JPH0783948B2 - 保護皮膜形成法 - Google Patents
保護皮膜形成法Info
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- JPH0783948B2 JPH0783948B2 JP63317322A JP31732288A JPH0783948B2 JP H0783948 B2 JPH0783948 B2 JP H0783948B2 JP 63317322 A JP63317322 A JP 63317322A JP 31732288 A JP31732288 A JP 31732288A JP H0783948 B2 JPH0783948 B2 JP H0783948B2
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- Laser Beam Processing (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、保護皮膜形成法に関し、より詳しくはアルミ
ニウムまたはアルミニウムの母材上に耐熱耐摩耗性保護
皮膜を形成する技術に関するものである。
ニウムまたはアルミニウムの母材上に耐熱耐摩耗性保護
皮膜を形成する技術に関するものである。
最近、自動車、航空機、産業用ロボット等の軽量化を図
るために、基本的には比重の小さいアルミニウムおよび
またはアルミニウム合金を用いながら、このアルミニウ
ムおよびまたはアルミニウム合金の非常に悪い耐熱性お
よび耐摩耗性を補うに必要な部分だけを、脆くて割れ易
いが非常に硬い耐熱耐摩耗性合金を用いる耐熱耐摩耗性
保護皮膜でもって被覆する技術の必要性が高まってい
る。
るために、基本的には比重の小さいアルミニウムおよび
またはアルミニウム合金を用いながら、このアルミニウ
ムおよびまたはアルミニウム合金の非常に悪い耐熱性お
よび耐摩耗性を補うに必要な部分だけを、脆くて割れ易
いが非常に硬い耐熱耐摩耗性合金を用いる耐熱耐摩耗性
保護皮膜でもって被覆する技術の必要性が高まってい
る。
従来、このような耐熱耐摩耗性保護皮膜を形成する方法
としては、次のようなものがある。
としては、次のようなものがある。
アルミニウムおよびまたはアルミニウム合金の母材
上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末だけを供給して、この供
給した粉末をレーザビームにより溶融する方法。
上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末だけを供給して、この供
給した粉末をレーザビームにより溶融する方法。
アルミニウムおよびまたはアルミニウム合金の母材
上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末をスプレー塗布して、こ
のスプレー塗布した粉末をレーザビームにより溶融する
方法。
上に耐熱耐摩耗性合金粉の粉末をスプレー塗布して、こ
のスプレー塗布した粉末をレーザビームにより溶融する
方法。
しかしながら、前述されたものにおいて、の場合に
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金と較べて耐熱
耐摩耗性合金粉が融点が高く、比重が大きいために、皮
膜形成のために耐熱耐摩耗性合金粉を溶融させるに際し
て耐熱耐摩耗性合金（粉）が沈んでしまうことになり、
その結果硬度分布が不均一になるとともに第３図（Ａ）
の金属組織の顕微鏡写真ならびに第３図（Ｂ）の要部拡
大図に見られるように割れも多数発生するという問題点
がある。また、の場合には、皮膜の硬度が耐熱耐磨耗
性合金に対するアルミニウムまたはアルミニウム合金の
母材による希釈度に大きく左右されるために、スプレー
塗布時に非常に厳密な皮膜厚管理が必要で製造工程管理
が困難であるとともに、工程も溶融工程の他にスプレー
塗布工程が別途必要となって工程が増えるという問題点
がある。
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金と較べて耐熱
耐摩耗性合金粉が融点が高く、比重が大きいために、皮
膜形成のために耐熱耐摩耗性合金粉を溶融させるに際し
て耐熱耐摩耗性合金（粉）が沈んでしまうことになり、
その結果硬度分布が不均一になるとともに第３図（Ａ）
の金属組織の顕微鏡写真ならびに第３図（Ｂ）の要部拡
大図に見られるように割れも多数発生するという問題点
がある。また、の場合には、皮膜の硬度が耐熱耐磨耗
性合金に対するアルミニウムまたはアルミニウム合金の
母材による希釈度に大きく左右されるために、スプレー
