JPS63144884A - 金属基体上への分散合金層の形成方法 - Google Patents

金属基体上への分散合金層の形成方法

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JPS63144884A
JPS63144884A JP61292055A JP29205586A JPS63144884A JP S63144884 A JPS63144884 A JP S63144884A JP 61292055 A JP61292055 A JP 61292055A JP 29205586 A JP29205586 A JP 29205586A JP S63144884 A JPS63144884 A JP S63144884A
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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、カムシャフト、クランクシャフト等の自動
車部品、その他各Ｂ！機械部品等の金屈部材においてそ
の表面の耐摩耗性等の特性を改善する方法に関し、より
詳しくは鋼、鋳鉄、アルミニウム合金等からなる金属基
体上に分散合金層を形成する方法に関するものでおる。
従来の技術 金属マトリックス中に、炭化物粒子や酸化物粒子、窒化
物粒子あるいは硬質金属粒子などを分散させた分散合金
は、硬質で耐摩耗性に優れており、一般に分散強化型合
金として耐摩耗性が要求される部材に従来から広く使用
されている。
このような分散強化型合金の従来の一般的な製造方法と
しては、分散相を構成する元素をマトリックス金属に対
する常温での固溶限よりも多母に固溶させた過飽和固溶
体に対して熱処理を施して分散相を析出させる析出法が
最も広く利用されている。またこのほか、マトリックス
となる粉末と分散相となる粉末とを混合して圧縮・焼結
する焼結法も知られている。ざらに、マトリックス金属
よりも酸素との反応性が高い金属、あるいはマトリック
ス金属よりも室累との反応性が高い金属、もしくはマト
リックス金属よりも炭素との反応性が高い金属を含有す
る材料を用い、そめ材料を酸化性ガスや窒化性ガスある
いは浸炭性ガス中で高温に保持してそれらのガスを材料
内部へ拡散させ、材料内部に酸化物、窒化物もしくは炭
化物を生成させる内部酸化法、内部窒化法、内部炭化法
も従来から知られている。
一方特に金属基体の表面のみに局部的に分散合金層を形
成する方法としては、例えば特開昭５７−３２３７３号
に開示されているように、金属基体の表面層をＴＩＧア
ーク等により溶融ざぜ、その溶融プール内に酸化物粉末
等の非金属粉末を吹付けて混入させ、そのまま凝固させ
ることによって、金属中に非金属粒子が分散した層を基
体表面層に形成する方法が知られている。またＴＩＧア
ークの代りにレーザビームを用いた同様の方法が米国特
許第４．２９９．８６０＠にも示されている。ざらに、
金属基体の表面のみに局部的に分散合金層を形成する方
法として、本出願人は既に特願昭６０−１３７４８８号
において、金属基体の表面にその基体金属よりも酸素と
の親和力が強い金属の粉末を配置して、酸化性ガス雰囲
気内においてレーザ等の高密度エネルギにより前記粉末
および金属基体表面層を溶融・混合させるとともに、前
記粉末の金属を酸化させ、これによって酸化物相が分散
した分散合金層を形成する方法を提案している。
発明が解決すべき問題点 一般に各種機械部品に使用される金属部材としては、優
れた耐摩耗性が要求される部分は全体のうちの一部に過
ぎないことが多く、また耐摩耗性は表面の特性であるか
ら、表面層のみを耐摩耗性に優れた層とすれば足りるこ
とが多い。また一般に分散合金は通常の合金と比較して
高コストとなり、ざらに分散合金は硬質であるところか
ら加工性に劣り、したがって金属部材の全体を分散合金
で構成することは加工コストの而、からも不利となるこ
とが多い。そこで部材全体を分散強化合金で構成せずに
