JPH04187752A - 複合化表面処理法 - Google Patents
複合化表面処理法Info
- Publication number
- JPH04187752A JPH04187752A JP2317043A JP31704390A JPH04187752A JP H04187752 A JPH04187752 A JP H04187752A JP 2317043 A JP2317043 A JP 2317043A JP 31704390 A JP31704390 A JP 31704390A JP H04187752 A JPH04187752 A JP H04187752A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- surface treatment
- workpiece
- plasma
- treatment method
- arc
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- Pending
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (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）
本発明は、プラズマアークを用いて、アルミ合金材或い
はマグネシウム合金材等の軽合金の表面を再溶融し、溶
融部に例えば耐摩耗性合金粉末等を分散含有させて表面
層を改質せしめるような表面処理法の改良に関する。
はマグネシウム合金材等の軽合金の表面を再溶融し、溶
融部に例えば耐摩耗性合金粉末等を分散含有させて表面
層を改質せしめるような表面処理法の改良に関する。
（従来の技術）
従来、例えば鋳鉄、アルミ合金その他の金属材料の表面
の改質方法として、本出願人は特開昭６０−７０１３６
号に示されるような表面処理方法を提案している。この
処理方法は、プラズマアークによってワーク表面に溶融
部を生じさせ、この溶融部に異種のセラミック或いは金
属等の粉末を混入させて、処理表面層の耐摩耗性の向上
を図ろうとするものである。
の改質方法として、本出願人は特開昭６０−７０１３６
号に示されるような表面処理方法を提案している。この
処理方法は、プラズマアークによってワーク表面に溶融
部を生じさせ、この溶融部に異種のセラミック或いは金
属等の粉末を混入させて、処理表面層の耐摩耗性の向上
を図ろうとするものである。
一方例えば金属材料の表面を溶融させて溶接する溶接機
として、プラズマアークを利用した交流プラズマ溶接機
が知られており、この溶接機では、電極をマイナス、母
材をプラスにした正極電流で集中的な溶込みがなされ、
逆に電極をプラス、母材をマイナスにした逆極電流で表
面のクリーニング作用が行なわれることが知られている
。
として、プラズマアークを利用した交流プラズマ溶接機
が知られており、この溶接機では、電極をマイナス、母
材をプラスにした正極電流で集中的な溶込みがなされ、
逆に電極をプラス、母材をマイナスにした逆極電流で表
面のクリーニング作用が行なわれることが知られている
。
（発明が解決しようとする課題）
ところで、前述の特開昭６０−７０１３６号のようなワ
ークの表面処理法において、特にアルミ合金のように表
面に硬い酸化皮膜が形成される場合には、安定した溶融
が得られにくいという問題かあった。
ークの表面処理法において、特にアルミ合金のように表
面に硬い酸化皮膜が形成される場合には、安定した溶融
が得られにくいという問題かあった。
一つまりこのようなアルミ合金表面の酸化皮膜（Ａ＋２
ＯＳ）は耐火性であり、例えば母材の融点６６０℃に較
べて酸化皮膜の融点は、はるかに高い２０５０℃程度で
あることから、酸化皮膜処理のため単にプラズマ電流の
出力を上げるだけでは、内部の母材自体が溶けだす可能
性があり、安定した条件で処理するためには、そのコン
トロールが極めテ難かしかった。
ＯＳ）は耐火性であり、例えば母材の融点６６０℃に較
べて酸化皮膜の融点は、はるかに高い２０５０℃程度で
あることから、酸化皮膜処理のため単にプラズマ電流の
出力を上げるだけでは、内部の母材自体が溶けだす可能
性があり、安定した条件で処理するためには、そのコン
トロールが極めテ難かしかった。
（課題を解決するための手段）
