JPS6179783A - 部材表面への黒鉛化層の形成方法 - Google Patents

部材表面への黒鉛化層の形成方法

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JPS6179783A
JPS6179783A JP20229584A JP20229584A JPS6179783A JP S6179783 A JPS6179783 A JP S6179783A JP 20229584 A JP20229584 A JP 20229584A JP 20229584 A JP20229584 A JP 20229584A JP S6179783 A JPS6179783 A JP S6179783A
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JP
Japan
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graphitized layer
mixed powder
powder
graphitized
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Pending
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JP20229584A
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English (en)
Inventor
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
Joji Miyake
譲治 三宅
Takaaki Kanazawa
孝明 金沢
Shinji Oishi
大石 真治
Takashi Tomota
隆司 友田
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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
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • 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
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer

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〕 本発明は、部材表面への黒鉛化層の形成方法に関し、詳
しくは、部材表面に黒鉛化層形成材料粉末と基地組織構
成材料粉末とからなる混合粉末被覆材料を被覆した後、
レーザビーム、TIGアーク、プラズマアーク、電子ビ
ーム等の高密度エネルギ加熱熱流束を照射することによ
って、部材表面を優れた摩擦摩耗特性とすることのでき
る部材表面への黒鉛化層の形成方法にかかる。
〔従来の技術〕
従来、黒鉛は優れた潤滑特性の向上効果を有しているこ
とから、各種の摺動部材等における摩擦摩耗特性向上の
ための添加剤として広く使用されている。
しかし、黒鉛は潤滑特性の向上効果以外には、その添加
による材料特性改善効果が殆どなく、むしろ、材料の強
度低下をもたらす原因となり易すいことから、部材表面
のみ、つまり、摺動部材の摺動部のみに黒鉛化層を形成
させて摩擦摩耗特性を改善するために使用されることが
多い。
このような観点から実施される部材表面への黒鉛化層の
形成方法として、各種の方法が試みられている。
例えば、 ■、黒鉛粉末と基地組織構成金属粉末(例えば、Fe、
Cr、Ni等)との複合メッキ法。
■、黒鉛粉末と基地組織構成金属粉末(例えば、Fe、
Cr、Ni等)との溶射被覆法。′等である。
なお、■の場合においては、Cu、Ni等の基地組織構
成金属のコーティングされた黒鉛微粒子を用いて溶射被
覆されることが多い。
しかし、上述の方法にはそれぞれに下記のような欠点が
あることから、上述の方法により黒鉛化層の形成された
材料が、必ずしも摺動部材として満足すべき摩擦摩耗材
料となっていないのが現状である。
即ち、■の複合メッキ法による部材表面への黒鉛化層の
形成方法においては、黒鉛粉末と共に複合メッキするこ
とのできる金属が限定される(例えば、A1合金等は適
用不可能)こと、及び、膜厚を厚くすると剥離しやすく
なることから厚膜の被覆が実用上非常に困難である。
また、■の溶射被覆法による部材表面への黒鉛化層の形
成方法は、上述のような複合メッキ法における欠点は解
消されるものの、形成された黒鉛化層内に気孔が存在す
ることから、黒鉛化層と基地組織構成金属とが確実な密
着状態となっていない。
さらに、■、■の両方法に共通する欠点として、部材表
面に形成された黒鉛化層と部材における母材との結合力
が充分でなく、高面圧の苛酷な使用条件となる部位には
適用することができなし1のが現状である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、従来の部材表面への黒鉛化層の形
成方法においては、 ■、複合メッキ法による部材表面への黒鉛化層の形成方
法においては、黒鉛粉末と共に複合メ・ツキすることの
できる金属7!l<限定”されること、及び、膜厚を厚
くすると剥離しやすくなることがら厚膜の被覆が実用上
非常に困難である。
