JPH044975A - アルミ鋳物部品の局部強化方法 - Google Patents

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、内燃機関のシリンダヘッドなどのアルミ鋳物
部品の局部強化方法に関する。

［従来の技？ｆｉ］ 近来にあっては、エンジンの高出力化に伴い、シリンダ
ヘッドに、温度上昇による熱負荷と同時に、機械的負荷
の増大が問題となっている。

即ち第７図に示すように、この負荷増大により、シリン
ダヘッド１の下面２、特に他の部位より比較的肉薄な部
分である吸気ボート３と排気ボート４との間（弁間部）
、及びこれらと燃料噴射ノズル孔（或いは予燃焼室孔）
５との間の部分６に、熱キレッが生じてしまう。

また第８図に示すように、ピストン７においても負荷の
大きい燃焼室８の周囲（図中斜線にて示す）が強化され
るべき部位となる。

この対策として従来採用された局部強化方法には、次の
ような技術があった。

■合金化：耐熟成分（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｊ等）を適
量添加し、耐熱強度を向上 させる。

■鋳包み；熱キレン発生部位に鉄鋼材料、耐熱金属材料
を鋳包む。

■改良処理；ストロンチウムやチタンを適量添加し、析
出する結晶粒をＦ１１ｆＩＩＵ化し、引張強度を高める
と同時に、伸び特 性を向上させ、耐熱キレツ性を向上 させる。

■硬質アルマイト処理；硬質アルマイト処理被膜を１０
０μ１前後形成させることで耐熱性を向上させる。

■再溶融処理：レーザ、電子ビーム、ＴＩＧなどの高密
度エネルギ源によりアルミ 母材を溶融、急冷凝固させることで、 結晶粒の微細化を図り耐熱強度を高 める。

ただしこれらの従来技術には、次のような問題があった
。

■合金化・・・コスト高となるほか、合金添加により鋳
造性が悪くなり、“引は巣”等の鋳造欠陥発生により、
生産性、歩留りの悪化を伴う。

また鋳造性の悪化により、耐熱強度に大きな影響を及ぼ
すミクロシュリンケージか多くなり、合金化によってか
えって耐熱強度を悪化させることになる。

■鋳包み・・・鋳包み性の確保のため、鋳包み鉄鋼材料
の前処理としてアルミナイズ処理を必要とするほか、酸
化防止、鋳包み温度の徹底管理、及び鋳包み後の非破壊
検査が必要となり、大幅な工数増大となる。

■改良処理・・・簡便な改良方法であるが、効果が小さ
い。

■硬質アルマイト処理・・・耐熱性向上効果は上記■、
■と比べ大きいが、キレン発生部位のみを処理するため
には、他の部位のマスキングによるアルマイト除去処理
が必要となり、手間がかかる高価な処理となる。

■再溶融処理・・・処理方法が簡便で耐熱性向上効果が
大きい処理であるが、現在求められている耐熱性向上目
標に対して不充分である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記■〜■の従来技術が有している問題点を避けるもの
として、■の再溶融時に耐熱成分を添加する合金再溶融
処理がある。近来にあっては、強化したい部位にプラズ
マ溶接機によって耐熱金属粉末（Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗなど）を単独・で或いは混合させて溶かし込み、
結晶粒機紐化すると同時に、合金化する方法が研究され
ている。

この方法によれば、耐熱合金化層の濃度を高くできるた
め、前記再溶融処理よりも局部的な耐熱性及び耐摩耗性
能の向上が図れることとなる。ただしこの方法において
は、次のような問題があつた。

ａ、耐熱金属粉末を単独で溶加する場合、母材アルミと
のなじみ性が悪く、溶加金属層と母材との境界部でキレ
ンが生じやすい。

ｂ、耐熱金属粉末を複数種混ぜて溶加する場合、混合が
均一にならないことによる溶加金属の収縮率の違いによ
りキレンが生じる。

Ｃ，プラズマ溶接機による粉末添加では、母材のガス欠
陥のガスを溶融時放出し、これか溶接肉盛り部に現出し
カス欠陥の多い肉盛りとなる。

そこで本発明は、大幅な耐熱性の向上が図れ、しかもキ
レンなどの欠陥が生じないアルミ鋳物部品の局部強化方
法を提供すべく創案されたものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、強化
対象の部位に耐熱物質粉末を用いて肉盛り溶接した後、
その部位を高密度エネルギにて再溶融させるものである
。

また上記肉盛り溶接は、プラズマ溶接法によって為され
ることが好ましい。

さらに上記耐熱物質粉末は、耐熱元素を核とし、アルミ
となじみ性が良い金属粒子を被覆粒子としたカプセル粒
子で成るものであってもよい。

そして本発明は、耐熱元素の核粒子に金属粒子を被覆さ
せたカプセル粒子を鞘材の内に充填させて複合ワイヤを
形成し、この複合ワイヤを溶加材として強化対象となる
部位に肉盛り溶接した後、高密度エネルギにて再溶融さ
せるものである６［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面に従って説明する。

