【手続補正書】
【提出日】平成19年11月21日(2007.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  表面が合金化された円筒形、部分円筒形又は中空円筒形の構造部材を製造する方法およびこの方法を実施する装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  直線状焦点と呼ぶ直線状の放射領域を有するエネルギービームを被加工物の表面に照射し、それにより被加工物表面を溶融し、該溶融された表面に硬質材料又は合金の粉末を供給する、表面が合金化された円筒形、部分円筒形又は中空円筒形の構造部材を製造する方法であって、
（ａ）エネルギービームの入射領域に加熱溶融前端部と溶融領域と凝固前端部とを有する局部的に区画された溶融浴が形成され、
（ｂ）エネルギービームの傍に、コンベア装置を介して硬質材料の粉末を重力の方向に堆積させ、かつ被加工物の供給運動に合わせて直線状焦点の幅に一致する幅で供給し、それにより０．３〜３ｍｍの高さの層を形成し、
（ｃ）被加工物表面の溶融浴の加熱前端部に供給された硬質材料の粉末を、７８０〜９４０ｎｍの波長のエネルギービームにより加熱し、そして該粉末を液化された基材の合金と接触させて直ちに溶融浴中へ溶解させ、
（ｄ）上記溶解領域に、少なくとも１０４Ｗ／ｃｍ２の比出力を有するエネルギービームによって対流を生成させ、それにより溶融領域での均質化過程を加速し、
（ｅ）硬質材料の粉末が溶融浴の中に均一に分配されるまで、直線状焦点を溶解領域に作用させ、
（ｆ）エネルギービームの前端に均一に分配され、溶解領域で冶金学的に溶解状態となった粉末材料を、５００〜１０，０００ｍｍ／分の供給速度と２００〜６００Ｋ／秒の高い冷却速度で凝固前端部において一方向凝固させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】  工程（ｂ）〜（ｆ）における硬質材料の粉末が４０〜９０μｍの粒子直径のシリコン粉末であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】  エネルギービームが、入射領域の前で分割され、第１の部分ビームが加熱領域と溶融領域の方に偏向され、第２の部分ビームが凝固前端部の後側で偏向されて組織の熱処理をすることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】  １ＫＷ／ｍｍ２より小さい比出力の第２の部分ビームが凝固前端部の後方の被加工物表面に照射されて析出組織を制御することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】  エネルギービームが溶融浴の中で作用し初析Ｓｉ相を溶解し均一に分配する時間が０．０１秒と１秒との間であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】  ４〜１５ｍｍの直線状焦点の幅を調節するための可変光学系を有する３ＫＷ以上のダイオードレーザーが、エネルギービームを形成するために用いられることを特徴とする請求項１から５のうちの１項に記載の方法。
【請求項７】  被覆作用の開始前と終了時にエネルギービームの直線状焦点の供給方向横断方向の幅と粉末の量とが減少されることを特徴とする請求項１から６のうちの１項に記載の方法。
【請求項８】  被加工物が、中空円筒体として構成され、エネルギービームの周りを下向き姿勢で被覆処理中に回転し、それにより、回転方向に対し固定された位置に保持されているエネルギービームが回転中に回転軸線の方向に連続の供給運動を行い平坦な合金化領域をつくり出すことを特徴とする請求項１から７のうちの１項に記載の方法。
