JPH01215941A - 分散強化Ｃｕ基合金 - 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 この光間は耐摩耗性に優れたＣＬＪ基合金に関するもの
であり、特に金属基体上に局部的に耐摩耗層を形成する
に適した分散強化型のＣＬＪ基合金に関づるものである
。

従来の技術 ＣＬＪ基の耐摩耗性材料としては、例えば１金属工学シ
リーズ１　＠成材料とその熱処理」　（昭和、５２年７
月２０日、日本金属学会発行）の第２０〜２５頁に記載
されているように、コルソン合金として知られるＣ１−
Ｉ　　Ｎ！−８ｉ合金、あるいはＣｕにＢｅを２％前後
添加したベリリウム銅などの析出硬化型の合金や、その
ほかＣｕ基マトリックス中にＳ　ｉ０２、Ｃｒ２Ｏ３、
Ｂｅｄ。

Ｔ　ｉ　０２　、Ｚ　ｒｏ２、ＭＱＯ，ＭｎＯなどの硬
質酸化物を主体とする分散相粒子を分散させた分散強化
型の合金が知られている。前者の析出硬化型のＣＬＪ合
金は、溶体化処理後、長時間の時効処理を行なうことに
よって、中間相や金属間化合物などをマトリックス中か
ら析出させて硬化させるものであり、一方後者の分散強
化型合金の製造方法としては、マトリックスとなるＣＵ
粉末もしくはＣＬＪ合金粉末と分散相となる酸化物粉末
とを混合して圧縮・焼結する焼結法、あるいはマトリッ
クスとなるＣｕもしくはＣｕ合金に対しそのＣｕもしく
はＣｕ合金よりも酸化し易い金属を添加した材料を用い
て酸化性雰囲気で高温に保持して内部に酸化性ガスを拡
散させ、内部に酸化物相を生成させる内部酸化法が代表
的である。

発明が解決サベき問題点 前述のような析出硬化型合金は長時間の固体内での拡散
によって時効析出させるため、高温で長時間の処理を必
要とし、そのため人物部品には適用し難く、また高温で
の長時間の処理によってひずみなどの問題が発生し易い
。また析出硬化型合金で析出する粒子は、甘いぜい数伽
程度と著しく微細であるため、硬さは得られても、耐摩
耗特性、特に摺動摩耗に対しては充分な耐摩耗性能が得
られなかった。Ｊ−なわち耐摺動性能は、ある程度大き
い（１０〜１００伽程度）硬質粒子が分散している方が
良好となるが、析出硬化型合金てはこのような大きな径
の粒子を析出させることは困難であっノこ。

一方分散強化型合金のうち、内部酸化法によって得られ
るものは、分散相粒子の生成のために固体内での拡散を
伴なうため、前記同様に高温長時間の処理を必要とし、
大物部品に適用し難く、またひずみ等の発生の問題もあ
った。また焼結法による分散強化型合金は、分散相粒子
の径は自由に設定できるが、材料全体の圧縮・焼結を必
要とするため、部材の一部のみに局部的に形成すること
は困難であった。

そこで本発明者等は既に特願昭６１−３０３１７６号に
おいて、耐摩耗特性、特に摺動摩耗に対する耐摩耗性が
優れ、かつ大物部品、小物部品に限らず、金属基材にお
ける任意の箇所に酒肴（肉盛）によって簡単かつ容易に
形成することができる耐摩耗性ＣＬＪ基分散強化合金を
提案している。

この提案のＣｕ基分散強化合金は、基本的には１＼１５
〜３０％、Ｓｉ１〜５％、Ｂ０．５〜３％、Ｆｅ４〜３
０％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりな
り、Ｃｕ基マトリックス中にＦｅＮｉ系の珪化物の粒子
が分散した組織を有することを特徴とするものである。

またこの提案においては、前記各元素のほか、Ａβ　０
．１〜５％、Ｔ１０．１〜５％、Ｍｎ１〜１０％のうち
の１種または２種以上を含有するＣＬＪ基分散強化合金
も開示されており、さらには前記各元素のほか、Ｇ　Ｏ
，０２〜２％を添加するとともに、Ｃｒ０．５〜１０％
、７ｉ０．３〜５％の１種または２種を添加し、Ｃｕ基
マトリックス中にＦｅ−Ｎｉ系の珪化物とともに炭化物
が分散した組織としたＣｕ基分散強化合金も開示されて
いる。

そして上記提案の分散強化ＣＵ基合金は、金属基体上に
レーザやＴＩＧアーク、プラズマアーク、電子ビームな
どの高密度加熱■ネルギを用いて酒肴（肉盛）すること
によって容易に形成されるものであり、その組織として
は、基本的にはＨｖ　１５０〜２５０程度の硬さのＣＬ
Ｉ基のマトリックス中に、Ｈｖ　７０（１〜１２００程
度の硬質な「ｅ−Ｎｉ系の珪化物（場合によっては炭化
物も）がほぼ均一に分散したものとなる。

