制造包覆层的方法和用于制造包覆层的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及制造包覆层的方法和用于制造包覆层的装置。将第一金属粉末供给至基材以形成包覆层的始端部。在所述始端部形成之后，将第二金属粉末供给至所述基材。所述第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度低于其在所述第二金属粉末中的浓度。

Method for manufacturing cladding layer and device for manufacturing cladding layer

The invention relates to a method for manufacturing a coating layer and a device for manufacturing a coating layer. The first metal powder is supplied to the substrate to form the initial end of the coating. After the initial end is formed, the second metal powder is supplied to the substrate. The concentration of at least one of Si, Ni, Mo and Al in the first metal powder is lower than that in the second metal powder.

【技术实现步骤摘要】
制造包覆层的方法和用于制造包覆层的装置
本专利技术涉及一种制造包覆层(cladlayer)的方法和一种制造包覆层的装置。
技术介绍
例如，为了改善发动机用气缸盖的阀座的耐久性并增加其设计的自由度，已知激光加工，其中使激光束照射到阀座，同时例如供给粉末包覆材料，使阀座和激光束以相对的方式旋转，由此形成包覆层。该激光加工为如下技术，其中执行发动机的燃烧室所需的机械加工，例如，对于在其上执行阀孔形成加工等的气缸盖，在供给由铜合金等制成且具有耐磨性的粉末包覆材料的同时，向将变成阀座的区域照射激光束，且形成最终将成为阀座的环状包覆层，即包覆珠部，并且通常将该技术称为激光包覆加工或包覆加工。顺便指出，在形成上述环状包覆层时，需要确保用于使终端部叠加在充当包覆层的包覆操作起始部的始端部上并形成重叠部的包覆量。然而，在该重叠部，存在出现例如未焊接部和裂纹的缺陷的问题。为了解决这一问题，在日本专利3409631(JP3409631B)中提出了如下技术：其中，当通过使充当包覆操作终端部的终端部叠加在充当包覆层的包覆操作起始部的始端部上而形成包覆层时，将始端部的表面相对于金属基材的表面的倾斜角度调节到预定范围内。
技术实现思路
然而，如JP3409631B中所述的所提出的技术那样，精确地调节包覆层的始端部的表面的倾斜角度是非常困难的。此外，与吸气侧相比，在高温环境下需要确保排气侧的耐磨性。当将硬质粒子的面积比高、基质(matrix)(除硬质粒子外的基体的部分)的硬度高且防止在阀和阀座表面之间发生附着磨损的材料(例如，包含大量的Ni、Si、Mo和Al的材料)用作适合于在排气侧上的阀座用的包覆材料从而形成包覆层时，仍然存在在上述始端部出现许多裂纹的问题。更具体地讲，当Ni和Si含量增加时，易于形成Cu-Ni-Si的网眼状结构，并且改善基质的硬度。此外，当Mo含量增加时，包含Mo-Si-Fe和Mo-Ni-Si的硬质粒子的面积比增加。此外，当Al含量增加时，易于形成Cu-Ni-Al的固溶强化结构，并且改善基质的硬度。然而，在激光包覆加工中，由于Cu基粉末包覆材料被熔化并焊接到由Al制成的气缸盖上，Al成分不可避免地混入包覆结构中(该现象被称为Al稀释)。当混入的Al成分的量超过规定值(Cu的Al固溶限)时，形成金属间化合物(AlNi、CuAl等)，导致材料伸长减小且导致残余拉伸应力增加。当第二层(终端部)被包覆时，如果对该部施加热收缩，则由于该负载可能出现裂纹。特别地讲，由于包覆层的始端部具有小体积或小截面积(cross-sectionalarea)，所以Al稀释成分比其它部位更高(例如，一般部(generalpart)的Al稀释成分为约0％至1％，而始端部的Al稀释成分为约3％至5％)，并且材料伸长的减小和残余拉伸应力的增加变得更大，因此更易于出现裂纹。也就是说，当形成上述环状包覆层时，由于作为包覆层的操作起始部的始端部具有比作为在始端部形成之后的部分的一般部小的包覆层体积或截面积，因此容易受到来自Al基材的Al稀释的影响。当Al浓度高时，由于易于形成金属间化合物(例如CuAl)，且在包覆层中易于出现裂纹，因此阀座的耐久性劣化。本专利技术提供了一种制造包覆层的方法以及一种用于制造包覆层的装置，通过该方法可以降低在上述包覆层的始端部中的开裂。本专利技术的第一方面涉及一种制造包覆层的方法，所述方法包括将铜基金属粉末供给至由铝或铝合金制成的基材的表面，向所供给的金属粉末照射激光束而熔化所述金属粉末，且沿着基材的表面在预定方向上移动金属粉末的供给位置和激光束的照射位置，在基材的表面上在预定方向上形成包覆层。金属粉末包含第一金属粉末和第二金属粉末。在所述制造方法中，将第一金属粉末供给至基材以形成包覆层的始端部，并且在始端部形成之后，将第二金属粉末供给至基材。第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度低于其在第二金属粉末中的浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al的浓度可以低于第二金属粉末中Si、Ni、Mo和Al的浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末中的Si浓度可以低于第二金属粉末中的Si浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末中的Mo浓度可以低于第二金属粉末中的Mo浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末中的Al浓度可以低于第二金属粉末中的Al浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末中的Si和Mo浓度可以低于第二金属粉末中的Si和Mo浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末中的Si和Ni浓度可以低于第二金属粉末中的Si和Ni浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末中的Si、Ni和Mo浓度可以低于第二金属粉末中的Si、Ni和Mo浓度。在所述制造包覆层的方法中，第一金属粉末的Al固溶限可以高于第二金属粉末的Al固溶限。在所述制造包覆层的方法中，对第一金属粉末的激光输出可以设定成低于对第二金属粉末的激光输出。在所述制造包覆层的方法中，可以将第二金属粉末供给至包覆层的始端部上以形成包覆层的终端部。此外，本专利技术的第二方面涉及一种用于制造包覆层的装置，包含：粉末供给单元，所述粉末供给单元被构造成将铜基金属粉末供给至由铝或铝合金制成的基材的表面；和激光照射单元，所述激光照射单元被构造成对从粉末供给单元供给的金属粉末照射激光束。所述金属粉末包含第一金属粉末和第二金属粉末。激光照射单元对金属粉末照射激光束，使得所述金属粉末熔化。所述制造装置包含被构造成将第一金属粉末供给至粉末供给单元的第一供给单元和被构造成将第二金属粉末供给至粉末供给单元的第二供给单元。第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度低于其在第二金属粉末中的浓度。所述制造装置包含：切换单元，所述切换单元被构造成在对粉末供给单元供给第一金属粉末和供给第二金属粉末之间切换；以及控制单元，所述控制单元被构造成控制该切换单元，使得当形成包覆层的始端部时，将第一金属粉末从第一供给单元供给至粉末供给单元，且在始端部形成之后，将第二金属粉末从第二供给单元供给至粉末供给单元。所述制造装置使得金属粉末的供给位置和激光束的照射位置沿着基材的表面在预定方向上移动，在基材的表面上在预定方向上形成包覆层。在所述用于制造包覆层的装置中，所述控制单元可以控制激光束的激光输出，使得当形成包覆层的始端部时对第一金属粉末的激光输出低于在始端部形成之后对第二金属粉末的激光输出。根据本专利技术，由于供给至包覆层的始端部的第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度低于其在始端部形成之后供给至一般部的第二金属粉末中的浓度，因此可能增加始端部的Al固溶限。因此，由于可以降低始端部中由于来自基材的Al稀释而引起的金属间化合物的形成，因此可以降低在上述包覆层的始端部中的开裂。附图说明下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：图1是示意性地示出应用本专利技术的制造包覆层的方法的激光包覆加工装置的主要构造的透视图；图2是示意性地示出使用图1中所示的激光包覆加工装置制造包覆层的方法的主要部放大图；图3A是示意性地示出图2中所示的同轴喷嘴的内部结构和金属粉末的供给路径(在加工始端部时)的图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造包覆层的方法，其特征在于包括：将金属粉末供给至由铝或铝合金制成的基材的表面，对所述金属粉末照射激光束而熔化所述金属粉末，所述金属粉末为铜基金属粉末，且所述金属粉末包含第一金属粉末和第二金属粉末；且沿着所述基材的表面在预定方向上移动所述金属粉末的供给位置和所述激光束的照射位置，在所述基材的表面上在所述预定方向上形成所述包覆层，其中，将所述第一金属粉末供给至所述基材以形成所述包覆层的始端部，并且在所述始端部形成之后，将所述第二金属粉末供给至所述基材，并且在所述第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度低于在所述第二金属粉末中所述Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度。