塗布時に非常に厳密な皮膜厚管理が必要で製造工程管理
が困難であるとともに、工程も溶融工程の他にスプレー
塗布工程が別途必要となって工程が増えるという問題点
がある。
本発明は、これら問題点を解消することを目的とし、製
造工程管理が容易であり、また工程も増えることがない
とともに、硬度分布が均一で割れも発生しない保護皮膜
形成法を提供することにある。
造工程管理が容易であり、また工程も増えることがない
とともに、硬度分布が均一で割れも発生しない保護皮膜
形成法を提供することにある。
前述された課題を解決するために、本発明による保護皮
膜形成法は、 アルミニウムまたはアルミニウム合金の母材上に、アル
ミニウム粉およびまたはアルミニウム合金粉と、耐熱耐
摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を含む耐熱耐摩
耗性合金粉とを混合した粉末を供給するとともに、この
供給した粉末を高密度エネルギー熱源により溶融して前
記母材上に耐熱耐摩耗性保護皮膜を形成する ことを特徴とするものである。
膜形成法は、 アルミニウムまたはアルミニウム合金の母材上に、アル
ミニウム粉およびまたはアルミニウム合金粉と、耐熱耐
摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を含む耐熱耐摩
耗性合金粉とを混合した粉末を供給するとともに、この
供給した粉末を高密度エネルギー熱源により溶融して前
記母材上に耐熱耐摩耗性保護皮膜を形成する ことを特徴とするものである。
アルミニウム粉およびまたはアルミニウム合金粉と、耐
熱耐摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を含む耐熱
耐摩耗性合金粉とを混合した粉末を溶融させて耐熱耐摩
耗性合金皮膜を形成することにより、軟らかいアルミニ
ウム・マトリックス中に少なくとも均一に析出もしくは
未溶融で残留した耐熱耐摩耗性合金が得られるようにな
る。
熱耐摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を含む耐熱
耐摩耗性合金粉とを混合した粉末を溶融させて耐熱耐摩
耗性合金皮膜を形成することにより、軟らかいアルミニ
ウム・マトリックス中に少なくとも均一に析出もしくは
未溶融で残留した耐熱耐摩耗性合金が得られるようにな
る。
したがって、混合した粉末を溶融させることから皮膜厚
管理は厳しくなく製造工程管理が容易であるとともに、
混合粉末の供給と溶融とは同一工程でできるために工程
も増えることがない。また、軟らかいアルミニウム・マ
トリックス中に耐熱耐摩耗性合金が均一に析出もしくは
未溶融で残留するために硬度分布が均一で割れも発生し
ない保護皮膜が形成される。
管理は厳しくなく製造工程管理が容易であるとともに、
混合粉末の供給と溶融とは同一工程でできるために工程
も増えることがない。また、軟らかいアルミニウム・マ
トリックス中に耐熱耐摩耗性合金が均一に析出もしくは
未溶融で残留するために硬度分布が均一で割れも発生し
ない保護皮膜が形成される。
次に、本発明による保護皮膜形成法の具体的実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
まず、本発明による保護皮膜形成法の実施例を説明しな
がら、この実施例の実施に際して用いられるクラッディ
ング装置の一例を第１図を参照しつつ説明する。
がら、この実施例の実施に際して用いられるクラッディ
ング装置の一例を第１図を参照しつつ説明する。
図示されていないキャリヤー上に載置されて矢印方向に
移動させられるアルミニウムまたはアルミニウム合金か
ら成る母材１上に設けられて、この母材１上に保護皮膜
であるクラッド層（アロイング層）２を形成するクラッ
ディング装置Ａは、母材１の表面に対して垂直に配され
る筒体３を有している。この筒体３内には、母材１の表
面にレーザビーム４を照射するようにそのレーザビーム
４をフォカッシングする集光レンズ５が設けられてい
る。また、筒体３の壁部には、同軸状に配された内筒６
と外管７との内外二重管構造でもって構成される給粉ノ
ズル８が傾斜状態で貫設されている。この内筒６の上部
には、少なくともアルミニウム粉およびまたはアルミニ
ウム合金粉と、コバルト系、鉄系またはニッケル系の耐
熱耐摩耗性合金粉と均一に混合された混合粉末が収納さ
れる図示されていないホッパーに連接されている。ま
た、外管７の上部入口９は不活性ガスの一種であるアル
ゴンガスの図示されていない供給源に接続されていると
ともに、10は上記内筒６によって供給される前記混合粉
末の酸化を防止するために同様に不活性ガスの一種であ
