W+C→WC to occur in the alloy layer. By carbonizing the titanium particles and tungsten particles, a composite layer made of an iron alloy in which titanium carbide particles and tungsten carbide particles were dispersed was formed. The composite layer formed as described above had a width of 6.0 mm and a maximum thickness of 1.8 mm. Furthermore, when we observed the cross section of the central part of the test piece, we found that, as in Examples 1 and 2, there was a heat-affected zone between the composite layer and the base metal of the test piece. The width was about 0.8 to 1.0 mm. Furthermore, the total volume fraction of titanium carbide particles and tungsten carbide particles in the composite layer is approximately 10%, and the dispersion state of these particles is substantially uniform throughout the composite layer. It was also observed that the adhesion between the composite layer and the iron alloy as the matrix metal and the integrity of the composite layer and the test piece were good. Furthermore, the average particle diameter of titanium carbide particles and the average particle diameter of tungsten carbide particles were both 2 μ. FIG. 12 is an optical micrograph showing the metal structure at the center of the longitudinal cross-section of the composite layer at 400 times magnification. In the figure, the light gray parts are iron alloy parts as the matrix metal, and the fine black granular parts are titanium carbide or tungsten carbide particles. From FIG. 14, it can be seen that very fine and uniformly sized titanium carbide particles and tungsten carbide particles are uniformly dispersed in the matrix metal, and defects such as pores are not generated at all. Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments above, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments are possible within the scope of the present invention. will be clear to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は試験片の表面にペーストを配置する要
領をペースト及びガイドの一部を破断して示す斜
視図、第2図は表面にクロム粉末層が形成された
試験片を示す斜視図、第3図は試験片上のクロム
粉末層をTIGアークにより溶融させて合金層を形
成する工程を示す解図、第4図は第3図に示され
た工程により試験片上に形成された合金層中のク
ロム粒子を酸化させる工程を示す断面図、第5図
は複合層が形成された試験片の長手方向の中央部
の横断面を示す解図的断面図、第6図は酸化クロ
ム粒子が分散された鉄合金よりなる複合層の横断
面の中央部の金属組織を800倍にて示す光学顕微
鏡写真、第7図は不活性雰囲気中にてレーザによ
りチタニウム粉末層を溶融して合金層を形成する
工程を示す解図、第8図は第7図の工程により形
成された合金層中のチタニウム粒子を窒化させる
工程を示す断面図、第9図は窒化チタニウム粒子
が分散された鉄合金よりなる複合層の横断面の中
央部の金属組織を800倍にて示す光学顕微鏡写真、
第10図は表面に混合粉末層が形成された試験片
を示す斜視図、第11図は不活性雰囲気中にてレ
ーザにより混合粉末層を溶融して合金層を形成す
る工程を示す解図、第12図は炭化チタニウム粒
子及び炭化タングステン粒子が分散された鉄合金
よりなる複合層の横断面の中央部の金属組織を
400倍にて示す光学顕微鏡写真である。 1……試験片、2,3……ガイド、4……ペー
スト、5……クロム粉末層、6……TIGトーチ、
7……TIGアーク、8……合金層、9……反応容
器、10……載置台、11……混合粉末、12…
…ヒータ、13……酸化クロム粒子、14……鉄
合金、15……複合層、16……ベース金属、1
7……熱影響部、18……試験片、19……レー
ザガン、20……粉末供給ホツパ、21……チタ
ニウム粉末、22……チタニウム粉末層、23…
…レーザ、24……合金層、25……反応容器、
26……載置台、27……ヒータ、28……複合
層、29……混合粉末層、30……試験片、31
……レーザガン、32……レーザ、33……合金
層。
Figure 1 is a perspective view showing how to place the paste on the surface of a test piece, with parts of the paste and guide cut away; Figure 2 is a perspective view showing a test piece with a chromium powder layer formed on the surface; Figure 3 is an illustration showing the process of melting the chromium powder layer on the test piece using a TIG arc to form an alloy layer. A cross-sectional view showing the process of oxidizing chromium particles, FIG. 5 is an illustrative cross-sectional view showing a longitudinal cross-section of the central part of the test piece on which a composite layer has been formed, and FIG. An optical micrograph showing the metal structure at the center of the cross section of a composite layer made of iron alloy at 800x magnification, Figure 7 shows an alloy layer formed by melting a titanium powder layer with a laser in an inert atmosphere. An illustration showing the process, Figure 8 is a cross-sectional view showing the process of nitriding the titanium particles in the alloy layer formed by the process in Figure 7, and Figure 9 is a composite made of iron alloy in which titanium nitride particles are dispersed. Optical micrograph showing the metal structure in the center of the cross section of the layer at 800x magnification.
