JPH0428789B2 - - Google Patents

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JPH0428789B2
JPH0428789B2 JP59093901A JP9390184A JPH0428789B2 JP H0428789 B2 JPH0428789 B2 JP H0428789B2 JP 59093901 A JP59093901 A JP 59093901A JP 9390184 A JP9390184 A JP 9390184A JP H0428789 B2 JPH0428789 B2 JP H0428789B2
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Naokazu Kumagai
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Daiki Gomu Kogyo Kk
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、高エネルギー密度のビームの走査に
よつて、金属材料上に所定の組成の均一な表面被
覆非晶質合金層を面状に設ける方法に関するもの
である。 〔従来の技術〕 元来、金属材料に要求される特性の中には、金
属材料の表面層のみが保有していれば充分であつ
て必ずしも金属材料全体が備えている必要のない
ものがたくさんある。 そして、このような特性を金属材料の表面層に
付与する金属表面被覆層の作製方法としては、従
来の溶融メツキ、化学メツキ、電気メツキ、拡散
浸透メツキ、気相メツキ、真空メツキ等の各種メ
ツキ法あるいは容射法、その他の方法が行われて
いる。 しかし、これらの方法では、被覆できる金属の
多くは単体であり、また被覆できる金属の種類に
限界があつて、多くの場合欠陥の密度が高く、均
一被覆とはなり難いだけでなく、下地金属との密
着性が不充分なことも多い。従つて、従来の方法
による表面被覆層には、高強度、高耐摩耗性、高
耐食性、特殊な表面活性等を期待することは困難
であつた。 通常、合金は固体状態では結晶化しているが、
合金組成を限定して溶融状態から急速凝固させる
と、固体状態でも液体状態に類似した結晶構造を
持たない非晶質構造が得られる。このような合金
を非晶質合金と言う。 この非晶質合金は、従来の実用金属材料に比べ
て著しく高い強度、硬度、耐摩耗性等の優れた機
械的性質を保有し、また放射線損傷を受けず、且
つ組成によつては異常に高い耐食性や特殊な表面
活性を示すものである。 従来、金属表面に非晶質の被覆層を形成する提
案は幾つか行われており、例えば特開昭55−
148752号公報にその発想がうかがえる。これは、
被覆材料を金属基材の表面に付着させ、その表面
を104watt／cm2以上のエネルギー密度を有するス
ポツト状加熱源により走査して急速溶融した後、
スポツト状加熱源の走査方向の後方およびピツチ
方向の後方にＬ字型な配置した冷却媒体により
103℃／秒以上の冷却速度で急冷する方法である。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、前記方法は、被膜上の気孔をな
くすことができず、高エネルギー密度ビームを照
射する場合に、気孔等の欠陥が照射された部分に
存在すると、存在する部分と存在しない部分とで
は溶融深さに違いが生じる。そして、多くの場
合、この気孔は下地まで到達しているものであり
（だからこそ、気孔が耐食性劣化の原因となるの
だが）、その部分に高エネルギー密度ビームが照
射されると下地の一部を溶融してしまい、気孔が
存在した部分は存在しない部分と合金組成が大き
く異なつてしまう。非晶質合金には急冷によつて
非晶質化するある一定の合金組成範囲が存在す
る。このような気孔が存在する部分はこの組成範
囲を越えてしまう。 また、下地金属と被覆金属の間に形成される酸
化被膜を防止するための配慮や一旦非晶質化した
被覆材料が、隣接部への加熱により結晶化してし
まうことの配慮が行われていない。即ち、溶融さ
れた被覆材料を急速に冷却媒体との接触によつて