、耐摩耗性が要求される部位の表面層のみを局部的に分
散合金層とすることが望まれる場合が多く、特に大物部
品の場合にはその傾向が強い。
一方分散合金の特性面から見れば、分散相粒子が微細で
あるほど硬度は高くなるのが通常であるが、耐摩耗性、
特に摺動摩原に対する耐摩耗性の点からは、分散相粒子
が余りに微細であればく例えば１０／／ｍ以下）、逆に
充分な耐摩耗性が得られず、ある程度大ぎい粒子（１０
〜１００１ＩＩｎ程度）が分散していることが望ましい
。
そこでこれらの観点を主体に従来の分散合金製造方法を
検討すれば、いずれも次のように上述の要望を充分に満
たすことかできないほか、種々の欠点があった。
すなわち先ず前述の析出法の場合は、長時間の熱処理に
よって分散相粒子を析出させることから、局部的に分散
強化することは困難でおる。また析出法では固体内の拡
散によって析出物が成長するから、長時間の熱処理を行
なっても析出物の大きざはせいぜい数伽程度に過ぎず、
したがって必ずしも充分な耐１１１７１摩耗特性は得ら
れていないのが実情でおる。またこのほか、処理に長時
間を要する問題もあった。
次に前述の焼結法の場合は、混合した粉末を圧縮・焼結
することから、分散相粒子の大きさは自由に設定できる
が、材料全体を圧縮・焼結するため材料全体を分散合金
とすることが前提となり、したがって局部的に分散合金
層を形成することは困難である。またこのほか、焼結に
長時間を要する問題もある。
ざらに内部酸化法、内部窒化法、内部炭化法の場合は、
固体内のガスの拡散が律速となるため処理に長時間を要
するばかりでなく、全体加熱が必要となるから、局部的
に分散合金層を形成することは困難である。
一方前述の特開昭５７−３２３７３号もしくは米国特許
第４．２９９．　ａｓｏ＠の方法、あるいは特願昭６０
−１３７４８８＠の方法は、いずれも局部的に分散合金
層を形成する方法であって、その点では満足できるが、
その他の点で次のような問題があった。
すなわち特開昭５７−３２３７３号もしくは米国特許第
４、２９９．８６０号の方法の場合は、非金属粉末を溶
融プール中に吹込むだけであるため、その非金属粉木粒
子が金属マトリックス中に均一に分散されずに偏在した
り凝集したりすることが多く、そのため充分な耐摩耗性
が得られないことが多いという問題があり、また分散相
のマトリックス金属は必然的に母材（基体部分）と同一
とならざるを得ないという制約が必るから、分散合金層
の特性も基体部分の金属の特性によって制限を受けざる
を得ないという問題もあった。
また特願昭８０−１３７４８８号の方法の場合、溶融金
属とガスとの反応を伴なうため分散相粒子の大きざがせ
いぜい数伽程度と小さく、耐摺動摩耗特性が充分に得ら
れない問題があり、またこのほか、前述の特開昭５７−
３２３７３号の方法の場合と同様に分散合金層のマトリ
ックス金属は必然的に基体部分と同一とならざるを得な
いという制約がある。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、金
属基体の希望する部位の表面のみに局部的に極めて短時
間で分散合金層を形成することができ、しかもその分散
相の分散相粒子の径をある程度大きくしてしかも均一に
分散させて充分な耐；習動摩耗特性を与えることができ
、かつ母材の制約も受けない分散合金相を形成し１ｑる
方法を提供することをもくてとするものである。
問題点を解決するための手段 不発明者等は、前述の目的を達成すべく、特に高密度エ
ネルギであるレーザを用いて金属基体上に肉盛層を形成
する方法を応用して均一かつ適度な大きざの分散相を有
する分散合金層を形成することができないかと種々実験
・検討を重ねた結果、融点以上で２液相以上の多液相に
分離しかつ急冷凝固によってその分離状態を維持したま
ま凝固するような合金系を用い、レーザによる溶融・攪
拌条件を通りに制御することによって前述の目的を遅成
し得ることを見出し、この発明をなすに至ったのである
。
すなわちこの発明の金属基体上への分散合金層の形成方
法は、融点以上の温度で２液相以上の多・液相に分離し
