CN106042525B - 隔热膜的形成方法及隔热膜结构 - Google Patents

隔热膜的形成方法及隔热膜结构 Download PDF

Info

Publication number
CN106042525B
CN106042525B CN201610237206.5A CN201610237206A CN106042525B CN 106042525 B CN106042525 B CN 106042525B CN 201610237206 A CN201610237206 A CN 201610237206A CN 106042525 B CN106042525 B CN 106042525B
Authority
CN
China
Prior art keywords
isolation film
thermal isolation
thermal
film
pore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610237206.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106042525A (zh
Inventor
立野学
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN106042525A publication Critical patent/CN106042525A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106042525B publication Critical patent/CN106042525B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
    • B29C65/54—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive between pre-assembled parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/016—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of aluminium or aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B33/00—Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24—Chemical after-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24—Chemical after-treatment
    • C25D11/246—Chemical after-treatment for sealing layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/304—Insulating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明提供隔热膜的形成方法及隔热膜结构，该隔热膜结构抑制在隔热膜的形成过程中膜性能或膜强度受损的情况，此外还具有被平滑化了的表面。在通过以Al合金(Al纯度小于99.0％)为母材的燃烧室构成部件(10)的表面的阳极氧化处理而形成的第一隔热膜(12)的表面上，配置通过Al纯度在99.0％以上的纯Al箔的两面的阳极氧化处理而制作出的第二隔热膜(20)。然后，使耐热性粘接剂流入这些隔热膜之间，并且对该耐热性粘接剂进行加热而使之固化(中间层(22))。由于第二隔热膜在未研磨状态下表面粗糙度(Ra)也小至平均1.0μm左右，因此能够省略在第二隔热膜的粘接后以平滑化为目的而对第二隔热膜进行研磨等的工序。此外，能够提供表面被平滑化了的隔热膜结构。

Description

隔热膜的形成方法及隔热膜结构
技术领域
本发明涉及一种隔热膜的形成方法及隔热膜结构。