第１図は、本発明に係わるアルミ鋳物部品の局部強化方
法の第一の実施例を示したものであり、シリンダヘッド
などのアルミ鋳物部品１１の強化対象となる部位１２に
、耐熱物質粉末１３を使ってプラズマ溶接機１４で肉盛
りした後、ＴＩＧ溶接トーチ１５で再溶融させるもので
ある。

プラズマ溶接機１４は、アークを飛ばすための電極（タ
ングステン棒）１６と、これを囲んで作動ガスＧを噴出
させる内ノズル１７と、微粉末を供給する外ノズル１８
とを偏えて成る。そして、内ノズル１７と作動ガスＧと
によって、アークを絞るように拘束してエネルギ密度を
高めると共に、微粉末を母材に吹き付けて、肉盛り溶接
（溶射）するようになっている２本実施例にあっては、
供給する粉末として耐熱物質であるＮｉの粉末を使用し
ている。

またＴＩＧ溶接トーチ１５は、ＴＩＧ溶接を行う装置で
あって、アークを発生させるための電極１９と、シール
ドのための不活性ガスを噴出させるノズル２０とで成る
。

これらプラズマ溶接１ｆｉ１４とＴＩＧトーチ１５とを
所定の間隔を隔てて直列に並べ、プラズマ溶接機１４を
先行させて部位１２の表面に沿って移動させる。

即ち、プラズマ溶射によって対象部位にＮｉ粉末を肉盛
り溶接して、Ｎｉ粉末が添加された耐熱合金層２１を形
成した直後に、ＴＩＧ溶接トーチ１５のアークによって
、強化すべき部位１２を再溶融し、アルミ鋳物に強固に
合金化させて再溶融合金化層２２を形成する。

このようにすることで、添加するＮｉ濃度を濃くするこ
とができ、耐熱性の大幅な向上が達成されると共に、再
溶融によりなじみ性を良好にし、キレンの発生による剥
がれやガス欠陥などを防止できる。

またプラズマ溶接機を使用して肉盛りを行ったので、Ｎ
ｉ粉末をそのままの形で使用でき、極めて実際的である
。

そして従来は、プラズマ溶接法によって耐熱金属粉末を
局部的に添加する場合、溶接電流、電圧、電極の移動速
度、溶加耐熱金属の添加量など、条件設定が多様で、か
つその管理が複雑であった。

これに対し本発明は、条件設定の幅を広くでき、且つ第
一段のプラズマによる肉盛りを、完全な品質でなくても
、第二段の高密度エネルギにより完全な品質とすること
が可能となる。即ち、管理が容易で生産性の向上に寄与
できるものである。

なお高密度エネルギとしては、本実施例のＴＩＧアーク
の他、電子ビームやレーザビーム、プラズマアークなど
を用いることができる。

また耐熱物質としては、Ｎｉの他、Ｃｒ、Ｍ。

などの耐熱金属でもよい。さらに、異種物質粒子を複合
させたカプセル粒子を使用して゛もよい。

このカプセル粒子を製造するに際しては、第２図に示す
ように、まず核となるＮｉ粒子３１に、その１／１０程
度の粒径を有したアルミ粒子３２を静電付着させ、これ
を８，０００〜１６．ＯＯＯｒｐ１ｍの回転翼を備えた
容器（遠心転勤装置）の内に投入し、１〜１０分間、気
流による衝撃力を与える。この衝撃作用により、アルミ
粒子３２がＮｉ粒子３１に強固に付着して、第３図に示
すように、Ｎｉ粒子を核３３とし、これよりも小径のア
ルミ被覆粒子３４が囲繞して成るカプセル粒子３５が得
られる。

このようなカプセル粒子３５を使用することで、合金化
層２１．２２の外側が同質のアルミであることから、ア
ルミ母材とのなじみ性がより一層良くなると共に、Ｎｉ
とアルミとの混合を均一にでき、品質の向上に寄与でき
る。

なお被覆粒子としては、アルミの他、アルミとなじみ性
のある金属（Ｃｕ、Ｃｕ合金など）を使用すればよい。

次に本発明の第二の実施例を説明する。

この実施例は、前記第３図に示したカプセル粒子３５を
使用して、ＭＩＧ溶接法により対象部位ｌ２に肉盛りし
た後、第一の実施例と同様に再溶融させるものである。

先ず第４図に示すように、カプセル粒子３５を集合させ
た粉体を、鞘材となるアルミ製パイプ４１に充填し、−
これを線引きして第５図に示すような直径０．８〜１．
６ｉｎの複合ワイヤ４２を形成する。この複合ワイヤ４
２の製へ造は、公知のフラックス入りワイヤ（ｆｌｕｘ
−ｃｏｒｅｄ　ｗｉｒｅ　）と同様に行えばよい。

