JPS6254166B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6254166B2 JPS6254166B2 JP55080185A JP8018580A JPS6254166B2 JP S6254166 B2 JPS6254166 B2 JP S6254166B2 JP 55080185 A JP55080185 A JP 55080185A JP 8018580 A JP8018580 A JP 8018580A JP S6254166 B2 JPS6254166 B2 JP S6254166B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- graphite
- inorganic oxide
- heat treatment
- laser
- mixed powder
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/121—Coherent waves, e.g. laser beams
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はレーザ熱処理方法に係り、特にレーザ
光のエネルギーを有効に利用することを可能にす
るレーザ熱処理方法に関する。 〔従来技術とその問題点〕 レーザ光を材料表面に照射して材料を熱処理す
る、いわゆるレーザ熱処理方法においては、レー
ザ光の吸収を高める目的で、材料表面にりん酸亜
鉛被膜やりん酸マンガン被膜等のりん酸塩被膜を
予め形成させることが良く行われている。しかし
材料表面にりん酸塩被膜を形成させた後、レーザ
光を照射すると、被膜中のりんが材料表面から粒
界に沿つて侵入し低融点化合物を形成し割れの原
因となる場合がある。また被膜形成処理方法は、
りん酸亜鉛被膜形成処理として代表的なボンデラ
イト処理を例にとると材料の酸洗、中和、水洗、
処理液への浸漬、水洗、乾燥という様に多くの工
程を必要とし、処理設備も複雑になる。更に必要
な個所のみりん酸亜鉛被膜を形成させることは困
難で、部品の全表面に亘つてりん酸亜鉛被膜が形
成される。更にまたレーザ光照射後の表面は、高
温に加熱するとりん酸塩が溶融付着し、そのため
レーザ光照射後、再び表面仕上げ加工が必要であ
る。 そこで、従来においてもりん酸塩被膜の形成に
代えて、粒径１μｍ以下の黒鉛粉末被膜を形成し
て行なう熱処理方法が提供されている（特開昭56
−150126号公報等）。この方法によれば、前記り
ん酸塩被膜を形成する方法における割れ等の各欠
点を解消することができるが、レーザ光のエネル
ギーの有効利用の面で末だ不十分であつた。 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
消し、レーザ光のエネルギーを有効に利用するこ
とを可能にするレーザ熱処理方法を提供すること
にある。 〔問題点を解決するための手段・作用〕 本発明は、材料表面にレーザ光を照射し材料を
熱処理するに際して、熱処理前の材料表面に予め
平均粒径１μｍ以下の黒鉛−無機酸化物混合粉末
層を形成しておくことを特徴とし、無機酸化物の
添加によりレーザ光の吸収効率を高め、レーザ光
のエネルギーを有効に利用し得るようにしたもの
である。 本発明において黒鉛−無機酸化物混合粉末は、
たとえばバインダ及び揮発性溶剤とともに材料表
面に塗布され、固着される。無機酸化物として
は、マイカ、アルミナ、シリカなどが挙げられる
が、特にマイカが好ましい。黒鉛／無機酸化物の
混合比は３／１〜１／３、特に１／１が好まし
い。またバインダとしてはアクリル樹脂、エポキ
シ樹脂などの樹脂類が用いられる。さらに揮発性
溶剤としてはシンナー、メチルエチルケトンなど
の溶剤類が用いられる。 黒鉛−無機酸化物混合粉末、バインダ及び揮発
性溶剤からなる塗布剤は速乾性があり、吹き付け
塗布ができるため、公知のボンデライト処理に比
較すると表面予備処理操作が極めて簡便で、所要
時間も短いという利点がある。 本発明において熱処理前の材料表面に固着され
る黒鉛−無機酸化物混合粉末の平均粒径は１μｍ
以下に限定される。平均粒径が１μｍ以下の黒鉛
−無機酸化物混合粉末を使用することにより、吹
き付け塗布時に材料表面に均一なコーテイング層
を形成させることができ、またバインダにより黒