かつ急冷凝固時に各液相が分離したまま凝固するような
合金系でおってしかもその分離したまま凝固する各液相
のうち比重が最小の液相と比重が最大の液相との比重の
比が０．３以上である合金系からなる合金粉末もしくは
その合金系を構成し１ｑる混合粉末を用い、その合金粉
末もしくは混合粉末を金属基体上に供給し、その金属基
体上の粉末にレーザ光のビームを照射してその粉末を溶
融させるとともに、そのレーザ光ビームを主相対移動方
向に対しほぼ直交する方向へ１０〜５００Ｈｚの周波数
でオシレートさせることにより溶融物を金属基体上で攪
拌させ、金属基体に対するレーザ光ビームの前記主相対
移動方向への相対移動により１１０３ｄｅｇ／ｓｅｃ以
上の冷却速度で前記溶融物を急冷凝固させて、前記多液
相のうちの少なくとも１種の液相の凝固粒子が１−リッ
クス中に分散している分散合金層を金属基体上に形成す
ることを特徴とするものである。
ここで、金属基体上の粉末に照射するレーザビームは、
直径０．５〜５．０＃の範囲内に焦光されていることが
望ましく、またレーザビームのエネルギ田度は、１ｘｉ
ｏ２〜２ｘｌＯ４Ｗ／７の範囲内とすることが望ましい
。さらに、レーザビームの主。
相対移動方向への相対移動速度は４５０〜２０００＃／
ａｋｉｎの範囲内とすることが望ましい。
作　　　用 この発明の方法においては、概略的には、分散合金層を
形成する合金粉末もしくは混合粉末が金属基体上に供給
され、その粉末がレーザ光ビームの照射により金属基体
上で溶融され、かつそのレーザ光ビームの金属基体に対
する主相対移動方向（ビード進行方向）に対しほぼ直交
する方向のオシレート（往復動）によって前記粉末の溶
融物が撹拌され、ざらにレーザビームの金属基体に対す
る主相対移動によってその溶融物が急冷凝固され、金属
基体上に冶金的に結合された分散合金層が形成される。
ここで、金属基体上に供給されてレーザビームにより溶
融された粉末の溶融物は、２液相以上の多液相に分離し
た状態となる。この２相以上の多液相のうち、ある液相
は最終的に分散合金層のマトリックスとなる金属もしく
は合金の液相であり、他の液相は分散合金層の分散相粒
子となる液相である。そして前述のようにレーザ光ビー
ムをオシレートさせることによって、その多液相状態の
溶融物が強力に攪拌される。この攪拌によって、２液相
以上の多液相が分離したまま、水中で油を攪拌するが如
き様相を呈し、最終的に分散相粒子となるべぎ液相が球
状に近い状態でマトリックスとなる液相中に分散する。
このとぎ、分散した液相の大きさは、概ね１０〜１００
ＪＪｌｒｔ程度となる。このようにして分散相となるべ
き液相がレーザビームのオシレートによる攪拌によって
均一に分散した状態で、オシレートビームを金属基体に
対し相対的に移動（主相対移動）ざぜてレーザビームが
照射されなくなった位置では、溶融物の熱が金属基体側
へ急速に拡散されることによって急速に冷却凝固され、
分散相となるべき相が７１ヘリツクスとなる相中に分散
したまま凝固して、１０〜１００ＪＪＩｎ程度の大きざ
の分散相が均一に分散した分散合金層が形成されるので
ある。第４図（Ａ＞に上述のようにして形成された分散
合金層を模式的に示す。第４図（Ａ＞において金属基体
１上に形成された分散合金層８は、マトリックス相８Ａ
中に球形もしくは球形に近い形状の分散相粒子８Ｂが均
一に分散したものとなっている。
以上の過程において、使用する合金粉末もしくは混合粉
末としては、融点以上の温度で２液相以上の多液相に分
離した状態でその各液相のうち比重が最小の液相と比重
が最大の液相との比重の比が０．３以上であるような合
金系を用いる必要がある。この比重の比が０．３未満で
ある場合は、レーザビームのオシレートにより攪拌して
も、比重の差によって各液相が上下に分離する傾向を示
し、そのため均一な分散状態が得られない。したがって
レーザビームのオシレー（・による攪拌効果を有効に発
運させて、分散相粒子となる液相をマトリックスとなる
液相中に均一に分散させ、これによって最終的に分散相
