JPH07188940A - 金属マトリックス中の炭化物の高密化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炭化物が分散したマトリックス中の表層部にお
いて、炭化物を微細化しつつ高密化させることのできる
炭化物の高密化方法を提供する。 【構成】金属マトリックス１及び金属マトリックス１中
に分散した炭化物２よりなる部材表層部の金属マトリッ
クス１のみを一部除去して、炭化物２を突出させる。炭
化物２の突出部分を溶融して溶融層で該部材表層部を被
覆する。この溶融層よりなる被覆層は炭化物が密に分散
された状態となり、また再溶融処理により炭化物の粒径
が微細・均一化されている。また、炭化物同士の空隙を
埋める金属マトリックス部も微細・均一化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属マトリックス中の炭
化物の高密化方法に関する。本発明方法は、例えば耐摩
耗性が要求される自動車エンジン用バルブフェース等の
肉盛部表層部における炭化物を高密度化するのに好適に
利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車エンジン用シリンダヘ
ッドやバルブフェース等の耐摩耗性が要求される部材の
表面に硬質材料を肉盛することがなされている。例え
ば、特開昭６２−１５００１５号公報には、シリンダヘ
ッドの弁座取付部にステライト、タングステンカーバイ
ド等の硬質材料をレーザにより肉盛する技術が開示され
ている。

【０００３】近年においては、自動車の高性能化、高排
気温化に伴い、例えばバルブフェースの肉盛部表層部に
おける耐摩耗性を向上させることが益々要求される。こ
こで、上記肉盛部の組織は、金属マトリックスと共晶炭
化物等よりなる硬質相とから構成されている。そして、
耐摩耗性向上に寄与するのは共晶炭化物等の硬質相であ
る。このため、上記肉盛部の表層部において、炭化物の
面積率を増加させて高密化すること、及び炭化物を微細
・均一化して金属マトリックス部を微細・均一化するこ
とが、該表層部の耐摩耗性を向上させるために必要とな
る。

【０００４】肉盛部表層部において炭化物を高密化する
第１の手段としては、肉盛材料中の炭素添加量を増大さ
せることが考えられる。しかし、炭素添加量を増大させ
ると、肉盛時に割れや欠肉等の欠陥が発生しやすくな
る。このため、肉盛材料中の炭素添加量の増大により炭
化物の面積率を増大させることには限界があり、該面積
率を６０％以上にすることは困難である。

【０００５】また、肉盛部表層部において炭化物を高密
化する第２の手段としては、肉盛表層部を合金化するこ
とが考えられる。これは、肉盛部の表面にペースト状の
炭化物を静置した後、溶融処理するものであり、炭化物
の面積率を６０％以上にすることが可能である。しか
し、この手段では、炭化物粉末の粒度制限（数μｍ以
上）を受けるため、肉盛部の表層部において炭化物を充
分に微細化・均一化させることができず、その結果炭化
物同士の空隙を埋める金属マトリックス部も微細・均一
化させることができない。

【０００６】なお、酸素−アセチレンガス等を用いるガ
ス肉盛法と比べて、肉盛部の組織を微細化させるのに有
利な高密度エネルギー熱源を利用する肉盛法を採用した
場合において、冷却速度を速めること等により微細化に
有利な条件で肉盛したとしても、マトリックスの最大径
が９０〜１００μｍ以上となり粗大な組織となってしま
う。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、炭化物が分散したマトリックス中の表層部におい
て、炭化物を微細化しつつ高密化させることのできるマ
トリックス中の炭化物の高密化方法を提供することを解
決すべき技術課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の金属マトリックス中の炭化物の高密化方法は、金属
マトリックス及び該金属マトリックス中に分散した炭化
物よりなる部材表層部の該金属マトリックスのみを一部
除去して、該炭化物を突出させる工程と、該炭化物の突
出部分を溶融する工程とからなることを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】本発明の金属マトリックス中の炭化物の高密化
方法は、部材表層部の金属マトリックスのみを一部除去
して、部材表面から炭化物を突出させ、この炭化物の突
出部分を溶融する。この溶融層よりなる被覆層は、炭化
物が密に分散された状態となり、炭化物を高密化するこ
とができる。また、この溶融層よりなる被覆層において
は、炭化物の粒径が微細・均一化されている。つまり、
炭化物の再溶融処理により、溶融した炭化物は部材表層
部に広がり、この時非溶融層による熱吸収により急冷さ
れるため、炭化物が微細・均一化される。この結果、部
材の最表層部に、微細・均一化された炭化物がマトリッ
クス金属中に高密度に分散された被覆層を形成すること
ができる。また、この被覆層においては、微細・均一化
された炭化物が高密度に分散されているので、炭化物同
士の空隙を埋める金属マトリックス部も微細・均一化す
ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
本実施例は、自動車エンジン用バルブフェースに肉盛部
表層部において、マトリックス中の炭化物を高密化する
ものである。まず、肉盛材料として、コバルト等よりな
る金属マトリックスと共晶炭化物とから構成されるステ
ライトＮｏ．６を準備した。

