JPH0224637B2 - - Google Patents
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- JPH0224637B2 JPH0224637B2 JP60157622A JP15762285A JPH0224637B2 JP H0224637 B2 JPH0224637 B2 JP H0224637B2 JP 60157622 A JP60157622 A JP 60157622A JP 15762285 A JP15762285 A JP 15762285A JP H0224637 B2 JPH0224637 B2 JP H0224637B2
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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、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。
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。
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。
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。
このアルミニウム系材料への接合方法として、
従来から(a)抵抗溶接（点溶接、シーム溶接）、(b)
アルゴンアーク溶接、(c)ろう付け（いわゆる肉
盛）等が採用されている。
従来から(a)抵抗溶接（点溶接、シーム溶接）、(b)
アルゴンアーク溶接、(c)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
となつており、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
となつており、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(1)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。
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、一
担溶け出すと広範囲にわたつて急激に溶け、溶
接速度の調整が難しい。
熱が集中しにくく局部加熱が難しい。また、一
担溶け出すと広範囲にわたつて急激に溶け、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。
れや歪が発生し易い。
(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く、ガス欠陥の発生量が
多い。
素や水蒸気を吸収し易く、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
が前提となつているため、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。
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
が前提となつているため、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、(a)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。
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
ことが前提となつているために、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
り低い融点を持つ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。従つて、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
られなかつた。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つた。
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
ことが前提となつているために、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
り低い融点を持つ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。従つて、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
られなかつた。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つた。
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け性が良好であるが、鋳造
材、ダイカスト材はろう付け性が極めて悪く、従
来はろう付けが困難とされている。
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け性が良好であるが、鋳造
材、ダイカスト材はろう付け性が極めて悪く、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、極最表面のみを溶融さ
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。
囲に溶融させることなく、極最表面のみを溶融さ
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。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。
にも問題がある。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。
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。
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。
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。
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つていなかつた。
かした肉盛方法とはなつていなかつた。
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。
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。
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つて解決される。
系母材への肉盛方法によつて解決される。
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
方法であつて、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0.2〜5.0mm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、この銅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／
mm2〜20000W／mm2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80Hz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している。
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
方法であつて、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0.2〜5.0mm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、この銅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／
mm2〜20000W／mm2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80Hz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：1.0％、
残部Cuからなる銅系肉盛合金やNi：15.0％、
Fe：3.0％、Ｐ：1.0％、残部Cuからなる銅系肉盛
合金等を用いることができる。
は、例えばNi：15.0％、Fe：3.0％、Ｐ：1.0％、
残部Cuからなる銅系肉盛合金やNi：15.0％、
Fe：3.0％、Ｐ：1.0％、残部Cuからなる銅系肉盛
合金等を用いることができる。
この銅系肉盛合金粉末は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0.2mm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
より厚く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0.2mm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
より厚く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、
0.5mm〜5.0mmとされる。ここで、下限を0.5mmとし
たのは、現在のレーザ発生装置ではビーム径を
0.5mm程度に絞ることが限度であるためであり、
上限を5.0mm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。
0.5mm〜5.0mmとされる。ここで、下限を0.5mmとし
たのは、現在のレーザ発生装置ではビーム径を
0.5mm程度に絞ることが限度であるためであり、
上限を5.0mm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80W／mm2〜20000W／
mm2としたのは、80W／mm2より小さいと、肉盛がで
きないからであり、また20000W／mm2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。
mm2としたのは、80W／mm2より小さいと、肉盛がで
きないからであり、また20000W／mm2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80Hz以上でオシレート（往複動）
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。
と垂直な方向に80Hz以上でオシレート（往複動）
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
数回重なり合うようになされる。
数回重な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100mm／
分〜3000mm／分の加工速度で移動させるのは、
100mm／分より遅いと、アルミニウム系母材の溶
け込みが大きくなり過ぎるからであり、3000mm／
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。
分〜3000mm／分の加工速度で移動させるのは、
100mm／分より遅いと、アルミニウム系母材の溶
け込みが大きくなり過ぎるからであり、3000mm／
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0.5mm〜5.0mm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100mm／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
ム系母材の極最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。
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0.5mm〜5.0mm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100mm／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
ム系母材の極最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。
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−線
矢視図、第３図は第１図の−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（×10）、第５図は第４図
における接合部を拡大した写真（×37.5）、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。
