特許 7493680 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-23

(45)【発行日】2024-05-31

(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 20140101AFI20240524BHJP

   B23K 26/322 20140101ALI20240524BHJP

   B23K 26/18 20060101ALI20240524BHJP

   C23C 26/00 20060101ALI20240524BHJP

   C23C 28/02 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

B23K26/342

B23K26/322

B23K26/18

C23C26/00 E

C23C28/02

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023516335

(86)(22)【出願日】2022-03-14

(86)【国際出願番号】 JP2022011213

(87)【国際公開番号】W WO2022224627

(87)【国際公開日】2022-10-27

【審査請求日】2023-07-12

(31)【優先権主張番号】P 2021070102

(32)【優先日】2021-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】横田 博紀

(72)【発明者】

【氏名】植田 和樹

【審査官】後藤 泰輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２９０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－８５９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３６７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６３５５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

Ｃ２３Ｃ ２６／００、２８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材上にレーザ肉盛層を有する部材の製造方法であって、
銅または銅合金基材上に、ニッケルまたはニッケル基合金を材料とする溶射層を形成する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）で形成した前記溶射層の表面に、レーザ肉盛粉末を供給しつつ、レーザ光を照射し、当該レーザ肉盛粉末、ならびに厚み方向における当該溶射層の全部、および、前記基材の一部を溶融することでレーザ肉盛層を形成する工程（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（ａ）で形成した前記溶射層の厚さは、１０μｍ～５００μｍ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（ａ）で形成した前記溶射層の表面粗さＲａは、５．０μｍ以上である請求項１または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】

前記レーザ肉盛粉末は、ニッケルまたはニッケル基合金粉末である請求項１～３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。

【請求項5】

前記工程（ｂ）で形成した前記レーザ肉盛層に対して、前記レーザ肉盛粉末と同一または異なる成分の粉末を供給しつつ、レーザ光を照射し、当該レーザ肉盛粉末、および前記レーザ肉盛層の一部を溶融することで、多層レーザ肉盛層を形成する工程（ｃ）をさらに有する請求項１～４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、基材上に溶射層を形成した後、この溶射層に対してレーザ光を照射しながらレーザ肉盛粉末を供給することによって形成されたレーザ肉盛層を有する部材の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

基材の表面に機械的特性を付与することを目的として、アークまたはレーザ光などの熱源により粉末状材料を加熱溶融して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、熱源にレーザ光を用いたレーザ肉盛では、レーザ光の照射によって基材の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、これにより基材表面に高い耐摩耗性や耐食性を付加することができる。

【0003】

従来のレーザ肉盛として、例えば、特許文献１には、レーザ肉盛粉末としてのニッケル基耐熱合金粉末を加熱溶融してレーザ肉盛層を形成する方法が開示されている。具体的には、銅または銅合金基材の表面に、レーザ照射ノズルからレーザ光と共に、ニッケル基耐熱合金粉末を供給しながら、基材の表面にノズルを走査させて厚み０．１ｍｍ～３ｍｍのニッケル基合金層を形成し、そのニッケル基合金層を厚み０．２ｍｍ～１０ｍｍに多層肉盛することによってレーザ肉盛層を形成している。これによって、銅または銅合金基材の表面に、ニッケル基合金本来の優れた耐熱性、耐食性および耐摩耗性を付加することができるものとしている。

【0004】

また、特許文献２および３には、銅または銅合金基材の表面に、ニッケルおよびコバルトからなる電気めっき層をあらかじめ形成し、そのめっき層の表面に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て、めっき層の表面に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】