■、溶射被覆による部材表面への黒鉛化層の形成方法は
、上述のような複合メッキ法における欠点は解消される
ものの、形成された黒鉛化層内に気孔が存在することか
ら、黒鉛化層と基地組織構成金属とが確実な密着状態と
なっていない。
さらに、上述の■、■の両方法に共通する欠点として、
部材表面に形成された黒鉛化層と部材における母材との
結合力が充分でなく、高面圧の苛酷な使用条件となる部
位には通用することができないことである。
従って、本発明の技術的課題とするところは、従来の技
術による部材表面への黒鉛化層の形成方法における欠点
の解消を図るもので、部材表面に黒鉛化層形成材料粉末
と基地組織構成材料粉末とからなる混合粉末被覆材料を
被覆した後、レーザビーム、TICアーク、プラズマア
ーク、電子ビーム等の高密度エネルギ加熱熱流束を照射
して、混合粉末被覆材料中の基地組織構成材料を熔融さ
せることによって、黒鉛化層の被覆厚さを厚くすること
ができ、基地組織構成材料の選定の自由度を高くするこ
とができるばかりでなく、基地組織中における黒鉛゛化
層の保持性が高いことから、黒鉛化層と部材における母
材との結合力に優れ、もって、部材表面に摩擦摩耗特性
に優れた黒鉛化層を形成させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、部
材表面に黒鉛化層形成材料粉末と基地組織構成材料粉末
とからなる混合粉末被覆材料を被覆した後、レーザビー
ム、TIGアーク。
プラズマアーク、電子ビーム等の高密度エネルギ加熱熱
流束を照射して、混合粉末被覆材料中の基地組織構成材
料を熔融させることによって、部材表面に優れた摩擦摩
耗特性ををする黒鉛化層を形成させることを特徴とする
部材表面への黒鉛化層の形成方法からなっている。
〔作用] 以下、本発明の作用について説明する。
本発明において、部材表面に黒鉛化層形成材料粉末と基
地組織構成材料粉末とからなる混合粉末被覆材料として
は、黒鉛粉末と基地組織構成材料粉末との混合粉末被覆
材料、基地組織構成材料によりコーティングされた黒鉛
微粒子からなる粉末被覆材料、基地組織構成材料により
コーティングされた黒鉛微粒子及び黒鉛微粒子にコーテ
ィングされた基地組織構成材料と同一もしくは異なる基
地組織構成材料粉末とからなる混合粉末被覆材料のいず
れであってもよく、後工程における高密度エネルギ加熱
熱流束の照射によって、基地組織構成材料を熔融させる
ことのできるものであればよい。
また、本発明において、被覆された混合粉末被覆材料を
レーザビーム、TIGアーク、プラズマアーク、電子ビ
ーム等の高密度エネルギ加熱熱流束を照射して、混合粉
末被覆材料中の基地組織構成材料を熔融させることとし
ているのは、基地組織構成材料8(黒鉛微粒子のコーテ
ィング層だけ、もしくは、このコーティング層4と異な
る基地組織構成材料4)を高密度エネルギ5の照射・加
熱により熔融させ、基地組織構成材料同士を結合させる
と共に黒鉛微粒子8を確実に母材1により保持するとと
もに、母材1境界面に拡散して界面結合させるためであ
る。
さらに、第1図に基づいて、本発明の作用について詳し
く説明する。
第1図において、■は対象部材の母材、2は部材表面に
被覆された混合粉末被覆材料、3.4は黒鉛化層を形成
するための混合粉末被覆材料2を構成する粉末材料であ
って、3は基地組織構成材料3bによりコーティングさ
れた黒鉛微粒子、4は前記黒鉛微粒子3にコーティング
された基地組織構成材料3bと、同一もしくは異なる基
地組織構成材料粉末である。
ここで、混合粉末被覆材料2を部材表面に被覆する方法
としては、 ■、単純に部材表面に混合粉末被覆材料2を載置する方
法。
■、ポリビニルアルコール等の結合剤により混練された
混合粉末被覆材料2を塗布する方法。
■、溶射により混合粉末被覆材料2を被覆する方、去。
■、混合粉末被覆材料2の圧粉成形体を載置する方法。
等を採用することができ、特に限定されるものではない
また、黒鉛微粒子3aにコーティングする基地組織構成
材料3b、及び、基地組織構成材料粉末4も特に限定さ
れるものではないが、Ni、Cu。
Co、A1等を使用するのが通常である。
次シこ、5は、混合粉末被覆材料2内の基地組織構成材
料を熔融させるための高密度エネルギ加熱熱流束を示す
もので、レーザビーム、TIGアーク、プラズマアーク
、電子ビーム等の高密度エネルギ加熱熱流束を使用する
のが望ましい。
後述するように、黒鉛化層6を形成すること自体のため
には、高密度エネルギ加熱熱流束5を使用することは必
須条件ではないが、母材1への熱影響、黒鉛化層6の形
成速度等の観点から、高密度エネルギ加熱熱流束5を使
用することが望ましい。
また、6は形成された黒鉛化層であって、それは黒鉛微
粒子7及び基地組織構成材料8からなっている。
そして、混合粉末被覆材料2を高密度エネルギ加熱熱流
束5により加熱することにより、黒鉛化層6を形成させ
るのである。
また、基地組織構成材料8 (黒鉛微粒子3aにコーテ
ィングされた基地組織構成材料3b、もしくは、このコ
ーティングされた基地組織構成材料3bと異なる基地組
織構成材料4)を高密度工皐ルギ加熱熱流束5の照射に
より熔融させ、基地組織構成材料3b及び4同士を結合
させて黒鉛微粒?−2f−確実一二丹U屋二すり停持す
る七七!ンζて 母材1境界面に拡散して界面結合させ
るのである。
なお、黒鉛微粒子8は熔融、させても、熔融させなくて
