JP2000256822A - Surface modified aluminum alloy and surface modifying method therefor - Google Patents
Surface modified aluminum alloy and surface modifying method thereforInfo
- Publication number
- JP2000256822A JP2000256822A JP11055917A JP5591799A JP2000256822A JP 2000256822 A JP2000256822 A JP 2000256822A JP 11055917 A JP11055917 A JP 11055917A JP 5591799 A JP5591799 A JP 5591799A JP 2000256822 A JP2000256822 A JP 2000256822A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- layer
- aluminum alloy
- hardness
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、表面改質アルミニ
ウム合金及びその表面改質方法に関し、特に、アルミニ
ウム合金の表層部に従来より格段に厚い厚膜硬化層を形
成することを可能とするものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface-modified aluminum alloy and a method for modifying the surface, and more particularly to a method for forming a much thicker hardened layer on a surface layer of an aluminum alloy. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アルミニウム及びアルミニウム合金（本
発明にあっては、両者を含めて「アルミニウム合金」と
記述する）は、軽量で機械的性質が優れているために、
従来から機械構造用材料として種々の産業分野で工業的
に広く用いられている。特に自動車産業においては、軽
量化と燃費の向上を目的として、鉄鋼材料に代えアルミ
ニウム合金の使用量を増やす方向にあり、鉄鋼材料に比
較して耐摩耗性や高温強度が劣るために、アルミニウム
合金の高強度化，複合化などの技術革新が積極的に進め
られつつある。2. Description of the Related Art Aluminum and aluminum alloy (in the present invention, both are described as "aluminum alloy") are lightweight and have excellent mechanical properties.
Conventionally, it has been widely used industrially as a material for machine structures in various industrial fields. In the automotive industry, in particular, the use of aluminum alloys has been increasing in place of steel materials for the purpose of weight reduction and improved fuel efficiency, and aluminum alloys are inferior in wear resistance and high-temperature strength compared to steel materials. Technological innovations such as higher strength and composites are being actively promoted.
【０００３】アルミニウム合金の表面を硬化して耐摩耗
性を改善するための表面改質技術としては、これまでめ
っき処理，硬質アルマイト処理、イオン窒化処理等が行
われてきた。例えば硬質めっき処理の場合、特に高い硬
さの要求にたいしては、Ｎｉ−Ｐめっきを適用してＨＶ
５００〜６００程度、さらに熱処理を施してＮｉ3 Ｐを
析出させるとＨＶ８００以上の硬さが得られることが報
告されている。しかし、一般にこれらの処理は速度が極
めて遅くミリオーダの硬化層を経済的に得ることは難し
い。[0003] As a surface modification technique for hardening the surface of an aluminum alloy to improve wear resistance, plating, hard alumite, ion nitriding and the like have hitherto been performed. For example, in the case of a hard plating process, Ni-P plating is applied to the HV for particularly high hardness requirements.
About 500 to 600, it has been reported that further heat-treating the applied with Ni 3 when the P precipitating HV800 or more hardness is obtained. However, these processes are generally very slow and it is difficult to economically obtain a cured layer of the order of millimeters.
【０００４】結局、上記従来のアルミニウム合金の表面
改質技術では、鉄鋼材料の表面硬化処理と同等の表面硬
さ，拡散層深さ，耐摩耗性等を得るに至ってはいない。
これに対して、最近、ＴＩＧあるいはＭＩＧ溶接、電子
ビーム、レーザなどの高エネルギー密度の熱源を利用し
て表面部分を溶融あるいは溶融合金化することにより比
較的厚膜の表面硬化層を形成する表面改質技術が出現し
てきている。 （１）ＴＩＧあるいはＭＩＧ溶接法を使用した表面改質 ＴＩＧによる表面改質は、溶融処理と合金化とにわけら
れる。前者はアルミニウム合金鋳物の局部的強化技術と
して利用されており、鋳造欠陥が減少し、組織が微細化
して溶融部の機械的性質の向上が果たせる。[0004] As a result, the above-mentioned conventional surface modification technology for aluminum alloys does not provide the same surface hardness, diffusion layer depth, wear resistance, and the like as those of the surface hardening treatment of steel materials.
On the other hand, recently, a surface having a relatively thick film surface-hardened layer by melting or melt-alloying the surface using a high energy density heat source such as TIG or MIG welding, an electron beam, or a laser. Reforming technologies are emerging. (1) Surface Modification Using TIG or MIG Welding Method Surface modification by TIG is divided into melting and alloying. The former is used as a local strengthening technique for aluminum alloy castings, which reduces casting defects, refines the structure, and improves the mechanical properties of the fusion zone.
【０００５】後者の合金化は、ＴＩＧあるいはＭＩＧ溶
接法により行われ、Ａｌ−Ｃｕ系肉盛材料を用いてアル
ミニウムピストンのトップリング溝に表面厚膜硬化肉盛
として実施されており、表面硬さＨＶ３５０程度を得て
いる。 （２）電子ビームを利用した表面改質 電子ビーム装置を用い被加工物を真空中で処理する。[0005] The latter alloying is carried out by TIG or MIG welding, and is carried out as a surface thick film hardened overlay on the top ring groove of an aluminum piston using an Al-Cu based overlay material. HV 350 is obtained. (2) Surface modification using an electron beam A workpiece is processed in a vacuum using an electron beam device.
【０００６】この方法も、鋳物用合金を中心にすでに工
業的に実用化されており、表面改質の速度が早い利点を
有する。やはり溶融処理法と合金化法とがあり、前者は
溶融，急冷の効果で組織の微細化とともに収縮巣の除去
が可能でアルミニウム合金鋳物に適用されている。後者
は、例えばアルミニウム合金製ピストンのトップリング
位置に溝を堀り、その溝に銅ワイヤを挿入して電子ビー
ムで銅合金化層を作成し、その後当該合金化層内にトッ
プリング溝を加工するのに実用されている。 （３）レーザを利用した表面改質 電子ビームの場合は、真空中で改質するのに対し、レー
ザでは空気中で改質することが可能であり、装置，操作
の簡便性の点で電子ビームより有利である。レーザの場
合も、表面溶融法と合金化法とがある。前者は合金表面
を再溶融して超急速凝固させるとアモルファス相の生成
も可能とされる。This method has already been industrially used mainly for casting alloys, and has the advantage that the surface modification speed is high. There are also a melting treatment method and an alloying method. The former method is applicable to aluminum alloy castings because the structure can be made finer and shrinkage cavities can be removed by the effect of melting and quenching. For the latter, for example, a groove is dug at the top ring position of an aluminum alloy piston, a copper wire is inserted into the groove to create a copper alloyed layer with an electron beam, and then a top ring groove is machined in the alloyed layer. Practical to do. (3) Surface modification using a laser In the case of an electron beam, it is possible to modify in an air, whereas in the case of an electron beam, it is possible to modify in an air. Advantageous over beams. Also in the case of laser, there are a surface melting method and an alloying method. In the former case, when the alloy surface is re-melted and ultra-rapidly solidified, an amorphous phase can be formed.
