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特許7168491接合体

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】接合体

(51)【国際特許分類】

C23C 24/08 20060101AFI20221101BHJP

B22F 1/00 20220101ALI20221101BHJP

B22F 7/04 20060101ALI20221101BHJP

B32B 15/01 20060101ALI20221101BHJP

C23C 24/04 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

C23C24/08 A

B22F1/00 S

B22F7/04 A

B32B15/01 B

C23C24/04

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019041942

(22)【出願日】2019-03-07

(65)【公開番号】P2020143352

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-08-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山内雄一郎

【審査官】池ノ谷秀行

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１１７７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１９０５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５１９１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８８６８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｄ１／００－７／２６

Ｂ３２Ｂ１／００－４３／００

Ｃ２２Ｆ１／０４－１／０５７

Ｃ２３Ｃ２４／００－３０／００

Ｃ２５Ｄ５／００－７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする基材と、
鉄を主成分とし、必須添加材として炭素を含む金属皮膜であって、前記基材に積層され、該基材と接合している金属皮膜と、
を備え、
前記金属皮膜は、
前記基材側とは反対側の表面を形成し、セメンタイトおよびマルテンサイトからなる第１硬質層と、
前記第１硬質層の硬度よりも低い硬度を有し、フェライト、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる熱影響部と、
前記第１硬質層と前記熱影響部との間に設けられ、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる第２硬質層と、
を有することを特徴とする接合体。

【請求項2】

前記第１硬質層は、ビッカース硬さがＨｖ６００以上であり、
前記熱影響部は、ビッカース硬さがＨｖ２００以上Ｈｖ４００以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の接合体。

【請求項3】

前記金属皮膜は、銅、モリブデン、クロム、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一つを有する選択添加材をさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の接合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材に金属皮膜を成膜してなる接合体および接合体の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車用のパネルや、筒状部材、棒状部材等の部品において、強度や硬さを大きくして耐摩耗性を向上させることが検討されている。例えば、この部品に用いる材料として、鉄系材料を母材として、この母材にニッケル、コバルト、クロム、モリブデンのうちの少なくとも一つからなる金属材料を溶射して溶射皮膜を形成し、レーザ光を照射して母材と溶射皮膜とを溶融させて合金層を形成させた材料が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第３０１５８１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、近年、自動車用途において各種部品の軽量化を目的として、鉄系材料のアルミニウム系材料への置き換えが検討されている。アルミニウム系材料は、軽量化に適する一方、すべてをアルミニウム系材料とすると、十分な製品強度を得ることは難しい。そこで、鉄系材料の一部をアルミニウム系材料へ置き換えることが検討されている。特に、他の部品との間で摩擦が生じる部品については、強度および硬度を高くして、耐摩耗性を付与させることが求められる。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い強度および硬度を有しつつ、軽量化することができる接合体および接合体の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる接合体は、アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする基材と、鉄を主成分とし、必須添加材として炭素を含む金属皮膜であって、前記基材に積層され、該基材と接合している金属皮膜と、を備え、前記金属皮膜は、前記基材側とは反対側の表面を形成し、セメンタイトおよびマルテンサイトからなる第１硬質層と、前記第１硬質層の硬度よりも低い硬度を有し、フェライト、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる熱影響部と、前記第１硬質層と前記熱影響部との間に設けられ、マルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる第２硬質層と、を有することを特徴とする。

【0007】

また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、前記第１硬質層は、ビッカース硬さがＨｖ６００以上であり、前記熱影響部は、ビッカース硬さがＨｖ２００以上Ｈｖ４００以下であることを特徴とする。

【0008】

また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、前記金属皮膜は、銅、モリブデン、クロム、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一つを有する選択添加材をさらに含むことを特徴とする。

【0009】

また、本発明にかかる接合体の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする基材表面に材料粉末を用いて形成される皮膜を積層した接合体の製造方法であって、鉄を主成分とする前記材料粉末をガスとともに加速し、前記基材表面に固相状態のままで吹き付け、前記基材表面に前処理皮膜を形成する前処理皮膜形成工程と、前記前処理皮膜の表面に、炭素を塗布する塗布工程と、前記炭素を塗布した前記前処理皮膜の表面に焼入れ処理を施して金属皮膜を形成する皮膜形成工程と、を含むことを特徴とする。

【0010】

また、本発明にかかる接合体の製造方法は、上記の発明において、前記前処理皮膜形成工程は、前記鉄を主成分とし、必須添加材として炭素を含む前記材料粉末を前記基材表面に吹き付けることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、高い強度および硬度を有しつつ、軽量化することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の構造を示す断面図である。

