JPS62270277A

JPS62270277A - Ｔｉ基合金製耐摩部材の製造方法

Info

Publication number: JPS62270277A
Application number: JP61113166A
Authority: JP
Inventors: Hirokimi Takeuchi; 竹内　宥公; Yoshihisa Kato; 喜久加藤; Hitoshi Hayakawa; 均早川; Shinji Nakayama; 信治中山; Masa Nagata; 永田　雅
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Fuji Valve Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Fuji Oozx Inc
Priority date: 1986-05-18
Filing date: 1986-05-18
Publication date: 1987-11-24

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】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）この発明はＴ　ｉ　）Ｉｉ合金製耐摩部材の製造方法に
関し、特に、内燃エンジンのバルブ、ロッカーアーム、
ピストンピン等の、軽量且つ耐摩耗性が要求される部材
の製造方法に関する。

（従来の技術及びその問題点）自動車等の内燃エンジンに使用されるバルブ、ロッカー
アーム、ピストンピン等は燃費の向上、加減速時の応答
性の向上、騒音の低減等の要請により軽量化が要求され
ており、軽量且つ耐熱性の優れたＴｉ基合金材料、例え
ば、Ｔｉ−６χＡ１−４χＶ合金の使用が＝１（みられ
ている、そして、所要のエンジン寿命を確保するために
、Ｔｉ基合金部材の部材表面に硬化肉盛材の溶射、イオ
ン窒化、加工硬化等の表面硬化処理を施し耐摩耗性の向
上が試みられている。

しかしながら、上述した溶射による硬化肉盛は素材と肉
盛部との結合性が低く、硬化肉盛部に亀裂や剥離が生じ
るという問題があり、イオン窒化法によると亀裂や剥難
の問題は生じないが十分な厚さの硬化層を得ることが出
来なかった。又、加工硬化法による表面硬化処理も満足
のいく部材寿命が得られていない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもので、ピンホー
ルや２１Ｉ離が生じることな（所要の硬度及び硬化深さ
を有し、従って、長寿命の要請を満たすＴｉ基合金製耐
摩部材を短時間に且つ安価に製造する製造方法を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上述の目的を達成するために第１の本発明に依れば、Ｔ
ｉ基合金材料からなる部材表面に硬化合金元素を添加し
、部材表面をこの硬化合金元素と共に溶融硬化させ、Ｈ
ｖ硬さ値：３９０〜１２００、硬化深さ：０．１〜２．
０ｍｍ　、好ましくは、ＨＶ硬さ１直：４００〜８００
、硬化深さ二０．３〜１．５１を得ることを特徴とする
Ｔｉｉ合金製耐摩部材の製造方法が提供される。

又、第２の本発明に依れば、Ｔｉ基合金材料からなる部
材表面に硬化合金元素を添加し、該部材表面に硬化ガス
を噴射させながら該部材表面を前記硬化合金元素と共に
溶融硬化させ、Ｈｖ硬さ値＝３９０〜１２００、硬化深
さ：０．１〜２．０１Ｉｎ＋　、好ましくは、ｌｌｖ硬
さ値：４００〜８００、硬化深さ：０．３〜１．５＋＋
＋ｍを得ることを特徴とするＴｉ基合金製耐摩部材の製
造方法が提供される。

前記硬化合金元素は、少なくともＡ１．Ｓｎ、Ｒ，Ｆｅ
。

Ｃｒ、〜ｉ、Ｍｎ、（：ｕ、Ｓｉ、八ｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ
、Ｎｂ、Ｔａ、及びＺｒを含む一群からＵ　ＩＲされる
一種ないし二種以上から成ることが望ましい。

又、必要に応し、硬化合金元素にＴｉ７ｉ−混合し、該
（ｎ合物を前記部材表面に添加するようにしても良いし
、硬化合金元素に炭化物、窒化物、及び酸化物の少なく
とも一つを混合し、該混合物を前記部材表面に添加する
ようにしても良い。更に、硬化合金元素としてＮｉ基合
金を用いても良い。炭化物としては、例えば、ＴｉＣ，
ＳｉＣが、窒化物としては、例えば、ＴｉＮ＋５ｉｓＮ
ｎ＋が、酸化物としては、例えば、ＡｌｚＯｉ、　Ｔｉ
Ｏ２等が夫々好適に使用される。

硬化合金元素は単体を粉末にして部材表面に供給添加す
る。二種以上の硬化合金元素の混合物を添加する場合に
は各車体粉末を混合して混合物にしてもよいし、合金イ
ンゴットを粉末にして合金↑ｔ）末を部材表面りこ供給
添加するようにしてもよい。

硬化合金元素等は合金インゴット等から振動ホールミル
等の粉砕機により（例えば、５０〜４００ノノシニの）
ｉ！！宜な大きさに粉砕して用いるのが良い。

Ｔｉ合金材料としては種々のものが適用可能であり、例
えば、Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ　、Ｔｉ−６ＡＩ−２２Ｖ、
　Ｔｉ−６ＡＩ−４％、Ｔｉ−８ＡＩ−４Ｖ−２５ｎ−
０，５Ｎｂ　、　Ｔｉ−４ＡＩ−２Ｖ−０，２Ｓ−０，
９ＲＥＭ等の合金材料であっても良い。

部材表面への硬化合金元素等の添加方法には種々の方法
が適用可能であり、部材表面の表面硬化処理を施す部位
に従来公知の）８剖、鍍金、物理的ないしは化学的方法
による蒸着等により予め硬化合金元素等を添加しておき
、これを部材表面と共にプラズマアーク、プラズマジェ
ット、又はレーザを照射して溶融硬化するようにしても
良いし、レーザ粉末肉盛法又はプラズマ粉末肉盛法によ
り、硬化合金元素等の粉末を粉末送給ガスに搬送させて
表面硬化処理部位に供給しながらレーザないしはプラズ
マにより部材表面と共に溶融硬化させても良い。