そしてこの複合ワイヤ４２を、第６図に示すようにＭＩ
Ｇ溶接を行うＭＩＧ溶接装置４３にセットする。

このＭＩＧ溶接装置４３は、不活性ガスを吹き出すため
のノズル４４と、溶接用のワイヤを順次送り出すための
ワイヤ供給装置４５とを備え、そのワイヤを消耗電極に
してアーク溶接を行うようになっている。

このＭＩＧ溶接装置４３と直列に、前記第一の実施例と
同様なＴＩＧ溶接トーチ１５を配置しておき、複合ワイ
ヤ４２を溶加材とした肉盛り溶接を行って耐熱合金層４
５を形成させた後、これをＴＩＧアークによって再溶融
することで、再７８融合金化層４６を形成する。

このようにすることで、前記第一の実施例と同様に、耐
熱性の大幅な向上が達成されると共に、再溶融によりな
じみ性を良好にし、キレッの発生などの溶接欠陥を防止
できる。またカプセル粒子３５で製造した複合ワイヤ４
２により、均質な再溶融合金化層４６が形成できるもの
である。

そして溶接速度の速いＭＩＧ溶接装置を使用して肉盛り
をすることで、生産性の向上に寄与できる。

なお、鞘材としては、アルミ製のパイプの他、アルミと
なじみ性がよく延性がある金属であれば、どの様なもの
を使用しても構わない。

［発明の効果コ 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を
発揮する。

（１）強化対象の部位に耐熱物質粉末を用いて肉盛り溶
接した後、これを高密度エネルギにて再溶融させるので
、耐熱性の大幅な向上が達成されると共に、なじみ性が
良好になり、キレッ発生などの溶接欠陥を防止できる。

（２ン上記肉盛り溶接がプラズマ溶接法にて為される方
法においては、耐熱物質粉末をそのままの形で使用でき
る。

（３）上記耐熱物質粉末が、耐熱元素を核とし、アルミ
となじみ性が良い金属粒子を被覆粒子としたカプセル粒
子で成る方法においては、さらに、均一に耐熱元素が配
合された再溶融合金化層を形成できる。

（４）上記のカプセル粒子で複合ワイヤを形成し、これ
を溶加材として肉盛り溶接した後、高密度エネルギにて
再溶融させるので、耐熱性の大幅な向上が達成されると
共に、なじみ性が良好になり、キレッ発生などの溶接欠
陥を防止でき、さらに生産性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるアルミ鋳物部品の局部強化方法
の第一の実施例を説明するための断面図、第２図はその
耐熱物質粉末たるカプセル粒子を製造する過程を示した
断面図、第３図は製造されたカプセル粒子の断面図、第
４図は本発明の第二の実施例を説明するための複合ワイ
ヤを製造する過程を示した斜視図、第５図は製造された
複合ワイヤの斜視図、第６図はその複合ワイヤを使って
肉盛りをする工程を示した断面図、第７図は従来技術の
課題を説明するためのアルミ鋳物部品なるシリングへ・
ｙドの下面図、第８図は同じくピストンの斜視図である
。 図中、１２は強化対象の部位、１３は耐熱物質粉末、１
４はプラズマ溶接機、１５はＴＩＧ溶接トーチ、３５は
カプセル粒子、４２は複合ワイヤ、４３はＭＩＧ溶接装
置である。 特許出願人　　いす１゛自動車株式会社代理人　弁理士
　　絹　谷　信　雄 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．強化対象の部位に耐熱物質粉末を用いて肉盛り溶接
   した後、上記部位を高密度エネルギにて再溶融させるこ
   とを特徴とするアルミ鋳物部品の局部強化方法。
2. ２．上記肉盛り溶接が、プラズマ溶接法によつて為され
   る請求項１記載のアルミ鋳物部品の局部強化方法。
3. ３．上記耐熱物質粉末が、耐熱元素を核とし、アルミと
   なじみ性が良い金属粒子を被覆粒子としたカプセル粒子
   で成る請求項１又は２記載のアルミ鋳物部品の局部強化
   方法。
4. ４．耐熱元素の核粒子に金属粒子を被覆させたカプセル
   粒子を鞘材の内に充填させて複合ワイヤを形成し、該複
   合ワイヤを溶加材として強化対象となる部位に肉盛り溶
   接した後、高密度エネルギにて再溶融させることを特徴
   とするアルミ鋳物部品の局部強化方法。