JPH0673556A - 炭素鋼等のレーザクラッド法 - Google Patents
炭素鋼等のレーザクラッド法Info
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- JPH0673556A JPH0673556A JP4120885A JP12088592A JPH0673556A JP H0673556 A JPH0673556 A JP H0673556A JP 4120885 A JP4120885 A JP 4120885A JP 12088592 A JP12088592 A JP 12088592A JP H0673556 A JPH0673556 A JP H0673556A
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- coating film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭素鋼等のレーザクラッド法に係るもので、
ステンレス鋼以外の鉄系金属である炭素鋼や低合金鋼等
の表面に、品質の良いクラッド層を効率良く形成する。 【構成】 母材表面に被焼成塗膜を形成する工程と、被
焼成塗膜の層に沿って黒色系金属酸化物を介在させる工
程と、被焼成塗膜及び黒色系金属酸化物をレーザ照射に
より焼成してクラッド層を形成する工程とを有する。
ステンレス鋼以外の鉄系金属である炭素鋼や低合金鋼等
の表面に、品質の良いクラッド層を効率良く形成する。 【構成】 母材表面に被焼成塗膜を形成する工程と、被
焼成塗膜の層に沿って黒色系金属酸化物を介在させる工
程と、被焼成塗膜及び黒色系金属酸化物をレーザ照射に
より焼成してクラッド層を形成する工程とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼等のレーザクラ
ッド法に係り、特に、高品質のクラッド層を形成する技
術に関するものである。
ッド法に係り、特に、高品質のクラッド層を形成する技
術に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来、ステンレス鋼の耐食性を向上させる
技術として、特開平１−１９９９１９号公報（ステンレ
ス鋼のクラッド用材料）、特開平１−１９９９２０号公
報（ステンレス鋼の耐食性改善方法）、特開平１−１９
９９２１号公報（耐食性ステンレス鋼）が提案されてい
る。これらの先行技術では、ステンレス鋼の表面にクロ
ム系複合材からなるクラッド層をレーザ焼成することに
よって、ステンレス鋼が本来有している耐食性を飛躍的
に向上させるようにしている。
技術として、特開平１−１９９９１９号公報（ステンレ
ス鋼のクラッド用材料）、特開平１−１９９９２０号公
報（ステンレス鋼の耐食性改善方法）、特開平１−１９
９９２１号公報（耐食性ステンレス鋼）が提案されてい
る。これらの先行技術では、ステンレス鋼の表面にクロ
ム系複合材からなるクラッド層をレーザ焼成することに
よって、ステンレス鋼が本来有している耐食性を飛躍的
に向上させるようにしている。
【０００３】また、レーザービームによってクラッド層
を形成する場合には、カーボンブラックを塗料中に混入
して塗膜を黒色化しておくことが、レーザ照射時の塗膜
の熱吸収性を向上させる上で有効であるとされている。
を形成する場合には、カーボンブラックを塗料中に混入
して塗膜を黒色化しておくことが、レーザ照射時の塗膜
の熱吸収性を向上させる上で有効であるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、塗膜中のカー
ボンブラックは、溶融状態の他の金属中に溶け込んで混
入してしまうので、クラッド層の耐食性や延性を低下さ
せる原因となり易くなるという解決すべき課題が残され
る。
ボンブラックは、溶融状態の他の金属中に溶け込んで混
入してしまうので、クラッド層の耐食性や延性を低下さ
せる原因となり易くなるという解決すべき課題が残され
る。
【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、ステンレス鋼以外の鉄系金属である炭素鋼や低合
金鋼等の表面に、品質の良いクラッド層を効率良く形成
することを目的としているものである。
ので、ステンレス鋼以外の鉄系金属である炭素鋼や低合
金鋼等の表面に、品質の良いクラッド層を効率良く形成
することを目的としているものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】母材表面にクロム系複合
材からなる金属粉末とバインダとを含む被焼成塗膜を形
成する工程と、該被焼成塗膜にその層に沿って酸化性の