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−線
矢視図、第３図は第１図の−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（×10）、第５図は第４図
における接合部を拡大した写真（×37.5）、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を通つて処理面に収束す
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
かつて反射され、このオシレートミラー４で処理
面に向かつて反射される。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。
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を通つて処理面に収束す
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
かつて反射され、このオシレートミラー４で処理
面に向かつて反射される。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。
６はアルミニウム系母材であり、JIS AC2C
（重量比でCu：2.0〜4.0％、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：0.35％以下、Ti：0.2
％以下、Pb：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：1.0％、残部Cu
からなる銅系肉盛合金粉末７が幅5.0mm、厚さ0.5
mm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：2.0〜4.0％、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：0.35％以下、Ti：0.2
％以下、Pb：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：1.0％、残部Cu
からなる銅系肉盛合金粉末７が幅5.0mm、厚さ0.5
mm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／cm2のアルゴンガスを10／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300mm／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：2.0KW、出力モード：
マルチモード、ビーム径：直径1.0mm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：５mm、オシレート周波数：150Hzで往復動
させながらレーザ肉盛を行つた。
ら密度0.5Kg／cm2のアルゴンガスを10／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300mm／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：2.0KW、出力モード：
マルチモード、ビーム径：直径1.0mm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：５mm、オシレート周波数：150Hzで往復動
させながらレーザ肉盛を行つた。
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。
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。
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。
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。
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と銅系肉盛合金粉末７の合金層である。第
６図において、肉盛層８の最高高さをt1、合金層
９の最高深さをt2とすると、本実施例の場合、t1
は0.3mm、t2は0.05mmであつた。
図である。第６図において、９はアルミニウム系
母材６と銅系肉盛合金粉末７の合金層である。第
６図において、肉盛層８の最高高さをt1、合金層
９の最高深さをt2とすると、本実施例の場合、t1
は0.3mm、t2は0.05mmであつた。
（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（×10）、
第８図は第７図における接合部を拡大した写真
（×37.5）である。
たレーザ肉盛部の金属組織を示す写真（×10）、
第８図は第７図における接合部を拡大した写真
（×37.5）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
てレーザ肉盛を行つた。
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
てレーザ肉盛を行つた。
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。
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。
なお、本実施例の場合、第６図におけるt1は
0.3mm、t2は0.05mmであつた。
0.3mm、t2は0.05mmであつた。
（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（×10）、
第１０図は第９図における接合部を拡大した写真
（×37.5）である。
たレーザ肉盛部の金属組織を示す写真（×10）、
第１０図は第９図における接合部を拡大した写真
（×37.5）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
つた。
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
つた。
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。
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。
なお、本比較例の場合、第６図におけるt1が
0.5mm、t2が0.05mmの肉盛層が欠肉部を介して両側
に一対形成された。
0.5mm、t2が0.05mm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（×
37.5）である。
れたレーザ肉盛部の金属組織を示す写真（×
37.5）である。
第２比較例において、第１実施例と異なる点
は、銅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
mm／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つ
た。
は、銅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
mm／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つ
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。
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。
なお、本比較例の場合、第６図におけるt1は
0.3mm、t2は0.1mmであつた。
0.3mm、t2は0.1mmであつた。
（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（×10）
である。
れたレーザ肉盛部の金属組織を示す写真（×10）
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5.5mmと
し、オシレート幅を６mm（ビーム径＋１mm）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つた。
は、レーザ照射条件のうち、ビーム径を5.5mmと
し、オシレート幅を６mm（ビーム径＋１mm）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つた。
この結果得られたレーザ肉盛部の金属組織を第
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。
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。
なお、本比較例の場合、第６図におけるt1は
0.3mm、t2は0.7mmであつた。
0.3mm、t2は0.7mmであつた。
（第３実施例）
ここで、第１３図は肉盛層中へのアルミニウム
の溶け込み量とブローホールの関係を示したグラ
フである。
の溶け込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
力を制御しながら肉盛層中へのアルミニウムの溶
け込み量とブローホールの関係を調べた。
力を制御しながら肉盛層中へのアルミニウムの溶
け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け込み量が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0.1mm以上のブローホールの
数をいう。
盛層中へのアルミニウムの溶け込み量が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0.1mm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
出力と銅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（×10）、第１
６図は第１５図における接合部を拡大した写真
（×37.5）である。
出力と銅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（×10）、第１
６図は第１５図における接合部を拡大した写真
（×37.5）である。
第４実施例において、第１実施例と異なる点
は、銅系肉盛合金紛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
つた。
は、銅系肉盛合金紛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
つた。
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。
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。
本実施例において、銅系肉盛合金粉末の厚さを
1.0mm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１５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。
1.0mm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１５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（×10）、
第１８図は第１７図における接合部を拡大した写
真（×37.5）である。
れたレーザ肉盛部の金属組織を示す写真（×10）、
第１８図は第１７図における接合部を拡大した写
真（×37.5）である。
第５実施例において、第２実施例と異なる点
は、銅系肉盛合金粉末の厚さを1.0mm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
を行つた。
は、銅系肉盛合金粉末の厚さを1.0mm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
を行つた。
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。
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。
（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つた。同時に、比
較のため、AC4C、Ａ−390、焼結Al−Si合金材
料を準備し、同様に摩耗試験を行つた。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。
ミニウム系母材の摩耗試験を行つた。同時に、比
較のため、AC4C、Ａ−390、焼結Al−Si合金材
料を準備し、同様に摩耗試験を行つた。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
盛方法によれば、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。
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。
