JPS6379981A - アルミ合金表面の高合金化方法 - Google Patents

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、Ｔ、Ｔ、Ｇ、やレーザビーム等の高エネル
ギ密度熱線を用いてアルミ合金表面に高合金化層を形成
させるための、アルミ合金表面の高合金化方法に関する
。

（従来の技術） 一般に、高エネルギ密度熱線により、アルミ合金表面を
再溶融し、同時に、他の元素を添加することにより、表
面に母料と異なる合金層を形成する技術は、例えば特開
昭５９−１６７８号公報から知られている。この公報に
おいては、鋼材の表面に合金粉末を載置しておき、レー
ザビームをこの表面に照射して、表層部を溶融させ、高
合金化する技術が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） このような高合金化する技術において、合金元素の添加
方法としては、合金元素を板状に形成したものや、粉末
状にしたものを母材の表面にのせ、母材と同時に溶融す
ることが考えられる。しかしながら、前者の板状の場合
には、複雑な形状に成型する事は不可能であるし、後者
の粉末の場合には、アシストガスにより粉末が飛散して
合金層を形成できない問題がある。

また、他の合金元素の添加方法としては、メッキ、溶射
、蒸着等により母材上に合金元素のコーティング層を形
成し、このコーティング層と母材とを同時に溶融し高合
金化することが考えられる。しかしながら、この場合、
合金元素を局部的に母材表面にコーティングする事が困
難であり、また、コーティング不可能な合金元素がある
問題点がある。

更に、別の合金元素の添加方法としては、母材を溶融さ
せつつ、溶融プール中に粉末元素を供給し、合金化させ
ることが考えられる。しかしながら、この場合、アシス
トガスにより粉末元素が飛散してしまい、添加元素の添
加量を正確に制御てきないという問題点がある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたもので、こ
の発明の目的は、添加元素がアシストガスにより飛散さ
れることなく、いかなる形状及び範囲であっても、添加
量を正確に制御した上でアルミ表面を高合金化させるこ
とのできるアルミ合金表面の高合金化方法を提供するこ
とである。

（問題点を解決するための手段及びその作用）上述した
問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係る
アルミ合金表面の高合金化方法は、アルミ合金を高湿度
雰囲気において、表面部のみを高エネルギ密度熱線によ
り溶融させ、この表面部にブローホールを生成する工程
と、このブローポールに高合金粉末を充填する工程と、
この高合金粉末が充填された表面部を再溶融させて、表
面部を高合金化する工程とを具備する事を特徴としてい
る。

（実施例） 以下に、この発明に係るアルミ合金表面の高合金化方法
の一実施例を、添付図面を参照して、詳細に説明する。

まず、次の第１表に示す組成を有するアルミ合金製のテ
ストピース１０を用意し、これを１８０ｘ８０ｘｌ　Ｏ
（ｍｍ）の平板状に形成する。

（ｗｔ％） 第１表 このように形成したアルミ合金板１ｏの表面を第１Ａ図
に示すように、高エネルギ密度熱線を出力する熱源とし
てのＴ、１．０．１２により、高湿度雰囲気中で、再溶
融する。

ここで、アルミ合金は、他の金属に比較して溶融状態に
おける水素の固溶量と、融点における水素の固溶量との
差が大きいものである。従って、アルミ合金は、凝固時
に多量の水素ガスを放出す：る特性を有している。この
ようにして、アルミ合金を高湿度雰囲気中において再溶
融後、急冷する事により、凝固時に水素ガスの放出に伴
う多量のブローホールが生成される。

