JPH0679482A - 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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- JPH0679482A JPH0679482A JP4110480A JP11048092A JPH0679482A JP H0679482 A JPH0679482 A JP H0679482A JP 4110480 A JP4110480 A JP 4110480A JP 11048092 A JP11048092 A JP 11048092A JP H0679482 A JPH0679482 A JP H0679482A
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- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K2103/04—Steel or steel alloys
- B23K2103/05—Stainless steel
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- Laser Beam Processing (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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、
融点の相違する金属を合金化したレーザクラッド層を形
成する場合の金属の成分配分性を高める。 【構成】 沸点の高低順と逆順に粒径の大きさが設定さ
れた金属粉末を混合してなる被焼成被膜を炭素鋼等の母
材表面に形成し、これをレーザ照射によって焼成してク
ラッド層を形成する。低沸点金属の蒸発を高沸点金属が
溶融するまで遅らせ、これらの混合を促進する。
融点の相違する金属を合金化したレーザクラッド層を形
成する場合の金属の成分配分性を高める。 【構成】 沸点の高低順と逆順に粒径の大きさが設定さ
れた金属粉末を混合してなる被焼成被膜を炭素鋼等の母
材表面に形成し、これをレーザ照射によって焼成してク
ラッド層を形成する。低沸点金属の蒸発を高沸点金属が
溶融するまで遅らせ、これらの混合を促進する。
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、融点の相違する異種金属の成分配
分性を高めるものである。
ッド法に係り、特に、融点の相違する異種金属の成分配
分性を高めるものである。
【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】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の技術
は、一般の炭素鋼や低合金鋼にまで適用範囲を広げよう
とすると、クロム系複合材中のＣｒ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ
の融点の相違によって、レーザ焼成時に各金属の溶解時
期がずれること等に起因して、クラッド層の成分配合性
が損われ易く、所望の性能を得ることが困難になるとい
う解決すべき課題が残される。
は、一般の炭素鋼や低合金鋼にまで適用範囲を広げよう
とすると、クロム系複合材中のＣｒ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ
の融点の相違によって、レーザ焼成時に各金属の溶解時
期がずれること等に起因して、クラッド層の成分配合性
が損われ易く、所望の性能を得ることが困難になるとい
う解決すべき課題が残される。
【０００４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、合金クラッド層を形成する場合における金属の
成分配分性を高めること、高耐食性を有するクラッド
層を炭素鋼等の表面に確実に形成することを目的として
いるものである。
ので、合金クラッド層を形成する場合における金属の
成分配分性を高めること、高耐食性を有するクラッド
層を炭素鋼等の表面に確実に形成することを目的として
いるものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッド法にあって
は、粒径の大きさを沸点の高低順と逆順に設定した複数
種類の金属粉末を主成分とする被焼成被膜を炭素鋼等の
母材表面に形成する工程と、該被焼成被膜をレーザ照射
によって焼成してクラッド層を形成する工程とを有する
構成を採用している。
め、本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッド法にあって
は、粒径の大きさを沸点の高低順と逆順に設定した複数
種類の金属粉末を主成分とする被焼成被膜を炭素鋼等の
母材表面に形成する工程と、該被焼成被膜をレーザ照射
によって焼成してクラッド層を形成する工程とを有する
構成を採用している。
【０００６】
【作用】沸点の高低順と逆順に、粒径の大きさを変えて
あると、被焼成被膜にレーザ光線を当てて溶融状態に導
いた場合に、粒径の熱容量によって各金属粉末が溶解す
るまでの時間に差が生じ、かつ、融点の差とあいまっ
て、複数種類の金属が一様に溶融状態となって、成分の
均一化が図られる。
あると、被焼成被膜にレーザ光線を当てて溶融状態に導
