JPS6216894A - アルミニウム系母材への肉盛方法 - Google Patents
アルミニウム系母材への肉盛方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はアルミニウム系母材へ耐熱性、耐摩耗性、耐食
性等に優れた銅系肉盛合金材料をレーザビームを照射す
ることにより肉盛する方法に関する。
性等に優れた銅系肉盛合金材料をレーザビームを照射す
ることにより肉盛する方法に関する。
アルミニウム系材料は鉄に対し比重が約1/3と軽く、
その軽量な利点を活かして航空機や自動車等の各種部品
に使用されている。しかしながら、アルミニウム系材料
は融点が約660℃(MAX)であり、かつ鉄に比べ軟
らかいため、耐熱性や耐摩耗性が要求される部位にはそ
のままで使用することができない。
その軽量な利点を活かして航空機や自動車等の各種部品
に使用されている。しかしながら、アルミニウム系材料
は融点が約660℃(MAX)であり、かつ鉄に比べ軟
らかいため、耐熱性や耐摩耗性が要求される部位にはそ
のままで使用することができない。
そこで、アルミニウム系材料を耐熱性や耐摩耗性等が要
求される部位にも使用できるよう、アルミニウム系材料
に耐熱性、耐摩耗性等の特性に優れた材料を接合する方
法が考えられている。
求される部位にも使用できるよう、アルミニウム系材料
に耐熱性、耐摩耗性等の特性に優れた材料を接合する方
法が考えられている。
このアルミニウム系材料への接合方法として、従来から
(81抵抗溶接(点溶接、シーム溶接)、(bl ア
ルゴンアーク溶接、fc) ろう付け(いわゆる肉盛
)等が採用されている。
(81抵抗溶接(点溶接、シーム溶接)、(bl ア
ルゴンアーク溶接、fc) ろう付け(いわゆる肉盛
)等が採用されている。
このうち、(a)の抵抗溶接と(b)のアルゴンアーク
溶接は、アルミニウム系母材を溶かすことが前提となっ
ており、最初は専ら(a)の抵抗溶接が用いられてきた
が、最近では(b)のアルゴンアーク溶接が導入されて
いる。かかるアルミニウム系材料の溶接には、従来から
次のような問題が指摘されている。
溶接は、アルミニウム系母材を溶かすことが前提となっ
ており、最初は専ら(a)の抵抗溶接が用いられてきた
が、最近では(b)のアルゴンアーク溶接が導入されて
いる。かかるアルミニウム系材料の溶接には、従来から
次のような問題が指摘されている。
(1) アルミニウム系材料は高温下において極めて
酸化し易く、高融点のアルミナ(融点=2700℃)を
生成する。このアルミナは接合部の融合を妨げ、また不
純物として介在することにより接合強度等を悪化させる
。
酸化し易く、高融点のアルミナ(融点=2700℃)を
生成する。このアルミナは接合部の融合を妨げ、また不
純物として介在することにより接合強度等を悪化させる
。
(2) 上記(11のアルミナの除去は容易ではなく
、溶剤を用いて除去する場合には、アルミナ除去後の溶
剤の除去にも困難が伴う。
、溶剤を用いて除去する場合には、アルミナ除去後の溶
剤の除去にも困難が伴う。
(3)アルミニウム系材料は熱伝導度が良いため、熱が
集中しにくく局部加熱が難しい。また、−担溶は出すと
広範囲にわたって急激に溶け、溶接速度の調整が難しい
。
集中しにくく局部加熱が難しい。また、−担溶は出すと
広範囲にわたって急激に溶け、溶接速度の調整が難しい
。
(4)アルミニウム系材料は熱膨張率が大きく、割れや
歪が発生し易い。
歪が発生し易い。
(5)アルミニウム系材料は溶融状態において、水素や
水蒸気を吸収し易(、ガス欠陥の発生量が多い。
水蒸気を吸収し易(、ガス欠陥の発生量が多い。
このように、アルミニウム系材料の溶接にはそれ自体に
多くの問題があり、このため接合部を耐摩耗性を持たせ
る等して機能材料として扱うことは殆ど考えられていな
い。即ち、アルミニウム系材料の接合部を機能材料とし
て扱うには、その接合部の材料組成が重要なポイントと
なるが、(a)と(b)の場合はアルミニウム系材料を
溶かし込むことが前提となっているため、接合部はアル
ミニウムとの合金層を形成する。この合金層は、特に高
温域における耐摩耗性、強度が十分でないため、ごく限
られた温度範囲、例えば100℃前後以下でしか使用す
ることができず、またそれが当然のことと考えられてい
た。
多くの問題があり、このため接合部を耐摩耗性を持たせ
る等して機能材料として扱うことは殆ど考えられていな
い。即ち、アルミニウム系材料の接合部を機能材料とし
て扱うには、その接合部の材料組成が重要なポイントと
なるが、(a)と(b)の場合はアルミニウム系材料を
溶かし込むことが前提となっているため、接合部はアル
ミニウムとの合金層を形成する。この合金層は、特に高
温域における耐摩耗性、強度が十分でないため、ごく限
られた温度範囲、例えば100℃前後以下でしか使用す
ることができず、またそれが当然のことと考えられてい
た。
一方、(C)のろう付けは、Ta)および(b)と同様
、上記(1)〜(5)の問題を有しているが、耐摩耗性
、耐熱性、耐食性等を備えた異種材料をその特性を損な
うことなく接合できるという利点がある。
、上記(1)〜(5)の問題を有しているが、耐摩耗性
、耐熱性、耐食性等を備えた異種材料をその特性を損な
うことなく接合できるという利点がある。
ところで、(C)のろう付けは、耐摩耗性等に優れた異
種材料を接合できるものの、接合手段として用いるろう
材に問題がある。即ち、アルミニウム系母材へ他の異種
材料をろう付けする際に使用されるろう材は、アルミニ