粒子が均一に分散した分散合金を得るためには、前述の
ように液相の比重の比を０．３以上とする必要がある。
例えば２液相に分離する場合において、分散相となる液
相の比重がρＤ、７１〜リツクスとなる液相の比重がρ
Ｍとすれば、ρＤくρＭでは９０７９Ｍが０．３以上、
ρＭくρ０ではρＭ／ρ０が０．３以上とする。
一方レーザ光のビームのオシレート周波数の範囲も、均
一攪拌のために重要であり、オシレート周波数を１０Ｈ
ｚ〜５００Ｈｚの範囲内とすることによって、分散相と
なるべき液相の凝集を防止し、均一に分散相粒子が分散
した分散合金層を形成することが可能となる。オシレー
ト周波数が１０Ｈｚ未満では攪拌が弱いため分散相とな
るべぎ液相の凝集が生じてしまい、一方５００Ｈｚを越
える高い撮動周波数となれば、逆に静的に一様にレーザ
ビームを照射した場合に近くなって充分な攪拌が得られ
なくなり、１０Ｈｚ未満の場合と同様に分散相となるべ
き液相の凝集が生じてしまう。
第５図に、オシレート周波数と分散合金層中の分散相粒
子の径との関係を本発明者等が調べた実験結果を示す。
なおこの実験では、レーザ光の出力を３．４ｋＷ、ビー
ム径を２．２ｍ、ビームの主相対移動速度を８００ａｗ
　／　ｍａｎとし、処理粉末としては後述する実施例１
と同様にＣｕ−１５％Ｎｉ−８％Ｆｅ−３％３ｉ−１，
５％Ｂを用いた。またこの場合の分散相粒子は、Ｎｉ−
Ｆｅ−３ｉ系の珪化物（シリケート）である。第５図か
ら、オシシー１〜周波数を１０〜５００Ｈｚの範囲内と
することにより分散相の凝集を防止することができ、ま
たその範囲内でオシレート周波数を変えることにより分
散相粒子の径を制御し得ることが明らかで必る。
また上述のようにして分散相となるべき液相がそのまま
分散状態を維持して凝固するためには、凝固時の冷却速
度が重要であって、１１０３ｄｅ／　５２０以上の速度
で急激に冷却して凝固させる必要がある。
１０３ｄｅ９／Ｓｅｃ未満の冷却速度では、レーザビー
ムのオシレートによる攪拌後、冷却凝固過程で分散相の
再凝集が生じて均一な分散相が得られなくなる。
なお冷却は、金属基体への熱拡散によって行なわれるか
ら、レーザービームと金属基体との主相対移動速度、す
なわちビード進行速度（ビームの走査速度）によって冷
却速度を調整することができ、その主相対移動速度を後
述するように４５０〜２０００ｔｒｕｎ　／　ｍ＋ｎと
することによって１０３ｄｅ９／　５２０以上の冷却速
度を得ることができる。なお冷却速度の上限は特に定め
ないが、実際上は最高でも１０”　ｄｅ９／　ＳｅＣ程
度となる。
以上のように、融点以上の温度での２液相以上に分離し
た状態での液相の比重の比が０．３以上となるように合
金系を選択し、かつビード進行方向に対し直交する方向
へのレーザビームのオシレート周波数を１０〜５００Ｈ
ｚの範囲内として攪拌を行ない、かつ冷却速度を１０３
　ｄｅ９／Ｓｅｃ以上とすることによって、第４図（Ａ
）に示したように、マトリックス相８Ａ中に分散相粒子
８Ｂが均一に分散した分散合金層を得ることができるの
である。
参考のため、レーザビームのオシレー１〜による攪拌が
不充分であるかまたは冷却凝固速度が遅い場合の処理層
の状況を＠４図（Ｂ）に模式的に示す。この場合は分散
粒子となるべき相８Ｂが凝集して、均一な分散が得られ
ない。またレーザビームのオシレートかない場合、すな
わち静的に溶融・凝固させた場合の処理層の状況を第４
図（Ｃ）に模式的に示す。この場合はマトリックスへな
るべぎ相８Ａに分散粒子となる相８Ｂとが比重差により
上下分離し、分散合金が形成されない。
ざらに上記各条件のほか、この発明において望ましい条
件について説明する。
先ず金属基体上に供給した合金粉末もしくは混合粉末に
対して印加するレーザ光のビームの直径は０．５ｍ１１
〜５．０．ｗとすることが望ましい。そのビーム径が０
．５ｍ、ｒｒｒ未満ではプラズマが発生して均一に溶融
させることが困難となり、一方ビーム径がＳ、Ｏａを越
えればビード進行方向に直交する方向へのオシレートに