103／℃秒以上という大きな冷却速度で冷却して
非晶質層を得ようとするものであるため現実には
急冷が困難であり、実用に向かないものであつ
た。 〔本発明の目的〕 本発明の目的は高エネルギー密度ビームの照射
前に金属薄板を下地金属に重ねて、真空中あるい
は不活性気体中で金属薄板の融点近傍まで加熱し
て、金属薄板と下他金属の境界に両者の合金層が
生ずる程度に接合させておくことと、投入熱量を
制御することにより特別な冷却手段を必要とせず
に、下地金属覆う非晶質合金、即ちこの非晶質合
金を下地金属に強固に密着した欠陥のない表面被
覆層として連続した面状に作製する方法を得るこ
とを目的とする。 本発明の他の目的は金属薄板と下地金属の両者
と高温において接合しやすい第３の金属を予め下
地金属に薄く被覆しておき、この第３の金属を介
して金属薄板と下地金属の間に必要な結合を行
い、それに引き続いて第１の目的を実施すること
を第２の目的している。 〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る表面被覆非晶質合金層の作製方法
では、下地金属表面上に重ねた少なくとも一枚の
金属薄板に高エネルギー密度ビームを照射するこ
とによつて表面被覆非晶質合金層を作製する方法
において、 前記金属薄板と前記下地金属表面とを真空中あ
るいは不活性気体中で加熱接合させる工程と 前記金属表面上に重ねた前記金属薄板の上方か
ら、高エネルギー密度ビームを照射することによ
つて前記金属薄板あるいは該金属薄板と前記下地
金属表層の一部とを共に溶融させるに充分な照射
エネルギー密度のビームを予め定められた照射時
間で照射し、該ビームによつて局所的に溶融した
溶融金属を下地金属への熱伝導により急速凝固さ
せつつ、溶融・凝固の連続操作により所望組成の
非晶質合金の連続した帯状の非晶質合金を得る工
程と、 前記連続操作で得られた帯状の非晶質合金層の
幅方向に一部を重視して隣接した帯状の非晶質合
金層を同様の連続した溶融・凝固操作で形成する
と共にこれを繰り返す工程とを備え、 かつ前記照射時間と前記照射エネルギー密度と
の積を5J・sec／cm2以下に制御して、表面被覆非
晶質合金層を作製する方法である。 更に好ましくは、該金属薄板および下地金属の
両者を高温で接合しやすい金属を予めメツキ等に
よつて下地金属上に被覆してから、前記各工程を
実施することである。 〔作用〕 目的とする表面被覆非晶質合金層を得るには、
溶融状態では所定の組成になつている表面層を急
冷しなけれなばらない。この点、レーザーや電子
ビームなどの高エネルギー密度ビームは局所的な
加熱に優れており、金属表面にビームを走査した
場合、エネルギー密度と照射時間を適当に制御す
ることによつて、どのような表面金属層であろう
と周辺部の昇温を避けながら局所的に溶融するの
に適している。即ち、ビームの局所照射による単
位時間当り溶融面積と溶け込み深さと定まる溶融
体積が下地金属に対して充分に小さいため、周辺
の大きな体積の下地金属への熱伝導により放熱に
よつて溶融部の急冷凝固を外部接触冷却手段の必
要なしに良好に行うことができる。 本発明者らはこのような高エネルギー密度ビー
ムの特性を利用して、下地金属に予め必要な成分
を含む金属薄板を密着被覆し、被覆金属薄板の上
からビームあるいは被照射対を移動しつつ、所定
の厚さ部分まで溶融・合金化ならびに均質化した
のち、周辺の大きな体積の固相金属へ放熱して急
冷することに基づく処理を、先にこの処理を行つ
た部分と一部が重なるように繰り返し行うことに
よつて、所定の組成を備え、且つ下地金属に密着
した所望の厚さの表面被覆非晶質合金層を下地金
属を覆つて連続した面状に作製し得ることを見い
出したものである。 即ち、本発明の要旨とするところは、下地金属
表面上に重ねた少なくとも一枚の金属薄板に高エ
ネルギー密度ビームを照射することによつて表面
被覆非晶質合金層を作製する方法において、 前記金属薄板と前記下地金属表面とを真空中あ
るいは不活性気体中で加熱接合させる工程と 前記金属表面上に重ねた前記金属薄板の上方か
ら、高エネルギー密度ビームを照射することによ
つて前記金属薄板あるいは該金属薄板と前記下地
金属表層の一部とを共に溶融させるに充分な照射