るアルゴンガスを圧送供給するガス供給口である。
移動させられるアルミニウムまたはアルミニウム合金か
ら成る母材１上に設けられて、この母材１上に保護皮膜
であるクラッド層（アロイング層）２を形成するクラッ
ディング装置Ａは、母材１の表面に対して垂直に配され
る筒体３を有している。この筒体３内には、母材１の表
面にレーザビーム４を照射するようにそのレーザビーム
４をフォカッシングする集光レンズ５が設けられてい
る。また、筒体３の壁部には、同軸状に配された内筒６
と外管７との内外二重管構造でもって構成される給粉ノ
ズル８が傾斜状態で貫設されている。この内筒６の上部
には、少なくともアルミニウム粉およびまたはアルミニ
ウム合金粉と、コバルト系、鉄系またはニッケル系の耐
熱耐摩耗性合金粉と均一に混合された混合粉末が収納さ
れる図示されていないホッパーに連接されている。ま
た、外管７の上部入口９は不活性ガスの一種であるアル
ゴンガスの図示されていない供給源に接続されていると
ともに、10は上記内筒６によって供給される前記混合粉
末の酸化を防止するために同様に不活性ガスの一種であ
るアルゴンガスを圧送供給するガス供給口である。
前述されたクラッディング装置Ａでもって、矢印方向に
移動させられるアルミニウムまたはアルミニウム合金の
母材１上に、少なくともアルミニウム粉およびまたはア
ルミニウム合金粉と、コバルト系、鉄系またはニッケル
系の耐熱耐摩耗性合金粉との均一混合粉末を供給しなが
ら、この供給された混合粉末をレーザビーム４により少
なくともアルミニウム粉またはアルミニウム合金粉が溶
融する程度に溶融して母材１上にクラッド層２を形成す
る。このクラッド層２は、非常に軟らかいアルミニウム
粉およびまたはアルミニウム合金粉と、非常に硬くて脆
いコバルト系、鉄系またはニッケル系の耐熱耐摩耗合金
粉とを均一混合した混合粉末をレーザビーム４で溶融す
るために、これら合金粉は軟らかいアルミニウム・マト
リックス中に均一に析出もしくは未溶融で残留した耐熱
耐摩耗層となる。したがって、このようにして形成され
たクラッド層２においては、耐熱耐摩耗性合金による特
有の割れの防止を図ることができる。
移動させられるアルミニウムまたはアルミニウム合金の
母材１上に、少なくともアルミニウム粉およびまたはア
ルミニウム合金粉と、コバルト系、鉄系またはニッケル
系の耐熱耐摩耗性合金粉との均一混合粉末を供給しなが
ら、この供給された混合粉末をレーザビーム４により少
なくともアルミニウム粉またはアルミニウム合金粉が溶
融する程度に溶融して母材１上にクラッド層２を形成す
る。このクラッド層２は、非常に軟らかいアルミニウム
粉およびまたはアルミニウム合金粉と、非常に硬くて脆
いコバルト系、鉄系またはニッケル系の耐熱耐摩耗合金
粉とを均一混合した混合粉末をレーザビーム４で溶融す
るために、これら合金粉は軟らかいアルミニウム・マト
リックス中に均一に析出もしくは未溶融で残留した耐熱
耐摩耗層となる。したがって、このようにして形成され
たクラッド層２においては、耐熱耐摩耗性合金による特
有の割れの防止を図ることができる。
例えば、純度の高いアルミニウムから成る母材１に、コ
バルト系耐熱耐摩耗性合金粉であるステライト＃６粉と
純度の高いアルミニウム粉との重量％で50:50になるよ
うな均一な混合粉末を用いて、レーザビーム４のレーザ
出力2.5kw、ビーム径6mmφ、母材１の移動（処理）速度
700mm/min、混合粉末の給粉量0.2g/sの条件で行なった
ところ、第２図（Ａ）の金属組織の顕微鏡写真ならびに
第３図（Ｂ）の要部拡大図からわかるように割れの全く
ないクラッド層２が得られた。このクラッド層２の分析
結果は、アルミニウムが重量％で60〜70％と高く、ステ
ライト＃６はアルミニウムによって希釈化されてはいる
がレーザクラッディングという冷却速度の速い処理によ
って析出されもしくは未溶融となり、いわゆるビッカー
ス硬さHv（300gr）で約300程度の硬さが得られた。な
お、純度の高いアルミニウムから成る母材１の硬さはビ
ッカース硬さHv80程度である。
バルト系耐熱耐摩耗性合金粉であるステライト＃６粉と
純度の高いアルミニウム粉との重量％で50:50になるよ
うな均一な混合粉末を用いて、レーザビーム４のレーザ
出力2.5kw、ビーム径6mmφ、母材１の移動（処理）速度
700mm/min、混合粉末の給粉量0.2g/sの条件で行なった
ところ、第２図（Ａ）の金属組織の顕微鏡写真ならびに
第３図（Ｂ）の要部拡大図からわかるように割れの全く
ないクラッド層２が得られた。このクラッド層２の分析
結果は、アルミニウムが重量％で60〜70％と高く、ステ
ライト＃６はアルミニウムによって希釈化されてはいる
