JPS6238789A

JPS6238789A - Ｃｏ↓２レ−ザによる合金層の形成方法

Info

Publication number: JPS6238789A
Application number: JP60178430A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kawasaki; 稔河崎; Munetani Takagi; 高木　宗谷; Kazuhiko Mori; 和彦森; Shinji Kato; 真司加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-08-13
Filing date: 1985-08-13
Publication date: 1987-02-19

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、アルミニウム合金材料の表面に合金層を形成
する方法に係り、史に詳細にはＣＯ２１ノーザを利用し
てアルミニウム合金材料の表面に合金層を形成する方法
に係る。

従来の技術アルミニウム合金の如き金属材料の表面部の耐食性、耐
熱性、耐摩耗性などを向上させる一つの手段として、こ
れらの性質を向上させる合金元素にて金属材料の表面部
を合金化させることが有効であることが知られており、
母材の表面に合金化材料を配置し、合金化材料及び母材
の表面部をレーザ、ＴＩＧアーク、電子ビームの如き高
密度エネルギ源にて加熱して溶融し、しかる後溶融部を
凝固させることにより合金層を形成することが従来より
試みられている。

発明が解決しようとする問題点しかし上述の如き方法に於て、高密度エネルギー源が従
来より金属加工等に対し汎用されているＣ　０２レーザ
であり、母材が電気抵抗率の小さいアルミニウム合金で
ある場合には、合金化材料及び母材の表面部を容易に溶
融させることができず、従って所望の合金層を形成する
ことができない。

これは一般にレーザの吸収帯Ｘはレーザが照射される金
属材料の電気抵抗率をω（μΩ・Ｃｌｌ１）とし、レー
ザの撮動数をυとした場合、Ｘ＝２５下の関係があり、ＣＯ２レーザは１０．６μという近赤外
線域の波長を有する光の熱エネルギであり、また一般に
アルミニウム合金の電気抵抗率は小さい値であるため、
アルミニウム合金にＣＯ２レーザを照射しても、殆ど全
てのアルミニウム合金はそれが固体である場合受けたＣ
　Ｏ２レーザを実質的に全て反射してしまい、従って１
ノーザ吸収率が極めて低い（直になることによる。

かかる問題の発生を回避すべく、ＣＯ２レーザの熱エネ
ルギ密度を高くするという簡単な方法によって無理に合
金化を試みると、合金化材料だけでなく母材に対し与え
られる熱衝撃も強くなり過ぎるため、合金化材料が飛散
したり、母材が掘り起こされて母材に大きな穴が聞くと
いう問題が生じ、またこの場合にはＣＯ２レーザ装置を
必要以上に大出力化することが必要であり、従って合金
化処理が高コストになるという問題がある。

また上述の如く殆ど全てのアルミニウム合金はそれが固
体である場合ＣＯ２レーザを実質的に全て反射してしま
うが、−ｒｊＪ溶融して融体となった場合にはＣ０２レ
ーザを比較的高効率にて吸収するようになる。従ってＣ
Ｏ２レーザを利用した上述の如き方法にて合金層を形成
する場合には、合金化月利及び母材の表面部を固体から
融体に変化させるまでの過程が重要であり、そのため従
来より合金化材料を粉末化することが行われている。

これは合金化材料を粉末化することによってＣＯ２レー
ザを合金化粉末層内にて乱反射させ、また合金化材料の
熱容量を小さくして合金化材料が容易に溶融することを
狙ったものである。しかし合金化材料を粉末化しただけ
では母材を構成する材料が電気抵抗率の小さいアルミニ
ウム合金である場合には、母材自身のレーザ吸収率が極
めて低い値であるため、所望の合金層を容易に形成する
ことが困難である。

更に上述の如き方法にて合金層が形成される現象を冶金
学的に見た場合、適正な合金層を形成するためには、母
材中への合金化材料の固溶ｒ！１（濡れ性）と、合金層
中に析出する化合物の形態が均一であること（均一性）
とがｍ要である。在来の平衡状態図や種々の研究データ
より合金化材料の固溶度を推定することができ、適正な
合金層を形成するためには合金化材料の固溶度が高くさ
れることが望ましい。溶接法の如き通常の溶解法に於て
は冷却速度が比較的緩慢であるため合金化材料の固溶度
を高くすることは困難であるが、ＣＯ２１ノーザを熱源
として行われる上述の如き方法に於ては、形成された溶
融部が母材の主要部による吸熱によって急冷されるので
、溶融部の冷却速度は極めて速く、従って合金化材料の
固溶度は平衡状態図に於ける場合よりも高くなり、合金
化しにくい材料も通常の溶解法の場合に比して比較的合
金化し易くなる。従って上述の如き方法に於ては固溶度
の大小による合金化材料の選定の範囲を通常の溶解法の
場合に比して大きくすることができる。

