特開 2024-38874 レーザ肉盛層を有する部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024038874

(43)【公開日】2024-03-21

(54)【発明の名称】レーザ肉盛層を有する部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/342 20140101AFI20240313BHJP

【ＦＩ】

B23K26/342

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022143206

(22)【出願日】2022-09-08

(71)【出願人】

【識別番号】000109875

【氏名又は名称】トーカロ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100165803

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100170900

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 渉

(72)【発明者】

【氏名】植田 和樹

(72)【発明者】

【氏名】横田 博紀

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA32

4E168BA74

4E168BA87

4E168FA01

(57)【要約】

【課題】銅または銅合金からなる基材にレーザ肉盛粉末を供給しつつレーザ光を照射することでレーザ肉盛層を形成したとしても、基材の溶融が不十分となり、基材界面およびレーザ肉盛層の界面において空隙などの欠陥部が生じやすいという問題がある。
【解決手段】銅または銅合金からなる基材上にレーザ肉盛粉末を供給しつつレーザ光を照射し、レーザ肉盛粉末および基材を溶融することで、基材との間に欠陥部を有するレーザ肉盛ビードを形成する工程（ａ）と、欠陥部上のレーザ肉盛ビードに対してレーザ光を照射し、レーザ肉盛ビードと基材とを溶融することで、基材とレーザ肉盛ビードとの接合部を形成する工程（ｂ）と、を含むレーザ肉盛層を有する部材の製造方法とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のレーザ肉盛ビードを並列に連ねて形成されたレーザ肉盛層を有する部材の製造方法であって、
銅または銅合金からなる基材上にレーザ肉盛粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛粉末および前記基材を溶融することで、前記基材との間に欠陥部を有するレーザ肉盛ビードを形成する工程（ａ）と、
前記欠陥部上の前記レーザ肉盛ビードに対してレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛ビードと前記基材とを溶融することで、前記基材と前記レーザ肉盛ビードとの接合部を形成する工程（ｂ）と、を含むレーザ肉盛層を有する部材の製造方法。

【請求項2】

前記工程（ｂ）において、前記レーザ肉盛ビードの溶融によって前記レーザ肉盛ビードの幅方向一方側に湯流れ部が形成され、
前記工程（ｂ）の後に、工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返し行い、
前記工程（ｃ）は、直前に形成された前記湯流れ部上に前記レーザ肉盛粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛粉末および前記湯流れ部を溶融することで、レーザ肉盛ビードをさらに形成する工程であり、
前記工程（ｄ）は、前記工程（ｃ）において形成した前記レーザ肉盛ビードに対してレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛ビードが溶融することで、該レーザ肉盛ビードの幅方向一方側に前記基材と前記レーザ肉盛ビードとの接合部を形成するとともに、新たに湯流れ部を形成する工程である、請求項１に記載のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法。

【請求項3】

前記工程（ｄ）は、前記工程（ｃ）において形成した前記レーザ肉盛ビードが前記基材との間に欠陥部を有する場合、前記欠陥部上のレーザ肉盛ビードに対してレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛ビードが溶融することで、前記基材と前記レーザ肉盛ビードとの接合部を形成するとともに、新たに湯流れ部を形成する工程である、請求項２に記載のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法。

【請求項4】

前記工程（ｃ）において形成する前記レーザ肉盛ビードの幅方向中心は、前記湯流れ部上に位置する、請求項２に記載のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法。

【請求項5】

前記工程（ｃ）において形成する前記レーザ肉盛ビードの全域は、前記湯流れ部上に位置する、請求項２に記載のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法。

【請求項6】

前記レーザ肉盛粉末はニッケル基合金粉末である、請求項１に記載のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法。

【請求項7】

前記レーザ肉盛ビード中の銅の含有率は５．５ｗｔ％以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ肉盛層を有する部材の製造方法に関し、特に銅または銅合金からなる基材上にレーザ肉盛層が形成された部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基材の表面に耐摩耗性や耐食性などの特性を付与することを目的として、アーク光またはレーザ光等の熱源により粉末状材料を加熱溶融し、その表面に肉盛層を形成することが行われる場合がある。特に、熱源としてレーザ光を用いるレーザ肉盛層の形成方法では、レーザ光の照射によって基材表面を局所的に溶融するとともに、その表面に金属粉末などのレーザ肉盛粉末を噴射投入することでレーザ肉盛層を形成でき、これにより基材の表面に高い耐摩耗性や耐食性を付与することができる。

