JPS61166982A - 耐摩耗性Al合金部材 - Google Patents

耐摩耗性Al合金部材

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JPS61166982A
JPS61166982A JP557285A JP557285A JPS61166982A JP S61166982 A JPS61166982 A JP S61166982A JP 557285 A JP557285 A JP 557285A JP 557285 A JP557285 A JP 557285A JP S61166982 A JPS61166982 A JP S61166982A
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alloy
base material
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wear resistance
layer
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JP557285A
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Takaaki Kanazawa
孝明 金沢
Joji Miyake
譲治 三宅
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えば自動車用エンジンのバルブシートの
如く、耐摩耗性が要求される部位に好適に使用されるへ
Q合金部材に関し、特にレーザビームやTIGアーク等
の高密度エネルギー源を用いてAl合金基材表面に他の
材料を合金化(70イング)して耐摩耗性が高い表面合
金化層を形成したへQ合金部材に関するものである。
従来の技術 周知のように^Q合金は汎用されている鉄系材料等と比
較して格段に軽量であるに加え、熱伝導特性に優れ、ま
た耐食性も優れるところから、最近では自動車等の各種
機械部品として広く使用されるようになっている。しか
しながら一般に^e合金は鉄系材料と比較して耐摩耗性
が劣り、このことが自動車等における軽量化等を目的と
して鉄系部材をへQ合金部材に代える際の大きな障害と
なっていた。
そこで従来から、耐摩耗性が要求される部位に適用され
るへQ合金部材の耐摩耗性向上策として、メッキや陽極
酸化処理、あるいは溶射等の表面処理を施して耐摩耗性
の高い表面処理層を形成する試みがなされているが、い
ずれの場合も表面処理層の基材に対する密着性が充分で
ないところから、高面圧下で使用した場合に充分な耐久
性を確保できないという欠点があった。
このような点から、本出願人は、既に特願昭59−78
996@において、へg合金基材表面をNiと硬質セラ
ミック粒子との混合粉末で被覆し、TIGアークやレー
ザビーム等の高密度エネルギを照射して、へg合金基材
と前記混合粉末を合金化(アロインク)させ、Ni3^
1!、Ni^Q、Ni3^1!、Ni^Q3等のNi 
−AQ系金金属間化合物らなるマトリックス中に硬質セ
ラミック粒子を分散させた複合層をへg合金部材表面に
形成する方法を提案している。
発明が解決すべき問題点 前記提案の方法によれば、^密度エネルギ源を用いたア
ロインクによってへp合金部材の表面に)1v400以
上の高硬度を有する耐摩耗性に優れた緻密な複合層を形
成することができ、またこの複合層のマトリックスであ
るNi−AQ系金金属間化合物基材のへQ合金と一体に
結合されているため、高面圧下でも耐久性が高い。しカ
ドしながら前記提案により得られる複合層はマトリック
ス(基地組成)の全体がNi−Ag系金属間化合物相と
なっており、この金属間化合物相は高硬度ではあるもの
の、極めて脆いため、合金化処理後の加工が困難である
という問題がある。すなわち一般に合金化処理後の表面
(複合層表面)は凹凸が不可避的に生じているから、こ
れをそのままバルブシート等の機械部品に使用すること
はできず、そこで表面精度を出すために通常は合金化処
理後に研磨する必要があり、また場合によっては研削を
必要とすることもあるが、金属間化合物相のみをマトリ
ックスとする複合層は前述のように脆いため、研磨加工
あるいは研削加工時にチッピングが生じたりクラックが
発生したりして、加工が困難となり、したがって実用材
料として使用するには問題があった。
この発明は以上の事情を背景としてなされたものであり
、前記提案の問題点を解決して、合金化処理後の加工の
困難を招くことなく、高面圧下、高温条件下においても
耐摩耗性の優れた^Q合金部材を提供することを目的と
するものである。
問題点を解決するための手段 この発明のへQ合金部材は、へ墾合金基材の表面にN;
を合金化するにあたって、最終的に得られる合金化層の
全体がN;−^9系金属閏化合物相となってしまわない
ように、すなわちNi−^9系金金属化合物相と^Q合
金相とが混在した組織を有する複合層となるようにその
層中の平均N;濃度を設定し、これによって前記提案の
如きNi−^Q系系合金化化合物相脆さの問題を解決し
、加工性を確保すると同時に優れた1lJ1摩耗性を得
