JPH0669621B2 - セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法 - Google Patents

セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法

Info

Publication number
JPH0669621B2
JPH0669621B2 JP60137490A JP13749085A JPH0669621B2 JP H0669621 B2 JPH0669621 B2 JP H0669621B2 JP 60137490 A JP60137490 A JP 60137490A JP 13749085 A JP13749085 A JP 13749085A JP H0669621 B2 JPH0669621 B2 JP H0669621B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
composite layer
metal element
dispersed
powder
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
JP60137490A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61296975A (ja
Inventor
和彦 森
章義 森田
雅昭 徳井
宗谷 高木
厚 太田
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 JP60137490A priority Critical patent/JPH0669621B2/ja
Publication of JPS61296975A publication Critical patent/JPS61296975A/ja
Publication of JPH0669621B2 publication Critical patent/JPH0669621B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic 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】 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ッ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ック粒子を金属材
料中に分散させ、これによりセラミック粒子分散金属複
合材料又は複合層を形成することが有効であることが知
られている。
かくしてセラミッ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
ラミッ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べき
セラミック粉末を添加して攪拌し、かくして得られた混
合溶湯を鋳造するコンポキャ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、形状等を適正に制
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長時間加熱維持しなければならな
ず、金属材料全体に対し処理を行う必要があるため、セ
ラミッ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ック
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ず、更には前記金
属元素の酸化の速度は金属材料中への酸素の拡散速度に
より制限されるため、金属材料の表面部に酸化物系セラ
ミッ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
外のセラミッ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ック粒子の体積率、
大きさ、形状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、セラミック粒子の体積率、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ック粒子分散金属
複合層を形成することが非常に困難であり、従って金属
材料の特定の表面部にセラミッ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ック粒子分散金属複合層やセ
ラミック粒子とベース金属との密着性に優れたセラミッ
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。
更にコンポキャスト法に於ては、セラミック粒子分散金
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ック粒子分散
金属複合層を形成することが非常に困難であり、またセ
ラミック粒子は濡れ性が悪いためセラミック粒子が均一
に分散され且セラミック粒子とマトリックス金属との密
着性に優れた複合層を形成することが困難であり、更に
は複合層中のセラミッ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ッ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、金属酸化物、
金属窒化物、又は金属炭化物のセラミック粒子が所望の
体積率にて均一に分散され且つセラミック粒子とマトリ
ックス金属との密着性に優れたセラミック粒子分散金属
複合層を金属材料の所望の表面に容易に且低廉に能率よ
く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、酸素との反応性
の高い第一の金属元素の粉末と、第二の金属元素の酸化