【請求項９】  合金化の開始時に、エネルギービームが点構造を有し、かつエネルギービームが被加工物の回転後完全な直線状焦点の幅に到達するまで、該エネルギービームの大きさが粉末の量と共に連続して増加することを特徴とする請求項１から８のうちの１項に記載の方法。
【請求項１０】  合金化の終了時、被加工物の最後の回転中に直線状焦点の幅と粉末の量とが連続して零まで減少されることを特徴とする請求項１から９のうちの１項に記載の方法。
【請求項１１】  ボアの直径が６０〜１２０ｍｍのＡｌ又はＭｇ合金で作られた中空円筒体が２００ｍｍまでの深さに処理されることを特徴とする請求項１から１０のうちの１項に記載の方法。
【請求項１２】  被加工物が割出し孔の上方及び／又は加工表面の上方で整列されかつ固定される被加工物固定装置（１）からなり、加工表面上に粉末供給源（５）とビームヘッド（４）からの集束可能なビームとが案内される、表面が合金化された円筒体の構造部材の製造方法を実施するための装置であって、
エネルギービームと粉末供給装置が円筒体の軸線に挿入され、重力ベクトルに対して±ａ＝０〜４５°の角度で下向き姿勢で回転する被加工物の上に、エネルギービームが直線状焦点として照射されることを特徴とする装置。
【請求項１３】  相互に千鳥状に配置された数個のエネルギービームユニットが、下向き姿勢で回転する被加工物の加工表面へ向けられ、エネルギービームユニット（８ｂ，８ａ）が加工表面を交互に直線状の走路に沿って掃引することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】  隣り合うエネルギーユニットが加工表面の数本の線を、必要ならば数個の粉末供給装置を用いて、同時に掃引することを特徴とする請求項１２から１３のうちの１項に記載の装置。
【請求項１５】  エネルギービームユニットが、駆動ユニットに連結された回転可能な被加工物固定装置の内部に回転方向に対し固定された位置で配置され、エネルギービームがエネルギービームヘッドから被加工物の表面に照射され、かつ
粉末供給装置がエネルギービーム装置の近くに配置されている
ことを特徴とする請求項１２から１４のうちの１項に記載の装置。
【請求項１６】  粉末が、ビームに対面する表面上に、ビームを通り溶融領域に向う供給方向とは反対の方向に吹きつけられるか、又は重力の方向にエネルギービームの前方の溶融領域の前でもしくは溶融領域においてゆるやかにまき散らされることを特徴とする請求項１２から１５のうちの１項に記載の装置。
【請求項１７】  被加工物のための駆動ユニットにより回転速度を可変とし、エネルギービーム装置の供給方向と回転軸線の方向の粉末供給とを被加工物の回転速度と組合せることにより、直線状焦点をらせん状又は他の幾何学形状で被加工物表面へ案内できるようにしたことを特徴とする請求項１２から１６のうちの１項に記載の装置。
【請求項１８】  シリンダブロック（２）のための回転可能な固定装置（１）と、粉末供給装置（５）に連結されたビームヘッド（４）を有するレーザー処理ユニット（３）と、シリンダブロック（２）をレーザービーム処理ユニット（３）の前方に位置させる移送ユニットと、移送ユニットを移送軸線（１０）に沿って動かす駆動装置（６）とからなる特にエンジンブロックのための装置であって、
固定装置（１）の固定平面がレーザーユニット（３）のビーム方向に直角に整列され、
レーザーユニット（３）が固定装置（１）の固定平面に直角に変位することができ、ビームの方向が重力ベクトルに対し±ａ＝０〜４５°の角度で移送軸線（１０）に直角となっており、
粉末供給源（５）がレーザーユニット（３）のビーム方向に直接開口し又は供給方向でビーム入射領域（１２）の直前で開口している
ことを特徴とする請求項１２から１７のうちの１項に記載の装置。
【請求項１９】  レーザー処理ユニット（３）が、シリンダボアに挿入できる数個のビーム装置からなっており、それによりシリンダ軸線の方向で見て数個の加工表面がシリンダ壁上に配置されているようにすることを特徴とする請求項１２から１８のうちの１項に記載の装置。
【請求項２０】  粉末供給装置（５）が、シリンダボアに挿入できる数個の供給装置からなっており、各供給装置はシリンダの軸線の方向で見て前後に配列されている供給開口を有することを特徴とする請求項１２から１９のうちの１項に記載の装置。
【請求項２１】  粉末供給装置がスクリューコンベア、コンベアベルト又は振動コンベアシュートからなっていることを特徴とする請求項１２から２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、直線状の放射領域（以下において直線状焦点と呼ぶ）を有するエネルギービームを被加工物の表面に放射し、それにより被加工物表面を溶融し、この溶融された表面に硬質材料又は合金の粉末を供給する、表面に合金が形成された円筒形、部分円筒形又は中空円筒形の構造部材を製造する方法と、この方法を実施する装置とに関する。
【０００２】
ＷＯ９７／１００６７号は、金属含有粉末をレーザービームを用いて溶融し、金属の被加工物の表面に堆積させる、金属の被加工物を被覆する方法を開示している。このＷＯ文献の請求項１によれば、粉末はレーザービームと同軸上に溶融領域に供給され０．１から１ｍｍの幅の送路の形式で大きな面積にわたって分配されなければならない。
【０００３】
ＷＯ９７／１００６７号の実施態様の好ましい実施例によれば、開示された方法を実施するために、３つの軸線に沿って相互に対して動くことのできるレーザービーム集束ヘッドに同軸に粉末を供給する装置が存在する。しかし、制御技術が必要であるという理由だけで可動性が制限されている。
【０００４】
産業上用いられる被覆設備にとって、０．１から１ｍｍの送路幅は非経済的でありまた３軸線に沿って可動の装置はあまりにも高価である。さらに、例えば円筒壁の内側支承面のような大きな面積は公知の装置を用いて直接被覆することができない。
【０００５】
被膜を内側支承面に付与するための支承面処理装置は公知であり、シリンダブロックのための回転可能な締めつけ装置と、粉末供給装置に連結されたビームヘッドを有するレーザー処理ユニットと、シリンダブロックをレーザー処理ユニットの前方に位置させる移送ユニットと、移送ユニットを移送軸線に沿って動かす駆動装置とからなっている。
【０００６】
これら支承面処理装置にとって、装置の部品間の整列とその摩耗作用とに関し高度の精密性が必要とされるが、その理由はこれら部品を用いて製造されたエンジンブロックは後で別に製造されたピストンが取付けられ、またコスト上の理由から高価な後処理をできるだけ避けたいからである。
【０００７】
本発明の目的は、産業上用いることができ摩擦工学上最適の熱処理可能な中空円筒状素材を有利に製造することのできる円筒形又は部分円筒形の表面形状のための経済的な表面処理方法を開発することである。この方法を実施するための新しい装置は高い精度で作動しかつ種々の工程上のパラメータに対して良好な調節能力が達成できるようにしなければならない。
【０００８】
上記の目的は本発明によれば、特許請求の範囲に記載された特徴によって解決される。多くの試験において、支承面処理装置とこれにつくり出された部品との高い精度と低い摩耗作用とが、下記の場合に達成できることが確かめられた。
１．締めつけ固定装置１の締めつけ固定平面がレーザーユニット３のビーム方向に平行に整列され、
２．レーザーユニット３が締めつけ固定装置１の締めつけ固定平面に直角に動くことができ、ビーム方向が移送軸線１０に直角に重力ベクトルと４５°より小さい角度で整列され、かつ
３．粉末供給部５がレーザーユニット３のビーム方向に直接又は（供給方向で見て）ビーム入射領域１２のすぐ前で開口している。
【０００９】
