JPH02149682A - 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 - Google Patents
耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法Info
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- JPH02149682A JPH02149682A JP63304519A JP30451988A JPH02149682A JP H02149682 A JPH02149682 A JP H02149682A JP 63304519 A JP63304519 A JP 63304519A JP 30451988 A JP30451988 A JP 30451988A JP H02149682 A JPH02149682 A JP H02149682A
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Landscapes
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、自動車、事務機、一般機械等において、耐
摩耗性の要求される部品材料として使用される耐摩耗性
に優れたアルミニウム合金材の製造方法に関する。
摩耗性の要求される部品材料として使用される耐摩耗性
に優れたアルミニウム合金材の製造方法に関する。
従来の技術
周知のように、アルミニウムあるいはアルミニウム合金
は汎用されている鉄系材料等と比較して格段に軽量であ
るのに加え、熱伝導特性に優れ、また耐食性も優れると
ころから、最近では自動車等の各種機械部品として広く
使用されるようになっている。しかしながら、一般にア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金は鉄系材料と比較
して耐摩耗性が劣り、このことが自動車等における軽量
化等を目的として鉄系部材をAρ合金部材に代える際の
大きな障害となっていた。
は汎用されている鉄系材料等と比較して格段に軽量であ
るのに加え、熱伝導特性に優れ、また耐食性も優れると
ころから、最近では自動車等の各種機械部品として広く
使用されるようになっている。しかしながら、一般にア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金は鉄系材料と比較
して耐摩耗性が劣り、このことが自動車等における軽量
化等を目的として鉄系部材をAρ合金部材に代える際の
大きな障害となっていた。
そこで従来から、耐摩耗性が要求される部位に適用され
るアルミニウム合金材の耐摩耗性向上策として、メツキ
や陽極酸化処理、あるいは溶射等の表面処理を施して耐
摩耗性の高い表面処理層を形成する試みがなされている
が、いずれも耐摩耗性の要求に対しいまだ充分な満足を
与え得るものではなかった。しかも、いずれの場合も表
面処理層の基材に対する密着性が充分でないところから
、高面圧下で使用した場合に充分な耐久性を確保できな
いという欠点があった。
るアルミニウム合金材の耐摩耗性向上策として、メツキ
や陽極酸化処理、あるいは溶射等の表面処理を施して耐
摩耗性の高い表面処理層を形成する試みがなされている
が、いずれも耐摩耗性の要求に対しいまだ充分な満足を
与え得るものではなかった。しかも、いずれの場合も表
面処理層の基材に対する密着性が充分でないところから
、高面圧下で使用した場合に充分な耐久性を確保できな
いという欠点があった。
この発明は、このような技術的背景のもとでなされたも
のであって、優れた耐摩耗性を仔するとともに、高面圧
下で使用した場合にも充分な耐久性を有するアルミニウ
ム合金材料の製作提供を目的とするものである。
のであって、優れた耐摩耗性を仔するとともに、高面圧
下で使用した場合にも充分な耐久性を有するアルミニウ
ム合金材料の製作提供を目的とするものである。
課題を解決するための手段
上記目的において、この発明は、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給した1
種または2種以上の硼化物ないしは珪化物とともに局部
的に溶融することにより、Alマトリックスと前記硼化
物ないしは珪化物粒子を合金化せしめた硬質合金化層を
前記基材の表面に形成し、もって耐摩耗性の向上を図ら
んとするものである。
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給した1
種または2種以上の硼化物ないしは珪化物とともに局部
的に溶融することにより、Alマトリックスと前記硼化