【0003】

従来のレーザ肉盛層の形成方法として、例えば、特許文献１には、銅または銅合金からなる基材の表面に対してニッケル基耐熱合金粉末を供給しながらレーザ光を照射し、多層レーザ肉盛層を形成する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第７０１３８２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では触れられていないが、銅または銅合金からなる基材はレーザ光の吸収率が低く、熱伝導性が高いため、銅または銅合金からなる基材に対してレーザ肉盛粉末を供給しつつレーザ光を照射することでレーザ肉盛層を形成したとしても、基材の溶融が不十分となり、基材界面およびレーザ肉盛層の界面において空隙などの欠陥部が生じやすいという問題がある。

【0006】

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、銅または銅合金からなる基材表面にレーザ肉盛層を形成する場合であっても、基材とレーザ肉盛層との間に欠陥部が存在することを抑制できるレーザ肉盛層を有する部材の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法は、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を含み、複数のレーザ肉盛ビードが並列に連なりレーザ肉盛層が形成される。
前記工程（ａ）は、銅または銅合金からなる基材上にレーザ肉盛粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛粉末および前記基材を溶融することで、前記基材との間に欠陥部を有するレーザ肉盛ビードを形成する工程であり、
前記工程（ｂ）は、前記欠陥部上の前記レーザ肉盛ビードに対してレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛ビードと前記基材とを溶融することで、前記基材と前記レーザ肉盛ビードとの接合部を形成する工程である。

【0008】

また、本発明のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法は、前記工程（ｂ）において、前記レーザ肉盛ビードの溶融によって前記レーザ肉盛ビードの幅方向一方側に湯流れ部が形成され、前記工程（ｂ）の後に、工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返し行い、
前記工程（ｃ）は、直前に形成された前記湯流れ部上に前記レーザ肉盛粉末を供給しつつレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛粉末および前記湯流れ部を溶融することで、レーザ肉盛ビードをさらに形成する工程であり、
前記工程（ｄ）は、前記工程（ｃ）において形成した前記レーザ肉盛ビードに対してレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛ビードが溶融することで、該レーザ肉盛ビードの幅方向一方側に前記湯流れ部を形成する工程である。

【0009】

本発明のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法の好ましい特徴としては、次の（１）～（５）が挙げられる。
（１）前記工程（ｄ）は、前記工程（ｃ）において形成した前記レーザ肉盛ビードが前記基材との間に欠陥部を有する場合、前記欠陥部上のレーザ肉盛ビードに対してレーザ光を照射し、前記レーザ肉盛ビードが溶融することで、前記基材と前記レーザ肉盛ビードとの接合部を形成するとともに、新たに湯流れ部を形成する工程である。
（２）前記工程（ｃ）において形成する前記レーザ肉盛ビードの幅方向中心は、前記湯流れ部上に位置する。
（３）前記工程（ｃ）において形成する前記レーザ肉盛ビードの全域は、前記湯流れ部上に位置する。
（４）前記レーザ肉盛粉末はニッケル基合金粉末である。
（５）前記レーザ肉盛ビード中の銅の含有率は５．５ｗｔ％以下である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、銅または銅合金からなる基材とレーザ肉盛層との間の欠陥部を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るレーザ肉盛層を有する部材の製造方法を示す説明図であり、図１（ａ）は工程（ａ）の説明図、図１（ｂ）は工程（ｂ）の説明図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るレーザ肉盛層を有する部材の製造方法を示す説明図であり、図２（ａ）は工程（ｃ）の説明図、図２（ｂ）は工程（ｄ）の説明図である。

【図3】本発明の一実施形態の工程（ｃ）により形成されるレーザ肉盛層を有する部材の一例を示す側面図である。

【図4】本発明の一実施形態の工程（ｃ）により形成されるレーザ肉盛層を有する部材の他の一例を示す側面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るレーザ肉盛層を有する部材の製造方法の工程（ｄ）の一例を示す説明図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るレーザ肉盛層を有する部材の製造方法の工程（ｃ）および工程（ｄ）を繰り返し行うことにより形成されるレーザ肉盛層を有する部材を示す側面図である。

【図7】本実施例に係るレーザ肉盛層を有する部材の側面を示す写真であり、図７（ａ）は第一レーザ肉盛ビードを有する部材の側面を示す写真であり、図７（ｂ）はその拡大写真である。