エネルギー密度のビームを予め定められた照射時
間で照射し、該ビームによつて局所的に溶融した
溶融金属を下地金属への熱伝導により急速凝固さ
せつつ、溶融・凝固の連続操作により所望組成の
非晶質合金の連続した帯状の非晶質合金を得る工
程と、 前記連続操作で得られた帯状の非晶質合金層の
幅方向に一部を重視して隣接した帯状の非晶質合
金層を同様の連続した溶融・凝固操作で形成する
と共にこれを繰り返す工程とを備え、 かつ、前記照射時間と前記照射エネルギー密度
との積を5J・sec／cm2以下に制御して、表面被覆
非晶質合金層を作製する方法である。 更に好ましくは、該金属薄板および下地金属の
両者を高温で接合しやすい金属を予めメツキ等に
よつて下地金属上に被覆してから、前記各工程を
実施することである。 以下、本発明について詳細に説明すると、本発
明の満たすべき条件は次の通りである。 (a) 溶融合金を非晶質化し得る組成にすること (b) 溶融合金を急冷・凝固して非晶質化すること (c) 特別の外部接触冷却手段を必要としないこと (d) 面状の非晶質化被覆を形成すること このために、本発明は次の要件を満たすもので
ある。 (1) 溶融合金の組成が、急冷凝固によつて非晶質
合金になるように、予め下地金属表面上に設け
る金属層の平均組成を限定すること (2) 周辺の大きな体積の下地金属への熱伝導によ
る放熱によつて外部接触冷却部材を用いること
なく急冷凝固を行うこと (3) 前記(1)、(2)のためには、下地金属表面上に少
なくとも一枚の金属薄板を重ねて真空中あるい
は不活性気体中で加熱接合させること (4) また前記(2)のためには、金属層上方から、金
属層あるいは下地金属表面層の一部とを溶融さ
せる照射エネルギー密度を制御した高エネルギ
ー密度ビームを局所照射すること (5) 更に前記(2)のためには、局所照射される単位
時間当りの照射面積と溶融体積が下地金属に対
して充分に小さいこと (6) 更に前記(2)のためには、局所照射する高エネ
ルギー密度ビームの照射エネルギーと照射時間
を制御すること (7) 予め下他金属表面上に重ねた少なくとも一枚
の金属薄板を真空中あるいは不活性性気体中で
加熱接合し、局所的な溶融合金化を連続して、
連続した一条の帯状の合金層とすること (8) 得られた一条の帯状の合金層の長手方向に一
部を重視して同様の連続した溶融合金化操作を
繰り返し、第１図のａ，ｂに示すように表面被
覆合金層の表面積を拡大し、最終的に下地金属
材料の所定の大きさに面状の表面被覆合金層を
形成すること (9) 局所溶融部への投入熱量の上限を制限するこ
と 尚、前記(6)、(7)を実現させるための操作は、パ
ルス状にビームを短時間照射し、照射場所を次々
と移動させて行うこともできるが、工業的に好ま
しくは、連続的にビームを移動するかあるいは被
照射体である下他金属材料側を相対移動し、結果
として同ビームで金属表面を走査し、この走査時
間を制御することにより、局所部分に照射される
照射時間を制御することができる。 ところが、下地金属の表面をある大きさの面状
の表面被覆合金層で覆う場合には、溶融合金の周
りの固体が過剰に加熱されていない場合、溶融合
金の組成が適正であつて、且つ、溶融合金の溶け
込みの深さと溶融面積（即ち、溶融体積が）が急
冷し得る程度に制限されていれば、溶融合金を非
晶質化するための急冷は、周りの下地金属による
吸熱によつて、充分保証される。これは液体急冷
法によつて非晶質合金薄板を作製するために広く
用いられている片ロール法の急冷原理から明らか
である。 しかしながら、照射エネルギー密度を制御し、
単位時間当りの照射面積が充分小さく、照射時間
を制御した場合であつても、前期(8)のように非晶
質化した部分に一部重なるように溶融急冷処理を
繰り返す場合には、不必要な過剰な高エネルギー
密度ビームの照射により溶融体積の増大（溶融深
さの増大）及び周辺の固相金属の甚だしい加熱を
招くことがあり、その場合には、急冷凝固されて
非晶質化した金属が再度加熱されて境界部で結晶
化することがある。このため、前記(9)の要件が必
要になつてくる。 また、前記(9)を実現させるための操作は、局所