FIG. 10 is a perspective view showing a test piece with a mixed powder layer formed on its surface; FIG. 11 is an illustrative diagram showing the process of melting the mixed powder layer with a laser in an inert atmosphere to form an alloy layer; Figure 12 shows the metal structure in the center of the cross section of a composite layer made of an iron alloy in which titanium carbide particles and tungsten carbide particles are dispersed.
This is an optical microscope photograph shown at 400x magnification. 1... Test piece, 2, 3... Guide, 4... Paste, 5... Chrome powder layer, 6... TIG torch,
7... TIG arc, 8... Alloy layer, 9... Reaction vessel, 10... Mounting table, 11... Mixed powder, 12...
... Heater, 13 ... Chromium oxide particles, 14 ... Iron alloy, 15 ... Composite layer, 16 ... Base metal, 1
7... Heat affected zone, 18... Test piece, 19... Laser gun, 20... Powder supply hopper, 21... Titanium powder, 22... Titanium powder layer, 23...
... laser, 24 ... alloy layer, 25 ... reaction vessel,
26... Mounting table, 27... Heater, 28... Composite layer, 29... Mixed powder layer, 30... Test piece, 31
... Laser gun, 32 ... Laser, 33 ... Alloy layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 金属材料の主たる構成元素よりも酸素との反
応性の高い金属元素の粉末を前記金属材料の表面
に配置し、前記粉末及び前記金属材料の表面層を
高密度エネルギ源にて加熱して溶融させることに
より前記反応性の高い金属を前記金属材料の表面
層中に分散させ、前記表面層を酸化性ガス雰囲気
中にて加熱するセラミツク粒子分散金属複合層の
形成方法。 2 特許請求の範囲第1項のセラミツク粒子分散
金属複合層の形成方法に於て、前記溶融された粉
末及び前記金属材料の表面層は主として前記金属
材料の前記表面層以外の部分による吸熱により急
冷されることを特徴とするセラミツク粒子分散金
属複合層の形成方法。 3 特許請求の範囲第1項又は第2項のセラミツ
ク粒子分散金属複合層の形成方法に於て、前記粉
末及び前記金属材料の表面層を高密度エネルギ源
にて加熱して溶融させることにより前記反応性の
高い金属を前記金属材料の表面層中に分散させる
過程は不活性雰囲気中にて行われることを特徴と
するセラミツク粒子分散金属複合層の形成方法。 4 特許請求の範囲第1項乃至第3項の何れかの
セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法に於
て、前記高密度エネルギ源はTIGアークであるこ
とを特徴とするセラミツク粒子分散金属複合層の
形成方法。 5 特許請求の範囲第1項乃至第4項の何れかの
セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法に於
て、前記ガスは酸素と不活性ガスとの混合ガスで
あることを特徴とするセラミツク粒子分散金属複
合層の形成方法。 6 金属材料の主たる構成元素よりも窒素との反
応性の高い金属元素の粉末を前記金属材料の表面
に配置し、前記粉末及び前記金属材料の表面層を
高密度エネルギ源にて加熱して溶融させることに
より前記反応性の高い金属を前記金属材料の表面
層中に分散させ、前記表面層を窒化性ガス雰囲気
中にて加熱するセラミツク粒子分散金属複合層の
形成方法。 7 特許請求の範囲第6項のセラミツク粒子分散
金属複合層の形成方法に於て、前記溶融された粉
末及び前記金属材料の表面層は主として前記金属
材料の前記表面層以外の部分による吸熱により急
冷されることを特徴とするセラミツク粒子分散金
属複合層の形成方法。 8 特許請求の範囲第6項又は第7項のセラミツ
ク粒子分散金属複合層の形成方法に於て、前記粉
末及び前記金属材料の表面層を高密度エネルギ源
にて加熱して溶融させることにより前記反応性の
高い金属を前記金属材料の表面層中に分散させる
過程は不活性雰囲気中にて行われることを特徴と
するセラミツク粒子分散金属複合層の形成方法。 9 特許請求の範囲第6項乃至第8項の何れかの
セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法に於
て、前記高密度エネルギ源はレーザであることを
特徴とするセラミツク粒子分散金属複合層の形成
方法。 10 特許請求の範囲第6項乃至第9項の何れか
のセラミツク粒子分散金属複合層の形成方法に於
て、前記ガスは窒素とアンモニアガスとの混合ガ
スであることを特徴とするセラミツク粒子分散金
属複合層の形成方法。 11 金属材料の主たる構成元素よりも炭素との
反応性の高い金属元素の粉末を前記金属材料の表
面に配置し、前記粉末及び前記金属材料の表面層
を高密度エネルギ源にて加熱して溶融させること
により前記反応性の高い金属を前記金属材料の表
面層中に分散させ、前記表面層を炭化性ガス雰囲
気中にて加熱するセラミツク粒子分散金属複合層
の形成方法。 12 特許請求の範囲第11項のセラミツク粒子
分散金属複合層の形成方法に於て、前記溶融され
た粉末及び前記金属材料の表面層は主として前記
金属材料の前記表面層以外の部分による吸熱によ
り急冷されることを特徴とするセラミツク粒子分
散金属複合層の形成方法。 13 特許請求の範囲第11項又は第12項のセ
ラミツク粒子分散金属複合層の形成方法に於て、
前記粉末及び前記金属材料の表面層を高密度エネ
ルギ源にて加熱して溶融させることにより前記反
応性の高い金属を前記金属材料の表面層中に分散
させる過程は不活性雰囲気中にて行われることを
特徴とするセラミツク粒子分散金属複合層の形成
方法。 14 特許請求の範囲第11項乃至第13項の何
れかのセラミツク粒子分散金属複合層の形成方法
に於て、前記高密度エネルギ源はレーザであるこ
とを特徴とするセラミツク粒子分散金属複合層の
形成方法。 15 特許請求の範囲第11項乃至第14項の何
れかのセラミツク粒子分散金属複合層の形成方法
に於て、前記ガスは一酸化炭素と二酸化炭素と不
活性ガスとの混合ガスであることを特徴とするセ
ラミツク粒子分散金属複合層の形成方法。
[Scope of Claims] 1. Powder of a metal element having higher reactivity with oxygen than the main constituent elements of the metal material is arranged on the surface of the metal material, and the powder and the surface layer of the metal material are exposed to a high-density energy source. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer, comprising dispersing the highly reactive metal in the surface layer of the metal material by heating and melting the metal material, and heating the surface layer in an oxidizing gas atmosphere. 2. In the method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to claim 1, the molten powder and the surface layer of the metal material are rapidly cooled mainly due to heat absorption by a portion of the metal material other than the surface layer. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer. 3. In the method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to claim 1 or 2, the powder and the surface layer of the metal material are heated and melted with a high-density energy source. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer, characterized in that the step of dispersing a highly reactive metal in the surface layer of the metal material is carried out in an inert atmosphere. 4. The method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-density energy source is a TIG arc. How to form. 5. The method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas is a mixed gas of oxygen and an inert gas. Method for forming a dispersed metal composite layer. 6 Powder of a metal element that is more reactive with nitrogen than the main constituent elements of the metal material is placed on the surface of the metal material, and the powder and the surface layer of the metal material are heated and melted with a high-density energy source. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer, comprising dispersing the highly reactive metal in the surface layer of the metal material and heating the surface layer in a nitriding gas atmosphere. 7. In the method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to claim 6, the molten powder and the surface layer of the metal material are rapidly cooled mainly due to heat absorption by a portion of the metal material other than the surface layer. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer. 8. In the method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to claim 6 or 7, the powder and the surface layer of the metal material are heated and melted with a high-density energy source. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer, characterized in that the step of dispersing a highly reactive metal in the surface layer of the metal material is carried out in an inert atmosphere. 9. The method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to any one of claims 6 to 8, wherein the high-density energy source is a laser. Formation method. 10. The method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to any one of claims 6 to 9, wherein the gas is a mixed gas of nitrogen and ammonia gas. Method of forming metal composite layer. 11 Powder of a metal element that is more reactive with carbon than the main constituent elements of the metal material is placed on the surface of the metal material, and the powder and the surface layer of the metal material are heated and melted with a high-density energy source. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer, comprising dispersing the highly reactive metal in the surface layer of the metal material and heating the surface layer in a carbonizing gas atmosphere. 12 In the method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to claim 11, the molten powder and the surface layer of the metal material are rapidly cooled mainly by heat absorption by a portion of the metal material other than the surface layer. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer. 13 In the method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to claim 11 or 12,
The process of dispersing the highly reactive metal into the surface layer of the metal material by heating and melting the powder and the surface layer of the metal material with a high-density energy source is performed in an inert atmosphere. A method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer, characterized in that: 14. The method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to any one of claims 11 to 13, wherein the high-density energy source is a laser. Formation method. 15 In the method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer according to any one of claims 11 to 14, it is provided that the gas is a mixed gas of carbon monoxide, carbon dioxide, and an inert gas. Characteristic method for forming a ceramic particle-dispersed metal composite layer.