ウム系母材を溶かさないことが前提となっているために
、アルミニウムの融点に非常に近いあるいはアルミニウ
ムの融点より低い融点を持った材料を使用することが常
識とされている。例えば、アルミニウム系母材のろう付
けに用いられる硬ろうと言われる比較的融点の高い材料
でも、その融点はアルミニウムの融点より約50℃高い
程度である。従って、融点が1000℃前後であるNi
ろうを使用することなど全く考えられなかった。このた
め、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れた異種材料を接
合したとしても、接合材料に用いるろう材の融点が低い
ため、かかる製品を高温域における機能材料として使う
ことは上記(a)や(b)と同様不可能な状態であった
。
種材料を接合できるものの、接合手段として用いるろう
材に問題がある。即ち、アルミニウム系母材へ他の異種
材料をろう付けする際に使用されるろう材は、アルミニ
ウム系母材を溶かさないことが前提となっているために
、アルミニウムの融点に非常に近いあるいはアルミニウ
ムの融点より低い融点を持った材料を使用することが常
識とされている。例えば、アルミニウム系母材のろう付
けに用いられる硬ろうと言われる比較的融点の高い材料
でも、その融点はアルミニウムの融点より約50℃高い
程度である。従って、融点が1000℃前後であるNi
ろうを使用することなど全く考えられなかった。このた
め、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れた異種材料を接
合したとしても、接合材料に用いるろう材の融点が低い
ため、かかる製品を高温域における機能材料として使う
ことは上記(a)や(b)と同様不可能な状態であった
。
また、アルミニウム系母材へのろう付け(肉盛)をアル
ミニウム系母材側から考察すると、展伸材は比較的ろう
付は性が良好であるが、鋳造材、ダイカスト材はろう付
は性が極めて悪く、従来はろう付けが困難とされている
。
ミニウム系母材側から考察すると、展伸材は比較的ろう
付は性が良好であるが、鋳造材、ダイカスト材はろう付
は性が極めて悪く、従来はろう付けが困難とされている
。
そこで、最近では、アルミニウム系母材を広範囲に溶融
させることなく、極景表面のみを溶融させる手段として
レーザビームを使うことが考えられている。このレーザ
ビームによれば、アルミニウム系母材上に肉盛合金粉末
を載置し、この肉盛合金粉末にレーザビームを照射する
ことにより、従来より比較的容易に肉盛が可能となる。
させることなく、極景表面のみを溶融させる手段として
レーザビームを使うことが考えられている。このレーザ
ビームによれば、アルミニウム系母材上に肉盛合金粉末
を載置し、この肉盛合金粉末にレーザビームを照射する
ことにより、従来より比較的容易に肉盛が可能となる。
しかしながら、このレーザビームを用いる肉盛にも問題
がある0例えば、耐摩耗性等の特性を要求されるアルミ
ニウム系母材の最表面の処理幅および面積は広くするこ
とが望まれている。このため、かかる表面積に対応した
レーザビームのビーム径が必要とされ、そのビームで処
理することが前提となる。
がある0例えば、耐摩耗性等の特性を要求されるアルミ
ニウム系母材の最表面の処理幅および面積は広くするこ
とが望まれている。このため、かかる表面積に対応した
レーザビームのビーム径が必要とされ、そのビームで処
理することが前提となる。
しかるに、母材のアルミニウムは熱伝導性が大きく、容
易に加熱により溶融されるため、合金層を形成してしま
い、肉盛ではなく合金化が生じる。
易に加熱により溶融されるため、合金層を形成してしま
い、肉盛ではなく合金化が生じる。
また、この合金化を防ぐために、レーザビームを高速で
操作して熱伝導の影響をできるだけ無くそうとすると、
表面に形成された肉盛層は、高速が故に冷却速度(凝固
速度)が大となり、割れやブローホール等の欠陥を誘発
することがある。
操作して熱伝導の影響をできるだけ無くそうとすると、
表面に形成された肉盛層は、高速が故に冷却速度(凝固
速度)が大となり、割れやブローホール等の欠陥を誘発
することがある。
このため、従来はレーザビームの特性を十分活かした肉
盛方法とはなっていなかった。
盛方法とはなっていなかった。
そこで、種々なアルミニウム系母材の表面に耐熱性、耐
摩耗性、耐食性に優れた、高融点(アルミニウムより約
500℃高い)の異種材料を、肉盛部や接合部に欠陥を
生じることなく、肉盛できる肉盛方法の開発か望まれて
いた。この肉盛合金としては、アルミニウム系母材との
固溶度が高い(約5重量%)の高い銅系肉盛合金が望ま
しい。
摩耗性、耐食性に優れた、高融点(アルミニウムより約
500℃高い)の異種材料を、肉盛部や接合部に欠陥を
生じることなく、肉盛できる肉盛方法の開発か望まれて
いた。この肉盛合金としては、アルミニウム系母材との
固溶度が高い(約5重量%)の高い銅系肉盛合金が望ま
しい。
上記問題は、次に述べる本発明のアルミニウム系母材へ
の肉盛方法によって解決される。
の肉盛方法によって解決される。
ここで、本発明はアルミニウム系母材へ耐熱性、耐摩耗
性、耐食性等に優れた銅系肉盛合金材料をレーザビーム
を照射することにより肉盛する方法であって、前記ア/
L/ミニウム系母材の肉盛位置に鋼系肉盛合金粉末を0
.2〜5.0mmの厚さに塗布し、乾燥させた後、ある
いは鋼系肉盛合金粉末を自動的に送給し、この鋼系肉盛
合金粉末の上がら、レンズを介して直径0.5鶴〜5.