部材表面を局部的に量温度に溶融加熱でき、熔は込みが
深く、溶融硬化が高速且つ商密度で実行できるプラズマ
アーク、プラズマジェット、レーザ光が本発明方法に好
適であり、溶融硬化処理時には、プラズマアークトーチ
等に対し部材側を回転等により移動させて必要な部位を
溶融硬化させても良いし、部材側を固定にしてプラズマ
アークトーチ側を移動させても良い。又、部材側を移動
させる場合に、プラズマアークを部材の移動方向と直交
する方向にオシレートさせて溶融池表面を波立たせるよ
うにして部材表面の溶融、及び硬化合金元素等の浸入を
容易ならしめるようにしても良い。

従来公知の溶射等により部材表面に供給添加された硬化
合金元素等は、溶融硬化処理前に既に部材表面に浸入し
て表面硬化層を形成しており、この状態でプラズマアー
ク等により部材表面と共に熔融させると硬化合金元素等
は溶融層に奥深く浸入し、硬化深さが深く、且つ高硬度
の硬化層の形成が可能になる。このとき、Ａ１等の硬化
合金元素にＴｉを混合させておくと、硬化合金元素の溶
融層への溶は込みが容易になり、硬化層全域に亘りより
均一な硬さ分布を有する硬化層の形成が可能になる。

添附図面は、プラズマアークトーチを用いて本発明方法
の実施状況を示し、プラズマアークトーチ（以下、これ
を単に「トーチ」という）１０は、中心部にタングステ
ン電極１２を備えており、この電極１２の外側には第１
のトーチ内筒１４、第２のトーチ内筒１８、及びトーチ
外筒１６がこの順序で、夫々所定の距離を存して同心円
状に配設されている。そして、これら電極１２と第１の
トーチ内筒１４との間、第１のトーチ内筒１４と第２の
トーチ内筒１８との間、及び第２のトーチ内筒１８とト
ーチ外筒１６との間には夫々環状の作動ガス通路１３、
粉末通路１７及びシールドガス通路２５が形成されてい
る。尚、粉末通路１７はその出口近傍で半径方向内側に
向かって折曲し、図示しないパウダ供給装置から粉末送
給ガスにより搬送された合金元素粉末は粉末通路１７か
ら噴出し、作動ガス通路１３に発生するプラズマ流６に
合流してトーチｌＯから噴出する。作動ガス通路１３に
はアルゴン、ヘリウム等の活性ガスから成る作動ガスが
供給され、高温、高速のプラズマ流６を発生させる。こ
のプラズマ流６は部材（図示例ではエンジンパルプ）ｌ
の表面硬化処理すべき部位（バルブフェース）ｌａに噴
射され、部材表１７ｉｉ１ａを硬化合金元素と共に溶融
硬化して硬化層を形成させる（この硬化処理方法を「プ
ラズマ粉末肉盛処理」という）。尚、シールドガス通路
２５にはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガス（シールド
ガス）が供給され、このシールドガスにより作動ガス通
路１３から吹きだすプラズマ流６及び溶融池（溶接部）
５を大気からシールドしている。

この添附図面に示すようなプラズマアークトーチ１０を
使用して、作動ガス通路１３に供給される前記作動ガス
に硬化ガスを混合させ、プラズマ流６と共に部材表面１
ａに硬化ガスを噴射させて部材表面１ａを硬化合金元素
と共に溶融硬化させると、硬化ガスは溶融池５表面から
浸入して硬化層形成に寄与する。この場合、例えば、プ
ラズマアークトーチ１０のシールドガス通路２５に硬化
ガスを供給して噴射するようにしてもよい。尚、レーザ
を使用する場合にはシールドガスないしは補助ガスに硬
化ガスを混合して噴射させてもよい。

又、上述の硬化ガスとしては種々のものが適用でき、Ｎ
２．Ｃｏ、Ｃｏ□、０２．メタン、アンモニア等の中か
ら一種又は二種以上を選択し、これらをアルゴン、ヘリ
ウム等の不活性ガスに混合して用いる。

硬化ガスを作動ガスに過剰に混合するとＩｌｖ値が高く
なり過ぎると共に溶接部材のビード表面形状が悪化を招
き好ましくない。硬化ガスとして経済性及び取扱の容易
さを考慮すれば、Ｎ２ガス、ＣＯガス、及びＣｏｔガス
から一種又は二種以上が選ｌＪｅされ、ＣＯガスを一種
選択する場合作動ガス（不活性ガスと硬化ガスを加えた
もの）に対して３０体積％以下、Ｃｏｔガスを一種選択
する場合２０体積％以下、Ｎ２ガスを一種選択する場合
２０体積％以下が望ましく、Ｎ２ガスにＣＯ２ガス又は
／及びＣＯガスを加える場合にはこれらの硬化ガスの合
計が１〜５０体積％になるように設定するのが良い。

本発明方法は、例えば、自動車用エンジンの吸・排気バ
ルブ、ロッカーアーム、リテーナ、リフターバルブ、ピ
ストンピン等の部材と部材とが摺接する部位を有する部
材表面の硬化処理に好適であり、これらの適用部材に応
じて添加する硬化合金元素の種類、量、Ｔｉ、炭化物等
の混合割合、硬化ガスのン昆合、！；１１合、溶接速度
、溶接電流の大きさ等を適宜に設定すると、空孔の発生
が少なく、且つ、密着性が良（、しかも、Ｈｖ硬さ値：
３９０〜１２００．好ましくは４００〜８００、硬化深
さ：ｏ、ｔ　〜２．０　、好ましくは０．３〜１．５ｍ
Ｉｍの範囲内で所望の値に制御可能となる。

