JPH0681113A - アルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面硬化方法 - Google Patents
アルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面硬化方法Info
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Landscapes
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- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた耐摩耗性と耐塑性変形性を有した硬化
層を形成することができるアルミニウム材またはアルミ
ニウム合金材の表面硬化方法を提供する。 【構成】 アルミニウム材表面に鉄をプラズマ溶射し、
電子ビーム溶接により溶融した。その結果、厚さ約４ｍ
ｍのアルミニウム−鉄の合金層が得られた。次に、合金
層を有するアルミニウム材料を密閉容器に入れ、真空に
したのち、この容器中に水素と窒素の混合ガスを導入
し、減圧条件下で合金層と炉壁の間に直流電圧を印加し
て、グロー放電を発生させ、５３０度、１０時間、真空
度６Ｔｏｒｒにて合金層の表面をイオン窒化した。図３
は、イオン窒化処理後の合金層の表面の硬さと窒化層の
厚さの測定結果を示しており、実線が硬さの測定結果、
点線が厚さの測定結果を示している。
層を形成することができるアルミニウム材またはアルミ
ニウム合金材の表面硬化方法を提供する。 【構成】 アルミニウム材表面に鉄をプラズマ溶射し、
電子ビーム溶接により溶融した。その結果、厚さ約４ｍ
ｍのアルミニウム−鉄の合金層が得られた。次に、合金
層を有するアルミニウム材料を密閉容器に入れ、真空に
したのち、この容器中に水素と窒素の混合ガスを導入
し、減圧条件下で合金層と炉壁の間に直流電圧を印加し
て、グロー放電を発生させ、５３０度、１０時間、真空
度６Ｔｏｒｒにて合金層の表面をイオン窒化した。図３
は、イオン窒化処理後の合金層の表面の硬さと窒化層の
厚さの測定結果を示しており、実線が硬さの測定結果、
点線が厚さの測定結果を示している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、優れた耐摩耗性と耐塑
性変形性を有したアルミニウム材またはアルミニウム合
金材を製作することができるアルミニウム材またはアル
ミニウム合金材の表面硬化方法に関する。
性変形性を有したアルミニウム材またはアルミニウム合
金材を製作することができるアルミニウム材またはアル
ミニウム合金材の表面硬化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム材またはアルミニウム合金
材は、軽量であるという優れた特性を有しており、各種
機器、構造物などに広く使用されているが、他の金属や
合金に比較して硬さが低く、耐摩耗性が劣っている。そ
のため、従来からイオン注入，表面焼入れ，硬質メッ
キ，イオン窒化，拡散浸透熱処理，溶射などの手法や、
更には、アーク，電子ビーム，レーザービームを利用し
た溶接による肉盛りなどの手法によりアルミニウム材ま
たはアルミニウム合金材の表面の硬化を行い、それら材
料の硬さや耐磨耗性の欠点を補うようにしている。
材は、軽量であるという優れた特性を有しており、各種
機器、構造物などに広く使用されているが、他の金属や
合金に比較して硬さが低く、耐摩耗性が劣っている。そ
のため、従来からイオン注入，表面焼入れ，硬質メッ
キ，イオン窒化，拡散浸透熱処理，溶射などの手法や、
更には、アーク，電子ビーム，レーザービームを利用し
た溶接による肉盛りなどの手法によりアルミニウム材ま
たはアルミニウム合金材の表面の硬化を行い、それら材
料の硬さや耐磨耗性の欠点を補うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したイオン注入，
表面焼入れ，硬質メッキ，イオン窒化，拡散浸透熱処
理，溶射などによるアルミニウム材またはアルミニウム
合金材の表面硬化においては、ビッカース硬さ８００Ｈ
Ｖ以上の硬化層が得られるが、その厚さは数μｍ〜２０
０μｍ程度にすぎない。ところで、アルミニウム材また
はアルミニウム合金材の表面硬化層に荷重が負加された
場合、例えば、表面硬化された軸と軸受けが接触面圧を
受けながら摺動しているような場合、最大応力は材料表
面の直下に発生する。硬化層の厚さが薄い場合は、最大
応力はアルミニウム材またはアルミニウム合金材母材に
生じ、硬化層は塑性変形しないものの、母材は硬さが低
いために塑性変形を起こしてしまう。もちろん、硬化層
の厚さを厚くすれば最大応力は硬化層中に発生するた
め、母材には塑性変形は発生しない。
表面焼入れ，硬質メッキ，イオン窒化，拡散浸透熱処
理，溶射などによるアルミニウム材またはアルミニウム
合金材の表面硬化においては、ビッカース硬さ８００Ｈ
Ｖ以上の硬化層が得られるが、その厚さは数μｍ〜２０
０μｍ程度にすぎない。ところで、アルミニウム材また
はアルミニウム合金材の表面硬化層に荷重が負加された
場合、例えば、表面硬化された軸と軸受けが接触面圧を
受けながら摺動しているような場合、最大応力は材料表
面の直下に発生する。硬化層の厚さが薄い場合は、最大
応力はアルミニウム材またはアルミニウム合金材母材に