上記提案のＣＬＪ基分散強化合金は、金属基材上に局部
的にその合金層を形成することかでさ、また室温付近に
おける耐摩耗性は従来材より格段に優れているが、その
後本発明者等がさらに実験・検討を進めた結果、高温に
昇温させた場合の耐摩耗性が未だ満足てぎるに至ってい
ないことが判明した。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、合
金基材における任意の箇所に溶＠（肉盛）により容易に
形成することがでさる耐摩耗性Ｃｕ基分散強化合金とし
て、常温での耐摩耗性のみならず、特に高温での耐摩耗
性を著しく向上させた合金を提供することを目的と丈る
ものである。

問題点を解決するための手段 この光間のＣｕ基分散強化合金は、基本的にはＮｉ５〜
４０％、Ｓｉ１〜７％、Ｂ０．５〜５％、Ｆｅ　１〜３
０％、ＣａＯ０５〜５％を含有し、残部がＣｕおよび不
可避的不純物よりなり、Ｃｕ基マドソックス中に珪化物
および／または硼化物の硬質な粒子とノＪルシウム化合
物ｄ３よび／またはケイ酸カルシウム化合物の粒子とが
分散した組織を有することを特徴とするものである。

またこの弁明のＣｕ基分散強化合金は、全体の成分組成
として、前述の基本的な各元素のほか、Ａｐｏ、１〜５
％、Ｔｉ０．１〜’５％、Ｍｎ　１〜１０％のうちの１
種または２種以上を添加したものとしても良い。

さらにこの発明のＣＬＪ基分散強化合金は、前述の基本
的な各元素のほか、Ｃｒ１〜２０％を添加したものとし
ても良く、さらにＣｒ　　１〜２０％と高融点炭化物１
〜２０％とを添加したものとしても良い。

これらのうち、高融点炭化物を添加したものでは、ＩＩ
織的にはＣｕ基マトリックス中に珪化物および／または
硼化物の粒子とカルシウム化合物および／またはケイ酸
カルシウム化合物の粒子と高融点炭化物の粒子とが分散
したものとなる。

作　　　用 この発明の分散強化Ｃｕ基合金は、後に改めて説明づる
ように、金属基体上にレーザやＴＩＧアーク、プラズマ
アーク、電子ビームなどの高密度加熱エネルギを用いて
溶着（肉盛）することによって容易に形成されるもので
あり、そのｌ＠織としては、基本的にはＨｖ　１５０〜
２５０程度の硬さのＣｕ基のマトリックス中に、Ｈｖ　
７００〜１２　（１（ｌ程度の硬質な珪化物や硼化物の
粒子がほぼ均一に分散し、かつカルシウム化合物やケイ
酸カルシウム化合物の粒子がＣＬＪ基マトリックス中や
前述の珪化物、硼化物の粒子中に分散したものとなる。

ここで珪化物や硼化物の粒子は、Ｃｒを含有しない場合
はＦｅ−Ｎｉ系のものが主体であり、またＣｒを含有す
る場合は、Ｆｅ−Ｎｉ系の珪化物や硼化物と、０ｒ−Ｎ
ｉ系もしくはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系の珪化物や硼化物が主
体となる。またこの珪化物や硼化物の分散粒子の大きさ
は５珈〜１０００珈程度の範囲内にあり、またその面積
率は２〜３０％程度となる。

このようにＦｅ−Ｎｉ系等の珪化物や硼化物からなる硬
質粒子が分散していることにより、摩耗特性、特に摺動
摩耗特性が著しく優れたものとなる。

−〇　− また、例えばエンジン燃焼至内の如く高温でかつＨ２８
０４やＣβ２等が存在する腐食性雰囲気に曝されれば、
前述のカルシウム化合物やケイ酸カルシウム化合物の粒
子は腐食性ガスとの反応によりカルシウム硫化物やカル
シウム塩化物に変化し、これらが固体潤滑材の作用を果
たして、著しく耐摩耗性を向上させることができる。す
なわちこの発明のＣｕ基分散強化合金では、Ｃａを添加
したことによって、カルシウム硫化物、カルシウム塩化
物による固体潤滑作用により高温耐摩耗性を著しく改善
することができたのである。

またこのほか、炭化物粒子も分散するような成分１成と
した場合は、その硬質な炭化物粒子の分散によって耐摩
耗性がよりｍ−向上する。

次にこの発明における成分組成の限定理由について説明
する。

Ｎｉ： Ｎ１はＣｕに固溶してＣ，ｕ基マトリックスを強化し、
高温での耐摩耗性を向上させるとともに、硬質なＦｅ−
Ｎｉ系の珪化物や硼化物を形成して分散強化により耐摩
耗性を向上させるに必要な元素であり、５％未満てはマ
トリックスの強化の効果が得られず、一方４０％を越え
れば金属基材への溶着性、特にＡβ合金基材に対する溶
着性が低下し、金属基材に対する溶着による局部的耐摩
耗性向上の目的が達成され得なくなるおそれがある。

