JPS63307285A - アルミニウム系部材の表面改質方法 - Google Patents

アルミニウム系部材の表面改質方法

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JPS63307285A
JPS63307285A JP13999587A JP13999587A JPS63307285A JP S63307285 A JPS63307285 A JP S63307285A JP 13999587 A JP13999587 A JP 13999587A JP 13999587 A JP13999587 A JP 13999587A JP S63307285 A JPS63307285 A JP S63307285A
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aluminum
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heating
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Kimihiro Shibata
公博 柴田
Yutaka Makuchi
裕 馬久地
Hidenobu Matsuyama
秀信 松山
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Nissan Motor Co Ltd
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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】 【発明の目的】
(産業上の利用分野) この発明は、アルミニウム系部材(アルミニウムもしく
はアルミニウム合金よりなる部品(製品)および素材等
をいう。)の表面を改質するのに利用されるアルミニウ
ム系部材の表面改質方法に関するものである。 (従来の技術) アルミニウムおよびアルミニウム合金よりなるアルミニ
ウム系部材は、鉄系材料にくらべて比重が小さく、機械
加工性が良好であるという利点を有していることから、
例えば自動車用のエンジンピストンやアクスル関係の部
材として用いられているが、その反面、摺動部材として
使用する場合や摺動部位を有する部品に用いられる場合
には、摺動部に耐摩耗性を付与する必要が生ずることが
少なくない。 従来、摺動部に耐摩耗性を付与する場合、その方法の一
つに、特開昭59−219468号公報や特開昭59−
221479号公報に記載されているように、アルミニ
ウム系基材の表面上に例え ゛ばシリコンなどの添加金
属もしくは合金の粉末をおいた状態にしてレーザビーム
や電子ビームなどの高エネルギー密度熱源で加熱するこ
とにより、添加金属もしくは合金と基材表面とを溶融さ
せ、基材表面にのみシリコンリッチな合金層を形成させ
る方法や、基材表面を高エネルギー密度熱源で溶融しな
がらシリコンなどの添加金属もしくは合金の粉末を供給
して基材表面にのみシリコンリッチな合金層を形成させ
る方法があった。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来のアルミニウム系基材の
表面合金化改質方法にあっては、改質しようとするアル
ミニウム系基材の表面に強固な酸化膜が存在しているた
め、添加金属もしくは合金の粉末とアルミニウム系基材
表面との間でのぬれ性が著しく悪く、添加金属もしくは
合金が基材中にうまく溶は込まず、良好な合金層が得ら
れないといった問題点があり、また、たとえ基材中への
部分的な溶は込みによる合金層が形成されたとしても密
着性および耐久性において性能の低い合金層しか得られ
ないといった問題点があった。 (発明の目的) この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、アルミニウム系部材の改質表面に添加材が十分
に拡散されており、添加材とアルミニウム系部材マトリ
ックスとの密着性に優れた混合層ないしは合金層をアル
ミニウム系部材改質表面に形成させることが可能であり
、アルミニウム系部材の耐摩耗性などの表面性能を大幅
に向上させることが可能であるアルミニウム系部材の表
面改質方法を提供することを目的としているものである
【発明の構成】
(問題点を解決するための手段) この発明は、アルミニムもしくはアルミニウム合金より
なるアルミニウム系部材(部品、製品および素材等)の
改質表面を第1熱源で加熱して浅い溶融部分を形成させ
、前記溶融部分に添加材を供給して第2熱源で加熱する
ことにより溶融部分を形成させて前記添加材を混合化な
いしは合金化するようにしたことを特徴としているもの
である。 この発明に係るアルミニウム系部材の表面改質方法は、