物の粉末であって前記第二の金属元素は前記第一の金属
元素よりも酸素との反応性が低い第二の金属元素の酸化
物の粉末とを混合し、該混合粉末を金属材料の表面に配
置し、前記混合粉末を高密度エネルギ源にて加熱して溶
融させ、前記第一の酸素にて酸化させて微細な前記第一
の金属元素の酸化物を形成し、前記第一の金属元素の酸
化物の集合化を実質的に阻止する冷却速度にて溶融金属
を冷却し、これにより前記溶融金属の凝固によって形成
されるマトリックス金属中に前記第一の金属元素の酸化
物よりなる微細なセラミック粒子を実質的に均一に分散
させるセラミック粒子分散金属複合層の形成方法、窒
素との反応性の高い第一の金属元素の粉末と、第二の金
属元素の窒化物の粉末であって前記第二の金属元素は前
記第一の金属元素よりも窒素との反応性が低い第二の金
属元素の窒化物の粉末とを混合し、該混合粉末を金属材
料の表面に配置し、前記混合粉末を高密度エネルギ源に
て加熱して溶融させ、前記第一の金属元素を前記第二の
金属元素の窒化物中の窒素にて窒化させて微細な前記第
一の金属元素の窒化物を形成し、前記第一の金属元素の
窒化物の集合化を実質的に阻止する冷却速度にて溶融金
属を冷却し、これにより前記溶融金属の凝固によって形
成されるマトリックス金属中に前記第一の金属元素の窒
化物よりなる微細なセラミック粒子を実質的に均一に分
散させるセラミック粒子分散金属複合層の形成方法、又
は炭素との反応性の高い第一の金属元素の粉末と、第
二の金属元素の炭化物の粉末であって前記第二の金属元
素は前記第一の金属元素よりも炭素との反応性が低い第
二の金属元素の炭化物の粉末とを混合し、該混合粉末を
金属材料の表面に配置し、前記混合粉末を高密度エネル
ギ源にて加熱して溶融させ、前記第一の金属元素を前記
第二の金属元素の炭化物中の炭素にて炭化させて微細な
前記第一の金属元素の炭化物を形成し、前記第一の金属
元素の炭化物の集合化を実質的に阻止する冷却速度にて
溶融金属を冷却し、これにより前記溶融金属の凝固によ
って形成されるマトリックス金属中に前記第一の金属元
素の炭化物よりなる微細なセラミック粒子を実質的に均
一に分散させるセラミック粒子分散金属複合層の形成方
法によって達成される。
発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、酸素、窒素、又は炭素との反応
性の高い第一の金属元素の粉末と、第一の金属元素より
もそれぞれ酸素、窒素、又は炭素との反応性の低い第二
の金属元素の酸化物、窒化物、炭化物の粉末との混合粉
末が金属材料の表面に配置され、混合粉末が高密度エネ
ルギ源にて局部的に高温度に加熱されることにより混合
粉末が溶融（半溶融状態を含む）され、第一の金属元素
及び第二の金属元素の酸化物等が活性化され、これによ
り第一の金属元素が第二の金属元素の酸化物等により解
離した酸素等により酸化され、窒化され、又は炭化され
ることにより第一の金属元素の微細な酸化物、窒化物、
又炭化物、即ち微細な酸化物系、窒化物系、又は炭化物
系のセラミック粒子が分散状態にて形成されると共に、
第二の金属元素が実質的に純金属の状態にされ、又は部
分的に酸化物等の状態にて残存せしめられ、セラミック
粒子の集合化を実質的に阻止する冷却速度にて溶融金属
が冷却され、これにより溶融金属の凝固によって形成さ
れるマトリックス金属中にセラミック粒子が実質的に均
一に分散される。
従って第一の金属元素の粉末と第二の金属元素の酸化物
等の粉末とを所定の比率にて均一に混合することによ
り、実質的に所望の種類の微細なセラミック粒子が第二
の金属元素、第一及び第二の金属元素の合金、又は第一
及び第二の金属元素と金属材料を構成する金属元素との
合金よりなるマトリッ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
且能率よく形成することができ、またこの場合セラミッ
ク粒子は第一の金属元素と第二の金属元素の酸化物、窒
化物、炭化物中の酸素、窒素、炭素とが化合することに
より形成されるので、セラミック粒子とマトリックス金
属との密着性を向上させることができ、更には混合粉末
と共に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も優れた複合層を形成することかで
きる。
また本発明の方法によれば、混合粉末等に対する入熱は
従来の方法の如く金属材料全体が長時間に亙り高温度に
加熱される場合に比して遥に少なく且短時間であり且局
部的であり、粉末冶金法の如く金属材料全体にセラミッ
ク粒子が分散されるのではなく、金属材料の任意の特定
の表面にのみセラミック粒子分散金属複合層を形成し得
るので、金属材料の主要部に熱的悪影響を実質的に及ぼ
すことなく金属材料の所望の表面にのみ複合層を低廉に
形成することができる。
また本発明の方法によれば、内部酸化法の如く分散され
るセラミック粒子が酸化物系セラミック粒子に限定され
ることはなく、また第一及び第二の金属元素を適宜に選
定することにより、セラミック粒子分散による耐摩耗性
等の性質の向上に加えて、複合層のマトリックス金属の
組成によっても耐食性等の性質の向上を図ることができ
る。
更に本発明の方法によれば、金属材料の表面に配置され
る混合粉末中の第一の金属元素の粉末と第二の金属元素
の酸化物等の粉末との比率を厚さ方向に変化させること
により、例えば複合層の金属材料に近い部位よりその表
面に向うにつれてセラミック粒子の体積率が増大する複
合層の如く、厚さ方向にセラミック粒子の体積率が変化
した複合層を形成することができ、その場合セラミック
粒子の体積率を複合層の厚さ方向に連続的に変化させる
こともできる。
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混合粉末は主として金属材料によ
る吸熱により急冷される。かかる方法によれば、溶融さ
れた混合粉末を冷却するための特別な冷却装置は不要で
あり、また溶融された混合粉末及び高温度に加熱された
