(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスアトマイズ法により銅合金溶湯から得られた銅合金粉末をパンミル又はローラミルを用いて摩砕し、得られた銅合金粉末を粒子平均粒径が３０〜１５０μｍの範囲に分級することを特徴とする粒子平均粒径が３０〜１５０μｍの範囲にあり、かつＪＩＳ  Ｚ２５０２に基づく試験法による流動度が１５秒／５０ｇ以下である銅合金粉末を製造する方法。
【請求項２】
ガスアトマイズ法により銅合金溶湯から得られた銅合金粉末をパンミル又はローラミルを用いて摩砕し、得られた銅合金粉末を粒子平均粒径が３０〜１５０μｍの範囲に分級する銅合金粉末の製造工程と、該製造工程により製造された銅合金粉末を異種金属上へ供給する供給工程と、該銅合金粉末を溶融して異種金属上へ銅合金を肉盛りするレーザ加工工程とからなるレーザ肉盛り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車部品等で耐摩耗性に優れた、特にエンジン用摺動部材、例えばアルミニウム合金製シリンダーヘッドのバブルシート（弁座）部等への肉盛り用素材等に用いるに好適な銅合金粉末の製造方法、並びにその銅合金粉末を用いたレーザ肉盛り方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】
最近、自動車部品等でアルミニウム合金等からなる基材の一部の耐摩耗性や耐熱性を改善する目的で、基材上に異種金属を粉末の形で供給し、レーザビームを用いて溶融し、肉盛りする技術が注目を浴びている。これら異種金属の粉末には通常ガスアトマイズ法で製造された銅を主成分とする合金が用いられることが多い。
【０００３】
前記ガスアトマイズ法で製造される金属粉末は、気相中での冷却の過程で、溶融粒の表面張力により球状化する。ガスアトマイズ法により得られた金属粉末の特徴としては、球形度が優れていることにあるが、仮に数10μｍレベルの粒径品を製造すると、その表面には部分的に数μｍレベルの突出部（以下、サテライトと称す）が点在している場合が多い（特開平2-225678号参照）。このようなサテライト含有粉末をレーザクラッド用粉末供給装置に供用した際に、当該装置の供給経路において衝撃や振動等の外力でサテライトがサテライト含有粉末より脱落してしまう現象が多々生じる。その際、供給経路の粉末供給管中で流動性が悪化し、閉塞や脈動に伴う加工位置への供給量が変動する現象をもたらす原因となる等の弊害があった。かかる原因に基づき、レーザ肉盛り加工を行った場合に加工製品にクラッドの発生や肉盛り量が安定しない等の不具合が発生していた。
【０００４】
本発明者らは上記課題について、前記粉末供給装置に供用した際に、供給経路の粉末供給管中で粉末の流動性が悪化し、閉塞や脈動に伴う加工位置への供給量が変動する現象は、粉末の粒子平均粒径及びサテライト粉の存在に左右されることに着目し、最適な特性とそれをもたらす製造方法を開発することを目的とし、鋭意研究したものであり、本発明の目的とするところも、サテライト粉の影響を可及的に少なくすることにより前記課題を解決することにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る銅合金粉末は、その粒子平均粒径が30〜150μｍの範囲にあり、かつJIS Z2502に基づく試験法による流動度が15秒/50g以下である銅合金粉末により前記課題を達成したものである。かかる銅合金粉末はガスアトマイズ法により銅合金溶湯から得られた銅合金粉末をパンミル又はローラミルを用いて摩砕し、得られた銅合金粉末を粒子平均粒径30〜150μｍの範囲に分級することにより得られる。これら銅合金粉末を用いて肉盛りするには前記銅合金粉末の製造工程と、該製造工程により製造された銅合金粉末を異種金属上へ供給する供給工程と、該銅合金粉末を溶融して異種金属上へ銅合金を肉盛りするレーザ加工工程とからなるレーザ肉盛り方法により達成される。このように、得られる銅合金粉末は流動性に優れたものであり、異種金属上に供給し、レーザビームを用いて該銅合金粉末を溶融して異種金属上銅合金をレーザ肉盛りするためのレーザクラッド用銅合金粉末として極めて好適なものであり、好適な肉盛りが行えるものである。
【０００６】
【発明の態様】
以下、本発明をより詳細に説明することとする。まず、本発明に係る銅合金粉末における粒子平均粒径は30〜150μｍの範囲内に特定することが肝要である。すなわち、粒子平均粒径が30μｍ未満の場合、銅合金粒子が微小すぎ、大気中の湿度あるいは加工位置よりのヒュームに含まれる水分等の影響を受け、粒子同士の凝集を起こしやすく、粉末供給装置の管路中等での粉末の閉塞やひっかかりの原因となりやすい。逆に粒子平均粒径が150μｍを越える場合、例えばレーザクラッド用として用いる際にレーザによる粉末の溶解が不安定になりやすく、肉盛り部の機械的強度に支障を来す恐れがある。
【０００７】
本発明に係る銅合金粉末では、JIS Z2502に基づく試験法による流動度が15秒/50g以下であることが必要である。すなわち、当該流動度が15秒/50gを越える場合、サテライトの除去が不十分であることを意味し、前記粉末供給装置の管路中等での粉末の閉塞やひっかかりの原因となりやすい。
【０００８】