かかる課題を解決するため、本発明は、プラズマ溶接機
で知られる逆極性のクリーニング作用を活用することと
した。すなわち溶融部にセラミック粉末又は異種の金属
粉末の添加材を混入せしめるようにした表面処理法にお
いて、交流プラズマアークの逆極性電流によりワーク表
面の処理部の酸化皮膜を除去するとともに、正極性電流
で該処理部の母材の溶融と添加材の混入処理を行なう。
で知られる逆極性のクリーニング作用を活用することと
した。すなわち溶融部にセラミック粉末又は異種の金属
粉末の添加材を混入せしめるようにした表面処理法にお
いて、交流プラズマアークの逆極性電流によりワーク表
面の処理部の酸化皮膜を除去するとともに、正極性電流
で該処理部の母材の溶融と添加材の混入処理を行なう。
又、第２実施例では、直流プラズマアークの逆極性電流
によりワーク表面の処理部の酸化皮膜を除去するととも
に、アーク電流の出力及び粉末搬送ガスの圧力を制御し
て再溶融部に添加材を混入する。
によりワーク表面の処理部の酸化皮膜を除去するととも
に、アーク電流の出力及び粉末搬送ガスの圧力を制御し
て再溶融部に添加材を混入する。
又、処理中ワークの一部又は全部を冷却媒体で冷却する
ようにした。そして添加材として、Ａｌ２Ｏ３、Ｓ ｉ
Ｃ，Ｂ Ｎ、 Ｔ ｉ Ｂ等のいずれか１種類とした
。
ようにした。そして添加材として、Ａｌ２Ｏ３、Ｓ ｉ
Ｃ，Ｂ Ｎ、 Ｔ ｉ Ｂ等のいずれか１種類とした
。
（作用）
軽合金部材の溶融処理に伴ない、プラズマアークの逆極
性電流によって表面の酸化皮膜を除去し−っつ処理する
ことが出来、母材の再溶融が極めて円滑になされる。こ
のためセラミック粉末又は金属粉末の混入分散処理が安
定した状態下で行なわれる。この際、熱伝導性のよいワ
ークの一部又は全部を冷却しながら処理すると、ワーク
は略均熱化し、処理層の深さ等の溶融条件が略均−化さ
れて品質も安定する。
性電流によって表面の酸化皮膜を除去し−っつ処理する
ことが出来、母材の再溶融が極めて円滑になされる。こ
のためセラミック粉末又は金属粉末の混入分散処理が安
定した状態下で行なわれる。この際、熱伝導性のよいワ
ークの一部又は全部を冷却しながら処理すると、ワーク
は略均熱化し、処理層の深さ等の溶融条件が略均−化さ
れて品質も安定する。
（実施例）
本発明の複合化表面処理法の実施例について添付した図
面に基づき説明する。
面に基づき説明する。
第１図は交流プラズマ処理による処理装置の全体構成図
、第２図はワークの処理部の１例を示す斜視図、第３図
はトーチ先端の拡大図である。
、第２図はワークの処理部の１例を示す斜視図、第３図
はトーチ先端の拡大図である。
第１図に示すように処理装置１は、プラズマトーチ２と
ワーク母材に交流電源を供給するための交流プラズマ電
源３と、トーチ２先端に例えばセラミック粉末等の添加
材を供給するためのセラミック供給装置４を備え、交流
プラズマ電源３、セラミック供給装置４は制御装置５に
接続されている。そしてプラズマトーチ２は自動送り機
構６に取り付けられており、制御装置５によって自動送
り可能とされる。
ワーク母材に交流電源を供給するための交流プラズマ電
源３と、トーチ２先端に例えばセラミック粉末等の添加
材を供給するためのセラミック供給装置４を備え、交流
プラズマ電源３、セラミック供給装置４は制御装置５に
接続されている。そしてプラズマトーチ２は自動送り機
構６に取り付けられており、制御装置５によって自動送
り可能とされる。
このような処理装置１によって、例えば第２図に示すよ
うな車両のエンジン構成部品であるロッカーアーム等の
ワークＷの動弁カム摺動面に表面処理を施す訳であるが
、まずプラズマトーチ２の細部について第３図に基づき
説明する。
うな車両のエンジン構成部品であるロッカーアーム等の
ワークＷの動弁カム摺動面に表面処理を施す訳であるが
、まずプラズマトーチ２の細部について第３図に基づき
説明する。
プラズマトーチ２はノズル７の中心に電極８を備え、こ
の電極８の周囲にはプラズマガス通路９が設けられてい
る。又、ノズル７先端にはガス通路孔１０が設けられる
とともに、内部には冷却水路１１も設けられている。
の電極８の周囲にはプラズマガス通路９が設けられてい
る。又、ノズル７先端にはガス通路孔１０が設けられる
とともに、内部には冷却水路１１も設けられている。
一方このノズル７の周囲はシールドキャップ１２によっ