金属材料の表面部が急冷されるので、マトリックス金属
の結晶が微細であり、従って強度等に優れた複合層を形
成することができる。
本発明の方法の他の一つの詳細な特徴によれば、混合粉
末を高密度エネルギ源にて加熱して混合粉末を溶融させ
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ックス金
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ッ
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、ヘリウムの如き
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、電子ビームであってよいが、レーザは第一
及び第二の金属元素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混合粉末
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混合粉末が溶融されるとその溶融
金属及びセラミック粒子が電磁攪拌作用により攪拌され
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
であってよいので、所定の雰囲気を創成し維持するに必
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。従っ
て本発明の方法の更に他の一つの詳細な特徴によれば、
第一及び第二の金属元素の種類、形成されるべき複合層
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、T1Gアーク、電子ビームが適宜に使い分けられ
る。
尚本発明の方法に於ける第一及び第二の金属元素は単一
種類の金属又は複数種類の金属であってよく、更には金
属材料の組成と異なる組成の金属又は実質的に同一の組
成の金属であってもよいが、セラミック粒子が均一に分
散された複合層を形成するためには、第一の金属元素の
粉末と第二の金属元素の酸化物等の粉末とが実質的に均
一に混合されることが好ましい。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、そ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ΔＧ°はそれぞれ下記の表１〜表
３に示された通りであり、第一の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、第二の金属
元素は上記金属元素以外の金属元素に選定されることが
好ましい。
表１ 元素 反応式 ΔＧ°（cal／mol） Si Si+O2＝SiO2 −135000 Cr 4/3Cr+O2＝2/3Cr2O3 −108000 Ti Ti+O2＝TiO2 −148000 Ｖ 4/3V+O2＝2/3V2O3 −126000 Zr Zr+O2＝ZrO2 −182000 Al 4/3Al+O2＝2/3Al2O3 −176000 Mg 2Mg+O2＝2MgO −172000 Mn 3/2Mn+O2＝1/2Mn3O4 −50000 Ta 4/5Ta+O2＝2/5Ta2O5 −61000 Ｗ W+O2＝WO2 −68000 表２ 元素 反応式 ΔＧ°（cal／mol） Si 3/2Si+N2＝1/2Si3N4 −20000 Cr 4Cr+N2＝2Cr2N −7000 Ti 2Ti+N2＝2TiN −80000 Zr 2Zr+N2＝2ZrN −92000 Al 2Al+N2＝2AlN −65000 Mg 3Mg+N2＝Mg3N2 （不明） Mo 4Mo+N2＝2Mo2N （不明） Ta 2Ta+N2＝2TaN −42000 表３ 元素 反応式 ΔＧ°（cal／mol） Si Si+C＝SiC −13000 Cr 3/2Cr+C＝1/2Cr3C2 −12500 Ti Ti+C＝TiC −40000 Ｖ V+C＝VC −22000 Zr Zr+C＝ZrC −41500 Al 4/3Al+C＝1/3Al4C3 −8500 Mo 2Mo+C＝Mo2C −18000 Mn 7/3Mn+C＝1/3Mn7C3 −12000 Ta Ta+C＝TaC −34000 Nb Nb+C＝NbC −31000 Ｗ W+C＝WC −8000 また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
混合粉末を容易に溶融させ、また複合層中に気孔が発生
することを防止するためには、金属粉末及び酸化物等の
粉末の平均粒径は300μ以下、特に100μ以下であること
が好ましく、金属粉末と酸化物等の粉末との均一な混合
粉末を形成し、これによりセラミック粒子が実質的に均
一に分散された複合層を形成するためには、酸化物等の
粉末の平均粒径は0.3〜500μ、特に0.4〜200μであるこ
とが好ましい。
更に金属材料の表面に混合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
混合粉末を送給することにより行われてもよいが、混合
粉末の飛散を防止しその歩留りを向上させるためには、
混合粉末の圧紛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混合粉末を圧紛成形
したり、混合粉末に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
剤を添加してペーストを形成し、該ペーストをヘラ塗り
法やチュ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、シ
ンナーにて溶解されたアクリル樹脂の如き溶媒中に混合
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、ペーストやスラ
リーはそれらが乾燥されることにより形成される混合粉
末層の表面が酸化されたり、混合粉末層の表面部に気孔
