JPH0639556A

JPH0639556A - アルミニウム又はアルミニウム合金のプラズマ粉体肉盛方法

Info

Publication number: JPH0639556A
Application number: JP17678992A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Makuchi; 裕馬久地; Yasutoshi Nakada; 田康俊中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-02-15

Abstract

(57)【要約】【目的】肉盛層中のブローホールを低減させることが
可能であるアルミニウム又はアルミニウム合金のプラズ
マ粉体肉盛方法を提供する。【構成】アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に
プラズマ粉体肉盛方法による肉盛を行うに際し、熱源と
して交流プラズマアークを用い、肉盛用溶加材料として
ガス含有量が０．３ｍｌ／１００ｇｒ以下のＡｌ合金粉
末を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車部品をはじめと
して幅広い分野に使用されているアルミニウム又はアル
ミニウム合金製部品の表面処理方法に関し、とくに、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金の表面にブローホール
の少ない肉盛層を設けるのに好適なアルミニウム又はア
ルミニウム合金のプラズマ粉体肉盛方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム又はアルミニウム合金は、
鉄鋼材料と比べ、軽量で熱伝導性，耐食性に優れている
という特徴があり、自動車部品をはじめとして幅広い分
野で使用されている。

【０００３】しかし、一般に、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金は、鉄鋼材料に比べ、強度や耐摩耗性，耐熱
性に劣っており、そのままでは近年の各種部材の軽量化
要求に伴う鉄鋼材料からの代替材料としては適用可能な
部位，部品は限られている。

【０００４】また、すでにアルミニウム又はアルミニウ
ム合金が使用されている部位，部品の場合であっても、
使用環境がより苛酷になると耐久性が不足することにな
る。

【０００５】これらの問題の対応策として、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金部材の表面に耐摩耗，耐熱性等
を有する表面処理層を形成する方法がある。、例えば、
ＰＶＤ，ＣＶＤにより硬質皮膜を形成する方法とか、め
っきや溶射により硬質皮膜を形成する方法である。

【０００６】しかし、これらの方法で形成される皮膜
は、基材との密着力が弱く信頼性に乏しいという欠点が
ある。また、ＰＶＤ，ＣＶＤは成膜速度が小さく、厚膜
のコーティングが困難であり、処理部材の大きさも限定
されるという短所がある。他方、めっきや溶射は比較的
厚膜のコーティングが可能であるが、廃液処理や騒音，
有害光線，粉塵等の発生により環境面で好ましくない部
分がある。また、１ｍｍを超えるような厚膜のコーティ
ングは困難である。

【０００７】一方で、電子ビーム，レーザー，アークな
どといった高エネルギ密度熱源により基材表面とともに
合金化金属を溶融させて厚い硬化合金層を形成する方法
（例えば、ピストンリング溝の部分をエネルギビーム再
溶融処理により硬化するピストンの製造方法を開示した
特開昭５５−２７５８７号他）がある。この方法では、
硬化合金層が基材と冶金的に結合しているため、密着性
が高く、１ｍｍ以上の処理層厚さを簡単に得ることがで
きる。

【０００８】しかし、この方法では、基材の溶融の仕方
によって、得られる硬化合金層の組成が異なってしまう
ため、安定した性質を持つ硬化合金層を得るのは困難で
ある。

【０００９】こうした問題を解決する方法として、肉盛
用溶加材料としてＡｌ−Ｃｕ系合金粉末を用い、交流プ
ラズマアークにより肉盛溶接する方法（肉盛用溶加材料
として少なくともＣｕを１５〜５５重量％含むＡｌ−Ｃ
ｕ系合金粉末を用いる肉盛溶接方法を開示した特開平３
−２２６３９４号）がある。