0mmの点熱源に絞り込んだレーザビームをレーザ出力
密度80W/f12〜20000 W/m”で照射する
ものであり、このレーザビームを加工進行方向と垂直な
方向に80H/以上でオシレート(往復動)しつつ、加
工進行方向に100H/分〜3000■/分の加工速度
で移動させることを特徴としている。
性、耐食性等に優れた銅系肉盛合金材料をレーザビーム
を照射することにより肉盛する方法であって、前記ア/
L/ミニウム系母材の肉盛位置に鋼系肉盛合金粉末を0
.2〜5.0mmの厚さに塗布し、乾燥させた後、ある
いは鋼系肉盛合金粉末を自動的に送給し、この鋼系肉盛
合金粉末の上がら、レンズを介して直径0.5鶴〜5.
0mmの点熱源に絞り込んだレーザビームをレーザ出力
密度80W/f12〜20000 W/m”で照射する
ものであり、このレーザビームを加工進行方向と垂直な
方向に80H/以上でオシレート(往復動)しつつ、加
工進行方向に100H/分〜3000■/分の加工速度
で移動させることを特徴としている。
本発明において使用する銅系肉盛合金としては、例えば
Ni:15.0%、Fe:3.0%、p:t、。
Ni:15.0%、Fe:3.0%、p:t、。
%、残部Cuからなる銅系肉盛合金やN i : 15
゜0%、Fe:3.0%、P:1.Q%、残部Cuから
なる銅系肉盛合金等を用いることができる。
゜0%、Fe:3.0%、P:1.Q%、残部Cuから
なる銅系肉盛合金等を用いることができる。
この鋼系肉盛合金粉末は0.2〜5.0mmの厚さに塗
布され、あるいは自動送給される。ここで、下限を0.
2 tsとしたのは、これより薄いと所定の耐摩耗性等
の特性が十分得られないためであり、上限を5.0mm
としたのは、これより厚くすると通常のレーザ出力では
肉盛が均一にできなくなると共に、所定の耐摩耗性等の
特性を得るためにはこれより厚(する必要がないためで
ある。
布され、あるいは自動送給される。ここで、下限を0.
2 tsとしたのは、これより薄いと所定の耐摩耗性等
の特性が十分得られないためであり、上限を5.0mm
としたのは、これより厚くすると通常のレーザ出力では
肉盛が均一にできなくなると共に、所定の耐摩耗性等の
特性を得るためにはこれより厚(する必要がないためで
ある。
本発明において、レーザビームのビーム径は、0、5
n−1,0mとされる。ここで、下限を0.5 tmと
したのは、現在のレーザ発生装置ではビーム径を0.5
w程度に絞ることが限度であるためであり、上限を5
.0fiとしたのは、これより大きくするとアルミニウ
ム系母材の溶けこみが多くなり、実用に供さなくなるか
らである。
n−1,0mとされる。ここで、下限を0.5 tmと
したのは、現在のレーザ発生装置ではビーム径を0.5
w程度に絞ることが限度であるためであり、上限を5
.0fiとしたのは、これより大きくするとアルミニウ
ム系母材の溶けこみが多くなり、実用に供さなくなるか
らである。
また、レーザ出力密度を80H/1m2〜20000W
/鶴2としたのは、80H/mm”より小さいと、肉盛
ができないからであり、また20000 W / vs
”を上限としたのは、現在これ以上の出力を有するレ
ーザ発生装置が開発されていないからである。
/鶴2としたのは、80H/mm”より小さいと、肉盛
ができないからであり、また20000 W / vs
”を上限としたのは、現在これ以上の出力を有するレ
ーザ発生装置が開発されていないからである。
本発明において、レーザビームを加工進行方向と垂直な
方向に80H/以上でオシレート(往復動)するのは、
これより遅いとオシレートした両側しか肉盛できなくな
り、中央部は欠肉するからである。これは、レーザビー
ムをオシレートした場合の特徴であり、レーザビームの
強度が中央部より両側で強くなり過ぎるためと、オシレ
ート幅の両側においてはレーザビームの停滞時間が長い
ためである。
方向に80H/以上でオシレート(往復動)するのは、
これより遅いとオシレートした両側しか肉盛できなくな
り、中央部は欠肉するからである。これは、レーザビー
ムをオシレートした場合の特徴であり、レーザビームの
強度が中央部より両側で強くなり過ぎるためと、オシレ
ート幅の両側においてはレーザビームの停滞時間が長い
ためである。
なお、オシレートする場合、レーザ照射部が複数回型な