【０００７】後者の合金化法は、合金化物質の添加によ
る硬い金属間化合物の生成や、レーザによる肉盛（レー
ザグラディング）が可能であり、これらの金属間化合物
を利用してアルミニウム合金の表面を改質することもで
きる。合金化物質の添加方法には、図１０に示すよう
に、予め母材表面にコーティングする方法（図１０
（ａ））と、レーザ照射時に溶融部に直接添加する供給
法（図１０（ｂ））とがある。コーティング法は、粉末
・箔塗布法，蒸着法，めっき法，溶射法，クラッド法に
細分される。供給法は、粉末供給法，ワイヤ供給法，ガ
ス法に細分される。In the latter alloying method, it is possible to form a hard intermetallic compound by adding an alloying substance or to build up by laser (laser grading), and to use these intermetallic compounds to form an aluminum alloy. The surface can also be modified. As a method for adding the alloying substance, as shown in FIG. 10, a method of coating the base material surface in advance (FIG. 10)
(A)) and a supply method (FIG. 10 (b)) in which a laser beam is directly added to a molten portion during laser irradiation. The coating method is subdivided into a powder / foil coating method, a vapor deposition method, a plating method, a thermal spraying method, and a cladding method. The supply method is subdivided into a powder supply method, a wire supply method, and a gas method.
【０００８】図１１に、アルミニウム合金の表面へ各種
の合金化物質を単独添加することにより作成した合金化
層の表面硬さを測定した結果の一例を示す。Ｃｕ，Ｍ
ｎ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｒの各金属は、合金化
により硬さがＨＶ６００以上になっている。これに対
し、合金化元素の融点が、アルミニウムの融点以下とア
ルミニウムの沸点以上の金属では合金化層が形成され
ず、硬さもＨＶ２００以下である。FIG. 11 shows an example of the result of measurement of the surface hardness of an alloyed layer formed by adding various alloying substances to the surface of an aluminum alloy alone. Cu, M
The hardness of each metal of n, Ni, Co, Fe, Ti, and Cr is HV600 or more due to alloying. On the other hand, a metal having a melting point of the alloying element lower than the melting point of aluminum and higher than the boiling point of aluminum does not form an alloying layer, and has a hardness of HV 200 or less.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】図１２に、従来技術の
アルミニウム合金の表面硬化法により形成された硬化層
の硬さと深さとの関係を示した（松田福久；「アルミニ
ウム表面厚膜技術の現状と可能性」，軽金属，Vol.40,N
o.10,1990,別刷）。硬化層の硬さが増大すると共に硬化
層は薄く、硬さが小さくなすると硬化層は厚くなる。溶
射，めっき，イオンプレーティング等により硬質物質で
アルミ表面を被覆した場合（斜線）、ＨＶ８００以上の
硬さは得られているものの、その硬化層厚さは最大でも
３００μｍ、全般的には１００〜２００μｍ程度に止ま
っている。すなわち、従来技術では、硬さ５００ＨＶを
超え且つ硬化層厚さが３００μｍを超える範囲は空白域
になっているのが現状である。FIG. 12 shows the relationship between hardness and depth of a hardened layer formed by a surface hardening method of a conventional aluminum alloy (Fukuhisa Matsuda; "Present status of aluminum surface thick film technology"). And Possibilities ”, Light Metal, Vol.40, N
o.10, 1990, reprint). As the hardness of the hardened layer increases, the hardened layer becomes thinner, and as the hardness becomes smaller, the hardened layer becomes thicker. When the aluminum surface is coated with a hard substance by thermal spraying, plating, ion plating or the like (oblique line), a hardness of HV800 or more is obtained, but the thickness of the hardened layer is at most 300 μm, and generally 100 to 100 μm. It stops at about 200 μm. That is, in the related art, a range where the hardness exceeds 500 HV and the thickness of the hardened layer exceeds 300 μm is a blank area at present.
【００１０】しかし最近、基材との密着性および耐摩耗
性の優れた厚膜表面硬化層をアルミニウム合金に形成す
るべく、溶射とレーザとの複合技術による表面改質方法
が新たに提出されるに至った（小久保貞男他；「アルミ
ニウム合金急冷凝固粉末を溶射した６０６３アルミニウ
ム合金押出材のＮｄ−ＹＡＧレーザによる表面改質」軽
金属，Vol47,No.1,1997,21〜 27)。However, recently, in order to form a thick film surface hardened layer having excellent adhesion to a substrate and abrasion resistance on an aluminum alloy, a surface modification method by a combined technique of thermal spraying and laser is newly proposed. (Sadao Kokubo et al., "Surface modification of 6063 aluminum alloy extruded material sprayed with rapidly solidified aluminum alloy powder by Nd-YAG laser", Light Metal, Vol 47, No. 1, 1997, 21-27).
【００１１】このものは、基材であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
合金６０６３に対し、硬質粒子としてＡｌ−ＦｅやＡｌ
−Ｆｅ−Ｓｉ等の急冷凝固合金粉末を、減圧プラズマ溶
射法によりＡｒガス雰囲気下に溶射して、基材表面に１
００〜２００μｍの溶射皮膜を形成させ、その後、４０
０Ｗのパルス発信Ｎｄ−ＹＡＧレーザ装置を用いてＡｒ
ガス雰囲気のチャンバ内でレーザビームをデフォーカス
させることにより再溶融処理を行うというものであり、
これにより密着性および耐摩耗性に優れた合金化層を得
ている。[0011] This is a substrate Al-Mg-Si
For alloy 6063, hard particles of Al-Fe or Al
-A rapidly solidified alloy powder such as Fe-Si is sprayed under an Ar gas atmosphere by a low pressure plasma spraying method, and 1
A thermal spray coating of 100 to 200 μm is formed,
Ar using a 0 W pulsed Nd-YAG laser device
The re-melting process is performed by defocusing the laser beam in a chamber in a gas atmosphere.
Thus, an alloyed layer having excellent adhesion and wear resistance is obtained.
【００１２】しかしながら、得られた合金層の厚さと硬
さとについてみると、例えば合金粉末がＡｌ−５０Ｆｅ
の場合、溶射皮膜のみでは最高硬さＨＶ８００程度にな
るが、膜厚は１００μｍと薄い。これにレーザによる再
溶融処理を施すことで基材の一部も溶融する結果、合金
層の厚さは約２５０μｍと厚くなることが確認されてい
るが、一方硬さの方はＥ＝２０ＪでＨＶ５００，Ｅ＝３
０ＪでＨＶ３００〜４００と、レーザ照射により逆に減
少している。Ａｌ−１５Ｆｅ−１７Ｓｉの場合も、溶射
膜厚１５０μｍでＨＶ５００前後の硬さのものが、レー
ザ再溶融後は合金化層の厚さは２００〜２５０μｍとな
るものの硬さはＨＶ２５０〜３５０と低下している。However, when considering the thickness and hardness of the obtained alloy layer, for example, when the alloy powder is Al-50Fe
In the case of (1), the maximum hardness is about HV800 when the thermal spray coating alone is used, but the film thickness is as thin as 100 μm. It has been confirmed that a part of the base material is also melted by performing a remelting treatment with a laser, so that the thickness of the alloy layer is increased to about 250 μm, while the hardness is E = 20J. HV500, E = 3
At 0 J, the HV is 300 to 400, which is reduced by laser irradiation. Also in the case of Al-15Fe-17Si, the sprayed film thickness of 150 μm and the hardness of about HV500, but after laser remelting, the thickness of the alloyed layer becomes 200 to 250 μm, but the hardness decreases to HV250 to 350. ing.