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％）と平均粒径20
μの酸化ニッケル粉末とを均一に混合し、これによりこ
れらの粉末の重量比が5:3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、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、70×40×10mm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っ
て厚さ1.0mm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って幅５mm、厚さ1.0mmの層状
にペーストを配置した。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％である混合粉末層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、混合粉末層５
の一端より他端までT1G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混合粉末層を
TIGアーク７により局部的に加熱してクロム粉末及び酸
化ニッケル粉末を溶融させ、クロムと酸化ニッケルとの
間に於て、 の反応を行わせることにより、第４図に示されている如
く、酸化クロム粒子が分散された鉄−ニッケル合金より
なる複合層８を形成した。尚この場合試験片の混合粉末
層直下の部分も部分的に溶融され、かくして生じた金属
溶湯及び形成された酸化クロム粒子及び試験片の表面部
は主として試験片の主要部によって吸熱されることによ
り急冷された。
表４ 電流： 120A 電圧： 20V 極性： 直流棒プラス 電極： タングステン 走査速度： 2.5mm／sec アーク長さ： ６mm アルゴンの流量： 10 ｌ／min 上述の如く形成された複合層の幅は6.8mmであり、最大
厚さは2.2mmであった。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８と試験片のベース金属９との間には熱
影響部10が存在していたが、その幅は1.8〜2.2mm程度で
あった。また複合層中の酸化クロム粒子11の体積率は約
６％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ックス金属としての鉄−ニッケル
合金12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5.5μであった。
第６図は複合層８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、白い地の部分はマトリックス金属としてのニッケ
ルの部分であり、微細な黒い点状の部分は酸化クロム粒
子であり、比較的大きい黒い点状の部分は完全には還元
されなかった酸化ニッケル粒子である。この第６図よ
り、微細且均一な大きさの酸化クロム粒子及び酸化ニッ
ケル粒子がマトリッ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80μのアルミニウム粉末（純度99.9％）と平均
粒径0.8μの窒化鉄粉末とを均一に混合し、これにより
これらの粉末の重量比が5:3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のペ
ーストと実質的に同一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の寸法及
び同一の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
方向に沿って幅５mm、厚さ1.0mmの層状にペーストを配
置し、更に実施例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７図に示されている如
く、気孔率が約40％である混合粉末層13を試験片14上に
形成した。
次いで第８図に示されている如く、試験片14を真空容器
15内の載置台16上に配置し、真空容器15内を10-3Torrに
減圧することにより真空雰囲気に設定した。次いでレー
ザガン17より発射されたレーザ18を真空容器の天井壁に
設けられた塩化カリウム製の透過窓15aを経て混合粉末
層13の一端に照射し、レーザガン17を混合粉末層の他端
まで長手方向に走査させることにより、下記の表５に示
された条件にて混合粉末をレーザ18により局部的に加熱
してアルミニウム粉末及び窒化鉄粉末を溶融させ、アル
ミニウムと窒化鉄との間に於て Al＋Fe4N→AlN＋4Fe の反応を行わせることにより、第９図に示されている如
く、窒化アルミニウム粒子が分散された鉄−ニッケル合
金よりなる複合層19を形成した。尚この場合試験片の混
合粉末層直下の部分も部分的に溶融され、かくして生じ
た金属溶湯及び形成された窒化アルミニウム粒子及び試
験片の表面部は主として試験片の主要部によって吸熱さ
れることにより急冷された。
表５ パワー密度： 220W／mm2 エネルギ密度： 200J／mm2 走査速度： 3.6mm／sec 上述の如く形成された複合層の幅は5.8mmであり、最大
厚さは1.3mmであった。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
19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程度であった。また複合層
中の窒化アルミニウム粒子の体積率は約８％であり、複
合層全体に亙り実質的に均一であり、窒化アルミニウム
粒子とマトリックス金属としての鉄−ニッケル合金との
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。更に窒化アルミニウム粒子の平均粒径は2.