しかし合金層の組織の均一性については、合金化材料に
対する加熱及び冷却が急速であり、溶融部の攪拌が不十
分であるため、溶融部の表面層と母材近傍の部分との間
に温度差が生じ、特に合金化材料がアルミニウムと多く
の化合物を形成し易い材料である場合には、合金層中に
種々の化合物が析出し易い。かかる現象を防止するため
には母材を構成する主要な金属であるアルミニウム中に
化合物を均一に分散させ、又は共晶（析出〉させる元素
を合金化材料に添加することが望ましく、そのためには
合金化材料がアルミニウムとの比重差の小さい元素を含
有していることが重要である。

本願発明者等は、ＣＯ２レーザを熱源としてアルミニウ
ム合金材料の表面に合金層を形成せんとする場合に於け
る上述の如き種々の問題に鑑み、種々の実験的研究を行
った結果、上述の如き機能を果す元素としてＳｉが好適
であり、従って合金化材料として合金元素に加えて＄１
を含有する粉末が使用されることが好ましいことを見出
した。

本発明は、本願発明者等が行った実験的研究の結果得ら
れた知見に基づき、アルミニウム合金材料の表面にプロ
ーホール等の欠陥を含まない合金層を容易に且比較的低
摩に形成することのできる方法を提供することを目的と
している。

問題点を解決するための手段上述の如き目的は、本発明によれば、Ｓｉ　と合金元素
とを含有する合金化粉末をアルミニウム合金母材の表面
に配置し、前記合金化粉末にＣＯ２レーザを照射して前
記合金化粉末及び前記母材の表面部を溶融させ、かくし
て形成された溶融部を冷却して溶融部を凝固させるＣＯ
２レーザによる合金層の形成方法によって達成される。

発明の作用及び効果本発明によれば、合金化粉末は例えばＣＩ、Ｎｉの如き
合金元素に加えてＳｉを含有しており、従って合金元素
のみよりなる合金化粉末に比してその電気抵抗率が高い
ので、合金化粉末のレーザ吸収率が高く、従って合金化
粉末が容易に溶融し、かくして合金化粉末が溶融するこ
とによりレーザ吸収率が更に向上し、その結果母材の表
面部が容易に溶融するので、従来の方法に比してアルミ
ニウム合金材料の表面に合金層を容易に形成することが
でき、またブローホール等の欠陥のない適正な性状の合
金層を形成することができる。

また本発明によれば、上述の如く合金化粉末は合金元素
のみよりなる合金化粉末が使用される場合に比して容易
に溶融し得るので、合金化粉末として従来ＣＯ２レーザ
により容易に溶融させることが不可能であった合金元素
を含有する粉末を使用することができ、これによりアル
ミニウム合金材料の表面部に要求される耐食性等の性質
に応じて任意の組成を有する合金層を形成することがで
きる。

更に本発明によれば、従来の方法の如＜ＣＯ２レーザ装
置を大出力化する必要はないので、アルミニウム合金材
料の表面に合金層を形成するための設備コスト及びラン
ニングコストを低減することができ、これにより従来に
比して低摩にアルミニウム合金材料の表面に合金層を形
成することができる。

本発明の方法に於ける合金化粉末は任意の合金元素（Ｓ
ｔを含む）に加えてＳｉを含有しているものであればよ
く、従ってＳｉと合金元素との合金の粉末又はＳｉ粉末
と合金元素の粉末との混合粉末の何れであってもよい。

但し本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
合金化粉末として混合粉末が使用される場合には、Ｓｉ
　と合金元素との金属間化合物が発生し、該金属間化合
物が合金層中に凝集し易いので、合金化粉末とじてＳｉ
と合金元素との合金の粉末が使用されることが好ましい
。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
合金化粉末のＳｉ含有率が低い値である場合には、後に
詳細に説明する如く、歩留りよく合金層を形成すること
が困難である。従って本発明の一つの詳細な特徴によれ
ば、合金化粉末として合金粉末が使用される場合には、
合金化粉末のＳｉ含有率は１３％以上、特に２６％以上
、更には３０％以上に設定され、合金化粉末として混合
粉末が使用される場合には合金化粉末のＳｉ含有率は１
７％以上、特に３５％以上、更には４２％以上に設定さ
れる。