また、このブローホールが本成工程における生成条件は
、以下の通りである。

加工装置・・・Ｔ、１．Ｇ。

加工条件・・・電流値１００（Ａ）、 加工速度１００　（ｍｍ／ｍ　ｉ　ｎ）電極−ワーク間
距１ｔｌｔ２（ｍｍ） 溶融領域・・・幅３　（ｍｍ）、深さ１．０　（ｍｍ）
シールドガス・・・Ａｒ シールドガスの流量・・・１０（、ｌ／ｍ１ｎ）雰囲気
湿度・・・８０（％） 尚、上述の生成条件の中で、シールドガスの流量と雰囲
気湿度に関しては、以下の第２表に示す条件でパラメー
タを変化させた上で決定した。

以下余白 即ち、高い湿度雰囲気（８０％）と低いシールドガス流
量（１０文／　ｍ　ｉ　ｎ　）の条件〈３〉を選ぶこと
により、高い気孔率、換言すれば数多いブローホール発
生状態が達成される。

以上のようにブローホール生成工程を実行した後、ブロ
ーホールが生成されたアルミ合金板１゜の表面部分を、
厚さ約２０（μｍ）研削し、第１Ｂ図に示すように、こ
の表面部分に多数の微小な凹所１４を形成する。このよ
うに、アルミ合金板１０上に微小な凹所１４が多数形成
された表面状態を、第２図において写真にて示す。この
第２図の写真から明らかなように、幅３　（ｍｍ）で溶
融した表面領域にのみ、微小な凹所１４が多数形成され
ている事が確認される。

このようにして、アルミ合金板１０上に微小な凹所１４
を多数形成した後、第１Ｃ図に示すように、添加元素と
して用いられる高合金粉末、例えばＳｉ粉末を、これら
凹所１４内に充填する。この充填工程が終了した後、Ｓ
ｉ粉末が凹所１４内に充填された領域を含んで、このア
ルミ合金板□１０の表面部分を、第１Ｄ図に示すように
、再びＴ、１．Ｇ、１２を用いて、乾燥雰囲気中で再溶
□融する。この再溶融時において、８母材となるアルミ
合金と、凹所１４内に充填されたＳｉ粉末とが同時に溶
融され、第１Ｅ図に示すように母材とは異なる高合金化
層１６が表面部分に形成される。

この高合金化工程における形成条件は、以下の通りであ
る。

加工装置・・・Ｔ、１．Ｇ。

加工条件・・・電流値３００（Ａ） 加工速度１００　（ｍｍ／ｍｉ　ｎ） 電極−ワーク間距離２　（ｍｍ） 溶融領域・・・幅１０（ｍｍ） 深さ４．０　（ｍｍ） シールドガスの流量・・・５０（ｆｌ／ｍ１ｎ）雰囲気
湿度・・・４０（％） 尚、上述の形成条件の中で、シールドガスの流量及び雰
囲気湿度に関しては、この高合金化工程においては、ブ
ローホールの生成は極力押えたいので、前述した第２表
において説明した条件〈２〉を採用している。

以上のようにして、アルミ合金板１０の表面に形成され
た高合金化層１６は、その表面の金属組織を第３図に写
真にて示すように、添加元素としてのＳｔが共析して高
い硬度（Ｈｖ：１５３）を定するようになされている。

この高合金化層１６の硬度は、添加元素を用いずに、単
に再溶融したアルミ合金板１０の表面部分の硬度がＨｖ
ｌｌＯである事と比較して、十分に高硬度に変化してい
るものである。ここで、この単に再溶融したアルミ合金
板１０の表面部分の金属組織の状態を、第４図に写真に
て示す。この第４図の写真において、第３図の写真と比
較して明白なように、添加元素としてのＳｉが共析して
おらず、高合金化層１６の硬度よりも低い硬度になる事
が裏付けられる。

また、この高合金化層１６の組成分析結果を第３表に示
す。

（ｗｔ％） 第３表 この第３表と前述した第１表との比較から明白なように
、高合金化する前のアルミ合金の状態において、Ｓｔの
含有率は４．１　（ｗｔ％）であつたものが、高合金化
することにより、１８．２（ｗｔ％）に増えている事が
確認される。