生じ、硬化層は塑性変形しないものの、母材は硬さが低
いために塑性変形を起こしてしまう。もちろん、硬化層
の厚さを厚くすれば最大応力は硬化層中に発生するた
め、母材には塑性変形は発生しない。
【０００４】このようにアルミニウム材またはアルミニ
ウム合金材の母材およびその硬化層の塑性変形を防止す
るには、硬化層の硬さと厚さをそれぞれ下限値以上に保
持しなければならない。厚さの下限値は負荷荷重が増大
する程、母材の硬さが低下する程増大するが、一般に数
ｍｍ程度を必要とする。しかし上記した硬化法により得
られる厚さは数μｍ〜２００μｍ程度であり、母材の塑
性変形を防止することはできない。
ウム合金材の母材およびその硬化層の塑性変形を防止す
るには、硬化層の硬さと厚さをそれぞれ下限値以上に保
持しなければならない。厚さの下限値は負荷荷重が増大
する程、母材の硬さが低下する程増大するが、一般に数
ｍｍ程度を必要とする。しかし上記した硬化法により得
られる厚さは数μｍ〜２００μｍ程度であり、母材の塑
性変形を防止することはできない。
【０００５】一方、アーク，電子ビーム，レーザービー
ムなどを利用した溶接法により、アルミニウム材または
アルミニウム合金材を溶融して合金層を形成する硬化法
は、数ｍｍ程度の厚さの合金層を容易に得ることができ
るが、合金層の硬さはビッカース硬さ３００〜４００Ｈ
Ｖ程度であり、４００ＨＶ以上になると割れが発生す
る。しかし現状ではアルミニウム材またはアルミニウム
合金材の耐摩耗性を向上するためにはビッカース硬さ４
００ＨＶ以上の硬さが要求されている。このように、上
記した現状の硬化法では、アルミニウム材またはアルミ
ニウム合金材に対し、耐摩耗性と耐塑性変形性をもつ硬
化層を得ることは困難である。
ムなどを利用した溶接法により、アルミニウム材または
アルミニウム合金材を溶融して合金層を形成する硬化法
は、数ｍｍ程度の厚さの合金層を容易に得ることができ
るが、合金層の硬さはビッカース硬さ３００〜４００Ｈ
Ｖ程度であり、４００ＨＶ以上になると割れが発生す
る。しかし現状ではアルミニウム材またはアルミニウム
合金材の耐摩耗性を向上するためにはビッカース硬さ４
００ＨＶ以上の硬さが要求されている。このように、上
記した現状の硬化法では、アルミニウム材またはアルミ
ニウム合金材に対し、耐摩耗性と耐塑性変形性をもつ硬
化層を得ることは困難である。
【０００６】本発明は、上述した点に鑑みて成されたも
ので、優れた耐摩耗性と耐塑性変形性を有した硬化層を
形成することができるアルミニウム材またはアルミニウ
ム合金材の表面硬化方法を提供することを目的としてい
る。
ので、優れた耐摩耗性と耐塑性変形性を有した硬化層を
形成することができるアルミニウム材またはアルミニウ
ム合金材の表面硬化方法を提供することを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に基づくアルミニ
ウム材またはアルミニウム合金材の表面硬化方法は、ア
ルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面に、溶融
によって鉄またはクロムを含有する合金層を形成し、そ
の後、該合金層の表面に対し、イオン窒化処理を施すよ
うにしたことを特徴としている。
ウム材またはアルミニウム合金材の表面硬化方法は、ア
ルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面に、溶融
によって鉄またはクロムを含有する合金層を形成し、そ
の後、該合金層の表面に対し、イオン窒化処理を施すよ
うにしたことを特徴としている。
【０００８】
【作用】本発明に基づくアルミニウム材またはアルミニ
ウム合金材の表面硬化方法は、アルミニウム材またはア
ルミニウム合金材の表面に、溶融によって鉄またはクロ
ムを含有する合金層を形成し、その後、該合金層の表面
に対し、イオン窒化処理を施す。一般に、アルミニウム
材またはアルミニウム合金材は、イオン窒化のために入
れられた密閉容器中に存在する酸素と容易に結合して、
極めて安定でかつ緻密な薄いアルミナ層を形成するため
に、イオン窒化法による硬化は極めて困難である。しか
し合金層中に約２０〜８０％の鉄またはクロムが含有さ
れているために、この鉄またはクロムが窒化物を形成
し、表面硬さを著しく増大させることができる。この合
金層には耐塑性変形性を負担させ、イオン窒化法により
形成された硬化層には耐磨耗性を負担させる。
ウム合金材の表面硬化方法は、アルミニウム材またはア
ルミニウム合金材の表面に、溶融によって鉄またはクロ
ムを含有する合金層を形成し、その後、該合金層の表面
に対し、イオン窒化処理を施す。一般に、アルミニウム
材またはアルミニウム合金材は、イオン窒化のために入
れられた密閉容器中に存在する酸素と容易に結合して、
極めて安定でかつ緻密な薄いアルミナ層を形成するため
に、イオン窒化法による硬化は極めて困難である。しか
し合金層中に約２０〜８０％の鉄またはクロムが含有さ
れているために、この鉄またはクロムが窒化物を形成
し、表面硬さを著しく増大させることができる。この合
金層には耐塑性変形性を負担させ、イオン窒化法により
形成された硬化層には耐磨耗性を負担させる。
【０００９】
【実施例】以下本発明の一実施例を詳述する。アルミニ
ウム材表面に鉄をプラズマ溶射し、電子ビーム溶接によ
り溶融した。その結果、厚さ約４ｍｍのアルミニウム−