5μであった。
第10図は複合層19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、灰色の他の部分はマトリックス金属としての鉄−
ニッケル合金の部分であり、散在する花びら状の部分は
窒化アルミニウム粒子である。この第10図より、微細且
均一な大きさの窒化アルミニウム粒子がマトリックス金
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20μの炭化鉄（セメンタイト）粉末とを均一に混合
し、これによりこれらの粉末の重量比が1:3.75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
に沿って幅５mm、厚さ1.0mm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11図に示されている如
く、気孔率が40％である混合粉末層20を試験片21上に形
成した。
次いで第12図に示されている如く、試験片21を処理容器
22内の載置台23上に配置し、処理容器内の空気を排気し
つつ処理容器内へアルゴンを導入することにより、処理
容器内をアルゴン雰囲気に置換し、その状態にて混合粉
末層20の一端より他端までレーザガン24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
末層に塩化カリウム製の透過窓26を経てレーザー25を照
射することにより、混合粉末層を局部的に加熱して溶融
させ、チタニウムと炭化鉄との間に於て Ti＋Fe3C→TiC＋3Fe の反応を行わせることにより、第13図に示されている如
く炭化チタニウム粒子が分散された鉄合金よりなる複合
層27を形成した。尚この場合試験片の混合粉末層直下の
部分も部分的に溶融され、かくして生じた金属溶湯及び
形成された炭化チタニウム粒子及び試験片の表面部は主
として試験片の主要部によって吸熱されることにより急
冷された。
表６ パワー密度： 240W／mm2 エネルギ密度： 180J／mm2 走査速度： ４mm／sec アルゴンの流量： ５ ｌ／min 処理容器内圧力： 1.05atm 上述の如く形成された複合層の幅は5.8mmであり、最大
厚さは1.6mmであった。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程度であった。また複合層中の炭化
チタニウム粒子の体積率は約３％であり、反応せずに残
存している炭化鉄粒子の体積率は約５％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鉄粒子とマトリックス
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
ム粒子の平均粒径は1.2μであり、炭化鉄粒子の平均粒
径は８μであった。
第14図は複合層27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、灰色の部分はマトリックス金属としての鉄合金の
部分であり、微細な灰色点状の部分は炭化チタニウムの
粒子であり、大きい灰色の島状の部分は炭化鉄の粒子で
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比較的微細で比較的均一な大きさ
の炭化鉄粒子がマトリッ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
とは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
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
表面に混合粉末層が形成された試験片を示す斜視図、第
３図は試験片上の混合粉末層をTIGアークにより溶融さ
せて複合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複合層を示
す斜視図、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
クロム粒子及び酸化ニッケル粒子が分散された鉄−ニッ
ケル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、第７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８図は真空雰囲気
中にてレーザにより混合粉末層を溶融して複合層を形成
する工程を示す解図、第９図は第８図の工程により形成
された複合層を示す斜視図、第10図は窒化アルミニウム
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11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12図はアルゴン雰囲気中にてレーザにより混合粉末層
を溶融して複合層を形成する工程を示す解図、第13図は
第12図の工程により形成された複合層を示す斜視図、第
14図は炭化チタニウム粒子及び炭化鉄粒子が分散された
鉄合金よりなる複合層の横断面の中央部の金属組織を80
0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…混合粉末
層,6…レーザガン,7…TIGアーク,8…複合層,9…ベース
金属,10…熱影響部,11…酸化クロム粒子,12…鉄−ニッ
ケル合金,13…混合粉末層,14…試験片,15…真空容器,16
…載置台,17…レーザガン,18…レーザ,19…複合層,20…
混合粉末層,21…試験片,22…処理容器,23…載置台,24…
レーザガン,25…レーザ,26…透過窓,27…複合層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 26/00 Ｅ (72)発明者 高木 宗谷 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 太田 厚 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特公 昭60−12159（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸素との反応性の高い第一の金属元素の粉