【0005】

【文献】特開２０１９－０９８３７１号公報

【文献】特開２０１９－１２２９７３号公報

【文献】特開２０１９－１３０５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

レーザ肉盛では、通常、熱源として９００ｎｍ～１１００ｎｍの波長帯（以下、基本波長帯）を有するレーザ光を使用し、その基本波長帯のレーザ光を基材の表面に照射すると、レーザ光が有する光エネルギーの一部が基材に吸収される。その際に、基材に吸収された光エネルギーは熱エネルギーに変換されて発熱が生じ、それによって上述の通り基材の表面が局所的に溶融されて基材上にレーザ肉盛層が形成されることとなる。したがって、基材上にレーザ肉盛層を形成するためには、基材を適度に溶融させることが重要であり、そのためには基本波長帯のレーザ光に対して吸収率が高いことが有利である。

【0007】

しかしながら、特許文献１に示すレーザ肉盛層の製造方法の場合、基材に使用される銅または銅合金は、基本波長帯のレーザ光に対する吸収率が低く、レーザ光の光エネルギーを効率よく吸収することができない。そのため、基材の溶融に必要な熱エネルギーを十分に得ることができない。その結果、基材を十分に溶融することができず、銅または銅合金基材上に、レーザ肉盛層を形成することが困難となる。

【0008】

また、特許文献２および３のように、銅または銅合金基材上にニッケルとコバルトとからなる電気めっき層をあらかじめ設け、そのめっき層の表面にレーザ肉盛層を形成する方法によれば、ニッケルが銅よりも基本波長帯のレーザ光に対する吸収率が高いため、めっき層の表面にレーザ肉盛層を形成することは可能である。しかしながら、特許文献２および３の方法では、レーザ肉盛の際に、基材まで溶融しておらず、電気めっき層を介して基材とレーザ肉盛層とが接合されていることから、一般的なレーザ肉盛層と基材との間で得られる密着性が確保できないといった問題が起こる。

【0009】

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、銅または銅合金基材上に直接にレーザ肉盛層を形成できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法は、次の工程（ａ）および工程（ｂ）を行うことを特徴とする。
（ａ）：銅または銅合金基材上に、ニッケルまたはニッケル基合金を材料とする溶射層を形成する工程
（ｂ）：前記工程（ａ）で形成した前記溶射層の表面に、レーザ肉盛粉末を供給しつつ、レーザ光を照射し、当該レーザ肉盛粉末、ならびに厚み方向における当該溶射層の全部、および、前記基材の一部を溶融することでレーザ肉盛層を形成する工程

【0011】

本発明のレーザ肉盛層を有する部材の製造方法のより詳細な特徴としては、次の（１）～（４）が挙げられる。
（１）前記工程（ａ）で形成した溶射層の厚さは、１０μｍ～５００μｍである。
（２）前記工程（ａ）で形成した溶射層の表面粗さＲａは、５．０μｍ以上である。
（３）前記レーザ肉盛粉末は、ニッケルまたはニッケル基合金粉末である。
（４）さらに次の工程（ｃ）を行うことを特徴とする。
（ｃ）：前記工程（ｂ）で形成した前記レーザ肉盛層に対して、前記レーザ肉盛粉末とは異なる成分の粉末を供給しつつ、レーザ光を照射し、当該レーザ肉盛粉末、および前記レーザ肉盛層の一部を溶融することで、多層レーザ肉盛層を形成する工程

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、銅または銅合金基材上に直接にレーザ肉盛層を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る溶射層を形成する工程（ａ）を表す工程図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るレーザ肉盛層を形成する工程（ｂ）を表す工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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の一実施形態について説明する。図１および図２は、下記実施形態の各段階を表す工程図である。

【0015】

まず、図１に示すように、溶射法によって基材１０上に溶射層３０を形成する。具体的に、基材１０の表面に、不活性ガスを成膜用作動ガスとする溶射装置１から溶射材料２０を吹き付けることによって溶射層３０を形成する。ここで、基材１０は、銅または銅合金であり、溶射材料２０は、ニッケルまたはニッケル基合金である。言い換えると、銅または銅合金基材１０上に、ニッケルまたはニッケル基合金を材料とする溶射層３０を形成する（工程（ａ））。ここで、本実施形態に係る溶射層３０の溶射法は、特に限定されることはないが、例えば大気圧プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法、ガスフレーム溶射法、アーク溶射法、爆発溶射法などを用いることができる。また、溶射材料２０としては、ニッケルまたはニッケル基合金であれば、特に限定はされない。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。ニッケル基合金としては、例えば、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合金などが挙げられる。