り合うようになされる。
り合うようになされる。
また、レーザビームを加工進行方向に100H/分〜3
00(in/分の加工速度で移動させるのは、100H
/分より遅いと、アルミニウム系母材の溶は込みが大き
くなり過ぎるからであり、3000m/分より速くなる
と、中央部しか肉盛ができず、かつ割れやブローホール
等の欠陥が顕著に生じるからである。
00(in/分の加工速度で移動させるのは、100H
/分より遅いと、アルミニウム系母材の溶は込みが大き
くなり過ぎるからであり、3000m/分より速くなる
と、中央部しか肉盛ができず、かつ割れやブローホール
等の欠陥が顕著に生じるからである。
本発明のアルミニウム系母材への銅系肉盛合金の肉盛方
法は、銅系肉盛合金の融点がアルミニウムより約500
℃高い程度であり、かつレーザビームが0.5 van
〜5.0fiの点光源とされ、加工進行方向と垂直な方
向に80Hz以上でオシレートされながら、加工進行方
向に100in/分〜3000mm/分の加工速度で移
動させるようにしたため、アルミニウム系母材の極層表
面を溶融させるだけで、肉盛層および接合部に欠陥を生
じることなく銅系肉盛合金の肉盛ができる。
法は、銅系肉盛合金の融点がアルミニウムより約500
℃高い程度であり、かつレーザビームが0.5 van
〜5.0fiの点光源とされ、加工進行方向と垂直な方
向に80Hz以上でオシレートされながら、加工進行方
向に100in/分〜3000mm/分の加工速度で移
動させるようにしたため、アルミニウム系母材の極層表
面を溶融させるだけで、肉盛層および接合部に欠陥を生
じることなく銅系肉盛合金の肉盛ができる。
次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。
(第1実施例)
ここで、第1図は本発明の第1実施例に係るアルミニウ
ム系母材への肉盛方法を実施している状態を示す概略構
成図、第2図は第1図のn−n線矢視図、第3図は第1
図のm−m線矢視図、第4図は本発明の第1実施例で得
られたレーザ肉盛部の金属組織を示す写真(XIO)、
第5図は第4図における接合部を拡大した写真(X37
.5)、第6図はアルミニウム系母材の肉盛部を模式的
に示した断面図である。
ム系母材への肉盛方法を実施している状態を示す概略構
成図、第2図は第1図のn−n線矢視図、第3図は第1
図のm−m線矢視図、第4図は本発明の第1実施例で得
られたレーザ肉盛部の金属組織を示す写真(XIO)、
第5図は第4図における接合部を拡大した写真(X37
.5)、第6図はアルミニウム系母材の肉盛部を模式的
に示した断面図である。
まず、第1図に示す装置および試料を準備した。
第1図において、1は凸レンズであり、図示しないレー
ザ発生装置から照射されるレーザビーム2は、この凸レ
ンズ1を通って処理面に収束する。
ザ発生装置から照射されるレーザビーム2は、この凸レ
ンズ1を通って処理面に収束する。
このレーザビーム2は、凸レンズ1を通過後、反射ミラ
ー3によりオシレートミラー4に向かって反射され、こ
のオシレートミラー4で処理面に向かって反射される。
ー3によりオシレートミラー4に向かって反射され、こ
のオシレートミラー4で処理面に向かって反射される。
このとき、オシレートミラー4は、第2図、第3図に示
すように、ガルバノモータ5により加工進行方向と直交
する方向にオシレート(往復動)される。
すように、ガルバノモータ5により加工進行方向と直交
する方向にオシレート(往復動)される。
6はアルミニウム系母材であり、JIS AC2G(
重量比でCu:2.O〜4.0%、Si:5.0〜7.
0%、Mg:0.2〜0.4%、Zn:0.5%以下、
Fe:0.5%以下、Mn、:0.2〜0.4%、Ni
:o、35%以下、Ti:0.2%以下、p b :
0゜2%以下、Sn:0.1%以下、Cr:0.2%以
下)からなる。このアルミニウム系母材6は、図示しな
い駆動装置により加工方向に進退自在とされる。このア
ルミニウム系母材6の上には、Ni:15.0%、Fe
:3.0%、P:i、0%、残部Cuからなる鋼系肉盛
合金粉末7が幅5. Otm、厚さ0.5 mの大きさ
に載置されている。なお、8は肉盛層である。
重量比でCu:2.O〜4.0%、Si:5.0〜7.