JP60137489A 1985-06-24 1985-06-24 Formation of ceramic particle dispersed composite metallic layer Granted JPS61296974A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60137489A JPS61296974A (en) 1985-06-24 1985-06-24 Formation of ceramic particle dispersed composite metallic layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60137489A JPS61296974A (en) 1985-06-24 1985-06-24 Formation of ceramic particle dispersed composite metallic layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61296974A JPS61296974A (en) 1986-12-27
JPH0585272B2 true JPH0585272B2 (en) 1993-12-06

Family

ID=15199840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60137489A Granted JPS61296974A (en) 1985-06-24 1985-06-24 Formation of ceramic particle dispersed composite metallic layer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61296974A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0732957B2 (en) * 1989-06-01 1995-04-12 エスエムシー株式会社 Surface treatment method for electron beam welding surface
JP6761596B2 (en) * 2016-07-29 2020-09-30 三菱マテリアル株式会社 Cutting tool made of composite material

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61296974A (en) 1986-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8203095B2 (en) Method of using a thermal plasma to produce a functionally graded composite surface layer on metals
JPH0524967B2 (en)
US9108276B2 (en) Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications
US9982332B2 (en) Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications
US4818307A (en) Dispersion strengthened copper-base alloy
US20090092845A1 (en) Electrode for Electric Discharge Surface Treatment, Method of Electric Discharge Surface Treatment, and Apparatus for Electric Discharge Surface Treatment
US2727125A (en) Electric arc welding
FR2582973A1 (en) ARC ELECTRODE
US4689461A (en) Cored tubular electrode and method for the electric-arc cutting of metals
JPH0585273B2 (en)
WO2001023640A1 (en) Electric discharge surface treating electrode and production method thereof and electric discharge surface treating method
JPS62101392A (en) Filling method for cast iron material utilizing high density energy source
JPH0585272B2 (en)
JPS61296973A (en) Formation of ceramic particle dispersed composite metallic layer
WO2014105239A1 (en) Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications
JPH0669621B2 (en) Method for forming ceramic particle dispersed metal composite layer
US3855447A (en) Weld additive for electric-arc deposit welding
JPH09174239A (en) Formation of titanium carbide particle dispersion layer
JPS61296972A (en) Formation of ceramic particle dispersed composite metallic layer
JPS6238792A (en) Formation of alloy layer by co2 laser
JP2854916B2 (en) Ceramic-copper alloy composite
JP2797166B2 (en) Method for controlling carbon content of metal powder compact
RU2819010C1 (en) Method of alloying surface of articles made from titanium or alloys on its basis with formation of boride components of chromium and titanium by laser processing
DE2353850A1 (en) ELECTROLYTIC PROCESS AND DEVICE FOR CURING A LIMITED AREA ON THE SURFACE OF AN OBJECT MADE OF A METAL OR A METAL ALLOY
DE2646554A1 (en) Coating ferrous alloys by flame spraying - using metal powder carried by carbon di:oxide or inert gas to improve quality of deposit