【0016】

次に、図２に示すように、レーザ照射可能なレーザ発振器（図示せず）、レーザヘッド２および集光レンズ等の光学系３を含むレーザ照射手段と、レーザ肉盛粉末５０をレーザ照射位置に供給可能な粉末供給部４とを有する通常のレーザ肉盛装置を用いて、溶射層３０の表面にレーザ肉盛粉末５０を供給しつつレーザ光４０を照射する。具体的に、レーザ光４０は、レーザ発振器から出力されてレーザヘッド２に入射し、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４０は集光されてレーザヘッド２の下端の照射口から照射される。そして、レーザ光４０はレーザヘッド２の下端直下が集点となって溶射層３０の表面上に照射される。このとき、溶射層３０がレーザ光４０を吸収して発熱が生じ、それによって厚み方向における溶射層３０の全部と基材１０の一部とが溶融されて溶融池（図示せず）を形成する。また、粉末供給部４の上端からキャリアガスおよびレーザ肉盛粉末５０が流入し、レーザ光４０が溶射層３０の表面上に照射される位置に吐出される。吐出されたレーザ肉盛粉末５０は、レーザ光４０によって基材１０とともに溶融され、基材１０の表面にレーザ肉盛層６０を形成する。言い換えると、溶射層３０の表面にレーザ肉盛粉末５０を供給しつつレーザ光４０を照射して、レーザ肉盛粉末５０、厚み方向における溶射層３０の全部、および、銅または銅合金基材１０の一部を溶融することで、レーザ肉盛層６０を形成する（工程（ｂ））。

【0017】

本実施形態で用いることのできるレーザの種類としては、ファイバーレーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザなどが挙げられる。

【0018】

レーザ光４０の波長は、適宜条件を変更可能であるが、高い出力が得られることからレーザ肉盛に一般的に用いられる波長帯（基本波長帯）である９００ｎｍ～１１００ｎｍが好ましい。一般的に、銅または銅合金は、基本波長帯でのレーザ光４０の吸収率が低い。そのため、銅または銅合金基材１０上に、基本波長帯のレーザ光４０を照射したとしても基材１０が十分に溶融されず、レーザ肉盛層６０を形成することが困難であるが、本実施形態のレーザ肉盛層６０の製造方法によると、銅または銅合金基材１０上に、基本波長帯のレーザ光４０の吸収率が高い溶射層３０を形成するため、基本波長帯のレーザ光４０を用いて、銅または銅合金基材１０上に直接にレーザ肉盛層６０を形成することが可能となる。なお、本実施形態において、良好なレーザ肉盛層６０を成膜するためには、溶射層３０の基本波長帯でのレーザ光４０の反射率が６０％未満であることが好ましく、さらに好ましくは５１％以下である。

【0019】

レーザ光４０の焦点でのビーム形状は、矩形、円形など適宜設定することができる。また、レーザヘッド２側を走査してもよいし、基材１０側を走査してもよい。これらの条件に加え、レーザ光４０を照射する溶射層の反射率も考慮して、適宜、照射条件を設定する。