物ないしは珪化物粒子を合金化せしめた硬質合金化層を
前記基材の表面に形成し、もって耐摩耗性の向上を図ら
んとするものである。
基材として用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金
の組成は特に限定されるものではなく、JIS1000
番台の純アルミニウムの他、用途に応じて必要とされる
機械的性質、加工特性を有する各種のアルミニウム合金
を用いうる。
の組成は特に限定されるものではなく、JIS1000
番台の純アルミニウムの他、用途に応じて必要とされる
機械的性質、加工特性を有する各種のアルミニウム合金
を用いうる。
また基材の形状も、適用される部品の形状に応じて任意
に設計すれば良い。
に設計すれば良い。
かかるアルミニウムまたはアルミニウム合金基材の表面
の溶融はレーザビーム、電子ビーム、TIGアーク等の
照射による高密度エネルギー源を用いた溶融手段によれ
ば良い。このような手段を用いることにより、基材表面
層のみを溶融しえて基材への熱影響を少なくでき、基材
の一部のみを局部的に合金化することができる。
の溶融はレーザビーム、電子ビーム、TIGアーク等の
照射による高密度エネルギー源を用いた溶融手段によれ
ば良い。このような手段を用いることにより、基材表面
層のみを溶融しえて基材への熱影響を少なくでき、基材
の一部のみを局部的に合金化することができる。
−膜内にはレーザビームを用いる場合が多く、具体的に
はYAGレーザ(波長1.06μm。
はYAGレーザ(波長1.06μm。
パルス発振)とかCO2レーザ(波長10.6μm5連
続発振)を主に用いる。また、溶融は耐摩耗性の要求さ
れる部位について行えば良いが、その部位が広範囲にわ
たるときはレーザビーム等のオシレーション幅の調整や
、順次的照射により対処すれば良い。
続発振)を主に用いる。また、溶融は耐摩耗性の要求さ
れる部位について行えば良いが、その部位が広範囲にわ
たるときはレーザビーム等のオシレーション幅の調整や
、順次的照射により対処すれば良い。
基材表面の溶融は、基材外部から供給した硼化物ないし
は珪化物、即ち金属元素と硼素ないしは珪素との化合物
の溶融を伴いつつ行う。硼化物、珪化物の供給態様の1
つとしては、これを粉末にしてレーザビーム等の照射前
に予め所期する部位にコーティング層を形成しておく場
合を挙げうる。コーティング層の形成は湿式メツキ、C
VD、PVD、溶射法等により、あるいは粉末をエチル
アルコールなど各種バインダーを用いて塗布することに
より行いうる。また、他の供給態様として、粉末をレー
ザビーム等の照射中に溶融部に直接投入する場合を挙げ
うる。
は珪化物、即ち金属元素と硼素ないしは珪素との化合物
の溶融を伴いつつ行う。硼化物、珪化物の供給態様の1
つとしては、これを粉末にしてレーザビーム等の照射前
に予め所期する部位にコーティング層を形成しておく場
合を挙げうる。コーティング層の形成は湿式メツキ、C
VD、PVD、溶射法等により、あるいは粉末をエチル
アルコールなど各種バインダーを用いて塗布することに
より行いうる。また、他の供給態様として、粉末をレー
ザビーム等の照射中に溶融部に直接投入する場合を挙げ
うる。
いずれの方法を用いても良いが、直接投入方式の場合、
供給速度の調整等が面倒であるため、簡便性の点でコー
ティング方式、特にバインダーを用いた粉末塗布法が優
れている。
供給速度の調整等が面倒であるため、簡便性の点でコー
ティング方式、特にバインダーを用いた粉末塗布法が優
れている。
上記のように、レーザビーム等の照射により基材表面を
硼化物ないしは珪化物と共に溶融した後においては、溶
融部分は短詩に凝固しAlマトリックスに硼化物ないし
は珪化物粒子が均一緻密に分散しあるいは塊状化した合
金化層となる。而して、硼化物や珪化物はそれ自体極め
て硬度が高いため、合金化層が全体として高い硬度を示
し、優れた耐摩耗性を具有する。かかる効果を生じさせ
る点で硼化物と珪化物とは相互に均等物であり、少なく
ともそれら化合物の1種を溶融すれば足りる。好ましい
硼化物の例としてはTiB2、ZrB2、NbB2、C
rB2、TaB2、NiB等を挙げうる。一方、好まし
い珪化物の例としてはMg2 S 1STiSi2、M
oSi2、NbSi2、CrSi2等を挙げつる。この
ように、硼化物ないしは珪化物は合金化層の硬度向上を
図るための必須構成要素であるが、単に硬度向上のため
てあれば、同じく高い硬度を有するWC,Tic等の炭
化物やTiN、ZrN等の窒化物を用いることも考えら
れる。しかしこの発明において硼化物ないしは珪化物を
用いるのは次の理由による。即ち、上記WCやTiN等