0%、Mg:0.2〜0.4%、Zn:0.5%以下、
Fe:0.5%以下、Mn、:0.2〜0.4%、Ni
:o、35%以下、Ti:0.2%以下、p b :
0゜2%以下、Sn:0.1%以下、Cr:0.2%以
下)からなる。このアルミニウム系母材6は、図示しな
い駆動装置により加工方向に進退自在とされる。このア
ルミニウム系母材6の上には、Ni:15.0%、Fe
:3.0%、P:i、0%、残部Cuからなる鋼系肉盛
合金粉末7が幅5. Otm、厚さ0.5 mの大きさ
に載置されている。なお、8は肉盛層である。
次に、作動を説明する。
処理部に図示しないシールドガス供給ノズルから密度0
.5kg/adのアルゴンガスを10ItZ分の割合で
供給する。そして、アルミニウム系母材6を加工進行方
向に300m/分の割合で移動させつつレーザビーム2
を照射した。このとき、レーザ照射条件は、レーザ出力
1.OKW、出力モード:マルチモード、ビーム径:直
径1.0 mであり、オシレートミラー4により加工方
向と直交する方向に幅:5鶴、オシレート周波数:15
0Hzで往復動させなからレーザ肉盛を行った。
.5kg/adのアルゴンガスを10ItZ分の割合で
供給する。そして、アルミニウム系母材6を加工進行方
向に300m/分の割合で移動させつつレーザビーム2
を照射した。このとき、レーザ照射条件は、レーザ出力
1.OKW、出力モード:マルチモード、ビーム径:直
径1.0 mであり、オシレートミラー4により加工方
向と直交する方向に幅:5鶴、オシレート周波数:15
0Hzで往復動させなからレーザ肉盛を行った。
この結果得られたレーザ肉盛部の金属組織を第4図、第
5図に示す。第4図、第5図から明らかなように、本実
施例によれば、アルミニウム系母材を溶かすことなく、
かつ欠陥を生じることなく銅系肉盛合金の肉盛がなされ
ていることが判る。
5図に示す。第4図、第5図から明らかなように、本実
施例によれば、アルミニウム系母材を溶かすことなく、
かつ欠陥を生じることなく銅系肉盛合金の肉盛がなされ
ていることが判る。
なお、第4図、第5図の写真中、菱形の圧痕は硬さ測定
により生じたものである。
により生じたものである。
また、肉盛部の様子を模式的に示したのが第6図である
。第6図において、9はアルミニウム系母材6と鋼系肉
盛合金粉末フの合金層である。第6図において、肉盛層
8の最高高さをtい合金層9の最高深さをt2とすると
、本実施例の場合、1、は0.3鶴、1tは0.05m
であった。
。第6図において、9はアルミニウム系母材6と鋼系肉
盛合金粉末フの合金層である。第6図において、肉盛層
8の最高高さをtい合金層9の最高深さをt2とすると
、本実施例の場合、1、は0.3鶴、1tは0.05m
であった。
(第2実施例)
ここで、第7図は本発明の第2実施例で得られたレーザ
肉盛部の金属組織を示す写真(X 10)、第8図は第
7図における接合部を拡大した写真(x37.5)であ
る。
肉盛部の金属組織を示す写真(X 10)、第8図は第
7図における接合部を拡大した写真(x37.5)であ
る。
第2実施例において、第1実施例と異なる点は、銅系肉
盛合金としてNi:15.0%、Fe:3.0%、P:
1.0%、残部CuからなるMA−4合金を用いた点に
あり、他は実質的に第1実施例と同様にしてレーザ肉盛
を行った。
盛合金としてNi:15.0%、Fe:3.0%、P:
1.0%、残部CuからなるMA−4合金を用いた点に
あり、他は実質的に第1実施例と同様にしてレーザ肉盛
を行った。
この結果得られたレーザ肉盛部の金属組織を第7図、第
8図に示す。第7図、第8図から明らかなように、本実
施例によれば、アルミニウム系母材を溶かすことなく、
かつ欠陥を生じることなく銅系肉盛合金の肉盛がなされ
ていることが判る。
8図に示す。第7図、第8図から明らかなように、本実
施例によれば、アルミニウム系母材を溶かすことなく、
かつ欠陥を生じることなく銅系肉盛合金の肉盛がなされ
ていることが判る。
なお、本実施例の場合、第6図における1、は0.3f
i、t2は0.05m重であった。
i、t2は0.05m重であった。
(第1比較例)
ここで、第9図は本発明の第1比較例で得られたレーザ
肉盛部の金属組織を示す写真(xlO)、第10図は第
9図における接合部を拡大した写真(X37.5)であ
る。
肉盛部の金属組織を示す写真(xlO)、第10図は第
9図における接合部を拡大した写真(X37.5)であ
る。
第1比較例において、第1実施例と異なる点は、レーザ
照射条件のうち、オシレート周波数を150Hzから約
半分の70Hzとしたことにあり、他は実質的に第1実
施例と同様にしてレーザ肉盛を行った。
照射条件のうち、オシレート周波数を150Hzから約
半分の70Hzとしたことにあり、他は実質的に第1実
施例と同様にしてレーザ肉盛を行った。
この結果得られたレーザ肉盛部の金属組織を第9図、第
10図に示す。第9図、第10図から明らかなように、
本比較例によれば、肉盛処理部の略中央に欠肉部が生じ
ていることが判る。
10図に示す。第9図、第10図から明らかなように、
本比較例によれば、肉盛処理部の略中央に欠肉部が生じ
ていることが判る。
なお、本比較例の場合、第6図におけるt、が0.5f
l、t2が0.05 x重の肉盛層が欠肉部を介して両
側に一対形成された。
l、t2が0.05 x重の肉盛層が欠肉部を介して両
側に一対形成された。
(第2比較例)
ここで、第11図は本発明の第2比較例で得られたレー
ザ肉盛部の金属組織を示す写真(X37゜5)である。
ザ肉盛部の金属組織を示す写真(X37゜5)である。
第2比較例において、第1実施例と異なる点は、鋼系肉
盛合金粉末の幅を1.0mmとし、レーザ照射条件のう
ち、オシレートを全くなくして1000酊/分の加工速
度で処理したことであり、他は実質的に第1実施例と同
様にしてレーザ肉盛を行った。
盛合金粉末の幅を1.0mmとし、レーザ照射条件のう