【図8】本実施例に係るレーザ肉盛層を有する部材の側面を示す写真であり、接合部および第一湯流れ部を備える第一レーザ肉盛ビードを有する部材の側面を示す写真である。

【図9】本実施例に係るレーザ肉盛層を有する部材の側面を示す写真であり、図９（ａ）は第一レーザ肉盛ビードおよび第二レーザ肉盛ビードを有する部材の側面を示す写真であり、図９（ｂ）はその拡大写真である。

【図10】本実施例に係るレーザ肉盛層を有する部材の側面を示す写真であり、図１０（ａ）は第一レーザ肉盛ビード、第二レーザ肉盛ビード、および第三レーザ肉盛ビードを有する部材の側面を示す写真であり、図１０（ｂ）はその拡大写真である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本発明に係るレーザ肉盛層を有する部材の製造方法（以下、単に「部材の製造方法」とも言う）の一実施形態について説明する。一実施形態に係る部材の製造方法は、以下の工程（ａ）～工程（ｄ）を行うことにより、複数のレーザ肉盛ビードを並列に連ねて形成することでレーザ肉盛層を形成することができる。

【0013】

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、工程（ａ）および工程（ｂ）は、例えば以下のレーザ装置を用いて行うことができる。レーザ装置は、レーザ発振器（図示せず）、レーザヘッド１、および集光レンズなどの光学系３を備えるレーザ照射部と、レーザ肉盛粉末１１をレーザ照射位置に供給可能な粉末供給部４とを備える。レーザ発振器の種類、レーザ光２の波長、強度、レーザ光２の焦点でのビーム形状、レーザ光２の走査速度、および粉末供給部４に流入させるキャリアガスなどは適宜設定することができる。具体的に、工程（ａ）において、図１（ａ）の左側に示すように、レーザ発振器（図示せず）からレーザ光２が出力されてレーザヘッド１に入射され、その後、集光レンズなどが内蔵された光学系３まで到達する。光学系３に到達したレーザ光２は集光され、レーザヘッド１の下端の照射口から照射される。そして、レーザ光２はレーザヘッド１の下端直下の銅または銅合金からなる基材１０表面近傍に焦点を結ぶように照射される。このとき基材１０がレーザ光２を吸収して発熱し、厚み方向における基材１０の一部が溶融する。続いて、粉末供給部４の上端からレーザ肉盛粉末１１とキャリアガスを流入させ、レーザ照射位置にレーザ肉盛粉末１１とキャリアガスを吐出させる。吐出したレーザ肉盛粉末１１は、レーザ光２によって基材１０とともに溶融され、図１（ａ）の右側に示すように、基材１０の表面にレーザ肉盛ビード１２を形成する。但し、基材１０として銅または銅合金からなる基材を用いる場合、図示されるように、基材１０とレーザ肉盛ビード１２との間に空隙などの欠陥部１３が生じる場合がある。

【0014】

続いて、図１（ｂ）の左側に示すように、工程（ｂ）において、レーザ照射位置をレーザ肉盛ビードの幅方向Ｗの一方側Ｄ１（図１では左側、以降の図においても同じ。）にシフトして、工程（ａ）により形成したレーザ肉盛ビード１２の端部に位置する欠陥部１３上のレーザ肉盛ビード１２の一部に対して材料を供給することなくレーザ光２を照射し、欠陥部１３の周囲のレーザ肉盛ビード１２の一部と基材１０との溶融を行う。これにより、図１（ｂ）の右側に示すように、溶融したレーザ肉盛ビード１２の一部が重力作用によってレーザ肉盛ビード１２の幅方向一方側Ｄ１に向かって流れることで湯流れ部１４が形成されるとともに、欠陥部１３の周囲の溶融したレーザ肉盛ビード１２と基材１０とが接合して接合部１５を形成することができる。また、その結果、欠陥部１３を消失することができる。

【0015】

本実施形態において、基材１０は、上述のとおり銅または銅合金からなるが、銅合金としては周知のものを利用することができ、基材１０上にレーザ肉盛ビード１２を形成することができればその種類は特に限定されない。基材１０の寸法、厚さ、形状なども特に限定されない。

