JPH02149680A - 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 - Google Patents
耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法Info
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- JPH02149680A JPH02149680A JP63304517A JP30451788A JPH02149680A JP H02149680 A JPH02149680 A JP H02149680A JP 63304517 A JP63304517 A JP 63304517A JP 30451788 A JP30451788 A JP 30451788A JP H02149680 A JPH02149680 A JP H02149680A
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- Japan
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- wear resistance
- hard
- hard particles
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、自動車、事務機、一般機械等において、耐
摩耗性の要求される部品材料として使用される耐摩耗性
に優れたアルミニウム合金材の製造方法に関する。
摩耗性の要求される部品材料として使用される耐摩耗性
に優れたアルミニウム合金材の製造方法に関する。
従来の技術
周知のように、アルミニウムあるいはアルミニウム合金
は汎用されている鉄系材料等と比較して格段に軽量であ
るのに加え、熱伝導特性に優れ、また耐食性も優れると
ころから、最近では自動車等の各種機械部品として広く
使用されるようになっている。しかしながら、一般にア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金は鉄系材料と比較
して耐摩耗性が劣り、このことが自動車等における軽量
化等を目的として鉄系部材をA4合金部材に代える際の
大きな障害となっていた。
は汎用されている鉄系材料等と比較して格段に軽量であ
るのに加え、熱伝導特性に優れ、また耐食性も優れると
ころから、最近では自動車等の各種機械部品として広く
使用されるようになっている。しかしながら、一般にア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金は鉄系材料と比較
して耐摩耗性が劣り、このことが自動車等における軽量
化等を目的として鉄系部材をA4合金部材に代える際の
大きな障害となっていた。
そこで従来から、耐摩耗性が要求される部位に適用され
るアルミニウム合金材の耐摩耗性向上策として、メツキ
や陽極酸化処理、あるいは溶射等の表面処理を施して耐
摩耗性の高い表面処理層を形成する試みがなされている
が、いずれも耐摩耗性の要求に対しいまだ充分な満足を
与え得るものではなかった。しかも、いずれの場合も表
面処理層の基材に対する密着性が充分でないところから
、高面圧下で使用した場合に充分な耐久性を確保できな
いという欠点があった。
るアルミニウム合金材の耐摩耗性向上策として、メツキ
や陽極酸化処理、あるいは溶射等の表面処理を施して耐
摩耗性の高い表面処理層を形成する試みがなされている
が、いずれも耐摩耗性の要求に対しいまだ充分な満足を
与え得るものではなかった。しかも、いずれの場合も表
面処理層の基材に対する密着性が充分でないところから
、高面圧下で使用した場合に充分な耐久性を確保できな
いという欠点があった。
この発明は、このような技術的背景のもとでなされたも
のであって、優れた耐摩耗性を有するとともに、高面圧
下で使用した場合にも充分な耐久性を有するアルミニウ
ム合金材料の製作提供を目的とするものである。
のであって、優れた耐摩耗性を有するとともに、高面圧
下で使用した場合にも充分な耐久性を有するアルミニウ
ム合金材料の製作提供を目的とするものである。
課題を解決するための手段
上記目的において、この発明は、アルミニウム合金基材
の表面に、AQ系金金属間化合物Aρマトリクスに晶出
せしめた硬質合金化層、あるいはAlマトリックスと硬
質粒子とを合金化した硬質合金化層を形成することによ
り、材料の耐摩耗性を向上させることを基本的着眼点と
して、さらに良好な合金化層を形成するために鋭意研究
の結果なされたものである。
の表面に、AQ系金金属間化合物Aρマトリクスに晶出
せしめた硬質合金化層、あるいはAlマトリックスと硬
質粒子とを合金化した硬質合金化層を形成することによ
り、材料の耐摩耗性を向上させることを基本的着眼点と
して、さらに良好な合金化層を形成するために鋭意研究
の結果なされたものである。
即ちこの発明の1つは、B、St、Geのうちの1種ま
たは2種以上を合計で1〜30wt%の範囲に含有する
アルミニウム合金基材を用い、該基材の表面を、基材外
部から供給した1giまたは2種以上の金属とともに局