前記したように、まず、アルミニウム系部材の改質表面
を第1熱源で加熱して酸化膜のない浅い溶融部分を形成
するが、この場合の第1熱源としては、例えばアーク熱
源が用いられる。この場合、アーク熱源としては直流お
よび交流を用いることが可能であり、直流を用いるとき
にはアルミニウム系部材側をマイナスに接続し且つ非消
耗アーク電極(例えば、タングステン電極)側をプラス
に接続する極性を選択した方がアルミニウム系部材表面
に形成されている酸化膜の除去の点からは有利である。 他方、反対に非消耗電極側をマイナスに接続し且つアル
ミニウム系部材側をプラスに接続する極性と、した場合
には、溶は込み深さに対しては有利であるが、酸化膜の
除去が十分にできなくなるので、前記のようにアルミニ
ウム部材側をマイナスに接続し且つ非消耗電極側をプラ
スに接続する極性を選択するのがよい。しかし、長時間
のアーク加熱を行うときには非消耗アーク電極の消耗が
多くなるので、交流を使用することが望ましい。 そして、この場合には例えば交流のTIGアークを第1
熱源として使用するのがより好適である。 次に、前記のように第1熱源によって浅い溶融部分を形
成させたのち、前記溶融部分に添加材を供給して第2熱
源で加熱することによってより深い溶融部分を形成させ
て前記添加材を混合化ないしは合金化する。 この場合、前記浅い溶融部分に供給する添加材としては
、金属単体9合金、金属間化合物、その他各種のものが
使用され、これら添加材の種類等に応じて粉末状のもの
やワイヤ状のものとして供給することができる。 また、前記添加材の供給と共に、より深い溶融部分を形
成するのに用いる第2熱源としては、レーザビーム、電
子ビーム、プラズマアーク等の高エネルギー密度熱源が
ある。 この高エネルギー密度熱源により形成されたより深い溶
融部分が凝固したあとは、アルミニウム系部材の表面に
、前記添加材が混合化しおよび/または合金化した改質
層が形成され、アルミニウム系部材の表面特性を改善す
ることが可能となる。 (実施例1) この実施例では、アルミニウム系部材1として、鋳造用
アルミニウム合金(J I S  A C8A)よりな
る板材を用いた。 そして、第1図に示すように、ダンゲステン酸の非消耗
電極2を中心にそなえ、かつその囲りに外筒3を配設し
て電極2と外筒3との間でアルゴン(Ar)シールドガ
ス4を供給するようにした第1熱源としての交流TIG
アーク加熱用トーチ5を用い、このTIG・アーク加熱
用トーチ5の電極2とアルミニウム系部材1との間に交
流電源6を接続し、交流電源6からの供給電流:80A
。 トーチ5の移動速度: 20 cm/m i n 、シ
ールドガス4の流量:10文/ m i nの条件でT
IGアーク加熱することにより、アルミニウム系部材1
の表面に浅い溶融部分7を形成させた。 この実施例では、電源として交流電源6を使用したが、
短時間であればアルミニウム系部材1側をマイナスに接
続し且つ電極2側をプラスに接続する直流電源を使用し
てもよく、このような極性を選択した方がアルミニウム
系部材1の表面に形成されている酸化膜を除去する点で
有利である。 しかし、長時間であれば電極2の消耗を避けるために交
流を使用することが望ましい。 次に、同じく第1図に示すように、粉末供給用コンジッ
トチューブ8のチューブ8aの部分からキャリヤガスと
してアルゴンガス9を流し込み、ホッパ8bの部分に装
入した添加材としてのCu粉末(粒径的lOOメツシュ
)10をコンジットチューブ8内に送り込み、前記浅い
溶融部分7にCu粉末10を20g/m1nc+)流量
で供給し、同じく第1図に示すように内部にビーム11
の集光用レンズ12を備えると共に側壁部にアルゴンシ
ールドガス13の流入孔14aを備えた第2熱源として
のレーザ加熱用トーチ14を用い、出カニ4.5Kw、
ビーム11の直径:4mm、ビーム11の移動速度:2
0cm/min、シールドガス13の流量:15M/m
inの条件でCO2レーザ加熱を行って、より深い溶融
部分15を形成するとともに前記Cu粉末10を合金化
し、凝固後には第2図(a)に示すような表面改質層1
6を得た。 なお、上記Cu粉末は、本実施例の場合的lOOメツシ
ュのものを用いており、この粒径は細かいいものの方が
好ましいといえるが、実際には前記ビーム11のパワー
密度および移動速度、すなわち溶融している時間との兼
ね合いで決定される。 第2図(b)は第2図(a)のA部分(改質部分)の金
属組織を示し、第2図(c)は第2図(a)のB部分(
非改質部分)の金属組織を示しており、本発明に従う表
面改質方法によって良好な合金層が得られることが確か
められた。 (実施例2) この実施例では、アルミニウム系部材21として、鋳造
用アルミニウム合金(JIS  AC2Aンよりなる板
材を用いた。 そして、第3図に示すように、ダンゲステン酸の非消耗
電極22を中心にそなえ、かつその囲りに外筒23を配