【0016】

本実施形態において、レーザ肉盛粉末１１は、例えばニッケル粉末またはニッケル基合金粉末などを用いることができ、好ましくはニッケル基合金粉末である。ここで、ニッケル基合金とは、合金を構成する元素のうち、ニッケルの比率が最も高い合金のことを指す。このとき、ニッケル基合金におけるニッケルの含有率は、５０質量％以上が好ましく、５５質量％以上がより好ましい。ニッケル粉末またはニッケル基合金粉末などは周知のものを利用することができ、例えばニッケル基合金粉末としてはハステロイ（登録商標）Ｃ、インコネル、ＮｉＣｒ合金、ＮｉＣｒＡｌＹ合金、および、ＮｉＡｌ合金などを利用することができる。ニッケルまたはニッケル基合金粉末のレーザ肉盛粉末１１を用いる場合、銅とニッケルは全率固溶の関係にあるため、基材１０とレーザ肉盛粉末１１とを溶融するときに金属間化合物が析出しにくく、基材１０とレーザ肉盛ビード１２とが互いに溶融した領域におけるクラック発生を防止することができる。

【0017】

本実施形態において、レーザ肉盛ビード１２は、上述の工程（ａ）および工程（ｂ）を行うことにより形成することができるが、レーザ肉盛ビード１２は、後述する工程（ｃ）および工程（ｄ）を行うことによって更に形成することができ、また、工程（ｃ）および工程（ｄ）を繰り返すことによって任意の数の線状のレーザ肉盛ビード１２を基材１０の表面に並列に形成することで、レーザ肉盛層１２ａを形成することができる（図２を参照）。レーザ肉盛ビード１２の断面形状は、例えば四角形、台形、半円、またはその他の不定形の形状とすることができるが、その形状は特に限定されない。

【0018】

本実施形態において、欠陥部１３は、基材１０とレーザ肉盛ビード１２間での接合が不十分であり、それらの密着性を低減する原因となる箇所を指し、例えば空隙などが挙げられる。このような欠陥部１３は、例えば基材１０とレーザ肉盛ビード１２との界面に位置する。基材１０に対してレーザ肉盛ビード１２の形成を行う場合、基材１０の溶け込みが浅くなるため、欠陥部１３が生じやすい。特に、欠陥部１３は、溶け込みが浅いレーザ肉盛ビード１２の幅方向Ｗの端部に生じやすい。なお、欠陥部１３の数は特に制限されない。また、図１（ａ）の右側の例では、１つの欠陥部１３がレーザ肉盛ビード１２の幅方向Ｗの端部に位置する例を図示しているが、これに限定されない。

【0019】

本実施形態において、湯流れ部１４とは、レーザ肉盛ビード１２の一部に対してレーザ光２を照射することにより、溶融したレーザ肉盛ビード１２の一部がレーザ肉盛ビード１２の幅方向一方側Ｄ１に向かって流れることで形成されたレーザ肉盛ビード１２の一部分を指す。本実施形態において、湯流れ部１４の断面形状は、例えば略三角形状であってもよいが、これに限定されない。なお、湯流れ部１４は、上述の通り、レーザ照射により溶融したレーザ肉盛ビード１２により形成されたものであり、通常は同じく溶融した基材と接合している。

【0020】

本実施形態において、レーザ肉盛ビード１２における銅の含有率は、欠陥部１３が生じない限りは、レーザ肉盛ビード１２の本来の特性を発揮するために低いことが好ましい。レーザ肉盛ビード１２における銅の含有率は、例えば５．５ｗｔ％以下、好ましくは４．５ｗｔ％以下である。レーザ肉盛ビード１２における銅の含有率は、レーザ肉盛ビード１２に含有される基材１０の成分割合として規定され、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）や電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）などの周知の分析方法を利用して測定することができる。レーザ肉盛ビード１２における銅の含有率が５．５ｗｔ％超では、レーザ肉盛ビード１２における銅または銅合金からなる基材１０の含有率が多くなり、レーザ肉盛ビード１２の本来の特性が低下するおそれがある。

【0021】

本実施形態において、レーザ肉盛ビード１２の基材１０への最大溶け込み深さは、特に限定されないが、例えば１００μｍ以下である。レーザ肉盛ビード１２の基材１０への最大溶け込み深さは、溶融前の基材１０の表面位置を起算点として、レーザ肉盛ビード１２が最も深く溶け込んだ位置を終点とする基材１０の厚さ方向の距離として規定され、周知の方法を利用して測定することができる。最大溶け込み深さが１００μｍ超では、レーザ肉盛ビード１２における銅または銅合金からなる基材１０の含有率が多くなり、レーザ肉盛ビード１２の本来の特性が低下するおそれがある。