て覆われており、このシールドキャップ１２とノズル７
間の空間がシールドガス通路１３として構成されている
。
て覆われており、このシールドキャップ１２とノズル７
間の空間がシールドガス通路１３として構成されている
。
又ノズル７先端には粉末材搬送パイプ１４の吐出口が臨
んでいる。こうして構成したプラズマトーチ２の電極８
をワークＷに近接して臨ませ、プラズマガスで置換した
ふん囲気中で電極８とワークＷの処理部との間に交流電
源でアークを発生させて、処理部の再溶融を行なうが、
そのメカニズムについて更に詳述する。つまりワークＷ
側の母材が陰極で電極８が陽極の逆極性においては、ア
ークのなかの流れる電子が電極８に向い、逆にガスイオ
ンが母材に向けて流れて、イオンの衝撃を受けた母材表
面の酸化皮膜等が広い範囲で破壊されるいわゆるクリー
ニング作用が行なわれる。又反対に母材側が陽極で電極
８が陰極となる正極性においては、金属蒸気及びガスイ
オンが電極に向い、逆に電子が母材表面に強く衝撃して
集中的な溶込みが行なわれる。そしてこの集中的な溶込
みが行なわれた溶融部Ｒに、粉末材搬送パイプ１４から
粉末搬送ガスによって送られる添加材としてのセラミッ
ク粉末１８を導いて混入させ表面改質処理を行なう。そ
してプラズマトーチ２を走査させて粒子分散層Ｃを形成
する。
んでいる。こうして構成したプラズマトーチ２の電極８
をワークＷに近接して臨ませ、プラズマガスで置換した
ふん囲気中で電極８とワークＷの処理部との間に交流電
源でアークを発生させて、処理部の再溶融を行なうが、
そのメカニズムについて更に詳述する。つまりワークＷ
側の母材が陰極で電極８が陽極の逆極性においては、ア
ークのなかの流れる電子が電極８に向い、逆にガスイオ
ンが母材に向けて流れて、イオンの衝撃を受けた母材表
面の酸化皮膜等が広い範囲で破壊されるいわゆるクリー
ニング作用が行なわれる。又反対に母材側が陽極で電極
８が陰極となる正極性においては、金属蒸気及びガスイ
オンが電極に向い、逆に電子が母材表面に強く衝撃して
集中的な溶込みが行なわれる。そしてこの集中的な溶込
みが行なわれた溶融部Ｒに、粉末材搬送パイプ１４から
粉末搬送ガスによって送られる添加材としてのセラミッ
ク粉末１８を導いて混入させ表面改質処理を行なう。そ
してプラズマトーチ２を走査させて粒子分散層Ｃを形成
する。
一方、第２図に示すようにこのワークＷを保持する保持
台１５には冷却通路１６が設けられている。そしてこの
冷却通路１６には、水又はエア等の冷却媒体が導かれワ
ークＷの処理部の下方を冷却している。
台１５には冷却通路１６が設けられている。そしてこの
冷却通路１６には、水又はエア等の冷却媒体が導かれワ
ークＷの処理部の下方を冷却している。
こうして構成した処理装置による処理方法の概要は次の
通りである。
通りである。
第２図に示すようにアルミ合金或いはマグネシウム合金
等の軽合金からなるワークＷを保持台１５上に位置決め
するとプラズマトーチ２が近接し、放電アークを発生さ
せて表面処理が開始される。
等の軽合金からなるワークＷを保持台１５上に位置決め
するとプラズマトーチ２が近接し、放電アークを発生さ
せて表面処理が開始される。
つまり放電アーク中にプラズマガスを通すことによりプ
ラズマ状態を発生させ、逆極性電流で処理部のクリーニ
ングを行ないながら正極性電流で溶込みを増加させる。
ラズマ状態を発生させ、逆極性電流で処理部のクリーニ
ングを行ないながら正極性電流で溶込みを増加させる。
勿論このパルス周波数、交流周波数は可変であり、又正
、負の電流値、パルス幅、クリーニング幅等の諸元は変
更可能である。
、負の電流値、パルス幅、クリーニング幅等の諸元は変
更可能である。
このためアルミ合金材等の表面の酸化皮膜は、クリーニ
ング作用で除去され、内部の母材の集中的な溶融が円滑
になされる。そしてこれと併行して粉末材搬送パイプ１
４からセラミック粉末１８を吐出する。このセラミック
粉末１８は、例えば粉末サイズ０５〜１００μｍ１粉末
搬送ガスによる粉末搬送量５〜３０ ｇ／ｍｉｎ、キャ
リアガス量１〜５跣／ｍｉｎであり、この粉末の搬送速
度をシールドガス流速より太き目に設定することによっ
て、ワークＷの溶融部Ｒに導く。そして溶融部Ｒでは流
動攪拌によって粉末が内部に均一に分散され、例えば１
〜４０容量％に分散した粒子分散層Ｃが得られる。そし
てこのプラズマトーチ２は例えば第２図破線に示すよう