鉛−無機酸化物混合粉末を強固に材料表面に固着
させることができるという利点がある。また吹き
付け時にノズルの目詰りを起こさないという利点
もある。 〔実施例〕 以下に実施例に基づいて本発明を更に説明す
る。 第１表に示した塗布剤Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ剤を材
料〔SK3（1.1％炭素工具鋼）〕表面に吹き付け塗
布し、固形成分を材料表面に固着させた。なお固
型成分（Ａ〜Ｃ剤においては黒鉛−無機酸化物混
合粉末、Ｄ剤においては黒鉛単独）の平均粒径は
１μｍ以下であり、CO2レーザ光の波長（10.6μ
ｍ）の1/10以下であつた。
光のエネルギーを有効に利用することを可能にす
るレーザ熱処理方法に関する。 〔従来技術とその問題点〕 レーザ光を材料表面に照射して材料を熱処理す
る、いわゆるレーザ熱処理方法においては、レー
ザ光の吸収を高める目的で、材料表面にりん酸亜
鉛被膜やりん酸マンガン被膜等のりん酸塩被膜を
予め形成させることが良く行われている。しかし
材料表面にりん酸塩被膜を形成させた後、レーザ
光を照射すると、被膜中のりんが材料表面から粒
界に沿つて侵入し低融点化合物を形成し割れの原
因となる場合がある。また被膜形成処理方法は、
りん酸亜鉛被膜形成処理として代表的なボンデラ
イト処理を例にとると材料の酸洗、中和、水洗、
処理液への浸漬、水洗、乾燥という様に多くの工
程を必要とし、処理設備も複雑になる。更に必要
な個所のみりん酸亜鉛被膜を形成させることは困
難で、部品の全表面に亘つてりん酸亜鉛被膜が形
成される。更にまたレーザ光照射後の表面は、高
温に加熱するとりん酸塩が溶融付着し、そのため
レーザ光照射後、再び表面仕上げ加工が必要であ
る。 そこで、従来においてもりん酸塩被膜の形成に
代えて、粒径１μｍ以下の黒鉛粉末被膜を形成し
て行なう熱処理方法が提供されている（特開昭56
−150126号公報等）。この方法によれば、前記り
ん酸塩被膜を形成する方法における割れ等の各欠
点を解消することができるが、レーザ光のエネル
ギーの有効利用の面で末だ不十分であつた。 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
消し、レーザ光のエネルギーを有効に利用するこ
とを可能にするレーザ熱処理方法を提供すること
にある。 〔問題点を解決するための手段・作用〕 本発明は、材料表面にレーザ光を照射し材料を
熱処理するに際して、熱処理前の材料表面に予め
平均粒径１μｍ以下の黒鉛−無機酸化物混合粉末
層を形成しておくことを特徴とし、無機酸化物の
添加によりレーザ光の吸収効率を高め、レーザ光
のエネルギーを有効に利用し得るようにしたもの
である。 本発明において黒鉛−無機酸化物混合粉末は、
たとえばバインダ及び揮発性溶剤とともに材料表
面に塗布され、固着される。無機酸化物として
は、マイカ、アルミナ、シリカなどが挙げられる
が、特にマイカが好ましい。黒鉛／無機酸化物の
混合比は３／１〜１／３、特に１／１が好まし
い。またバインダとしてはアクリル樹脂、エポキ
シ樹脂などの樹脂類が用いられる。さらに揮発性
溶剤としてはシンナー、メチルエチルケトンなど
の溶剤類が用いられる。 黒鉛−無機酸化物混合粉末、バインダ及び揮発
性溶剤からなる塗布剤は速乾性があり、吹き付け
塗布ができるため、公知のボンデライト処理に比
較すると表面予備処理操作が極めて簡便で、所要
時間も短いという利点がある。 本発明において熱処理前の材料表面に固着され
る黒鉛−無機酸化物混合粉末の平均粒径は１μｍ
以下に限定される。平均粒径が１μｍ以下の黒鉛
−無機酸化物混合粉末を使用することにより、吹
き付け塗布時に材料表面に均一なコーテイング層
を形成させることができ、またバインダにより黒
鉛−無機酸化物混合粉末を強固に材料表面に固着
させることができるという利点がある。また吹き
付け時にノズルの目詰りを起こさないという利点
もある。 〔実施例〕 以下に実施例に基づいて本発明を更に説明す
る。 第１表に示した塗布剤Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ剤を材
料〔SK3（1.1％炭素工具鋼）〕表面に吹き付け塗
布し、固形成分を材料表面に固着させた。なお固
型成分（Ａ〜Ｃ剤においては黒鉛−無機酸化物混
合粉末、Ｄ剤においては黒鉛単独）の平均粒径は
１μｍ以下であり、CO2レーザ光の波長（10.6μ