背景技术
一直以来，例如，在日本特开2012-072745号公报中公开了一种隔热膜的形成方法，其包括：对以Al合金为母材的活塞的顶面进行阳极氧化处理而形成多孔层的步骤；对Y2O3稳定化ZrO2粉末进行等离子喷涂而在该多孔层的表面上形成覆盖层步骤；以使该覆盖层的表面变得平滑的方式进行精加工的步骤。该多孔层为所谓的耐酸铝膜。耐酸铝膜具有在阳极氧化处理的过程中所形成的无数个细孔，通过这种多孔质结构，从而作为与活塞母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低的隔热膜而发挥作用。此外，覆盖层为以封堵多孔层的细孔的开口部的方式而被形成的层，并作为与活塞母材相比热传导率较低的隔热膜而发挥作用。
此外，虽然并非着眼于耐酸铝膜的隔热性，但在日本特开2014-152735号公报中公开了一种隔热膜的形成方法，其包括：在以Al合金为母材的活塞的顶面上形成含有硅类树脂和中空粒子的树脂层的步骤；在该硅类树脂层的表面上粘接另行制作的金属箔的步骤。在该形成方法中，具体而言，首先，通过反复进行硅类树脂材料的涂敷和预干燥从而在活塞的顶面上形成硅类树脂层。接着，在该硅类树脂层上配置通过Ni等金属的冲压成型而形成为与该顶面相对应的形状的金属箔，并通过对它们一体地进行热处理从而使硅类树脂层固化并与金属箔粘接在一起。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-072745号公报
专利文献2：日本特开2012-122445号公报
专利文献3：日本特开2014-152735号公报
专利文献4：日本特开2013-014830号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在一般的活塞的母材中含有用于提升机械性质的添加物。但是，存在如下的问题，即，该添加物(主要为Si)阻碍Al合金的氧化反应的进行，从而在所形成的耐酸铝膜的表面上产生细微的凹凸的问题。虽然该问题在日本特开2012-072745号公报的多孔层中也同样产生，但由于在多孔层之上形成了覆盖层，并且对覆盖层进行精加工，因此能够通过平滑化的覆盖层来吸收多孔层的凹凸。因此，能够良好地抑制由热传递面积的增加引起的隔热性能的降低或由表面粗糙度的增大引起的生成火焰的流动性的降低之类的、随着隔热膜的形成而出现的不良情况的产生。
但是，耐酸铝膜的表面粗糙度Ra(称为根据JIS B601(2001)而测量出的算术平均粗糙度。以下相同)远大于活塞母材的表面粗糙度Ra(平均1.0μm以下)。因此，为了通过上述精加工而形成为所期望的表面粗糙度，必须将覆盖层在厚度方向上较多地削除，其结果为，存在覆盖层部分的隔热性能降低的可能性。此外，由于较多地削除凹凸较大的部分而使覆盖层本身的强度降低，从而还会出现必须再形成覆盖层的可能性。此外，还存在由于覆盖层的加工所需的时间增加而使成本上升的问题。
本发明为鉴于上述的课题而被完成的发明。即，本发明的目的在于，抑制在隔热膜的形成过程中膜性能或膜强度受损的情况，以及，提供一种具有被平滑化的表面的隔热膜结构。
用于解决课题的方法
为了解决上述的课题，第一发明为一种隔热膜的形成方法，其特征在于，包括：在以Al纯度小于99.0％的Al合金为母材的构成内燃机的燃烧室的部件的表面上，形成与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低，并具有多孔质结构的第一隔热膜的步骤；通过Al纯度在99.0％以上的Al箔的阳极氧化处理，而制作在表面上形成有与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低的多孔质氧化铝的第二隔热膜的步骤；在所述第一隔热膜的表面上粘接所述第二隔热膜的步骤。
此外，第二发明的特征在于，在第一发明中，粘接所述第二隔热膜的步骤为，以所述第一隔热膜的表面粗糙度大于与所述第一隔热膜对置的所述第二隔热膜的表面粗糙度的状态，将所述第二隔热膜配置在所述第一隔热膜的表面上，并使粘接剂流入到所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间且固化的步骤。