鉄の合金層が得られた。合金層断面の深さ方向の硬さ分
布を図１に示すが、表面からの距離が０〜４mmの範囲
で、硬さはビッカース硬さ３００〜３５０ＨＶを示し
た。また、溶射する鉄の量と溶接条件により、合金層の
鉄の含有量を変化させることができた。合金層の硬さは
鉄の含有量により変化した。図２は、合金層のアルミニ
ウムおよび鉄含有量と硬さの関係の測定結果を示してい
る。鉄含有量が約３０〜６５％の範囲ではＦｅＡｌ2，
Ｆｅ2 Ａｌ5 ，ＦｅＡｌ3 などの金属間化合物が晶出し
て脆化し割れが発生した。
ウム材表面に鉄をプラズマ溶射し、電子ビーム溶接によ
り溶融した。その結果、厚さ約４ｍｍのアルミニウム−
鉄の合金層が得られた。合金層断面の深さ方向の硬さ分
布を図１に示すが、表面からの距離が０〜４mmの範囲
で、硬さはビッカース硬さ３００〜３５０ＨＶを示し
た。また、溶射する鉄の量と溶接条件により、合金層の
鉄の含有量を変化させることができた。合金層の硬さは
鉄の含有量により変化した。図２は、合金層のアルミニ
ウムおよび鉄含有量と硬さの関係の測定結果を示してい
る。鉄含有量が約３０〜６５％の範囲ではＦｅＡｌ2，
Ｆｅ2 Ａｌ5 ，ＦｅＡｌ3 などの金属間化合物が晶出し
て脆化し割れが発生した。
【００１０】さて、上述した電子ビーム溶接により形成
された合金層を有するアルミニウム材料を密閉容器に入
れ、真空にしたのち、この容器中に水素と窒素の混合ガ
スを導入し、減圧条件下で合金層と炉壁の間に直流電圧
を印加して、グロー放電を発生させ、５３０度、１０時
間、真空度６Ｔｏｒｒにて合金層の表面をイオン窒化し
た。第３図は、イオン窒化処理後の合金層の表面の硬さ
と窒化層の厚さの測定結果を示しており、実線が硬さの
測定結果、点線が厚さの測定結果を示している。なお、
横軸は合金層のアルミニウムおよび鉄の含有量である。
この測定結果から明らかなように、窒化層の厚さは薄い
ものの、硬さは、鉄の含有量によってはビッカース硬さ
９００以上となっている。
された合金層を有するアルミニウム材料を密閉容器に入
れ、真空にしたのち、この容器中に水素と窒素の混合ガ
スを導入し、減圧条件下で合金層と炉壁の間に直流電圧
を印加して、グロー放電を発生させ、５３０度、１０時
間、真空度６Ｔｏｒｒにて合金層の表面をイオン窒化し
た。第３図は、イオン窒化処理後の合金層の表面の硬さ
と窒化層の厚さの測定結果を示しており、実線が硬さの
測定結果、点線が厚さの測定結果を示している。なお、
横軸は合金層のアルミニウムおよび鉄の含有量である。
この測定結果から明らかなように、窒化層の厚さは薄い
ものの、硬さは、鉄の含有量によってはビッカース硬さ
９００以上となっている。
【００１１】以上、アルミニウムと鉄との合金層を形成
した実施例を詳述したが、鉄との合金以外に、クロムと
の合金層を形成した場合にも同様な効果が得られた。ま
た、アルミニウム材料以外にアルミニウム合金材料にも
本発明を適用することができる。なお、アルミニウム材
またはアルミニウム合金材表面に溶融により形成した合
金層、および、合金層表面にイオン窒化法により形成し
た窒化層は、いずれもすぐれた密着性を示した。
した実施例を詳述したが、鉄との合金以外に、クロムと
の合金層を形成した場合にも同様な効果が得られた。ま
た、アルミニウム材料以外にアルミニウム合金材料にも
本発明を適用することができる。なお、アルミニウム材
またはアルミニウム合金材表面に溶融により形成した合
金層、および、合金層表面にイオン窒化法により形成し
た窒化層は、いずれもすぐれた密着性を示した。
【００１２】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明では、アルミ
ニウム材またはアルミニウム合金材の表面に、溶融によ
って鉄またはクロムを含有する合金層を形成し、その
後、該合金層の表面に対し、イオン窒化処理を施こすよ
うにしたので、優れた耐摩耗性と耐塑性変形性を有した
アルミニウム材またはアルミニウム合金材を提供するこ
とができる。
ニウム材またはアルミニウム合金材の表面に、溶融によ
って鉄またはクロムを含有する合金層を形成し、その
後、該合金層の表面に対し、イオン窒化処理を施こすよ
うにしたので、優れた耐摩耗性と耐塑性変形性を有した
アルミニウム材またはアルミニウム合金材を提供するこ
とができる。
【図１】合金層断面の深さ方向の硬さ分布を示す。
【図２】合金層のアルミニウムおよび鉄含有量と硬さの
関係を示す線図である。
関係を示す線図である。
【図３】合金層のアルミニウムおよび鉄含有量とイオン
窒化法による窒化層の表面硬さおよび厚さの関係を示す
図である。
窒化法による窒化層の表面硬さおよび厚さの関係を示す
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 博次 東京都府中市住吉町３−４−６ 日本電子 工業株式会社府中工場内 (72)発明者 須摩 浩之 東京都相模原市宮下３−10−14 日本電子 工業株式会社相模原工場内
Claims (1)
- アルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面に、溶
融によって鉄またはクロムを含有する合金層を形成し、
その後、該合金層の表面に対し、イオン窒化処理を施す
ようにしたことを特徴とするアルミニウム材またはアル