【0020】

以上のように、本実施形態に係るレーザ肉盛層６０の製造方法によると、上述の通り、溶射法によって溶射層３０が設けられている。一般的に、溶射層３０は、めっき層などに比べて表面粗さＲａが大きくなり、また、表面粗さＲａが大きいほどレーザ光４０の吸収率は高くなる。したがって、銅または銅合金基材１０上に形成した溶射層３０は、レーザ光４０の吸収率が比較的高いため、基材１０の一部を十分に溶融させることが可能となる。また、溶射層３０の材料となるニッケルは、銅と全率固溶の関係である。その結果、ニッケルまたはニッケル基合金を材料とする溶射層３０と、銅または銅合金基材１０と、をレーザ光４０の照射により互いに溶融させたとしても金属間化合物が析出しにくくなり、レーザ肉盛層６０の形成に際し、金属間化合物に起因するクラックの発生を低減することが可能となる。したがって、本実施形態に係るレーザ肉盛層６０を有する部材の製造方法によると、溶射層３０のみならず基材１０の一部も溶融することができ、基材１０上に直接にレーザ肉盛層６０を製造することができる。

【0021】

本実施形態において、工程（ａ）で形成した溶射層３０の膜厚は、１０μｍ～５００μｍであることが好ましい。膜厚が１０μｍ～５００μｍの溶射層３０にレーザ光４０を照射した場合、基材１０の溶融が十分に行われるため、容易にレーザ肉盛層６０を形成することが可能となる。一方、膜厚が１０μｍ未満の溶射層３０にレーザ光４０を照射した場合、基材１０の溶融前に溶射層３０が消失してしまい、基材１０が十分に溶融されずに、成膜不良となることがある。また、膜厚が５００μｍ超過の溶射層３０にレーザ光４０を照射した場合、基材１０まで十分に熱を伝えることができず、基材１０が十分に溶融できないことがある。

【0022】

本実施形態において、工程（ａ）で形成した溶射層３０の表面粗さＲａは、２．５μｍ以上であることが好ましく、５．０μｍ以上であることがより好ましい。特に、表面粗さＲａが５．０μｍ以上の溶射層３０にレーザ光４０を照射した場合、当該溶射層３０におけるレーザ光４０の反射率が低くなり、基材１０の溶融が十分に行われるため、容易にレーザ肉盛層６０を形成することが可能となる。一方、表面粗さＲａが５．０μｍ未満、特に表面粗さＲａが２．５μｍ未満の溶射層３０にレーザ光４０を照射した場合、当該溶射層３０におけるレーザ光４０の吸収が十分でなく、基材１０の溶融が十分に行われずに、基材１０とレーザ肉盛層６０との界面に一部結合不良が発生することがある。なお、表面粗さＲａの上限は、例えば１５．０μｍである。

【0023】

本実施形態において、工程（ｂ）でレーザ光４０を照射する際に供給するレーザ肉盛粉末５０は、ニッケルまたはニッケル基合金粉末であることが好ましい。上述の通り、ニッケルと銅は全率固溶の関係である。したがって、工程（ｂ）で供給するレーザ肉盛粉末５０と、銅または銅合金基材１０と、をレーザ光４０の照射により互いに溶融させたとしても金属間化合物が析出されにくいため、レーザ肉盛層６０の形成に際し、金属間化合物に起因するクラックの発生を防止することが可能となる。

【0024】

本実施形態では、工程（ｂ）で形成したレーザ肉盛層６０に対して、工程（ｂ）で使用したレーザ肉盛粉末５０と異なる成分の粉末を供給しつつ、レーザ光４０を照射し、当該レーザ肉盛粉末、およびレーザ肉盛層６０の一部を溶融することで、多層レーザ肉盛層を形成してもよい。

【0025】

本実施形態では、工程（ｂ）で形成したレーザ肉盛層６０に対して、工程（ｂ）で使用したレーザ肉盛粉末５０と同一成分の粉末を供給しつつ、レーザ光４０を照射し、当該レーザ肉盛粉末、およびレーザ肉盛層６０の一部を溶融することで、多層レーザ肉盛層を形成してもよい。

【0026】

本実施形態のレーザ肉盛層６０の製造方法によると、膜厚が小さく、希釈率が低いレーザ肉盛層６０も形成することができる。例えば、膜厚が５００μｍ以上２０００μｍ以下、希釈率が３％以上２０％以下のレーザ肉盛層６０を形成することができる。なお、本願における希釈率とは、レーザ肉盛層６０が含有する銅または銅合金基材１０の成分割合のことである。