部的に溶融し、もってAlマトリックスにAl系金属間
化合物の晶出した硬質合金化層を前記基材の表面に形成
することを特徴とする耐摩耗性に優れたアルミニウム合
金材の製造方法を要旨とするものである。また、他の1
つはB、Si、Geのうちの1種または2種以上を合計
で1〜30wL%の範囲に含有するアルミニウム合金基
材を用い、該基材の表面を、基材外部から供給した1種
または2種以上の硬質粒子とともに局部的に溶融し、も
ってAρマトリックスと硬質粒子とが合金化した硬質合
金化層を前記基材の表面に形成することを特徴とする耐
摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法を要旨と
するものである。
たは2種以上を合計で1〜30wt%の範囲に含有する
アルミニウム合金基材を用い、該基材の表面を、基材外
部から供給した1giまたは2種以上の金属とともに局
部的に溶融し、もってAlマトリックスにAl系金属間
化合物の晶出した硬質合金化層を前記基材の表面に形成
することを特徴とする耐摩耗性に優れたアルミニウム合
金材の製造方法を要旨とするものである。また、他の1
つはB、Si、Geのうちの1種または2種以上を合計
で1〜30wL%の範囲に含有するアルミニウム合金基
材を用い、該基材の表面を、基材外部から供給した1種
または2種以上の硬質粒子とともに局部的に溶融し、も
ってAρマトリックスと硬質粒子とが合金化した硬質合
金化層を前記基材の表面に形成することを特徴とする耐
摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法を要旨と
するものである。
アルミニウム合金基材の表面の溶融はレーザビーム、電
子ビーム、TIGアーク等の照射による高密度エネルギ
ー源を用いた溶融手段によれば良い。このような手段を
用いることにより、基材表面層のみを溶融しえて基材へ
の熱影響を少なくでき、基材の一部のみを局部的に合金
化することができる。−膜内にはレーザビームを用いる
場合が多く、具体的にはYAGレーザ(波長1 、 0
6 u m sパルス発振)とかco2レーザ(波長1
0.6μm1連続発振)を主に用いる。また、溶融は耐
摩耗性の要求される部位について行えば良いが、その部
位が広範囲にわたるときはレーザビーム等のオシレージ
ジン幅の調整や順次的照射により対処すれば良い。
子ビーム、TIGアーク等の照射による高密度エネルギ
ー源を用いた溶融手段によれば良い。このような手段を
用いることにより、基材表面層のみを溶融しえて基材へ
の熱影響を少なくでき、基材の一部のみを局部的に合金
化することができる。−膜内にはレーザビームを用いる
場合が多く、具体的にはYAGレーザ(波長1 、 0
6 u m sパルス発振)とかco2レーザ(波長1
0.6μm1連続発振)を主に用いる。また、溶融は耐
摩耗性の要求される部位について行えば良いが、その部
位が広範囲にわたるときはレーザビーム等のオシレージ
ジン幅の調整や順次的照射により対処すれば良い。
基材表面の溶融は基材外部からの金属や硬質粒子の供給
を伴いつつ行う。金属は溶融によってAlとの間で金属
間化合物を形成するものであれば何でもよい。−例とし
てはNi5Mn。
を伴いつつ行う。金属は溶融によってAlとの間で金属
間化合物を形成するものであれば何でもよい。−例とし
てはNi5Mn。
Fe5Ti、V、Cr、Zr、NbSMo、Hf、Ta
等の各元素を挙げうる。また、必ずしも金属単体である
必要はなく、金属間化合物の形で供給し、溶融によって
Alと反応してΔΩ系の金属間化合物を形成するもので
も良い。
等の各元素を挙げうる。また、必ずしも金属単体である
必要はなく、金属間化合物の形で供給し、溶融によって
Alと反応してΔΩ系の金属間化合物を形成するもので
も良い。
方、硬質粒子としては、T i Cs W C%Z r
C1NbC等の炭化物やTiN5ZrNSCrN等の
窒化物、AQ203等の酸化物その他のセラミックスを
挙げうる。これら金属単体あるいは硬質粒子は1種のみ
を用いても良く、あるいは金属どうし、硬質粒子どうし
を2種以上組合せて用いても良い。さらに金属と硬質粒
子とを組合せても良い。
C1NbC等の炭化物やTiN5ZrNSCrN等の
窒化物、AQ203等の酸化物その他のセラミックスを
挙げうる。これら金属単体あるいは硬質粒子は1種のみ
を用いても良く、あるいは金属どうし、硬質粒子どうし
を2種以上組合せて用いても良い。さらに金属と硬質粒
子とを組合せても良い。
而して、上記の金属あるいは硬質粒子とAQとの反応に
際して、基材中のB s 3 is G eの1種また
は2種以上が、金属あるいは硬質粒子の基材に対する濡
れ性を向上せしめ、基材中のAQとの反応を促進させる
。即ち、基材にB15iSGeを含有しない場合には、
溶融時に金属の表面張力が大きく、基材と反応しにくい
ものとなる。また硬質粒子の場合にも基材との濡れ性が
良くないものとなる。このように、B1Si、Geは濡
れ性向上効果を付与する点で相互に均等物であり、少な
くともその1種を基材に含有すれば足りる。しかしそれ
らの合=1量が1wt%未満では上記効果に乏しく、逆
に3’ Owt26を超えると基材の圧延、押出等の加