支承面処理装置の有利なコストの処理のため、数個のビーム装置又は数個の処理領域が前後に（円筒軸線の方向で見て）円筒体の壁に設けられている、シリンダ穴に挿入することのできるスリットビームを有する１つの装置からなるレーザー処理ユニット３が提供される。
【００１０】
さらに支承面処理装置の生産能力は、粉末供給装置５が、供給開口が前後に（円筒体軸線の方向で見て）配置されているシリンダ穴に挿入することのできる、処理領域と同じ数の数個の供給装置からなる場合に、改善される。
【００１１】
本発明の方法は、
（ａ）供給方向を横断する方向の線幅が４ｍｍより大きい直線状焦点と、
（ｂ）７８０と９４０ｎｍの間の波長を有する高エネルギービームと、
（ｃ）電力供給が５，０００〜６００，０００Ｗ／ｃｍ２の比エネルギー入力をもって下向き姿勢で生み出されることと、
（ｄ）２００〜６００Ｋ／Ｓの冷却速度と
の組合せからなり、
制御された珪素粒子の分配と、共晶凝固する残留溶融物の８０μｍまでの相直径を有するシリコンの初晶の形成とを促進する。
【００１２】
工程（ｅ）は硬質材料、例えばシリコンが溶融浴中に完全に溶解させることを意味する。
【００１３】
溶解時間は用いるレーザー出力に依存する。直線状焦点が過剰に長く作用したならば、アルミニウム又は基材合金の蒸発の結果として細孔の形成が発生し、また硬質材料が一緒に固まるようになる。
【００１４】
供給速度は工程（ｆ）によれば１０，０００ｍｍ／分より小さくなければならず、さもなければ入力エネルギーは硬質材料を溶融するには不十分となる。与えられた電力でレーザービームは４０〜６０％のエネルギー歩留まりで基材に結合されなければならない。冷却速度が高すぎ６００Ｋ／秒より大きかったならば、溶解時間は硬質材料にとっては十分でなく、一方２００Ｋ／秒より低かったならば多すぎる硬質材料が溶解されるため、ひび割れが合金化領域に生じる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様では数個のエネルギービームユニットがさらなるパラメータとして用いられ空間的に変更可能な冷却速度により組織の特性を制御することができる。
【００１６】
この手段により、純粋に機械的な次処理と最終処理を可能にする、空間的に異なった表面の硬さを設定することができる。表面硬度が１６０ＨＶより大きかったならば、ダイヤモンドを用いて掻き疵や汚れなしでホーニング仕上げを行うことができる。そして次処理工程においては、１μｍより大きい直径のシリコン初晶又は他の硬質材料が、１μｍより少ない表面除去により純機械的に露出される。
【００１７】
実施態様の好ましい実例によれば、直線状焦点は合金が形成される表面上に（供給方向に関して）交互に２重送路状に照射され、それにより、焼入れ（硬化）、再結晶、析出時間の延長、均質化、及び析出相の粗大化として部分加熱処理が達成できるようにする。
【００１８】
他の好ましい適用例によれば、粉末成分もまた２重送路状に付与され、それにより種々の組成物と付与速度とが得られ、例えば合金形成を制御して傾斜材料を積層することができる。
【００１９】
供給方向から見た直線状焦点の幅を長くし又は短くする作用をする制御可能な開口を好ましい方式で用いることにより、被覆装置を始動させまた止めることができる。
【００２０】
ドイツ特許公開第１９８１７０９１Ａ１号（ＮＵＴＥＣＨ／ＶＡＷ ｍｏｔｏｒ ＧｍｂＨ）による公知の被覆装置と異なり、本発明においては１つの軸線沿って移動可能なエネルギービーム装置と多数の軸線に沿って移動可能な構造部材とが用いられる。その特別の利点は、被加工物の回転速度を変えることにより、同一のエネルギー入力で粗い相の組織（遅い回転による）又は微細なセル組織もしくは微細な相組織（速い回転による）が得られることである。
【００２１】
すでに述べたように、２重送路は種々の型の合金をつくるのに用いることができる。粉末が被加工物の表面に１段階で（１粉末ビーム）又は数段階で（数粉末ビーム）、適当な形状の粉末スリットノズルを介して付与される。直線状焦点の幅は少なくとも４ｍｍ、好ましくは５から１５ｍｍである。