そこでＮｉは５〜４０％の範囲内とした。なおここて溶
着性とは、金属基材に溶着（肉盛）させた際の基材への
ぬれ界面でのぬれ性、その界面での割れや剥離の発生の
有無、さらには溶着ビード割れ等を含んだ総合的な内容
を意味する。

Ｓｉ： Ｓｌは硬質な分散粒子としてのＦｅ−Ｎｉ系等の珪化物
を生成するために必要な元素であり、またＣｕ基マトリ
ックスを強化する役割を果たづ。

さらにＳｉは材料の自溶性を高めて溶着性を向上させる
作用も果たす。Ｓｌが１％未満では目的とする珪化物硬
質粒子が形成されず、一方７％を越えれば金属基材上に
溶着させる際に割れが生じ易くなる。したがってＳｉは
１〜７％の範囲内に限定した。

Ｂ： ＢもＳｌと同様に硬質な分散粒子としてのＦｅＮｉ系等
の硼化物を生成するに有効な元素であり、また材料の自
溶性を高めて溶着性を向上させる作用も果たす。Ｂが０
．５％未満では上記の効果が充分に得られず、一方５％
を越えれば金属基材上に溶着する際に割れが生じ易くな
る。したがってＢは０．５〜５％の範囲内とした。

Ｆｅ： ＦｅはＣＬＩ基のマトリックスにほとんど固溶しない元
素であって、硬質粒子としてのＦｅ−Ｎｒ系の珪化物や
硼化物を生成するための主要元素どなる。ｌ”ｅが１％
未満では充分な分散量の硬質粒子が得られず、一方３０
％を越えれば金属基材、特にへ２合金基材への溶着性が
低下する。したがってＦｅは１〜３０％の範囲内とした
。

Ｃａ： Ｃａは、固体潤滑材として作用するカルシウム硫化物、
カルシウム塩化物を生成するために必要なカルシウム化
合物、ケイ酸カルシウム化合物の粒子を組織中に分散さ
せるために必要な元素である。Ｃａが０．５％未満ては
上記の効果が充分に得られず、一方５％を越えれば溶着
時にＣａの蒸発によるブローホールの発生が多くなって
問題となる。したがってＣａは０．５〜５％の範囲内と
した。

上記各成分元素のほかは、基本的にはＣｕおよび不可避
的不純物とすれば良いが、さらに上記のＮｉ、Ｓｉ、３
、「ｅ、　Ｃａの各成分元素ノハカ、Ａ１０．１〜５％
、Ｔｉ　０１１〜５％、Ｍｎ　１〜１０％のうち１種ま
たは２種以上を添加することかできる。このようにＡ１
、Ｔｉ、Ｍｎのうちの１種以上を添加することによって
ＣＬＩ基マトリックスの強度と分散相の強度をより一層
向上させることができる。ここでＡ１０．１％未満、Ｔ
ｉ０．１％未満、Ｍｎ　１％未満ては上記の効果が充分
に得られず、一方Ａｉ！　　５％、Ｔｉ５％、ｒｖ＋ｎ
ｉｏ％を越えれば靭性の低下をもたらすから、これらの
添加量は上記範囲とした。

さらにこの発明のＣｕ基分散強化合金では、前記のＮ　
ｉ、Ｓ　ｉ、Ｂ、　Ｆｅ、Ｃａの各成分元素のほか、Ｃ
ｒ　１〜２０％、Ｔｉ０．３〜５％のうちの１種または
２種以上と、Ｇ　Ｏ，０２〜２％を添加することによっ
て、前述のような１ｒｅ−Ｎｉ系を主体とする珪化物や
硼化物のほか、炭化物をも硬質粒子として生成させ、耐
摩耗性を一層向上させることができる。ここで、Ｏｒ　
１％未満、Ｔｉ　ｏ、３％未満、Ｇ　Ｏ，０２％未満で
はベースのＣｕ−Ｊｌｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｃａ合金と
比較して耐摩耗性を向上させる効果が少なく、一方Ｃｒ
２Ｏ％、７ｉ５％、Ｃ２％を越えれば靭性が低下すると
ともに、金属基材、特にへ１合金基拐に対する溶着性が
低下するから、Ｃｒおよび／またはＴ１とＣの添加量は
前記の範囲内どすることが望ましい。