いた場合に、粒径の熱容量によって各金属粉末が溶解す
るまでの時間に差が生じ、かつ、融点の差とあいまっ
て、複数種類の金属が一様に溶融状態となって、成分の
均一化が図られる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッ
ド法の一実施例について、図１ないし図４に基づいて説
明する。各図において、符号１は母材、２は被焼成被
膜、２ａは大径粒、２ｂは中径粒、２ｃは小径粒、２ｄ
はバインダ、３はクラッド層、Ｌはレーザビームであ
る。
ド法の一実施例について、図１ないし図４に基づいて説
明する。各図において、符号１は母材、２は被焼成被
膜、２ａは大径粒、２ｂは中径粒、２ｃは小径粒、２ｄ
はバインダ、３はクラッド層、Ｌはレーザビームであ
る。
【０００８】該一実施例にあっては、前記母材１が、例
えば炭素鋼や低合金鋼とされる。
えば炭素鋼や低合金鋼とされる。
【０００９】前記被焼成被膜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、図４に
示すように、大径粒２ａ、中径粒２ｂ、小径粒２ｃ及び
バインダ２ｄを混合した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。
る所望金属成分に対応して金属成分が設定され、図４に
示すように、大径粒２ａ、中径粒２ｂ、小径粒２ｃ及び
バインダ２ｄを混合した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。
【００１０】〔金属成分の配合〕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：３０〜４０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。
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：３０〜４０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。
【００１１】〔金属粉末の粒系調整〕クラッド層３をＣ
ｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金で構成する場合、各金属の
融点は、例えば、Ｃｒが２１６３±１０（Ｋ）、Ｎｉが
１７２６±１（Ｋ）、Ｍｏが２９０３±１０（Ｋ）、Ｆ
ｅが１８０９±１（Ｋ）であり、そして、各金属の沸点
は、例えば、Ｃｒが２９３３（Ｋ）、Ｎｉが３１１０
（Ｋ）、Ｍｏが５１００（Ｋ）、Ｆｅが３１６０（Ｋ）
である。本発明にあっては、沸点の高低に基づいて、低
沸点のＣｒを例えば６０〜８０μｍの大径粒２ａ、高沸
点のＭｏを例えば２〜１０μｍの小径粒２ｃ、中間の沸
点を有するＮｉ及びＦｅを中径粒２ｂとする設定を行な
う。
ｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金で構成する場合、各金属の
融点は、例えば、Ｃｒが２１６３±１０（Ｋ）、Ｎｉが
１７２６±１（Ｋ）、Ｍｏが２９０３±１０（Ｋ）、Ｆ
ｅが１８０９±１（Ｋ）であり、そして、各金属の沸点
は、例えば、Ｃｒが２９３３（Ｋ）、Ｎｉが３１１０
（Ｋ）、Ｍｏが５１００（Ｋ）、Ｆｅが３１６０（Ｋ）
である。本発明にあっては、沸点の高低に基づいて、低
沸点のＣｒを例えば６０〜８０μｍの大径粒２ａ、高沸
点のＭｏを例えば２〜１０μｍの小径粒２ｃ、中間の沸
点を有するＮｉ及びＦｅを中径粒２ｂとする設定を行な
う。
【００１２】〔レーザービームによる金属粒の温度上
昇〕図２に示すように、母材１の表面に被焼成被膜２を
形成して、レーザービームＬによる焼成でクラッド層３
を形成する場合には、熱エネルギが金属粒の表面から吸
収されるので、表面積を大きくした方が吸収され易い
が、金属粒の温度上昇は、金属の体積、比重量、比熱に
逆比例しかつ入熱に比例する。これらを勘案してまとめ
ると、温度上昇は次の式によって付与される。 温度上昇＝ 入熱／熱容量 ＝（η・４πｒ2 ）／｛（４／３）πｒ3 ・ｃρ｝ ＝３η／ｃρｒ｝ ただし、η：入熱効率、ｒ：粒半径、ｃ：比熱、ρ：比
重量である。 このような温度上昇、融解熱等を考慮して、大径粒２
ａ、中径粒２ｂ及び小径粒２ｃの粒径が、沸点の高低順
と逆順となるように設定される。
昇〕図２に示すように、母材１の表面に被焼成被膜２を
形成して、レーザービームＬによる焼成でクラッド層３
を形成する場合には、熱エネルギが金属粒の表面から吸
収されるので、表面積を大きくした方が吸収され易い
が、金属粒の温度上昇は、金属の体積、比重量、比熱に
逆比例しかつ入熱に比例する。これらを勘案してまとめ
ると、温度上昇は次の式によって付与される。 温度上昇＝ 入熱／熱容量 ＝（η・４πｒ2 ）／｛（４／３）πｒ3 ・ｃρ｝ ＝３η／ｃρｒ｝ ただし、η：入熱効率、ｒ：粒半径、ｃ：比熱、ρ：比
重量である。 このような温度上昇、融解熱等を考慮して、大径粒２
ａ、中径粒２ｂ及び小径粒２ｃの粒径が、沸点の高低順
と逆順となるように設定される。
【００１３】〔被焼成被膜の形成〕金属粉末を保持する
ためのバインダとして、有機溶剤系の耐熱塗料等を用意
する。このバインダに要求される性能は、レーザビーム
Ｌの照射時に蒸発または分解してクラッド層３の中に残
存しないことと、レーザビームＬから若干離間した位置