よる溶融層の攪拌効果が充分に得られず、再凝集が生じ
て均質な分散合金層が得られなくなるおそれがある。
またレーザ光のエネルギ密度は１Ｘ　１０２．Ｗ／　ｒ
ｔｔｒ／ｒ〜２ｘ１０４　Ｗ／ｍｍ２の範囲内とするこ
とが望ましい。
１ｘ１０２Ｗ／ｍｍ２未満のエネルギ密度では金属基体
上に供給された合金粉末もしくは混合粉末を充分に溶融
・攪拌させて分散合金層を形成させることが困難となり
、一方２Ｘ　１０’　Ｗ／　ｍ、ｒＡを越えるエネルギ
密度ではプラズマの発生が激しくなって均一に溶融させ
ることが困難となる。
ざらにレーザビームの金属基体に対する相対的な主移動
速度、すなわちビード進行速度（ビームの走査速度）は
、４５０〜２０００ＩＭ＆／ｍ＋ｎの範囲内とすること
が望ましい。ビード進行速度が４５０ｒｒａ　／　ｍａ
ｎ未満では、１１０３ｄｅｇ／ｓｅｃ以上の冷却速度を
得ることが困難となり、そのためレーザビーム照射・オ
シレートによる溶融・攪拌後の冷却過程で分散相となる
べぎ液相の再凝集が生じて均質な分散合金層が得られな
くなるおそれがあり、一方２０００ｓ／ｍｉｎを越えれ
ば処理部に割れが生じて健全な分散合金層が得られなく
なるおそれがある。
第６図にレーザビームの金属基体に対する主相対移動速
度（走査速度）と分散合金層中における平均分散相粒子
径との関係について調べた実験結果を示す。ここでレー
ザビーム出力は２．８ｋＷ、レーザビーム径は１．５ｍ
、オシレート周波数は２００Ｈｚとし、また処理粉本と
しては後述する実施例１と同様にＣｕ−１５％Ｎ＋−８
％Ｆｅ−３％Ｓｉ−１．５％Ｂを用いて、分散相粒子と
してＦｅ−Ｎ　１−３ｉ系の珪化物（シリケー１〜）を
分散させた。
第６図から、主相対移動速度を４５０ｍ／ｍｔｎ以上と
することにより分散相となるべぎ液相の再計集を防止す
ることができ、また主相対移動速度を変えることによっ
て分散相粒子の大ぎざを制御し得ることが判る。ざらに
＠６図の実験において、レーザビームの金属基体に対す
る主相対移動速度（走査速度）を４００ｓ　／　ｍｔｎ
とした場合の分散合金層の断面組織写真を第１４図に示
す。この場合には分散相粒子の凝集が生じて均−分散状
態が得られていないことが明らかでおる。
発明の実施のための具体的な説明 第１図〜第３図にこの発明の方法を実施している状況の
一例を示す。
第１図〜第３図において、金属基体１は矢印Ｐで示ｙよ
うに図の右方へ４５０〜２０００ｍ／ｍｔｎの速度で連
続的に移動せしめられる。この金属基体１上には、最終
的に分散合金層を形成すべき合金粉末もしくは混合粉末
２が図示しないホッパーから粉本供給管３を介して金属
基体１の移動方向Ｐに対し直交する方向にある幅Ｗを有
するように連続的に供給される。一方レーザ光４は図示
しないレージ光源から折返しミラー５によって折返され
、ざらにオシシー１−ミラー６で反射されて、金属基体
１上の粉末２に直径０．５〜Ｓ、ＯＳに焦光された状態
で照射される。ここでオシシー１〜ミラー６はガルバノ
モータ等の撮動機構７によって所定角度の範囲内を振動
せしめられ、これによって金属基体１上の粉末２に照射
されるレーザ光４は金属基体１の移動方向Ｐに対し直交
する方向、すなわち金属基体１上の粉末２の幅Ｗの方向
に１０〜５００Ｈｚの周波数で往復動くオシレート）さ
れる。
上述のように金属基体１上の粉末２にレーザ光４を照射
することにより、金属基体１上の粉末２は溶融されて溶
融物９となり、かつレーザ光４をオシレートすることに
よりその溶融物９が撹拌され、引続いてその溶融物９が
金属基体１のＰ方向への移動によりレーザ光４が照射さ
れない位置に至れば、金属基体１の側への熱移動により
急速凝固され、分散合金層８となる。
ここで、金属基体１としては、部材の用途や要求特性に
応じて、アルミニウム合金、鋼、おるいは各種鋳鉄など
、任意のものを用いることができる。
また金属基体１上に供給する合金粉末もしくは混合粉末
としては、既に述べたように次の（ａ）〜（Ｃ）の３要
件を満たすような合金系のものを選択する。
（ａ）融点以上の温度で２液相以上の多液相に分離する