【技术特征摘要】
2017.03.22 JP 2017-0557011.一种制造包覆层的方法，其特征在于包括：将金属粉末供给至由铝或铝合金制成的基材的表面，对所述金属粉末照射激光束而熔化所述金属粉末，所述金属粉末为铜基金属粉末，且所述金属粉末包含第一金属粉末和第二金属粉末；且沿着所述基材的表面在预定方向上移动所述金属粉末的供给位置和所述激光束的照射位置，在所述基材的表面上在所述预定方向上形成所述包覆层，其中，将所述第一金属粉末供给至所述基材以形成所述包覆层的始端部，并且在所述始端部形成之后，将所述第二金属粉末供给至所述基材，并且在所述第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度低于在所述第二金属粉末中所述Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al的浓度分别低于在所述第二金属粉末中Si、Ni、Mo和Al的浓度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一金属粉末中的Si浓度低于在所述第二金属粉末中的Si浓度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一金属粉末中的Mo浓度低于在所述第二金属粉末中的Mo浓度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一金属粉末中的Al浓度低于在所述第二金属粉末中的Al浓度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一金属粉末中的Si和Mo浓度分别低于在所述第二金属粉末中的Si和Mo浓度。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一金属粉末中的Si和Ni浓度分别低于在所述第二金属粉末中的Si和Ni浓度。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一金属粉末中的Si、Ni和Mo浓度分别低于在所述第二金属粉末中的Si、Ni和Mo浓度。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：青山宏典，山本康博，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP