(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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、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、金属皮膜は、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、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、第１硬質層と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。【選択図】図１
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【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。
【請求項４】
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接合体の製造方法。
【請求項５】
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
ことを特徴とする請求項４に記載の接合体の製造方法。
【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】
【特許文献１】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】
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【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】
2020143352.tif 000004
【００５６】
表２および図２４〜３１から、実施例１〜４の表面を形成する第１硬質層がＨｖ６００以上の硬度を有するのに対し、比較例１〜４では、熱影響部や非熱影響部が表面を形成し、Ｈｖ６００に満たない硬度となっていることがわかる。この結果から、実施例１〜４は、比較例１〜４と比して硬度が高いことがわかる。
【００５７】
以上説明したように、本発明に係る接合体および接合体の製造方法は、高い強度および硬度を有しつつ、軽量化する接合体を得るのに好適である。
【符号の説明】
【００５８】
１  接合体
１０  基材
２０  金属皮膜
２１  第１硬質層
２２  第２硬質層
２３  熱影響部
２４  非熱影響部
３０  コールドスプレー装置
３１  ガス加熱器
３２  粉末供給装置
３３  スプレーガン
３４  ガスノズル
３５、３６  バルブ
２００  前処理皮膜
【図１】
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【図２】
2020143352.tif 000006
【図３】
2020143352.tif 000007
【図４】
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【図５】
2020143352.tif 000009
【図６】
2020143352.tif 000010
【図７】
2020143352.tif 000011
【図８】
2020143352.tif 000012
【図９】
2020143352.tif 000013
【図１０】
2020143352.tif 000014
【図１１】
2020143352.tif 000015
【図１２】
2020143352.tif 000016
【図１３】
2020143352.tif 000017
【図１４】
2020143352.tif 000018
【図１５】
2020143352.tif 000019
【図１６】
2020143352.tif 000020
【図１７】
2020143352.tif 000021
【図１８】
2020143352.tif 000022
【図１９】
2020143352.tif 000023
【図２０】
2020143352.tif 000024
【図２１】
2020143352.tif 000025
【図２２】
2020143352.tif 000026
【図２３】
2020143352.tif 000027
【図２４】
2020143352.tif 000028
【図２５】
2020143352.tif 000029
【図２６】
2020143352.tif 000030
【図２７】
2020143352.tif 000031
【図２８】
2020143352.tif 000032
【図２９】
2020143352.tif 000033
【図３０】
2020143352.tif 000034
【図３１】
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