の粉末を基材とともに溶融しても、基材との濡れ性が悪
く良好な合金化層を形成することができないが、硼化物
ないしは珪化物を用いた場合には基材との濡れ性が良く
、表面が滑らかで極めて良好な合金化層の形成が可能と
なるからである。これは、硼化物中のBや珪化物中のS
iが基材Alとの濡れ性向上作用を果しているからと考
えられる。なお合金化層の厚さはレーザビーム等の照射
条件、例えば出力、照射速度、焦点位置等を変化させる
ことで数十μmから数mm程度にまで容易に制御できる
。
硼化物ないしは珪化物と共に溶融した後においては、溶
融部分は短詩に凝固しAlマトリックスに硼化物ないし
は珪化物粒子が均一緻密に分散しあるいは塊状化した合
金化層となる。而して、硼化物や珪化物はそれ自体極め
て硬度が高いため、合金化層が全体として高い硬度を示
し、優れた耐摩耗性を具有する。かかる効果を生じさせ
る点で硼化物と珪化物とは相互に均等物であり、少なく
ともそれら化合物の1種を溶融すれば足りる。好ましい
硼化物の例としてはTiB2、ZrB2、NbB2、C
rB2、TaB2、NiB等を挙げうる。一方、好まし
い珪化物の例としてはMg2 S 1STiSi2、M
oSi2、NbSi2、CrSi2等を挙げつる。この
ように、硼化物ないしは珪化物は合金化層の硬度向上を
図るための必須構成要素であるが、単に硬度向上のため
てあれば、同じく高い硬度を有するWC,Tic等の炭
化物やTiN、ZrN等の窒化物を用いることも考えら
れる。しかしこの発明において硼化物ないしは珪化物を
用いるのは次の理由による。即ち、上記WCやTiN等
の粉末を基材とともに溶融しても、基材との濡れ性が悪
く良好な合金化層を形成することができないが、硼化物
ないしは珪化物を用いた場合には基材との濡れ性が良く
、表面が滑らかで極めて良好な合金化層の形成が可能と
なるからである。これは、硼化物中のBや珪化物中のS
iが基材Alとの濡れ性向上作用を果しているからと考
えられる。なお合金化層の厚さはレーザビーム等の照射
条件、例えば出力、照射速度、焦点位置等を変化させる
ことで数十μmから数mm程度にまで容易に制御できる
。
表面に硬質合金化層を形成した基材は、その後必要に応
じて最終製品形状に機械加工し、耐摩耗性部品として実
用に供する。
じて最終製品形状に機械加工し、耐摩耗性部品として実
用に供する。
発明の詳細
な説明したように、この発明は、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給した1
種または2種以上の硼化物あるいは珪化物とともに局部
的に溶融することにより、へΩマトリックスと前記硼化
物ないしは珪化物粒子が合金化した硬質合金化層を基材
の表面に形成するするものであるから、本発明によって
製造したアルミニウム合金材は格段に耐摩耗性に優れた
ものとなり、従って自動車等に要請される耐摩耗部品と
して好適なものとなしうる。また、合金化層は従来のよ
うなメツキ等による表面処理層と異なり、基材と一体的
に結合しているから、高面圧下で使用した場合にも抜屑
の剥離等を起こす危険はなく、充分な耐久性を確保しう
るちのとなる。
ルミニウム合金基材の表面を、基材外部から供給した1
種または2種以上の硼化物あるいは珪化物とともに局部
的に溶融することにより、へΩマトリックスと前記硼化
物ないしは珪化物粒子が合金化した硬質合金化層を基材
の表面に形成するするものであるから、本発明によって
製造したアルミニウム合金材は格段に耐摩耗性に優れた
ものとなり、従って自動車等に要請される耐摩耗部品と
して好適なものとなしうる。また、合金化層は従来のよ
うなメツキ等による表面処理層と異なり、基材と一体的
に結合しているから、高面圧下で使用した場合にも抜屑
の剥離等を起こす危険はなく、充分な耐久性を確保しう
るちのとなる。
実施例
(実施例1)
第1図に示すように、工業用純Al(A1070)から
なる厚さ7.5MX幅40mmX長さ100#の試験片
を基材(1)として用いた。
なる厚さ7.5MX幅40mmX長さ100#の試験片
を基材(1)として用いた。
そしてこの試験片の中央部長手方向に、深さ0゜5#、
幅6順の浅溝(2)を掘り、抜溝に1〜10、czm径
のTiSi2粉末(3)をエチルアルコールをバインダ
ーとして埋込み状態に塗布した。塗布厚さは約0.5#
ll!であった。
幅6順の浅溝(2)を掘り、抜溝に1〜10、czm径
のTiSi2粉末(3)をエチルアルコールをバインダ
ーとして埋込み状態に塗布した。塗布厚さは約0.5#
ll!であった。
次に10kw級CO2レーザ加工機を用いて、前記試験
片の粉末塗布部分にレーザビーム(4)を照射し、Ti
Si2粉末とその直下の基材Alとを共に溶融した。照