ミニウム合金材の表面硬化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256984A JP3002844B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | アルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面硬化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256984A JP3002844B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | アルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面硬化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0681113A true JPH0681113A (ja) | 1994-03-22 |
| JP3002844B2 JP3002844B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=17300114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3256984A Expired - Lifetime JP3002844B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | アルミニウム材またはアルミニウム合金材の表面硬化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3002844B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19815019B4 (de) * | 1998-04-03 | 2007-08-16 | HQM Härterei und Qualitätsmanagement GmbH | Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridschichten auf Bauteilen aus Aluminiumwerkstoffen auf der Grundlage des Plasmanitrierens |
| JP2011225960A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Tocalo Co Ltd | 軽金属またはその合金の表面層強化方法 |
| JP2011225959A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Tocalo Co Ltd | 軽金属またはその合金の表面層強化方法 |
| CN109183020A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-11 | 合肥工业大学 | 一种铝合金表面复合梯度改性层的制备方法 |
| CN111690893A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-09-22 | 大连理工大学 | 一种提高核主泵惰转飞轮结构完整性的加工方法 |
-
1991
- 1991-09-09 JP JP3256984A patent/JP3002844B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19815019B4 (de) * | 1998-04-03 | 2007-08-16 | HQM Härterei und Qualitätsmanagement GmbH | Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridschichten auf Bauteilen aus Aluminiumwerkstoffen auf der Grundlage des Plasmanitrierens |
| JP2011225960A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Tocalo Co Ltd | 軽金属またはその合金の表面層強化方法 |
| JP2011225959A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Tocalo Co Ltd | 軽金属またはその合金の表面層強化方法 |
| CN109183020A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-11 | 合肥工业大学 | 一种铝合金表面复合梯度改性层的制备方法 |
| CN111690893A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-09-22 | 大连理工大学 | 一种提高核主泵惰转飞轮结构完整性的加工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3002844B2 (ja) | 2000-01-24 |
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