こと、換言すればレーザ光によって急激に融点以上の温
度に加熱された場合に液相が均一に混り合った状態とな
らず、分散合金層の分散相となるべぎ液相とマトリック
スとなるべき液相とが分離した状態となること。
（ｔｌ）急冷凝固時に各液相が分離したまま凝固するこ
と、換言すれば凝固直前まで多液相に分離した状態を維
持すること。
（Ｃ）その分離したまま凝固する各液相のうち比重が最
小の液相と比重が最大の液相との比重の比が０．３以上
であること。
このような合金系としては種々のものが必るが、＠摩耗
性の優れた分散合金層を形成するためには、分散相とし
て硬質な相を生成するような合金系を選択することが望
ましく、その意味から、実施例に示すようにＦｅやＮｉ
、Ｃｒ等と８１との化合物の相すなわち珪化物（シリケ
ート）あるいはＦｅ等とＣとの化合物の相すなわち炭化
物相を分散相として形成するような合金系を選択するこ
とが望ましい。このような場合、レーザ光の照射によっ
て急激に加熱されて溶融した際に、珪化物や炭化物の液
相がマトリックスとなる液相と分離した状態となり、か
つ急速凝固によってマトリックス４目中に珪化物や炭化
物°の相からなる粒子が分散した分散合金層が得られる
。なお金属基体上に供給する粉本としては、上述のよう
な合金系となる成分組成を有する合金自体の粉末を用い
ても良く、あるいはそのような合金系の成分組成を構成
し得るような混合粉末を用いても良い。
なお第１図の例では、金属基体１上へ合金粉末もしくは
混合粉末２を供給するにあたって、レーザ光４による照
射部位の直前の位置に粉末２を供給するものとしている
が、レーザ光４による照射位置の中へ直接粉末を落とし
込んでも良い。あるいはまた、予め粉末２をスラリー等
として金属基体］上に塗布しておくこともできる。
実施例 ［実施例１］ ＣＬＪ−１５％Ｎ１−８％ｌ”ｅ−３％３ｉ−１，５％
Ｂなる合金組成を有しかつ粒径が一８０〜＋２８０メツ
シュの合金粉本を用い、第１藺に示すようにＡ２合金（
ＪＩＳ　　ＡＣ−２Ｃ）製の金属基体上にレーザ光を用
いて分散合金層を形成した。ここで処理条件は、レーザ
出力２．８ｋＷ、ビーム径１−５Ｈｎｓ工ネルギ密度１
６００Ｗ／ｓ、オシシー１〜幅６！！１１ｒ１、オシレ
ート周波数２００Ｈｚ、ビード進行速度７５０ａ＋ａ／
ｍ＋ｎとした。
得られた分散合金層の断面組織写真を第７図に示す。こ
の分散合金層は、平均粒径４５伽のＮｉ−Ｆｅ−３ｉ系
の珪化物（硬ざＨｖ　９００程度）が体積率的７％でＣ
ｕ合金マトリックス中に分散していた。なお分散相であ
るＮ　＋　−Ｆｅ−３ｉ系珪化物の液相状態の比重は約
７、マトリックス相としてのＣｕ合金の比重は約７．８
であり、両者の比はこの発明で規定する０、３以上の範
囲を満たしている。
［実施例２］ Ｃｕ−２０％Ｎ１−３％３ｉ−０，５％Ｔｉ合金粉末に
Ｆｅ５Ｃ（セメンタイト）粉末を重量比で１０％混粉し
た混合粉末を用いて、第１図に示すように鋼（３４５Ｇ
）製の金属基体上にレーザ光により分散合金層を形成す
る処理を行なった。ここでＣＵＮｔ　　Ｓｉ　　Ｔ！合
金粉末としては粒径が一８０〜＋２８０メツシュのもの
を、またＦｅ５Ｇ粉末としては一１５０〜＋２８０メツ
シュのものを用いた。
また５１！ｌ運条件は、レーザ出力３．２に也エネルギ
苦度２８００　Ｗ／Ｎ／１、ビーム径１．２ｚｙ、オシ
レート幅６！’１１、オシレート周波数２ＤＯＨｚ、ビ
ーム進行速度６００ａ　／　ｍ＋＊とした。
得られた分散合金層の断面組織写真を第８図に示す。こ
の分散合金層は、平均粒径的７２１１ｔｎのＦｅ−Ｎｉ
　　Ｓｆ系の珪化物（硬さＨｖ　９００程度）と炭化物
相（硬ざＨｖ１２００程度）が体積率的１２％でＣｕ合
金マトリックス中に分散していた。ここで、Ｆｅ−Ｎ＋
−８ｒ系珪化物の液相状態の比重は約７、炭化物相の液
相状態の比重は約３，５、マトリックスのＣｕ合金相の
液相状態の比重は約７．８である。
し実施例３］ Ｃｕ−１５％Ｎｉ−３％３ｉ−１％八へ−２％Ｂの合金
粉末にＦｅ−４０％Ｃｒ合金粉末を重量比で１０％混合
