JPH02205664A - レーザクラッディング法 - Google Patents

レーザクラッディング法

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JPH02205664A
JPH02205664A JP63317323A JP31732388A JPH02205664A JP H02205664 A JPH02205664 A JP H02205664A JP 63317323 A JP63317323 A JP 63317323A JP 31732388 A JP31732388 A JP 31732388A JP H02205664 A JPH02205664 A JP H02205664A
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俊秀 武田
Kaoru Adachi
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金のアル
ミニウム系母材等の上に、耐熱耐摩゛純性保護被膜を安
定な状態で形成する技術に係るものである。
(従来の技術) 最近、自動車、航空機、産業用ロボット等の軽量化を図
るために、基本的には比重の小さいアルミニウムおよび
、またはアルミニウム合金を用いながら、このアルミニ
ウムおよびまたはアルミニウム合金の極端に低い耐熱性
および耐摩耗性を補うに必要な部分だけを、脆くて割れ
易いが非常に硬い耐熱耐摩耗性合金を用いる耐熱耐摩耗
性保護被膜でもって被覆する技術の必要性が高ま・って
いる。
従来、このような耐熱耐摩耗性保護被膜を形成する方法
としては、次のようなものがある。
■ アルミニウムおよび、またはアルミニウム合金の母
材上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末だけを供給して、この
供給した粉末をレーザビームにより溶融する方法。
■ アルミニウムおよび、またはアルミニウム合金の母
材上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末をスプレー塗布して、
このスプレー塗布した粉末をレーザビームにより溶融す
る方法。
(発明が解決しようとする課題) しかし、前述されたものにおいて、■の場合には、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金と比べて耐熱耐摩耗性
合金は、その融点が高く比重が大きいために、被膜形成
のために耐熱耐摩耗性合金粉を溶融させるに際して耐熱
耐摩耗性合金(粉)が沈んでしまう現象を示し、その結
果硬度分布が不均一になり易い。また■の場合には、ス
プレー塗布時に非常に厳密な被膜厚管理が必要で、製造
時の工程管理が困難であるとともに工程も溶融工程の他
にスプレー塗布工程が重複する問題点がある。
さらに、アルミニウム系母材に例をとれば、その表面は
、レーザビームによる溶融時はもとより、ロー付けに際
しても表層に酸化被膜を形成し、融着を阻害する現象が
目立っている。第3図はこれを模型的に示すもので、ア
ルミニウム系母材lのロー付けにおいて、表層に強固で
安定な酸化被膜21が形成され、ロー材22が母材1に
親和せず、被ロー付は材23の接合ができなくなる。
レーザクラツディングにおいても、アルミニウム系母材
上の溶融池表面に強固で安定なアルミニウムの酸化被膜
が形成され、合金粉末が溶融池内部へ入っていくことが
できず、クラツデイングが不可能となる。また、レーザ
出力をさらに高めてアルミニウムの酸化物被膜を除去し
ようとすると、入熱過多となり母材が大きく溶損する。
(課題を解決するための手段) 酸化被膜の形成による融着の阻害を抑止し、効果的なレ
ーザクラツディングを行うために、本発明ではフラック
スを使用することにした。
しかも、レーザクラツディングに適する材質のフラック
スを選定することにより、母材に悪影響を与えないレー
ザビームの入熱エネルギーのもとで、耐熱耐摩耗性金属
および、または各種セラミック粉のクラツデイングが可
能となり、アルミニウム系母材上の所要部分に保護被膜
を形成することができる。
従って、本発明のアルミニウム系母材等へのレーザクラ
ツディング法は、 アルミニウム系母材等の上に、アルミニウム粉及び、ま
たはアルミニウム合金粉と、耐熱耐摩耗性合金粉または
高硬度セラミック粉を含む耐熱耐摩耗性合金粉とを混合
した粉末を供給するとともに、この供給した粉末を高密