ここで、ＣｒはＣと同時に添加すれば前述のように炭化
物を形成してその炭化物による分散強化作用を果たすが
、Ｃと同時に添加しない場合でも、０ｒ−Ｎ１系あるい
はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系の硬質な珪化物や硼化物を生成し
て、これらの珪化物や硼化物の分散により耐摩耗性を向
上させる作用を示す。したかつてこの発明の分散強化Ｃ
ｕ基合金は、ＯｒをＣの添加なして　１〜２０％の範囲
内で添加しても良い。

さらに、この発明のＣｕ基分散強化合金においては、Ｗ
（１，１〜５％、ＭｏＯ，１〜５％のうちの１種よｌζ
は２柿を添７１０しても良い。これらの元素はマトリッ
クスを強イヒして耐熱性、耐摩耗性をより向上させる機
能を果たし、また溶着させる際の割れ光生を防止するた
めの靭性を向上させる作用を果たす。それぞれ上記の下
限値未満てはこれらの効果が充分に得られず、上限値を
越えれば全屈基材、特にへ！基材への溶着性が悪くなる
ところから、それぞれの添加量範囲を上）ホのようにす
ることが望ましい。

またこの発明のＣＬＪ基分散強化合金においては、高融
点炭化物１〜２０％を添加ザることかでき、この高融点
炭化物はマトリックス中に分散して耐摩耗性をより一層
向上させる機能を果たす。ここで用いる高融点炭化物と
は、融点が１５００℃以上であって、実質的に肉盛合金
と反応（固溶、晶出など）しない炭化物であれば良く、
具体的には例えばＷＣ，ＴａＣ，Ｔ　ｉ　Ｃ，Ｃｒ’３
Ｇ２　、ＶＣ。

ＮｂＣなどを用いることができる。高融点炭化物の添加
量が１％未満ではその添加による耐摩耗性向上効果が充
分に得られず、一方２０％を越えれば溶着性を悪化させ
るおそれがあるから、その添加量は１〜２０％の範囲内
とした。

発明の実施のための具体的な説明 この発明のＣｕ基分散強化合金はへβ合金やそのほか鋼
や鋳鉄等、任意の金属基体上へ、レーザやＴＩＧアーク
、電子ビーム、プラズマアーク等の高密度加熱エネルギ
を用いて溶着することにより容易に形成することができ
る。すなわち、ＡＩ２合金などからなる金属基体の特に
耐摩耗性を向上させるべき部位の表面に、この発明のＣ
ｕ基分散強化合金の成分組成を有する合金粉末、あるい
は全体としてその成分組成となるような混合粉末を予め
配置しておくか、またはその合金粉末もしくは混合粉末
を供給しながら、レーザ等の高密度加熱エネルギを粉末
の上から照射してその粉末を金族基体上で急速溶融させ
、引続さ゛その高密度加熱エネルギの照射位置の移動も
しくは照射停止によりその溶融物を急速に冷却凝固させ
、金属基体上に溶着させる。

レーザを用いて溶着により金属基体上にこの発明のＣｕ
基分散強化合金を形成する方法の具体的な例を第１図〜
第３図に示ず。

第１図〜第３図において、金属基体１は矢印Ｐで示すよ
うに図の右方へ４５０〜２０００ｍｍ／ｆｆ１ｌｈ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
、最終的にこの発明のＣｕ基分散強化合金の溶着層を形
成ずぺ８合金粉末もしくは混合粉末２が図示しないホッ
パーから粉末供給管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を有づるように連続的に
供給される。一方レーザ光４は図示しないレーザ光源か
ら折返しミラー５によって折返され、さらにオシレート
ミラー６で反射されて、金属基体１上の粉末２に直径０
．５〜５．０ｍｍに焦光された状態で　１×１０２〜２
Ｘ１０４ｗ／−のパワー密度で照射される。ここでオシ
レートミラ−６はガルバノモータ等の振動機構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１０〜５００　Ｈｚの周波
数で往復動（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が攪拌され、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、前述のようなＣＬＪ基分散強化合金から
なる溶着層８が形成される。

ここで、金属基体１上に配置された合金粉末もしくは混
合粉末２がレーザ光４の照射により急速溶融された状態
では、その溶融物９はＣｕ基マトリックスとなる合金の
液相と、分散相となるべき液相とが分離した状態、すな
わち２液相またはそれ以上の多液相状態となり、その多
液相状態の溶融物９をレーザ光ビームのオシレートによ
って攪拌することにより、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如き様相を呈し、最終的に
分散相粒子となるべき液相が球状に近い状態でマトリッ
クスとなるべき液相中に均一に分散ｊる。そしてその状
態でレーザビームと金属基体どの相対移動（走査）によ
って溶融物９が凝固する際には、分散相となるべき相が
マトリックスとなる相中に均一に分散したまま凝固して
、Ｆｅ−Ｎｉ系等の珪化物や硼化物、あるいはカルシウ
ム化合物やケイ酸カルシウム化合物、さらには炭化物か
らなる分散相粒子がＣｕ単基マトリックス中分散したこ
の発明のＣＵ基分散強化合金からなる溶着層８が金属基
体１上に形成されるのである。