此外，第三发明的特征在于，在第一或第二发明中，制作所述第二隔热膜的步骤是以在所述第二隔热膜的两面上开口的细孔彼此在所述第二隔热膜的厚度方向上不连通的阳极氧化处理条件而被实施的。
此外，第四发明的特征在于，在第一至第三发明的任意一个发明中，所述第一隔热膜以及所述第二隔热膜具有在表面上开口的细孔，粘接所述第二隔热膜的步骤为，将所述第二隔热膜配置在所述第一隔热膜的表面上，并使粘接剂以从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜的界面向双方的细孔内侵入的方式而从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间流入且固化的步骤。
为了解决上述的课题，第五发明为一种隔热膜结构，其特征在于，具备：第一隔热膜，其被形成在以Al纯度小于99.0％的Al合金为母材的构成内燃机的燃烧室的部件的表面上，且与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低，并且具有多孔质结构；第二隔热膜，其被形成在所述第一隔热膜的表面上，且通过Al纯度在99.0％以上的Al箔的阳极氧化处理而获得，并且在表面上形成有与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低的多孔质氧化铝。
此外，第六发明的特征在于，在第五发明中，在所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间形成有由粘接剂构成的中间层，所述中间层的内部形成有空隙。
此外，第七发明的特征在于，在第五或第六发明中，所述第二隔热膜具有在两面上开口的细孔，所述细孔彼此在所述第二隔热膜的厚度方向上不连通。
此外，第八发明的特征在于，在第五至第七发明的任意一个发明中，所述第一隔热膜以及所述第二隔热膜具有在表面上开口的细孔，在所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间形成有由粘接剂构成的中间层，所述粘接剂以从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜的界面侵入双方的细孔内的方式而固化。
发明效果
根据第一发明，能够通过Al纯度在99.0％以上的Al箔的两面的阳极氧化处理而制作第二隔热膜，并将该第二隔热膜与第一隔热膜的表面粘接而形成隔热膜。对于通过Al纯度在99.0％以上的Al箔的阳极氧化处理而被制作的第二隔热膜，由于Al箔中几乎不含添加物，因而即使在未研磨状态下，表面粗糙度Ra也小至平均1.0μm左右。因此，能够省略在粘接第二隔热膜之后以平滑化为目的而对该第二隔热膜进行研磨等的工序。即，能够良好地抑制在隔热膜的形成过程中膜性能或膜强度受损的情况。
根据第二发明，能够在相面对的第一隔热膜的表面粗糙度高于第二隔热膜的表面粗糙度的状态下，将第二隔热膜配置在第一隔热膜的表面上，并且使粘接剂流入到该第一隔热膜与第二隔热膜之间且固化。通过使相面对的第一隔热膜的表面粗糙度大于第二隔热膜的表面粗糙度，从而能够在使粘接剂流入时于第一隔热膜与第二隔热膜之间有意地形成空隙，并且在固化后也会残留。因此，能够使固化后的粘接剂部分低热容量化。
在对Al箔的两面进行阳极氧化处理时，将形成在第二隔热膜的两面上开口的细孔。此处，由于第二隔热膜处于第一隔热膜的上表面上并且形成燃烧室侧的最外表面，因此在第二隔热膜的细孔彼此在厚度方向上连通的情况下，燃烧室内的工作气体能够经由第二隔热膜的细孔而到达第一隔热膜侧，从而可能损害第一隔热膜的膜性能。在这一点上，根据第三发明，由于能够在第二隔热膜的内部残留未氧化状态的Al部分，因此能够避免这种不良情况的产生。
根据第四发明，能够使粘接剂以从第一隔热膜与第二隔热膜的界面向双方的细孔内侵入的方式而从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间流入且固化。因此，能够通过由粘接剂产生的锚固效果而牢固地粘接第一隔热膜与第二隔热膜。
根据第五发明，通过即使在未研磨状态下表面粗糙度Ra也小至平均1.0μm左右的第二隔热膜，能够提供一种表面被平滑化了的隔热膜结构。