射条件は、出力51(w。
片の粉末塗布部分にレーザビーム(4)を照射し、Ti
Si2粉末とその直下の基材Alとを共に溶融した。照
射条件は、出力51(w。
試片移動速度100rrrm/m i n、焦点位置+
30、ビームオシレーション5Hz、5mとした。
30、ビームオシレーション5Hz、5mとした。
レーザビームの照射による溶融後、凝固した試験片の組
織状態を調べたところ、溝部分の全体にわたって表面が
滑らかで欠陥のない厚さ約1.3rrmの合金化層(5
)が形成されていた。
織状態を調べたところ、溝部分の全体にわたって表面が
滑らかで欠陥のない厚さ約1.3rrmの合金化層(5
)が形成されていた。
かつこの合金化層は、TiSi2が比較的均一緻密に分
散した部分と塊状になった部分とを有し、合金化層全体
の硬さはHv81〜824(荷重100g)であった。
散した部分と塊状になった部分とを有し、合金化層全体
の硬さはHv81〜824(荷重100g)であった。
しかも、合金化層内及び合金化層と基材Al界面では割
れ及び気孔の発生は全く認められなかった。
れ及び気孔の発生は全く認められなかった。
(実施例2)
TiSi2粉末の代わりに、1〜5μm径のTiB2粉
末を用いた以外は実施例1と同一の条件で試験を行った
ところ、同様に表面が滑らかで欠陥のない厚さ約0.
5#III+の合金化層が形成された。また合金化層の
硬度はHv250〜3200 (荷重50(1)であっ
た。
末を用いた以外は実施例1と同一の条件で試験を行った
ところ、同様に表面が滑らかで欠陥のない厚さ約0.
5#III+の合金化層が形成された。また合金化層の
硬度はHv250〜3200 (荷重50(1)であっ
た。
(実施例3)
TiSi2粉末に代えて、1〜5μm径のZrB2粉末
と1〜2μm径のMoSi2粉末との混合粉末を用いた
以外は実施例1と同一の条件で試験を行ったところ、厚
さ約0.5mmの合金化層が形成された。また合金化層
の硬度はH■150〜2800 (荷重500g)であ
った。
と1〜2μm径のMoSi2粉末との混合粉末を用いた
以外は実施例1と同一の条件で試験を行ったところ、厚
さ約0.5mmの合金化層が形成された。また合金化層
の硬度はH■150〜2800 (荷重500g)であ
った。
(比較例1)
TiB2粉末の代わりに、5〜10μm径のTiC粉末
を用いた以外は実施例1と同一の条件で試験を行ったと
ころ、表面に亀甲状の割れが認められ、一部が剥離して
おり、しかも合金化層直下に基材Aρのみの溶融域が存
在し、Alとの濡れ性が悪いことが認められた。
を用いた以外は実施例1と同一の条件で試験を行ったと
ころ、表面に亀甲状の割れが認められ、一部が剥離して
おり、しかも合金化層直下に基材Aρのみの溶融域が存
在し、Alとの濡れ性が悪いことが認められた。
(比較例2)
上記各実施例において基材として用いた1070アルミ
ニウム合金単体の硬度を調べたところ、1(v30 (
荷重5Ng)であった。
ニウム合金単体の硬度を調べたところ、1(v30 (
荷重5Ng)であった。
以上の試験結果かられかるように、本発明によれば、極
めて硬度が高く従って当然に耐摩耗性にも優れた合金化
層を基材表面に有するアルミニウム材料を製造しうるこ
とを確認しえた。
めて硬度が高く従って当然に耐摩耗性にも優れた合金化
層を基材表面に有するアルミニウム材料を製造しうるこ
とを確認しえた。
第1図はこの発明の実施例における合金化の工程を模式
的に示す斜視図である。 (1)・・・基材、(3)・・・TiSi2粉末、(4
)・・・レーザビーム、(5)・・・合金化層。 以上 第1図
的に示す斜視図である。 (1)・・・基材、(3)・・・TiSi2粉末、(4
)・・・レーザビーム、(5)・・・合金化層。 以上 第1図
Claims (1)
- アルミニウムまたはアルミニウム合金基材の表面を、基
材外部から供給した1種または2種以上の硼化物ないし
は珪化物とともに局部的に溶融し、もってAlマトリッ
クスと前記硼化物ないしは珪化物粒子が合金化した硬質
合金化層を基材の表面に形成することを特徴とする耐摩
耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63304519A JP2769339B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63304519A JP2769339B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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