なお上述のようにしてレーザによる溶着により金属基体
上にこの弁明のＣｕ基分散強化合金を形成するにあたっ
ては、レーザビーム４の金属基体１に対づる相対的な移
動速度（走査速度）、すなわちビード進行速度（第１図
におけるＰ方向への移ｅ速度）を調整することによって
、分散相粒子の径を調整することができる。すなわち第
４図は、レーザ出力２．８ｋｗ、レーザど−ム径１−５
１１１１１ｑ　レーザビームのオシレート周波数２００
Ｈｚとし、金属基体１上に供給する粉末２としてＣｕ　
−１５％Ｎｉ−８％Ｆｅ−３％Ｓｉ−１，５％Ｂ−１，
０％Ｃａを用いて第１図〜第３図に示す方法で溶着させ
、金属基体１上に上記成分組成のＣｕ基分散強化合金層
８を形成するにあたり、レーザビームの走査速度を種々
変化させて各走査速度における分散相粒子の径を調べた
ものであり、この第４図から明らかなように走査速度を
速くすれば分散相粒子が小さくなり、逆に走査速度を遅
くずれば分散相粒子が大きくなる。これは、走査速度が
速いほど金属基体に対する単位面積当りの入熱量が少な
くなって凝固速度が速くなるためと考えられる。

Ｊ、たレーザビームの走査速度のほか、レーザビームの
オシレート周波数を調整することによっても、分散相粒
子の径を調整することかてぎる。す−２〇　− なわち第５図は、レーザ出力３．４ｋｗ、レーザビーム
径２．２ｒｎｍ、レーザビーム走査速度８００ｓ　／　
ｍｔｈとし、金属基体１上に供給する粉末２としてＣＬ
Ｊ−１５％ｉ”Ｊｉ−８％Ｆｅ−３％３’ｉ−１，５％
１３−１．０％Ｃａを用いて第１図〜第３図に示す方法
で金属基体上にＣｕ基分散強化合金層８を形成するにあ
たり、レーザビームのオシレート周波数を種々変化させ
、オシレート周波数と分散相粒子の径との関係を調べた
ものである。第５図から明らかなように、Ａシレー１−
周波数によっても分散相粒子の径が変化することが判る
。

以上のように、レーザビームの走査速度およびオシレー
ト周波数によって分散相粒子の径が変化するから、これ
らを適宜設定することによって用途や要求特性に応じた
最適の径の分散相粒子を有するＣｕ基分散強化合金層を
形成することができる。

実施例 ［実施例１１ Ｃｕ−１５％Ｎｉ−３％Ｓｉ−１，５％Ｂ−８％２ｌ− Ｆｅ−（１，５％Ｃａなる成分組成の合金粉末を、レー
ザ光を熱源として用いてへ！合金（ＪＩＳ　ＡＣ２Ｃ）
からなる金属基体上に溶着して形成した溶着層、すなわ
ち全体としての成分組成が上記組成からなるＣｕ基分散
強化合金層の組織を第６図に示す。

ここで溶着方法としては第１図に示すような方法を用い
た。また酒肴条件は、レーザ出力２．８ｋｗ。

レーザビーム径１．５．ｍ、レーザ照射エネルギ密度１
６００ｗ　／　ｍｍ　、レーザビームのオシレート幅６
ｍｒｎ、オシレート周波数２００Ｈｚ、走査速度（金属
基体移動速度）　　７５（ｂｕ＋／ｍ＋口とし、籾米粒
径は−８０〜−←２８０メツシュとした。

形成されたＣｕ基分散強化合金層は、平均粒径４５伽の
Ｎｉ−Ｆｅ系珪化物粒子（硬さＨｖは約９００　）が体
積率的３％で、また平均粒径５顯のＮｉ−Ｆｅ系硼化物
粒子（硬さＨｖは約１２００）が体積率的４％で、それ
ぞれＣｕ基基合金マトリスス硬さＨνは約２２０）中に
均一に分散し、さらに平均粒径２伽前後のカルシウム化
合物およびケイ酸カルシウム化合物が全体に均一に分散
した組織となっていることが確認された。

［実施例２１ ＣＬＪ−１５％Ｎ１−３％Ｓｉ−２％Ｂ−２％Ｃａなる
成分組成の合金粉末（粒径〜８０〜＋２８０メツシュ）
にＦｅ−４０％Ｃｒ・合金粉末（粒径−８０〜＋３５０
メツシユ）を重量圧で１０％混合した混合粉末を用い、
熱源としてレーザを用いて第１図に示す方法でＡ２合金
（ＪＩＳ　ＡＣ２Ｃ）からなる金属基体上に溶着し、Ｃ
ＬＪ基分散強化合金からなる溶着層を形成した。その溶
着層、すなわちＣｕ基分散強化合金層の組織を第７図に
示す。ここて溶着条件は、レーザ出力３．　Ｏｋｗ、レ
ーザビーム径２．（１ｍｍ、レーザ照射エネルギ密度９
５０Ｗ／ｎ＋ｎ、レーザビームのオシレート幅６　／Ｎ
＃Ｉ、オシレート周波数２００　Ｈｚ、走査速度６００
ｓ　／　ｍ：ｈとした。