また合金化粉末として合金粉末及び混合粉末の何れが使
用される場合に於ても、混合粉末又はＳｉ粉末の粒度が
比較的大きい場合には、母材の表面に均一に合金化粉末
を配置することが困難であり、また合金層を歩留りよく
形成することが困難である。従って本発明の更に他の詳
細な特徴によれば、合金粉末又はＳｉ粉末の平均粒度は
一２４メツシュ以下、特に−３２メツシユ以下、更には
一４２メツシュ以下に設定される。尚合金化粉末として
混合粉末が使用される場合には同様の理由から合金元素
の粉末の平均粒度は一２４メツシュ以下、特に−３２メ
ツシユ以下、更には一４２メツシュ以下に設定されるこ
とが好ましい。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、溶融部を冷却
することは主として母材の主要部による吸熱により行わ
れる。かかる方法によれば、溶融部を冷却するための特
別な冷却装置は不要であり、また溶融部が急冷されるの
で、結晶が微細であり、従って強度や硬度の高い合金層
を形成することができる。

本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、合金化粉
末にＣｏ２レーザを照射して合金化粉末及び母材の表面
部を溶融させる過程は不活性雰囲気中にて行われる。か
かる方法によれば、合金化粉末が酸化されることに起因
して合金層中に比較的多量の金属酸化物が混入したり、
ブローホール等の欠陥が発生するなどの不具合の発生を
回避することができる。この場合不活性雰囲気は溶接の
場合の如くフラックスにて創成されてもよいが、確実性
、スラグ巻き込みの回避、及び作業性等の観点からアル
ゴン、ヘリウムの如き不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気
であることが好ましい。

更に母材の表面に合金化粉末を配置することは、母材の
表面に合金化粉末をただ単に層状に予め配置することに
より行われてもよく、ＣＯ２レーザに対しその走査方向
前方の位置にて母材の表面に連続的に合金化粉末を送給
することにより行われてもよいが、合金化粉末の飛散を
防止しその歩留りを向上させるためには、合金化粉末の
圧粉成形体を母材上に配置したり、母材の表面に溝を形
成し該溝内にて合金化粉末を圧粉成形したり、合金化粉
末にポリビニルアルコールの水溶液やアクリルとシンナ
ーとの混合液の如き粘結剤を添加してペーストを形成し
、該ペーストをヘラ塗り法やチューブ法にて母材の表面
に付着させたり、形成されるべき合金層の厚さが小さく
てよい場合には、合金化粉末をポリビニルアルコールの
水溶液の如き溶媒中に分散させてスラリーを形成し、該
スラリーを刷毛などによる塗布、スプレー法、ドブ漬は
法にて母材の表面に付着させることにより行われてもよ
い。但しペーストやスラリーが形成される場合には、ペ
ーストやスラリーはそれらが乾燥されることにより形成
される合金化粉末層の表面が酸化されたり、合金層の表
面部に気孔等が発生することがない温度範囲及び雰囲気
中にて十分に乾燥され、実質的に水分を含有しない状態
でＣ０２レーザによる加熱溶融処理に付されることが好
ましい。

尚本明細書に於ける全てのパーセンテージは重量パーセ
ントである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１平均粒度−５０メツシユの８１粉末と、平均粒度−１０
０メツシユのステライト合金粉末（２４％Ｃｒ　、４％
Ｗ、８％ｘ＋、ｏ、５％ｓｒ、ｏ。

１％Ｂ、０．４％≧０１残部実質的にＣｏ）とを１：１
の１ｉｆｔ比にて均一に混合することにより、合金化粉
末としての合金化材料Ａを形成した・同様に平均粒度−
２５０メツシユのＳｉ粉末と・平均粒度−１００メツシ
ユのステライト合金粉末とを１：１の重量比にて均一に
混合することにより、合金化粉末としての合金化材料Ｂ
を形成した。更に平均粒度−１００メツシユのステライ
ト合金粉末のみよりなる合金化粉末としての合金化材料
Ｃを用意した。次いでこれらの合金化粉末中に粘結剤と
してポリビニルアルコールの５％水溶液を注入すること
により、水よりも粘性が高く粘土よりも粘性が低いペー
ストを形成した。

次いで第１図に示されている如く、７０Ｘ４０Ｘ１Ｑｍ
ｍの寸法を有するアルミニウム合金（Ｊ■Ｓ規格ＡＤＣ
−１０）製の試験片１を４個用意し、そのうちの３個の
試験片の一方の７０Ｘ４０ｍ＋１１の表面１ａ上にその
長手方向に沿って厚さ１．０ｍ１Ｉｌの二枚のガイド２
及び３を互いに５１１１ｍ隔置して平行に配置し、それ
らのガイドの間にペースト４をへら塗り式に・充填した
。次いで図には示されていないが試験片を乾燥炉内にて
１００℃に１時間維持することによりペーストを十分乾
燥させ、これにより第２図に示されている如く試験片の
表面１ａの中央にその長手方向に沿って幅５１Ｒ１＋、
厚さ１゜Ｑｎ＋ｅ、長さ６Ｑｍｍの層状に合金化粉末層
５を形成した。