工性が悪くなるという欠点を派生する。従って、基材中
のBSS l % G eの含有量は合計で1〜30w
t%に設定しなければならない。なお、B、St。
際して、基材中のB s 3 is G eの1種また
は2種以上が、金属あるいは硬質粒子の基材に対する濡
れ性を向上せしめ、基材中のAQとの反応を促進させる
。即ち、基材にB15iSGeを含有しない場合には、
溶融時に金属の表面張力が大きく、基材と反応しにくい
ものとなる。また硬質粒子の場合にも基材との濡れ性が
良くないものとなる。このように、B1Si、Geは濡
れ性向上効果を付与する点で相互に均等物であり、少な
くともその1種を基材に含有すれば足りる。しかしそれ
らの合=1量が1wt%未満では上記効果に乏しく、逆
に3’ Owt26を超えると基材の圧延、押出等の加
工性が悪くなるという欠点を派生する。従って、基材中
のBSS l % G eの含有量は合計で1〜30w
t%に設定しなければならない。なお、B、St。
Ge以外の残部組成については特に限定するものではな
く、用途に応じて必要とされる機械的性質、加工特性を
保有させるために各種の元素を添加含有せしめても良く
、あるいは純アルミニウムをベースとしても良い。また
基材の形状も、適用される部品の形状に応じて任意に設
計すれば良い。
く、用途に応じて必要とされる機械的性質、加工特性を
保有させるために各種の元素を添加含有せしめても良く
、あるいは純アルミニウムをベースとしても良い。また
基材の形状も、適用される部品の形状に応じて任意に設
計すれば良い。
金属や硬質粒子の供給態様の1つとしては、レーザビー
ム等の照射前に予め所期する部位にコーティング層を形
成しておく場合を挙げうる。
ム等の照射前に予め所期する部位にコーティング層を形
成しておく場合を挙げうる。
コーティング層の形成は湿式メツキ、CVD。
PVD、溶射法等により、あるいは粉末をエチルアルコ
ールなど各種バインダーを用いて塗布することにより行
いうる。また、他の供給態様として、粉末をレーザビー
ム等の照射中に溶融部に直接投入する場合を挙げうる。
ールなど各種バインダーを用いて塗布することにより行
いうる。また、他の供給態様として、粉末をレーザビー
ム等の照射中に溶融部に直接投入する場合を挙げうる。
いずれの方法を用いても良いが、直接投入方式の場合、
供給速度の調整等が面倒であるため、簡便性の点でバイ
ンダーを用いたコーティング方式が優れている。
供給速度の調整等が面倒であるため、簡便性の点でバイ
ンダーを用いたコーティング方式が優れている。
上記のように、レーザビーム等の照射により基材表面を
金属と共に溶融した後においては、溶融部分は短詩に凝
固しへΩマトリックスに金属間化合物、例えばTi/1
3、Z rAR3、NiA、Q、N1AQ3 、Ni2
Afi3 、FeAD3、Fe+ Auo、MnAQ
6 、HfAN3、Nb : Af13、CrAu7な
どが均一緻密にあるいは塊状に晶出した合金化層となる
。一方、基材表面を硬質粒子と共に溶融した場合にはA
lマトリックスに該粒子が均一に分散しあるいは塊状化
した合金化層となる。而して、上記の金属間化合物は一
般的に硬さが硬いものであり、また硬質粒子はそれ自体
優れた硬度を有しているため、合金化層が全体として高
い硬度を示し、優れた耐摩耗性を具有する。この合金化
層の厚さはレーザビーム等の照射条件、例えば出力、照
射速度、焦点位置等を変化させることで数十μmから数
M程度にまヤ容易に制御できる。なお、金属間化合物や
硬質粒子はこれが硬質であるほど合金化層の硬さは硬い
ものとなる。
金属と共に溶融した後においては、溶融部分は短詩に凝
固しへΩマトリックスに金属間化合物、例えばTi/1
3、Z rAR3、NiA、Q、N1AQ3 、Ni2
Afi3 、FeAD3、Fe+ Auo、MnAQ
6 、HfAN3、Nb : Af13、CrAu7な
どが均一緻密にあるいは塊状に晶出した合金化層となる
。一方、基材表面を硬質粒子と共に溶融した場合にはA
lマトリックスに該粒子が均一に分散しあるいは塊状化
した合金化層となる。而して、上記の金属間化合物は一
般的に硬さが硬いものであり、また硬質粒子はそれ自体
優れた硬度を有しているため、合金化層が全体として高
い硬度を示し、優れた耐摩耗性を具有する。この合金化
層の厚さはレーザビーム等の照射条件、例えば出力、照
射速度、焦点位置等を変化させることで数十μmから数
M程度にまヤ容易に制御できる。なお、金属間化合物や
硬質粒子はこれが硬質であるほど合金化層の硬さは硬い
ものとなる。
表面に硬質合金化層を形成した基材は、その後必要に応
じて最終製品形状に機械加工し、耐摩耗性部品として実
用に供する。
じて最終製品形状に機械加工し、耐摩耗性部品として実
用に供する。
発明の詳細
な説明したように、この発明は、B55t。
Geのうちの1種または2種以上を合計で1〜30wt
%の範囲に含有するアルミニウム合金基材の表面を、基
材外部から供給した金属や硬質粒子とともに局部的に溶
融することにより、AρマトリックスにAρ系金金属間
化合物晶出しあるいは硬質粒子が合金化した極めて硬度
の高い合金化層を形成するものであるがら、本発明によ
って製造したアルミニウム合金材は格段に耐摩耗性に優
