JPH05306476A - 表面被覆材、表面被覆処理方法および内燃機関用バルブ - Google Patents
表面被覆材、表面被覆処理方法および内燃機関用バルブInfo
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- JPH05306476A JPH05306476A JP14012192A JP14012192A JPH05306476A JP H05306476 A JPH05306476 A JP H05306476A JP 14012192 A JP14012192 A JP 14012192A JP 14012192 A JP14012192 A JP 14012192A JP H05306476 A JPH05306476 A JP H05306476A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は被処理表面に安価かつ容易に高硬度か
つ耐摩耗性の良好な被覆硬化層を形成することを目的と
する。 【構成】Ti −Al 系金属間化合物に融点降下元素を添
加することにより、被処理材料の融点よりも低融点とし
て熱処理を容易とし、かつ硬質粒子を混合して硬度を確
保し耐摩耗性を付与する。
つ耐摩耗性の良好な被覆硬化層を形成することを目的と
する。 【構成】Ti −Al 系金属間化合物に融点降下元素を添
加することにより、被処理材料の融点よりも低融点とし
て熱処理を容易とし、かつ硬質粒子を混合して硬度を確
保し耐摩耗性を付与する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主として金属の表面に被
覆硬化層を形成する表面被覆材、該表面被覆材を使用し
た表面被覆処理方法、および該表面被覆処理が施されて
いる内燃機関用バルブに関するものである。
覆硬化層を形成する表面被覆材、該表面被覆材を使用し
た表面被覆処理方法、および該表面被覆処理が施されて
いる内燃機関用バルブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】Ti 、Ti 合金、あるいはTi −Al 系
金属間化合物は比較的強度が高くしかも軽量であり、例
えば回転運動、往復運動等をする部材の材料とすれば、
駆動エネルギーを小さく出来また振動も軽減出来る。し
かしながら上記Ti 、Ti 合金、あるいはTi −Al 系
金属間化合物は十分な耐磨耗性を持たないために適用範
囲に限界がある。
金属間化合物は比較的強度が高くしかも軽量であり、例
えば回転運動、往復運動等をする部材の材料とすれば、
駆動エネルギーを小さく出来また振動も軽減出来る。し
かしながら上記Ti 、Ti 合金、あるいはTi −Al 系
金属間化合物は十分な耐磨耗性を持たないために適用範
囲に限界がある。
【0003】従来、上記Ti 、Ti 合金、あるいはTi
−Al 系金属間化合物の欠点を解消するために、例えば
Ti 合金に硬質粒子を混合した表面被覆材が提供されて
いる。(特願平3−211624号、特願平3−231
709号、特願平3−245527号)。
−Al 系金属間化合物の欠点を解消するために、例えば
Ti 合金に硬質粒子を混合した表面被覆材が提供されて
いる。(特願平3−211624号、特願平3−231
709号、特願平3−245527号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の表面被覆材は融点が高いために、金属被処理表面に被
覆硬化層を形成するためにはプラズマ粉末溶接法(PP
W法)を適用しなければならず、金属被処理表面に広い
面積にわたって被覆硬化層を形成するためにはコストが
非常にかゝると云う問題点があった。
の表面被覆材は融点が高いために、金属被処理表面に被
覆硬化層を形成するためにはプラズマ粉末溶接法(PP
W法)を適用しなければならず、金属被処理表面に広い
面積にわたって被覆硬化層を形成するためにはコストが
非常にかゝると云う問題点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