【００２２】
本発明の方法の特別の特徴は１００〜２５００μｍの間の変更可能な透過深度が供給速度及び／又は表面に対するエネルギー入力を変えることにより達成できることである。前もって付与された硬質材料の粉末と硬質材料含有粉末、特にＳｉ又はＳｉ含有粉末と関連して、構造部材の内部に深くまで達する優れた熱入力を達成することのできる改良された結合を得るために、請求の範囲に規定された波長範囲を有するダイオードレーザーを用いることが好ましい。
【００２３】
本発明は実施態様の数個の例を参照して以下に詳細に説明される。
【００２４】
図１は直列エンジンの長手方向の軸線が重力ベクトルの方向にあるように締めつけ固定装置１に固定された４気筒の一列配置のエンジンのシリンダブロック２を示す。
【００２５】
レーザー処理ユニット３がビームヘッド４と共にシリンダブロック２の穴の中に突出している。ビームヘッドは移送軸線１０の方向に（図面の平面に直角の方向）動くことができる。
【００２６】
ビームヘッド４からレーザービームが重力の方向に出てシリンダ壁の表面にビーム入射領域１２で衝突し、加熱領域１１、溶融領域１２及び凝固領域１３を形成する。
【００２７】
粉末供給装置５もビーム入射領域の近くで開口し、粉末噴流９をビーム方向に直接付与するか、又は供給方向に見てレーザービームが処理対象であるシリンダ壁に入射される個所のすぐ前で付与する。この粉末の付与は合金組成の観点と組織形成の種類の観点とから組織の特性に影響を与えるために用いることができる。これは例えば付与される粉末の種類と量とによって達成される。
【００２８】
図示しない変更例では数個の粉末付与装置をシリンダボア（内腔）に同時に挿入できる。レーザー処理も数個のビームヘッドを同時に用いて行うことができる。
【００２９】
図２は４気筒直列エンジンにおける本発明により構成された支承面処理装置を示す。シリンダブロック２は、縦断面図で、すなわち図1の図面の平面に直角の断面で見ることができる。締めつけ固定装置１は固定用テーブル１ａと回転テーブル１ｂとの上に位置しており、回転テーブル１ｂは駆動装置６に連結され移送ユニットを移送軸線１０に沿って動かす。
【００３０】
矢印６ａの方向はエンジンブロック２が処理中に回転される方向を示す。ここで重要なことは、粉末供給装置５が図２のＸ部分に示されるように、レーザーヘッド４の前方に位置していることである。
【００３１】
レーザーヘッド４のシリンダボアへの挿入運動はスピンドル７を介して行われる。シリンダボアの軸線と回転の軸線１０との軸方向の平行状態は製造公差を維持するのに重要である。そのために、1対の移動台案内７ａ，７ｂ上をレーザー処理ユニット３が動いてシリンダブロック２を出入りするようにしてある。
【００３２】
図３〜５の拡大断面図はさらに加熱領域９／１１、溶融領域１２及び凝固領域１３を拡大して示している。種々の領域又は帯域の表面の広がりは、シリンダブロック２の回転速度、移送軸線１０に沿った移送ユニットの運動、及びレーザー処理装置又はビーム装置と粉末供給装置の数によって影響を受けることになる。
【００３３】
一方、図３においては単一のレベルビームヘッド４に対しただ１つの焦点スポット８が設けられ、図４は２つの焦点スポット８ａ，８ｂを示している。この目的のため、レーザー処理ユニットは請求項１３によれば２つのビームが取付けられる。
【００３４】
図５に示す２重送路は、２つの千鳥状に配された焦点スポット８ａ，８ｂとそれぞれの２つの溶融及び凝固前端部１２，１３とを有する。この変更例は請求項１４に記載され図６に示されている多重粉末供給源を必要とする。参照符号９／１１は予加熱領域の粉末供給源を示している。ビームヘッド４．１と４．２は回動することができるため、回動角度はａ１及びａ２で与えられている。
【００３５】