根据第六发明，通过被形成在中间层的内部的空隙，从而能够使中间层低热容量化。
由于第二隔热膜处于第一隔热膜的上表面上，并且形成燃烧室侧的最外表面，因此在第二隔热膜的细孔彼此在厚度方向上连通的情况下，燃烧室内的工作气体能够经由第二隔热膜的细孔而到达第一隔热膜侧，从而有可能损害第一隔热膜的膜性能。在这一点上，根据第七发明，由于在第二隔热膜的两面上开口的细孔彼此在厚度方向上不连通，因此能够避免这种不良情况的产生。
根据第八发明，通过由粘接剂构成的中间层所产生的锚固效果，从而能够牢固地粘结第一隔热膜和第二隔热膜，所述粘接剂以从第一隔热膜与第二隔热膜的界面侵入双方的细孔内的方式而固化。
附图说明
图1为对隔热膜的形成方法的实施方式进行说明的流程图。
图2为步骤S1刚结束后的燃烧室构成部件的剖视示意图。
图3为步骤S2刚结束后的燃烧室构成部件10的剖视示意图。
图4为用于对步骤S3进行说明的图。
图5为用于对步骤S4进行说明的图。
图6为用于对本发明的隔热膜结构进行说明的图。
图7为压燃式的内燃机的燃烧室的剖视模式图。
具体实施方式
以下，参照图1至图7来对本发明的隔热膜的形成方法以及隔热膜结构的实施方式进行说明。另外，在各个图中，对相同或相当的部分标注相同的符号并简化或省略其说明。
隔热膜的形成方法
首先，对本发明的隔热膜的形成方法的实施方式进行说明。图1为对隔热膜的形成方法的实施方式进行说明的流程图。在本实施方式中，首先，在构成内燃机的燃烧室的部件(以下称为“燃烧室构成部件”)的表面(具体而言，气缸盖的底面或活塞的顶面)上形成第一隔热膜(步骤S1)。燃烧室构成部件为以Al合金(Al纯度小于99.0％)为母材的部件，在本步骤中实施该部件表面的阳极氧化处理。具体而言，在本步骤中，在将燃烧室构成部件设置在处理装置中的基础上，向燃烧室构成部件的表面供给电解液(磷酸、草酸、硫酸、铬酸等水溶液)，并且在调节电流密度和通电时间的同时实施电解。通过该电解而形成膜厚在50μm以上(50μm～200μm)的第一隔热膜。
图2为步骤S1刚结束后的燃烧室构成部件的剖视示意图。如图2所示，在燃烧室构成部件10上形成具有在表面上开口的无数个细孔14的第一隔热膜12。第一隔热膜12为所谓的耐酸铝膜，通过具有在阳极氧化处理的过程中所形成的细孔14的多孔质结构，从而作为与作为母材的Al合金相比热传导率和每单位体积的热容量较低的隔热膜而发挥作用。此外，在第一隔热膜12的内部，除了形成有细孔14以外，还形成有小孔16。小孔16是因用于提升机械性质的添加物(主要为Si)而产生的，通过形成小孔16从而实现了第一隔热膜12的低热容量化。但是，由于形成小孔16而在第一隔热膜12的表面上产生微细的凹凸，从而该段階的第一隔热膜12的表面粗糙度Ra大到平均4.0～5.0μm。
接着步骤S1，第一隔热膜12的表面被实施研磨加工(步骤S2)。具体而言，在本步骤中，对第一隔热膜12的表面中的粘贴第二隔热膜20(后述)的区域(以下，称为“粘贴区域”)在厚度方向上削除与第二隔热膜20的膜厚对应的量。图3为步骤S2刚结束后的燃烧室构成部件10的剖视示意图，并且图示了对应于粘贴区域的第一隔热膜12的表面部分。如图3所示，在粘贴区域依然会产生微细的凹凸，其表面粗糙度Ra为平均3.0～4.5μm。在本步骤的阶段未将粘贴区域的表面粗糙度Ra设为极小的原因在于，为了在后文所述的步骤S3中，在第一隔热膜12与第二隔热膜20之间有意地形成空隙。另外，去除了粘贴区域后的第一隔热膜12的表面并未被实施研磨加工，因此该其他区域的表面粗糙度Ra维持在平均4.0～5.0μm。
接着步骤S2，第二隔热膜被制作(步骤S3)。在本步骤中,与步骤S1同样地实施Al纯度在99.0％以上(优选为99.5％以上)的Al箔(以下，称为“纯Al箔”)的阳极氧化处理。图4为用于对步骤S3进行说明的图。如图4所示，在本步骤中，通过对纯Al箔18(厚度10μm左右)的两面同时进行阳极氧化处理，从而制作(制膜)出开口有无数个细孔14的第二隔热膜20(膜厚20μm左右)。由于同时对纯Al箔18的两面进行阳极氧化处理，因此细孔14在第二隔热膜20的两面上开口。