れたものとなり、従って自動車等に要請される耐摩耗部
品として好適なものとなしつる。また、合金化層は従来
のようなメツキ等による表面処理層と異なり、基材と一
体的に結合しているから、高面圧下で使用した場合にも
抜屑の剥離等を起こす危険はなく、充分な耐久性を確保
しうるちのとなる。
%の範囲に含有するアルミニウム合金基材の表面を、基
材外部から供給した金属や硬質粒子とともに局部的に溶
融することにより、AρマトリックスにAρ系金金属間
化合物晶出しあるいは硬質粒子が合金化した極めて硬度
の高い合金化層を形成するものであるがら、本発明によ
って製造したアルミニウム合金材は格段に耐摩耗性に優
れたものとなり、従って自動車等に要請される耐摩耗部
品として好適なものとなしつる。また、合金化層は従来
のようなメツキ等による表面処理層と異なり、基材と一
体的に結合しているから、高面圧下で使用した場合にも
抜屑の剥離等を起こす危険はなく、充分な耐久性を確保
しうるちのとなる。
実施例
下記第1表に示すような組成からなる厚さ7゜5 ji
II X幅40IIIII×長さ100111I11の
各試験片を基材(1)(第1図において)として用いた
。そしてこの試験片の中央部長手方向に、深さ0゜51
1III11幅6alの浅溝(2)を掘り、抜溝に、第
1表に示す組合せで金属、硬質粒子の粉末(3)をエチ
ルアルコールをバインダーとして埋込み状態に塗布した
。塗布厚さは約0. 5#III+であった。
II X幅40IIIII×長さ100111I11の
各試験片を基材(1)(第1図において)として用いた
。そしてこの試験片の中央部長手方向に、深さ0゜51
1III11幅6alの浅溝(2)を掘り、抜溝に、第
1表に示す組合せで金属、硬質粒子の粉末(3)をエチ
ルアルコールをバインダーとして埋込み状態に塗布した
。塗布厚さは約0. 5#III+であった。
[以下余白]
次f:10kw級CO2レーザ加工機を用いて、前記試
験片の粉末塗布部分にレーザビーム(4)を照射し、粉
末とその直下の基材Alとを共に溶融した。照射条件は
、出力5kw、試片移動速度100mm/m i n、
焦点位置+30、ビームオシレーション’3Hz、5m
mとした。
験片の粉末塗布部分にレーザビーム(4)を照射し、粉
末とその直下の基材Alとを共に溶融した。照射条件は
、出力5kw、試片移動速度100mm/m i n、
焦点位置+30、ビームオシレーション’3Hz、5m
mとした。
レーザビームの照射による溶融後、凝固した試験片の組
織状態を調べたところ、試料Nol〜IOの試験片につ
いては溝部分のほぼ全体にわたって表面が滑らかで欠陥
のない合金化層(5)が形成されていた。合金化層の厚
さを第1表に示す。かつこれらの合金化層は金属間化合
物や硬質粒子が比較的緻密に晶出あるいは分散した部分
と、塊状となった部分とを有し、合金化層全体の硬さは
第1表のとおりであった。しかも、合金化層内及び合金
化層と基材Aρ界面では割れ及び気孔の発生は全く認め
られなかった。
織状態を調べたところ、試料Nol〜IOの試験片につ
いては溝部分のほぼ全体にわたって表面が滑らかで欠陥
のない合金化層(5)が形成されていた。合金化層の厚
さを第1表に示す。かつこれらの合金化層は金属間化合
物や硬質粒子が比較的緻密に晶出あるいは分散した部分
と、塊状となった部分とを有し、合金化層全体の硬さは
第1表のとおりであった。しかも、合金化層内及び合金
化層と基材Aρ界面では割れ及び気孔の発生は全く認め
られなかった。
これに対し、試料No1lでは、表面に亀甲状の割れが
認められ、一部が剥離しており、しかも合金化層直下に
基材Aρのみの溶融域が存在し、AQとの濡れ性が悪い
ことが認められた。
認められ、一部が剥離しており、しかも合金化層直下に
基材Aρのみの溶融域が存在し、AQとの濡れ性が悪い
ことが認められた。
また、試料NoL2では表面に不連続の孔が形成される
とともに、合金下層直下でやはり基材Alのみの溶融域
が存在し、Aρとの濡れ性が悪いものであった。また、
試料No13では溶融Niが球状化し、基材AQと濡れ
なかった。
とともに、合金下層直下でやはり基材Alのみの溶融域
が存在し、Aρとの濡れ性が悪いものであった。また、
試料No13では溶融Niが球状化し、基材AQと濡れ
なかった。
一方、それぞれの基材単体の硬度を調べたところ、第1
表のとおりであった。
表のとおりであった。
以上の試験結果かられかるように、本発明によれば、極
めて硬度が高く従って当然に耐摩耗性にも優れた合金化
層を基材表面に有するアルミニウム材料を製造しうるこ
とを確認しえた。
めて硬度が高く従って当然に耐摩耗性にも優れた合金化
層を基材表面に有するアルミニウム材料を製造しうるこ
とを確認しえた。
第1図はこの発明の実施例における合金化の工程を模式
的に示す斜視図である。 (1)・・・基材、(2)・・・金属(硬質粒子)粉末
、(4)・・・レーザビーム、(5)・・・合金化層。 以上
的に示す斜視図である。 (1)・・・基材、(2)・・・金属(硬質粒子)粉末
、(4)・・・レーザビーム、(5)・・・合金化層。 以上
Claims (2)
- (1)B、Si、Geのうちの1種または2種以上を合