図７は表面を合金化した円筒形又は部分円筒形の構造部材を製造するための本発明の方法を略図で示している。これは最初に直線状のビーム区域（また直線状焦点と称される）を有するエネルギービームを被加工物表面に照射することを含んでいる。被加工物表面はそれにより溶融され、溶融された表面に硬質材料又は合金粉末が供給される。
【００３６】
図７に示されるように、エネルギービームの入射領域に、加熱溶融前端部２０、溶解又は再溶融領域２１及び凝固前端部２２を有する、局部的に区画された溶融浴が形成される。
【００３７】
エネルギービーム２３の傍で多量の粉末２４が構造部材２６の表面に重力の方向で付与される。この粉末２４の量は被加工物又は構造部材２６の供給運動２７と調整され、粉末噴流の幅（図７の平面を横切って測定）はエネルギービーム２３の幅（同じく図面の平面を横切って測定）にほぼ一致している。
【００３８】
図７から、どのようにして被加工物表面に供給された粉末が凝固前部で加熱されついで溶融浴のエネルギービーム２３の中で最後に溶解されるかが分かる。試験の結果、７８０から９４０ｎｍの波長でエネルギービームの金属基材への結合が最適化され、粉末も最適化された迅速加熱を受け、液化された基材合金と接触して溶融物中に溶解することが分かった。
【００３９】
図７に矢印２８で示されるように、対流が溶解領域で生じ、それにより均質化過程が溶融領域で加速されるようになる。これは比出力１０４Ｗ／ｃｍ２以上のエネルギービームによって可能となる。研磨した断面から、直線状焦点が溶解領域に十分長い時間作用した場合に硬質材料又は合金の粉末が溶融浴の中に均一に分配されることが分かる。精密な値は実験的に決定することができる。
【００４０】
溶融物中に均一に溶解した粉末材料は、次に凝固領域２２において供給速度が５００と１０，０００ｍｍ／分の間の凝固前端部で２００から６００Ｋ／秒の冷却速度で一方向凝固をする。本発明の方法の変更例では、粉末はガスの流れの中で構造部材の表面に移送され、それにより運動エネルギーの結果として一定量の粉末が溶融領域の中に容易に浸入できる。
【００４１】
他の試験の結果として、エネルギービームが好ましくは入射領域の前で分割され、第１の部分ビームが加熱溶融領域へと偏向され、第２の部分ビームが組織の熱処理のため凝固前端部の後方へ偏向される。この方法によって特定の組織の形成が制御される。この方法を実施する装置は図６に示されている。
【００４２】
組織のさらなる制御は、凝固前端部のエネルギービームを１ＫＷ／ｍｍ２より小さい比出力で被加工物の表面に照射することで行うことができる。硬質材料又は金属間化合物相を溶解し均一に分配するための溶融浴内のエネルギービームの作用時間は０．０１秒と１秒との間であることがわかった。
【００４３】
前記の要求は調節可能な直線状焦点の幅を有する３ＫＷ以上のダイオードレーザーによって満たされる。この手段により被覆作用の始まる前と終わりでエネルギービームの直線状の焦点の粉末供給方向横断方向の幅は減少することができる。粉末の量を同様に制御することにより、表面処理中に、供給された粉末又は入射エネルギーの重複を少なくすることができる。
【００４４】
被加工物が中空円筒体として構成されている場合には、被加工物を好ましくはエネルギービームの周りを下向き姿勢で回転させることにより、回転方向に対して固定位置で保持されたエネルギービームが、上記回転中に回転軸線の方向に連続した方向の供給を受けて、平坦な合金化領域をつくり出すようにしなければならない。これは以下に説明されるように、回転テーブル３１、締めつけ固定装置３２、及びシリンダボア３４を有するエンジンブロック３３を示す図８〜図１１から見ることができる。
【００４５】
粉末貯蔵部４１からの粉末はシリンダボア３４の中に振動コンベアシュート３０又はスクリューコンベア３８を介して運ばれる。前もって堆積された粉末層３５は振動コンベアシュート３０がシリンダの上方の下向き位置に距離ＨＡで位置している高さＨＰを有している。粉末は振動コンベアシュート３０の中で高さＨＦに達している。