もよい。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
まず、4 QmX 2QmmX I Qmm (厚さ)
のブロック形状であって、材質がJIS規格AC2Cの
A1合金鋳物からなる試験片を洗浄し、この試験片の4
0 u+ X 2Q mmの片面をショツトブラスト処
理した後、50重量%のNiによりコーティングされた
黒鉛微粒子が75重量%と、純At金属粉末が25重量
%とからなる混合粉末被覆材料2を、プラズマ溶射被覆
法(Ar−H2ガス使用)によP) Q、5 +n厚さ
に溶射層を被覆した。
その後、パルスTIGアークトーチを用いて、ピーク電
流;105A、ベース電流;75A、パルス幅;2Qm
sec、電圧;12V、  トーチ速度; 3 mm 
/ secの照射条件にて溶射層全体を走査させた。
そして、溶射状態、及び、溶射後パルスTIGアークに
より加熱された状態における、各試験片断面の金属組織
の顕微鏡組織写真を、それぞれ第2図及び第3図に示し
ている。
第2図の顕微鏡組織写真に示すように、溶射状態におい
ては溶射被ri層がNi1lによりコーティングされた
黒鉛微粒子12と純At金属14及び約25%の気孔1
3からなっており、黒鉛微粒子12と基地組織構成材料
であるNi1l及び純A1金属14との結合状態が良好
状態とはなっていないことが理解される。
一方、第3図の顕微鏡組織写真に示すように、溶射処理
した後TIGアーク処理した状態における黒鉛化層の金
属組織においては、溶射状態において黒鉛微粒子12の
周囲に認められたN i 11は認められず、純AI金
HL4との間で合金化されたN i −A I合金15
となっており、しかも、気孔13も約5%以下と大幅に
低下しており、その結果、基地組織構成材料14による
黒鉛化層12の保持性が著しく改善されていることが理
解される。
さらに、母材lとの界面においては、母材1の材質であ
るJIS規格AC2C合金と黒鉛化層の境界に約30μ
の深さの合金化層が形成されており、黒鉛化層6と母材
1との界面における結合力も著しく優れたものとなって
いることが確認された。
〔発明の効果〕
以上により明らかなように、本発明にかがる部材表面へ
の黒鉛化層の形成方法によれば、従来の技術による部材
表面への黒鉛化層の形成方法における欠点の解消を図る
もので、部材表面に黒鉛化層形成材料粉末と基地組織構
成材料粉末とからなる混合粉末被覆材料を被覆した後、
レーザビーム。
TIGアーク、プラズマアーク、電子ビーム等の高密度
エネルギ加熱熱流束を照射して、混合粉末被覆材料中の
基地組織構成材料を熔融させることによって、黒鉛化層
の被rF!、厚さを厚くすることができ、基地組織構成
材料の選定の自由度を高くすることができるばかりでな
く、基地組織中における黒鉛化層の保持性が高いことか
ら、黒鉛化層と部材における母材との結合力に優れ、も
って、部材表面に摩擦摩耗特性に優れた黒鉛化層を形成
させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明法により部材表面への黒鉛化層を形成
している状態を示す説明図。 第2図は、従来法(溶射処理法)により部材表面に形成
された黒鉛化層の金属組織を示す顕微鏡組織写真。 第3図は、本発明法により部材表面に形成された黒鉛化
層の金属組織を示す顕微鏡組織写真である。 l・・−・・・母材。 2・・−・・−混合粉末被覆材料。 3・・・・−基地組織構成材料によりコーティングされ
た黒鉛微粒子。 3 a −−m−・・黒鉛微粒子。 3b−m−・−コーティングされた基地組い(構成材料
。 4−−−−・−基地組織構成材料粉末。 5−・・−・−高密度エネルギ加熱熱流束。 6・−・黒鉛化層。 L−−−−一黒鉛微粒子。 8・−・−基地組織構成材料。 11・・−・・−Ni。 12−−−−−一黒鉛微粒子。 13−−−−−一気孔。 14−・・・−・純AI金属。 15・−・−Ni−A1合金。 出願人  トヨタ自動車株式会社 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、部材表面に黒鉛化層形成材料粉末と基地組織構成材
    料粉末とからなる混合粉末被覆材料を被覆した後、レー
    ザビーム、TIGアーク、プラズマアーク、電子ビーム
    等の高密度エネルギ加熱熱流束を照射して、混合粉末被
    覆材料中の基地組織構成材料を熔融させることによって
    、部材表面に優れた摩擦摩耗特性を有する黒鉛化層を形
    成させることを特徴とする部材表面への黒鉛化層の形成
    方法。 2、部材表面に被覆する混合粉末被覆材料を、基地組織
    構成材料によりコーティングされた黒鉛微粒子からなる
    粉末被覆材料とした、特許請求の範囲第1項記載の部材
    表面への黒鉛化層の形成方法。 3、部材表面に被覆する混合粉末被覆材料を、基地組織
    構成材料によりコーティングされた黒鉛微粒子、及び、
    黒鉛微粒子にコーティングした基地組織構成材料と同一
    もしくは異なる基地組織構成材料粉末とからなる混合粉
    末被覆材料とした、特許請求の範囲第1項記載の部材表
    面への黒鉛化層の形成方法。
JP20229584A 1984-09-27 1984-09-27 部材表面への黒鉛化層の形成方法 Pending JPS6179783A (ja)

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