JPH02149681A - 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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- JPH02149681A JPH02149681A JP63304518A JP30451888A JPH02149681A JP H02149681 A JPH02149681 A JP H02149681A JP 63304518 A JP63304518 A JP 63304518A JP 30451888 A JP30451888 A JP 30451888A JP H02149681 A JPH02149681 A JP H02149681A
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- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950°C
- B23K35/286—Al as the principal constituent
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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。
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、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。
従来の技術及び課題
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
ム合金材料の製作堤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
ム合金材料の製作堤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、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金基材の表面に、Aρ系金金属間化合物硬
質粒子をAρマトリクスに晶出あるいは分散せしめた硬
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。
ルミニウム合金基材の表面に、Aρ系金金属間化合物硬
質粒子をAρマトリクスに晶出あるいは分散せしめた硬
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、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金基材の表面を、基材外部から供給した1種または
2種以上の金属と、B、 Si、Geの1種または2種
以上からなる濡れ性向上元素とともに局部的に溶融し、
もってAρ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つはアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金基材の表面を、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、B、Si、
Geの1種または2種以上からなる濡れ性向上元素とと
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
金材の製造方法を要旨とするものである。
ム合金基材の表面を、基材外部から供給した1種または
2種以上の金属と、B、 Si、Geの1種または2種
以上からなる濡れ性向上元素とともに局部的に溶融し、
もってAρ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つはアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金基材の表面を、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、B、Si、
Geの1種または2種以上からなる濡れ性向上元素とと
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
金材の製造方法を要旨とするものである。
基材として用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金
の組成は特に限定されるものではなく、JIS100O
番台の純アルミニウムの他、用途に応じて必要とされる
機械的性質、加工特性を有する各種のアルミニウム合金
を用いうる。
の組成は特に限定されるものではなく、JIS100O
番台の純アルミニウムの他、用途に応じて必要とされる
機械的性質、加工特性を有する各種のアルミニウム合金
を用いうる。
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。
に設計すれば良い。
かかるアルミニウムまたは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。
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1.06.czm。
はYAGレーザ(波長1.06.czm。
パルス発振)とかCO2レーザ(波長10.68m1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・ヨン幅の調整
や、順次的照射により対処すれば良い。
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・ヨン幅の調整
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Aρとの間で金属
間化合物を形成するものであれば何でも良い。−例とし
てはNi、Mn。
を伴いつつ行う。金属は溶融によってAρとの間で金属
間化合物を形成するものであれば何でも良い。−例とし
てはNi、Mn。
Fe5TiSV、Cr5ZrSNb、Mo、Hf5Ta
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
Aρと反応してAρ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
Aρと反応してAρ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Tic、、WCSZrC。
NbC等の炭化物やTiN5ZrN、CrN等の窒化物
その他のセラミックスを挙げうる。これら金属あるいは
硬質粒子は18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。
その他のセラミックスを挙げうる。これら金属あるいは
硬質粒子は18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。
また金属と硬質粒子とを組合せても良い。
而して、上記の金属を単に基材とともに溶融した場合、
溶融時に金属の表面張力が大きく、従って濡れ性が悪い
ため基材と反応しにくい。
溶融時に金属の表面張力が大きく、従って濡れ性が悪い
ため基材と反応しにくい。
一方、硬質粒子の場合にも基材との濡れ性は良くない。
そこで、この発明では金属や硬質粒子の基材に対する濡
れ性を向上し、基材中のAρとの反応を促進するため、
B、Si、Geの1種または2種以上を供給しこれをも
含めて同時的に溶融させるものとする。これらのB、S
i。
れ性を向上し、基材中のAρとの反応を促進するため、
B、Si、Geの1種または2種以上を供給しこれをも
含めて同時的に溶融させるものとする。これらのB、S
i。
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種を供給すれば足りるが、金属あ
るいは硬質粒子と濡れ性向上元素合計量との割合は重量
比において99:1〜70 : 30に規定するのが良
い。この範囲を下回って濡れ性向上元素が少なすぎると
金属あるいは硬質粒子と基材AQとの反応を充分促進で
きないおそれがあり、逆に多すぎると反応促進効果はを
するもののコスト高となるおそれがあるからである。
り、少なくともその1種を供給すれば足りるが、金属あ
るいは硬質粒子と濡れ性向上元素合計量との割合は重量
比において99:1〜70 : 30に規定するのが良
い。この範囲を下回って濡れ性向上元素が少なすぎると
金属あるいは硬質粒子と基材AQとの反応を充分促進で
きないおそれがあり、逆に多すぎると反応促進効果はを
するもののコスト高となるおそれがあるからである。
金属、硬質粒子、濡れ性向上元素の供給態様の1つとし
ては、これらを混合粉末にして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。コーティング層の形成は湿式メツキ、C
VD、PVD、溶射法等により、あるいは混合粉末をエ
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、混合粉
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
合を挙げつる。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
便性の点でコーティング方式、特にバインダーを用いた
粉末塗布法が優れている。
ては、これらを混合粉末にして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。コーティング層の形成は湿式メツキ、C
VD、PVD、溶射法等により、あるいは混合粉末をエ
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、混合粉
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
合を挙げつる。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
便性の点でコーティング方式、特にバインダーを用いた
粉末塗布法が優れている。
上記のように、レーザビーム等の照射により基材表面を
金属及び濡れ性向上元素と共に溶融した後においては、
溶融部分は短詩に凝固しAlマトリックスに金属間化合
物、例えばTiAl3、ZrAl3、N1Ap、NiA
l3、Ni2 A、Q3 、FeA、Q3 、Fe4