【0022】

本実施形態において、レーザ肉盛ビード１２の膜厚は、例えば８００～１５００μｍとすることができる。レーザ肉盛ビード１２の膜厚の下限値は特に限定されないが、レーザ肉盛ビード１２の膜厚が１５００μｍ超では、レーザ肉盛ビード１２における銅または銅合金からなる基材１０の含有率が多くなり、レーザ肉盛ビード１２の本来の特性が低下するおそれがある。レーザ肉盛ビード１２の膜厚は、周知の方法を利用して測定することができる。

【0023】

本実施形態において、以下の工程（ｃ）および工程（ｄ）を行うことで、レーザ肉盛ビード１２を更に形成することができる。また、以下の工程（ｃ）および工程（ｄ）を繰り返し行うことで、レーザ肉盛ビード１２を更に連続的に形成することができる。

【0024】

図２（ａ）の左側に示すように、工程（ｃ）では、工程（ｂ）または直前の工程において形成された湯流れ部１４上にレーザ肉盛粉末１１を供給しつつレーザ光２を照射し、基材１０とレーザ肉盛粉末１１と湯流れ部１４との溶融を行う。これにより、図２（ａ）の右側に示すように、湯流れ部１４上にレーザ肉盛ビード１２を更に形成することができる。なお、湯流れ部１４は、上述の通り、レーザ照射により溶融したレーザ肉盛ビード１２により形成されたものであり、通常は同じく溶融した基材と接合している。従って、工程（ｃ）で形成されたレーザ肉盛ビード１２に欠陥部１３が生じることを抑制できる。

【0025】

なお、本実施形態において、工程（ｃ）におけるレーザ肉盛ビード１２の形成は、上述した工程（ａ）と同様の手順により行うことができる。また、レーザ発振器の種類、レーザ光２の波長、強度、レーザ光２の焦点でのビーム形状、レーザ光２の走査速度、粉末供給部４に流入させるキャリアガスなどは適宜設定することができる。

【0026】

図２（ｂ）の左側に示すように、工程（ｄ）では、レーザ肉盛ビード１２の一部に対してレーザ光２を照射し、レーザ肉盛ビード１２の一部と基材１０との溶融を行う。これにより、図２（ｂ）の右側に示すように、湯流れ部１４を有するレーザ肉盛ビード１２を形成することができる。

【0027】

本実施形態において、工程（ｄ）における湯流れ部１４を有するレーザ肉盛ビード１２の形成は、上述した工程（ｂ）と同様の手順により行うことができる。また、レーザ発振器の種類、レーザ光２の波長、強度、レーザ光２の焦点でのビーム形状、レーザ光２の走査速度などは適宜設定することができる。

【0028】

工程（ｃ）および工程（ｄ）を更に行う、または、工程（ｃ）および工程（ｄ）を繰り返し行う本実施形態に係る部材の製造方法によると、銅または銅合金からなる基材１０よりもレーザ光２の吸収率が高く、熱伝導性が高い湯流れ部１４上にレーザ肉盛ビード１２を形成できるため、基材１０とレーザ肉盛ビード１２との界面における欠陥部１３の発生を低減することができる。

【0029】

図３に示すように、工程（ｃ）において形成されるレーザ肉盛ビード１２の幅方向中心２０は、湯流れ部１４上に位置することが好ましい。これにより、形成されるレーザ肉盛ビード１２の少なくとも半分以上が湯流れ部１４上に位置することとなるため、欠陥部１３の発生を抑制することができる。

【0030】

図４に示すように、レーザ肉盛ビードの全域２１は、工程（ｃ）において形成されるレーザ肉盛ビード１２の湯流れ部１４の幅方向全域の範囲内に位置することができる。これにより、形成されるレーザ肉盛ビード１２の全体が湯流れ部１４上に位置することとなるため、レーザ肉盛ビード１２の幅方向全域における欠陥部１３の発生をより抑制することができる。

【0031】

上述の通り、湯流れ部１４上に新たにレーザ肉盛ビード１２を形成することで欠陥部１３の発生を抑制することができるが、新たに形成されたレーザ肉盛ビード１２のうち湯流れ部１４上に位置しない箇所に欠陥部１３が発生する場合がある。図５の左側に示すように、工程（ｃ）において形成したレーザ肉盛ビード１２が欠陥部１３を有する場合、工程（ｄ）では、欠陥部１３上のレーザ肉盛ビード１２の一部に対してレーザ光２を照射し、レーザ肉盛ビード１２の一部と基材１０との溶融を行うことができる。これにより、図５の右側に示すように、接合部１５を形成するとともに、湯流れ部１４を有するレーザ肉盛ビード１２を形成するとともに欠陥部１３を消失することができる。

