(57)【要約】【課題】アルミニウム、アルミニウム合金等の軟質金属部材の表面に硬化層を深く生成させるとともに軟質金属部材の表面硬度を向上させる方法を提供する。【解決手段】液体中に配置した軟質金属部材の表面の所要個所にパルスレーザー光を照射してパルスレーザー光の照射によって発生するプラズマにより軟質金属部材表面に加工硬化を生じさせ、これにより軟質金属部材表面に硬化層を深く生成させるとともに軟質金属部材表面の硬度を向上させるようにしたことを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟質金属部材の表面に硬化層を深く生成させるとともに前記軟質金属部材の表面硬度を向上させる方法であって、
液体中に配置した前記軟質金属部材の表面の所要個所にパルスレーザー光を照射してパルスレーザー光の照射によって発生するプラズマにより前記軟質金属部材表面に加工硬化を生じさせ、これにより前記軟質金属部材表面に硬化層を深く生成させるとともに軟質金属部材表面の硬度を向上させるようにしたことを特徴とする軟質金属部材の表面硬度の向上方法。
【請求項２】
請求項１に記載の軟質金属部材の表面硬度の向上方法において、前記パルスレーザー光のパルスエネルギーが１００ｍＪ以上でかつ前記パルスレーザー光の焦点面積が７５ｍｍ２以下であることを特徴とする軟質金属部材の表面硬度の向上方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の軟質金属部材の表面硬度の向上方法において、
前記軟質金属部材の材質がアルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金であることを特徴とする軟質金属部材の表面硬度の向上方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の軟質金属部材の表面硬度の向上方法において、
前記軟質金属部材における少なくとも前記パルスレーザー光の照射を受ける個所に厚さ１０〜１０００μｍの金属箔を密着することを特徴とする軟質金属部材の表面硬度の向上方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム、アルミニウム合金等の軟質金属部材の表面に硬化層を深く生成させるとともに前記軟質金属部材の表面硬度を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浸炭鋼等の硬質金属部材における圧縮残留応力の付与や表面硬度の向上の手段として、加速されたショット粒を硬質金属部材の表面に衝突させるいわゆるショットピーニング法が採用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２４６４８３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このショットピーニング法をアルミニウム等の軟質金属部材における表面硬度の向上に適用した場合、生成される硬化層の深さが最大で５０μｍ程度あり、十分に深い硬化層が得られないなどの問題があった。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軟質金属部材の表面に十分に深く硬化層を生成することができる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明における軟質金属部材の表面硬度の向上方法は、軟質金属部材の表面に硬化層を深く生成させるとともに前記軟質金属部材の表面硬度を向上させる方法であって、液体中に配置した前記軟質金属部材の表面の所要個所にパルスレーザー光を照射してパルスレーザー光の照射によって発生するプラズマにより前記軟質金属部材表面に加工硬化を生じさせ、これにより前記軟質金属部材表面に硬化層を深く生成させるとともに軟質金属部材表面の硬度を向上させるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
プラズマにより軟質金属部材表面の硬度が向上する理由として次のことが考えられる。すなわち、軟質金属部材の表面にプラズマの衝撃力を与えると、軟質金属部材の内部に応力が生じて軟質金属部材の金属結晶に滑りが発生し、やがてその滑り面における抵抗が次第に増大する。この抵抗の増大により軟質金属部材の変形に対する抵抗が大きくなり、この結果、軟質金属部材は硬さを増すこととなる。これが加工硬化である。
そして、軟質金属部材の変形に対する抵抗がある程度大きくなると、その滑り面が次第に他の面に移動して、軟質金属部材は塑性変形を起こす。この塑性変形によって軟質金属部材内の応力が保持され残留応力として残る。
【０００８】