ｍ）の1/10以下であつた。
【表】
上記の如く固型成分を表面に固着させた材料を
次いで焼入れ処理した。第１図はCO2レーザ光１
を材料５の表面２に照射しつつ、レーザ光１を方
向４に走査させたとき焼入れ部３が形成される状
況を示す。また第２図は第１図の−断面にお
ける焼入れ部断面形状を示し、δは焼入れ深さで
ある。 第３図は第１表に示した塗布剤Ａ〜Ｄ剤を材料
表面に塗布し、固形成分を固着させた後、第１図
に示す方法により材料の焼入れを行つた場合の焼
入れ深さを示すものである。焼入れ条件は、ビー
ム出力1.7KW、ビーム走査速度8.3mm／ｓであ
る。なお、第３図には参考のためボンデライト処
理材の焼入れ深さも併記してある。 第３図より、本発明により黒鉛−無機酸化物混
合粉末を固型成分として含有する塗布剤Ａ〜Ｃ剤
を吹き付け塗布した場合の焼入れ深さは、ボンデ
ライト処理を施した場合あるいは、黒鉛粉末のみ
を塗布した場合の焼入れ深さよりもはるかに深い
ことが判明した。すなわち、黒鉛−無機酸化物混
合粉末を材料表面に固着させた場合のレーザ光吸
収率は黒鉛のみを材料表面に固着させた場合およ
びボンデライト処理を施した場合よりも高いこと
が判る。 焼入れ深さは、コーテイングした塗布剤が同一
であつても、熱処理条件が変われば対応して変わ
る。それは、照射するレーザ光の強さ、及びビー
ム走査速度の大小により焼入れ時の表面温度が変
わり、また、レーザ光の吸収効率も変わるからで
ある。 従つて、塗布剤が黒鉛単独である場合に、熱処
理条件を変えることにより焼入れ深さδを第３図
に示した深さ（0.75mm）より大きくすることがで
きる。例えば、ビーム出力は変えず、ビーム走査
速度を５mm／Ｓ（第３図のそれは8.3mm／Ｓ）に
遅くすれば、表面加熱温度が高くなるためδは
0.9mmに増加する。同様に、塗布剤が第３図のＡ
剤（黒鉛＋マイカ）、Ｂ剤（黒鉛＋シリカ）、Ｃ剤
（黒鉛＋アルミナ）であるものについてもビーム
走査速度を５mm／Ｓとすれば、同じくδは1.0→
1.25mm（Ａ剤）、0.9→1.05mm（Ｂ剤）、0.9→1.02
mm（Ｃ剤）に増加する。尚、各塗布剤とアクリル
樹脂との重量比は2.0、無機酸化物と黒鉛の比は
1.0である。すなわち、同一の熱処理条件にすれ
ば、本発明に係る塗布剤を用いればその混入され
た無機酸化物により黒鉛単独のものより焼入れ深
さδは大きくなる。 次に、その使用目的から焼入れ深さδがある
値、例えば0.9mm程度であればよい材料を製造す
る場合について説明する。この場合、塗布剤が黒
鉛単独の場合には、同一ビーム出力（1.7KW）
のとき、ビーム走査速度は５mm／Ｓ程度に低速化
しなければならないが、本発明に係る塗布剤を用
いれば8.3mm／Ｓ程度にビーム走査速度を高速化
することができる。特にマイカを混入した塗布剤
の場合は10mm／Ｓ程度に高速化することができ
る。すなわち、本発明によれば同じ焼入れ深さの
材料を製造する場合、その焼入れ時間を短縮する
ことができる。尚、ビーム走査速度を高速化すれ
ば、その冷却速度も速くすることができるため、
焼入れ部の硬度を高めることができる。次の第２
表に焼入れ深さが0.9mmの場合の、焼入れ部硬度
を第１表に示した塗布剤の各々について示す。
次いで焼入れ処理した。第１図はCO2レーザ光１
を材料５の表面２に照射しつつ、レーザ光１を方
向４に走査させたとき焼入れ部３が形成される状
況を示す。また第２図は第１図の−断面にお
ける焼入れ部断面形状を示し、δは焼入れ深さで
ある。 第３図は第１表に示した塗布剤Ａ〜Ｄ剤を材料
表面に塗布し、固形成分を固着させた後、第１図
に示す方法により材料の焼入れを行つた場合の焼
入れ深さを示すものである。焼入れ条件は、ビー
ム出力1.7KW、ビーム走査速度8.3mm／ｓであ
る。なお、第３図には参考のためボンデライト処
理材の焼入れ深さも併記してある。 第３図より、本発明により黒鉛−無機酸化物混
合粉末を固型成分として含有する塗布剤Ａ〜Ｃ剤
を吹き付け塗布した場合の焼入れ深さは、ボンデ
ライト処理を施した場合あるいは、黒鉛粉末のみ
を塗布した場合の焼入れ深さよりもはるかに深い
ことが判明した。すなわち、黒鉛−無機酸化物混
合粉末を材料表面に固着させた場合のレーザ光吸
収率は黒鉛のみを材料表面に固着させた場合およ
びボンデライト処理を施した場合よりも高いこと
が判る。 焼入れ深さは、コーテイングした塗布剤が同一