を解決するための手段として、Ti −Al 系金属間化合
物に融点降下元素を添加して融点が1250℃以下にな
るように調節した基材に硬質粒子を1〜30重量%の割
合で混合した表面被覆材を提供するものである。
を解決するための手段として、Ti −Al 系金属間化合
物に融点降下元素を添加して融点が1250℃以下にな
るように調節した基材に硬質粒子を1〜30重量%の割
合で混合した表面被覆材を提供するものである。
【0006】(Ti −Al 系金属間化合物)本発明の表
面被覆材の基材としては、Ti −Al 系金属間化合物が
使用されるが、望ましいTi −Al 系金属間化合物とし
てはAl を25〜42重量%含むTi −Al 系金属間化
合物がある。Al をこの範囲で含むTi −Al 系金属間
化合物はTi Al もしくはTi Al +Ti3Al を形成
し、したがって対象とする被処理表面、特にTi 系被処
理表面とのなじみが良く、また変態点が比較的高温であ
るので、Ti 合金のように被処理部材の使用温度(例え
ば400〜500℃)で変態、時効等の現象を生じない
ため熱的安定性に優れる。
面被覆材の基材としては、Ti −Al 系金属間化合物が
使用されるが、望ましいTi −Al 系金属間化合物とし
てはAl を25〜42重量%含むTi −Al 系金属間化
合物がある。Al をこの範囲で含むTi −Al 系金属間
化合物はTi Al もしくはTi Al +Ti3Al を形成
し、したがって対象とする被処理表面、特にTi 系被処
理表面とのなじみが良く、また変態点が比較的高温であ
るので、Ti 合金のように被処理部材の使用温度(例え
ば400〜500℃)で変態、時効等の現象を生じない
ため熱的安定性に優れる。
【0007】Al が25重量%未満で含まれる場合には
Ti3Al の比率が増加して靱延性が劣化し割れ感受性が
高くなる。一方Al が42重量%を越えて含まれる場合
にはTi Al3が過剰に形成されやはり靱延性が劣化し割
れ感受性が高くなる。更にAl はTi3Al 量が5〜50
容量%の範囲になる30〜34重量%で含まれることが
望ましい。
Ti3Al の比率が増加して靱延性が劣化し割れ感受性が
高くなる。一方Al が42重量%を越えて含まれる場合
にはTi Al3が過剰に形成されやはり靱延性が劣化し割
れ感受性が高くなる。更にAl はTi3Al 量が5〜50
容量%の範囲になる30〜34重量%で含まれることが
望ましい。
【0008】(融点降下元素)上記Ti −Al 系金属間
化合物の融点を降下させるために用いられる元素として
はたとえばCu,Zr,Ni,Mn,Si,BおよびPが有利であ
り、上記元素は二種以上混合されてもよい。そしてCu
は5〜40重量%、Zr は5〜50重量%、Ni は5〜
30重量%、Mn は5〜30重量%、Si は1〜20重
量%、Bは0.01〜5重量%、Pは0.01〜5重量
%の範囲で添加されることが望ましく、上記範囲未満の
添加量では融点降下効果は顕著でなくなり、また上記範
囲を越える添加量では表面被覆材の靱性を低下させる。
化合物の融点を降下させるために用いられる元素として
はたとえばCu,Zr,Ni,Mn,Si,BおよびPが有利であ
り、上記元素は二種以上混合されてもよい。そしてCu
は5〜40重量%、Zr は5〜50重量%、Ni は5〜
30重量%、Mn は5〜30重量%、Si は1〜20重
量%、Bは0.01〜5重量%、Pは0.01〜5重量
%の範囲で添加されることが望ましく、上記範囲未満の
添加量では融点降下効果は顕著でなくなり、また上記範
囲を越える添加量では表面被覆材の靱性を低下させる。
【0009】上記元素は上記範囲において添加量が多い
程表面被覆材の融点が降下し、被処理表面との密着性を
確保する処理がし易くなるが、結果として得られる被覆
硬化層の使用可能温度も低くなるので、上記元素の添加
量はこの点を考慮して決定されなければならない。
程表面被覆材の融点が降下し、被処理表面との密着性を
確保する処理がし易くなるが、結果として得られる被覆
硬化層の使用可能温度も低くなるので、上記元素の添加
量はこの点を考慮して決定されなければならない。