またＤ−６に合金（３０％Ｃｒ、４．５％Ｗ、１．０％
Ｃ１残部実質的にＣｏ　）よりなり幅５１１１ＲＩ。

厚さＱ、５ｎ＋３長さ６０ｍｍの合金化材料りとしての
合金板を用意し、該合金板を残りの試験片の７Ｑｘ４Ｑ
＋ａａ＋の表面上の中央にその長手方向に沿って配置し
た。

′次いで第３図に示されている如くレーザガン６の先端
よりシールドガスとしてのアルゴンを放出させ、これに
より試験片上の溶融部をアルゴンにてシールドしつつ、
合金化粉末１５又は合金板の一端より他端までレーザガ
ン６を１バス走査させることにより、下記の表１に示さ
れた条件にて合金化粉末層又は合金板をＣＯ２レーザ７
により局部的に加熱して合金化粉末又は合金板及び試験
片の表面部を溶融させ、これにより第３図及び第４図に
示されている如く、試験片の表面にビード８を形成した
。尚この場合溶融層及び試験片の表面部は主として試験
片の主要部によって吸熱されることにより急冷された。

表　　ル −ザ出カニ２．Ｏｋｗ出力モード：　マルチモードビーム形状：　長径５ｍｍ　、短径３．５１１１１１（
７）楕円レーザ走査速度：　　３００１１＋８７ｒａｒ
ｎアルゴンの流１　：　　３５Ｑ　／　ｍｉｎ第５図乃
至第８図はそれぞれ合金化材料Ａ−Ｄを使用して上述の
如く形成されたビードの外観を示しており、第９図及び
第１０図はそれぞれ合金化材料Ａ及びＢを使用して上述
の如く形成された各ビードの横断面の金属組織を１０倍
にて示す光学顕微鏡写真である。また下記の表２は上述
の如く形成された合金ｍ＜ビード）の寸法（深さ×幅Ｉ
１ｍ）、表面硬さ０−１０−１ｖ−５、外観品質の良否
（それぞれ○Ｘ）を示している。

表　　２合金化材料　合金層の寸法　表面硬さ　外観品質Ａ　　
　　１，８ｘ　４．２　３５０〜４５００Ｂ　　　　　
１．６Ｘ　４．０　１５０〜２００　　０１ンＣ形成されず　　８５〜９５× Ｄ　　　形成されず　　８５〜９５”　　　Ｘ注：１）
Ａ１合金母材の表面硬さ第５図、第６図、第９図、第１０図、表２より。

本発明に従って合金化を行えば、ビード外観の品質も良
好であり、ブローホール等の欠陥のない合金層をアルミ
ニウム合金材料の表面に形成し得ることが解る。尚第９
図及び第１０図に於て、合金層中の黒色の島状をなす部
分はステライト合金粉末に含まれる合金元素とＳｉとの
金属間化合物が凝集した部分である。

これに対し合金化材料としてステライト合金粉末のみ（
合金化材料Ｃ）が使用された場合には、第７図及び表２
より解る如く、合金化材料は試験片の表面に於て十分に
は溶融しておらず、また試験片の表面部に溶は込んでは
おらず、適正な合金層は形成されていないことが解る。

また合金化材料としてＤ−６に合金の板（合金化材料Ｄ
）が使用された場合には、第８図及び表２より解る如く
、合金化材料は試験片の表面に於て部分的にしか溶融し
ておらず、試験片の表面部に溶は込んではおらず、ビー
ドの随所に大きな穴が発生していることが解る。

尚合金化材料Ａを用いて上述の如く形成された合金層の
横断面の中央部に於ける組成は８％Ｏｒ、１．０％Ｗ、
２．０％Ｎｉ　、２０％Ｓｉ　、　０．０５％Ｂ、０．
０５％Ｃ１４％ＣＯ１残部実質的にＡ１であり、合金化
材料Ｂを用いて上述の如く形成された合金層の横断面の
中央部に於ける組成は１０％Ｏｒ、１．０％Ｗ、４．０
％Ｎｒ　、２５％ｓｒ、ｏ、１％Ｂ、０．１％Ｃ，１０
％ＣＯ１残部実質的にＡ１であった。また上述の合金化
材料Ａ及びＢと同一の組成を有する合金を粉末化し、該
合金粉末を用いて土掘の表１に示された条件にて合金化
を行ったところ、合金化材料Ａ及びＢを用いて形成され
た合金層の場合の如き金属間化合物の凝集部を含まない
良好な合金層を形成することができることが認められた
。