計で1〜30wt%の範囲に含有するアルミニウム合金
基材を用い、該基材の表面を、基材外部から供給した1
種または2種以上の金属とともに局部的に溶融し、もっ
てAlマトリックスにAl系金属間化合物の晶出した硬
質合金化層を前記基材の表面に形成することを特徴とす
る耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法。 - (2)B、Si、Geのうちの1種または2種以上を合
計で1〜30wt%の範囲に含有するアルミニウム合金
基材を用い、該基材の表面を、基材外部から供給した1
種または2種以上の硬質粒子とともに局部的に溶融し、
もってAlマトリックスと硬質粒子とが合金化した硬質
合金化層を前記基材の表面に形成することを特徴とする
耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63304517A JP2769337B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63304517A JP2769337B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02149680A true JPH02149680A (ja) | 1990-06-08 |
| JP2769337B2 JP2769337B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=17933980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63304517A Expired - Fee Related JP2769337B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2769337B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010265513A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Kagoshima Univ | アルミニウム又はアルミニウム合金材及びその製造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61166982A (ja) * | 1985-01-16 | 1986-07-28 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性Al合金部材 |
| JPS61170578A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-08-01 | Toyota Motor Corp | 耐熱性Al合金部材 |
| JPS6372488A (ja) * | 1986-09-16 | 1988-04-02 | Mazda Motor Corp | 摺接部材の表面処理方法 |
| JPH02101177A (ja) * | 1988-10-05 | 1990-04-12 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性Al合金部材の製造方法 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP63304517A patent/JP2769337B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61166982A (ja) * | 1985-01-16 | 1986-07-28 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性Al合金部材 |
| JPS61170578A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-08-01 | Toyota Motor Corp | 耐熱性Al合金部材 |
| JPS6372488A (ja) * | 1986-09-16 | 1988-04-02 | Mazda Motor Corp | 摺接部材の表面処理方法 |
| JPH02101177A (ja) * | 1988-10-05 | 1990-04-12 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性Al合金部材の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2010265513A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Kagoshima Univ | アルミニウム又はアルミニウム合金材及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2769337B2 (ja) | 1998-06-25 |
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