尚、この一実施例におけるアルミ合金表面の高合金化方
法を、他の高合金化方法と比較するために、以下に述べ
るような２種類の高合金化方法を行なってみた。

（１）アルミ合金板上に単にＳＮ粉末をのせただけのも
の。

（２）アルミ合金板上に有機バインダによりＳｉ粉末を
接着したもの。

このような、（１）、（２）の比較例を、この一実施例
と同じ条件で再溶融した所、高合金化層は形成されなか
った。

この理由として、（１）の比較例においては、従来技術
の説明において述べたように、ＳＮ粉末がアシストガス
により飛散されてしまうからであり、（２）の比較例に
おいては、Ｔ、１．Ｇ、により再溶融の際に、有機バイ
ンダの燃焼・気化により、Ｓｉ粉末及び溶融したＳｔが
飛散されてしまうからである。

以上詳述したように、この一実施例の高合金化方法を実
行することにより、添加元素としてのＳＮ粉末は凹所１
４内に充填されているので、アシストガスにより飛散さ
れることなく、良好に凹所１４内に、換言すればアルミ
合金板１ｏの表面」二に保持され、良好にアルミ合金板
１ｏ上に高合金化層１６が形成されることになる。

また、この凹所１４は、アルミ合金表面がいかなる形状
であっても、またいかなる範囲であっても、高密度エネ
ルギ熱線により再溶融されることにより形成されること
になる。このようにして、この高合金化層１６はいかな
る形状及び範囲であっても、形成されることになる。

更に、凹所１４内に充填されるＳＮ粉末の量は正確に規
制されるので、高合金化に際してのＳＮ粉末の添加量は
正確に制御されることになる。

この発明は、上述した一実施例の方法に限定されること
なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能
である。

例えば、上述した一実施例においては、添加量素として
ＳＮ粉末を用いるように説明したが、他の高合金化粉末
であっても良い。

また、高密度エネルギ熱線として、Ｔ、Ｉ。

Ｇ、によるものを用いるように説明したが、レーザビー
ムを用いるようにしても良い。

（発明の効果） 以上詳述したように、この発明に係るアルミ合金表面の
高合金化方法は、アルミ合金を高湿度雰囲気において、
表面部のみを高エネルギ密度熱線により溶融させ、この
表面部にブローポールを生成する工程と、このブローホ
ールに高合金粉末を充填する工程と、この高合金粉末が
充填された表面部を再溶融させて、表面部を高合金化す
る工程とを具備する事を特徴としている。

従って、この発明によれば、添加元素がアシストガスに
より飛散されることなく、いかなる形状及び範囲であっ
ても、添加量を正確に制御した上でアルミ表面を高合金
化させることのできるアルミ合金表面の高合金化方法が
提供されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図乃至第１Ｅ図は、この発明に係るアルミ合金表
面の高合金化方法の一実施例の手順を順次示す工程図、 第２図はブローホールの形成された状態のアルミ合金の
表面の金属組織を写真により示す上面図、 第３図は、この一実施例の方法により高合金化されたア
ルミ合金表面の金属組織を写真により示す上面図、そし
て 第４図は高合金化粉末を添加せずに、単に再溶融したア
ルミ合金表面の金属組織を写真により示す上面図である
。 図中、１０・・・アルミ合金板、１２・・・Ｔ、Ｉ。 Ｇ、、１４・・・凹所、１６・・・高合金化層である。 特許出願人　　　マツダ株式会社 代理人　弁理士　　　犬　塚　康　徳 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アルミ合金を高湿度雰囲気において、表面部のみを高エ
   ネルギ密度熱線により溶融させ、この表面部にブローホ
   ールを生成する工程と、 このブローホールに高合金粉末を充填する工程と、 この高合金粉末が充填された表面部を再溶融させて、表
   面部を高合金化する工程とを具備する事を特徴とするア
   ルミ合金表面の高合金化方法。