【図2】図２は、図１に示す接合体の一部を拡大した部分断面図である。

【図3】図３は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明するフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明する図である。

【図5】図５は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明する図である。

【図6】図６は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の金属皮膜の形成に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。

【図7】図７は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造に用いる材料粉末の一例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造に用いる材料粉末の一例を示す図である。

【図9】図９は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造に用いる材料粉末の一例を示す図である。

【図10】図１０は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明する図である。

【図11】図１１は、実施例１の断面像を示す図である。

【図12】図１２は、実施例２の断面像を示す図である。

【図13】図１３は、実施例３の断面像を示す図である。

【図14】図１４は、実施例４の断面像を示す図である。

【図15】図１５は、比較例１の断面像を示す図である。

【図16】図１６は、比較例２の断面像を示す図である。

【図17】図１７は、比較例３の断面像を示す図である。

【図18】図１８は、比較例４の断面像を示す図である。

【図19】図１９は、比較例５の断面像を示す図である。

【図20】図２０は、比較例６の断面像を示す図である。

【図21】図２１は、実施例１にかかる接合体のＥＢＳＤ分析結果を示す図である。

【図22】図２２は、実施例３にかかる接合体のＥＢＳＤ分析結果を示す図である。

【図23】図２３は、比較例２にかかる接合体のＥＢＳＤ分析結果を示す図である。

【図24】図２４は、実施例１の硬さ測定結果を示す図である。

【図25】図２５は、実施例２の硬さ測定結果を示す図である。

【図26】図２６は、実施例３の硬さ測定結果を示す図である。

【図27】図２７は、実施例４の硬さ測定結果を示す図である。

【図28】図２８は、比較例１の硬さ測定結果を示す図である。

【図29】図２９は、比較例２の硬さ測定結果を示す図である。

【図30】図３０は、比較例３の硬さ測定結果を示す図である。

【図31】図３１は、比較例４の硬さ測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

【0014】

図１は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の構造を示す断面図である。図２は、図１に示す接合体の一部を拡大した部分断面図である。図１に示す接合体１は、基材１０と、基材１０の一方の面に形成された金属皮膜２０とを備える。

【0015】

基材１０は、アルミニウム、または、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなる略板状の部材である。

【0016】

金属皮膜２０は、軟質な純鉄（Ｆｅ）を主成分とし、必須添加材を含む材料の粉末からなる。必須添加材は、炭素（Ｃ）である。
また、金属皮膜２０は、選択添加材をさらに含んでもよい。選択添加材は、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも一つである。
金属皮膜２０は、後述するコールドスプレー法によって、少なくとも上記主成分を含む材料の粉末を吹き付けて形成される。

【0017】

金属皮膜２０は、基材１０側と反対側の表面が、密度の高いマルテンサイトが主成分となっており、基材１０側が密度の低いフェライトが主成分となっている。金属皮膜２０は、多層化している。具体的に、金属皮膜２０は、基材１０と反対側から、第１硬質層２１、第２硬質層２２、熱影響部２３、非熱影響部２４からなる。

【0018】

また、金属皮膜２０は、コールドスプレー法により形成された皮膜の表面を焼き入れして組織が緻密化されている。焼き入れ処理には、例えばレーザが用いられる。焼き入れ処理によって緻密化された層は、第１硬質層２１、第２硬質層２２、熱影響部２３に相当し、セメンタイトや、マルテンサイト、残留オーステナイトによって形成される硬い層である。一方で、焼き入れ処理が施されていない層は、非熱影響部２４に相当し、フェライト層からなる疎な組織からなる。

【0019】

第１硬質層２１は、鉄カーバイド（Ｆｅ３Ｃ：鉄炭化物）の組織であるセメンタイトと、α´鉄の組織であるマルテンサイトと、からなる。第１硬質層２１の硬度は、ビッカース硬さでＨｖ６００以上である。

【0020】

第２硬質層２２は、α´鉄の組織であるマルテンサイトと、γ鉄に炭素や合金元素などの他の元素が固溶した組織である残留オーステナイトと、からなる。第２硬質層２２は、ビッカース硬さでＨｖ３００以上である。

【0021】

熱影響部２３は、α鉄の組織であるフェライトと、α´鉄の組織であるマルテンサイトと、γ鉄に炭素や合金元素などの他の元素が固溶した組織である残留オーステナイトと、からなる。熱影響部２３は、ビッカース硬さでＨｖ２００以上である。