【0032】

図６に示すように、工程（ａ）および工程（ｂ）によりレーザ肉盛ビード１２を形成した後、工程（ｃ）および工程（ｄ）を繰り返し行うことで、接合部１５を備えた複数のレーザ肉盛ビード１２により形成されたレーザ肉盛層１２ａを有する部材を製造することができる。

【実施例0033】

以下に、本発明を適用した実施例について説明する。本実施例は、本発明について例示するものであり、発明の範囲を限定するものではない。

【0034】

［実施例：第一レーザ肉盛ビード、第二レーザ肉盛ビード、および第三レーザ肉盛ビードを有する部材の形成ならびに各レーザ肉盛ビードにおける銅の含有率の測定］
基材として銅製のバルク基材１０を用意し、レーザ肉盛粉末としてニッケル基合金の１つであるインコネル６２５（ニッケル：５８質量％以上、クロム：２０～２３質量％、鉄：５．０質量％以下、モリブデン：８．０～１０．０質量％、ニオブ（＋タンタル）：３．１５～４．１５質量％）を供給しつつレーザ光を照射することで、レーザ肉盛粉末と銅製のバルク基材１０を溶融し、銅製のバルク基材１０との間に欠陥部１３を有する第一レーザ肉盛ビード１６を形成した。第一レーザ肉盛ビード１６を有する部材の側面を撮影した写真を図７（ａ）に示し、その拡大写真を図７（ｂ）に示す。第一レーザ肉盛ビード１６における銅の含有率は、図７（ｂ）の写真中の四角枠１内の領域においてＥＤＳにより測定した。結果は後述する表１に示す。

【0035】

欠陥部１３上の第一レーザ肉盛ビード１６にレーザ光を照射することで、第一レーザ肉盛ビード１６と銅製のバルク基材１０とを溶融し、銅製のバルク基材１０と第一レーザ肉盛ビード１６との接合部１５を形成した。このとき、溶融した第一レーザ肉盛ビード１６の一部が第一レーザ肉盛ビード１６の幅方向一方側Ｄ１に向かって流れることで、第一湯流れ部１９が形成された。接合部１５および第一湯流れ部１９を備える第一レーザ肉盛ビード１６を有する部材の側面を撮影した写真を図８に示す。

【0036】

第一レーザ肉盛ビード１６の第一湯流れ部１９上にレーザ肉盛粉末としてインコネル６２５を供給しつつレーザ光を照射し、銅製のバルク基材１０とレーザ肉盛粉末と第一湯流れ部１９とを溶融することで、第二レーザ肉盛ビード１７を形成した。第一レーザ肉盛ビード１６および第二レーザ肉盛ビード１７により形成されたレーザ肉盛層１２ａを有する部材の側面を撮影した写真を図９（ａ）に示し、その拡大写真を図９（ｂ）に示す。第二レーザ肉盛ビード１７における銅の含有率は、図９（ｂ）の写真中の四角枠１内の領域においてＥＤＳにより測定した。結果は後述する表１に示す。

【0037】

第二レーザ肉盛ビード１７の一部に対してレーザ光を照射し、第二レーザ肉盛ビード１７の一部を溶融することで、第二レーザ肉盛ビード１７の幅方向一方側Ｄ１に第二湯流れ部（図示せず）を形成した。続いて、第二レーザ肉盛ビード１７の第二湯流れ部上にレーザ肉盛粉末としてインコネル６２５を供給しつつレーザ光を照射し、銅製のバルク基材１０とレーザ肉盛粉末と第二湯流れ部とを溶融することで、第三レーザ肉盛ビード１８を形成した。第一レーザ肉盛ビード１６、第二レーザ肉盛ビード１７、および第三レーザ肉盛ビード１８により形成されたレーザ肉盛層１２ａを有する部材の側面を撮影した写真を図１０（ａ）に示し、その拡大写真を図１０（ｂ）に示す。第三レーザ肉盛ビード１８における銅の含有率は、図１０（ｂ）の写真中の四角枠０２５内の領域においてＥＤＳにより測定した。結果は後述する表１に示す。