がレーザクラッディングという冷却速度の速い処理によ
って析出されもしくは未溶融となり、いわゆるビッカー
ス硬さHv（300gr）で約300程度の硬さが得られた。な
お、純度の高いアルミニウムから成る母材１の硬さはビ
ッカース硬さHv80程度である。
なお、本実施例においては耐熱耐摩耗性合金粉としてコ
バルト系、鉄系またはニッケル系を用いているが、表１
に見られるように銅系の耐熱耐摩合金粉を用いることも
できるとともに、これらコバルト系、鉄系、ニッケル系
および銅系の耐熱耐摩耗性合金のうち２以上を用いるこ
ともできる。また、前述された混合粉末に混入されるア
ルミニウム合金としてはアルミニウム−シリコン−銅が
ある。さらに、前述された混合粉末に耐熱耐摩耗性合金
粉に加えてタングステン−カーボン系、チタン−カーボ
ン系、アルミナ系またはチタン−窒素系の高硬度セラミ
ック粉を混入してもよい。
バルト系、鉄系またはニッケル系を用いているが、表１
に見られるように銅系の耐熱耐摩合金粉を用いることも
できるとともに、これらコバルト系、鉄系、ニッケル系
および銅系の耐熱耐摩耗性合金のうち２以上を用いるこ
ともできる。また、前述された混合粉末に混入されるア
ルミニウム合金としてはアルミニウム−シリコン−銅が
ある。さらに、前述された混合粉末に耐熱耐摩耗性合金
粉に加えてタングステン−カーボン系、チタン−カーボ
ン系、アルミナ系またはチタン−窒素系の高硬度セラミ
ック粉を混入してもよい。
但し：この合金粉と高純度アルミニウム粉を97wt％:3wt
％の比率で混合してレーザクラッディングしたところ、
平均ビッカース硬さHv300が得られた。
％の比率で混合してレーザクラッディングしたところ、
平均ビッカース硬さHv300が得られた。
また、本実施例には高密度エネルギー熱源としてレーザ
ビームを用いているが電子ビームを用いてもよい。さら
に、レーザクラッディング中に溶融池に強固なアルミナ
皮膜が生成されて供給する耐熱耐摩耗性合金粉の溶融池
内部への侵入を妨げるために、このような酸化被膜除去
の目的で、カリウム−フッ素系等のフラックスの使用が
好ましい。
ビームを用いているが電子ビームを用いてもよい。さら
に、レーザクラッディング中に溶融池に強固なアルミナ
皮膜が生成されて供給する耐熱耐摩耗性合金粉の溶融池
内部への侵入を妨げるために、このような酸化被膜除去
の目的で、カリウム−フッ素系等のフラックスの使用が
好ましい。
特に、本発明による保護被膜形成法は、エンジンにおけ
るシリンダヘッド、バルブシートおよびピストンのリン
グ溝部に適用して好適なものである。
るシリンダヘッド、バルブシートおよびピストンのリン
グ溝部に適用して好適なものである。
第１図は本発明による保護皮膜形成法の実施に際して用
いられるクラッディング装置の一例の断面図であり、第
２図（Ａ）は本発明による保護皮膜形成法により得られ
た保護皮膜層（クラッド層）断面の金属組織の顕微鏡写
真、第２図（Ｂ）は該層の要部拡大断面説明図であると
ともに、第３図（Ａ）は従来の方法により得られた保護
皮膜層断面の金属組織の顕微鏡写真、第３図（Ｂ）は該
層の要部拡大断面である。 １……母材、２……クラッド層、３……筒体、４……レ
ーザビーム、５……集光レンズ、６……内管、７……外
管、８……給粉ノズル、９……７の上部入口、10……ガ
ス供給口、Ａ……クラッディング装置。
いられるクラッディング装置の一例の断面図であり、第
２図（Ａ）は本発明による保護皮膜形成法により得られ
た保護皮膜層（クラッド層）断面の金属組織の顕微鏡写
真、第２図（Ｂ）は該層の要部拡大断面説明図であると
ともに、第３図（Ａ）は従来の方法により得られた保護
皮膜層断面の金属組織の顕微鏡写真、第３図（Ｂ）は該
層の要部拡大断面である。 １……母材、２……クラッド層、３……筒体、４……レ
ーザビーム、５……集光レンズ、６……内管、７……外
管、８……給粉ノズル、９……７の上部入口、10……ガ
ス供給口、Ａ……クラッディング装置。
Claims (6)
- 【請求項１】アルミニウムまたはアルミニウム合金の母
材上に、アルミニウム粉およびまたはアルミニウム合金
粉と、耐熱耐摩耗性合金粉または高硬度セラミック粉を
含む耐熱耐摩耗性合金粉とを混合した粉末を供給すると
ともに、この供給した粉末を高密度エネルギー熱源によ
り溶融して前記母材上に耐熱耐摩耗性保護皮膜を形成す
る ことを特徴とする保護皮膜形成法。 - 【請求項２】前記アルミニウム合金粉は、アルミニウム
−シリコン−銅の合金粉である ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 - 【請求項３】前記耐熱耐摩耗性合金粉は、コバルト系、