形成されたＣｕ基分散強化合金層の全体の成分組成は、
Ｃｕ　−１３，５％Ｎｉ−２，７％Ｓｉ−１，８％Ｂ−
６％Ｆｅ−４％Ｃｒ−１．８％Ｃａてあって、またその
組織は平均粒径約８０伽のＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系珪化物お
よび平均粒径約１０伽のＮ　ｉ　−Ｏｒ・−Ｆｅ系硼化
物が、体積率的９％でＣｕ基合金マトリックス中に均一
に分散しており、かっＣｕ１合金マトリックス中および
Ｎｉ−０ｒ−Ｆｅ系の珪化物、硼化物Ｊ：りなるアンド
ライト組織中に平均粒径２伽前後のカルシウム化合物お
よびケイ酸カルシウム化合物が分散したものとなってい
ることが確認された。また分散相粒子の硬さは）ｌｖ約
８Ｂ０．マトリックスの硬さは Ｈｖ約２８０であった。なおＡβ添加のないＣｕ−１５
％Ｎｉ−３％５ｉ−１，５％Ｂ材ではマトリックス硬さ
Ｈｖが約２２０であり、その場合と比較してＡＩ２添加
によりマトリックス硬さが向上していることが明らかで
ある。

［実施例３１ Ｃｕ−１５％Ｎ１−３％５ｉ−１，５％Ｂ−５％ｆ−ｅ
−５％Ｃａよりなる成分組成の合金に０．７％のＴ１を
添加して粉末化し、粒径−８０メツシユ〜＋２８０メツ
シユの合金粉末を作成した。この合金粉末を、レーザを
熱源として用いて第１図に示す方法でへβ合金（ＪＩＳ
　ＡＣ２Ｃ）からなる金属基体上＝　２４− に溶着し、Ｃｕ基分散強化合金からなる溶着層を形成し
た。その溶着層、づなわちＣＬＪ基分散強化合金層の組
織を第８図に示す。ここで溶着条件は、レーザ出力３．
２ｋｗ、レーザビーム径３．０ｍｍ、レーザ照射エネル
ギ密度４５０Ｗ／ｍｊ、レーザビームのオシレート幅６
ｒＲｍ、オシレート周波数２００Ｈｚ、走査速度７５０
ｍｍ　／　ｍ：ｎとした・得られたＣｕ基分散強化合金
層は、平均粒径３０珈のＦｅ−Ｎｉ−Ｔｉ系の珪化物お
よびＦｅ−Ｎｉ−Ｔｉ系の硼化物が体積率的７％でＣｕ
基合金マトリックス中に均一に分散していた。なお珪化
物、硼化物からなる分散粒子の硬さはｌｖ　８５０〜１
２００程度、またマトリックスの硬さはＨｖ　２６０程
度であり、Ｔ１を添加しない場合のＣｕ−１５％１＼１
−３％Ｓｉ−１，５％Ｂ材におけるマトリックス硬さＨ
ｖ約２２０と比較してマトリックスの硬さが高くなって
いることが判明した。

［実施例４］ Ｃｕ　−１５％Ｎｉ−３％Ｓｉ−１，５％Ｂ−４．０％
Ｆｅ−３％Ｃａよりなる成分組成の合金に７％Ｍｎを添
加して粉末化し、粒径−８０メツシユ〜＋２８０メツシ
ユの合金粉末を作成した。この合金粉末を、Ａ４合金（
月Ｓ　ＡＣ２Ｃ）からなる金属基体上にレーザを熱源と
して用いて第１図に示す方法で溶着し、ＣＵ基分散強化
合金からなる溶着層を形成した。その溶着層、すなわち
Ｃｕ基分散強化合金層の組織を第９図に示す。ここで溶
着条件は、レーザ出力３．６ｋＷ、レーザビーム径３．
０ｍｍ。

レーザ照射エネルギ密度５００Ｗ／ｍｎ、レーザビーム
のオシレート幅６Ｎｎ、オシレー１〜周波数２５０Ｈｚ
。

走査速度６００１１１＃ｌ／市とした。

得られたＣｕ基分散強化合金層は、平均粒径約４０伽の
［ｅ−Ｎｉ系珪化物および平均粒径１０／ｆｉのＦｅ−
Ｎｉ系硼化物が体積率的４％でＣｕ基合金マトリックス
中に均一に分散し、またＣｕ基合金マトリックス中およ
びＦｅ−Ｎｉ系の珪化物、硼化物によるデンドライト組
織中に平均粒径２顯前後のカルシウム化合物およびケイ
酸カルシウム化合物が分散していることが確認された。