此处，第二隔热膜20与纯Al箔18相比变厚是因为，在阳极氧化处理时，纯Al箔18的两面的Al朝向内部方向而逐渐被氧化从而使氧化铝(Al2O3)在厚度方向(垂直于纯Al箔18的表面的方向)上生长。另外，对于该Al2O3的生长，在燃烧室构成部件10中也同样如此。即，阳极氧化处理后的燃烧室构成部件10与阳极氧化处理前相比变厚。此外，虽然为了便于说明，在图4中设为纯Al箔18是板状，但实际上是按照燃烧室的壁面形状而对纯Al箔18进行冲压成型，之后再实施阳极氧化处理的(参照图5)。
第二隔热膜20与第一隔热膜12同样，作为与作为母材的Al合金相比热传导率和每单位体积的热容量较低的隔热膜而发挥作用。但是，与形成有小孔16的第一隔热膜12不同，第二隔热膜20具有致密的结构。因此，具有较高的硬度，并且第二隔热膜20的表面粗糙度Ra小至平均1.0μm左右。其原因在于，纯Al箔18中几乎不含杂质，此外，由于纯Al箔18也较薄，因此Al的氧化速度(换言之，Al2O3的生长速度)在同一表面上大致相等。
此处，为了使第二隔热膜20的膜功能发挥作用，优选为，纯Al箔18的大部分被氧化，从而在内部几乎不残存Al部分。但是，由于在细孔14彼此于第二隔热膜20的厚度方向上连通的情况下，工作气体能够在第二隔热膜20的厚度方向上穿过，从而使膜功能降低，因此纯Al箔18全部被氧化的情况并不为优选。基于这样的观点，在本步骤中，以在第二隔热膜20的内部少量残存未氧化状态的Al部分的方式(具体而言，以未氧化状态的Al部分的厚度成为处理前的5％～20％的方式)，在调节电流密度和通电时间的同时实施电解。
接着步骤S3，在第一隔热膜12的表面上粘接第二隔热膜20(步骤S4)。图5为用于对步骤S4进行说明的图。此处，设定为，燃烧室构成部件10为活塞，该活塞的腔室的侧面以及相当于该腔室的外周的锥面的区域为在步骤S2中所说明的粘贴区域。如图5所示，在本步骤中，将第二隔热膜20配置在粘贴区域上，并使耐热性粘接剂(具体而言，为主链骨架中含有硅的硅类聚合物溶液，更具体而言，为含有聚硅氮烷或聚硅氧烷以及醚类的溶剂的聚合物溶液)流入到第一隔热膜12与第二隔热膜20之间。
此处，耐热性粘接剂使用粘性较低的粘接剂。因此，流入到了第一隔热膜12与第二隔热膜20之间的耐热性粘接剂以一样的方式扩散在这些隔热膜之间而形成界面，并且一部分也侵入到这些隔热膜的细孔14内。此外，在这些隔热膜之间形成不存在耐热性粘接剂的空隙。其原因在于，粘贴区域的表面粗糙度Ra大到平均3.0～4.5μm，故此在第一隔热膜12与第二隔热膜20之间产生较小的间隙，因此流入到该间隙内的耐热性粘接剂因侵入到细孔14内而使应该对间隙进行填埋的粘接剂减少。
在耐热性粘接剂流入到第一隔热膜12与第二隔热膜20之间后，对该耐热性粘接剂进行加热而使之固化。加热条件(温度、时间等)只要是能够使耐热性粘接剂固化，并且不会使第一隔热膜12、第二隔热膜20以及燃烧室构成部件10软化的条件，则不被特别地限定。
如上文所述，能够通过纯Al箔18的阳极氧化处理而制作第二隔热膜20，并使该第二隔热膜20粘接于通过燃烧室构成部件10的阳极氧化处理而形成的第一隔热膜12的表面上，从而形成隔热膜。特别地，在本实施方式中，对于在步骤S3中由纯Al箔18制作出的第二隔热膜20的表面粗糙度Ra而言，无论是否处于未研磨状态，均小至平均1.0μm左右。因此，能够省略在第二隔热膜20的粘接后以平滑化为目的而对第二隔热膜20进行研磨等的工序。因此，能够在良好地抑制在隔热膜的形成过程中膜性能或膜强度受损的情况的同时，形成表面被平滑化了的隔热膜。
然而，虽然在上述实施方式中，在步骤S2与步骤S4之间实施步骤S3，但步骤S3的处理时机既可以在步骤S1与步骤S2的处理之间，也可以在步骤S1的处理之前。即，可以在燃烧室构成部件10的表面上形成第一隔热膜12，并在对该第一隔热膜12的表面进行研磨加工之前制作第二隔热膜20。此外，还可以在制作出第二隔热膜20之后，在燃烧室构成部件10的表面上形成第一隔热膜12，并对该第一隔热膜12的表面进行研磨加工。