実施例２８０％Ｃｕ、残部実質的にＳｉなる組成を有し、平均粒
度が一１００メツシュであるＳｉ−０１１合金粉末より
なる合金化粉末を形成した。また実施例１に於て使用さ
れた試験片と同一の寸法及び同一の材質の試験片を用意
した。

次いで第１１図に示されている如く、試験片９をレーザ
ガン１０及び粉末供給ホッパ１１の下方に配置し、粉末
供給ホッパ内に合金化粉末１２を装入し、レーザガン１
０の先端よりアルゴンを噴出させつつ粉末供給ホッパの
下端に接続された導管１３内へキャリアガスとしてのア
ルゴンを導入し、これにより試験片９の７０Ｘ４０ｍｍ
の表面９ａ上の中央にその長手方向に沿って合金化粉末
を連続的に送給し、その状態にて試験片９を図にて右方
へ移動させることにより、試験片９の表面９ａ上に合金
化粉末１１１４を形成しつつ該合金化粉末層にレーザ１
５を照射し、土掘の表１に示された条件にて合金化粉末
をレーザにより局部的に加熱して合金化粉末及び試験片
の表面部を溶融させ、これによりビード１６を形成した
。尚この場合溶融層及び試験片の表面部は主として試験
片の主要部によって吸熱されることにより急冷された。

かくして形成された合金ＩＩ（ビード）の外観品質は良
好であり、その深さ及び幅はそれぞれ１゜５　ｍｍ１５
　、２　ａｕｇｒあり、表面硬さく）−ＩＶ−５ｋｇ）
は２００〜２３０であった。第１２図は上述の如く形成
された合金層の横断面の金属組織を１０倍にて示す光学
顕微鏡写真である。この第１２図より、本発明に従って
合金化を行えば、アルミニウム合金材料の表面にブロー
ホール等の欠陥のない合金層を形成し得ることが解る。

尚第１２図に於て、合金層中の黒色の島状又は点状をな
す部分はＣｕと８１との金属間化合物がｌｋ集した部分
である。また上述の如く形成された合金層の横断面の中
央部の組成は４５％Ｃｕ　、Ｓ％Ｓｉ１残部実質的にＡ
１であった。

衷Ｊ」ＬＬ２０％Ｎｉ、残部実質的にＳｉなる組成を有し、平均粒
度が一１００メツシュであるＳｉ−Ｊｌｉ合金粉末より
なる合金化粉末を形成した。また実施例１に於て使用さ
れた試験片と同一の寸法及び同一の材質の試験片を用意
した。次いで上述の実施例２の場合と同一の要領及び同
一の条件にて試験片の表面に合金層を形成した。

かくして形成された合金層（ビード）の外観品質は良好
であり、その深さ及び幅はそれぞれ１゜４ｎ＋ｍ、　５
．　Ｑｍｍであり１表面硬さく１−１１−１ｖ＝５は２
８０〜３００であった。第１３図は上述の如く形成され
た合金層の横断面の金属組織を１０倍にて示す光学顕微
鏡写真である。この第１３図より、本発明に従って合金
化を行えば、アルミニウム合金材料の表面にブローホー
ル等の欠陥のない合金層を形成し得ることが解る。尚第
１３図に於て、合金層中の黒色の点状をなす部分はＮｉ
とＳｉとの金属間化合物が凝東した部分である。また上
述の如く形成された合金層の横断面中央部の組成は７〜
８％Ｎｉ　、３Ｑ％Ｓｉ、残部実質的にＡ１であった。

実施例４合金化粉末中のＳｉ含有率が合金層の形成に与える影響
を検討すべく、実施例１に於て使用されたＳｉ粉末（平
均粒度−２５０メツシユ）及びステライト合金粉末を種
々の重量比にて混合することにより、Ｓｉ含有率が１．
０％、１１％、３１％、５０％、７１％、９１％、９８
％である７稲類の合金化粉末としての混合粉末を形成し
、これらの混合粉末を用いて実施例１の場合と同一の要
領及び条件にて合金化を行い、下記の式に従って合金化
率Ａ（％）を測定した。その結果を第１４図に示す。