ち、オシレートを全くなくして1000酊/分の加工速
度で処理したことであり、他は実質的に第1実施例と同
様にしてレーザ肉盛を行った。
この結果得られたレーザ肉盛部の金属組織を第11図に
示す。第11図から明らかなように、本比較例によれば
、肉盛部に割れが多発していることが判る。
示す。第11図から明らかなように、本比較例によれば
、肉盛部に割れが多発していることが判る。
なお、本比較例の場合、第6図におけるt、は0.3f
l、t2は0. I nであ°った。
l、t2は0. I nであ°った。
(第3比較例)
ここで、第12図は本発明の第3比較例で得られたレー
ザ肉盛部の金属組織を示す写真(X10)である。
ザ肉盛部の金属組織を示す写真(X10)である。
第3比較例において、第1実施例と異なる点は、レーザ
照射条件のうち、ビーム径を5.5flとし、オシレー
ト幅を6fl(ビーム径+In+)としたことであり、
他は実質的に第1実施例と同様にしてレーザ肉盛を行っ
た。
照射条件のうち、ビーム径を5.5flとし、オシレー
ト幅を6fl(ビーム径+In+)としたことであり、
他は実質的に第1実施例と同様にしてレーザ肉盛を行っ
た。
この結果得られたレーザ肉盛部の金属a!Iiを第12
図に示す。第12図から明らかなように、本比較例によ
れば、ガス欠陥であるブローホールが多発していること
が判る。
図に示す。第12図から明らかなように、本比較例によ
れば、ガス欠陥であるブローホールが多発していること
が判る。
なお、本比較例の場合、第6図における1、は0、3
vna、t2は0.711であった。
vna、t2は0.711であった。
(第3実施例)
ココで、第13図は肉盛層中へのアルミニウムの溶は込
み量とブローホールの関係を示したグラフである。
み量とブローホールの関係を示したグラフである。
実質的に第1実施例と同様な方法で、レーザ出力を制御
しなから肉盛層中へのアルミニウムの溶は込み量とブロ
ーホールの関係を調べた。
しなから肉盛層中へのアルミニウムの溶は込み量とブロ
ーホールの関係を調べた。
この結果を第13図に示す。第13図より、肉盛層中へ
のアルミニウムの溶は込み量が8%を超えると、急激に
ブローホール数が増えているのが判る。なお、ここでブ
ローホール数とは、1ビード(10mm)中の直径0.
1鶴以上のブローホールの数をいう。
のアルミニウムの溶は込み量が8%を超えると、急激に
ブローホール数が増えているのが判る。なお、ここでブ
ローホール数とは、1ビード(10mm)中の直径0.
1鶴以上のブローホールの数をいう。
(第4実施例)
ここで、第14図は肉盛可否領域を示すレーザ出力と鋼
系肉盛合金粉末厚さの関係を示すグラフ、第15図は本
発明の第4実施例で得られたレーザ肉盛部の金属組織を
示す写真(xlO)、第16図は第15図における接合
部を拡大した写真(×37、5 ’Iである。
系肉盛合金粉末厚さの関係を示すグラフ、第15図は本
発明の第4実施例で得られたレーザ肉盛部の金属組織を
示す写真(xlO)、第16図は第15図における接合
部を拡大した写真(×37、5 ’Iである。
第4実施例において、第1実施例と異なる点は、鋼系肉
盛合金粉末の厚さを種々変え、それに応じてレーザ出力
も種々変えたことにあり、他は実質的に第1実施例と同
様にしてレーザ肉盛を行った。
盛合金粉末の厚さを種々変え、それに応じてレーザ出力
も種々変えたことにあり、他は実質的に第1実施例と同
様にしてレーザ肉盛を行った。
この結果、第14図に示す関係が得られた。第14図に
おいて、実線で囲まれた部分が肉盛良好領域である。ま
た、第14図に示すものより大出力の場合は、プラズマ
の発生が起こり、そのプラズマ熱により母材を溶かし込
み、肉盛不可となる。
おいて、実線で囲まれた部分が肉盛良好領域である。ま
た、第14図に示すものより大出力の場合は、プラズマ
の発生が起こり、そのプラズマ熱により母材を溶かし込
み、肉盛不可となる。
本実施例において、鋼系肉盛合金粉末の厚さを1、 O
tmとし、レーザ出力を2.4KWとして得られたレー
ザ肉盛部の金属組織を第15図、第16図に示す、第1
5図、第16図から明らかなように、本実施例によれば
、アルミニウム系母材を溶かすことなく、かつ欠陥を生
じることなく銅系肉盛合金の肉盛がなされていることが
判る。
tmとし、レーザ出力を2.4KWとして得られたレー
ザ肉盛部の金属組織を第15図、第16図に示す、第1
5図、第16図から明らかなように、本実施例によれば
、アルミニウム系母材を溶かすことなく、かつ欠陥を生
じることなく銅系肉盛合金の肉盛がなされていることが
判る。
(第5実施例)
ここで、第17図は本発明の第5実施例で得られたレー
ザ肉盛部の金属組織を示す写真(X10)、第18図は
第17図における接合部を拡大した写真(X37.5)
である。
ザ肉盛部の金属組織を示す写真(X10)、第18図は
第17図における接合部を拡大した写真(X37.5)
である。
第5実施例において、第2実施例と異なる点は、鋼系肉
盛合金粉末の厚さを1.0 fiとし、それに応じてレ
ーザ出力を2.4KWとしたことにあり、他は実質的に
第2実施例と同様にしてレーザ肉盛を行った。
盛合金粉末の厚さを1.0 fiとし、それに応じてレ
ーザ出力を2.4KWとしたことにあり、他は実質的に
第2実施例と同様にしてレーザ肉盛を行った。
この結果得られたレーザ肉盛部の金属組織を第17図、
第18図に示す。第17図、第18図から明らかなよう
に、本実施例によれば、アルミニウム系母材を溶かすこ
となく、かつ欠陥を生じることなく銅系肉盛合金の肉盛
がなされていることが判る。
第18図に示す。第17図、第18図から明らかなよう
に、本実施例によれば、アルミニウム系母材を溶かすこ
となく、かつ欠陥を生じることなく銅系肉盛合金の肉盛
がなされていることが判る。
(摩耗試験)
第1実施例で得られたレーザ肉盛銅合金付アルミニウム