【００１１】このステライトＮｏ．６を、高密度エネル
ギー熱源としてレーザーを用い、レーザ出力；２．５ｋ
Ｗ、盛金速度；５０ｍｍ／ｍｉｎの条件によりバルブフ
ェースの表面に２．５ｍｍの厚さで肉盛した後、表面研
削により約１ｍｍの厚さに加工した。なお、この肉盛部
の表層部は、図１に模式的に示すように、金属マトリッ
クス１と、金属マトリックス１中に均一分散した共晶炭
化物２とから構成されている。また、この肉盛部表層部
における、炭化物面積率は約４０％であり、炭化物同士
の空隙を埋める金属マトリックス１の部分の最大径は約
９８μｍであった。

【００１２】そして、上記肉盛部の表層部に、電解液と
して過塩素酸酢酸を用い、電圧１３０Ｖの条件の電解エ
ッチング処理することにより、肉盛部表層部を構成する
金属マトリックス１のみを一部溶解、除去した。これに
より、表層部の表面から共晶炭化物２を突出させた。な
お、この共晶炭化物２の突出長さは、約３０μｍであ
る。

【００１３】次に、レーザを用い、レーザ出力：０．５
ｋＷ、処理速度：５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で、上記突
出した炭化物を溶融して、該炭化物の溶融層で部材表層
部を被覆した。これにより、表層部の表面に、約３０μ
ｍの厚さで、微細な炭化物２が密に均一分散した被覆層
３を形成した。この被覆層３の炭化物面積率及び炭化物
同士の空隙を埋める金属マトリックス部の最大径を測定
した結果を、図４及び図５にそれぞれ示す。なお、炭化
物面積率は、画像処理することにより測定した。また、
金属マトリックス部の最大径は、光学顕微鏡写真上で測
定した。

【００１４】なお、比較のため、平均粒径２０μｍの炭
素粉末を上記肉盛部の表面に静置し、同様の条件で溶融
処理して合金化した比較例１、上記肉盛部のマトリック
スを溶解、除去せずに、上記実施例と同様に炭化物の溶
融処理のもを施した比較例２、及び肉盛後に無処理の比
較例３についても、同様に炭化物面積率及びマトリック
ス部の最大径を測定した結果を、図４及び図５に併せて
示す。

【００１５】図４及び図５からも明らかなように、本実
施例方法により、肉盛部表層部において、炭化物面積率
を増加させ、かつ、炭化物、ひいては金属マトリックス
部を微細・均一化させることができ、肉盛表層部の耐摩
耗性を向上させることが可能となる。とくに、本実施例
方法では、高密度エネルギー熱源を用いて肉盛した肉盛
部の表層部を処理したものである。この肉盛部表層部に
おいては、金属マトリックス１中に微細な炭化物２が均
一分散しているため、上記電界エッチング処理後の表層
部においても微細な炭化物２が均一分散した状態で突出
している。そして、このように均一分散した微細な炭化
物を再溶融処理して、この炭化物の溶融層から上記被覆
層３が形成されるので、被覆層３はより微細な炭化物が
均一分散された状態となる。また、被覆層３はほとんど
炭化物のみから構成され、かつ、この炭化物が微細であ
るため、マトリックス部も微細となる。

【００１６】なお、炭化物を再溶融処理することにより
炭化物自身を微細化できることは、再溶融処理のみを行
った比較例３が無処理の比較例４よりもマトリックス部
を微細化できることから確認することができる。また、
上記被覆層３において、炭化物面積率が被覆層３の深さ
に応じてどのように変化するかを調べた結果を図６に示
すように、被覆層３の深い部分ほど炭化物面積率が低下
している。このため、被覆層３の膜厚としては、２０〜
３０μｍとすることが好ましい。

【００１７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の金属マトリ
ックス中の炭化物の高密化方法は、部材の最表層部にお
いて、微細な炭化物を密に、かつ、均一分散させること
ができ、その結果炭化物同士の空隙を埋める金属マトリ
ックスも微細・均一化させることができる。したがっ
て、部材表面の耐摩耗性を向上させることが可能であ
る。とくに、本発明方法は、高密度エネルギー熱源を用
いて肉盛した肉盛部の表層部において、炭化物をより高
密化、微細・均一化して耐摩耗性を向上させることに有
効に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例方法に係り、肉盛部表層部の組織を模
式的に示す断面図である。

【図２】本実施例方法に係り、肉盛部表層部のマトリッ
クスを溶解した後の状態を模式的に示す断面図である。

【図３】本実施例方法に係り、肉盛部表層部から突出し
た炭化物を溶融した後の状態を模式的に示す断面図であ
る。

【図４】本実施例方法及び比較例方法により肉盛部表層
部を表面処理した後の炭化物面積率を測定した結果を示
すグラフである。

【図５】本実施例方法及び比較例方法により肉盛部表層
部を表面処理した後のマトリックス部の最大径を測定し
た結果を示すグラフである。

【図６】本実施例方法により形成した被覆層において、
炭化物面積率が被覆層の深さに応じて変化する調べた結
果を示すグラフである。

【符号の説明】

１は金属マトリックス、２は炭化物、３は被覆層であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属マトリックス及び該金属マトリック
   ス中に分散した炭化物よりなる部材表層部の該金属マト
   リックスのみを一部除去して、該炭化物を突出させる工
   程と、 該炭化物の突出部分を溶融する工程とからなることを特
   徴とする金属マトリックス中の炭化物の高密化方法。