強い黒色系金属酸化物を介在させる工程と、被焼成塗膜
及び黒色系金属酸化物をレーザ照射により焼成してクラ
ッド層を形成する工程とを有する構成の炭素鋼等のレー
ザクラッド法としている。
材からなる金属粉末とバインダとを含む被焼成塗膜を形
成する工程と、該被焼成塗膜にその層に沿って酸化性の
強い黒色系金属酸化物を介在させる工程と、被焼成塗膜
及び黒色系金属酸化物をレーザ照射により焼成してクラ
ッド層を形成する工程とを有する構成の炭素鋼等のレー
ザクラッド法としている。
【０００７】
【作用】レーザービームを照射して被焼成塗膜及び黒色
系金属酸化物を加熱すると、黒色金属酸化物がレーザー
ビームの熱を吸収して、被焼成塗膜の温度を上昇させる
とともに、被焼成塗膜の構成成分や金属粉末との酸化反
応によって発熱する。金属粉末以外の成分にあっては、
高温状況化のガス化によって除去され、金属粉末中のＣ
ｒ等にあっては、酸化反応時の黒色化に基づく熱吸収の
継続が行なわれる。金属粉末が溶融状態に導かれた状態
で、酸化性の強い金属酸化物に含まれる酸素の発熱反応
が生じると、溶湯の温度を上昇させるとともに溶湯の流
動性を高めて、金属成分の攪拌混合がなされ、配合性の
向上によるクラッド層の成分の均質化が行なわれる。
系金属酸化物を加熱すると、黒色金属酸化物がレーザー
ビームの熱を吸収して、被焼成塗膜の温度を上昇させる
とともに、被焼成塗膜の構成成分や金属粉末との酸化反
応によって発熱する。金属粉末以外の成分にあっては、
高温状況化のガス化によって除去され、金属粉末中のＣ
ｒ等にあっては、酸化反応時の黒色化に基づく熱吸収の
継続が行なわれる。金属粉末が溶融状態に導かれた状態
で、酸化性の強い金属酸化物に含まれる酸素の発熱反応
が生じると、溶湯の温度を上昇させるとともに溶湯の流
動性を高めて、金属成分の攪拌混合がなされ、配合性の
向上によるクラッド層の成分の均質化が行なわれる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッ
ド法の実施例について、図１及び図２に基づいて説明す
る。図１及び図２において、符号１は母材、２は被焼成
塗膜、２ａは金属粉末、２ｂは黒色系金属酸化物層、３
はクラッド層、３ａは酸化クロム層、４は溶融池、Ｌは
レーザビームである。
ド法の実施例について、図１及び図２に基づいて説明す
る。図１及び図２において、符号１は母材、２は被焼成
塗膜、２ａは金属粉末、２ｂは黒色系金属酸化物層、３
はクラッド層、３ａは酸化クロム層、４は溶融池、Ｌは
レーザビームである。
【０００９】図１は、本発明に係る炭素鋼等のレーザク
ラッド法の第１実施例を示すもので、被焼成塗膜２の上
に黒色系金属酸化物層２ｂを形成した状態でレーザ焼成
を行なうものである。
ラッド法の第１実施例を示すもので、被焼成塗膜２の上
に黒色系金属酸化物層２ｂを形成した状態でレーザ焼成
を行なうものである。
【００１０】この場合にあって、母材１は、例えば炭素
鋼や低合金鋼とされる。
鋼や低合金鋼とされる。
【００１１】前記被焼成塗膜２は、クラッド層３におけ
る所望金属成分に対応して金属成分が設定され、クロム
系複合材からなる金属粉末２ａとバインダとを混合した
ものを主成分とするペースト状の混合塗料を塗装するこ
とにより塗膜化してなるものである。この場合の被焼成
塗膜２の厚さは、例えば５００μｍ程度とし、そして、
被焼成塗膜２は、２５０℃程度まで金属粉末２ａを母材
１の表面に付着状態に保持する耐熱性を有するものが使
用される。前記黒色系金属酸化物層２ｂは、酸化性の強
い金属酸化物を被焼成塗膜２の上にバインダ等とともに
塗布して塗膜化してなるものである。
る所望金属成分に対応して金属成分が設定され、クロム
系複合材からなる金属粉末２ａとバインダとを混合した
ものを主成分とするペースト状の混合塗料を塗装するこ
とにより塗膜化してなるものである。この場合の被焼成
塗膜２の厚さは、例えば５００μｍ程度とし、そして、
被焼成塗膜２は、２５０℃程度まで金属粉末２ａを母材
１の表面に付着状態に保持する耐熱性を有するものが使
用される。前記黒色系金属酸化物層２ｂは、酸化性の強
い金属酸化物を被焼成塗膜２の上にバインダ等とともに
塗布して塗膜化してなるものである。
【００１２】各金属成分の配合は、クラッド層３の所望
金属成分に対応して設定される。例えばクラッド層３を
Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金とし、かつ、Ｃｒ：２５
〜３０重量％，Ｎｉ：２５〜３０重量％，Ｍｏ：３〜４
重量％，Ｆｅ：残部とする場合であると、母材（例えば
炭素鋼）成分による希釈等を考慮して、各金属粉末の配
合が、例えばＣｒ：３０〜４０重量％，Ｎｉ：３０〜４