本発明方法による溶融硬化処理後に、該溶融硬化部の硬
化特性を変化させることなく部材を加熱して熱処理又は
鍛造することも可能であり、又、溶融硬化処理後に部材
表面の他の部位にイオン窒化、ガス窒化、溶射、表面酸
化、鍍金等による表面硬化処理を行うことも出来る。

（実施例）以下、本発明の実施例について説明する。

尖崖炭土（以下余白）第１表は本発明に係る表面硬化処理方法を自動重用エン
ジンパルプに適用した場合の溶接条件及び部材硬化特性
を示し、エンジンバルブのバルブフェースに第１表に示
す種々の硬化合金元素としの溶射皮膜材を公知の方法で
溶射させた後、レーザビームを硬化処理部位に照射して
溶融硬化させた（この硬化処理方法を「レーザ）８融処
理」という）。

各供試部材は同一のＴｉ−８八ｌ−４Ｖ−２Ｓｎ−０，
５Ｎｂ合金材料を使用し、ハルブヘンド径３０Φに成形
した。

そして、各供試部材の硬化処理部位に各溶射皮膜材を溶
射して第１表に示す厚みの各溶射層を形成させた後、レ
ーザ出カニ１．０〜１．５ＫＷ　、シールドガス：Ｉｉ
ｅ＋　１０１　／１ａｉｎ、、溶接速度：１７ｍｍ／ｓ
ｅｃ　、補助ガス：　１０１　／ｎ＋ｉｎの条件でレー
ザ溶融処理を施した。

そして、このように硬化処理を施した各供試部材の硬化
部組成、硬化深さくｍｍ）　、Ｈｖ硬さ値、摩耗量（μ
ｍ）の各硬化特性を測定比較した。尚、上述の硬化深さ
は溶融硬化処理後に０．２ｍｍの表面仕上代を削り取っ
た後の深さであり、摩耗量は各供試部材を実際のエンジ
ンに装着し、運転条件を一定に保持して５００時間耐久
運転を実施し、この運転後に各バルブフェースの摩耗量
を測定したものである。又、比較として、上述した本発
明方法に適用したものと同じ条件で供試部材に、従来行
われている溶射処理のみを施して前記各硬化特性を測定
し、本発明方法による供試部材の硬化特性と比較した。

第１表から自明のように、溶射皮膜材としては同じ材料
であるが、溶射による従来の硬化処理のみを施した比較
方法による供試部材（試験Ｎｏ、　１１〜１６）では５
００時間エンジン耐久運転に耐えることが出来ず、溶射
で形成させた硬化層（？８射部）が剥離したのに対して
、溶射後レーザ溶融処理を施した本発明方法による供試
部材（試験Ｎ００１〜７）はいずれも本発明の規定する
範囲の硬化深さ、硬さを存していると共に、５００時間
エンジン耐久運転後のバルブフェースの摩耗量も０〜１
５μｍであり、形成された硬化層深さを考慮すると必要
なバルブ寿命が確保されていると判定出来る。

Ｎｉ：　　５０重量％、Ａｌ：５０重世％を含む合金イ
ンゴー／　ト（（５ＯＮｉ−５０ＡＩ）、使用する硬化
合金元素が合金インゴットを微粉砕して得られたもので
あるとき、第１表に示すようにこれらの合金成分を（）
で括って区別しである。以下の実施例でも同様）を微粉
砕した合金粉末を供試部材表面に厚さ０　、２＋＋ｕｗ
に溶射した後、硬化ガスとしての補助ガス（ＣＯガス）
を硬化処理部位に供給しなからレーザ溶融処理を施すと
（試験Ｎｏ、２）　、補助ガスを供給せずにレーザ７８
融処理を施したもの（試験Ｎｏ、１）より硬化部が硬く
なり、摩耗量も減少しており、このように必要に応じて
硬化ガスを部材表面に噴射しながら溶融硬化処理すると
より高硬度の硬化層が得られる。

硬化合金元素としてのＡＩに８１以外に種々のものを混
合しても良好な結果が得られ、試験Ｎ　ｏ　、　３では
（Ｎｉ−１６Ｃｒ−６ＡＩ−ＩＹ）合金粉末が、試験Ｎ
０９５ではＴｉＯ□：９２重■％、Ａに８重吋％から成
る混合粉末が、１人騒Ｎｏ、６ではＴｉＢｚ：９２重量
％、Ａｌ：８重量％力１ら成る混合粉末が、試験Ｎｏ、
７では５ｉｚＮ＜：　、ｔ　Ｏ重量％、Ａｌ：６０重量
％から成る混合粉末が夫々溶射され、溶融硬化させて本
発明範囲の硬化深さ及びｌｌｖ硬さ値を得た。尚、試験
Ｎ０１７はレーザ溶融処理をせずに添付図面に示したプ
ラズマアークトーチＩＯを使用して前述したプラズマ粉
末肉盛処理を行ったものであり、このとき作動ガスにア
ルゴンを使用し、溶接電流８０Ａでプラズマアークを発
生させたものである。又、試験Ｎｏ、４は１０粉末を溶
射した後、硬化処理部位に１５ＡＩ−１０Ｖ−Ｔｉ合金
粉末（粉末粒度＝８０〜２５０メツシュ）をアルゴンを
搬送ガスとして供給しなからレーザで溶融硬化させるも
ので（この硬化処理方法を［レーザ粉末肉盛処理」とい
う）、硬化深さ：１．８ｍｍ、　　Ｈｖ硬さｆｌ！！：
４４８を得た。