【００１３】すなわち、最新の溶射とレーザとの複合技
術によるアルミニウム合金の表面硬化改質法によれば、
アルミニウム合金の表面に密着性および耐摩耗性に優れ
た比較的厚膜の表面硬化層を形成させることができるの
ではあるが、更により厚いミリオーダの厚みで且つ硬度
の高い厚膜表面硬化層を得るには至っていないというの
が現状である。That is, according to the latest method of surface hardening of aluminum alloy by a combined technique of thermal spraying and laser,
Although it is possible to form a relatively thick surface hardened layer with excellent adhesion and abrasion resistance on the surface of the aluminum alloy, a thicker hardened hardened layer with a thickness of the order of millimeters and high hardness can be formed. At present, it has not been obtained.
【００１４】そこで本発明は、このような従来技術の未
解決の課題に着目してなされたものであり、従来のアル
ミニウム合金の表面改質技術では達成できない厚さと硬
さの合金化層を有する新規なアルミニウム合金の表面改
質技術を開発することにより、近時、自動車，産業機器
及び航空機分野において特に要望の高まりつつある目標
硬さＨＶ５００以上、厚み略ミリオーダの表面硬化膜を
有する表面改質アルミニウム合金及びその表面改質方法
を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of such unresolved problems of the prior art, and has an alloying layer having a thickness and hardness that cannot be achieved by the conventional surface modification technology of aluminum alloys. By developing a new aluminum alloy surface modification technology, the surface modification with a target hardness of HV500 or more and a thickness of approximately milli-order has recently been particularly demanded in the fields of automobiles, industrial equipment and aircraft. An object of the present invention is to provide an aluminum alloy and a surface modification method thereof.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る表面改質アルミニウム合金の発明
は、母材のアルミニウムまたはアルミニウム合金の表層
に、アンカー状の拡散合金層を有し、当該拡散合金層の
底部またはその近傍まで窒化されていることを特徴とす
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a surface-modified aluminum alloy having an anchor-shaped diffusion alloy layer on a surface of aluminum or an aluminum alloy as a base material. In addition, it is characterized in that the diffusion alloy layer is nitrided to the bottom or its vicinity.
【００１６】また、請求項２に係るアルミニウム合金の
表面改質方法の発明は、アルミニウム合金の表面に、融
点がアルミニウムの融点以上沸点以下で且つ窒素との親
和力を有してアルミニウム合金母材と金属間化合物を形
成する合金物質を溶射する工程と、その溶射で形成され
た溶射被膜層にレーザを照射して拡散合金層を形成する
工程と、更に窒化処理を施して前記合金表面及び拡散層
に窒化化合物を形成する工程とを有することを特徴とす
る。Further, the invention of a method for modifying the surface of an aluminum alloy according to a second aspect of the present invention is to provide a method of modifying the surface of an aluminum alloy, wherein the surface of the aluminum alloy has a melting point not lower than the melting point of aluminum and not higher than the boiling point and has an affinity for nitrogen. A step of spraying an alloy material forming an intermetallic compound, a step of irradiating a laser to the sprayed coating layer formed by the spraying to form a diffusion alloy layer, and further applying a nitriding treatment to the alloy surface and the diffusion layer. And a step of forming a nitride compound.
【００１７】また、請求項３に係る発明は、上記請求項
２に係る発明であるアルミニウム合金の表面改質方法の
発明において、前記合金物質がＮｉベース合金であるこ
とを特徴とする。また、請求項４に係る発明は、上記請
求項２に係る発明であるアルミニウム合金の表面改質方
法の発明において、前記合金物質がＷベースのサーメッ
ト合金であることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the method for modifying the surface of an aluminum alloy according to the second aspect of the invention, the alloy material is a Ni-based alloy. According to a fourth aspect of the present invention, in the method for modifying a surface of an aluminum alloy according to the second aspect of the invention, the alloy material is a W-based cermet alloy.
【００１８】また、請求項５に係る発明は、上記請求項
２に係る発明であるアルミニウム合金の表面改質方法の
発明において、前記合金物質がＣｒ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｙ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｆｅのいずれかであることを特徴とする。ま
た、請求項６に係る発明は、上記請求項２ないし５のい
ずれかに記載のアルミニウム合金の表面改質方法の発明
において、前記窒素化合物を形成する工程では、ガス軟
窒化，ガス窒化，イオン窒化，イオン軟窒化処理のいず
れかを施すことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for modifying a surface of an aluminum alloy according to the second aspect of the invention, wherein the alloy material is Cr, Si, Mn, Y,
V, Ti, or Fe. According to a sixth aspect of the present invention, in the method for modifying a surface of an aluminum alloy according to any one of the second to fifth aspects, the step of forming the nitrogen compound includes the steps of gas nitrocarburizing, gas nitriding, and ionizing. It is characterized by performing either nitriding or ion nitrocarburizing treatment.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明者らは、従来のアルミニウ
ム合金の表面改質技術では達成できない厚さと硬さの合
金化層を有する実用に耐え得るアルミニウム合金の表面
改質技術の開発をテーマとするに当たって、硬さＨＶ５
００以上、厚み略ミリオーダの表面硬化層を得ることを
目指した。そして、これを達成するためには、溶射とレ
ーザによる拡散合金層の形成という表面改質技術に更に
新たな表面硬化手段を付加して、より硬く厚い表面硬化
層を形成するプロセスの実現が必要であると考え、その
実現に向けて鋭意研究を重ねてきた。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. SUMMARY OF THE INVENTION The inventors of the present invention have developed a surface modification technology for an aluminum alloy that has a thickness and hardness that cannot be achieved by the conventional surface modification technology for an aluminum alloy and that can withstand practical use.
The aim was to obtain a surface-hardened layer having a thickness of about 00 or more and of the order of millimeters. In order to achieve this, it is necessary to add a new method of surface hardening to the surface modification technology of thermal spraying and the formation of a diffusion alloy layer by laser to realize a process of forming a harder and thicker surface hardened layer. We have been conducting diligent research toward its realization.
【００２０】通常、アルミニウム合金の耐摩耗性硬質表
面処理の単独技術としては、めっき処理，窒化処理，肉
盛り，溶射等が一般的に行われている。硬質めっき処理
の場合は、先に述べたように、ＨＶ５００〜６００程
度、さらに熱処理を施してＨＶ８００以上の硬さが得ら
れるのであるが、処理速度が極めて遅いためにミリオー
ダの硬化層を経済的に得ることは難しい。Normally, plating, nitriding, overlaying, thermal spraying and the like are generally performed as a single technique for the wear-resistant hard surface treatment of an aluminum alloy. In the case of the hard plating treatment, as described above, a hardness of about HV 500 to 600 and a heat treatment of HV 800 or more can be obtained. Difficult to get.
【００２１】窒化処理については、交流ＴＩＧアークに
よる溶融窒化すなわちアルミニウム合金母材表面をＡｒ
−Ｎ2 混合ガスシールドでＴＩＧアークにより溶融凝固
させると、ＨＶ２００〜２５０の硬化層が得られるが、
その厚さは１００μｍ程度である。肉盛りについては、
ＴＩＧやＭＩＧ等のアーク溶接で、Ｎｉ含有添加材を用
いアルミニウム合金鋳造部品の耐摩耗性を部分的に向上
した例がある。また、電子ビームを使用してアルミニウ
ム合金母材上のＦｅ，Ｎｉ，ＣｒＮｉ添加材を溶融合金
化してＨＶ３５０以上で厚さ１ｍｍの硬化層を得た事例
の報告がある。In the nitriding treatment, the molten nitriding by the AC TIG arc, that is, the surface of the aluminum alloy base material is Ar
When the melt congealed by TIG arc -N 2 mixed gas shielded, but cured layer of HV200~250 is obtained,
Its thickness is about 100 μm. For the overlay,
There is an example in which the wear resistance of an aluminum alloy cast part is partially improved by using a Ni-containing additive by arc welding such as TIG or MIG. In addition, there is a report of a case in which a Fe, Ni, and CrNi additive material on an aluminum alloy base material is melt-alloyed using an electron beam to obtain a hardened layer having a HV of 350 or more and a thickness of 1 mm.