に走査され、この間保持台１５の冷却通路１６には冷却
媒体が流通されている。このため熱伝導性のよいアルミ
合金等のワークの処理部の温度は略均熱化されて、例え
ば表面から１〜５ ｍｍの深さ範囲で略均−な処理がな
される。
ング作用で除去され、内部の母材の集中的な溶融が円滑
になされる。そしてこれと併行して粉末材搬送パイプ１
４からセラミック粉末１８を吐出する。このセラミック
粉末１８は、例えば粉末サイズ０５〜１００μｍ１粉末
搬送ガスによる粉末搬送量５〜３０ ｇ／ｍｉｎ、キャ
リアガス量１〜５跣／ｍｉｎであり、この粉末の搬送速
度をシールドガス流速より太き目に設定することによっ
て、ワークＷの溶融部Ｒに導く。そして溶融部Ｒでは流
動攪拌によって粉末が内部に均一に分散され、例えば１
〜４０容量％に分散した粒子分散層Ｃが得られる。そし
てこのプラズマトーチ２は例えば第２図破線に示すよう
に走査され、この間保持台１５の冷却通路１６には冷却
媒体が流通されている。このため熱伝導性のよいアルミ
合金等のワークの処理部の温度は略均熱化されて、例え
ば表面から１〜５ ｍｍの深さ範囲で略均−な処理がな
される。
又、セラミック粉末等の添加材は、例えばアルミナ（Ａ
１．０３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ
） 、ホウ化チタン（ＴｉＢ）のうちいずれか１種類で
ある。
１．０３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ
） 、ホウ化チタン（ＴｉＢ）のうちいずれか１種類で
ある。
次に第４図はアルミ合金材のシリンダバレル等の円筒状
ワークＷの内部を処理するようにしたものの構成作用図
であり、例えばワークＷを回転させながらプラズマトー
チ２を上下に送って内面処理を行なう。そしてワークＷ
の外周から任意の手段で冷却する。
ワークＷの内部を処理するようにしたものの構成作用図
であり、例えばワークＷを回転させながらプラズマトー
チ２を上下に送って内面処理を行なう。そしてワークＷ
の外周から任意の手段で冷却する。
ところで、以上のような複合化処理は直流プラズマアー
クによって行なうことも出来る。すなわちワーク側を陰
極にして、プラズマアークの逆極性電流により表面の酸
化被膜を除去した後、アーク電流の出力をあげて溶込み
を増加させ、更に粉末搬送ガスの圧力もあげて再溶融部
にセラミック粉末等に添加材を混入せしめるものである
。そし、てこの場合も同様の効果を得ることが出来る。
クによって行なうことも出来る。すなわちワーク側を陰
極にして、プラズマアークの逆極性電流により表面の酸
化被膜を除去した後、アーク電流の出力をあげて溶込み
を増加させ、更に粉末搬送ガスの圧力もあげて再溶融部
にセラミック粉末等に添加材を混入せしめるものである
。そし、てこの場合も同様の効果を得ることが出来る。
尚、本発明の処理方法は、以上のロッカーアーム、シリ
ンダバレルの他例えばシリンダブロックのシリンダ内面
に耐摩耗性、耐熱性等を付与するためにも広く適用出来
るものである。
ンダバレルの他例えばシリンダブロックのシリンダ内面
に耐摩耗性、耐熱性等を付与するためにも広く適用出来
るものである。
（発明の効果）
以上のように本発明の複合化処理方法は、従来では極め
て条件設定等が困難であったアルミ合金等の軽合金の表
層の改質が可能となり、機械的強度、例えばヤング率、
引張り応力、耐摩耗性等を向上させることが出来る。
て条件設定等が困難であったアルミ合金等の軽合金の表
層の改質が可能となり、機械的強度、例えばヤング率、
引張り応力、耐摩耗性等を向上させることが出来る。
又、必要最小限の部分のみの表面改質が容易であること
から、例えば従来プリフォーム成形した繊維成形体等を
アルミ合金中に鋳込んで必要な強度等を確保していたよ
うな工程が不要となり、工程の短縮、コスト安等といっ
た面で効果がある。
から、例えば従来プリフォーム成形した繊維成形体等を
アルミ合金中に鋳込んで必要な強度等を確保していたよ
うな工程が不要となり、工程の短縮、コスト安等といっ
た面で効果がある。
第１図は処理装置の全体構成図、第２図はワークの処理
部の１例を示す斜視図、第３図はトーチ先端の拡大図、
第４図はワークの処理部の他の例を示す斜視図である。 尚、同図中、１は処理装置、２はプラズマトーチ、８は