溶融部がきわめて小さいこと、及び局所照射によ
る照射時間が極めて小さいことから、実際の局所
溶融部への入熱量は厳密には測定不可能である。
即ち、受け入れ側の入熱量は照射側の照射エネル
ギー密度と局所照射による照射時間の積で表すこ
とができる局所溶融部への投入熱量でのみ規定さ
れる。しかし、高エネルギー密度ビームの種類及
び照射される金属層及び下地金属の材質、組成お
よび材質状態により吸収率が違うため、照射エネ
ルギー密度と照射時間の積で表せる局所溶融部へ
の投入熱量が全て金属層及び下地金属層への熱量
に変換されるものではないため、照射エネルギー
密度と局所照射による照射時間の積で表した局所
溶融部への投入熱量は使用するエネルギービーム
の種類、下地金属と金属層の組成等により種々に
変化する。 例えば、本発明で開示する実施例では、一般に
適用され得るエネルギービーム即ちCO2レーザー
で、前記のように溶融合金の組成が適正であつて
急冷により容易により非晶質合金となる組成につ
いて非晶質化を行つている。この照射エネエルギ
ー密度と局所照射による照射時間の積で表された
局所溶融部への投入熱量は各々0.3（J.sec／cm2）、
5.0（J.sec／cm2）であつた。 即ち実施例１、２では出力500WのCO2レーザ
ービーム（ビーム径：0.02cm）を40cm／secで移
動する被照射体に照射して、約0.02cmの溶融幅を
得ているので、局所溶融部への投入熱量は、次の
ように計算される。まず、照射エネルギー密度
（Ｅ）は Ｅ＝出力／（ビーム径×照射速度） で規定され、照射時間（Ｔ）は Ｔ＝ビーム径／照射速度 で規定される値であるので実施例１、２において
は Ｅ＝500［Ｗ］ ／（0.02［cm］×40［cm／sec］） ［Ｗ］＝［Ｊ／sec］で表せるから、単位系を整理
すると Ｅ＝625［Ｊ／cm2］ となる、また照射時間は Ｔ＝0.02［cm］ ／40［cm／sec］＝５×10-4） ［sec］であり、実施例１、２の局所溶融部への
投入熱量は Ｅ×Ｔ＝625×５×10-4＝0.31［Ｊ／sec／cm2］ となる。また、実施例３では500WのCO2レーザ
ービーム（ビーム径：0.02cm）を10cm／secで移
動する被照射体に照射しているので、局所溶融部
への投入熱量は、同等に計算すると Ｅ＝500／（0.02×10）＝2500［Ｊ／cm2］ Ｔ＝0.02［cm］／10［cm／sec］ ＝２×10-3）［sec］ であり、実施例３の局所溶融部への投入熱量は Ｅ×Ｔ＝2500×２×10-3＝５［Ｊ／sec／cm2］ となる。 よつて、本発明においては、照射エネルギー密
度と局所照射による照射時間の積で表される局所
溶融部への投入熱量は、5J・sec／cm2以下であれ
ば安定に非晶質合金層が得られることを確認した
ものである。 次に、本発明の代表例について、第１図ａ，ｂ
を用いて説明する。第１図ａ，ｂは下地金属３表
面上に重ねた少なくとも一枚の金属薄板からなる
前記の被覆金属層２に高エネルギー密度ビーム１
を照射して、表面被覆非晶質合金層を作製する場
合の模式図であり、ａは前記金属層まで、ｂは前
記金属層と下地金属の一部も含めて所定の深さま
で溶融して前記非晶質合金層を形成させる方法を
示したものである。 ビーム１に対して被照射体Ｘ方向に相対移動さ
せ、そのときのビームのエネルギー密度および相
対速度を制御することによつて照射時間を制御し
て、所定の深さを持つ連続した一条の帯状の合金
層とし、一条の帯状合金層が作製される毎にＹ方
向にビームあるいは被照射体を相対移動させ、一
条の帯状合金層の一部が重なり合うように照射し
て、面状の表面積被覆非晶合金層を得る。この際
溶融合金の体積は極めて小さいので、その部分に
高エネルギー密度ビームが照射されなくなると周
りの固相金属に溶融合金の熱が奪われて急冷され
るので、溶融状態の均一組成のまま急速凝固す
る。 なお、本発明においては第１図のｂに示すよう
に下地の一部を含めて共に溶融させる場合もあ
る。この場合、前記要件(1)に記したように、溶融
される下地金属の一部を含めた溶融合金の組成が
急冷凝固によつて非晶質合金になるように、予め
下地金属表面上に設ける金属層の平均組成を限定