【0027】

このように、本実施形態のレーザ肉盛層６０の製造方法は、膜厚が小さく、希釈率が低いレーザ肉盛層６０の形成も可能となるため、レーザ肉盛層６０に持たせる機能の選択肢を広げることができる。例えば、高温環境で使用される銅部材には、高い熱伝導率等の熱的特性が求められているが、高温での耐食性や耐摩耗性を付与する目的で希釈率が低いレーザ肉盛層６０を形成した場合、その膜厚が大きいと熱的特性の低下につながる。しかしながら、本実施形態のレーザ肉盛層６０の製造方法は、膜厚がより小さいレーザ肉盛層６０の形成が可能となるため、レーザ肉盛層６０を形成した銅または銅合金基材１０の熱的特性の変化を小さく抑えることができる。

【実施例】

【0028】

以下に、本発明を適用した実施例およびその比較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。

【0029】

実施例１
基材として５０ｍｍ角×５ｍｍの銅製のバルク材を用意し、当該バルク材に対してアルミナ粒子を用いたブラスト処理を行い、表面を粗面化した。次に、ニッケル粉末を溶射材料として、高速フレーム溶射法により、基材上に溶射層を形成した。形成した溶射層の表面粗さＲａは２．８μｍとし、膜厚は２０μｍとした。次に、溶射層に対し、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％）をレーザ肉盛粉末として供給しつつ、レーザ光を照射することで、実施例１におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0030】

実施例２
ブラスト処理の条件を変更することにより、溶射層の表面粗さＲａを５．１μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例２におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0031】

実施例３
ブラスト処理の条件を変更することにより、溶射層の表面粗さＲａを８．１μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例３におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0032】

実施例４
ブラスト処理の条件を変更することにより、溶射層の表面粗さＲａを９．４μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を１００μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例４におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0033】

実施例５
ブラスト処理の条件を変更することにより、溶射層の表面粗さＲａを９．６μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を３００μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例５におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0034】

実施例６
前記と同様にして、溶射層の表面粗さＲａを８．１μｍとしたこと、溶射層の膜厚を５０μｍとしたこと、およびコバルト基合金の１つであるステライト（登録商標）２１（クロム：２７．５質量％、炭素：０．２５質量％、ニッケル：２．６質量％、モリブデン：５．４質量％、鉄：２．０質量％、シリコン：１．５質量％、残部：コバルト）をレーザ肉盛粉末として使用したこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例６におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0035】

実施例７
前記と同様にして、溶射層の表面粗さＲａを８．１μｍとしたこと、溶射層の膜厚を５０μｍとしたこと、およびニッケル基合金の１つであるハステロイ（登録商標）Ｃ２２（ニッケル：５０質量％以上、クロム：２０～２２．５質量％、モリブデン：１２．５～１４．５質量％、タングステン：２．５～３．５質量％、鉄：２．０～６．０質量％）をレーザ肉盛粉末として使用したこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例７におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0036】

実施例８
前記と同様にして、溶射層の表面粗さＲａを８．１μｍとしたこと、溶射層の膜厚を５０μｍとしたこと、およびニッケル基合金の１つであるハステロイ（登録商標）Ｃ２７６（ニッケル：５０質量％以上、クロム：１４．５～１６．５質量％、モリブデン：１５．０～１７．０質量％、タングステン：３．０～４．５質量％、鉄：４．０～７．０質量％）をレーザ肉盛粉末として使用したこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例８におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0037】

実施例９
インコネル６２５を溶射材料として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを８．０μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍにしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例９におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0038】

実施例１０
ハステロイ（登録商標）Ｃ２２を溶射材料として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを８．３μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍにしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例１０におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0039】