【0022】

非熱影響部２４は、α鉄の組織であるフェライトからなる。非熱影響部２４は、ビッカース硬さでＨｖ８０以上である。

【0023】

次に、接合体１の作製方法について、図３～図１０を参照して説明する。図３は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明するフローチャートである。図４および図５は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明する図である。図６は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の金属皮膜の形成に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。

【0024】

まず、上述した基材１０を用意する（図４参照）。
この基材１０に、図６に示すコールドスプレー装置３０により、金属皮膜２０を形成するための材料の粉末をガスと共に加速し、基材１０の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させて熱処理前皮膜２００を形成する（ステップＳ１０１：図５参照）。

【0025】

コールドスプレー装置３０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器３１と、金属皮膜２０を形成するための材料の粉末を収容し、スプレーガン３３に供給する粉末供給装置３２と、加熱された圧縮ガス及びそこに供給された材料粉末を基材に噴射するガスノズル３４と、ガス加熱器３１及び粉末供給装置３２に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ３５、３６とを備える。

【0026】

金属皮膜２０を形成するための材料としては、金属皮膜２０の主成分である軟質な純鉄（Ｆｅ）と、上述した必須添加材や選択添加材とを含む粉末である。なお、成膜後に必須添加材を塗布する場合、粉末には必須添加材を含まない場合がある。一方で、成膜後に必須添加材を塗布しない場合、粉末は必須添加材を含む。

【0027】

図７～図９は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造に用いる材料粉末の一例を示す図である。材料粉末は、例えば、ベース粉末、必須添加材、および選択添加材を含む。ベース粉末１００は、純鉄からなる粉末である（図７参照）。必須添加材は、炭素からなる粉末である。また、選択添加材は、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも一つである。なお、炭素を含む鉄材料として、鋳鉄やハイス鋼を用いてもよい。

【0028】

具体的に、粉末材料は、ベース粉末と必須添加材とを含む仮焼結粉末または混合粉末や、ベース粉末と選択添加材とを含む仮焼結粉末または混合粉末、ベース粉末、必須添加材および選択添加材を含む仮焼結粉末または混合粉末、である。例えば、図８に示す仮焼結粉末１１０は、ベース粉末１００に、必須添加材１１１や、選択添加材１１２、１１３が固着している。一方、混合粉末は、図９に示す混合粉末１２０のように、ベース粉末１００、必須添加材１１１、選択添加材１１２、１１３が固着しておらず、それぞれ自由に移動できる。

【0029】

圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。ガス加熱器３１に供給された圧縮ガスは、例えば５０℃以上であって、金属皮膜２０を形成するための材料の粉末の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン３３に供給される。圧縮ガスの加熱温度は、好ましくは３００℃以上９００℃以下である。一方、粉末供給装置３２に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置３２内の粉末をスプレーガン３３に所定の吐出量となるように供給する。

【0030】

加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル３４により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。この際の圧縮ガスのガス圧力は、１～５ＭＰａ程度とすることが好ましい。圧縮ガスの圧力をこの程度に調整することにより、基材１０に対する金属皮膜２０の密着強度の向上を図ることができるからである。より好ましくは５ＭＰａ程度の圧力で処理するとよい。スプレーガン３３に供給された材料の粉末は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま、基材１０に高速で衝突して堆積し、前処理皮膜２００を形成する（図５参照）。なお、材料粉末を基材１０に向けて固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図６に示すコールドスプレー装置３０に限定されるものではない。

【0031】

上述したコールドスプレー装置３０により成膜された前処理皮膜２００は、主成分（鉄）と、必須添加材および選択添加材とを含む。この前処理皮膜２００において、選択添加材は、焼入れ性を補助する焼結助剤として作用する。このため、前処理皮膜２００は、高密度、かつ、金属皮膜２０と比して軟質の皮膜となっている。前処理皮膜２００は、例えば、ビッカース硬さがＨｖ５００以下であることが好ましい。

【0032】

前処理皮膜２００を形成後、表面を切削して所望の形状に成形する（ステップＳ１０２：前処理皮膜表面加工工程）。この際、前処理皮膜は、転位密度向上による加工硬化が生じているのみの軟質な皮膜であるため、容易に切削することができる。その後、焼入れ特性を向上させるため、前処理皮膜２００に炭素を塗布する（ステップＳ１０３：炭素塗布工程）。