【0038】

［第一レーザ肉盛ビードの評価］
図７（ｂ）の拡大写真から分かるように、第一レーザ肉盛ビード１６は、その左端部において銅製のバルク基材１０との間に空隙を有しており、欠陥部１３を有していた。このように、第一レーザ肉盛ビード１６が欠陥部１３を有する場合では、第一レーザ肉盛ビード１６と銅製のバルク基材１０との接合が不十分となる。

【0039】

図８の写真から分かるように、接合部１５および第一湯流れ部１９を備える第一レーザ肉盛ビード１６を有する部材では上述した欠陥部１３がなくなっており、接合部１５が形成されていた。このように、接合部１５および第一湯流れ部１９を備える第一レーザ肉盛ビード１６は、第一レーザ肉盛ビード１６と銅製のバルク基材１０間の接合不良を改善できていることが分かった。

【0040】

［第二レーザ肉盛ビードの評価］
図８の写真および図９（ａ）の写真を比較すると分かるように、第一レーザ肉盛ビード１６の第一湯流れ部１９上に第二レーザ肉盛ビード１７が形成されていた。第一レーザ肉盛ビード１６と第二レーザ肉盛ビード１７の間に欠陥部１３は含まれておらず、また、第一レーザ肉盛ビード１６および第二レーザ肉盛ビード１７と銅製のバルク基材１０との間においても欠陥部１３が含まれていないことが分かった。第一レーザ肉盛ビード１６の第一湯流れ部１９上にのみ第二レーザ肉盛ビード１７を形成したことから、銅製のバルク基材１０との間で欠陥部１３が生じなかったものと考えられる。

【0041】

［第三レーザ肉盛ビードの評価］
図９（ａ）の写真および図１０（ａ）の写真を比較すると分かるように、欠陥部１３を含まない第三レーザ肉盛ビード１８が形成されていた。このように、レーザ肉盛ビード１２の形成工程を繰り返し行うことで、銅製のバルク基材１０との間の欠陥部１３を低減させつつ、銅製のバルク基材１０の表面にレーザ肉盛ビード１２を並列に連ねて形成することによりレーザ肉盛層１２ａを形成できることが分かった。

【0042】

［各レーザ肉盛ビードにおける銅の含有率の評価］
第一レーザ肉盛ビード１６、第二レーザ肉盛ビード１７および第三レーザ肉盛ビード１８のそれぞれについて、銅の含有率の測定を行った結果を表１に示す。

【0043】

【表1】

【0044】

表１から分かるように、第一レーザ肉盛ビード１６、第二レーザ肉盛ビード１７および第三レーザ肉盛ビード１８における銅の含有率は、いずれも５．５ｗｔ％以下であった。すなわち、各レーザ肉盛ビード１２における銅の含有率は低いことを示しており、各レーザ肉盛ビード１２はレーザ肉盛粉末（本実施例ではニッケル基合金）の性質に基づく特性を有することが分かった。

【0045】

通常であれば、レーザ肉盛ビード１２における銅の含有率が５．５ｗｔ％以下となる場合は、溶け込み深さが十分でないため、レーザ肉盛ビード１２と銅製のバルク基材１０間において欠陥部１３が生じやすいことが分かっている。しかし、本実施例に係るレーザ肉盛ビード１２の形成方法では、この欠陥部１３上のレーザ肉盛ビード１２の一部に対してレーザ光を照射し、欠陥部１３の周囲のレーザ肉盛ビード１２の一部と銅製のバルク基材１０との溶融を行うことで接合部１５を形成することができ、欠陥部１３を低減できることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、レーザ肉盛層を有する部材の製造方法を提供できるため、鉄鋼その他の産業分野において幅広く利用することができる。

【符号の説明】

【0047】

１ レーザヘッド
２ レーザ光
３ 光学系
４ 粉末供給部
１０ 基材
１１ レーザ肉盛粉末
１２ レーザ肉盛ビード
１２ａ レーザ肉盛層
１３ 欠陥部
１４ 湯流れ部
１５ 接合部
１６ 第一レーザ肉盛ビード
１７ 第二レーザ肉盛ビード
１８ 第三レーザ肉盛ビード
１９ 第一湯流れ部
２０ レーザ肉盛ビードの幅方向中心
２１ レーザ肉盛ビードの全域
Ｗ 幅方向
Ｄ１ 一方側
Ｄ２ 他方側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】