【0010】本発明においては、上記融点降下元素を添
加したTi −Al 系金属間化合物は1250℃以下に調
節された融点を有する。該金属間化合物の融点が125
0℃を越えると被処理材の密着性を高める熱処理時の材
料の変形等該被処理表面に密着させる処理が困難にな
る。
加したTi −Al 系金属間化合物は1250℃以下に調
節された融点を有する。該金属間化合物の融点が125
0℃を越えると被処理材の密着性を高める熱処理時の材
料の変形等該被処理表面に密着させる処理が困難にな
る。
【0011】(硬質粒子)本発明に使用する硬質粒子と
しては炭化物、窒化物、ほう化物等がある。該硬質粒子
を例示すればTi C、Nb C、WC、Ti N、Nb N、
BN、Ti2B等であり、上記硬質粒子は二種以上混合さ
れてもよい。上記硬質粒子は上記基材中に分散して被覆
硬化層の硬度を向上させるために添加されるものであ
り、そのためには1重量%以上混合されることが望まし
いが、混合量が30重量%を越えると結果として得られ
る被覆硬化層に割れが入り易くなる。
しては炭化物、窒化物、ほう化物等がある。該硬質粒子
を例示すればTi C、Nb C、WC、Ti N、Nb N、
BN、Ti2B等であり、上記硬質粒子は二種以上混合さ
れてもよい。上記硬質粒子は上記基材中に分散して被覆
硬化層の硬度を向上させるために添加されるものであ
り、そのためには1重量%以上混合されることが望まし
いが、混合量が30重量%を越えると結果として得られ
る被覆硬化層に割れが入り易くなる。
【0012】(表面被覆処理方法)本発明の表面被覆材
は通常粉末形状で提供される。上記粉末状の表面被覆材
を製造するには、上記基材、融点降下元素および硬質粒
子を混合溶製して一体化してから粉末化する方法が原則
的に用いられるが、各々の粉末を所定比率混合してもよ
いし、また成分の一部を溶製し、一部を粉末として混合
してもよい。
は通常粉末形状で提供される。上記粉末状の表面被覆材
を製造するには、上記基材、融点降下元素および硬質粒
子を混合溶製して一体化してから粉末化する方法が原則
的に用いられるが、各々の粉末を所定比率混合してもよ
いし、また成分の一部を溶製し、一部を粉末として混合
してもよい。
【0013】上記粉末状の表面被覆材は通常60〜20
0メッシュ程度の粒度とされ、ポリビニルアルコール溶
媒中に分散されスラリー状又はペースト状とし、部材の
被処理表面にスプレー、浸漬、はけ塗り等の方法で塗布
し、該被処理表面の融点よりも低くかつ表面被覆材の融
点よりも高い温度で加熱して該塗布層を該被処理表面に
密着させ、該被処理表面上に被覆硬化層を形成する。
0メッシュ程度の粒度とされ、ポリビニルアルコール溶
媒中に分散されスラリー状又はペースト状とし、部材の
被処理表面にスプレー、浸漬、はけ塗り等の方法で塗布
し、該被処理表面の融点よりも低くかつ表面被覆材の融
点よりも高い温度で加熱して該塗布層を該被処理表面に
密着させ、該被処理表面上に被覆硬化層を形成する。
【0014】(被処理部材)本発明の表面被覆材を用い
た表面被覆処理方法が特に有用であるのは前記したよう
に回転運動、往復運動等をする部材、例えば内燃機関の
バルブ、カム等である。このような部材は駆動エネルギ
ーを小さくするために比較的強度が高くかつ軽量である
材料を使用することが望ましく、このような材料として
はTi 、Ti合金、Ti −Al 系金属間化合物が適当で
ある。上記Ti 、Ti 合金、Ti −Al 系金属間化合物
を例示すれば、純Ti 、Ti −6Al −4V,Ti −2
2V−4Al ,Ti −6Al −6V−2Sn 等のTi 合
金、いわゆるスーパーアルファ合金と呼ばれるTi3Al
もしくはTi Al +Ti3Al からなるTi −Al 系金属
間化合物である。
た表面被覆処理方法が特に有用であるのは前記したよう
に回転運動、往復運動等をする部材、例えば内燃機関の
バルブ、カム等である。このような部材は駆動エネルギ
ーを小さくするために比較的強度が高くかつ軽量である
材料を使用することが望ましく、このような材料として
はTi 、Ti合金、Ti −Al 系金属間化合物が適当で
ある。上記Ti 、Ti 合金、Ti −Al 系金属間化合物