系母材の摩耗試験を行った。同時に、比較のため、AC
4C,A−390、焼結A/!−3i合合材料を重合材
料同様に摩耗試験を行った。
系母材の摩耗試験を行った。同時に、比較のため、AC
4C,A−390、焼結A/!−3i合合材料を重合材
料同様に摩耗試験を行った。
このとき、摩耗試験は、上記材料でエンジンのバルブシ
ート部にレーザ肉盛を行い、このバルブシート部の温度
をバーナで上げながら、エンジンバルブとの衝突による
バルブシート部の比摩耗量を測定した。
ート部にレーザ肉盛を行い、このバルブシート部の温度
をバーナで上げながら、エンジンバルブとの衝突による
バルブシート部の比摩耗量を測定した。
この結果をグラフで示したのが第19図である。
第19図より、本実施例のレーザ肉盛銅合金付アルミニ
ウム系母材は、他のアルミニウム系材料に比べ、格段に
耐摩耗性が向上していることが判る。
ウム系母材は、他のアルミニウム系材料に比べ、格段に
耐摩耗性が向上していることが判る。
以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
例えば、実施例ではアルミニウム系母材として鋳造材を
用いた例を示したが、展伸材やダイカスト材でも同様な
効果を得ることができる。
用いた例を示したが、展伸材やダイカスト材でも同様な
効果を得ることができる。
以上より、本発明のアルミニウム系母材への肉盛方法に
よれば、以下の効果を奏する。
よれば、以下の効果を奏する。
(イ)アルミニウム系母材を溶かし込むことなく、かつ
肉盛層および接合部に欠陥を発生させることなく、アル
ミニウム系母材上に耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れ
た銅系肉盛合金を肉盛することができる。
肉盛層および接合部に欠陥を発生させることなく、アル
ミニウム系母材上に耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れ
た銅系肉盛合金を肉盛することができる。
(ロ)アルミニウム系母材であれば、従来のように展伸
材だけでなく、鋳造材、ダイカスト材等にも適用でき、
適用範囲が拡大される。
材だけでなく、鋳造材、ダイカスト材等にも適用でき、
適用範囲が拡大される。
第1図は本発明の第1実施例に係るアルミニウム系母材
への肉盛方法を実施している状態を示す概略構成図、 第2図は第1図のn−n線矢視図、 第3図は第1図のm−m線矢視図、 第4図は本発明の第1実施例で得られたレーザ肉盛部の
金属組織を示す写真(X 10)、第5図は第4図にお
ける接合部を拡大した写真(X37.5)、 第6図はアルミニウム系母材の肉盛部を模式的に示した
断面図、 第7図は本発明の第2実施例で得られたレーザ肉盛部の
金属組織を示す写真(x 10)、第8図は第7図にお
ける接合部を拡大した写真(X37.5)、 第9図は本発明の第1比較例で得られたレーザ肉盛部の
金属組織を示す写真(xlO)、第1O図は第9図にお
ける接合部を拡大した写真(X37.5)、 第11図は本発明の第2比較例で得られたレーザ肉盛部
の金属組織を示す写真(X37.5)、第12図は本発
明の第3比較例で得られたり、 −ザ肉盛部の金属組織
を示す写真(xlO)、第13図は肉盛層中へのアルミ
ニウムの溶は込、7f量とブローホールの関係を示した
グラフ、第14図は肉盛可否領域を示すレーザ出力と鋼
系肉盛合金粉末厚さの関係を示すグラフ、第15図は本
発明の第4実施例で得られたレーザ肉盛部の金属組織を
示す写真(XIO)、第16図は第14図における接合
部を拡大した写真(X37.5)。 第171Jは本発明の第5実施例で得られた!/ −ザ
肉盛部の金属組織を示ず写真(XIO)−。 第18図は第16図における接合部を拡大した写真(X
37.5)、 第19図は摩耗試験結果を示tグラフである。 1−・−・−凸レンズ 2−一一〜−−−レーザビーム 3−一一一一一一反射ミラー 、4−−−−−−−オシレート・ミラー5−−−−−一
−ガルバノモータ 6−−−−〜−−アルミニウム系母材 ?−−−−−−一鋼系肉盛合金粉末 8−−−−一肉盛層 9−・・−合金層 出iJI人 トヨタ自動車株式会社 第1図 第2図 (XIO) (X3?5) 第6図 (XIO) 第8図 (X37.5) 第一9図 第10図 第11図 第12図 (XIO) 第13図 呂°1 ホ ル 1グ 肉裔−壜中への7/Lミニウムの≦1フ込九シ量(wt
%〕第14図 x × 枡、t A 3 (mm ) 第15図 (XIO) 第16図 ・ 、 ◆ 争 9 ◆ 13、 (X37.5) 第17図 第18図 ◆ 第19図 (j 混s(”C)
への肉盛方法を実施している状態を示す概略構成図、 第2図は第1図のn−n線矢視図、 第3図は第1図のm−m線矢視図、 第4図は本発明の第1実施例で得られたレーザ肉盛部の
金属組織を示す写真(X 10)、第5図は第4図にお
ける接合部を拡大した写真(X37.5)、 第6図はアルミニウム系母材の肉盛部を模式的に示した
断面図、 第7図は本発明の第2実施例で得られたレーザ肉盛部の
金属組織を示す写真(x 10)、第8図は第7図にお
ける接合部を拡大した写真(X37.5)、 第9図は本発明の第1比較例で得られたレーザ肉盛部の
金属組織を示す写真(xlO)、第1O図は第9図にお
ける接合部を拡大した写真(X37.5)、 第11図は本発明の第2比較例で得られたレーザ肉盛部
の金属組織を示す写真(X37.5)、第12図は本発
明の第3比較例で得られたり、 −ザ肉盛部の金属組織
を示す写真(xlO)、第13図は肉盛層中へのアルミ
ニウムの溶は込、7f量とブローホールの関係を示した
グラフ、第14図は肉盛可否領域を示すレーザ出力と鋼
系肉盛合金粉末厚さの関係を示すグラフ、第15図は本
発明の第4実施例で得られたレーザ肉盛部の金属組織を
示す写真(XIO)、第16図は第14図における接合
部を拡大した写真(X37.5)。 第171Jは本発明の第5実施例で得られた!/ −ザ