天逼ｍ４Ｍ＋２（以下余白）第２表は本発明に係る表面硬化処理方法を自動重用エン
ジンのロッカーアームに適用した場合のｉ８　ＦＭ条件
及び部材硬化特性を示し、該ロアカーアームがバルブの
先端チップに摺接する部位に第２表に示す種々の硬化合
金元素を用いて前記プラズマわ）未肉盛処理を施し、溶
融硬化させた。

各供試部材は同一のＴｉ−３ＡＩ−２Ｖ合金材料を使用
した。そして、添付図面に示すトーチｌＯの粉末通路１
７に、第２表に示す組成からなり、粉末粒度＝１００〜
３００メツシュに微粉砕された各硬化合金元ｉ　Ｔ＞）
末を１．０〜１．５　ρ／ｍｉｎのアルゴンガスを粉末
送給ガスとして供給し、作動ガス通路１３には第２表か
らなる作動ガスを０，７ｊ！／ｍｉｎの一定疏批で、ン
ールトガス通路２５にはアルゴンガスを１５１！／ｍｉ
ｎの一定流量で夫々供給した。そして、ビ容接速度：２
．Ｏｍｍ／ｓｅｃ、　？８接電流：６０〜８〇八、オシ
レート回数：２８０回／ｍｉｎに夫々設定した。各供試
部材を本発明方法又は比較方法により夫々溶融硬化させ
た後、第１の実施例と同様の各硬化特性を測定してこれ
らを第２表に示した。

実施例２において使用する硬化合金元素はいずれもＴｉ
、Ａｌ、Ｖを成分とする合金インゴットから微粉砕した
もので、試験Ｎｏ、２６を除いていずれも希釈率〔肉盛
部と溶融母材部の合計断面積に対する溶融母材部の断面
積の割合を％表示したちの）１０％の一定に設定した。

ロッカーアームの母材組成と同じ組成の硬化合金元素（
Ｔｉ−３ＡＩ−２Ｖ）を硬化処理部位にプラズマ！５）
末肉盛すると、母材と同じ組成で、硬化深さ＝０．３Ｉ
、Ｈｖ硬さ値：３５Ｉの硬化部が形成された（試験Ｎｏ
、　２８）。又、ＡＩ及びりの含有量の多い硬化合金元
素（Ｔｉ−６４１４Ｖ）をプラズマ粉末肉盛すると硬化
部のＡｌｌ及び１３が増加することによりｌｌｖ硬さ値
が上昇するが（試験Ｎｏ、２９）、いずれも本発明が規
定する硬さ範囲を満足せず、１０００時間耐久運転後の
ロッカーアームの落動面の摩耗量も大きい。

一方、同し硬化合金元素（Ｔ　ｉ　−６＾１−４　Ｖ）
を使用し、トーチＩＯの作動ガス通路１３に硬化ガスと
してのＮつガスを混合し、他は比較方法による試験Ｎｏ
、２９と同一条件にした供試部材（エエ（験Ｎｏ、２１
．２２）の硬化部のｔｌｖ硬さ値は、夫々０．１及び１
．０体積％のＮ２ガス砒に対して値４１０及び値５０６
となり、いずれも本発明の規定範囲内の硬さが得られた
。そして、硬化ガス量を増加させると＾１含４ＺＦｆｋ
の少ない硬化合金元素（Ｔｉ−３ＡＩ−４ν）を用いて
もＨＶ値＝５０３が得られ（試験Ｎｏ、２０）、ＡＩ含
有量を増加させた硬化合金元素（Ｔｉ−１５Ａ＋−６Ｖ
）を使用すると、作動ガス中にＮ、硬化ガスを混合させ
なくても規定範囲内のＨｖ値＝４５１を得ることができ
るしく試験Ｎｏ、２３）、Ｎ２硬化ガス量を０．０３体
積％、１．０体積％を混合させるとＩｌｖ値は著しく上
昇し、夫々（１ν値：８０２，１１０４が得られた。

作動ガス中のＮ２ガス量を一定に保持して溶接電流を６
５Ａから６ＯＡに減少させると、硬化部の１１ν値は略
変化しないが硬化深さだけが減少する（試験Ｎｏ、　２
２及び２７参照）。又、溶接電流を増加して希釈率を大
きくすると、即ち、溶融母材部の割合を増加させると、
硬化深さは０．３ｍｍから１．Ｏｍｍに増大する　（試
験Ｎｏ　、　２２及び２６参照）。これらの結果から、
硬化部の硬さを増加するには硬化合金元素量を増加させ
るか、作動ガス中の硬化ガス量を増加させればよく、硬
化深さを増すには溶接電流を上昇させて溶融母材層の深
さを深くすれば良いことになる。

スＪ１１走第３表は、実施例２と同様に本発明に係る表面硬化処理
方法を自動車用エンジンのロッカーアームに適用した場
合の溶接条件及び部材硬化特性を示し、ロッカーアーム
の摺動面に第３表に示す種々の硬化合金元素を用いて前
記レーザ粉末肉盛処理を施し、溶融硬化させた。

（以下余白）実施例３の場合には各供試部材にＴｉ−４ＡＩ−２Ｖ−
０，２Ｓ−０，９ＲＥＭ合金材料を用いた。そして、第
３表に示す組成からなり、粉末粒度＝８０〜２５０メ、
ツユに微粉砕された各硬化合金元素粉末をヘリウムの粉
末供給ガスに搬送させて硬化処理部位に供給しながらレ
ーザ出カニ０．９〜１．５ＫＷ　、溶接速度：５ｍｍ／
ｓｅｃで、且つ、レーザビームをオシレートさせなから
レーザ粉末肉盛処理を実施した。尚、シールドガスには
３１７ｗ１ｎの、７Ｌｆｆｉのヘリウムガスを使用し、
補助ガスはＩＱ　（１７ｍ１ｎの一定流量で供給した。