(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。
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。
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−線矢視図、
第３図は第１図の−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（×10）、第５図は第４図における
接合部を拡大した写真（×37.5）、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（×10）、第８図
は第７図における接合部を拡大した写真（×
37.5）、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（×10）、第
１０図は第９図における接合部を拡大した写真
（×37.5）、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（×
37.5）、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（×10）、
第１３図は肉盛層中へのアルミニウムの溶け込み
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銅系肉盛合
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（×10）、第１６図は第１４図にお
ける接合部を拡大した写真（×37.5）、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（×10）、第１８図は第１６
図における接合部を拡大した写真（×37.5）、第
１９図は摩耗試験結果を示すグラフである。 １……凸レンズ、２……レーザビーム、３……
反射ミラー、４……オシレートミラー、５……ガ
ルバノモータ、６……アルミニウム系母材、７…
…銅系肉盛合金粉末、８……肉盛層、９……合金
層。
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−線矢視図、
第３図は第１図の−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（×10）、第５図は第４図における
接合部を拡大した写真（×37.5）、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（×10）、第８図
は第７図における接合部を拡大した写真（×
37.5）、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（×10）、第
１０図は第９図における接合部を拡大した写真
（×37.5）、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（×
37.5）、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（×10）、
第１３図は肉盛層中へのアルミニウムの溶け込み
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銅系肉盛合
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（×10）、第１６図は第１４図にお
ける接合部を拡大した写真（×37.5）、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（×10）、第１８図は第１６
図における接合部を拡大した写真（×37.5）、第
１９図は摩耗試験結果を示すグラフである。 １……凸レンズ、２……レーザビーム、３……
反射ミラー、４……オシレートミラー、５……ガ
ルバノモータ、６……アルミニウム系母材、７…
…銅系肉盛合金粉末、８……肉盛層、９……合金
層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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つて、 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0.2〜5.0mm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、この銅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／mm2〜20000W／
mm2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80Hz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 |
| 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 |
| 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 |
| 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. |
| 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 |
| 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 JPS6216894A (ja) | 1987-01-26 |
| JPH0224637B2 true 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 |
|---|---|
| US (1) | US4725708A (ja) |
| EP (1) | EP0209366B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6216894A (ja) |
| AU (1) | AU580884B2 (ja) |
| CA (1) | CA1248413A (ja) |
| DE (1) | DE3668013D1 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4746540A (en) * | 1985-08-13 | 1988-05-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for forming alloy layer upon aluminum alloy substrate by irradiating with a CO2 laser, on substrate surface, alloy powder containing substance for alloying and silicon or bismuth |
| JPS6254588A (ja) * | 1985-08-30 | 1987-03-10 | Toyota Motor Corp | セラミツク粒子分散アルミニウム合金複合層の形成方法 |
| JPS62150014A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-04 | Toyota Motor Corp | アルミニウム合金製バルブシ−トレスシリンダヘツド |
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| US5076869A (en) * | 1986-10-17 | 1991-12-31 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Multiple material systems for selective beam sintering |
| US5017753A (en) * | 1986-10-17 | 1991-05-21 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for producing parts by selective sintering |
| US4863538A (en) * | 1986-10-17 | 1989-09-05 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for producing parts by selective sintering |
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| US4944817A (en) * | 1986-10-17 | 1990-07-31 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Multiple material systems for selective beam sintering |
| JPH0698506B2 (ja) * | 1986-12-08 | 1994-12-07 | トヨタ自動車株式会社 | 金属基体上への分散合金層の形成方法 |
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| US5053090A (en) * | 1989-09-05 | 1991-10-01 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Selective laser sintering with assisted powder handling |
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| JP3409631B2 (ja) * | 1997-04-15 | 2003-05-26 | 日産自動車株式会社 | レーザビームによる肉盛り方法及び肉盛り構造 |
| USD462460S1 (en) | 2001-09-07 | 2002-09-03 | Winston D Phillips | Wallboard |
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| CN105215358B (zh) * | 2015-09-22 | 2017-10-31 | 重庆塞拉雷利科技有限公司 | 铝材的送粉式激光增材制造系统及方法 |
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| US3952180A (en) * | 1974-12-04 | 1976-04-20 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Cladding |
| US4157923A (en) * | 1976-09-13 | 1979-06-12 | Ford Motor Company | Surface alloying and heat treating processes |
| GB1583835A (en) * | 1977-03-28 | 1981-02-04 | Avco Everett Res Lab Inc | Metal surface modification |
| DE3224810A1 (de) * | 1982-07-02 | 1984-01-05 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur erzeugung harter, verschleissfester randschichten auf einem metallischen werkstoff |
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-
1985
- 1985-07-17 JP JP60157622A patent/JPS6216894A/ja active Granted
-
1986
- 1986-07-15 AU AU60197/86A patent/AU580884B2/en not_active Expired
- 1986-07-15 US US06/885,678 patent/US4725708A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-07-16 EP EP86305450A patent/EP0209366B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-07-16 CA CA000513961A patent/CA1248413A/en not_active Expired
- 1986-07-16 DE DE8686305450T patent/DE3668013D1/de not_active Expired - Lifetime
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| US4725708A (en) | 1988-02-16 |
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