実施例１１
ハステロイ（登録商標）Ｃ２７６を溶射材料として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを８．２μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍにしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例１１におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0040】

実施例１２
ベリリウム銅合金を基材として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを７．５μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍにしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例１２におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0041】

実施例１３
クロム銅合金を基材として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを７．７μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍにしたこと以外は実施例１と同様の方法により、実施例１３におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0042】

比較例１
基材として５０ｍｍ角×５ｍｍの銅製のバルク材を用意し、ブラスト処理による基材の粗面化を行わず、基材に対して、インコネル６２５をレーザ肉盛粉末として供給しつつ、レーザ光を照射することで、比較例１におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0043】

比較例２
レーザ光の照射前に、アルミナ粒子を用いたブラスト処理を行い、基材の表面粗さＲａを３．９μｍとしたこと以外は比較例１と同様の方法により、比較例２におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0044】

比較例３
溶射層の表面粗さＲａを１０．０μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を６００μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、比較例３におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0045】

比較例４
基材として５０ｍｍ角×５ｍｍの銅製のバルク材を用意し、無電解ニッケルめっき（中リンタイプ）によりめっき層を形成した。形成しためっき層の表面粗さＲａは０．１８μｍとし、膜厚は８μｍとした。次に、めっき層に対し、インコネル６２５をレーザ肉盛粉末として供給しつつ、レーザ光を照射することで、比較例４におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0046】

比較例５
ステライト（登録商標）２１粉末を溶射材料として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを７．８μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、比較例５におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0047】

比較例６
アルミニウム粉末を溶射材料として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを８．０μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、比較例６におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0048】

比較例７
ＳＵＳ３１６粉末を溶射材料として使用したこと、溶射層の表面粗さＲａを７．９μｍとしたこと、および溶射層の膜厚を５０μｍとしたこと以外は実施例１と同様の方法により、比較例７におけるレーザ肉盛層の作製を行った。

【0049】

以上のようにして、実施例１～１３および比較例１～７の各方法によりレーザ肉盛層の作製を行った。表１は、実施例１～１３および比較例１～７における評価結果をまとめた表である。実施例１～１３および比較例１～７における溶射層の表面粗さＲａ、膜厚、および、反射率は、レーザ肉盛施工前の段階で測定したものである。表面粗さＲａについては、ポータブル粗さ計（Ｍｉｔｓｕｔｏｙｏ社製）を用いて測定し、膜厚については、マイクロメータ（Ｍｉｔｓｕｔｏｙｏ社製）を用いて測定し、算出した値を掲載している。また、反射率については、紫外可視近赤外分光光度計（日本分光社製）を用いて測定し、波長が１０００ｎｍ時の値を算出し掲載している。なお、表１中の皮膜評価欄における各項目の評価指標については後述する。

【0050】

【表1】

【0051】

［成膜可否］
レーザ肉盛を施工後、目視にてレーザ肉盛層の成膜可否を確認した。評価指標の意味は以下の通りである。
〇：レーザ肉盛層の成膜が確認された。
×：レーザ肉盛層の成膜が確認されなかった。

【0052】

［界面の結合］
レーザ肉盛層の成膜が確認されたものについて、マイクロスコープ（キーエンス社製）を用いて断面を観察し、基材とレーザ肉盛層との界面の結合不良の有無を確認した。評価指標の意味は以下の通りである。
〇：基材とレーザ肉盛層との界面に結合不良は確認されなかった。
△：基材とレーザ肉盛層との界面に一部結合不良が確認された。

【0053】

［クラック］
レーザ肉盛層の成膜が確認されたものについて、マイクロスコープ（キーエンス社製）を用いて断面を観察し、クラックの有無を確認した。評価指標の意味は以下の通りである。
有：クラックの存在が一部確認された。
無：クラックの存在は確認されなかった。