    末と、第二の金属元素の酸化物の粉末であって前記第二
    の金属元素は前記第一の金属元素よりも酸素との反応性
    が低い第二の金属元素の酸化物の粉末とを混合し、該混
    合粉末を金属材料の表面に配置し、前記混合粉末を高密
    度エネルギ源にて加熱して溶融させ、前記第一の金属元
    素を前記第二の金属元素の酸化物中の酸素にて酸化させ
    て微細な前記第一の金属元素の酸化物を形成し、前記第
    一の金属元素の酸化物の集合化を実質的に阻止する冷却
    速度にて溶融金属を冷却し、これにより前記溶融金属の
    凝固によって形成されるマトリックス金属中に前記第一
    の金属元素の酸化物よりなる微細なセラミック粒子を実
    質的に均一に分散させるセラミック粒子分散金属複合層
    の形成方法。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項のセラミック粒子分
    散金属複合層の形成方法に於て、前記溶融された混合粉
    末は主として前記金属材料による吸熱により急冷される
    ことを特徴とするセラミック粒子分散金属複合層の形成
    方法。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項のセラミ
    ック粒子分散金属複合層の形成方法に於て、前記混合粉
    末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ことを特徴とするセラミック
    粒子分散金属複合層の形成方法。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項又は第３項の何れか
    のセラミッ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
    るセラミック粒子分散金属複合層の形成方法。
  5. 【請求項５】窒素との反応性の高い第一の金属元素の粉
    末と、第二の金属元素の窒化物の粉末であって前記第二
    の金属元素は前記第一の金属元素よりも窒素との反応性
    が低い第二の金属元素の窒化物の粉末とを混合し、該混
    合粉末を金属材料の表面に配置し、前記混合粉末を高密
    度エネルギ源にて加熱して溶融させ、前記第一の金属元
    素を前記第二の金属元素の窒化物中の窒素にて窒化させ
    て微細な前記第一の金属元素の窒化物を形成し、前記第
    一の金属元素の窒化物の集合化を実質的に阻止する冷却
    速度にて溶融金属を冷却し、これにより前記溶融金属の
    凝固によって形成されるマトリックス金属中に前記第一
    の金属元素の窒化物よりなる微細なセラミック粒子を実
    質的に均一に分散させるセラミック粒子分散金属複合層
    の形成方法。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項のセラミック粒子分
    散金属複合層の形成方法に於て、前記溶融された混合粉
    末は主として前記金属材料による吸熱により急冷される
    ことを特徴とするセラミック粒子分散金属複合層の形成
    方法。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第５項又は第６項のセラミ
    ック粒子分散金属複合層の形成方法に於て、前記混合粉
    末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ことを特徴とするセラミック
    粒子分散金属複合層の形成方法。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第５項乃至第７項の何れか
    のセラミッ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。
  9. 【請求項９】炭素との反応性の高い第一の金属元素の粉
    末と、第二の金属元素の炭化物の粉末であって前記第二
    の金属元素は前記第一の金属元素よりも炭素との反応性
    が低い第二の金属元素の炭化物の粉末とを混合し、該混
    合粉末を金属材料の表面に配置し、前記混合粉末を高密
    度エネルギ源にて加熱して溶融させ、前記第一の金属元
    素を前記第二の金属元素の炭化物中の炭素にて炭化させ
    て微細な前記第一の金属元素の炭化物を形成し、前記第
    一の金属元素の炭化物の集合化を実質的に阻止する冷却
    速度にて溶融金属を冷却し、これにより前記溶融金属の
    凝固によって形成されるマトリックス金属中に前記第一
    の金属元素の炭化物よりなる微細なセラミック粒子を実
    質的に均一に分散させるセラミック粒子分散金属複合層
    の形成方法。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項のセラミック粒子
    分散金属複合層の形成方法に於て、前記溶融された混合
    粉末は主として前記金属材料による吸熱により急冷され
    ることを特徴とするセラミック粒子分散金属複合層の形
    成方法。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第９項又は第10項のセラ
    ミック粒子分散金属複合層の形成方法に於て、前記混合
    粉末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ことを特徴とするセラミッ
    ク粒子分散金属複合層の形成方法。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第９項乃至第11項の何れ
    かのセラミッ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
    セラミック粒子分散金属複合層の形成方法。