【００２２】溶射については、自動車のブレーキディス
クのＷＣを溶射したもの、オートバイエンジンシリンダ
にＭｏ溶射を施したもの、ジェットエンジンの排気コー
ンにＺｏ2 溶射を応用したものなど多くの例が実施され
ているが、厚膜とするためには、剥離，割れ等の問題を
解決する必要がある。本発明者らは、以上のような種々
の単独技術では困難なアルミニウム合金の耐摩耗性厚膜
表面層の形成も、その幾つかを組み合わせ複合すること
で可能性を増大させることができることを見いだし本発
明をなすに至ったものである。There are many examples of thermal spraying such as spraying WC of an automobile brake disk, Mo spraying a motorcycle engine cylinder, and applying Zo 2 spraying to an exhaust cone of a jet engine. However, in order to form a thick film, it is necessary to solve problems such as peeling and cracking. The present inventors have found that the formation of a wear-resistant thick-film surface layer of an aluminum alloy, which is difficult with the above various techniques alone, can be increased by combining and combining some of them. The present invention has been accomplished.
【００２３】すなわち、本発明のアルミニウム合金の表
面改質法は、溶射とレーザと窒化とを組合せて使用する
ことにより、アルミニウム合金に硬さでＨＶ５００以
上、厚みでは略ミリオーダの表面硬化層を得ようとする
ものである。より具体的には、先ず、アルミニウム合金
母材面に、アルミニウム合金との金属間化合物を形成す
るための合金化物質を溶射して、母材表面に溶射皮膜層
を形成させる。これに高エネルギー密度熱源であるレー
ザビームを照射することにより、前記溶射皮膜層を再溶
融させてアルミニウム合金母材との金属間化合物よりな
る拡散合金層を形成する。更に、窒化処理を施して、ア
ルミニウム合金母材表面及び拡散合金層に窒化化合物を
分散形成させることにより、表面及び拡散合金層の硬さ
を向上させて、硬くて厚い耐摩耗性厚膜表面層を形成す
るものである。That is, in the method for modifying the surface of an aluminum alloy according to the present invention, by using a combination of thermal spraying, laser and nitriding, a surface hardened layer having a hardness of HV 500 or more and a thickness of approximately milli-order is obtained on the aluminum alloy. It is to try. More specifically, first, an alloying substance for forming an intermetallic compound with an aluminum alloy is sprayed on the aluminum alloy base material surface to form a sprayed coating layer on the base material surface. By irradiating this with a laser beam as a high energy density heat source, the sprayed coating layer is remelted to form a diffusion alloy layer made of an intermetallic compound with an aluminum alloy base material. Furthermore, by performing a nitriding treatment to disperse and form a nitride compound on the surface of the aluminum alloy base material and the diffusion alloy layer, the hardness of the surface and the diffusion alloy layer is improved, and a hard and thick wear-resistant thick film surface layer is formed. Is formed.
【００２４】本発明において、アルミニウム合金母材と
金属間化合物を形成するのに用いる合金化物質として
は、融点がアルミニウム合金の融点以上沸点以下で且つ
窒素との親和力を有する金属元素、例えばＣｒ，Ｓｉ，
Ｍｎ，Ｙ，Ｖ，Ｔｉ，Ｆｅ等を単独で用いることができ
る。あるいは又、それらの金属元素の少なくとも一つを
含有するＮｉベース合金を用いることができ、その具体
例としてはＭＡ−７０，ＭＡ−９０等が挙げられる。In the present invention, as an alloying substance used to form an intermetallic compound with the aluminum alloy base material, a metal element having a melting point higher than the melting point of the aluminum alloy and lower than the boiling point and having an affinity for nitrogen, for example, Cr, Si,
Mn, Y, V, Ti, Fe, etc. can be used alone. Alternatively, a Ni-based alloy containing at least one of these metal elements can be used, and specific examples thereof include MA-70 and MA-90.
【００２５】また、例えばＣｒ，Ｃ，Ｎｉ，Ｃｏなどの
金属元素のいずれかを含有するタングステン（Ｗ）ベー
スのサーメット合金を用いることもでき、具体例として
例えばＳＣ−４３Ｌが挙げられる。それらの合金の組成
を表１に示す。Also, a tungsten (W) -based cermet alloy containing any of metal elements such as Cr, C, Ni, and Co can be used, and a specific example is SC-43L. Table 1 shows the compositions of these alloys.
【００２６】[0026]
【表１】 [Table 1]
【００２７】こうした合金化物質を、アルミニウム合金
の母材表面に所定の厚さで溶射する溶射装置としては、
例えば低圧プラズマ溶射装置をはじめ、アーク溶射，フ
レーム溶射，高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）自溶合金溶
射，プラズマ溶射等の各溶射手段を用いることができ
る。図１は低圧プラズマ溶射装置の模式図で、密閉容器
１内に、プラズマを発生させるガン（トーチ）２を備
え、そのガン２の下方に被溶射物（この場合、アルミニ
ウム合金製基材）３が容器外部の駆動系４により駆動可
能に収納される。ガン２には、冷却水５，プラズマガス
（Ａｒ，Ｈｅ等）６，前記合金化物質の粉末からなる溶
射粉体７が供給される。容器１内を真空排気系８により
大気圧より低い気圧に減圧して、ガン２の陽極２ａ，陰
極２ｂに、プラズマ電源９から高電圧を供給して、ガン
２から噴射されるプラズマジェット１０を基材３の表面
に吹きつけ、溶射皮膜１１を形成していく。ガン２及び
基材３を適宜に動かすことにより、溶射皮膜１１を帯状
に間隔をおいて形成することもでき、あるいはその帯状
を一部重複させて表面全部を覆う事もできる。As a thermal spraying device for spraying such an alloyed substance onto the surface of an aluminum alloy base material at a predetermined thickness,
For example, various thermal spraying means such as low pressure plasma thermal spraying, arc thermal spraying, flame thermal spraying, high-speed flame thermal spraying (HVOF) self-fluxing alloy thermal spraying, and plasma thermal spraying can be used. FIG. 1 is a schematic view of a low-pressure plasma spraying apparatus, in which a gun (torch) 2 for generating plasma is provided in a closed vessel 1, and an object to be sprayed (a base material made of an aluminum alloy in this case) 3 is provided below the gun 2. Are stored so as to be drivable by the drive system 4 outside the container. The gun 2 is supplied with cooling water 5, plasma gas (Ar, He, etc.) 6, and a thermal spray powder 7 made of a powder of the alloying substance. The inside of the vessel 1 is decompressed to a pressure lower than the atmospheric pressure by the vacuum exhaust system 8, and a high voltage is supplied from the plasma power supply 9 to the anode 2 a and the cathode 2 b of the gun 2, and the plasma jet 10 ejected from the gun 2 is supplied. The thermal spray coating 11 is formed by spraying on the surface of the substrate 3. By appropriately moving the gun 2 and the base material 3, the thermal spray coating 11 can be formed at intervals in a strip shape, or the strip shape can be partially overlapped to cover the entire surface.