０重量％，Ｍｏ：４〜１０重量％，Ｆｅ：残部の成分比
となるように設定される。
金属成分に対応して設定される。例えばクラッド層３を
Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金とし、かつ、Ｃｒ：２５
〜３０重量％，Ｎｉ：２５〜３０重量％，Ｍｏ：３〜４
重量％，Ｆｅ：残部とする場合であると、母材（例えば
炭素鋼）成分による希釈等を考慮して、各金属粉末の配
合が、例えばＣｒ：３０〜４０重量％，Ｎｉ：３０〜４
０重量％，Ｍｏ：４〜１０重量％，Ｆｅ：残部の成分比
となるように設定される。
【００１３】そして、黒色系金属酸化物層２ｂの黒色系
金属酸化物の成分は、例えば、ＭｎＯ2 ，ＫＭｎＯ4 ，
ＣｒＯ2 ，ＣｒＯ3 ，Ｆｅ2Ｏ3である。
金属酸化物の成分は、例えば、ＭｎＯ2 ，ＫＭｎＯ4 ，
ＣｒＯ2 ，ＣｒＯ3 ，Ｆｅ2Ｏ3である。
【００１４】次いで、前述した先行技術に準じて、例え
ばＹＡＧレーザを利用したレーザビームＬによって、黒
色系金属酸化物層２ｂ及び被焼成塗膜２を加熱して溶解
させながら、図１に矢印で示すように、レーザビームＬ
を進行させることによる焼成を順次行なうと、この加熱
によって、黒色系金属酸化物層２ｂ及び被焼成塗膜２と
母材１の一部とが溶融状態に導かれる。
ばＹＡＧレーザを利用したレーザビームＬによって、黒
色系金属酸化物層２ｂ及び被焼成塗膜２を加熱して溶解
させながら、図１に矢印で示すように、レーザビームＬ
を進行させることによる焼成を順次行なうと、この加熱
によって、黒色系金属酸化物層２ｂ及び被焼成塗膜２と
母材１の一部とが溶融状態に導かれる。
【００１５】レーザビームＬを照射して黒色系金属酸化
物層２ｂを加熱すると、黒色系金属酸化物層２ｂがレー
ザービームＬの熱を吸収して、溶融状態となるとともに
被焼成塗膜２の温度を上昇させる。
物層２ｂを加熱すると、黒色系金属酸化物層２ｂがレー
ザービームＬの熱を吸収して、溶融状態となるとともに
被焼成塗膜２の温度を上昇させる。
【００１６】黒色系金属酸化物が、例えばＭｎＯ2 であ
ると、加熱によって次の熱分解が生じて酸素ガスが遊離
する。 ４ＭｎＯ2 →２Ｍｎ2 Ｏ3 ＋Ｏ2 遊離した酸素ガスの一部は、その近傍に位置する酸化さ
れ易い金属や、被焼成塗膜２の構成成分と酸化反応を生
じる。酸素ガスがＣｒと反応して黒色の酸化クロムを生
成する現象を着目すると、この黒色状態の酸化クロムが
新たに生成されることによって、これらの部分のレーザ
ービームＬの熱吸収が頻繁になり、また、金属等との酸
化反応によって発熱して、溶融池４の温度を上昇させ
る。
ると、加熱によって次の熱分解が生じて酸素ガスが遊離
する。 ４ＭｎＯ2 →２Ｍｎ2 Ｏ3 ＋Ｏ2 遊離した酸素ガスの一部は、その近傍に位置する酸化さ
れ易い金属や、被焼成塗膜２の構成成分と酸化反応を生
じる。酸素ガスがＣｒと反応して黒色の酸化クロムを生
成する現象を着目すると、この黒色状態の酸化クロムが
新たに生成されることによって、これらの部分のレーザ
ービームＬの熱吸収が頻繁になり、また、金属等との酸
化反応によって発熱して、溶融池４の温度を上昇させ
る。
【００１７】金属粉末２ａが溶融状態に導かれた状態
で、黒色系金属酸化物の熱分解によって供給される酸素
ガスとの間の発熱反応が生じると、溶融池４の溶湯の温
度を上昇させるとともに、溶湯の流動性を高めて各金属
成分の攪拌混合がなされ、溶融状態の各金属の配合性を
向上させて均質状態とする。なお、溶融池４の部分で
は、母材１の金属成分の一部を取り込む現象も生じるた
め、母材１と金属粉末２ａとの両構成金属材料が相互に
混ざり合い、中間的な成分配合となる。
で、黒色系金属酸化物の熱分解によって供給される酸素
ガスとの間の発熱反応が生じると、溶融池４の溶湯の温
度を上昇させるとともに、溶湯の流動性を高めて各金属
成分の攪拌混合がなされ、溶融状態の各金属の配合性を
向上させて均質状態とする。なお、溶融池４の部分で
は、母材１の金属成分の一部を取り込む現象も生じるた
め、母材１と金属粉末２ａとの両構成金属材料が相互に
混ざり合い、中間的な成分配合となる。
【００１８】また、金属粉末２ａによって供給される金
属成分以外の不純物にあっては、例えば有機溶剤に含ま
れる炭素や水素成分は、酸化によって炭酸ガスや水蒸気
となって除去されるとともに、不純物の大部分が金属の
融点より低い沸点を有するために、加熱によってガス化
して溶融池４から除去される。
属成分以外の不純物にあっては、例えば有機溶剤に含ま
れる炭素や水素成分は、酸化によって炭酸ガスや水蒸気
となって除去されるとともに、不純物の大部分が金属の
融点より低い沸点を有するために、加熱によってガス化
して溶融池４から除去される。