【0054】

［総合評価］
上述の［成膜可否］［界面の結合］［クラック］の評価をもとに導き出したものである。評価指標の意味は以下の通りである。
〇：レーザ肉盛層の成膜が確認され、基材とレーザ肉盛層との界面の結合不良、およびクラックの存在が確認されていない良好なレーザ肉盛層。
△：レーザ肉盛層の成膜は確認されたが、基材とレーザ肉盛層との界面に一部結合不良、もしくはクラックの存在が一部確認されたレーザ肉盛層。
×：レーザ肉盛層の成膜が確認されなかった。

【0055】

以上の結果から分かるように、実施例１～１３ではレーザ肉盛層を成膜することができ、その中でも、実施例２～５、実施例７～１３については、良好なレーザ肉盛層を成膜することができた。一方で、比較例１～７については、レーザ肉盛層を成膜することができなかった。

【0056】

実施例１の方法では、基材とレーザ肉盛層との間に一部結合不良が見られた。これは、溶射層のレーザ光の反射率が他の実施例と比較して高いことにより、基材を十分に溶融することできなかったことが原因であると推察される。

【0057】

実施例６の方法では、断面にクラックの存在が一部確認された。これは、レーザ肉盛粉末にコバルト基合金であるステライト（登録商標）２１を使用したことにより、皮膜中に金属間化合物が生成されたことが原因であると推察される。

【0058】

比較例１、２の方法では、レーザ肉盛層を形成することができなかった。これは、基材のレーザ光の反射率が実施例１の溶射層の反射率よりもさらに高いことにより、基材を十分に溶融することができなかったことが原因であると推察される。

【0059】

比較例３の方法では、レーザ肉盛層を形成することができなかった。これは、溶射層の膜厚が厚いことにより、基材を十分に溶融することができなかったことが原因であると推察される。

【0060】

比較例４の方法では、レーザ肉盛層を形成することができなかった。これは、表面粗さが小さいめっき層のレーザ光の反射率が実施例１の溶射層の反射率よりもさらに高いことにより、基材を十分に溶融することができなかったことが原因であると推察される。

【0061】

比較例５～７の方法では、レーザ肉盛層を形成することができなかった。これは、溶射材料に銅と全率固溶の関係ではない材料を使用したことにより、基材とレーザ肉盛層との界面に金属間化合物が多く生成され、界面にクラックが進展し、レーザ肉盛層が基材から剥離したためであると推察される。

【0062】

ここで、実施例１と比較例１、２とを比較する。実施例１はレーザ肉盛層の形成が確認されたものであり、比較例１、２はレーザ肉盛層の形成が確認されなかったものである。実施例１と比較例１、２との間において、レーザ肉盛層の成膜可否に寄与する相違点は、溶射層の有無とそれに伴う反射率であり、レーザ肉盛層を形成するためには、基材上に溶射層を設けなければならず、さらにその溶射層の反射率は６０％未満が好ましいことが確認された。

【0063】

次に、実施例１と実施例２とを比較する。実施例１、２ともにレーザ肉盛層の形成が確認されたものであり、その中でも実施例２は好適なレーザ肉盛層が確認されたものである。実施例１と実施例２との相違点は、表面粗さＲａとそれに伴う反射率であり、好適なレーザ肉盛層の形成のためには、溶射層の反射率は５１％以下が好ましいことが確認された。

【0064】

つまり、好適なレーザ肉盛層を形成するためには、溶射層の反射率は６０％未満が好ましく、さらに好ましくは５１％以下であることが確認された。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明は、自動車産業、半導体産業、鉄鋼産業、航空・宇宙産業、エネルギー産業など、多くの産業分野において有効活用することができる。

【符号の説明】

【0066】

１ 溶射装置
２ レーザヘッド
３ 光学系
４ 粉末供給部
１０ 基材
２０ 溶射材料
３０ 溶射層
４０ レーザ光
５０ レーザ肉盛粉末
６０ レーザ肉盛層

【図1】

【図2】