母材組成に近ｆ以する硬化合金元素（Ｔｉ−４＾１−２
ν）を、補助ガスとして硬化ガスを使用せずに（アルゴ
ンガス使用）硬化処理部位にレーザ粉末肉盛すると、硬
化部のｌｌｖ硬さ値は３７５と本発明の規定範囲を下回
り、１０００時間エンジン耐久運転後の摺動面のＰｊ耗
量も２４６　μｍと大きい（試験Ｎｏ、３９）。しかし
、補助ガスにＣＯガスを加えるとｔｌｖ値は３９５に上
昇し、規定範囲を満足する（試験Ｎｏ、３０）。そして
、ＡＩ吋を増加させた硬化合金元素（Ｔｉ−６Ａｌ−４
Ｖ）を使用すると１１ν値は４１５に上昇しく試験Ｎｏ
、３２）、Ａｌｌを変化させずにＣ「及びｖｌの大きい
硬化合金元素（Ｔｉ−１１Ｃｒ−１３Ｖ−４ＡＩ）を使
用するとＨｖ値は更に上界する（試験Ｎｏ、３３）。

補助ガスにＣＯガスを使用したまま、レーザ出力を１．
２に−から１．０に−に減少させて希釈率を１０χにす
ると、Ｈｖ値は略変化しないが硬化深さが０．５ｍｍか
ら０　、２ｍｍに減少しく試験Ｎｏ、３１及び３２参照
）、逆に、１．２ＫＷから１．５ＫＷに増加させて希釈
率を５０％にすると硬化深さは０．５ｍｍから１．７１
１Ｉｍに増加する　（試験Ｎｏ、３３及び３５参照）。

硬化ガスとしてＣＯガスに代えてアンモニアを用いると
Ｈｖ値は更に上昇し、硬化合金元素（Ｔｉ−６ＡＩ−４
Ｖ）に窒化物（ＴｉＮ）を混合してもＩｌｖ値は上昇す
る（試ＩＱＮｏ、３２及び３６参照）。

ス崖尿↓ （以下余白）第４表は本発明に係る表面硬化処理方法を自動市川エン
ジンバルブに適用した場合の溶接条件及び部材硬化特性
を示し、エンジンバルブのバルブフェースに第４表に示
す種々の硬化合金元素粉末を用いて前記プラズマ粉末肉
盛処理を施し、溶融硬化させた。

実施例４の各供試部材にはＴｔ−６ＡＩ−４ｖ合金材料
を使用し、バルブヘッド径３１φに成形した。そして、
添付図面に示すトーチ１０の粉末通路１７に、第４表に
示す組成からなり、粉末粒度：１００〜２５０メツシュ
に微粉砕された各硬化合金元素粉末を１．５１　／ｌｌ
１ｉｎのアルゴンガスを粉末送給ガスとして供給し、作
動ガス通路１３及びシールドガス通路２５にはアルゴン
ガスを夫々作動ガス及びシールドガスとしてＱ、３１　
／ｓｉｎ及び１５１／ｍｉｎの各一定流量で供給した。

そして、溶接速度：９．５ｎ＋ｍ／５ｅｃ（一部、１０
．５ｍｓ＋／５ｅｅ）　、溶接電流：６０〜９０Ａに設
定し、各供試部材のバルブヘッドに水冷銅バッキングを
ｖ！着・固定し、プラズマアークトーチとこの水冷銅バ
ッキング間に上述した溶接電流を供給した。各供試部材
を本発明方法又は比較方法により夫々溶融硬化させた後
、各硬化特性を測定してこれらを第４表に示した。

実施例４において使用する硬化合金元素には聡てｒｔが
単体粉末又は合金粉末として含まれており、このＴｉに
硬化合金元素として少量のＡ１だけを加えたもの（試験
Ｎｏ、６０　、Ｔｉ＋１０ＡＩ）はＨｖ値が３９０を下
回り、本発明の規定範囲を満足しないが、少量の■を加
えるとＨｖ値は４０４に上＃し、５００時間エンジン耐
久運転後のバルブフェースの摩耗量も３０６μｍから２
８μ鋼に減少している（試験Ｎｏ、４０゜６０参照）、
そして、Ａｌｉを増加させるにしたがってＨｖ値も増加
するしている（試験Ｎｏ、４０．４３．４５参照）。

溶接速度を９　、　５　ｍｍ１ｓｅｃからＩＯ，５ｍｔ
ａ／ｓｅｃに増加させると、部材の溶は込みが少なくな
りＨｖ値は略変化しないが硬化深さは浅くなり、更に、
溶接電流値も減少させると、硬化深さは著しく減少して
５００時間エンジン耐久運転に耐えることが出来ず、硬
化部表面に割れが発生した（試験Ｎｏ、　６１）。逆に
、溶接電流値を増加させるとＩｔ　ｖ　（＋ｌ！が減少
するものの希釈率が増加し硬化深さも増加している（試
験Ｎｏ、４３及び４６参照）。

Ａ１量が増加するとり硬化合金元素を混合しなくてもｌ
ｌｖ値は規定範囲を満足するが（試験Ｎｏ、４４）、Ａ
ｌｌが過剰になると溶接割れが発生して好ましくない（
２人騒Ｎｏ、６２）。

一方、■に代えてＭＯを加えた硬化合金元素（Ｔｉ−２
０ＡＩ−４Ｍｏ）を使用してもＨｖ値を規定範囲内にす
ることが出来（試験Ｎｏ、　４３及び４７参照）、この
硬化合金元素は合金インゴットから粉末に粉砕したもの
を使用しても、各単体粉末を混合しても同様の硬化特性
が得られる（試験Ｎｏ、４７及び４８参照）。