合金化率へ＝　（Ｗ＋　−Ｗｏ　＞　／Ｗａ　Ｘ　１０
０ここにＷｏは合金化処理前の試験片のみの重置であり
、Ｗ＋は合金化処理後のスパッタ等が除去された試験片
の重ｊであり、Ｗａは試験片の表面に配置された合金化
粉末の総重量である。

第１４図より、合金化粉末としてＳ１粉末とステライト
合金粉末との混合粉末が使用される場合に於て、合金層
を形成するためには、合金化粉末のＳｉ含有率は１８％
以上であることが好ましく、特に適正な合金層を歩留り
よく形成するためには、３５％以上、更には４２％以上
であることが好ましいことが解る。

実施例５Ｓｉとステライト合金とを種々の重量比にて混合し溶融
することにより、Ｓｉ含有率が２％、１０％、２１％、
３７％、４９％、６９％、８９％、９７％である８種類
の合金を形成し、これらの合金より平均粒度−１００メ
ツシユの合金粉末を形成し、それらの合金粉末を用いて
実施例１の場合と同一の要領及び条件にて合金化を行い
、上掲の式に従って合金化率Ａ（％）を測定した。その
結果を第１４図に示す。

第１４図より、合金化粉末としてＳｉ　とステライト合
金とを混合し溶融することにより形成された合金の粉末
が使用される場合に於て、合金層を形成するた−めには
、合金化粉末のＳｉ含有率は１３％以上であることが好
ましく、特に適正な合金層を歩留りよく形成するために
は、２６％以上、更には３０％以上であることが好まし
いことが解る。

衷ＩＬ鉦実施例１に於て使用された平均粒度−２５０メツシユの
Ｓｉ粉末と平均粒度−１００メツシユのＣｕ粉末とを種
々の重量比にて混合することにより、Ｓｉ含有率が２％
、１６％、２７％、３６％、５５％、７０％、９１％、
９９％である８種類の合金化粉末としての混合粉末を形
成し、これらの混合粉末を用いて実施例１の場合と同一
の要領及び条件にて合金化を行い、上掲の式に従って合
金化率Ａ（％）を測定した。その結果を第１５図に示す
。

第１５図より、合金化粉末としてＳｉ粉末とＣｕ粉末と
の混合粉末が使用される場合に於て、適正な合金層を歩
留りよく形成するためには、合金化粉末のＳｉ含有率は
１１％以上、特に２５％以上であることが好ましいこと
が解る。

実施例７ＳｉとＣｕとを種々の重量比にて混合し溶融することに
より、Ｓｉ含有率が２％、９％、１８％、２８％、３５
％、４７％、５７％、７３％、８９％、９８％である１
０種類の５ｉ−Ｃｕ合金を形成し、これらの合金より平
均粒度−１００メツシユの合金粉末を形成し、それらの
合金粉末を用いて実施例１の場合と同一の要領及び条件
にて合金化を行い、上掲の式に従って合金化率Ａ（％）
を測定した。その結果を第１５図に示す。

第１５図より、合金化粉末としてＳ＋−ＣＵ金合金粉末
が使用される場合に於て、適正な合金層を歩留りよく形
成するためには、合金化粉末のＳ１含有率は２％以上、
特に１０％以上であることが好ましいことが解る。

尚合金化粉末としてＳ１粉末とＣｕ粉末との混金粉末又
は５ｉ−０１１合金粉末が使用される場合に、合金化粉
末のＳｉ含有率が比較的低い領域に於ても合金化率が１
００％若しくはそれに近い高い値になるのは、ＣＬＩの
アルミニウム合金中に於ける固溶度が高いことによるも
のと推測される。

１１Ｌ実施例１に於て使用された平均粒度−２５０メツシユの
Ｓｉ粉末と平均粒度−１００メツシユのＮｉ粉末とを種
々の重量比にて混合することにより、Ｓｉ含含率率２％
、１１％、２８％、５０％、７２％、９０％、９９％で
ある７種類の合金化粉末としての混合粉末を形成し、こ
れらの混合粉末を用いて実施例１の場合と同一の要領及
び条件にで合金化を行い、上掲の式に従って合金化率△
（％〉を測定した。その結果を第１６図に示す。

第１６図より、合金化粉末としてＳｉ粉末とＮｉ粉末と
の混合粉末が使用される場合に於て、合金層を形成する
ためには、合金化粉末のＳｉ含有率は１８％以上である
ことが好ましく、特に適正な合金層を歩留りよく形成す
るためには、３５％以上、更には４２％以上であること
が好ましいことが解る。