を例示すれば、純Ti 、Ti −6Al −4V,Ti −2
2V−4Al ,Ti −6Al −6V−2Sn 等のTi 合
金、いわゆるスーパーアルファ合金と呼ばれるTi3Al
もしくはTi Al +Ti3Al からなるTi −Al 系金属
間化合物である。
【0015】
【作用】本発明の表面被覆材においては、Ti −Al 系
金属間化合物を基材とし、これに融点降下元素を添加し
て融点を1250℃以下になるように調節してあるか
ら、該表面被覆材を部材の被処理表面に付着させて熱処
理により密着させる際、該被処理表面を構成する材料の
融点よりも低い温度が適用出来、広範囲にわたって容易
に被覆することが可能になる。
金属間化合物を基材とし、これに融点降下元素を添加し
て融点を1250℃以下になるように調節してあるか
ら、該表面被覆材を部材の被処理表面に付着させて熱処
理により密着させる際、該被処理表面を構成する材料の
融点よりも低い温度が適用出来、広範囲にわたって容易
に被覆することが可能になる。
【0016】また上記Ti −Al 系金属間化合物は変態
点が比較的高温であるから、被処理部材の使用温度(通
常400〜500℃)において硬さ等の特性が変わるこ
となく安定している。更に本発明の表面被覆材には硬質
粒子が混合されているから結果として得られる被覆硬化
層は高い硬度を有し優れた耐磨耗性が得られる。
点が比較的高温であるから、被処理部材の使用温度(通
常400〜500℃)において硬さ等の特性が変わるこ
となく安定している。更に本発明の表面被覆材には硬質
粒子が混合されているから結果として得られる被覆硬化
層は高い硬度を有し優れた耐磨耗性が得られる。
【0017】
〔実施例1〕 (1) 被処理材料 下記の組成の被処理材料を用いる。 A 純Ti B Ti −6Al −4V C Ti −22V−4Al D Ti −14Al −20Nb −3V−2Mo E Ti −33.5Al F Ti −33.5Al −0.5Si −0.5Cr −
1Nb 上記材料のうちA〜Dについてはプラズマ熱源を用いて
積層凝固させた後、真空中でアークによって再溶解する
ことによって得た100Kgのインゴットを熱間加工して
から適当な熱処理を施した材料を使用し、E,Fについ
てはプラズマアークを熱源として水冷銅ルツボを備えた
スカル炉を用いてAr ガス雰囲気中で材料を溶解して8
Kgのインゴットを得た。上記被処理材料A〜Fについて
それぞれ径10mm、長さ50〜100mmの棒材を切出し
て被処理材料とした。
1Nb 上記材料のうちA〜Dについてはプラズマ熱源を用いて
積層凝固させた後、真空中でアークによって再溶解する
ことによって得た100Kgのインゴットを熱間加工して
から適当な熱処理を施した材料を使用し、E,Fについ
てはプラズマアークを熱源として水冷銅ルツボを備えた
スカル炉を用いてAr ガス雰囲気中で材料を溶解して8
Kgのインゴットを得た。上記被処理材料A〜Fについて
それぞれ径10mm、長さ50〜100mmの棒材を切出し
て被処理材料とした。
【0018】(2) 表面被覆材 表1に示す組成の基材を溶解し遠心噴霧法によって粉末
とし、60〜200メッシュに篩別したものに表1に示
す硬質粒子を混合して表面被覆材とした。
とし、60〜200メッシュに篩別したものに表1に示
す硬質粒子を混合して表面被覆材とした。
【0019】(3) 表面被覆処理 上記表面被覆材粉末をポリビニルアルコールと混合して
スラリーとし、該スラリーに上記棒状の被処理材料を浸
漬して該スラリーを付着させた。その後1000〜11
00℃の範囲で熱処理し、形成された被覆硬化層表面を
研削して評価に供する試料とした。
スラリーとし、該スラリーに上記棒状の被処理材料を浸
漬して該スラリーを付着させた。その後1000〜11
00℃の範囲で熱処理し、形成された被覆硬化層表面を
研削して評価に供する試料とした。
【0020】(4) 試験 各材料について、割れの有無の確認、硬度測定、磨耗試
験を行なった。 割れの有無 目視による 硬度測定 被覆硬化層の硬さを荷重1kgf でHVとして測定した。 磨耗試験 ピンオンディスク磨耗試験により周速62.6m/分、距