そして、Ｖに加えてＭＯを混合した硬化合金元素（（Ｔ
ｉ−２０ＡＩ−４Ｍｏ）＋４Ｖ）を使用し、更に、溶接
ｉｔ　ｍ　４ａを９０Ａにまで増加させると希釈率が増
え、硬化深さも２．０ｍｍまで増加させることができる
　（試験Ｎｏ、４９）。又、ＡＩにＮｂを加えた硬化合
金元素（Ｔｉ＋２０八ｌ＋２５Ｎｂ）を使用してもｌ（
ｖ値：５２９が得られ、溶接電流値を８０Ａ設定するこ
とにより希釈率をあげて硬化深さも１．５ｍｍが得られ
ている（試験Ｎｏ、５０）。

その他、ＡＩに種々の硬化合金元素を混合させたものが
適用出来、例えば、（５ＯＮｉ−５０ＡＩ）の合金粉末
によりＡＩにＮｉを混合させた硬化合金元素を用いたも
の、ＡＩにＮｉ基自溶性合金のコルモノイ４　（商品名
、組成（Ｎｉ−０，３Ｃ−３，５Ｓｉ−１０Ｃｒ−２８
−３Ｆｅ））を混合させたもの、（Ｔｉ−６ＡＩ−２，
５３ｎ−５２ｒ−２，５Ｍｏ）合金粉末に３ｖを混合し
たもの、（Ｔｉ−２０ＡＩ）合金粉末に炭化物（１０Ｔ
ｉＣ）を混合したもの等がいずれも本発明の規定範囲を
満足する硬化深さ及びｆＩｖ値を有している　（試験Ｎ
ｏ、５＋　、　５２．５３．５６参照）。父母相成分に
Ｗを加えた硬化合金元素（試験Ｎｏ、５４参照）も有効
であるが、少量のＷを含む硬化合金元素（Ｔｉ＋６＾１
＋４Ｖ＋ＩＷ）ではＨｖ値が本発明の規定範囲を満足せ
ず（試験Ｎｏ、　６３参照）、この場合、−に加えてＮ
ｂを混合させた硬化合金元素（Ｔｉ＋６ＡＩ＋４Ｖ＋ｌ
ｌｔ＋２５Ｎｂ）を使用すると本発明の規定範囲を満足
させることが出来る（試験Ｎｏ、５５）。

尚、実施例４において、本発明方法による供試部材（試
験Ｎｏ、４０〜５Ｇ）は、いずれも本発明の規定範囲を
満足する硬化深さ及びＨｖ値を存していると共に、５０
０時間エンジン耐久運転試験後の摩耗量も少なく、得ら
れた硬化深さと対比して十分な寿命を有している。

大旗±１第５表は本発明に係る表面硬化処理方法を自動車用エン
ジンの、ブ／ジュロ・ノドとカムシャフト間に介装され
るバルブリフタに適用した場合の溶接条件及び部材硬化
特性を示し、咳バルブリフタのカムシャフトと摺動する
冠面部に第５表に示す種々の硬化合金元素を用い、従来
公知の方法により厚さ０．１５ｍｍの鍍金を施した後、
前記レーザ熔融処理を行い、溶融硬化させた。

（以下余白）各供試部材にはＴｉ−６Ａ１−２２Ｖ合金材料を使用し
た。

そして、各供試部材の硬化処理部位に第５表に示す各鍍
金組成からなる硬化合金元素を所定の厚みだけ鍍金した
後、レーザ出カニ　１．０．１．５ＫＷ　、シールドガ
ス：Ａｒ、２０１　／ｍｉｎ、　溶接速度：３１１Ｉ＋
１／５ｅＣ１補助ガス：Ａｒ又はＡｒ＋５Ｎｚをいずれ
もＩＱ　１　／ｍｉｎ、の条件でレーザビームをオシレ
ートさせなからレーザ溶融処理を施した。このように硬
化処理を施した各供試部材の前記各硬化特性を測定して
これらを第５表に示した。

バルブリフタの冠面部に従来公知の鍍金を施しただけの
状態ではいずれもＩＩ　ｖ　（ｌｉ！が低く、７００時
間エンジン耐久運転において鍍金の剥離が生したり（試
験Ｎｏ、７７．７８）、剥離がなくても摩耗量が大きく
実用に耐えない（試験Ｎｏ、　７９）。

一方、Ｎｉ鍍金を施した後、レーザ溶融処理を施すと、
十分に高い）ｌｖ硬さ値が得られるが（試験Ｎｏ、７０
）、補助ガスに硬化ガスを混合すると更に高いｌ（ｖ硬
さ値が得られた（試験Ｎｏ、７１）。又、レーザ溶融処
理に代えて、Ｔｉ−６ＡＴｉ−６ＡＩ−３合金粉末を用
いて、実施例３で説明したと同様のレーザ粉末肉盛処理
を施しても本発明の規定範囲を満足するｌｌｖ値が得ら
れ（試験Ｎｏ、７４）、このとき、補助ガス中にＮ２ガ
スを加え、レーザ出力を１．０から１．５１ｉＷに増加
させるとＨｖ値は著しく増加し、硬化深さも０．３から
１．０ｍｍに深くなっている。尚、これらレーザ粉末肉
盛処理では８０〜３００メノシエの硬化合金元素粉末を
使用した。

又、硬化合金元素としての鍍金組成に、Ｎｉに加え炭化
物（ＳｉＣ１試験Ｎｏ、７２）や窒化物（ＴｉＮ、試験
Ｎｏ、　７３）を含有させても十分に本発明範囲を満足
する硬化深さ及び硬さを得ることが出来る。