した混合粉末を用い、第１図に示す方法でＡ１合金（Ａ
Ｃ２Ｃ）製の金属基体上にレーザ光により分散合金層を
形成する処理を行なった。ここでＣｕ−Ｎ　ｉ　−３＋
−Ａｌ−８合金粉末としては粒径が一８０〜＋２８０メ
ツシュのものを、またＦｅ−Ｃｒ合金粉末としては粒径
が一８０〜＋２８０メツシュのものを用いた。また処理
条件は、レーザ出力３．ＯｋＷ、ビーム径２．０騎、エ
ネルギ密度９５０Ｗ／ｍｍ２、オシレート幅６馴、オシ
シー１〜周波数２００Ｈ２、ご−ド進行速度８００ｍ／
ｍｉｎとした。
１りられた分散合金層の断面組織写真を第９図に示す。
この分散合金層は、平均粒径的８０ｕｍのＮｉ−Ｃｒ−
１”ｅ−３ｉ系の珪化物（Ｈｖ約８００）が体積率的９
％でＣｕ合金７１〜リツクス中に分散したものである。
ここで、Ｎ　１−Ｏｒ−Ｆｅ−８ｉ系の珪化物の比重は
約７、Ｃｕ合金マトリックスの比重は約７．８である。
［実施例４］ （、ｕ　　１５％Ｎ１−３％３ｉ−１，５％Ｂ合金粉末
（粒径−８０〜＋２８０メツシユ）にＮｆ−３０％Ｃｒ
−８３Ｍｏ−２，５％Ｃ−１％Ｓｉ合金粉末（粒径−８
０〜＋３５０メツシユ）を重量比で２０％混合してなる
混合粉末を用い、＠１図に示す方法で３４５Ｃ’１の金
属基体上にレーザ光により分散合金層を形成する処理を
行なった。ここで処理条件は、レーザ出力３．２に眠ビ
ーム径２．５１Ｍ１、エネルギ密度１６００Ｗ／！Ｍｉ
、オシシー１〜幅６Ｍ１オシレート周波数３００Ｈｚ、
ビード進行速度６００ｍ／ｍ＋ｎとした。
得られた分散合金層の断面組織写真を第１０図に示す。
この分散合金層は、平均粒径的８ＣＨ１ｍのＮ：合金粒
子がＣｕ合金マトリックス中に面積率的１５％で分散し
たものである。なおここでＮｉ基合金からなる分散相の
硬さは約Ｈｖ　８００である。
［実施例５］ Ｃｕ−１５％Ｎ＋−ｉ、ｓ％Ｂ合金粉末（粒径−８０〜
＋２８０メツシユ）にＧｏ−２５％Ｃｒ−８％Ｗ−１％
Ｃ−１％３ｉ合金（ステライ１−合金Ｎ０６）の粉末（
粒径−１００〜＋２５０メツシユ）を重Φ比で１０％混
合した混合粉末を用い、第１図に示す方法で３４５Ｃ裂
の金属基体上に分散合金層を形成した。
処理条件は、レーサ出力３．２ｋＷ、ビーム径２．５ｍ
、エネルギ密度６５０Ｗ／７、オシシー１〜幅６＃、オ
シレート周波数２００Ｈｚ、ビード進行速度６００ｓ／
ｍｒｎとした。
得られた分散合金層の断面組織写真を第１１図に示す。
この分散合金層は、平均粒径１１０１ＭｔのＣｏ合金が
面積率８％でＣｕ合金マトリックス中に分散したもので
ある。なお分散相の硬さは、約）１ｖ　７５０である。
［摩耗試験］ 前述の実施例１、実施例２、実施例４により得られた各
分散合金層について、摺動摩耗を調べるため、大成式摩
耗試験機により摩耗試験を行なった。この試験は、第１
２図に示すようにＳＫＤ焼人材からなるロータ１０を金
属基体１上の分散合金層８に押し付けつつロータ１０を
回転させ、摩耗痕の幅！を調べたものであり、条件とし
ては、すべり速度０．３ｍ／Ｓｅｃ、すべり距離１００
ｍ、最終荷重１０に７とした。
以上の摩耗試験の結果を、従来の耐摩耗材料として知ら
れるＱｕ−１５％Ｎｉ−３％５ｉ−１，５％Ｂ合金（通
常の方法で作成したもの）およびベリリウム銅について
調べた結果と併せて、第１３図に示す。
第１３図に示すように、この発明の方法により１ｑられ
た分散合金層は、いずれも摺動摩擦に対する耐摩耗性が
極めて優れていることが明らかでおる。
発明の効果 この発明の方法によれば、金属基体の希望する部位の表
面のみに局部的に分散合金層を形成することができ、ま
た数士伽程度の比・較的大きな分散相粒子を生成するこ
とかできるところから、単に硬さが大きいのみならず、
耐摩耗性、特に摺動摩擦に対する耐摩耗性が著しく優れ
た分散合金層を得ることができる。またこの発明の方法
では、分散合金層が金属基体１上に肉盛層として形成さ
れるため、母材（金属基体）の制約を受けることなく耐
摩耗性の優れた分散合金層を任意に形成することができ
る。ざらにこの発明の方法によれば、レーザ光のオシレ
ート周波数や走査速度を変えることによって分散相粒子