上記の如き本発明に係る銅合金粉末は、ガスアトマイズ法により銅合金溶湯から得られた銅合金粉末を摩砕し、分級することにより得られる。ガスアトマイズ法により得られた銅合金粉末からサテライトを極力減らすためには、摩砕効果に優れ、かつ粉体の形状を損なわないような処理装置を選択する必要がある。このような要求を満たす処理装置として本発明ではパンミル又はローラミルを使用する。本発明処理に用いる装置としてのパンミルの代表例としてはエッジランナ、ミックスマラー、アイリッヒミル等が挙げられ、ローラミルの代表例としてはリングローラミル、ローラレースミル、ボールレースミル等が挙げられる。パンミル又はローラミル以外の処理装置では粉体の形状が変形したり、所望の流動度に調整することが困難である。
【０００９】
上記処理装置で処理した銅合金粉末は、脱落したサテライトが夾雑するので、常法である篩い分級を行い夾雑物を除去すると共に銅合金粉末が所定粒径範囲内に入るよう調整する。そして上記のような銅合金粉末製造工程と、該粉末の供給工程と、該粉末を用いたレーザ加工工程とを一連の工程として連続形成することにより、効率的なレーザ肉盛り加工が行えるものとなる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る銅合金粉末は、その粒子平均粒径が30〜150μｍの範囲にあり、かつJIS Z2502に基づく試験法による流動度が15秒/50g以下である銅合金粉末であり、これら銅合金粉末はガスアトマイズ法により銅合金溶湯から得られた銅合金粉末をパンミル又はローラミルを用いて摩砕し、得られた銅合金粉末を粒子平均粒径30〜150μｍの範囲に分級することにより得られるものであるため、ガスアトマイズ法により往々にして発生するサテライトが含有しない球形状の銅合金粉末が得られる。従ってこれら本発明銅合金粉末は流動性に優れたものであり、粉末搬送に際して供給装置の管路中での閉塞やひっかかりが極めて減少し、異種金属上に供給し、レーザビームを用いて該銅合金粉末を溶融して異種金属上銅合金を肉盛りするためのレーザクラッド用銅合金粉末として使用する等の場合、サテライトに起因する粉体の脈動等の搬送異常が防止出来、安定した加工位置への安定供給が可能となり、均一な肉盛りが得られる。
【００１１】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
高周波誘導炉を用い、黒鉛るつぼ内で下記成分組成を有する銅合金溶湯を用意し、孔径4.5mmのノズルを有するるつぼ底部から下流させる間に窒素ガスを噴射するガスアトマイズ法によって粉末化し、脱水化処理及び脱ガス処理を行った。しかる後、エッジランナに粉末を投入し、３時間処理することにより得られた粉末を振動篩いで分級し、平均粒径83μｍ、流動度13.5秒／50gの銅合金粉末を得た。  （銅合金組成）
Ni:15.5wt%
Co:14.1wt%
Al:0.9wt%
V :1.6wt%
Nb:1.8wt%
Si:2.8wt%
Cu:残部
【００１２】
【比較例１】
ガスアトマイズ法を適用する際のるつぼ底部のノズル径を７mmとしたこと以外、実施例と同様にして銅合金粉末を得た。
【００１３】
【比較例２】
ガスアトマイズ法を適用する際のるつぼ底部のノズル径を２mmとしたこと以外、実施例と同様にして銅合金粉末を得た。
【００１４】
【比較例３】
エッジランナ処理を行わなかったこと以外は実施例と同様にして銅合金粉末を得た。
【００１５】
【比較例４】
エッジランナ処理を30分間としたこと以外は実施例と同様にして銅合金粉末を得た。
【００１６】
【比較例５】
エッジランナ処理の代わりにボールミル処理（6.3mm径ボールを10kg投入した300mm径のボールミルにアトマイズ粉を1.5kg投入）を１時間行ったこと以外は実施例と同様にして銅合金粉末を得た。
【００１７】
以上により得られた銅合金粉末の形状、粒子平均粒径、Z 2502に基づく試験法による流動度、及び粉末供給装置の粉末ひっかかり度を測定し、それらの結果を表１に示す。なお、粉末のひっかかり度の計測は、出力端子を有する電子天秤とパソコンを接続し、実際の加工点位置にセットした電子天秤受け皿内に粉末供給装置から一定の供給量となるように銅合金粉末を投入し、粉末の供給に伴って増加する天秤重量及び時間から時間当たりの粉末供給量を計測し、記録した。また、粉末供給量が図１のように突発的な変化として現れた場合をひっかかり発生と捉え、同一試験を20回繰返し、ひっかかり回数をチェックした。
【００１８】
【表１】
0003841547.tif 000002
【００１９】
表１から明らかなように、本発明実施例による銅合金粉末はひっかかり度がゼロであり、理想的な流動性を有するのに対し、比較例の粉末はいずれも流動性が不良でひっかかり度が大きいことがわかる。これらから本発明法に従って上記の如き銅合金粉末を製造する工程と、該粉末の供給工程と、該粉末を用いたレーザ加工工程とを一連の工程として連続形成することにより、効率的なレーザ肉盛り加工が行えることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉末供給装置から銅合金粉末を供給する場合における粉末供給量と時間との関係図である。
【図１】
0003841547.tif 000003