【００１９】一方、レーザビームＬの後方位置では、溶
融池４の溶融金属が冷却状態に導かれて固化状態となる
ことによって、所望の成分配合のクラッド層３が形成さ
れるものとなる。
融池４の溶融金属が冷却状態に導かれて固化状態となる
ことによって、所望の成分配合のクラッド層３が形成さ
れるものとなる。
【００２０】このクラッド層３は、被焼成塗膜２のＣｒ
量が比較的多量（例えば３０〜４０重量％）である場合
には、その一部が黒色状態の酸化クロムとなって、表面
に酸化クロム層３ａが形成されるが、該酸化クロム層３
ａは、母材１を構成する炭素鋼や低合金鋼と比較して、
耐摩耗性や耐食性が優れるとともに、酸化クロム層３ａ
がクラッド層３の表面に形成されることによって、全体
の耐食性を高めるものとなる。
量が比較的多量（例えば３０〜４０重量％）である場合
には、その一部が黒色状態の酸化クロムとなって、表面
に酸化クロム層３ａが形成されるが、該酸化クロム層３
ａは、母材１を構成する炭素鋼や低合金鋼と比較して、
耐摩耗性や耐食性が優れるとともに、酸化クロム層３ａ
がクラッド層３の表面に形成されることによって、全体
の耐食性を高めるものとなる。
【００２１】次いで、図２に基づき本発明に係る炭素鋼
等のレーザクラッド法の第２実施例について説明する。
図２例にあっては、母材１の表面に被焼成塗膜２を形成
する際に、その内部に、酸化剤として黒色系金属酸化物
２ｂを予め混合させた状態としておいて、レーザ焼成を
行なうものである。
等のレーザクラッド法の第２実施例について説明する。
図２例にあっては、母材１の表面に被焼成塗膜２を形成
する際に、その内部に、酸化剤として黒色系金属酸化物
２ｂを予め混合させた状態としておいて、レーザ焼成を
行なうものである。
【００２２】この場合には、被焼成塗膜２の一部が溶融
状態となるにしたがって、黒色系金属酸化物２ｂが露出
して前述の酸化反応が生じ、被焼成塗膜２の厚さの範囲
で発熱作用や酸化クロムの生成等が行なわれる。
状態となるにしたがって、黒色系金属酸化物２ｂが露出
して前述の酸化反応が生じ、被焼成塗膜２の厚さの範囲
で発熱作用や酸化クロムの生成等が行なわれる。
【００２３】〔他の実施態様〕本発明にあっては、各実
施例に代えて、次の技術を採用することができる。 母材１の表面に直接黒色系金属酸化物層２ｂを形成し
た状態で、被焼成塗膜２を形成すること。 黒色系金属酸化物を、被焼成塗膜２の上に塗布する技
術、被焼成塗膜２の内部に混練する技術、母材１の表面
に塗布する技術の任意の二つまたは三つを相互に組み合
わせること。
施例に代えて、次の技術を採用することができる。 母材１の表面に直接黒色系金属酸化物層２ｂを形成し
た状態で、被焼成塗膜２を形成すること。 黒色系金属酸化物を、被焼成塗膜２の上に塗布する技
術、被焼成塗膜２の内部に混練する技術、母材１の表面
に塗布する技術の任意の二つまたは三つを相互に組み合
わせること。
【００２４】
【発明の効果】本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッド
法にあっては、母材表面に金属粉末とバインダとを含む
被焼成塗膜を形成する工程と、被焼成塗膜にその層に沿
って酸化性の強い黒色系金属酸化物を介在させる工程
と、被焼成塗膜及び黒色系金属酸化物をレーザ照射によ
り焼成してクラッド層を形成する工程とを有するもので
あるから、以下の効果を奏する。 （１） 黒色金属酸化物によるレーザービームの熱吸収
と、金属成分の酸化反応時の発熱により、金属溶融深さ
寸法を大きくしてレーザ焼成時の熱効率を上昇させるこ
とができる。 （２） 酸化反応によって溶融金属の流動性が高まり、
攪拌混合による配合性の向上によってクラッド層の成分
の均質化を図り、高品質のクラッド層を形成することが
できる。 （３） 上記によりクラッド層の耐食性や延性を低下さ
せる原因を除去し、ステンレス鋼以外の鉄系金属である
炭素鋼や低合金鋼等の表面に、品質の良いクラッド層形
成することができる。
法にあっては、母材表面に金属粉末とバインダとを含む
被焼成塗膜を形成する工程と、被焼成塗膜にその層に沿
って酸化性の強い黒色系金属酸化物を介在させる工程
と、被焼成塗膜及び黒色系金属酸化物をレーザ照射によ
り焼成してクラッド層を形成する工程とを有するもので
あるから、以下の効果を奏する。 （１） 黒色金属酸化物によるレーザービームの熱吸収
と、金属成分の酸化反応時の発熱により、金属溶融深さ
寸法を大きくしてレーザ焼成時の熱効率を上昇させるこ
とができる。 （２） 酸化反応によって溶融金属の流動性が高まり、
攪拌混合による配合性の向上によってクラッド層の成分
の均質化を図り、高品質のクラッド層を形成することが