なお、本発明において軟質金属部材とは材質がアルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金などの硬度が低い金属で製造した部材をいう。またなお、本発明において「液体中に配置」とは、パルスレーザー光を照射した軟質金属部材表面に液体が接触していればよい状態であって、例えば、液体を満たした水槽に軟質金属部材を沈めた状態や、軟質金属部材に液体を供給した状態を言う。
【０００９】
またなお、本発明においてパルスレーザー光のパルスエネルギーは１００ｍＪ以上が望ましく、１００ｍＪ未満では生成される硬化層の深さが浅くなる。またなお、本発明においてパルスレーザー光の焦点面積は７５ｍｍ２以下が望ましく、７５ｍｍ２を越えるとエネルギー密度が小さくなり生成される硬化層の深さが浅くなる。またなお、前記軟質金属部材における前記パルスレーザー光の照射を受ける個所に厚さ１０〜１０００μｍの金属箔を樹脂性接着剤で密着することにより、軟質金属部材表面がパルスレーザー光の照射によって荒れるのを防止することができる。
【００１０】
【実施例】
表面硬度が８０ＨＶでかつ図１に示す硬度分布を有するアルミニウム合金（Ａ５０８３Ｐ）製試験片に、パルスレーザー光の照射による表面荒れを防止するための厚さ２０μｍのステンレス箔を樹脂性接着剤で密着したのち、この試験片を水中に配置し、続いて、試験片の表面上に、パルスエネルギー１００ｍＪでかつスポット径０．６ｍｍ（焦点面積：０．２８ｍｍ２）のパルスレーザー光を照射した。こうしてパルスレーザー光の照射によって発生するプラズマにより試験片表面に圧縮残留応力を付与したところ、図２に示すように、試験片表面に硬化層が深く生成されるとともに試験片表面の硬度が向上せしめられた。すなわち、本試験片に生成された硬化層の硬度分布は、表面から深さ５０μｍで１２０ＨＶを超えたのち、なだらかに元の硬度に近づいた。さらに、その硬化層の深さは約１０００μｍに至っていた。
【００１１】
【比較例１】
ちなみに、本発明の有効性を検証しべく、硬度約１４００ＨＶの超硬質のショット粒（新東ブレーター株式会社製のＳＴ１００）を噴射圧０．３０Ｍｐａでノズルから噴射して、ノズルから
１５０ｍｍの距離にある上述の試験片の表面上に当てたところ、図３に示すように、本試験片に生成された硬化層の硬度は表面から深さ５０μｍまで１１０ＨＶとなるが、その硬化層の深さは約１００μｍ以下であった。
【００１２】
したがって、図２および図３からも明らかなように、軟質金属製部材にパルスレーザー光を照射した場合は、ショットピーニング処理を施すよりも軟質金属製部材表面に硬化層を深く生成させるとともに軟質金属製部材表面の硬度を向上させることができる。
【００１３】
【比較例２】
また、本発明の有効性を検証するための他の比較例として、材質ＳＣＭ４１５で作成して浸炭焼入れ焼戻しして、表面硬度が７５０ＨＶでかつ図４に示す硬度分布を有する硬質金属製の試験片に、本発明の方法と同様の条件でパルスレーザー光を照射した。その結果を図５に示す。この図５に示すように、本試験片に生成された硬化層の硬度は、表面から２００μｍ程度の深さまでは若干高くなっているものの、深さ１ｍｍではパルスレーザー光の照射前とほとんどかわらず、パルスレーザー光の照射による顕著な効果を得ることができなかった。
【００１４】
このことから、パルスレーザー光を軟質金属部材に照射する方が硬質金属部材に照射するよりも硬化層を深く生成することができるとともに硬度を向上させることができることが分かる。
【００１５】
【効果】
上記の説明から明らかなように本発明は、軟質金属部材の表面に硬化層を深く生成させるとともに前記軟質金属部材の表面硬度を向上させる方法であって、液体中に配置した前記軟質金属部材の表面の所要個所にパルスレーザー光を照射してパルスレーザー光の照射によって発生するプラズマにより前記軟質金属部材表面に加工硬化を生じさせ、これにより前記軟質金属部材表面に硬化層を深く生成させるとともに軟質金属部材表面の硬度を向上させるようにしたから、軟質金属部材の表面に十分に深く硬化層を生成することができるなどの優れた実用的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に使用した試験片の硬度分布を示すグラフである。
【図２】図１に示す硬度分布を有する試験片について本発明を施した後の硬度分布を示すグラフである。
【図３】図１に示す硬度分布を有する試験片をショットピーニングした後の硬度分布を示すグラフである。
【図４】本発明の比較例に使用した硬質金属試験片の硬度分布を示すグラフである。
【図５】図４に示す硬度分布を有する硬質金属試験片について本発明を施した後の硬度分布を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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