設して電極22と外筒23との間でアルゴン(A r)
シールドガス24を供給するようにした第1熱源として
の交流TIGアーク加熱用トーチ25を用い、このTI
Gアーク加熱用トーチ25の電極22とアルミニウム系
部材21との間に交流電源26を接続し、交流電源26
からの供給電流: 100A、)−チ25の移動速度:
15cm/min、シールドガス24の流量:20IL
/minの条件でTIGアーク加熱することにより、ア
ルミニウム系部材21の表面に浅い溶融部分27を形成
させた。 次に、同じく第3図に示すように、ワイヤ供給用コンジ
ットチューブ28内に送りローラ29によって添加材と
しての直径1.6mmのNiワイヤ30を通過させ、前
記浅い溶融部分27にNiワイヤ30を150mm/m
inの送り速度で供給し、同じく第3図に示すように内
部にビーム31の集光用レンズ32を備えると共に側壁
部にアルゴンシールドガス33の流入孔34aを備えた
第2熱源としてのレーザ加熱用トーチ34を用い、出カ
ニ4KW、ビーム31の直径:3mm。 ビーム31の移動速度: 15 cm/m i n 、
シールドガス33の流量=15fL/minの条件でC
O2レーザ加熱を行って、より深い溶融部分35を形成
するとともに前記Niワイヤ30を構成するNiを合金
化し、凝固後には第4図(a)に示すような表面改質層
36を得た。 第4図(b)は第4図(a)のC部分(改質部分)の金
属組織を示し、第4図(e)は第4図(a)のD部分(
改質部分と非改質部分の境界部分)の金属組織を示し、
第4図(d)は第4図(a)のE部分(非改質部分)の
金属組織を示しており、添加材としてワイヤーを用いた
ときも良好な合金層が得られることが確かめられた。
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明に係るアルミニウム
系部材の表面改質方法によれば、アルミニウム系部材の
改質表面を第1熱源で加熱して浅い溶融部分を形成させ
、前記溶融部分に添加材を供給して第2熱源で加熱する
ことにより溶融部分を形成させて前記添加材を混合化な
いしは合金化するようにしたから、アルミニウム系部材
の改質表面に添加材が十分に拡散されており、添加材と
アルミニウム系部材マトリックスとの密着性に優れた混
合層ないしは合金層をアルミニウム系部材の改質表面に
形成させることが可能であり、アルミニウム系部材の耐
摩耗性などの表面性能を大幅にかつ十分な耐久性をもっ
て向上させることが可能になるという非常に優れた効果
がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例1におけるアルミニウム系部
材の表面改質方法を示す断面説明図、第2図(a)はこ
の発明の実施例1で得られたアルミニウム系部材の表面
改質部分の断面説明図、第2図(b)(c)は第2図(
a)のそれぞれA部分およびB部分における金属組織を
示す顕微鏡写真、第3図はこの発明の実施例2における
アルミニウム系部材の表面改質方法を示す断面説明図、
第4図(a)はこの発明の実施例2で得られたアルミニ
ウム系部材の表面改質部分の断面説明図、第4図(b)
(C)(d)は第4図(a)のそれそれC部分、D部分
およびE部分における金属組織を示す顕微鏡写真である
。 1.21・・・アルミニウム系部材、5.25・・・第
1熱源(TIGアーク加熱用トーチ)、7.27・・・
浅い溶融部分、8・・・粉末供給用コンジットチューブ
、10・・・添加材(粉末)、14.34・・・第2熱
源(レーザ加熱用トーチ)、15.35・・・深い溶融
部分、16.36・・・表面改質層、28・・・ワイヤ
供給用コンジットチューブ、30・・・添加材(ワイヤ
)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルミニウム系部材の改質表面を第1熱源で加熱
    して浅い溶融部分を形成させ、前記溶融部分に添加材を
    供給して第2熱源で加熱することにより溶融部分を形成
    させて前記添加材を混合化ないしは合金化することを特
    徴とするアルミニウム系部材の表面改質方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002072916A1 (en) * 2001-02-21 2002-09-19 Fortum Oyj Method for laser coating of copper and copper alloys

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6379981A (ja) * 1986-09-22 1988-04-09 Mazda Motor Corp アルミ合金表面の高合金化方法

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