度エネルギー熱源により溶融して上記母材上に耐熱耐摩
耗性被膜を形成するに際し、 アルミニウム系母材等の上に予めフラックス層を設けて
おき、溶融池表面に生成する酸化物被膜を除去するよう
にし、 溶融池への耐熱耐摩耗性粉末の入り込みを容易とし、均
一なりランディング層を安定して得ることを基本的な特
徴とするものである。
(作 用) レーザクラツディングにおいてクラツデイング層の硬さ
は、軟いアルミニウム系母材による合金成分等の希釈度
により支配される。従って、アルミニウムの酸化被膜の
形成による阻害を抑止することは大きな条件となる。ア
ルミニウム系母材上に保護被膜をレーザクラツディング
するに際し、フラックスを使用しないときが第4図(A
)(断面図)、(B)(表面状態図)に示されている。
第4図(A)において溶融部が見出されるが、(B)に
みられる内部溶融部の硬さはビッカース硬さHv80程
度で全く硬さは増大していない。
この場合、フラックスを用いると酸化被膜を化学的に溶
解するか、還元することにより除去し、合金粉末等の溶
融池への入り込みが可能となり、均一で必要とする硬さ
のクラツデイング層が安定して得られるのである。フラ
ックス成分として適するものは、KFSLiF、NaF
ZnFt 、AIFx 、Na=AIFb等であり、こ
れらのフッ素化合物はフッ化水素が生成し、酸化被膜の
除去に強い効果がある。
(発明の効果) フラックスを用いることにより、アルミニウム系母材上
に、合金粉等の選択により予め設定された硬さの保護被
膜を安定で均一に形成できる。また、母材がアルミニウ
ム系以外の、たとえば炭素鋼等の場合で、供給粉末がア
ルミニウムを含む合金、たとえばアルミブロンズ等をク
ラツデイングする際にも、同様にフラックス層を設けて
おくことにより安定なクラツデイング層を形成すること
もできる。
(実施例) 次に、本発明によるレーザクラツディング法の具体的実
施例について説明する。
まず、本発明によるクラツデイング法の実施に際して用
いられるクラツデイング装置の一例を第1図を参照しつ
つ説明する。
図示されていないキャリヤー上に載置されて矢印方向に
移動させられるアルミニウムまたはアルミニウム系母材
1上に設けられて、この母材1上に保護被膜であるクラ
ッド層(アロイング層)2を形成するクラツデイング装
置Aは、同材lの表面に対して垂直に配される筒体3を
有している。この筒体3内には、母材lの表面にレーザ
ビーム4を照射するようにそのレーザビーム4をフォカ
ッシングする集光レンズ5が設けられている。
また、筒体3の壁部には、同軸杖に配された内筒6と外
管7との内外二重管構造でもって構成される給粉ノズル
8が傾斜状態で貫設されている。この内筒6の上部には
、少なくともアルミニウム粉およびまたはアルミニウム
合金粉と、コバルト系、鉄系またはニッケル系の耐熱耐
摩耗性合金粉との均一に混合された混合粉末が収納され
る図示されていないホッパーに連接されている。また、
外管7の上部人口9は不活性ガスの一種であるアルゴン
ガスの図示されていない供給源に接続されているととも
に、10は、上記内筒6によって供給される前記混合粉
末の酸化を防止するために同様に不活性ガスの一種であ
るアルゴンガスを圧送供給するガス供給口である。
前述されたクラツデイング装置Aでもって、矢印方向に
移動させられるアルミニウム系母材1上に、少なくとも
アルミニウム粉およびまたはアルミニウム合金粉と、コ
バルト系、鉄系またはニッケル系の耐熱耐摩耗性合金粉
との均一混合粉末を供給しながら、この供給された混合
粉末をレーザビーム4により少なくともアルミニウム粉
またはアルミニウム合金粉が溶融する程度に溶融して母
材1上にクラッド層2を形成する。この際、母材1上に
はフラックス11層を予め設けておく。フラックス11
層はフラックスの状態により塗布、載置または供給合金
粉等に予め混合し同時に供給する等、便法によることが
できる。このようにして母材l上に生成する酸化被膜は
除去されて供給合金粉等は溶融池中に沈降し、軟か(靭
生があるアルミニウム系金属粉と硬さにすぐれていても
脆い耐熱耐摩耗性合金粉とが均一に混合された供給粉を
レーザビーム4で溶融するため、軟いアルミニウムマト
リックス中に均一に析出もしくは未溶融で残留拡散して
形態で保護被膜としてのクラッド層2が得られる。
レーザクラツディングに用いられるフラックスに必要な
性状は、 a 塩化物、特にL icl等の融点が低いフラックス
は、溶融池温度が高い(1500〜1600℃程度)た
めに、L iclが蒸発してしまって効果がないから、