することが必要であり、当然のことながら溶融さ
れる下地金属の体積は、溶融合金組成を左右する
ものであるから、下地金属へのとけ込み深さは照
射エネルギー密度と照射時間によつて制御するこ
とが必要である。 なお、本発明において、予め下地金属表面上に
重ねた少なくとも一枚の金属薄板を真空中あるい
は不活性気体中で加熱接合する必要があるのは次
の理由による。 レーザーや電子ビームような高エネルギー密度
ビームは、その出力変動は、せいぜい±１％程度
であり、照射源からの出力はほぼ一定と考えてよ
い。また、高エネルギー密度ビームは通常スポツ
ト状であり、数μｍから数mmの直径の円状の溶融
しかできない。すなわち、合金化・均質化は、こ
の径の局所的な溶融の積み重ねによつて行われる
ため、予め準備す金属被覆がどの部分において
も、平均的な均一さを有する必要がある。本発明
において金属薄板とするのは、金属薄板を用いる
ことにより厚さを均一とすることができるためで
ある。また、必要な成分を含む合金薄板あるいは
高エネルギー密度ビーム照射により溶融された結
果、その成分となるように予め定めた金属薄板の
多重層としておけば、入力側の被照射体が表面の
どの部分においても一定の構造をしているため、
同様の局所的な急速溶融は、急速凝固が実現でき
る。その結果として均一な表面被覆非晶質合金層
を形成することができる。 尚、表面被覆非晶質合金層の作製のための溶融
急冷による非晶質化には、合金が一種あるいは二
種以上の半金属を含むことがしばしば必要であ
る。従つて、本発明にいう予め下地金属に表面上
に設けた金属薄板には、金属に限らず半金属が含
まれることがあり、時には非金属が含まれること
もある。更に、これらの半金属および非金属は、
一般に蒸気圧が高くまた容易に酸化されるため
に、溶融時に蒸発または酸化によつて半金属及び
非金属の一部が失われるので、予め設けられる被
覆金属層には蒸発または酸化によつて失われれる
量を推定して過剰に半金属および非金属を添加し
ておくことか必要な場合もある。 また、第１および第２の発明において下地金属
と金属薄板を加熱接合する際、流動パラフインの
ような粘性のある液体を下地に塗布し、これに金
属薄板を重ねておくと、真空あるいは不活性ガス
雰囲気中の炉内で加熱したりする際、下地金属か
ら、金属薄板が脱落し難く取扱が容易になると共
に、加熱によつて、蒸発し還元雰囲気を作るため
接合に有効に働くなどの利点があり、またフラツ
クスを用いることも有効である場合があるので、
必要に応じて粘性液体やフラツクスの塗布を行う
ことが望ましい。また、本発明の第２の発明にお
いて下地金属に予め金属を被覆する方法には溶融
メツキ、化学メツキ、電気メツキ、拡散浸透メツ
キ、気相メツキ、真空メツキ等の各種メツキ法あ
るいは容射法など下地金属に別種の金属を薄く被
覆する方法であればどのような方法も採用し得
る。 更に下地金属に重ねる金属薄板は、複雑な組成
のものである場合もあり、溶解、鋳造、鍛造、圧
延のような通常の工程によつては金属薄板が得難
い場合も想定される。このような場合には、固溶
限が拡大し、薄板が作製しやすい超急冷法を採用
し、高速回転する円筒の内壁あるいは外壁に溶融
金属を吹きつけ、直接金属薄板を作製する方法を
用いると良い。 更に、本発明に用い得る高エネルギー密度ビー
ムは、レーザービーム、電子ビームに限られた体
積の金属表面を短時間に溶融し得るエネルギー密
度のビームであればどのようなものであつても原
理的に使用できる。更に複数のビームを同時に金
属に照射することは、処理時間を短縮し効果的で
ある。 このようにして、必要な成分組成の金属薄板を
作製し、これと下地金属の間に必要な接合を実現
できれば高エネルギー密度ビーム照射条件を制御
することによつて所定の組成と厚さを持つ均質な
表面被覆非晶質合金層を実現しうるのが本発明で
ある。 次に本発明を実施例によつて、説明する。 実施例 １ 超耐食性非晶質合金Fe−Cr−Ni−Ｐ−Ｃ合金
被覆を市販金属ニツケル上に実現する方法であ
る。リン化鉄、白鉄、鉄、クロムを高周波炉で溶
融し母合金を作製し、再溶融後片ロール法を用い
て超急冷し、各種組成のFe−Cr−Ni−Ｐ−Ｃか
らなる幅１−５mm、厚さ20−30μｍ、長さ数ｍの