【００１０】この方法によれば、基材の溶融は少なくか
つ安定しているため、肉盛層の性質も安定したものが得
られる。また、割れを生じない程度の肉盛層となるＡｌ
−Ｃｕ系合金粉末を肉盛用溶加材料とすることにより、
アルミニウム又はアルミニウム合金部材の耐摩耗性や耐
熱性の向上が可能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た肉盛用溶加材料としてＡｌ−Ｃｕ系合金粉末を用いた
従来の方法では、割れの発生は抑えることができるもの
の、この従来のＡｌ−Ｃｕ系合金粉末を使用した肉盛層
にはブローホールが発生することがあり、時には部品と
しての要求性能を十分に満足しえないものとなることが
あるという問題点があって、このような問題点を解決す
ることが課題となっていた。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
み、前述した従来のＡｌ−Ｃｕ系合金粉末を肉盛用溶加
材料として使用した粉体肉盛溶接での問題点を解決すべ
くなされたもので、その目的とするところは、肉盛層中
のブローホールの発生を低減させるプラズマ粉体肉盛方
法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係わるアルミニウム又はアルミニウム合金の
プラズマ粉体肉盛方法は、熱源として交流プラズマアー
クを用い、肉盛用溶加材料としてガス含有量が０．３ｍ
ｌ／１００ｇｒ以下のＡｌ合金粉末を用いる構成とした
ことを特徴としている。

【００１４】また、同じ目的を達成するための本発明に
係わるアルミニウム又はアルミニウム合金のプラズマ粉
体肉盛方法は、熱源として交流プラズマアークを用い、
肉盛用溶加材料としてプラズマ回転電極法により作製し
たＡｌ合金粉末を用いる構成としたことを特徴としてい
る。

【００１５】前述した従来のＡｌ−Ｃｕ系合金粉末を用
いたプラズマ粉体肉盛方法において、ブローホールが発
生しやすい原因をつきとめるために、肉盛用溶加材料と
して使用されるＡｌ合金粉末をガスアトマイズ法により
作製し、熱源として交流プラズマアークを用いて粉体肉
盛溶接を行い、これによって形成した肉盛層に発生した
ブローホールを観察・分析した結果、肉盛層の表面近く
にある比較的大きなブローホールはＡｒ、全体にある微
小なブローホールはＨ_２が発生原因であることを確かめ
た。

【００１６】この場合、肉盛層の表面近くにある大きな
ブローホールのＡｒは、シールドガスやキャリアガス，
プラズマガスが巻き込まれたために発生したもので、肉
盛層のごく表面を研削すればとれてしまうことから、実
用上の問題はないが、全体にある微小なブローホール
は、溶接条件によってかなり低減できるものの、完全に
なくすことは難しい。

【００１７】この全体にある微小なブローホールは、お
もにＨ_２が原因で、このＨ_２の発生源は、肉盛用溶加材
料として使用されるＡｌ合金粉末に含まれているＨ_２で
あることを確認した。一般に、Ａｌ合金は、溶融状態と
固体状態ではＨ_２の溶解度の差が他金属に比べ特に大き
く、肉盛溶接のように凝固速度が大きい場合には、固体
状態で過飽和となったＨ_２がブローホールとして残るこ
ととなる。従って、あらかじめガス含有量を抑えたＡｌ
合金粉末を肉盛用溶加材料として使用することにより、
肉盛層中のブローホールをかなり低減できることを見い
出した。

【００１８】そして、Ａｌ合金粉末中のガス含有量が
０．３ｍｌ／１００ｇｒを超えると、肉盛層中に粗大な
ブローホールが多く残ることとなるが、０．３ｍｌ／１
００ｇｒ以下ではブローホールがかなり減少して微細な
ものとなり、実用上問題のないレベルとなる。

【００１９】また、上記の肉盛用溶加材料としてのＡｌ
合金粉末は、通常のガスアトマイズ粉末の場合について
であるが、粉末作製の１つに上記アトマイズ法以外のも
のとしてプラズマ回転電極法と称される方法があり、こ
の方法を用いると、粉末作製時に脱ガス作用があるた
め、素材のガス含有量が高くとも作製された粉末のガス
レベルはかなり低いものとなる。また、粉末の形態も球
形に近く表面に吸着する水分も少ないため、プラズマ回
転電極法により作製したＡｌ合金粉末を肉盛用溶加材料
として使用することによって、肉盛層のブローホールも
低く抑えられる。