離2.63×104 m 、押付力30kg、無潤滑状態で試
料の重量減を測定した。 上記試験結果は表1に示される。
験を行なった。 割れの有無 目視による 硬度測定 被覆硬化層の硬さを荷重1kgf でHVとして測定した。 磨耗試験 ピンオンディスク磨耗試験により周速62.6m/分、距
離2.63×104 m 、押付力30kg、無潤滑状態で試
料の重量減を測定した。 上記試験結果は表1に示される。
【表1】
【0021】表1によれば本発明試料No.1〜16は被
覆硬化層に割れを生ぜず、高硬度かつ良好な耐摩耗性を
有するが、表面被覆処理を施さない比較試料A1 は低硬
度で耐摩耗性に著しく劣り、融点降下元素を添加せず、
かつ硬質粒子を30重量%を越えて含有する比較試料A
2 は被覆硬化層に割れを生じ、また硬質粒子を混合しな
い比較試料A3 は低硬度で耐摩耗性に劣る。
覆硬化層に割れを生ぜず、高硬度かつ良好な耐摩耗性を
有するが、表面被覆処理を施さない比較試料A1 は低硬
度で耐摩耗性に著しく劣り、融点降下元素を添加せず、
かつ硬質粒子を30重量%を越えて含有する比較試料A
2 は被覆硬化層に割れを生じ、また硬質粒子を混合しな
い比較試料A3 は低硬度で耐摩耗性に劣る。
【0022】〔実施例2〕実施例1の被処理材料B,D
のインゴットを鍛伸した後、図1に示すようなフェース
部(2) 、軸部(3) 、軸端部(4) とからなる内燃機関用バ
ルブ(1) に加工した。該バルブ(1) のフェース径は30
mm,長さは100mmである。更に被処理材料Fのインゴ
ットを鍛造して切削加工によって同形のバルブとした。
のインゴットを鍛伸した後、図1に示すようなフェース
部(2) 、軸部(3) 、軸端部(4) とからなる内燃機関用バ
ルブ(1) に加工した。該バルブ(1) のフェース径は30
mm,長さは100mmである。更に被処理材料Fのインゴ
ットを鍛造して切削加工によって同形のバルブとした。
【0023】実施例1の(2) に記した表面被覆材を使用
して、(3) に記した表面被覆処理方法により、上記バル
ブの軸部(3) および軸端部(4) に夫々被覆硬化層(5) を
形成し、この際の被覆硬化層(5) の割れの有無および硬
度を測定した。その結果を表2に示す。
して、(3) に記した表面被覆処理方法により、上記バル
ブの軸部(3) および軸端部(4) に夫々被覆硬化層(5) を
形成し、この際の被覆硬化層(5) の割れの有無および硬
度を測定した。その結果を表2に示す。
【表2】
【0024】表2によれば本発明の試料No.1〜5は被
覆硬化層に割れを生ぜずかつ高硬度であるが、硬質粒子
を混合しない比較試料A1 は硬度が充分でなく、また硬
質粒子を30重量%を越えて含有する比較試料A2 は割
れが発生する。
覆硬化層に割れを生ぜずかつ高硬度であるが、硬質粒子
を混合しない比較試料A1 は硬度が充分でなく、また硬
質粒子を30重量%を越えて含有する比較試料A2 は割
れが発生する。
【0025】
【発明の効果】したがって、本発明においては被処理表
面に硬度が大でかつ耐摩耗性の良好な被覆硬化層を形成
することが出来、また広い面積にわたって被覆硬化層を
形成してもコストがかゝらない。
面に硬度が大でかつ耐摩耗性の良好な被覆硬化層を形成
することが出来、また広い面積にわたって被覆硬化層を
形成してもコストがかゝらない。
【図1】実施例2に用いたバルブ試料の斜視図
1 バルブ 5 被覆硬化層
Claims (5)
- 【請求項1】Ti −Al 系金属間化合物に融点降下元素
を添加して融点が1250℃以下になるように調節した
基材に硬質粒子を1〜30重量%の割合で混合したこと
を特徴とする表面被覆材 - 【請求項2】該融点降下元素はCu,Zr,Ni,Mn,Si,B
およびPからなる群から選ばれた一種または二種以上の
元素であり、Cu は5〜40重量%、Zr は5〜50重
量%、Ni は5〜30重量%、Mn は5〜30重量%、
Si は1〜20重量%、Bは0.01〜5重量%、Pは
0.01〜5重量%の範囲で添加される請求項1に記載
の表面被覆材 - 【請求項3】請求項1または2に記載の表面被覆材を被