実施例９ＳｉとＮｉ　とを硬々の重量比にて混合し溶融すること
により、Ｓ１含有串が２％、９％、２０％、３３％、５
０％、７１％、９０％、９８％である８種類の５ｉ−Ｎ
ｉ合金を形成し、これらの合金より平均粒度−１００メ
ツシユの合金粉末を形成し、それらの合金粉末を用いて
実施例１の場合と同一の要領及び条件にて合金化を行い
、上掲の式に従って合金化率Ａ（％）を測定した。その
結果を第１６図に示す。

第１６図より、合金化粉末として５ｉ−Ｎｉ粉末が使用
される場合に於て、合金層を形成するためには、合金化
粉末のＳｉ含有率は１３％以上であることが好ましく、
特に適正な合金層を歩留りよく形成するためには、２４
％以上、更には２８％以上であることが好ましいことが
解る。

実施例４〜９より、合金化粉末としてＳｉ粉末と合金元
素の粉末との混合粉末が使用される場合に於ては、合金
化粉末の８１含有率は１８％以上、特に３５％以上、更
には４２％以上であることが好ましく、合金化粉末とし
て９ｉど合金元素との合金の粉末が使用される場合に於
ては、合金化粉末のＳｉ含有率は１３％以上、特に２６
％以上、更１．：　ハ３０％以上であることが好ましい
ことが解る。

実施例１０合金化粉末中に含まれるＳｉ粉末の粒度が合金層の形成
に与える＃響を検討すべく、Ｓ１粉末の平均粒度（単位
メツシュ）が−３，５、−５、−１０、−１６、−２４
、−５０，−１５０、−２５０、−３２５であるＳｉ粉
末と、実施例１に於て使用されたステライト合金粉末と
を１：１の比率にて均一に混合し、それらの合金化粉末
を用いて実施例１の場合と同一の要領及び条件にて合金
化を行い、上掲の式に従って合金化率Ａ（％）を測定し
た。その結果を第１７図に示す。

第１７図より、適正な合金層を形成するためには、合金
化粉末中に含まれるＳｉ粉末の平均粒度は一２４メツシ
ュ以下、特に−３２メツシユ以下、更には一４２メツシ
ュ以下であることが好ましいことが解る。尚平均粒度が
一１０メツシュ以上であるＳ１粉末が使用された場合に
は試験片の表面に合金化粉末を均一に配置することが不
可能であった。

第１８図及び第１９図はそれぞれ平均粒度が〜１６メツ
シユ及び−３２５メツシユであるＳｉ粉末を用いて上述
の如く形成された合金層の横断面の金属組織を１００倍
にて示す光学顕微鏡写真である。第１８図及び第１９図
より、平均粒度が一１６メツシユであるＳｉ粉末が使用
された場合には合金層中にガスの巻込みに起因すると思
われる多数のブローホールが発生するのに対し、平均粒
度が一３２５メツシュであるＳ１粉末を用いて形成され
た合金層はブローホール等の欠陥を含んでおらず、均一
な１［を有していることが解る。

尚合金化粉末としてＳｉ　と合金元素との合金の粉末が
使用される場合に於て、合金化粉末の粒度が合金層の形
成に与える影響を検討すべく、平均粒度１１位メツシュ
）が−３，５、−５、−１０、−１６、−２４、−５０
、−１５０、−２５０、−３２５である５ｉ−Ｃｕ粉末
（５０％Ｓｉ、残部実質的にＣｕ　）を用いて、上述の
実施例と同一の要領及び条件にて合金化１２Ａ（％）を
測定したところ、第１７図に示された結果と同様の結果
が得られた。