肉盛部の金属組織を示ず写真(XIO)−。 第18図は第16図における接合部を拡大した写真(X
37.5)、 第19図は摩耗試験結果を示tグラフである。 1−・−・−凸レンズ 2−一一〜−−−レーザビーム 3−一一一一一一反射ミラー 、4−−−−−−−オシレート・ミラー5−−−−−一
−ガルバノモータ 6−−−−〜−−アルミニウム系母材 ?−−−−−−一鋼系肉盛合金粉末 8−−−−一肉盛層 9−・・−合金層 出iJI人 トヨタ自動車株式会社 第1図 第2図 (XIO) (X3?5) 第6図 (XIO) 第8図 (X37.5) 第一9図 第10図 第11図 第12図 (XIO) 第13図 呂°1 ホ ル 1グ 肉裔−壜中への7/Lミニウムの≦1フ込九シ量(wt
%〕第14図 x × 枡、t A 3 (mm ) 第15図 (XIO) 第16図 ・ 、 ◆ 争 9 ◆ 13、 (X37.5) 第17図 第18図 ◆ 第19図 (j 混s(”C)
Claims (1)
- (1)アルミニウム系母材へ耐熱性、耐摩耗性、耐食性
等に優れた銅系肉盛合金材料をレーザビームを照射する
ことにより肉盛する方法であって、前記アルミニウム系
母材の肉盛位置に銅系肉盛合金粉末を0.2〜5.0m
mの厚さに塗布し、乾燥させた後、あるいは銅系肉盛合
金粉末を自動的に送給し、この鋼系肉盛合金粉末の上か
ら、レンズを介して直径0.5mm〜5.0mmの点熱
源に絞り込んだレーザビームをレーザ出力密度80W/
mm^2〜20000W/mm^2で照射するものであ
り、このレーザビームを加工進行方向と垂直な方向に8
0Hz以上でオシレート(往復動)しつつ、加工進行方
向に100mm/分〜3000mm/分の加工速度で移
動させることを特徴とするアルミニウム系母材への肉盛
方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60157622A JPS6216894A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | アルミニウム系母材への肉盛方法 |
| AU60197/86A AU580884B2 (en) | 1985-07-17 | 1986-07-15 | Method for padding a copper type alloy material upon a base of aluminium type metal using laser beam oscillating transversely to its tracking direction |
| US06/885,678 US4725708A (en) | 1985-07-17 | 1986-07-15 | Method for padding a copper type alloy material upon a base of aluminum type metal using laser beam oscillating transversely to its tracking direction |
| CA000513961A CA1248413A (en) | 1985-07-17 | 1986-07-16 | Method for padding a copper type alloy material upon a base of aluminum type metal using laser beam oscillating transversely to its tracking direction |
| DE8686305450T DE3668013D1 (de) | 1985-07-17 | 1986-07-16 | Verfahren zum auftragen einer kupferlegierung auf eine grundlage aus aluminium oder aus einer aluminiumlegierung mit einem quer zur laufrichtung schwingenden laserstrahl. |
| EP86305450A EP0209366B1 (en) | 1985-07-17 | 1986-07-16 | Method for padding a copper alloy material upon a base of aluminum metal or aluminium alloy using laser beam oscillating transversely to its tracking direction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60157622A JPS6216894A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | アルミニウム系母材への肉盛方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6216894A true JPS6216894A (ja) | 1987-01-26 |
| JPH0224637B2 JPH0224637B2 (ja) | 1990-05-30 |
Family
ID=15653753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60157622A Granted JPS6216894A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | アルミニウム系母材への肉盛方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
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