【0033】

その後、高周波またはレーザによって前処理皮膜２００の表面に焼入れ処理を施す（ステップＳ１０４：焼入れ処理工程）。図１０は、本発明の一実施の形態にかかる接合体の製造方法を説明する図である。例えば、図１０に示すように、前処理皮膜２００の表面にレーザＬを照射して、焼入れ処理を施すことによって、上述した第１硬質層２１、第２硬質層２２、熱影響部２３、非熱影響部２４からなる金属皮膜２０が形成される。
なお、レーザに代えて高周波を用いてもよい。

【0034】

上述した実施の形態では、金属皮膜２０を形成するための材料の粉末であって、鉄からなる主成分と、炭素からなる必須添加材と、選択添加材とを含む材料の粉末を、ガスと共に加速し、基材１０の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させて前処理皮膜２００を形成し、表面切削後に、この前処理皮膜２００の表面に熱処理を施すようにした。上述した実施の形態によれば、表面側に硬質の層を有する金属皮膜２０が、アルミニウム、又はアルミニウム合金からなる基材１０上に形成されるため、高い硬度を有しつつ、軽量化した接合体１を得ることができる。

【0035】

また、上述した実施の形態によれば、表面側に硬質の層、基材１０側に軟質の層を有する金属皮膜２０が形成されるため、高い靱性を有する金属皮膜２０を得ることができる。このため、外部からの荷重に対する強度が高い金属皮膜２０が得られる。

【0036】

また、上述した実施の形態によれば、焼入れ処理前の比較例柔らかい皮膜の状態で表面加工を行うようにしたので、金属皮膜２０の形状を容易に加工することができる。

【0037】

なお、上述した実施の形態では、前処理皮膜に炭素を塗布した後に焼入れ処理を施す例を説明したが、材料粉末中に含まれる炭素によって焼入れ処理を施すことができれば、炭素塗布工程を省略してもよい。

【0038】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

【実施例】

【0039】

以下、本発明にかかる接合体の実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

【0040】

（実施例１）
基材１０は、５０ｍｍ、板厚が１０ｍｍのアルミニウム合金（Ａ６０６３－Ｔ６）を用いた。
金属皮膜形成用の粉末材料は、ベース粉末である、粒径が１５０μｍのα鉄（αＦｅ：ヘガネス社製のＡＢＣ）を用いた。
この粉末材料を、上述したコールドスプレー装置を用いて、基材１０に吹き付けて、前処理皮膜を形成し、切削加工後に前処理皮膜に炭素を塗布し、レーザによって焼入れ処理を施した。
コールドスプレー装置による皮膜形成処理において、作動ガスには窒素を使用し、ガス圧を５ＭＰａ、ガス温度を８００℃とした。
その後、成膜した皮膜表面に炭素（必須添加材）を塗布し、焼入れ処理を行った。
焼入れ処理には、レーザ発振器として、照射範囲が６ｍｍ（矩形）、照射パスを１とした半導体レーザを用いた。また、レーザの出力は１２５０Ｗとし、焼入れ処理の温度を１６００℃、レーザの移動速度である施工速度を２００ｍｍ／分とした。ここで、焼入れの温度は、レーザ照射によって加熱される前処理皮膜の温度の目標温度（狙い温度）である。
焼入れ処理後の金属皮膜について、内部の各層を断面像によって確認した。
実施例１の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0041】

【表1】

【0042】

（実施例２）
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材（炭素）および選択添加材を加えたものを用いた以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が２５μｍの炭素（Ｃ：ヘガネス社製のＵＦ４）を用いた。選択添加材には、粒径が２５μｍの銅（Ｃｕ：ヘガネス社製のＤｉｓｔａｌｏｙＡＣｕ）を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。
実施例２の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0043】

（実施例３）
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材（炭素）および選択添加材を加えたものを用いた以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が２５μｍの炭素（Ｃ：ヘガネス社製のＵＦ４）を用いた。選択添加材には、粒径が２５μｍの銅（Ｃｕ：ヘガネス社製のＤｉｓｔａｌｏｙＡＣｕ）を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が７％となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。
実施例３の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0044】

（実施例４）
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いた以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が２５μｍの炭素（Ｃ：ヘガネス社製のＵＦ４）を用いた。選択添加材には、粒径が２５μｍの銅（Ｃｕ：ヘガネス社製のＤｉｓｔａｌｏｙＡＣｕ）を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が１２％となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。
実施例４の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0045】

（比較例１）
切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施した以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。
比較例１の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0046】