るものである。
具体的には゛、この発明の耐摩耗性へg合金部材は、耐
摩耗性が要求される部位のへ2合金基材表面にNi  
−を合金化することによって、へQ合金マトリックスに
Ni  AQ系金馬間化合物が晶出した、平均N;濃度
が10〜40重量%の複合層を形成したことを特徴とす
るものである。
作   用 この発明の合金部材は、前述のようにへg合金基材の表
面に高密度エネルギ源を用いてN;を合金化(アロイン
ク)して、へ2合金基地中にNi−AQ系金金属間化合
物晶出させた複合層、すなわち^9合金相とN;−Ag
系金属間化合物相とが混ざり合った複合層を形成したも
のである。
ここで、Ni−^Q系金金属間化合物しては、主として
Ni Al! sおよびNi2^113の2種類の化合
物が晶出する。すなわち後述する実施例で示すように複
合層における平均Ni濃度が28重量%以下の場合には
Ni M sが晶出し、28゛重量%以上の場合にはN
i AQ 3およびNi2^1!3が晶出する。これら
のNi −N系金属間化合物は、いずれも高硬度であっ
て、耐摩耗性および耐熱性を高める作用を果たす。一方
複合層中の^空合金マトリックス相は後述するように各
種固溶元素が固溶したα−八へ相を主体とするものであ
り、このα−八へ相は軟質であるため複合層全体の加工
性を向上させる作用を果たす。すなわち、Ni −Ai
!系金属間化合物相とΔg合金マトリックス相とが共存
することによって、優れた耐摩耗性および耐熱性を得る
と同時にNi−Ag系金属間化合物相のみの場合と比較
して格段に優れた加工性を得ることができる。
但し、前記複合層中の平均N;濃度が40重量%を越え
れば、複合層全体がNi−へ9系金属園化合物相のみと
なってしまい、複合層が脆くなって加工が困難となる。
一方複合層中の平均Ni l 11!が10重量%未満
の場合には、N;−へQ系金属間化合物の晶出量が極め
て少なくなって相対的に^e合金相の割合が大きくなり
、その結果一部の材料(例えばバルブ材として用いられ
ているCo −Ni合金など)を相手材とした場合に摩
擦によって凝着を生じ、摩擦部分に使用される耐摩耗部
材として不適当となる。したがって複合府中の平均Ni
11度は10〜40重量%の範囲内とする必要がある。
なおへg合金基材としては機械部品等に使用されている
任意のへg合金を用いることができる。また前述の説明
ではNニーへQ系金属間化合物相以外の部分を一括して
M合金マトリックス相と称(・たが、基材として用いる
^Q合金の成分によっては実際には各神合金元素が固溶
したα−^Q相のみならず、そのα−八へ相中にM(1
−AQQ化合物あるいはCI+ −AQQ化合物相等が
晶出する場合もあることは勿論である。
なおまた、上述のような複合層は^9基材表面唐とNi
との合金化によって形成されたものであるから、△Q基
材の母材部分との密肴性は充分にあり、したがって高面
圧下においても高い耐久性を示す。
以上のようなへg合金部材を製造するにあたっては、先
ずへg合金部材のうち耐摩耗性が要求される部位のへg
合金基材表面をRNiで被覆する。その被覆手段として
は、例えば溶射法、メッキ法、あるいはスラリー塗布法
などを用いることができる。
このようにして純Niの被1itを形成した後、その表
面にTIGアーク、レーザビームあるいは電子ビームな
どの高密度エネルギを照射して急速短時間加熱し、N:
被W111とその下側の^Q合金基材の一部(所要深さ
までの部分)を溶融させ、合金化させる。この合金化に
あたっては、合金化層−<m金層)中の平均Ni1度を
10〜40重量%の範囲内に収めるべく、Ni ’a 
11層の厚みに対する^2合金基材の溶融深さが適切な
深さとなるように高密度エネルギ照射条件(出力や基材
とエネルギ源との相対移動速度など)を適切に設定する
ことが肝要である。
実施例 鋳物用アルミニウム合金として知られるJISAC2C
の^Q合金(Cu 3.10%、9i 6.32%、M
llo、34  %、ZlI  0001  %、Fe
  O,43%、ii  O,30%、残部^lりから
なる60膳−X 25 MIX F3 Imの試片の表
面に、純Ni粉末を溶射した後、TIGアークによって
N:溶射層と母材のへg合金とを平均N;濃度が10〜
40重量%の範囲内となるような条件で合金化させた。
合金化によって形成された複合層の表面を研磨した後、
犬種式迅速摩耗試験が行なえる寸法、形状に試片を仕上
げた。その後犬種式迅速摩耗試験を行なうとともに、複
合層表面の金属組織の光学的顕微Itit察、および複
合層の組成分析を行なった。
複合層中の平均Ni1度が10〜28重量%の場合の顕
微鏡組織を第1図に示し、また平均Ni11度が28〜
40重ω%の場合の顕微鏡組織を第2図に示す。これら
の図において符号1で示す淡い灰色の部分はN;^Q3
の化合物相、符号2で示す濃い灰色の部分がNi2^1
!3の化合物相、符号3で示す白い部分がα−八へ相、
符号4で示す黒い斑点の部分が^p −1a系あるいは
八R−Cu系などのへg合金母材から由来する化合物相
である。平均Ni11度が10〜28重量%の場合には
第1図に示すようにNi−AQ系金金属間化合物してN