において、大径粒２ａ、中径粒２ｂ及び小径粒２ｃを母
材１の表面に保持する耐熱性を有することである。ま
た、素材の水素割れを防止するために、水素成分が少な
いものがよく、例えば黒色ペイントを使用する。これら
の混合材（塗料）を母材１の表面に塗布し、自然乾燥ま
たは強制乾燥させる等により、図１に示す被焼成被膜２
が形成される。この場合の被焼成被膜２の厚さは、例え
ば５００μｍ程度とし、そして、被焼成被膜２は、２５
０℃程度まで金属粉末をステンレス鋼１の表面に付着状
態に保持する前述した耐熱性を有するものが使用され
る。
ためのバインダとして、有機溶剤系の耐熱塗料等を用意
する。このバインダに要求される性能は、レーザビーム
Ｌの照射時に蒸発または分解してクラッド層３の中に残
存しないことと、レーザビームＬから若干離間した位置
において、大径粒２ａ、中径粒２ｂ及び小径粒２ｃを母
材１の表面に保持する耐熱性を有することである。ま
た、素材の水素割れを防止するために、水素成分が少な
いものがよく、例えば黒色ペイントを使用する。これら
の混合材（塗料）を母材１の表面に塗布し、自然乾燥ま
たは強制乾燥させる等により、図１に示す被焼成被膜２
が形成される。この場合の被焼成被膜２の厚さは、例え
ば５００μｍ程度とし、そして、被焼成被膜２は、２５
０℃程度まで金属粉末をステンレス鋼１の表面に付着状
態に保持する前述した耐熱性を有するものが使用され
る。
【００１４】〔レーザ焼成〕図２に示すように、被焼成
被膜２を例えばＹＡＧレーザを利用したレーザビームＬ
によって加熱して被焼成被膜２を溶解させ、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って、被焼
成被膜２の焼成を順次行ない、その後、レーザビームＬ
の後方に位置する溶融池の溶融合金が固化状態となるこ
とによって、図３に示すクラッド層３が形成される。こ
の場合のＹＡＧレーザによる焼成処理は、例えば前述し
た先行技術に準ずるものとする。
被膜２を例えばＹＡＧレーザを利用したレーザビームＬ
によって加熱して被焼成被膜２を溶解させ、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って、被焼
成被膜２の焼成を順次行ない、その後、レーザビームＬ
の後方に位置する溶融池の溶融合金が固化状態となるこ
とによって、図３に示すクラッド層３が形成される。こ
の場合のＹＡＧレーザによる焼成処理は、例えば前述し
た先行技術に準ずるものとする。
【００１５】一方、レーザ焼成によって、母材１の一部
と被焼成被膜２とが溶解されるとともに、被焼成被膜２
のバインダ、耐熱塗料等が蒸発して溶融池から除去され
るために、母材１と被焼成被膜２との両構成金属材料が
溶融池の部分で相互に混ざり合う現象が生じ、形成され
るクラッド層３は、大径粒２ａ、中径粒２ｂ及び小径粒
２ｃの配合成分と母材１との中間的な組成を示すものと
なる。
と被焼成被膜２とが溶解されるとともに、被焼成被膜２
のバインダ、耐熱塗料等が蒸発して溶融池から除去され
るために、母材１と被焼成被膜２との両構成金属材料が
溶融池の部分で相互に混ざり合う現象が生じ、形成され
るクラッド層３は、大径粒２ａ、中径粒２ｂ及び小径粒
２ｃの配合成分と母材１との中間的な組成を示すものと
なる。
【００１６】この場合にあって、大径粒２ａ、中径粒２
ｂ及び小径粒２ｃの大きさを沸点の高低順と逆順に設定
してあると、被焼成被膜２を溶解させる場合に、例えば
Ｍｏが溶融し始める温度を越えた場合でも、大径粒２ａ
の中心が溶融状態となるまで、Ｃｒの沸騰現象の発生が
抑制される結果、Ｃｒの蒸発による成分減少が低減し
て、金属成分の配合比率の精度が高められる。
ｂ及び小径粒２ｃの大きさを沸点の高低順と逆順に設定
してあると、被焼成被膜２を溶解させる場合に、例えば
Ｍｏが溶融し始める温度を越えた場合でも、大径粒２ａ
の中心が溶融状態となるまで、Ｃｒの沸騰現象の発生が
抑制される結果、Ｃｒの蒸発による成分減少が低減し
て、金属成分の配合比率の精度が高められる。
【００１７】一方、レーザビームＬの後方位置では、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。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％）である場合でも、溶融時の
蒸発が抑制されるために、当初予定した成分配合を保持
して母材１を構成する炭素鋼や低合金鋼と比較して、著
しく耐摩耗性や耐食性が優れたものとなる。
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。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％）である場合でも、溶融時の
蒸発が抑制されるために、当初予定した成分配合を保持
して母材１を構成する炭素鋼や低合金鋼と比較して、著
しく耐摩耗性や耐食性が優れたものとなる。
【００１８】
【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、沸点の高低順と逆順に粒径の大きさが設
定された複数種類の金属粉末とバインダとを混合してな
る被焼成被膜を炭素鋼等の母材表面に形成し、これをレ
ーザ照射によって焼成してクラッド層を形成するように
しているから、以下の効果を奏する。 （１） クラッド層の焼成時に、低沸点金属の蒸発を高