【００４６】
振動コンベアシュート３０は周波数ｆの振動励起部４０を有する。この振動をつくり出す結合要素４２がまた振動コンベアシュート３０に取付けられている。
【００４７】
エネルギービームはダイオードレーザー４３とレーザー光学系４４とを介して偏向され集束される。振動コンベアシュート３０とダイオードレーザー４３は供給摺動子４５の上に載る取付けプレート４６に取付けられる。供給摺動子４５は往復駆動装置によりシリンダボア３４に出入するよう動かされる。
【００４８】
図９によればレーザー光学系の直径４７はシリンダボア３４の中にコンベアシュート３０のための空間が依然として存在するような寸法となっている。シリンダは下向き姿勢で処理されるため、レーザービームはレーザー光学系４４から下方に向って放出しそれによりレーザービームの送路幅５０がシリンダ壁上に描かれるようにする。レーザー送路の隣に粉末が送路幅４９で予め堆積される。シリンダのボアの直径は４８で示されている。
【００４９】
被加工物と構造部材の工業的な処理に適した装置がこの方法を実施するために開発された。この目的のため図８の装置は、締めつけ固定装置３２上にエンジンブロック３３が割出し孔の上方に及び／又は加工表面を介して整列され固定されてなる。エネルギービーム装置がシリンダ軸線の方向に沿って加工表面の方へ動かされ、集束可能なビームヘッドと粉末供給源とを用いつつ、加工表面へ向けられる。エネルギービームが、締めつけ固定装置３２により回転テーブル３１上に位置決めされている被加工物の中に挿入され、エネルギービームが下向き姿勢で回転する被加工物、例えばエンジンブロック３３上に直角に、ダイオードレーザー光学系４４からの直線状焦点として案内されるようにした場合に、特に有利であることが分かった。
【００５０】
相互に千鳥状に配列された数個のエネルギーユニットが、下向き姿勢で回転する被加工物の加工表面へ向けられた場合、エネルギービームユニットは加工表面を直線状に掃射しなければならない。
【００５１】
これによって、区画装置及び／又は構造部材の回転運動により寸法決定可能な平坦な合金化領域がつくり出される。
【００５２】
有利にはエネルギーユニットは加工表面の数個の線を同時に掃射する。この結果処理時間が短くなり処理された表面がさらに均一となる。
【００５３】
図１から６に示される１つ又は数個のノズルを介する粉末供給源の変更例が次に説明される。この変更例では、高温かつ狭いシリンダボアに特に効果的であることが分かっているスクリューコンベア又は振動装置により粉末を供給する。
【００５４】
高いレーザー出力での熱放射は非常に強力であるため、レーザー入射領域の近くに位置する通常のノズル材料がこの高温又は侵食に耐えることができなくなる。さらに、ノズルの上方で放射された粉末は高圧のもとにあり、処理されるべきシリンダボアの内部のガスの流れに対し強い影響力を有している。温度の高さと保護ガスの密度とはガスの流れと共に変化し、それによりレーザーの効率が激しい変動を受ける。
【００５５】
振動コンベアシュート３０を用いると、これらの状態は著しく良好に制御することができる。温度の高さおよび保護ガスの雰囲気は、スクリューコンベア又はコンベアシュートを介する粉末の供給中は悪影響を受けない。高強度かつ耐熱性のある材料をコンベアシュートに用いることにより、長時間の温度の影響による疲労現象又は侵蝕作用をひき起こすことがないようにすることができる。
【００５６】
下向き姿勢でのシリンダボア３４の処理は、これが請求項１の（ｂ）のように予め堆積させた粉末層を用いて行われた場合に粉末が振動シュートを介して供給されたならば特に効果的である。
【００５７】
当然に、例えばスクリューコンベア、コンベアベルトその他のような他の運搬装置もまた用いることができる。