ここで、Ｆｅ−Ｎｉ系の珪化物、硼化物からなる分散組
粒子の硬さはＨｖ約９００であり、またマトリックスの
硬さはＨｖ約３２０てあり、Ｍｎ添加のないＣＬ、１−
１５％Ｎｉ−３％Ｓｉ−１，５％Ｂ材の場合（ＨＶ約２
２０）よりもマトリックスの硬さが格段に向上している
ことが確認された。

し実施例５］ Ｃｕ−２０％Ｎｉ−３％Ｓｉ−０，５％１ｉ−１％３−
１％Ｃａよりなる成分組成の合金粉末（−８０〜＋２８
（）メツシュ）に、Ｆｅ５Ｃ（セメンタイト）粉末（−
１５０〜＋２８０メツシユ）を重量比で１０％混合し、
その混合粉末を用いて第１図に示す方法てレーザを熱源
として用いてｆＡ（８４５Ｃ）製の金属基体上に溶着し
、Ｃｕ基分散強化合金からなる溶着層を形成した。その
組織を第１０図に示す。ここて溶着条件としては、レー
ザ出力３．２ｋｗ、レーザ照射エネルギ密度６５０ｗ／
ｒＲれレーザビーム径２．５ｒｎｍ、レーザビームのオ
シレート幅６ｍｍ、オシレート周波数２００　Ｈｚ、走
査速度６００ｓ　／　ａｈとした。

得られたＣＵ基分散強化合金層は、平均粒径７２伽のＦ
ｅ−Ｎｉ系珪化物がＣＵ基合金マトリックス中に分散し
ており、かつ平均粒径２伽前後のカルシウム化合物およ
びケイ酸カルシウム化合物と、平均粒径１０／Ｊｎの鉄
およびＴｉの炭化物とがＣＬＩ基合金マトリックス中お
よびＦｅ−Ｎｉ系の珪化物、硼化物からなるアンドライ
ト組織中に分散していることが確認された。またその全
体の成分組成は、Ｃｕ　−１８％Ｎｉ−２，７％５ｉ−
０，４５％１−ｉ−９，５％Ｆｅ−０，５％Ｃ−０，９
％Ｃａとなっていた。

［実施例６］ Ｃｕ−１８％Ｎｉ−３％Ｓｉ−１，５％１３−５．０％
Ｑｒ−３％Ｑａよりなる成分組成の合金に５．０％Ｆｅ
、　　１．０％Ｗ１１０％ＴａＣを添加して粉末化し、
粒径−８０メツシユ〜＋２８０メツシユの合金粉末を作
成した。この合金粉末を、Ａ１合金（ＪＩＳ　ＡＣ２Ｃ
）からなる金属基体上にレーザを熱源として用いて第１
図に示す方法で溶着し、Ｃｕ基分散強化合金からなる溶
着層を形成した。その溶着層、すなわちＣｕ基分散強化
合金層の１１織を第１１図に示す。

ここて溶着条件は、レーザ出力３．６廟、レーザビーム
径３．０ｍｍ、レーザ照射エネルギ密度５００Ｗ／一、
レーザビームのオシレート幅６１１１１１１１、オシシ
ー１周波数２５０８Ｚ、走査速度５００ｍｍ／　ｍ：ｈ
とした。

得られたＣＬＩ基分散強化合金層は、平均粒径４０伽の
「ｅ−Ｎｒ系珪化物および平均粒径１０珈の０ｒ−Ｎｉ
系硼化物が体積率約５％でＣｕ基合金マトリックス中に
均一に分散し、ざらにＣｕＷ合金マトリックスおよびＦ
ｅ−Ｎｉ系珪化物およびＣｒ−Ｎｉ系硼化物によるデン
ドライトＦ１１［中に平均粒径２珈前後のカルシウム化
合物およびケイ酸カルシウム化合物が分散していること
が確認された。またこれらの粒子とは別に１０％添加し
た高融点炭化物どじでのＴａＣが均質に分散しているこ
とが観察された。ここて、分散相粒子の内Ｆｅ−Ｎ１系
珪化物およびＣｒ−Ｎｉ系硼化物の粒子の硬さはＨｖ約
１１（１０〜１３００であり、また均一に分散したＴａ
ＣはＨシ約１７００〜１９００の硬さを有してあり、さ
らにマトリックスの硬さは約３５０であり、これらの硬
質分散粒子を添加しない場合（約Ｈｖ　２２０）よりも
マトリックスの硬さが格段に向上していることが確認さ
れた。