できる。 （３） 上記によりクラッド層の耐食性や延性を低下さ
せる原因を除去し、ステンレス鋼以外の鉄系金属である
炭素鋼や低合金鋼等の表面に、品質の良いクラッド層形
成することができる。
【図１】本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッド法の第
１実施例の実施状況を示す正断面図である。
１実施例の実施状況を示す正断面図である。
【図２】本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッド法の第
２実施例の実施状況を示す正断面図である。
２実施例の実施状況を示す正断面図である。
１ 母材 ２ 被焼成塗膜 ２ａ 金属粉末 ２ｂ 黒色系金属酸化物層（黒色系金属酸化物） ３ クラッド層 ３ａ 酸化クロム層 ４ 溶融池 Ｌ レーザビーム
Claims (1)
- 【請求項１】 母材表面にクロム系複合材からなる金属
粉末とバインダとを含む被焼成塗膜を形成する工程と、
該被焼成塗膜にその層に沿って酸化性の強い黒色系金属
酸化物を介在させる工程と、被焼成塗膜及び黒色系金属
酸化物をレーザ照射により焼成してクラッド層を形成す
る工程とを有することを特徴とする炭素鋼等のレーザク
ラッド法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4120885A JPH0673556A (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 炭素鋼等のレーザクラッド法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4120885A JPH0673556A (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 炭素鋼等のレーザクラッド法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0673556A true JPH0673556A (ja) | 1994-03-15 |
Family
ID=14797389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4120885A Withdrawn JPH0673556A (ja) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | 炭素鋼等のレーザクラッド法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0673556A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5839880A (en) * | 1992-03-18 | 1998-11-24 | Hitachi, Ltd. | Bearing unit, drainage pump and hydraulic turbine each incorporating the bearing unit, and method of manufacturing the bearing unit |
| CN102601340A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-07-25 | 江苏泽金激光科技有限公司 | 铝合金压铸模具及在其内腔表面形成防护涂层的制备工艺 |
| CN103671339A (zh) * | 2012-09-05 | 2014-03-26 | 江苏晨光盛得液压设备有限公司 | 合金粉末激光熔覆表面耐磨耐腐蚀液压启闭机油缸活塞杆 |
| CN104451663A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-25 | 天津工业大学 | 一种基于激光熔覆的镍基玻璃纤维复合材料的制备方法 |
| CN105177570A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-23 | 无锡清杨机械制造有限公司 | 一种表面涂敷工艺方法 |
| CN105263667A (zh) * | 2013-01-31 | 2016-01-20 | 西门子能源公司 | 使用粉末状焊剂的选择性激光熔化/烧结 |
-
1992
- 1992-05-13 JP JP4120885A patent/JPH0673556A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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