以上に於ては、本発明を幾つかの実施例について詳細に
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の方法の一つの実施例の一連
の工程を示す工程図、第５図乃至第８図は実施例１に於
て形成されたビードの外観を示す解団、第９図及び第１
０図は実施例１に於て形成されたビードの横断面の金属
組織を１０倍にて示づ光学顕微鏡写真、第１１図は本発
明の方法の他の一つの実施例に於ける合金化工程を示す
解団、第１２図及び第１３図はそれぞれ実施例２及び３
に於て形成された合金層の横断面の金属組織を１０倍に
て示す光学顕微鏡写真、第１４図はＳｉ粉末とステライ
ト合金粉末との混合粉末である合金化粉末及びＳｉ　と
ステライト合金とを混合して溶融することにより形成さ
れた合金である合金化粉末について、合金化粉末のＳｉ
含有率を種々の値に設定して合金化が行われた場合に於
けるＳｉ含有率と合金化率との関係を示すグラフ、第１
５図はＳ１粉末とＣｕ粉末との混合粉末である合金化粉
末及びＳｉ−ＣＩＪ合金粉末である合金化粉末について
、合金化粉末のＳｉ含有率を種々の値に設定して合金化
が行われた場合に於けるＳｉ含有率と合金化率との関係
を示すグラフ、第１６図はＳ１粉末とＮｉ粉末との混合
粉末である合金化粉末及び５ｉ−Ｎｉ合金粉末である合
金化粉末について、合金化粉末のＳｉ含有率を神々の値
に設定して合金化が行われた場合に於けるＳｉ含有率と
合金化率との関係を示すグラフ、第１７図は合金化粉末
中に含まれるＳ１粉末の平均粒度を種々の値に設定して
合金化が行われた場合に於けるＳｉ粉末の平均粒度と合
金化率との関係を示すグラフ、第１８図及び第１９図は
それぞれ平均粒度が一１６メツシユ及び−３２５メツシ
ユであるＳｉ粉末を用いて形成された合金層の横断面の
金属組織を１００倍にて示す光学顕微鏡写真である。１・・・試験片、２．３・・・ガイド、４・・・ペース
ト。５・・・合金化粉末層、６・・・レーザガン、７・・・
ＣＯ２レーザ、８・・・ビード、９・・・試験片、１０
・・・レーザガン、１１・・・粉末供給ホッパ、１２・
・・合金化粉末。１３・・・導管、１４・・・合金化粉末層、１５・・・
ＣＯ２レーザ、１６・・・ビード特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
　　理　　　　　人　　　弁理士　　明　　石　　昌　
　酸第　１　図第３　図８と−ド集７　図゛　　第　８　図第　９゛図第　１１　　区第　１２　　図第１３　　図第　１４　　図第１５図５１含有率（〃）第１６　　図Ｓ１含有率（ｌ／ｌ）第１７図Ｓ１粉末の平均粒度Ｃメツシュ）第旧図第１９　図（方　式）手続補正書昭和６１年３月５日１、事件の表示　昭和６０年特許願第１７８４３０号２
）発明の名称ＣＯ２レーザによる合金層の形成方法３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　　愛知県豊田市トヨタ町１番地名　称　　（３
２０）　ｌ−ヨタ自動車株式会社４、代理人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｓｉと合金元素とを含有する合金化粉末をアルミ
ニウム合金母材の表面に配置し、前記合金化粉末にＣＯ
＿２レーザを照射して前記合金化粉末及び前記母材の表
面部を溶融させ、かくして形成された溶融部を冷却して
凝固させるＣＯ＿２レーザによる合金層の形成方法。
（２）特許請求の範囲第１項のＣＯ＿２レーザによる合
金層の形成方法に於て、前記合金化粉末はＳｉと前記合
金元素との合金の粉末であることを特徴とするＣＯ＿２
レーザによる合金層の形成方法。
（３）特許請求の範囲第２項のＣＯ＿２レーザによる合
金層の形成方法に於て、前記合金化粉末のＳｉ含有率は
１３％以上であることを特徴とするＣＯ＿２レーザによ
る合金層の形成方法。
（４）特許請求の範囲第２項又は第３項のＣＯ＿２レー
ザによる合金層の形成方法に於て、前記合金化粉末の平
均粒度は−２４メッシュ以下であることを特徴とするＣ
Ｏ＿２レーザによる合金層の形成方法。
（５）特許請求の範囲第１項のＣＯ＿２レーザによる合
金層の形成方法に於て、前記合金化粉末はＳｉ粉末と前
記合金元素の粉末との混合粉末であることを特徴とする
ＣＯ＿２レーザによる合金層の形成方法。
（６）特許請求の範囲第５項のＣＯ＿２レーザによる合
金層の形成方法に於て、前記合金化粉末のＳｉ含有率は
１７％以上であることを特徴とするＣＯ＿２レーザによ
る合金層の形成方法。
（７）特許請求の範囲第５項又は第６項のＣＯ＿２レー
ザによる合金層の形成方法に於て、前記Ｓｉ粉末の平均
粒度は−２４メッシュ以下であることを特徴とするＣＯ
＿２レーザによる合金層の形成方法。
（８）特許請求の範囲第１項乃至第７項の何れかのＣＯ
＿２レーザによる合金層の形成方法に於て、前記溶融部
は主として前記母材の主要部による吸熱により急冷され
ることを特徴とするＣＯ＿２レーザによる合金層の形成
方法。
（９）特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れかのＣＯ
＿２レーザによる合金層の形成方法に於て、前記合金化
粉末にＣＯ＿２レーザを照射して前記合金化粉末及び前
記母材の表面部を溶融させる過程は不活性雰囲気中にて
行われることを特徴とするＣＯ＿２レーザによる合金層
の形成方法。