実施例６第６表は本発明に係る表面硬化処理方法を自動車用エン
ジンの動弁機構に使用されるバルブリテーナに適用した
場合の溶接条件及び部材硬化特性を示し、エンジンのバ
ルブスプリングを保持するバルブリテーナの、前記バル
ブスプリングと当接する部位に第６表に示す種々の硬化
合金元素を用い、従来公知の方法により種々の厚さに鍍
金を施した後、プラズマ溶融処理を行い、溶融硬化させ
た。

このプラズマ溶融処理は硬化処理部位にプラズマアーク
トーチからプラズマアークを照射して部材表面と共に硬
化合金元素を溶融させて固化し、硬化層を形成させるも
のである。

実施例６の各供試部材にはＴｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金材料
を使用した。そして、各供試部材の硬化処理部位に第６
表に示す各鍍金組成からなる硬化合金元素を夫々所定の
厚みだけ鍍金した後、添付図面に示すトーチ１０の作動
ガス通路１３にＱ、９１　／ｍｉｎの一定流量で作動ガ
スを供給し、シールドガス通路２５にはアルゴンガスを
＋５　ｊ！　／ｍｉｎの一定流星で供給した。そして、
溶接速度：２ｍｍ７ｓｅｃ、溶接電流：５５゜７５Ａに
設定し、トーチをオシレートしながらプラズマ溶融処理
を施した。このように硬化処理を施した各供試部材の前
記各硬化特性を測定してこれらを第６表に示した。

バルブリテーナの摺接部に従来公知のＣｕ鍍金（試験Ｎ
ｏ　、　８６）やＡＩ鍍金（試験Ｎｏ、８７）を施した
たけの状態では部材表面は硬化されないことは勿論のこ
と、７００時間エンジン耐久運転後の摺接部の摩耗量は
７０１．２３４０μｍと極めて大きく、実用に耐えない
。

一方、Ｃｕ鍍金及びＡＩ鍍金を施した後、溶接電流５５
Ａで夫々プラズマ溶融処理を行うと硬化深さ及びＨｖ値
のいずれも本発明の規定範囲を満足し、７００時間エン
ジン耐久運転後の摩耗量も十分に小さい値であった（試
験Ｎｏ、８０．８３）　、そして、Ｃｕ鍍金厚さを０　
、０５ｍｍから０．１２ｍｍに厚（し、溶接電流を５５
八から７５Ａに増加させると、ｌｌｖ値は略変化しない
のに対して硬化深さは０．５ｍｍから１．３ｍ＋ｉに増
加している（試験Ｎｏ、８０．８１参照）。更に、Ｃｕ
鍍金後粉末粒度二８０〜２５０メツシュの硬化合金元素
（１０Ａ！＋１０Ｍｎ）をアルゴン粉末送給ガスに搬送
させてトーチＩＯの粉末通路１７に供給し、作動ガス通
路１３に供給される作動ガス中にＮ２ガスを混合し、溶
接電流＝５５八で前述したプラズマ粉末肉盛処理を実施
すると、硬化深さの変化がないのに対して１１ν硬さ値
は著しく上昇しており　（試験Ｎｏ、８０．８２参照）
、硬化合金元素としてＣｕを添加する場合、１１ｖ値を
上昇させるには作動ガス中に硬化ガスを混合させること
、ないしはＡＩ等の粉末肉盛が有効であり、硬化深さを
増加させるには、溶接電流値を増加させることが夫々有
効である。

大施■工第７表は本発明に係る表面硬化処理方法を自動車用エン
ジンのロッカーアームに適用した場合の溶接条件及び部
材硬化特性を示し、該ロッカーアームの先端チップ面に
第７表に示す種々の硬化合金元素粉末を用いて前記レー
ザ粉末肉盛処理を施し、溶融硬化させた。

（以下余白）実施例７の各供試部材にはＴ　ｉ　−６Ａ　Ｉ　−４Ｍ
　ｏ合金材料を使用した。そして、第７表に示す組成か
らなり、粉末粒度：８０〜３５０メツシユに微粉砕され
た各硬化合金元素粉末を硬化処理部位に供給しなからレ
ーザ出力＝０．９〜１．５ＫＷ、溶接速度：　１６ｍｍ
／ｓｅｃに設定し、レーザ粉末肉盛処理を実施した。尚
、ノールドガスには１０１ｔ／ｍ：ｎの流星のヘリウム
ガスを使用した。このように硬化処理を施した各供試部
材の前記各硬化特性を測定してこれらを第７表に示した
。

母材組成にＣｕを加えた硬化合金元素を硬化処理部位に
レーザ粉末肉盛すると、硬化合金元素中のＣｕｉが少な
いと硬化部の１１ν硬さ値は３７０と本発明の規定範囲
を下回り、１０００時間エンジン耐久運転後のチップ面
の摩耗量も３２０　μ−と大きい（試験Ｎｏ、１０１）
　、　Ｃｕ量を増加させた硬化合金元素（（Ｔｉ−６Ａ
Ｉ−４Ｍｏ）＋６Ｃｕ）、（（Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｍｏ）
　＋１３Ｃｕ）を用いると１１ｖ値は３９５．５０７と
夫々上昇し規定範囲を満足する（試験Ｎｏ、９０．９１
）。しかし、Ｃｕ量を過剰に加えた硬化合金元素（（Ｔ
ｉ−６＾１−４Ｍｏ）　＋２２．５Ｃｕ）を使用すると
溶接部に割れが発生し好ましくない（試験Ｎｏ、　１０
２）。しかしながら、レーザ出力を１．２に讐から１．
５に−に増加させると希釈率が増加してＣｕ１ｌが多く
ても硬化深さが増加して溶接割れが発生せずＨｖ値も本
発明の規定範囲を満足している（試験Ｎｏ、９２）。