【００５８】
ノズルの粉末供給に比べてこれらは、レーザー焦点幅を有する送路と０．３〜３ｍｍの間の高さ又は層の厚さとが精密に調節できるという利点を有している。
【００５９】
粉末の適用量を精密に制御するために、機械的スキマー（すくい取り器）又はブラシが有利には堆積領域の近くに設けられる。それにより、材料の量を幅でも高さでも随意に制御することができる。堆積された粉末の層の厚さは好ましくは０．３から３ｍｍの範囲に保たれなければならず、層が厚くなるほど高いレーザーエネルギー密度が必要である。
【００６０】
レーザーエネルギーを粉末材料に結合させる重要な因子は使用される粉末の粒子スペクトルと結晶形状である。
【００６１】
工業的規模で実施するため、駆動ユニットに連結された回転可能な締めつけ固定装置３２の内部の構造部材の回転方向に対して固定された位置に配置されたレーザー光学系４４を有するダイオードレーザー４３が開発された。
【００６２】
上記の光学系を有するダイオードレーザーは、エネルギービームの近くに位置する粉末供給装置と共に、供給摺動子４５によりシリンダボア３４の中へと動かされる。粉末をビームに対面する表面上に堆積させることも可能である。これは粉末が重力の方向にゆるくまき散らされるコンベアシュート３０によって図８のように行われる。図９に示すようにコンベアシュートの出口高さをＨＡとして、予め堆積された粉末層３５が形成される。
【００６３】
直線状焦点のためらせん状の又はその他の幾何学形状の案内をつくり出すため、回転テーブル３１のための駆動ユニットは可変回転速度を得ることができるようにしなければならない。そうすれば、ダイオードレーザー４３の供給摺動子４５と回転軸線方向の粉末供給源とをエンジンブロック３３の回転速度と組合せることができる。
【００６４】
図１０と１１において振動コンベアシュート３０又はスクリューコンベア３８は、コンベア装置からの距離がＨＡであり、それによる粉末の高さがＨＰである。シリンダボア３４はボア直径４８によりレーザー光学系４４を収容しそしてシリンダボアとレーザー光学系とは供給摺動子４５上で矢印方向に動かされる。
【００６５】
上記の方法は表面に合金が形成された円筒形又は部分円筒形の特に中空の円筒状構造部材を製造するのに用いることができる。これら構造部材はアルミニウム基材の鋳造合金と、硬質析出相を有するアルミニウム基合金からなる構造部材の表面まで延びる析出領域とからなっている。基材と析出領域との間に、基材から構造部材までの硬度の増加が段階的に生じる初晶硬質相が過飽和となった共晶領域（過飽和領域）が存在する。特に有利な状態はＡｌＳｉＣｕ又はＡｌＳｉＭｇ型の基材合金が亜共晶である場合に達成され、過飽和共晶遷移領域では１μｍより小さい微細に析出した初晶シリコン相を含むＡｌＳｉ型の合金が得られ、一方析出領域では２から２０μｍの初晶シリコン相が得られる。そして構造部材の表面まで２００％以上の硬度の増加が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
シリンダブロックを処理している状態の本発明の支承面処理装置の横断面図である。
【図２】
４気筒直列エンジンブロックの中に挿入中の本発明の支承面処理装置の縦断面図である。
【図３】
図２のＸ部分の拡大図である。
【図４】
図２のＸ部分の拡大図である。
【図５】
図２のＸ部分の拡大図である。
【図６】
２つのビームヘッドを有する場合の図１の横断面図である。
【図７】
本発明の製造方法を説明するための概略図である。
【図８】
粉末が振動コンベアシュートを介して付与された本発明の支承面処理装置の縦断面図である。
【図９】
図８のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】
図８のＹ部分の拡大図である。
【図１１】
図１と同様なスクリューコンベアの原理図である。