【００２８】こうしてアルミニウム合金母材表面に形成
した溶射用合金層に、図２に示すように、予め焦点はず
し距離Ｌを設定したレーザのデフォーカスビームを照射
して再溶融させる。これにより、母材表層部に、アルミ
ニウム合金との金属間化合物よりなる拡散合金層を形成
する。母材を移動させつつレーザのデフォーカスビーム
で母材表面の一方向走査を繰り返すことにより、広い範
囲を照射することができる。照射のパターンとしては、
走査毎に一部を重複させる連続パターンと、各走査の間
隔をあける不連続パターンとがある。製品の種類，用途
等により異なる要求仕様に応じていずれかのパターンを
選定すればよい。As shown in FIG. 2, the thermal spraying alloy layer formed on the surface of the aluminum alloy base material is irradiated with a laser defocus beam having a defocusing distance L set in advance to be re-melted. As a result, a diffusion alloy layer made of an intermetallic compound with an aluminum alloy is formed on the surface layer of the base material. By repeating one-way scanning of the base material surface with the laser defocus beam while moving the base material, a wide range can be irradiated. As the irradiation pattern,
There are continuous patterns that partially overlap each scan, and discontinuous patterns that leave an interval between each scan. One of the patterns may be selected according to the required specifications that differ depending on the type of the product, the application, and the like.
【００２９】レーザの種類は特に限定されず、例えばＣ
Ｏ2 レーザ，Ａｒイオンレーザ，エキシマレーザ，Ｎｄ
−ＹＡＧレーザ，Ｎｄ−ガラス、ルビーレーザ等一般的
に用いられているものが利用できる。この溶射とレーザ
ビームによる合金化法によれば、拡散合金層を厚く形成
できるとともに、その合金組成を自由に変えることがで
き、且つ続く窒化処理を短時間で深くまで行うことがで
きる。The type of laser is not particularly limited.
O 2 laser, Ar ion laser, excimer laser, Nd
Commonly used lasers such as -YAG laser, Nd-glass and ruby laser can be used. According to the alloying method using the thermal spraying and the laser beam, the diffusion alloy layer can be formed thick, the alloy composition can be freely changed, and the subsequent nitriding treatment can be performed in a short time and deeply.
【００３０】続いて、当該拡散合金層に対し窒化処理を
施す。本発明における窒化処理としては、ガス軟窒化，
ガス窒化，イオン窒化，イオン軟窒化処理のいずれを用
いてもよい。その窒化処理によって、上述の溶射とレー
ザ照射とによりアルミニウム合金の表層部にアンカー状
に形成された拡散合金層の、底部またはその近傍まで深
く窒化させた表面硬化層を得ることができる。Subsequently, a nitriding treatment is performed on the diffusion alloy layer. Gas nitriding, gas nitriding,
Any of gas nitriding, ion nitriding, and ion soft nitriding may be used. By this nitriding treatment, it is possible to obtain a surface hardened layer in which the diffusion alloy layer formed in the anchor layer on the surface layer of the aluminum alloy by the above-described thermal spraying and laser irradiation is deeply nitrided to the bottom or the vicinity thereof.
【００３１】図３は、本発明によりアルミニウム合金の
表層部に形成された表面硬化層の形態の模式断面図で、
アンカー状の拡散合金層Ａの底部またはその近傍まで深
く窒化層Ｂが形成されている。これにより、アルミニウ
ム合金の表層部に、従来より格段に硬く厚い厚膜硬化層
を実現することが可能になった。なお、図３（ａ）は連
続パターン、（ｂ）は不連続パターンの場合である。FIG. 3 is a schematic sectional view of a form of a surface hardened layer formed on a surface layer of an aluminum alloy according to the present invention.
The nitrided layer B is formed deeply to the bottom of or near the anchor-shaped diffusion alloy layer A. This makes it possible to realize a thicker hardened layer that is much harder and thicker than before in the surface layer of the aluminum alloy. 3A shows a case of a continuous pattern, and FIG. 3B shows a case of a discontinuous pattern.
【００３２】以下、実施例により、本発明の効果を具体
的に説明する。 （実施例１）３ｃｍ角，厚さ２ｍｍのアルミニウム合金
板（以下、母材という）の表面に表面硬化層を形成する
実施例である。当該母材の組成は表２の通りである。ま
た母材の硬さはＨＶ３０〜５０程度である。Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to examples. (Example 1) This is an example in which a surface hardened layer is formed on the surface of a 3 cm square, 2 mm thick aluminum alloy plate (hereinafter referred to as a base material). The composition of the base material is as shown in Table 2. The hardness of the base material is about 30 to 50 HV.
【００３３】[0033]
【表２】 [Table 2]
【００３４】まず、この母材の表面に、低圧プラズマ溶
射装置を用いて、溶射用合金の粉末を１３０〜１５０μ
ｍの厚さで溶射した。溶射用合金には、ＭＡ−９０とし
てよく知られているＮｉをベースとしたＮｉ−ＣｒＡｌ
Ｙ合金を用いた。溶射装置には、プラズマジェット溶射
装置；ＤＣ４０−８０ＫＷ（プラズマ技研工業（株）
製）を用いた。溶射条件は次の通りである。First, using a low-pressure plasma spraying apparatus, the powder of the alloy for spraying is applied to the surface of the base material in an amount of 130 to 150 μm.
m was sprayed. Ni-CrAl based on Ni, well known as MA-90,
Y alloy was used. Plasma spraying equipment; DC40-80KW (Plasma Giken Kogyo Co., Ltd.)
Was used. Thermal spraying conditions are as follows.
【００３５】溶射条件： 電 流；７５０Ａ 電 圧；４３Ｖ 真空度 ；５０Ｔｏｒｒ 溶射距離；２５ｃｍ ＭＡ−９０溶射層の硬さはＨＶ１８０〜１９０程度であ
った。Spraying conditions: Current: 750 A Voltage: 43 V Vacuum degree: 50 Torr Spraying distance: 25 cm The hardness of the MA-90 sprayed layer was about 180 to 190 HV.
【００３６】次に、この溶射層の表面に、レーザビーム
を連続パターンで照射してレーザ加工を行い、母材と溶
射合金との溶融合金化層（拡散合金層）を形成した。こ
のとき使用したレーザ装置及び照射条件は次の通りであ
る。 レーザ装置；ＭＷ２０００型ＹＡＧレーザ，最大出力
５．０ｋｗ（通常２．０ｋｗ（住友重機械工業（株）
製） 照射条件： デフォーカス；０〜１０ｍｍ 移動速度 ；５０ｃｍ／ｍｉｎ ピッチ間隔 ；１．５ｍｍ 真 空 度 ；０．４Ｔｏｒｒ 得られた合金化層の硬さと表面からの距離（深さ）を測
定した結果を図４に実線で示した。表面から深さ５００
μｍの箇所での硬さはＨＶ７５０位であったが、それ以
上の深さの硬さは急激に減少し、深さ７００μｍ付近で
ＨＶ１００、深さ７５０μｍ付近での硬さはＨＶ２０程
度に低減している。Next, the surface of the sprayed layer was irradiated with a laser beam in a continuous pattern to perform laser processing, thereby forming a molten alloyed layer (diffusion alloy layer) of the base material and the sprayed alloy. The laser device and irradiation conditions used at this time are as follows. Laser device: MW2000 type YAG laser, maximum output 5.0 kW (normally 2.0 kW (Sumitomo Heavy Industries, Ltd.)