鉄系、ニッケル系および銅系の耐熱耐摩耗性合金粉のう
ちの１または２以上から成る耐熱耐摩耗性合金粉である ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 - 【請求項４】前記高硬度セラミック粉は、タングステン
−カーボン系、チタン−カーボン系、アルミナ系および
チタン−窒素系の高硬度セラミック粉のうちの１または
２以上から成る高硬度セラミック粉である ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 - 【請求項５】前記高密度エネルギー熱源は、レーザビー
ムまたは電子ビームである ことを特徴とする請求項１に記載の保護皮膜形成法。 - 【請求項６】エンジンにおけるシリンダヘッド、バルブ
シートまたはピストンのリング溝部の製造に請求項１乃
至４のいずれかに記載の保護皮膜形成法を用いる ことを特徴とするエンジン製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63317322A JPH0783948B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | 保護皮膜形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63317322A JPH0783948B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | 保護皮膜形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02165884A JPH02165884A (ja) | 1990-06-26 |
| JPH0783948B2 true JPH0783948B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=18086918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63317322A Expired - Lifetime JPH0783948B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | 保護皮膜形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783948B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022243569A1 (de) * | 2021-05-21 | 2022-11-24 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Laserbearbeitungskopf und verfahren zur herstellung eines laserbearbeitungskopfes |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10353474B4 (de) * | 2003-11-15 | 2007-02-22 | Daimlerchrysler Ag | Bauteil einer Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung |
| CN103215588A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-07-24 | 上海高斯雷洁激光技术有限公司 | 管道内壁增加耐磨性的激光熔覆加工方法 |
-
1988
- 1988-12-15 JP JP63317322A patent/JPH0783948B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022243569A1 (de) * | 2021-05-21 | 2022-11-24 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Laserbearbeitungskopf und verfahren zur herstellung eines laserbearbeitungskopfes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02165884A (ja) | 1990-06-26 |
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