処理表面に付着させた後熱処理を行なって該表面被覆材
を該被処理表面に密着せしめることを特徴とする表面被
覆処理方法 - 【請求項4】該表面被覆材は粉末であり、該粉末を溶剤
と混合した上で該被処理表面に付着させる請求項3の表
面被覆処理方法 - 【請求項5】請求項3または4の表面被覆処理が軸端、
軸部およびフェース部の少なくとも一ヶ所以上に施され
ていることを特徴とする内燃機関用バルブ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04140121A JP3141524B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 表面被覆材、表面被覆処理方法および内燃機関用バルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04140121A JP3141524B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 表面被覆材、表面被覆処理方法および内燃機関用バルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05306476A true JPH05306476A (ja) | 1993-11-19 |
| JP3141524B2 JP3141524B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=15261393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04140121A Expired - Fee Related JP3141524B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 表面被覆材、表面被覆処理方法および内燃機関用バルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3141524B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106222653A (zh) * | 2016-08-19 | 2016-12-14 | 合肥东方节能科技股份有限公司 | 一种高耐磨性的轧机导卫衬板的制备方法 |
| CN106319399A (zh) * | 2016-09-23 | 2017-01-11 | 北方工业大学 | 一种含P元素Ti基非晶合金及其制备方法 |
| CN111270234A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-06-12 | 昆明理工大学 | 一种在钛合金表面制备钛铝增强涂层的方法 |
-
1992
- 1992-04-30 JP JP04140121A patent/JP3141524B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106222653A (zh) * | 2016-08-19 | 2016-12-14 | 合肥东方节能科技股份有限公司 | 一种高耐磨性的轧机导卫衬板的制备方法 |
| CN106319399A (zh) * | 2016-09-23 | 2017-01-11 | 北方工业大学 | 一种含P元素Ti基非晶合金及其制备方法 |
| CN111270234A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-06-12 | 昆明理工大学 | 一种在钛合金表面制备钛铝增强涂层的方法 |
| CN111270234B (zh) * | 2020-03-10 | 2022-04-19 | 昆明理工大学 | 一种在钛合金表面制备钛铝增强涂层的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3141524B2 (ja) | 2001-03-05 |
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