【００２０】

【発明の作用】本発明に係わるアルミニウム又はアルミ
ニウム合金のプラズマ粉体肉盛方法では、熱源として交
流プラズマアークを用い、肉盛用溶加材料としてガス含
有量が０．３ｍｌ／１００ｇｒ以下のＡｌ合金粉末を用
い、また、プラズマ回転電極法により作製したＡｌ合金
粉末を用いることとしているので、Ａｌ合金粉末中に含
まれているガスによる肉盛層中のブローホールがかなり
低減されるものとなり、アルミニウム又はアルミニウム
合金部材の表面特性がさらに向上したものとなる。

【００２１】

【実施例】粉末製造用溶湯として脱ガスの程度を変えた
ものを用い、Ｎ_２ガスアトマイズ法によってガス含有量
の異なる表１の粉末Ｎｏ．１〜４に示すＡｌ−３３重量
％Ｃｕ合金粉末を肉盛用溶加材料として作製し、これら
の粉末を使用して、また、熱源として交流プラズマアー
ク電源を用いることにより表２に示す肉盛溶接条件で、
ＪＩＳＨ４０００Ａ１０５０Ｐのアルミニウム合
金板上に肉盛溶接を行い、その後Ｘ線透過試験によって
ブローホールの発生状況を評価比較した。この結果を表
３に示す。

【００２２】また、Ａｌ−３３重量％Ｃｕ合金を大気中
溶解，真空溶解してガス含有量の異なるインゴットを鋳
造し、各鋳造素材からプラズマ回転電極法によって表１
の粉末Ｎｏ．５〜７に示すＡｌ−３３重量％Ｃｕ合金粉
末を肉盛用溶加材料として作製し、上記ガスアトマイズ
粉と同様にして表２に示す肉盛溶接条件で肉盛溶接を行
ったのち、ブローホールの評価を行った、この結果を同
じく表３に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】表３に示した結果より明らかなように、ガ
スアトマイズ法により作製したＡｌ合金粉末を用いた粉
末Ｎｏ．１〜４では、素材中のガス含有量の増加ととも
に粉末中のガス含有量も増加してブローホールも多くな
っており、粉末中のガス含有量が０．３ｍｌ／１００ｇ
ｒ以下のものではほぼ実用上差し支えないレベルである
ことが認められた。

【００２７】また、プラズマ回転電極法により作製した
Ａｌ合金粉末を用いた粉末Ｎｏ．５〜７では、素材中の
ガス含有量にかかわらず粉末中のガス含有量が少ないも
のとなっていることからブローホールは低レベルのもの
となっていることが認められた。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係わるアルミニウム又はアルミ
ニウム合金のプラズマ粉体肉盛方法によれば、熱源とし
て交流プラズマアークを用い、肉盛用溶加材料としてガ
ス含有量が０．３ｍｌ／１００ｇｒ以下のＡｌ合金粉末
を用い、また、プラズマ回転電極法により作製したＡｌ
合金粉末を用いることとしているので、Ａｌ合金粉末中
に含まれているガスに起因するブローホールがかなり低
減されたものとなり、ブローホールの少ない健全な肉盛
層をアルミニウム又はアルミニウム合金表面に形成する
ことができ、軽量で熱伝導性，耐食性に優れているアル
ミニウム又はアルミニウム合金部材の適用範囲をさらに
拡大することが可能になるという著しく優れた効果がも
たらされる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金表面
に肉盛を行うに際し、熱源として交流プラズマアークを
用い、肉盛用溶加材料としてガス含有量が０．３ｍｌ／
１００ｇｒ以下のＡｌ合金粉末を用いることを特徴とす
るアルミニウム又はアルミニウム合金のプラズマ粉体肉
盛方法。
【請求項２】アルミニウム又はアルミニウム合金表面
に肉盛を行うに際し、熱源として交流プラズマアークを
用い、肉盛用溶加材料としてプラズマ回転電極法により
作製したＡｌ合金粉末を用いることを特徴とするアルミ
ニウム又はアルミニウム合金のプラズマ粉体肉盛方法。