;^Q3相が晶出し、また平均N:濃度が28〜40重
量%の場合にはNi−へg系金属間化合物としてNi 
AN 3およびNi2^Q3の両者が晶出しており、い
ずれの場合もこれらの金属間化合物相とマトリックスで
あるα−八へ相およびその池の化合物相とが均一に混在
しており、しがち複合層表面の全域にわたって均一な組
織となっていることが確認された。
ざらに第3図には、犬種式摩耗試験の結果を示す。なお
第3図において実施例1の試料は、複合層の組成が看潰
%で^Q−22%Ni−5%5i−2,5%Cuのもの
、また実I例2の試料は複合層の組成7!J(Ii f
l % テAQ3496 Ni  5 % Si  2
 % Cu (7) モ0)であり、また比較材は、従
来から自動車用エンジンのバルブシート材として使用さ
れているPMZ1024の焼結材(CO,70〜1.2
0%、0114,0〜6.5%、007〜10%、Pb
1o〜22%、「e残部)の試料である。また犬種式迅
速摩耗試験の試験条件は、相手材をSUE 1とし、R
終荷重6.3k(J、すべり速度0.31腸/sec、
すべり距離100Ilとした。
第3図から、この発明による実施例の場合には、従来の
バルブシート材である比較材と比較して犬種式迅速摩耗
試験における摩耗痕面積が小さく、従来の比較材と同等
以上の耐摩耗性を有することが明らかである。
なお以上の実施例において、合金化処理後の研磨加工に
おいては特にクラックやチッピングが生じることなく、
円滑に研磨加工を行なうことができた。
発明の効果 以上の説明で明らかなようにこの発明のへg合金部材は
、Ag合金基材表面にNiを合金化させて、へg合金マ
トリックス中にN;−へg系金am化合物を晶出させか
つ平均Ni1i度を10〜40重量%の範囲内とした複
合■を形成したものであるから、耐摩耗性および耐熱性
が高いと同時に加工性も良好であり、したがって高面圧
下、高温条件下で耐摩耗性が要求される部位に使用して
優れた耐摩耗性、耐久性を発揮できると共に、実際部品
に適用するための研磨加工あるいは研削加工等をも容易
になし得る利点を有する。
したがってこの発明のへQ合金部材は、例えばへ2合金
製シリンダヘッドのバルブシート、へΩ合金製シフトフ
ォークの爪部、へQ合金製シリンダライナ、へg合金製
ロッカアームのパッド等に適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれこの発明の実施例のへp
合金部材における複合層の金属組織を示す顕微鏡写真(
倍率:400倍)、第3図はこの発明の実施例および比
較例の摩耗試験結果を示すグラフである。 出願人  トヨタ自動車株式会社 代理人  弁理士 豊 1)武 久 (ほか1名)   ゛ 第 1 し: /。  =、、3 第3図 第2しI

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 耐摩耗性が要求される部位のAl合金基材の表面にNi
    を合金化することにより、Ni−Al系金属間化合物を
    Al合金マトリックス中に晶出させかつ平均Ni濃度を
    10〜40重量%の範囲内とした複合層をAl合金基材
    表面に形成したことを特徴とする耐摩耗性Al合金部材
JP557285A 1985-01-16 1985-01-16 耐摩耗性Al合金部材 Granted JPS61166982A (ja)

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JP557285A JPS61166982A (ja) 1985-01-16 1985-01-16 耐摩耗性Al合金部材

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JPS61166982A true JPS61166982A (ja) 1986-07-28
JPH0480991B2 JPH0480991B2 (ja) 1992-12-21

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6338582A (ja) * 1986-08-01 1988-02-19 Chobe Taguchi 表面処理法
JPH02149680A (ja) * 1988-11-30 1990-06-08 Showa Alum Corp 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法
US5352538A (en) * 1991-07-15 1994-10-04 Komatsu Ltd. Surface hardened aluminum part and method of producing same
EP0864730A1 (en) * 1997-03-11 1998-09-16 Fuji Oozx Inc. Inlet valve in an internal combustion engine and a method of manufacturing the same

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