金属薄板を得た。次いで幅約20mm、長さ60mm、厚
さ１mmの市販電解ニツケル板に流動パラフインを
塗布したのち、この上に上記Fe−Cr−Ni−Ｐ−
Ｃ金属薄板を並べた。これを石英管中におき、真
空にしたのち所定の温度の炉に短時間挿入して、
金属薄板部を溶融して下地金属ニツケル上に均一
に広がらせたのに水焼入れてFe−Cr−Ni−Ｐ−
Ｃに下地金属ニツケルの一部が固溶した表面層を
下地金属ニツケルに密着して作製した。この表面
は多相できわめて脆く、耐食性も低いため、これ
を被照射体としてレーザービーム照射処理を施し
た。レーザービーム処理は、表面被覆層を上にし
て400mm／secで被照射体を移動させながら被照射
体表面に焦点を結ぶ500Wの直径0.2mmのCO2レー
ザービームを照射して行つた。この場合、溶融幅
は約0.2mmであつたので被照射体の長さ方向に被
照射体を移動しながら被照射体の端から端までレ
ーザービームを照射したのち、被照射体を幅方向
に0.075mmずらして再び、被照射体を長さ方向に
移動させながらレーザービームを照射した。この
結果、溶融部の一部が互に重なり合うのでこの方
法を被照射体表面全体に施すことによつて超耐食
性を持ち高強度で高靭性を備えた均質な非晶質
Fe−Cr−Ni−Ｐ−Ｃ合金被覆をニツケルに密着
して作製することができた。なお、非晶質化の確
認は表面のＸ線回析図を測定することによつて行
つた。本実施例に従つて作製した55Fe−10Cr−
15Ni−13P−7C合金被覆表面のＸ線回析図を第
２図に示す。 第２図に示すＸ線回析図は、ハローパターンと
呼ばれ、非晶質構造であることを表わしている。
通常の結晶質金属の場合、Ｘ線の各面での反射に
よる回析現象が生じて、回析線と呼ばれる鋭意い
ピークが結晶面間隔に応じた2θの位置にあらわれ
るが、第２図は条2θの位置でのピークは認められ
ないことから、照射表面全体が非晶質化している
ことを表わしている。 実施例 ２ 実施例１に述べた金属被覆表面層を市販軟鋼上
に作製した。実施例１に述べた各種組成のFe−
Cr−Ni−Ｐ−Ｃ合金薄板を軟鋼上に接合するこ
とを試みたが密着性に優れた接合を実現するのは
困難であつた。そこで、あらかじめ軟鋼上に約
3μｍの厚さにニツケルメツキを施し、これに流
動パラフインを塗布し実施例１と同様にしてFe
−Cr−Ni−Ｐ−Ｃ合金薄板との接合を行い、実
施例１と同様にレーザービーム照射処理を行つ
た。その結果超耐食性を持ち高強度で高靭性を備
えた均質な非晶質Fe−Cr−Ni−Ｐ−Ｃ合金薄板
を軟鋼に密着して作製することができた。 実施例 ３ 非晶質pd−Ｐ合金を市販金属ニツケルに被覆
する方法である。自家製のリン化パラジウムと金
属パラジウムを混合して高周波炉で溶融して母合
金を作製し、再溶融後片ロール法を用いて超急冷
しＰ濃度の異なるpd−Ｐ合金を幅約５mm、厚さ
約10μｍの金属薄板として作製した。次いで幅約
20mm、長さ約60mm、厚さ約２mmの市販電解ニツケ
ル板に流動パラフインを塗布したのち、この上に
上記pd−Ｐ合金薄板を並べた。これを石英管中
におき真空にしたのち、所定の炉に短時間挿入し
てpd−Ｐ合金薄板部を溶融して下地金属ニツケ
ル上に均一に広がらせたのち水焼きいれしてpd
−Ｐ合金に下地金属ニツケルの一部が固溶した表
面層を下地金属ニツケルに密着して作製した。こ
の表面皮膜層はリン化パラジウムとパラジウム−
ニツケル固溶体の２相からなり、脆いため、これ
を被照射体としてレーザービーム処理は表面皮膜
層を上にして100、300、500、700、800mm／secの
各速度で被照射体を移動させながら被照射体の表
面に焦点を結ぶ直径0.2mmのCO2レーザービーム
を300、350、400、500Wの各出力で照射して行つ
た。この場合溶融幅は試料移動速度によつて変
り、0.2−0.3mmであつたので、被照射体の長さ方
向に被照射体を移動しながら被照射体の端から端
までレーザービームを照射したのち被照射体を幅
方向に0.075−0.2mm移動し、再び被照射体を長さ
方向に移動させながらレーザービームを照射し
た。この結果、前記各速度および各出力の範囲で
非晶質化されることを確認した。また、溶融部の