Irradiation conditions: Defocus; 0 to 10 mm Moving speed; 50 cm / min Pitch interval; 1.5 mm Vacuum; 0.4 Torr The hardness of the obtained alloyed layer and the distance (depth) from the surface were measured. The result is shown by a solid line in FIG. 500 from the surface
The hardness at the point of μm was about HV750, but the hardness at depths more rapidly decreased, and the hardness at the depth of 700 μm decreased to HV100 and the hardness at the depth of 750 μm decreased to about HV20. ing.
【００３７】その後、アンモニアガスをベースとするガ
ス窒化雰囲気中で、５５０℃，３時間のガス窒化処理を
行った。この窒化処理後の硬さを、前記図４に破線で併
記した。窒化処理前のものに比べて、表面から深さ略４
５０μｍの箇所で略ＨＶ８００程度、深さ７００μｍの
箇所で略ＨＶ７００程度と大幅に向上した。図５は、本
発明による上記「溶射＋レーザ照射＋窒化処理」後の表
面改質アルミニウム合金化層（ＭＡ−９０）の金属組織
を示す写真（ＳＥＭ像）で、（ａ）はＡｌ，Ｎｉ，Ｃｒ
が固溶してなるデンドライト（樹枝状結晶）のマクロ組
織である。（ｂ）は合金化層の上部を拡大したもので、
Ａｌ＋Ｎｉ＋ＣｒのＮｉリッチのデンドライト組織（樹
枝状結晶組織）である。（ｃ）は合金化層の底部を拡大
したもので、Ｎとの親和力の大きいＣｒ分布層である。
クロム窒化物により硬化層が深くまで形成されているこ
とがわかる。このことから、図４の「溶射＋レーザ処理
＋ガス窒化処理」（破線）が「溶射＋レーザ処理）（実
線）よりも硬化層（窒化層）の深さが延びているのは、
前記Ｃｒ分布層とＮとの結合により硬度を上げているた
めといえる。 （実施例２）前記表２の組成を持つアルミニウム合金母
材の表面に、上記と同じプラズマ溶射装置を用いて、Ｗ
ベースのサーメット合金ＳＣ−４３Ｌの粉末を１３０〜
１５０μｍの厚さで溶射した。溶射条件は次の通りであ
る。Thereafter, a gas nitriding treatment was performed at 550 ° C. for 3 hours in a gas nitriding atmosphere based on ammonia gas. The hardness after this nitriding treatment is also indicated by a broken line in FIG. Approximately 4 depths from the surface compared to those before nitriding
At a location of 50 μm, the HV is substantially improved, and at a location of a depth of 700 μm, the HV is substantially improved. FIG. 5 is a photograph (SEM image) showing the metal structure of the surface-modified aluminum alloyed layer (MA-90) after the above “spraying + laser irradiation + nitriding treatment” according to the present invention. , Cr
Is a macrostructure of dendrite (dendritic crystal) formed by solid solution. (B) is an enlarged view of the upper part of the alloyed layer,
It is a Ni-rich dendrite structure (dendritic crystal structure) of Al + Ni + Cr. (C) is an enlarged view of the bottom of the alloyed layer, which is a Cr distribution layer having a high affinity for N.
It can be seen that the hardened layer is formed deeply by the chromium nitride. For this reason, the reason why “spraying + laser treatment + gas nitriding treatment” (dashed line) in FIG. 4 (dashed line) is that the depth of the hardened layer (nitridation layer) is longer than “spraying + laser treatment” (solid line) is as follows.
It can be said that the hardness is increased by the bonding between the Cr distribution layer and N. (Example 2) The surface of an aluminum alloy base material having the composition shown in Table 2 was coated with W
130-based powder of cermet alloy SC-43L
Thermal spraying was performed at a thickness of 150 μm. Thermal spraying conditions are as follows.
【００３８】溶射条件： 電 流；７５５Ａ 電 圧；５６Ｖ 真空度 ；５００Ｔｏｒｒ 溶射距離；２０ｃｍ 次に、この溶射層の表面に、レーザビームを不連続パタ
ーンで照射してレーザ加工を行い、母材と溶射合金との
溶融合金化層（拡散合金層）を不連続の帯状に形成し
た。このとき使用したレーザ装置は上記実施例１と同じ
である。照射条件は次の通りである。Thermal spraying conditions: Current: 755 A Voltage: 56 V Vacuum degree: 500 Torr Thermal spraying distance: 20 cm Next, the surface of the sprayed layer is irradiated with a laser beam in a discontinuous pattern to perform laser processing, and A molten alloyed layer (diffusion alloy layer) with the thermal spray alloy was formed in a discontinuous band shape. The laser device used at this time is the same as in the first embodiment. The irradiation conditions are as follows.
【００３９】照射条件： デフォーカス；１０ｍｍ 移動速度 ；１００〜２００ｃｍ／ｍｉｎ ピッチ間隔 ；２．５ｍｍ 真 空 度 ；０．３〜０．５Ｔｏｒｒ 測定場所１で得られた合金化層の硬さと表面からの距離
（深さ）を測定した結果を図６（ｂ）に実線で示した。
図６（ａ）に示される測定場所１は、レーザビームが照
射されている箇所であり、溶融して微細組織になり硬度
が上がっている。Irradiation conditions: Defocus; 10 mm Moving speed; 100 to 200 cm / min Pitch interval; 2.5 mm Vacuum; 0.3 to 0.5 Torr From the hardness and surface of the alloyed layer obtained at measurement site 1 The result of measuring the distance (depth) is shown by a solid line in FIG.
The measurement place 1 shown in FIG. 6A is a place where the laser beam is irradiated, and is melted into a fine structure to increase the hardness.
【００４０】その後、アンモニアガスをベースとするガ
ス窒化雰囲気中で、５５０℃，２時間のガス窒化処理を
行った。この窒化処理後の硬さを、図６（ｂ）に併記し
た。その硬さは、表面から深さ５０μｍの箇所で略ＨＶ
２０００程度、深さ７０μｍの箇所でＨＶ２１００程度
に向上した。更に顕著な効果として、ガス窒化処理を併
用したことにより、表面から深い所まで極めて高い高度
の合金化層が得られた。即ち、図６（ｂ）に見られるよ
うに、深さ３００μｍにおける硬さが、「溶射＋レーザ
照射」のみではＨＶ３５程度に過ぎないのに対し、これ
に更に「ガス窒化処理」を施したものではＨＶ１５００
に近い硬さが得られた。 （実施例３）実施例１，２と同様のアルミニウム合金母
材の表面に、上記と同じプラズマ溶射装置を用いて、Ｃ
ｒ，Ｓｉ，Ｖの粉末を１３０〜１５０μｍの厚さで溶射
した。溶射条件は次の通りである。Thereafter, a gas nitriding treatment was performed at 550 ° C. for 2 hours in a gas nitriding atmosphere based on ammonia gas. The hardness after this nitriding treatment is also shown in FIG. Its hardness is approximately HV at a depth of 50 μm from the surface.
It improved to about HV2100 at a location of about 2000 and a depth of 70 μm. As a more remarkable effect, by using gas nitriding together, an extremely high degree of alloying layer was obtained from the surface to the deep part. That is, as shown in FIG. 6 (b), the hardness at a depth of 300 μm is only about HV35 by “spraying + laser irradiation” alone, but further subjected to “gas nitriding”. Then HV1500
Approximate hardness was obtained. (Embodiment 3) On the surface of the same aluminum alloy base material as in Embodiments 1 and 2,
r, Si, V powder was sprayed at a thickness of 130 to 150 μm. Thermal spraying conditions are as follows.