［摩耗試験］ 前述の実施例１〜実施例６より得られた各Ｃｕ基分散強
化合金層について、摺動摩耗性能を調べるため、大越式
摩耗試験機により摩耗試験を行なった。この試験は、第
１２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βを調べたものであり、条件と
しては、すべり速度０．３７１＋、／５ｅＣ１すべり距
離１００ｍ、最終荷重１０Ｋｇ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Ｃ　ｕ　−１５％Ｎｉ−３％Ｓｉ−１，５％Ｂ合金
制およびベリリウム鋼材くいずれも通常の方法で作成し
たもの）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、この発明の各実施例のＣＬＪ基
分散強化合金は、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ある。

発明の効果 この発明のＣＵ基分散強化合金は、優れた耐摩耗性能を
有しており、特に高温での耐摩耗性能が著しく優れてお
り、したがって高温で使用されかつ耐摩耗性が要求され
る部拐に使用して好適であり、また高温強度も高いとと
もにＣｕ基で熱伝導性も良いところから５００℃以下で
の耐熱材としても有効である。そしてこの光明のＣＵ基
分散強化合金は、溶着によってＡ１合金等の任意の金属
基体上へ形成することができるため、大物部品、小物部
品を問わず各種機械部品等における耐摩耗性が必要な部
位のみにこの発明合金の溶着層を形成して、部材全体の
他の性能を損なうことなく、必要な部位に必要な耐摩耗
性を任意に与えることかできる。さらにこの発明のＣＬ
Ｉ基分散強化合金においては、硬質分散相粒子の径を変
化させることができ、そのため用途や要求特性に応じた
最適の分散相粒子径とすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザを用いてこの発明のＣｕ基分散強化合金
を金属基体上へ溶着させる方法の一例を示す略解的な斜
視図、第２図は第１図の■−■線にＪ５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
図は第１図に示される方法におけるレーザビームの走査
速度と分散相粒子の径との関係を示す相関図、第５図は
第１図に示される方法におけるレーザビームのオシレー
ト周波数と分散相粒子の径との関係を示す相関図、第６
図、第７図、第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、実施例６によるＣｕ基分散強化合金層の断面組
織写真（倍率１０倍）、第１２図は太線式摩耗試験の状
況を模式的に示す略解図、第１３図は摩耗試験結果を示
すグラフである。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　藤　１）武久 （ほか１名） １計ｓ：：ぐ餐μ÷顧ε う 第６図 ｓ７因 第９因 第１０図 ■■−■■■■１晶ｌ七楚シ、恋、ハｌ１．１・　ス埒
φ箕ししｄす第８図 第１１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ５〜４０％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ１〜
   ７％、Ｂ０．５〜５％、Ｆｅ１〜３０％、Ｃａ０．５〜
   ５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりな
   り、Ｃｕ基マトリックス中に珪化物および／または硼化
   物の粒子とカルシウム化合物および／またはケイ酸カル
   シウム化合物の粒子とが分散した組織を有することを特
   徴とする耐摩耗性に優れた分散強化Ｃｕ基合金。
2. （２）Ｎｉ５〜４０％、Ｓｉ１〜７％、Ｂ０．５〜５％
   、Ｆｅ１〜３０％、Ｃａ０．５〜５％を含み、かつＡｌ
   ０．１〜５％、Ｔｉ０．１〜５％、Ｍｎ１〜１０％のう
   ちの１種または２種以上を含有し、残部がＣｕおよび不
   可避的不純物よりなり、Ｃｕ基マトリックス中に珪化物
   および／または硼化物の粒子とカルシウム化合物および
   ／またはケイ酸カルシウム化合物の粒子とが分散した組
   織を有することを特徴とする耐摩粍性に優れた分散強化
   Ｃｕ基合金。
3. （３）Ｎｉ５〜４０％、Ｓｉ１〜７％、Ｂ０．５〜５％
   、Ｆｅ１〜３０％、Ｃｒ１〜２０％、Ｃａ０．５〜５％
   を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなり、
   Ｃｕ基マトリックス中に珪化物および／または硼化物の
   粒子とカルシウム化合物および／またはケイ酸カルシウ
   ム化合物の粒子とが分散した組織を有することを特徴と
   する耐摩耗性に優れた分散強化Ｃｕ基合金。
4. （４）Ｎｉ５〜４０％、Ｓｉ１〜７％、Ｂ０．５〜５％
   、Ｆｅ１〜３０％、Ｃｒ１〜２０％、Ｃａ０．５〜５％
   を含み、かつ高融点炭化物を１〜２０％含有し、残部が
   Ｃｕおよび不可避的不純物よりなり、Ｃｕ基マトリック
   ス中に珪化物および／または硼化物の粒子とカルシウム
   化合物および／またはケイ酸カルシウム化合物の粒子と
   高融点炭化物粒子とが分散した組織を有することを特徴
   とする耐摩耗性に優れた分散強化Ｃｕ基合金。