の大きざを制御することができ、そのため目的に応じた
大ざざの分散相粒子を有する分散合金層を容易に得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の方法を実施している状況の一例を示
す略解的な斜視図、第２図は第１図の■−Ｔ［線におけ
る拡大断面図、第３図は第１図の■−■線における拡大
断面図、第４図（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）は金属基体上に
形成された合金層の状況を処理条件に対応して模式的に
示す断面図で、その（Ａ＞はレーザビームのオシレート
による撹拌が充分でかつ凝固速度も速いこの発明の方法
による場合を、また（Ｂ）は攪拌が不充分かまたは凝固
速度が遅い場合を、（Ｃ）はレーザビームのオシレート
による攪拌がない場合をそれぞれ示す。第５図はレーデ
ビームのオシレート周波数と分散合金層中の分散相粒子
の径との関係を示す相関図、第６図はレーザビームの走
査速度と分散合金層中の分散相粒子の径との関係を示す
相関図、第７図、＠８図、第９図、第１０図、第１１図
は、それぞれ実施例１、実施例２、実施例３、実施例４
、実施例５により得られた分散合金層の断面組織写真（
倍率１０倍）、第１２図は大成式摩耗試験の状況を模式
的に示す略解図、第１３図は摩耗試験結果を示すグラフ
、第１４図は分散相の凝集が生じた場合の分散合金相の
断面組織写真（倍率１０倍）で必る。 １・・・金属基体、　２・・・合金粉末もしくは混合粉
末、４・・・レーザ光、　６・・・オシレートミラー、
　８・・・分散合金層、　８Ａ・・・マトリックス相、
　８Ｂ・・・分散相粒子。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）融点以上の温度で２液相以上の多液相に分離しか
    つ急冷凝固時に各液相が分離したまま凝固するような合
    金系であつてしかもその分離したまま凝固する各液相の
    うち比重が最小の液相と比重が最大の液相との比重の比
    が０．３以上である合金系からなる合金粉末もしくはそ
    の合金系を構成し得る混合粉末を用い、その合金粉末も
    しくは混合粉末を金属基体上に供給し、その金属基体上
    の粉末にレーザ光のビームを照射してその粉末を溶融さ
    せるとともに、そのレーザ光ビームを主相対移動方向に
    対しほぼ直交する方向へ１０〜５００Ｈｚの周波数でオ
    シレートさせることにより前記粉末の溶融物を金属基体
    上で攪拌させ、金属基体に対するレーザ光ビームの前記
    主相対移動方向への相対移動により１０＾３ｄｅｇ／ｓ
    ｅｃ以上の冷却速度で前記溶融物を急冷凝固させて、前
    記多液相のうちの少なくとも１種の液相の凝固粒子がマ
    トリックス中に分散している分散合金層を金属基体上に
    形成することを特徴とする金属基体上への分散合金層の
    形成方法。
  2. （２）前記粉末に照射されるレーザ光のビームが直径０
    ．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に焦光されている特許請
    求の範囲第１項記載の金属基体上への分散合金層の形成
    方法。
  3. （３）前記粉末に照射されるレーザ光のビームのエネル
    ギ密度が１×１０＾２Ｗ／ｍｍ＾２×１０＾４Ｗ／ｍｍ
    ＾２の範囲内とされている特許請求の範囲第１項記載の
    金属基体上への分散合金層の形成方法。
  4. （４）前記レーザ光ビームの主相対移動方向への相対移
    動速度が４５０〜２０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内とされ
    ている特許請求の範囲第１項記載の金属基体上への分散
    合金層の形成方法。
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