一部が互いに重なり合うのでこの方法を被照射体
の表面全体に施すことによつて、表面全体が高強
度で均質な非晶質pd−Ni−Ｐ合金被膜となり、
これらが下地金属に密着して作製することを確認
した。なお、本実施例における非晶質化の確認も
Ｘ線回析図の測定によつて行つた。本実施例に従
つて作製した非晶質56Pd−25Ni−19P合金被膜
表面のＸ線同析図を第３図に示す。第３図もまた
表面が非晶質構造となつていることを示すハロー
グンパターンが見られ、照射により非晶質化した
ことを表している。 実施例 ４ 実施例３に類似の非晶質Pd−Ti−Ｐ合金およ
びPd−Ni−Ti−Ｐ合金被覆を市販金属チタンを
下地として作製する場合、実施例３に記した各種
Ｐ濃度のPd−Ｐ合金薄板を流動パラフインを塗
布した市販金属のチタンに重ねて真空中あるいは
不活性気体中で加熱すると低融点のPd−Ｐ合金
が溶融すると共にチタンと反応して溶融合金とチ
タンとの境界に高融点のPd−Ti合金被覆が不規
則に生成し、その後レーザービーム照射処理をし
ても均一な非晶質合金層が得難い。これはPd−
Ｐ合金を加熱溶融させた場合、Pd−Ｐ合金は液
相となり下地金属との界面は液層Pd−Ｐ／固相
Tiという界面となる。このためTiは拡散速度の
非常に速い液相内拡散により表面溶融したPd−
Ｐ合金内に大量に混入し、結果として不規則に形
成されたPd−Ti合金が引続き行うビーム照射に
よつて非晶質化すべき表面合金層の組成を溶融急
励によつて非晶質化できる合成組成の範囲から大
きくずらしてしまう。また、液相内拡散の速度は
非常に速いため、熱処理時間によつて混入する
TiやPd−Ti合金の不規則性を制御しようとして
も困難がある。 このような場合、特許請求範囲第２項に記載し
た方法が有効である。すなわち、表面にパラジウ
ムあるいはニツケルメツキを施したチタン下地金
属を用いることで、溶融したPd−Ｐ合金と下地
金属との界面は液相Pd−Ｐ／固相Pd（あるいは
Ni）／固相Tiとなり、Tiの混入は固相のパラジ
ウムによつて防ぐことが出来る。 そこで市販金属チタン上にパラジウムあるいは
ニツケルをメツキし、流動パラフインを塗布した
のちPd−Ｐ合金薄板を並べて石英管内に置き真
空に引き所定の温度の炉に短時間挿入した。その
結果、溶融したPd−Ｐ合金はメツキしたパラジ
ウムにニツケルの上に濡れが良いため、均一に広
がると共にチタンとメツキしたパラジウムやニツ
ケルとの境界には薄いPd−TiあるいはNi−Ti合
金層が生成し、結果としてPd−Ｐ合金が均一な
厚さに下地金属チタン上にNi−TiあるいはPd−
Ti層を介して密着した。これに実施例３と同様
なレーザービーム照射処理を施すことによつて、
あらかじめパラジウムメツキした場合にはPd−
Ti−Ｐ合金がまたあらかじめNiメツキをした場
合はPd−Ti−Ｐ合金が均一な厚さで高強度非晶
質合金被覆として下地金属チタン上に密着して作
製された。 実施例 ５ 厚さ15μｍの幅 100ｍのNi箔を市販の厚さ２
mmのNb板に載せ、圧延率50％で圧延し、次に850
℃、30分間、真空雰囲気中で熱拡散処理を行い、
Nb下地金属の表面に厚さ12μｍのNiが密着した
試料を作製した。次に、出力500Wの炭酸ガスレ
ーザーを照射し、Ni−40Nb非晶質合金層をNb
下地金属上に作製した。レーザービーム処理は、
表面被覆層を上にして、100mm／secで被照射体を
移動させながら被照射体表面に焦点を結ぶ500W
の直径0.2mmのCO2レーザービームを照射して行
つた。この場合、溶融幅は約0.2mmであつたので
被照射体の長さ方向に被照射体を移動しながら被
照射体の端から端までレーザービームを照射した
のち、被照射体を幅方向に0.05mmずらして再び、
被照射体を長さ方向に移動させながら試料表面の
全体を照射した。この全体照射を２回行つた結
果、表面のNi層と下地金属のNbの一部が合金化
し、約25μｍの60Ni−40Nb合金層が形成させた。
次に、800mm／secで被照射体を移動させながら、
同じく0.075mm幅方向にずらして試料表面全体を
照射し、表面を非晶質化させた。この表面のＸ線
回析図を第４図に示す。第４図もまた表面が非晶