AC13、Mn/us、HfAl3、Nb:AC3、C
rA、Q7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、硬質粒子の場合にはAl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。同時にBやSi。
金属及び濡れ性向上元素と共に溶融した後においては、
溶融部分は短詩に凝固しAlマトリックスに金属間化合
物、例えばTiAl3、ZrAl3、N1Ap、NiA
l3、Ni2 A、Q3 、FeA、Q3 、Fe4
AC13、Mn/us、HfAl3、Nb:AC3、C
rA、Q7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、硬質粒子の場合にはAl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。同時にBやSi。
Geが濡れ性向上作用を発揮しつつもそれ自体もまたA
lマトリクスにAρ−B金属間化合物(AρB2と推定
される)やSi、Ge相として晶出し、合金化層の硬度
向上に寄与する。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mm程度にまで容易に制御
できる。なお、Alマトリックス中の金属間化合物や硬
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。
lマトリクスにAρ−B金属間化合物(AρB2と推定
される)やSi、Ge相として晶出し、合金化層の硬度
向上に寄与する。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mm程度にまで容易に制御
できる。なお、Alマトリックス中の金属間化合物や硬
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、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給した金
属や硬質粒子及び必須の濡れ性向上元素とともに局部的
に溶融することにより、AlマトリックスにAQ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から、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うる。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
にも波層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。
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給した金
属や硬質粒子及び必須の濡れ性向上元素とともに局部的
に溶融することにより、AlマトリックスにAQ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から、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うる。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
にも波層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
第1図に示すように、工業用純AQ(A1070)から
なる厚さ7.5mmX幅40 mノn X長さ100m
の複数の試験片を基材(1)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0,5#、幅6mnの
浅溝(2)を掘り、抜溝に、第1表に示すように組合せ
た金属、硬質粒子と濡れ性向上元素との混合粉末(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0.5mmであった。
なる厚さ7.5mmX幅40 mノn X長さ100m
の複数の試験片を基材(1)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0,5#、幅6mnの
浅溝(2)を掘り、抜溝に、第1表に示すように組合せ
た金属、硬質粒子と濡れ性向上元素との混合粉末(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0.5mmであった。
[以下余白]
次に10 k wmc 02 レーザ加工機を用いて、
前記試験片の混合粉末塗布部分にレーザビーム(4)を
照射し、混合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100m/
m i n、焦点位置+30、ビームオシレーション5
H2,5#とじた。
前記試験片の混合粉末塗布部分にレーザビーム(4)を
照射し、混合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100m/
m i n、焦点位置+30、ビームオシレーション5
H2,5#とじた。
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〜12の試験片につ
いては溝部分の全体にわたって第1表に示す厚さの合金
化層が形成されていた。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均一緻密に晶出あるいは分散
した部分と塊状化した部分とを有し、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Afl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No13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、
Alとの濡れ性が悪いことが認められた。また試料N
o 14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、
Alとの濡れ性か悪いものであった。また、試料No1
5では溶融Niが球状化し、基材Alと濡れなかった。
織状態を調べたところ、試料Nol〜12の試験片につ
いては溝部分の全体にわたって第1表に示す厚さの合金
化層が形成されていた。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均一緻密に晶出あるいは分散
した部分と塊状化した部分とを有し、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Afl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No13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、
Alとの濡れ性が悪いことが認められた。また試料N
o 14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、
Alとの濡れ性か悪いものであった。また、試料No1
5では溶融Niが球状化し、基材Alと濡れなかった。
一方、アルミニウム基材単体の硬度を調べたところ、H
v30 (荷重5Ng)であった。
v30 (荷重5Ng)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ろこ
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ろこ
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、(3)・・・混合粉末、(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、(3)・・・混合粉末、(4)・・
・レーザビーム、(5)・・・合金化層。 以上
Claims (2)
- (1)アルミニウムまたはアルミニウム合金基材の表面
を、基材外部から供給した1種または2種以上の金属と
、B、Si、Geの1種または2種以上からなる濡れ性
向上元素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)アルミニウムまたはアルミニウム合金基材の表面
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、B、Si、Geの1種または2種以上からなる濡
れ性向上元素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 |
|---|---|---|---|
| JP63304518A JP2769338B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP63304518A JP2769338B2 (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 |
|---|---|
| JPH02149681A true JPH02149681A (ja) | 1990-06-08 |
| JP2769338B2 JP2769338B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=17933991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63304518A Expired - Fee Related JP2769338B2 (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) | JP2769338B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1988
- 1988-11-30 JP JP63304518A patent/JP2769338B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102267260A (zh) * | 2010-04-28 | 2011-12-07 | 普拉特及惠特尼火箭达因公司 | 具有激光烧结的底板的基片 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2769338B2 (ja) | 1998-06-25 |
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