（比較例２）
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いたこと、および、切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施したこと以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が２５μｍの炭素（Ｃ：ヘガネス社製のＵＦ４）を用いた。選択添加材には、粒径が２５μｍの銅（Ｃｕ：ヘガネス社製のＤｉｓｔａｌｏｙＡＣｕ）を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。
比較例２の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0047】

（比較例３）
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いたこと、および、切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施したこと以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が２５μｍの炭素（Ｃ：ヘガネス社製のＵＦ４）を用いた。選択添加材には、粒径が２５μｍの銅（Ｃｕ：ヘガネス社製のＤｉｓｔａｌｏｙＡＣｕ）を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が７％となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。
比較例３の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0048】

（比較例４）
金属皮膜形成用の粉末材料として、上述したベース粉末に、必須添加材および選択添加材を加えたものを用いたこと、および、切削加工後の前処理皮膜に炭素を塗布せずにレーザによって焼入れ処理を施したこと以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。必須添加材には、粒径が２５μｍの炭素（Ｃ：ヘガネス社製のＵＦ４）を用いた。選択添加材には、粒径が２５μｍの銅（Ｃｕ：ヘガネス社製のＤｉｓｔａｌｏｙＡＣｕ）を用いた。材料粉末において、炭素は、最終的な材料粉末の体積含有率が１２％となるように調整されている。また、銅は、最終的な材料粉末の体積含有率が２％となるように調整されている。
比較例４の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0049】

（比較例５）
焼入れ処理時のレーザ出力を９５０Ｗ、温度を１２００℃にした以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。
比較例５の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0050】

（比較例６）
焼入れ処理時の施工速度を４０ｍｍ／分にした以外は、実施例１と同様にして金属皮膜を形成した。
比較例６の金属皮膜の組成、および形成された層を表１に示す。

【0051】

続いて、各実施例において作製された接合体の断面像について、図１１～図２０を参照して説明する。図１１は、実施例１の断面像を示す図である。図１２は、実施例２の断面像を示す図である。図１３は、実施例３の断面像を示す図である。図１４は、実施例４の断面像を示す図である。
また、図１５は、比較例１の断面像を示す図である。図１６は、比較例２の断面像を示す図である。図１７は、比較例３の断面像を示す図である。図１８は、比較例４の断面像を示す図である。図１９は、比較例５の断面像を示す図である。図２０は、比較例６の断面像を示す図である。

【0052】

さらに、実施例１、実施例３および比較例２について、金属皮膜表層のＥＢＳＤ（Electron Back Scatter Diffraction）分析を行った。ＥＢＳＤ分析結果を、図２１～図２３に示す。図２１は、実施例１にかかる接合体のＥＢＳＤ分析結果を示す図である。図２２は、実施例３にかかる接合体のＥＢＳＤ分析結果を示す図である。図２３は、比較例２にかかる接合体のＥＢＳＤ分析結果を示す図である。図２１～図２３中、α鉄（Iron-Alpha）、γ鉄（Iron-Gamma）、炭化鉄（Iron-Carbide）、グラファイト（Graphite）をそれぞれハッチングの濃さを変えて成分表示している。

【0053】

図１１～図１４、図２１、２２から、実施例１～４に係る接合体には、第１硬質層２１１、第２硬質層２１２、熱影響部２１３が形成されていることがわかる。なお、図１１および図１２では、非熱影響部２１４が形成されていることも確認できる。

【0054】

これに対し、図１５～図２０、図２３から、変形例１～６は、第１硬質層２１１、第２硬質層２１２、熱影響部２１３が形成されていない接合体や、熱影響部２１３のみしか形成されていない接合体となっていることがわかる。

【0055】

次に、実施例１～４、比較例１～４について、硬さ測定（マイクロビッカース硬さ試験：Ｈｖ０．０２５）を行った。硬さ測定の結果を、図２４～図３１、表２に示す。図２４は、実施例１の硬さ測定結果を示す図である。図２５は、実施例２の硬さ測定結果を示す図である。図２６は、実施例３の硬さ測定結果を示す図である。図２７は、実施例４の硬さ測定結果を示す図である。また、図２８は、比較例１の硬さ測定結果を示す図である。図２９は、比較例２の硬さ測定結果を示す図である。図３０は、比較例３の硬さ測定結果を示す図である。図３１は、比較例４の硬さ測定結果を示す図である。図２４～図３１では、金属皮膜の表面からの深さに対応付けて、各実施例の断面像を表示している。

【表2】