沸点金属が溶融するまで遅らせ、これらの混合を促進し
て、融点の相違する金属でクラッド層を形成する場合に
あっても、金属成分の配合性を向上させることができ
る。 （２） 金属成分の配合性を向上によって、クラッド層
を形成する母材金属の制限が少なくなり、例えば汎用性
が高い炭素鋼や低合金鋼の表面に、配合性の高いクラッ
ド層を形成して、耐摩耗性や耐食性を飛躍的に向上させ
ることができる。
法にあっては、沸点の高低順と逆順に粒径の大きさが設
定された複数種類の金属粉末とバインダとを混合してな
る被焼成被膜を炭素鋼等の母材表面に形成し、これをレ
ーザ照射によって焼成してクラッド層を形成するように
しているから、以下の効果を奏する。 （１） クラッド層の焼成時に、低沸点金属の蒸発を高
沸点金属が溶融するまで遅らせ、これらの混合を促進し
て、融点の相違する金属でクラッド層を形成する場合に
あっても、金属成分の配合性を向上させることができ
る。 （２） 金属成分の配合性を向上によって、クラッド層
を形成する母材金属の制限が少なくなり、例えば汎用性
が高い炭素鋼や低合金鋼の表面に、配合性の高いクラッ
ド層を形成して、耐摩耗性や耐食性を飛躍的に向上させ
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にお
ける被焼成被膜の形成状況を示す斜視図である。
ける被焼成被膜の形成状況を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッド法にお
けるレーザ焼成状況を示す斜視図である。
けるレーザ焼成状況を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る炭素鋼等のレーザクラッド法にお
けるクラッド層形成状況を示す斜視図である。
けるクラッド層形成状況を示す斜視図である。
【図４】図１における被焼成被膜を示す正断面図であ
る。
る。
１ 母材 ２ 被焼成被膜 ２ａ 大径粒 ２ｂ 中径粒 ２ｃ 小径粒 ２ｄ バインダ ３ クラッド層 ４ 溶融池 Ｌ レーザビーム
Claims (1)
- 【請求項１】 粒径の大きさを沸点の高低順と逆順に設
定した複数種類の金属粉末を主成分とする被焼成被膜を
炭素鋼等の母材表面に形成する工程と、該被焼成被膜を
レーザ照射によって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 |
|---|---|---|---|
| JP4110480A JPH0679482A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 炭素鋼等のレーザクラッド法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4110480A JPH0679482A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 炭素鋼等のレーザクラッド法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0679482A true JPH0679482A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=14536791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4110480A Withdrawn JPH0679482A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 炭素鋼等のレーザクラッド法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0679482A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009098904A1 (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Ltt Bio-Pharma Co., Ltd. | 錠剤を打錠する杵又は臼の打錠表面の処理方法とこの方法で表面処理された杵又は臼とこの杵又は臼で打錠された錠剤 |
| JP2014214351A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 株式会社ジェイテクト | 複合磁気材料の製造方法 |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP4110480A patent/JPH0679482A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009098904A1 (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Ltt Bio-Pharma Co., Ltd. | 錠剤を打錠する杵又は臼の打錠表面の処理方法とこの方法で表面処理された杵又は臼とこの杵又は臼で打錠された錠剤 |
| JP2014214351A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 株式会社ジェイテクト | 複合磁気材料の製造方法 |
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