低沸点のフラックスは使用できないこと、 b レーザクラツディングでは溶融池温度が高いため、
溶融池内でフラックスが液状となり、蒸発することなく
溶融池を被覆できるものであること、すなわち、融点が
およそ1200°C以下で、沸点がおよそ1500°C
以上あること、Cクラツデイング処理速度が速いため、
溶融時間が約0.1〜0.5秒ときわめて短い。このた
め非常に活性が強く、反応速度が速くなければならない
、 を満足するものである。
本実施例に用いたフラックスは上記要件を満たすもので
次の組成をもっている。
KF(主成分)  〜50wt% H3B Os     〜40〃 N −840t    〜1ON このフラックスを、アルミニウム系母材表面の耐熱耐摩
耗性保護被膜形成部分にlOp程度の厚さで塗布した。
そして、レーザ出力2.5kw、ビーム径6Mφ、母材
1の移動(処理)速度700aa/win、の条件で、
ステライト#6粉と高純度アルミニウムとを重量比で5
0 : 50に混合した合金粉末を0.2g/sec、
で給粉しながらクラツデイング層を形成した。第2図(
a)(断面図、)、(b)(表面状態図)にそのクラツ
デイング層を示す。クラツデイング層は均一で、その平
均硬さはビッカース硬さHv350程度が得られた。
第4図に示すフラ゛ツクスを使用しない従来例では、溶
融池内部まで入り込めなかった合金粉が表面に多数みら
れるが、フラックスを使用した本実施例を示す第2図で
は、合金粉は溶融池中に入り込んで拡散分布し、均一な
クラツデイング層が示されている。また、溶融池に入り
込めなかった合金粉はみられず、良好な表面状態を示し
ている。これらの場合、レーザビームに代えて電子ビー
ムを用いることもできる。
以上は、アルミニウム系母材について実施した例である
が、炭素鋼等のアルミニウム系以外の材質の母材につい
て合金粉としてCO系、Ni系、Fe系またはCu系耐
熱耐摩耗性合金粉末等を用いたときも、本発明方法によ
り母材の表面の酸化被膜が除去されて活性化し、溶融池
の濡れ性が改善されることにより、高速クラツデイング
処理が可能でありすぐれたクラツデイング層が得られた
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるレーザクラツディング法の施工の
一例を示す説明図であり、第2図(A)(B)は本発明
によるレーザクラツディング法によるクラツデイング層
の断面顕微鏡写真および一部拡大顕微鏡写真であり、第
3図は酸化被膜の生成状態を模型的に示す図であり、第
4図(A)(B)はフラックスを使用しない状態で得ら
れたクラツデイング層の断面顕微鏡写真および一部拡大
顕微鏡写真である。 外管  8 上部人口   10 フラックス クラツデイング装置 給粉ノズル ガス供給口 l  母材     2  クラッド層3  筒体  
   4  レーザビーム5  集光レンズ  6  
内 管 (A) (δン 第2図 (A) (B) 第4図 手 続 (甫 正 書 (方式) 1、事件の表示 Z発明の名称 3、補正をする者 事件との関係 住    所 名    称 4、代理人 住    所 特願昭63−317323号 レーザクラツディング法

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 クラッディング層を形成しようとする母材上に、ア
    ルミニウム粉および、またはアルミニウム合金粉と、耐
    熱耐摩耗性合金または高硬度セラミック粉を含む耐熱耐
    摩耗性合金粉とを混合した粉末を供給するとともに、こ
    の供給した粉末を高密度エネルギー熱源により溶融して
    上記母材上に耐熱耐摩耗性被膜を形成するに際し、 上記母材上に予めフラックス層を設けておき、溶融池表
    面に生成する酸化物被膜を除去するようにし、 溶融池への耐熱耐摩耗性粉末の入り込みを容易とし、均
    一なクラッディング層を安定して得ることを特徴とする
    、 レーザクラッディング法。 2 母材がアルミニウム系金属または合金である請求項
    第1項に記載のレーザクラッディング法。 3 母材がアルミニウム系以外の金属である請求項第1
    項に記載のレーザクラッディング法。 4 フラックスを供給する金属粉と予め混合し、金属粉
    末と同時に供給するようにした請求項第1項、第2項或
    いは第3項記載のレーザクラッディング法。
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