JP60137490A 1985-06-24 1985-06-24 セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法 Expired - Lifetime JPH0669621B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60137490A JPH0669621B2 (ja) 1985-06-24 1985-06-24 セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60137490A JPH0669621B2 (ja) 1985-06-24 1985-06-24 セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61296975A JPS61296975A (ja) 1986-12-27
JPH0669621B2 true JPH0669621B2 (ja) 1994-09-07

Family

ID=15199864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60137490A Expired - Lifetime JPH0669621B2 (ja) 1985-06-24 1985-06-24 セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0669621B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999022081A1 (fr) * 1997-10-28 1999-05-06 Toto Ltd. Procede de soudure d'un element formant un passage pour le fluide et element formant un passage pour le fluide

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6012159A (ja) * 1983-07-01 1985-01-22 R H Service:Kk 静電塗装装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999022081A1 (fr) * 1997-10-28 1999-05-06 Toto Ltd. Procede de soudure d'un element formant un passage pour le fluide et element formant un passage pour le fluide

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61296975A (ja) 1986-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4818307A (en) Dispersion strengthened copper-base alloy
JPH0524967B2 (ja)
US8203095B2 (en) Method of using a thermal plasma to produce a functionally graded composite surface layer on metals
US3348929A (en) Protecting carbon materials from oxidation
US5093148A (en) Arc-melting process for forming metallic-second phase composites
EP1716271B1 (en) Hardfacing ferroalloy materials
EP1468778A2 (en) Flux binder system
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
JPH01152232A (ja) 耐摩耗性Ｃｕ基合金
JPWO2004043642A1 (ja) アルミニウム粉末合金の接合方法
JPWO2004011696A1 (ja) 放電表面処理用電極および放電表面処理方法並びに放電表面処理装置
JPH0585273B2 (ja)
WO1989010982A1 (en) Arc-melting process for forming metallic-second phase composites and product thereof
JPH0669621B2 (ja) セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法
JPS61296973A (ja) セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法
JPS61296974A (ja) セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法
WO2014105239A1 (en) Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications
JPH09174239A (ja) 炭化チタン粒子分散層の形成方法
JPS61296972A (ja) セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法
JP2004091241A (ja) 炭化タングステン系超硬質材料及びその製造方法
RU2819042C1 (ru) Способ формирования в легированном слое боридов титана при лазерной обработке поверхности изделий из титана или сплавов на его основе
US3855447A (en) Weld additive for electric-arc deposit welding
JP2854916B2 (ja) セラミック―銅合金複合材
RU2819010C1 (ru) Способ легирования поверхности изделий из титана или сплавов на его основе с формированием боридных составляющих хрома и титана методом лазерной обработки