電極、１４は粉末材搬送パイプ、１６は冷却通路、１８
はセラミック粉末を示す。 第１図
部の１例を示す斜視図、第３図はトーチ先端の拡大図、
第４図はワークの処理部の他の例を示す斜視図である。 尚、同図中、１は処理装置、２はプラズマトーチ、８は
電極、１４は粉末材搬送パイプ、１６は冷却通路、１８
はセラミック粉末を示す。 第１図
Claims (4)
- （１）軽合金部材の表面をプラズマアークで再溶融し、
この溶融部にセラミック粉末又は異種の金属粉末の添加
材を混入せしめて表面を改質するようにした表面処理法
において、この方法は、交流プラズマアークの逆極性電
流によりワーク表面の処理部の酸化皮膜を除去するとと
もに、正極性電流で該処理部の母材の再溶融と前記添加
材の混入処理を行なうことを特徴とする複合化表面処理
法。 - （２）軽合金部材の表面をプラズマアークで再溶融し、
この溶融部にセラミック粉末又は異種の金属粉末の添加
材を混入せしめて表面を改質するようにした表面処理法
において、この方法は、直流プラズマアークの逆極性電
流によりワーク表面の処理部の酸化皮膜を除去するとと
もに、アーク電流の出力及び粉末搬送ガスの圧力を制御
して再溶融部に添加材を混入することを特徴とする複合
化表面処理法。 - （３）前記処理は、少なくともワークの一部又は全部を
冷却媒体によって冷却しながら行なうことを特徴とする
請求項第１又は請求項第２に記載の複合化表面処理法。 - （４）前記添加材は、Ａｌ＿２Ｏ＿３，ＳｉＣ，ＢＮ，
ＴｉＢ等のいずれか１種類としたことを特徴とする請求
項第１又は請求項第２に記載の複合化表面処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2317043A JPH04187752A (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 複合化表面処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2317043A JPH04187752A (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 複合化表面処理法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04187752A true JPH04187752A (ja) | 1992-07-06 |
Family
ID=18083782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2317043A Pending JPH04187752A (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 複合化表面処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04187752A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008202923A (ja) * | 2007-01-23 | 2008-09-04 | Nikko Kinzoku Kk | 自溶炉の炉体水冷構造 |
| JP2010185098A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Mitsubishi Electric Corp | 鉄系材料および鉄系材料の表面処理方法 |
-
1990
- 1990-11-21 JP JP2317043A patent/JPH04187752A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008202923A (ja) * | 2007-01-23 | 2008-09-04 | Nikko Kinzoku Kk | 自溶炉の炉体水冷構造 |
| JP2010185098A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Mitsubishi Electric Corp | 鉄系材料および鉄系材料の表面処理方法 |
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