【００４１】溶射条件： 電 流；７５０Ａ 電 圧；４３Ｖ 真空度 ；５０Ｔｏｒｒ 溶射距離；２５ｃｍ 次に、この溶射層の表面に、レーザビームを、レーザ跡
が重ならぬように照射してレーザ加工を行い、母材と溶
射合金との溶融合金化層（拡散合金層）を形成した。こ
のとき使用したレーザ装置は上記実施例１と同じであ
る。照射条件は次の通りである。Thermal spraying conditions: Current: 750 A Voltage: 43 V Vacuum degree: 50 Torr Spraying distance: 25 cm Next, the surface of this sprayed layer is irradiated with a laser beam so that laser marks do not overlap, and laser processing is performed. Then, a molten alloy layer (diffusion alloy layer) of the base material and the thermal spray alloy was formed. The laser device used at this time is the same as in the first embodiment. The irradiation conditions are as follows.
【００４２】照射条件： デフォーカス；１０ｍｍ 移動速度 ；５０ｃｍ／ｍｉｎ ピッチ間隔 ；２．５ｍｍ 真 空 度 ；０．３〜０．５Ｔｏｒｒ 得られた合金化層の硬さと表面からの距離（深さ）を測
定した結果を、各溶射金属別に、図７，図８，図９にそ
れぞれ実線で示した。Irradiation conditions: Defocus; 10 mm Moving speed; 50 cm / min Pitch interval; 2.5 mm Vacuum; 0.3 to 0.5 Torr Hardness of obtained alloyed layer and distance (depth) from surface 7, 8 and 9 are shown by solid lines for each sprayed metal.
【００４３】図７のＣｒ粉末溶射後レーザ処理したもの
では、表面から深さ５００μｍ付近の箇所での硬さはＨ
Ｖ７７０位であったが、それ以上の深さの硬さは急激に
減少し、深さ７００μｍ付近ではＨＶ２０程度に低減し
ている。図８のＳｉ粉末溶射後レーザ処理したもので
は、表面から深さ５００μｍの箇所での硬さはＨＶ５５
０位であったが、それ以上の深さになると硬さは急激に
減少し、深さ５５０μｍではＨＶ４００、深さ７００μ
ｍ付近ではＨＶ２０程度に低減している。FIG. 7 shows that the hardness at a depth of about 500 μm from the surface is H
Although the hardness was about V770, the hardness at a depth higher than that was sharply reduced, and decreased to about HV20 at a depth of about 700 μm. 8, the hardness at a depth of 500 μm from the surface is HV55.
Although it was in the 0th place, the hardness rapidly decreased at a depth greater than that, and when the depth was 550 μm, the HV was 400 and the depth was 700 μm.
In the vicinity of m, the HV is reduced to about 20.
【００４４】図９のＶ粉末溶射後レーザ処理したもので
は、表面から深さ５３０μｍ付近まで、硬さはＨＶ６５
０位と横這いであったが、それ以上の深さになると硬さ
は急激に減少し、深さ５５０μｍで硬さＨＶ６００、深
さ６００μｍでＨＶ４３０位、深さ７００μｍ付近では
ＨＶ２０程度になっている。これらの溶射＋レーザ処理
した試料を、その後、アンモニアガスをベースとするガ
ス窒化雰囲気中で、５５０℃，２時間のガス窒化処理し
た。この窒化処理後の硬さを、それぞれに図７，図８，
図９に破線で併記した。In the case of laser processing after V powder spraying shown in FIG. 9, the hardness was HV65 from the surface to a depth of about 530 μm.
The hardness leveled off at the 0th place, but when the depth was further increased, the hardness rapidly decreased, and the hardness was HV600 at a depth of 550 μm, HV430 at a depth of 600 μm, and about HV20 at a depth of around 700 μm. . The sample subjected to the thermal spraying + laser treatment was thereafter subjected to a gas nitriding treatment at 550 ° C. for 2 hours in a gas nitriding atmosphere based on ammonia gas. The hardness after this nitriding treatment is shown in FIGS.
FIG. 9 also shows a broken line.
【００４５】図７のＣｒ粉末溶射＋レーザ処理＋窒化処
理のものは、表面からの深さ２５０μｍ付近で略１００
０ＨＶと非常に硬く、それから順次深さとともに減少す
るが、深さ５００μｍ付近での硬さはＨＶ７６０位あ
り、深さ６００μｍ付近でもなおＨＶ６００という硬さ
を保持しており、窒化処理により同一深さにおける硬さ
が増大していることがわかる。In the case of the Cr powder spraying + laser treatment + nitriding treatment shown in FIG.
It is very hard at 0 HV, and then gradually decreases with depth, but the hardness at a depth of about 500 μm is about HV 760, and even at a depth of about 600 μm, the hardness of HV 600 is still maintained. It can be seen that the hardness of the sample increased.
【００４６】また、図８のＳｉ粉末溶射＋レーザ処理＋
窒化処理のものでは、深さ５００μｍで硬さがＨＶ６５
０あり、深さ５５０μｍでもＨＶ５００の硬さを維持し
ていて、同じく窒化処理を加えたことで同一深さにおけ
る硬さが増大していることがわかる。図９のＶ粉末溶射
＋レーザ処理＋窒化処理のものは、表面から深さ７３０
μｍ付近までＨＶ８００前後の硬さを保持し、その後深
さの増大につれ硬さが急減するが、深さ８００μｍに達
してもなお硬さＨｖ５００を保持しており、窒化処理に
よる硬さ増大効果が顕著である。Also, FIG. 8 shows Si powder spraying + laser processing +
In the case of nitriding treatment, the hardness is HV65 at a depth of 500 μm.
It can be seen that the hardness of the HV500 is maintained even at a depth of 550 μm, and the hardness at the same depth is increased by the same nitriding treatment. The V powder spraying + laser treatment + nitriding treatment shown in FIG.
The hardness of around HV800 is maintained up to around μm, and then the hardness sharply decreases as the depth increases. However, even when the depth reaches 800 μm, the hardness Hv500 is still maintained. Notable.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウム合金の表面への合金化物質の溶射とレーザ
ビーム照射と窒化とを複合させたことにより、従来のア
ルミニウム合金の表面改質技術では達成しえなかった厚
みと硬度とを有する厚膜表面硬化層を形成できて、アル
ミニウム合金の用途を大幅に拡張することができるとい
う効果を奏する。As described above, according to the present invention,
Thick film surface hardening with a thickness and hardness that could not be achieved by the conventional aluminum alloy surface modification technology by combining the spraying of the alloying material on the surface of the aluminum alloy, laser beam irradiation and nitriding The effect that the layer can be formed and the application of the aluminum alloy can be greatly expanded is obtained.
【図１】本発明に適用できる溶射装置の説明図で、
（ａ）は要部の構成を示す模式図、（ｂ）はその溶射ガ
ンの構成図である。FIG. 1 is an explanatory view of a thermal spraying apparatus applicable to the present invention;
(A) is a schematic diagram showing a configuration of a main part, and (b) is a configuration diagram of the thermal spray gun.
【図２】レーザビーム照射の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of laser beam irradiation.
【図３】本発明によりアルミニウム合金の表層部に形成
された合金化層の形態の模式図である。FIG. 3 is a schematic view of a form of an alloyed layer formed on a surface layer of an aluminum alloy according to the present invention.
【図４】本発明の効果を示す一実施例の図である。FIG. 4 is a diagram of one embodiment showing the effect of the present invention.