Ｃｕに代えてＴａ及びＡＩを加えた硬化合金元素（（Ｔ
ｉ−６ＡＩ−４Ｍｏ）　＋１ＩＴａ＋３ＡＩ）を用いて
も本発明の規定範囲の硬化深さ及び硬さを満足するが（
試験Ｎｏ、９３）、レーザ出力が小さいと硬化深さが著
しく小さくなり硬化部に割れが発生する（試験Ｎｏ、　
１０３）。Ｔａｌを増加させた硬化合金元素を用いると
硬化部の硬さが上昇する（試験Ｎｏ、９４）。

硬化合金元素としてＡＩ及びＣｏの混合物を用いても本
発明の規定範囲の硬化深さ及び硬さを満足しく試験Ｎｏ
、９５）、Ｃｏ１ｊＪが増加すると硬化部の硬さは更に
増加する（試験Ｎｏ、９６）。

硬化合金元素としては（Ｔｉ−３１Ｖ−７，２Ａｌ−４
ｉｏ−０，５Ａｇ）合金粉末、（Ｔｉ−１１ＡＩ−２２
Ｍｏ）合金粉末等を使用しても本発明の規定範囲を満足
する硬化深さＩｌｖ値が得られる（試験Ｎｏ、９７．９
８）　、又、（Ｔｉ−１２Ａ　ｌ−６Ｍ　ｏ　）合金粉
末に窒化物（ＴｉＮ）粉末を加え、これを硬化合金元素
として用いると硬化部のＨｖ値が１０５０と極めて硬い
値が得られる。実施例７において本発明方法による供試
部材（試験ＮＯ，９０〜９つ）はいずれも本発明の規定
範囲を満足する硬化　♂深さ及びｌｌｖ値を存している
と共に、１０００時間エンジン耐久試験後の摩耗量も少
なく、得られた硬化深さと対比すれば十分な寿命を有し
ていと判定できる。

（発明の効果）以上詳述したように本発明によれば、Ｔｉ基合金材料か
らなる部材表面に硬化合金元素を添加し、該部材表面を
この硬化合金元素と共に溶融硬化させるようにしたので
、又、必要に応じ部材表面に硬化ガスを噴射させながら
部材表面を硬化合金元素と共に溶融硬化させるようにし
たので、ビンボール、２１１　Ｌ’ｄの発生が少な（、
均一で高硬度の硬化層を形成させることができ、しかも
硬化合金元素の種類、計、硬化ガスの種類、溶接速度、
ｌ８接電流等を適宜に設定するとＨｖ硬さ値：３９０−
１２００、硬化深さ二０．１〜２．０ｍｍ　、好ましく
はＨν硬さ値二４００〜８００、硬化潔さ二０．３〜１
．５１の範囲にある所望の硬化特性を精度よく得ること
が出来るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

添附図面は部材表面に供給添加される硬化合金元素を部
材と共に溶融硬化させるプラズマアークトーチの断面構
成図である。 ■・・・Ｔｉ基合金部材、ＩＯ・・・プラズマアークト
ーチ、１２・・・中心電極、１３・・・作動ガス通路、
１７・・・わ）末通路、２５・・・シールドガスガス通
路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｔｉ基合金材料からなる部材表面に硬化合金元素
を添加し、該部材表面をこの硬化合金元素と共に溶融硬
化させ、Ｈｖ硬さ値：３９０〜１２００、硬化深さ：０
．１〜２．０ｍｍを得ることを特徴とするＴｉ基合金製
耐摩部材の製造方法。
（２）Ｈｖ硬さ値：４００〜８００、硬化深さ：０．３
〜１．５ｍｍを得ることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のＴｉ基合金製耐摩部材の製造方法。
（３）前記硬化合金元素は、少なくともＡｌ、Ｓｎ、Ｂ
、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＺｒを含む一群から選択され
る一種ないし二種以上から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項記載のＴｉ基合金製耐摩部材
の製造方法。
（４）前記硬化合金元素にＴｉを混合し、該混合物を前
記部材表面に添加することを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第３項のいずれか記載のＴｉ基合金製耐摩部
材の製造方法。
（５）前記硬化合金元素に炭化物、窒化物、及び酸化物
の少なくとも一つを混合し、該混合物を前記部材表面に
添加することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
４項のいずれか記載のＴｉ基合金製耐摩部材の製造方法
。
（６）Ｔｉ基合金材料からなる部材表面に硬化合金元素
を添加し、該部材表面に硬化ガスを噴射させながら該部
材表面を前記硬化合金元素と共に溶融硬化させ、Ｈｖ硬
さ値：３９０〜１２００、硬化深さ：０．１〜２．０ｍ
ｍを得ることを特徴とするＴｉ基合金製耐摩部材の製造
方法。
（７）Ｈｖ硬さ値：４００〜８００、硬化深さ：０．３
〜１．５ｍｍを得ることを特徴とする特許請求の範囲第
６項記載のＴｉ基合金製耐摩部材の製造方法。
（８）前記硬化合金元素は、少なくともＡｌ、Ｓｎ、Ｂ
、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＺｒを含む一群から選択され
る一種ないし二種以上から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第６項又は第７項記載のＴｉ基合金製耐摩部材
の製造方法。
（９）前記硬化合金元素にＴｉを混合し、該混合物を前
記部材表面に添加することを特徴とする特許請求の範囲
第６項乃至第８項のいずれか記載のＴｉ基合金製耐摩部
材の製造方法。
（１０）前記硬化合金元素に炭化物、窒化物、及び酸化
物の少なくとも一つを混合し、該混合物を前記部材表面
に添加することを特徴とする特許請求の範囲第６項又は
７項のいずれか記載のＴｉ基合金製耐摩部材の製造方法
。