であつても、熱処理条件が変われば対応して変わ
る。それは、照射するレーザ光の強さ、及びビー
ム走査速度の大小により焼入れ時の表面温度が変
わり、また、レーザ光の吸収効率も変わるからで
ある。 従つて、塗布剤が黒鉛単独である場合に、熱処
理条件を変えることにより焼入れ深さδを第３図
に示した深さ（0.75mm）より大きくすることがで
きる。例えば、ビーム出力は変えず、ビーム走査
速度を５mm／Ｓ（第３図のそれは8.3mm／Ｓ）に
遅くすれば、表面加熱温度が高くなるためδは
0.9mmに増加する。同様に、塗布剤が第３図のＡ
剤（黒鉛＋マイカ）、Ｂ剤（黒鉛＋シリカ）、Ｃ剤
（黒鉛＋アルミナ）であるものについてもビーム
走査速度を５mm／Ｓとすれば、同じくδは1.0→
1.25mm（Ａ剤）、0.9→1.05mm（Ｂ剤）、0.9→1.02
mm（Ｃ剤）に増加する。尚、各塗布剤とアクリル
樹脂との重量比は2.0、無機酸化物と黒鉛の比は
1.0である。すなわち、同一の熱処理条件にすれ
ば、本発明に係る塗布剤を用いればその混入され
た無機酸化物により黒鉛単独のものより焼入れ深
さδは大きくなる。 次に、その使用目的から焼入れ深さδがある
値、例えば0.9mm程度であればよい材料を製造す
る場合について説明する。この場合、塗布剤が黒
鉛単独の場合には、同一ビーム出力（1.7KW）
のとき、ビーム走査速度は５mm／Ｓ程度に低速化
しなければならないが、本発明に係る塗布剤を用
いれば8.3mm／Ｓ程度にビーム走査速度を高速化
することができる。特にマイカを混入した塗布剤
の場合は10mm／Ｓ程度に高速化することができ
る。すなわち、本発明によれば同じ焼入れ深さの
材料を製造する場合、その焼入れ時間を短縮する
ことができる。尚、ビーム走査速度を高速化すれ
ば、その冷却速度も速くすることができるため、
焼入れ部の硬度を高めることができる。次の第２
表に焼入れ深さが0.9mmの場合の、焼入れ部硬度
を第１表に示した塗布剤の各々について示す。
本発明によれば、熱処理前の材料表面に形成す
る粉末層を黒鉛単独ではなく無機酸化物を加えた
黒鉛−無機酸化物混合粉末層としたので、この無
機酸化物によりレーザ光の吸収効率がより一層高
まり、レーザ光のエネルギーをより一層有効に利
用することができる。すなわち、同一の熱処理条
件にすれば焼入れ深さは黒鉛単独のものより大き
くなり、また、焼入れ深さが同じものを製造する
場合、その焼入れ時間を短縮することができる。
る粉末層を黒鉛単独ではなく無機酸化物を加えた
黒鉛−無機酸化物混合粉末層としたので、この無
機酸化物によりレーザ光の吸収効率がより一層高
まり、レーザ光のエネルギーをより一層有効に利
用することができる。すなわち、同一の熱処理条
件にすれば焼入れ深さは黒鉛単独のものより大き
くなり、また、焼入れ深さが同じものを製造する
場合、その焼入れ時間を短縮することができる。
第１図はレーザ光を材料表面に照射しつつ走査
させたとき焼入れ部が形成される状況を示す斜視
図、第２図は第１図の−断面における焼入れ
部断面形状を示す側面図、第３図は塗布剤Ａ〜Ｄ
剤を材料表面に塗布した後、材料の焼入れを行つ
た場合の焼入れ深さおよびボンデライト処理材の
焼入れ深さを示すグラフである。 １……レーザ光、３……焼入れ部、５……被焼
入れ材料。
させたとき焼入れ部が形成される状況を示す斜視
図、第２図は第１図の−断面における焼入れ
部断面形状を示す側面図、第３図は塗布剤Ａ〜Ｄ
剤を材料表面に塗布した後、材料の焼入れを行つ
た場合の焼入れ深さおよびボンデライト処理材の
焼入れ深さを示すグラフである。 １……レーザ光、３……焼入れ部、５……被焼
入れ材料。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 材料表面にレーザ光を照射し材料を熱処理す
るに際して、熱処理前の材料表面に予め平均粒径
１μｍ以下の黒鉛−無機酸化物混合粉末層を形成
しておくことを特徴とするレーザ熱処理方法。 ２ 前記無機酸化物がマイカ、アルミナ、シリカ
の少なくとも１つからなる特許請求の範囲第１項
記載のレーザ熱処理方法。 ３ 黒鉛−無機酸化物混合粉末をバインダである
アクリル樹脂またはエポキシ樹脂を用いて材料表
面に固着させる特許請求の範囲第１項または第２