【図５】本発明による表面改質アルミニウム合金化層の
組織を示す写真（ＳＥＭ像）で、（ａ）はマクロ組織、
（ｂ）は合金化層の上部拡大、（ｃ）は合金化層の底部
拡大である。FIG. 5 is a photograph (SEM image) showing the structure of a surface-modified aluminum alloyed layer according to the present invention, wherein (a) is a macro structure,
(B) is an enlargement of the top of the alloyed layer, and (c) is an enlargement of the bottom of the alloyed layer.
【図６】本発明の他の実施例で、（ａ）は表面改質アル
ミニウム合金化層の組織を示す写真、（ｂ）は効果を示
す図である。FIGS. 6A and 6B are photographs showing the structure of a surface-modified aluminum alloyed layer, and FIG. 6B is a view showing an effect in another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の効果を示す他の実施例の図である。FIG. 7 is a diagram of another embodiment showing the effect of the present invention.
【図８】本発明の効果を示す他の実施例の図である。FIG. 8 is a diagram of another embodiment showing the effect of the present invention.
【図９】本発明の効果を示す他の実施例の図である。FIG. 9 is a diagram of another embodiment showing the effect of the present invention.
【図１０】従来のレーザ合金法における合金化物質添加
を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the addition of an alloying substance in a conventional laser alloy method.
【図１１】各種合金化物質の単独添加により作成した合
金化層の表面硬さを比較した図である。FIG. 11 is a diagram comparing the surface hardness of alloyed layers prepared by adding various alloying substances alone.
【図１２】現状の表面改質アルミニウム合金の表面硬さ
と厚さの関係を表した図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the surface hardness and the thickness of the current surface-modified aluminum alloy.
Ａ 拡散合金層 Ｂ 窒化層 A Diffusion alloy layer B Nitride layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 一喜 埼玉県大宮市春野１−４−３−306号 Ｆターム(参考） 4K031 AB08 CB21 CB22 CB24 CB27 CB34 CB39 DA01 DA03 DA04 DA07 FA02 FA05 FA10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuki Kawada 1-4-3-306 Haruno, Omiya City, Saitama F-term (reference) 4K031 AB08 CB21 CB22 CB24 CB27 CB34 CB39 DA01 DA03 DA04 DA07 FA02 FA05 FA10
Claims (6)
合金の表層に、アンカー状の拡散合金層を有し、当該拡
散合金層の底部またはその近傍まで窒化されていること
を特徴とする表面改質アルミニウム合金。1. A surface-modified aluminum alloy having an anchor-shaped diffusion alloy layer on a surface layer of aluminum or an aluminum alloy as a base material, wherein the diffusion alloy layer is nitrided to the bottom or in the vicinity thereof. .
ミニウムの融点以上沸点以下で且つ窒素との親和力を有
してアルミニウム合金母材と金属間化合物を形成する合
金物質を溶射する工程と、その溶射で形成された溶射被
膜層にレーザを照射して拡散合金層を形成する工程と、
更に窒化処理を施して前記合金表面及び拡散合金層に窒
化化合物を形成する工程とを有することを特徴とするア
ルミニウム合金の表面改質方法。2. A step of spraying an alloy material having a melting point not lower than the melting point of aluminum and not higher than the boiling point and having an affinity for nitrogen to form an intermetallic compound with the aluminum alloy base material on the surface of the aluminum alloy, Forming a diffusion alloy layer by irradiating the sprayed coating layer formed with the laser with a laser,
Forming a nitride compound on the surface of the alloy and the diffusion alloy layer by performing a nitriding treatment.
請求項２記載のアルミニウム合金の表面改質方法。3. The method according to claim 2, wherein the alloy material is a Ni-based alloy.
合金である請求項２記載のアルミニウム合金の表面改質
方法。4. The method of claim 2, wherein the alloy material is a W-based cermet alloy.
Ｙ，Ｖ，Ｔｉ，Ｆｅのいずれかである請求項２記載のア
ルミニウム合金の表面改質方法。5. The method according to claim 1, wherein the alloy material is Cr, Si, Mn,
3. The method for modifying the surface of an aluminum alloy according to claim 2, wherein the method is any one of Y, V, Ti, and Fe.
ス軟窒化，ガス窒化，イオン窒化，イオン軟窒化処理の
いずれかを施すことを特徴とする請求項２ないし５のい
ずれかに記載のアルミニウム合金の表面改質方法。6. The aluminum according to claim 2, wherein in the step of forming the nitrogen compound, one of gas nitrocarburizing, gas nitriding, ion nitriding, and ion nitrocarburizing is performed. Surface modification method for alloys.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055917A JP2000256822A (en) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | Surface modified aluminum alloy and surface modifying method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055917A JP2000256822A (en) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | Surface modified aluminum alloy and surface modifying method therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000256822A true JP2000256822A (en) | 2000-09-19 |
Family
ID=13012467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11055917A Pending JP2000256822A (en) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | Surface modified aluminum alloy and surface modifying method therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000256822A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016052741A1 (en) * | 2014-10-02 | 2017-04-27 | 新日鐵住金株式会社 | Hearth roll and manufacturing method thereof |
-
1999
- 1999-03-03 JP JP11055917A patent/JP2000256822A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016052741A1 (en) * | 2014-10-02 | 2017-04-27 | 新日鐵住金株式会社 | Hearth roll and manufacturing method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0525655A (en) | Method for hardening surface of aluminum base metal and surface hardened aluminum base member | |
| KR100995786B1 (en) | Method for manufacturing cast iron member, cast iron member, and engine for vehicle | |
| JP2678804B2 (en) | Method for forming pure Cu build-up layer on iron alloy substrate | |
| JP2006516313A (en) | Valve seat and method for manufacturing the valve seat | |
| JP3409631B2 (en) | Method of overlaying with laser beam and overlaying structure | |
| JPS62101392A (en) | Filling method for cast iron material utilizing high density energy source | |
| JPS62270277A (en) | Production of titanium base alloy-made wear resistant member | |
| US7235144B2 (en) | Method for the formation of a high-strength and wear-resistant composite layer | |
| JP2005254317A (en) | Coating method and apparatus for self-fluxing alloy, and continuous casting mold using the same, and manufacturing method for mold | |
| JP2000256822A (en) | Surface modified aluminum alloy and surface modifying method therefor | |
| JPS63224890A (en) | Laser build-up welding method | |
| JPH01100298A (en) | Formation of anodic oxide film on aluminum alloy casting | |
| JPS63194884A (en) | Laser build-up welding method | |
| JPS63224888A (en) | Laser build-up welding method | |
| JPS61170577A (en) | Formation of alloyed layer on al alloy casting surface | |
| TWI837508B (en) | Composite structure with aluminum-based alloy layer containg boroncarbide and manufacturing method thereof | |
| JPH0633502B2 (en) | Method for forming anodized film on cast aluminum alloy | |
| JP2906012B2 (en) | Surface hardening method for aluminum material or its alloy material | |
| JPS6179783A (en) | Formation of graphitized layer onto member surface | |
| JP3552330B2 (en) | Surface alloying treatment method for aluminum material | |
| JPH03238193A (en) | Hard facing method to aluminum alloy base material | |
| JPS61270387A (en) | Formation of plated surface layer on aluminum alloy casting | |
| JP2769338B2 (en) | Manufacturing method of aluminum alloy material with excellent wear resistance | |
| JPH03275285A (en) | Manufacture of aluminum clad plate | |
| JP2623605B2 (en) | Method for forming surface plating layer on aluminum alloy casting |