質構造となつており、照射により表面全体が非晶
質化したことを表している。 〔発明の効果〕 以上説明した通り、本発明によれば、高エネル
ギー密度ビームの照射側のパラメータで投入熱量
の上限を制御することにより、特別な冷却手段を
必要とせず、通常の金属材料の上に特殊な性質を
備えた任意の組成の均質な非晶質合金被膜を連続
した面状に作製することが可能であるという効果
がある。 実施例３及び５におけるエネルギー密度と照射
時間の積は例は下表のとおりである：
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第１図ａは下地金属上に重ねた金属薄板からな
る被覆合金属層をビーム処理する方法の模式図で
あり、第１図ｂは下地金属上に重ねた金属薄板か
らなる被覆合金層を下地金属の一部と共にビーム
処理する方法の模式図である。第２図はニツケル
下地金属上に作製した非晶質55Fe−10Cr−15Ni
−13P−7C合金被覆表面のＸ線回析図である。第
３図はニツケル下地金属上に作製した非晶質
56Pd−25Ni−19P合金被膜表面のＸ線回析図で
ある。第４図はニオブ下地金属上に作製した非晶
質60Ni−40Nb合金のＸ線回析図である。 図中：１：高エネルギー密度ビーム、２：被覆
金属層、３：下地金属。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 下地金属表面上に重ねた少なくとも一枚の金
    属薄板に高エネルギー密度ビームを照射すること
    によつて表面被覆非晶質合金層を作製する方法に
    おいて、 前記金属薄板と前記下地金属表面とを真空中あ
    るいは不活性気体中で加熱接合させる工程と 前記金属表面上に重ねた前記金属薄板の上方か
    ら、高エネルギー密度ビームを照射することによ
    つて前記金属薄板あるいは該金属薄板と前記下地
    金属表層の一部とを共に溶融させるに充分な照射
    エネルギー密度のビームを予め定められた照射時
    間で照射し、該ビームによつて局所的に溶融した
    溶融金属を下地金属への熱伝導により急速凝固さ
    せつつ、溶融・凝固の連続操作により所望組成の
    非晶質合金の連続した帯状の非晶質合金を得る工
    程と、 前記連続操作で得られた帯状の非晶質合金層の
    幅方向に一部を重複して隣接した帯状の非晶質合
    金層を同様の連続した溶融・凝固操作で形成する
    と共にこれを繰り返す工程とを備え、 かつ前記照射時間と前記照射エネルギー密度と
    の積を5J・sec／cm2以下に制御して、表面被覆非
    晶質合金層を作製する方法。 ２ 下地金属表面上に重ねた少なくとも一枚の金
    属薄板に高エネルギー密度ビームを照射すること
    によつて表面被覆非晶質合金層を作製する方法に
    おいて、 該金属薄板および下地金属の両者を高温で接合
    しやすい金属を予めメツキ等によつて下地金属上
    に被覆し、これに前記金属薄板と前記下地金属表
    面とを真空中あるいは不活性気体中で加熱接合さ
    せる工程と 前記金属表面上に重ねた前記金属薄板の上方か
    ら、高エネルギー密度ビームを照射することによ
    つて前記金属薄板あるいは該金属薄板と前記下地
    金属表層の一部とを共に溶融させるに充分な照射
    エネルギー密度のビームを予め定められた照射時
    間で照射し、該ビームによつて局所的に溶融した
    溶融金属を下地金属への熱伝導により急速凝固さ
    せつつ、溶融・凝固の連続操作により所望組成の
    非晶質合金の連続した帯状の非晶質合金を得る工
    程と、 前記連続操作で得られた帯状の非晶質合金層の
    幅方向に一部を重複して隣接した帯状の非晶質合
    金層を同様の連続した溶融・凝固操作で形成する
    と共にこれを繰り返す工程とを備え、 かつ、前記照射時間と前記照射エネルギー密度
    との積を5J・sec／cm2以下に制御して、表面被覆
    非晶質合金層を作製する方法。
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