項記載のレーザ熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8018580A JPS577251A (en) | 1980-06-16 | 1980-06-16 | Heat treatment with laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8018580A JPS577251A (en) | 1980-06-16 | 1980-06-16 | Heat treatment with laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS577251A JPS577251A (en) | 1982-01-14 |
| JPS6254166B2 true JPS6254166B2 (ja) | 1987-11-13 |
Family
ID=13711301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8018580A Granted JPS577251A (en) | 1980-06-16 | 1980-06-16 | Heat treatment with laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS577251A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57181326A (en) * | 1981-04-28 | 1982-11-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser hardening method |
| JPS6130297A (ja) * | 1984-07-20 | 1986-02-12 | Ishihara Yakuhin Kk | レ−ザ−加工方法 |
| US4708752A (en) * | 1986-03-24 | 1987-11-24 | Smith International, Inc. | Process for laser hardening drilling bit cones having hard cutter inserts placed therein |
| JPH01125512A (ja) * | 1987-11-09 | 1989-05-18 | Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd | ディーゼルエンジンの排出微粒子処理装置 |
| JP5480203B2 (ja) * | 2011-06-17 | 2014-04-23 | ヤンマー株式会社 | 金属部材の表面硬化方法 |
| JP2013092150A (ja) * | 2012-11-26 | 2013-05-16 | Yanmar Co Ltd | 内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部の表面硬化処理方法 |
| JP6118625B2 (ja) * | 2013-04-16 | 2017-04-19 | 友鉄工業株式会社 | プレス用金型の製造方法 |
| WO2017150908A1 (ko) * | 2016-03-02 | 2017-09-08 | 부산대학교 산학협력단 | 고내열, 고경도 및 내마모성 코팅막의 형성 방법, 고내열, 고경도 및 내마모성 코팅막 및 이를 포함하는 절삭 공구 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56150126A (en) * | 1980-04-24 | 1981-11-20 | Agency Of Ind Science & Technol | Heat treatment |
-
1980
- 1980-06-16 JP JP8018580A patent/JPS577251A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS577251A (en) | 1982-01-14 |
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| JPS6254166B2 (ja) | ||
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