此外，在上述实施方式中，设定为，第一隔热膜12为耐酸铝膜，并在步骤S1中通过对燃烧室构成部件10的表面进行阳极氧化处理而形成。但是，第一隔热膜12也可以为氧化锆(ZrO2)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化钇(Y2O3)、氧化钛(TiO2)等陶瓷喷涂膜。陶瓷喷涂膜为，在步骤S1中通过向燃烧室构成部件10的表面喷涂材料而被形成的膜，与耐酸铝膜一样，作为与作为燃烧室构成部件10的母材的Al合金相比热传导率较低的隔热膜而发挥作用。此外，由于这些喷涂膜具有在喷涂过程中所形成的内部气泡，因此与耐酸铝膜相同，作为与Al合金相比每单位体积的热容量较低的隔热膜而发挥作用，另一方面，存在表面粗糙度容易变高的倾向。
隔热膜结构
接下来，对本发明的隔热膜结构的实施方式进行说明。图6为用于对本发明的隔热膜结构进行说明的图，并且图示了在步骤S2中所说明的粘贴区域的剖视示意图。如图6所示，在燃烧室构成部件10的表面上形成有：第一隔热膜12，其具有细孔14和小孔16；第二隔热膜20，其具有细孔14。组合第一隔热膜12与第二隔热膜20而得到的隔热膜整体在层叠方向上的膜厚在50μm以上(50μm～200μm)。
正如前文所述，第一隔热膜12与第二隔热膜20作为与作为母材的Al合金相比热传导率和每单位体积的热容量较低的隔热膜而发挥作用。因此，能够提升壁面温度相对于燃烧室内的工作气体温度的追随性而获得各种效果。即，能够在内燃机的进气行程或压缩行程中抑制由进气的加热所引起的爆燃或异常燃烧的产生，从而在燃烧行程中减少冷却损失而改善耗油率。另外，对于这种隔热膜的特性、由隔热膜带来的效果，可以参照例如日本特开2013-060620号公报、日本特开2013-024142号公报或日本特开2015-031226号公报。
此外，正如前文所述，第二隔热膜20的表面粗糙度Ra小至1.0μm左右。因此，能够良好地抑制由热传递面积的增加引起的隔热性能的降低或喷射燃料、生成火焰的流动性的降低等随着隔热膜的形成而出现的不良情况的产生。特别地，在压燃式的内燃机中，从喷射器喷射出的燃料在与腔室的侧面或该腔室的外周的锥面碰撞之后，向燃烧室内扩散开来(参照图7)。因此，通过至少在侧面和锥面上设置表面粗糙度Ra较小的第二隔热膜20，从而能够促进喷射燃料向燃烧室内的扩散。
此外，如图6所示，在第一隔热膜12与第二隔热膜20之间形成有中间层22。中间层22为由上述的耐热性粘接剂构成的层，通过以侵入到第一隔热膜12的细孔14内、第二隔热膜20的下表面(与第一隔热膜12对置的面)的细孔14内的方式而固化，从而与第一隔热膜12和第二隔热膜20牢固地接合(锚固效果)。另外，由于耐热性粘接剂侵入到细孔14内，因此在第一隔热膜12与中间层22之间，或者，在第二隔热膜20与中间层22之间没有明确的边界。
此外，如图6所示，在中间层22的内部形成有空隙24。空隙24来源于在上述的步骤S3中有意地形成的空隙，通过形成这种空隙24，从而能够在中间层22中也实现低热容量化，由此提高上述的壁面温度的追随性。
但是，构成中间层22的耐热性粘接剂与构成第一隔热膜12或第二隔热膜20的耐酸铝相比强度较低，从而可能会因燃烧室内的压力变动、高压喷射燃料的碰撞等而破损。在这一点上，在本实施方式中，由于在第二隔热膜20的内部残留未氧化状态的Al部分，从而细孔14彼此在第二隔热膜20的厚度方向上不连通，因此能够通过该Al部分来对燃烧室内的压力变动进行吸收，或者，阻隔高压喷射燃料的侵入从而保护中间层22。此外，由于该Al部分残留，因此不会使工作气体在第二隔热膜20的厚度方向上穿过，从而能够良好地抑制上述的壁面温度的追随性降低的情况。
符号说明
10 燃烧室构成部件；
12 第一隔热膜；
14 细孔；
16 小孔；
18 纯Al箔；
20 第二隔热膜；
22 中间层；
24 空隙。

Claims (10)

1.一种隔热膜的形成方法，其特征在于，包括：
在以Al纯度小于99.0％的Al合金为母材的构成内燃机的燃烧室的部件的表面上，形成与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低，并具有多孔质结构的第一隔热膜的步骤；
通过Al纯度在99.0％以上的Al箔的阳极氧化处理，而制作在表面上形成有与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低的多孔质氧化铝的第二隔热膜的步骤；
在所述第一隔热膜的表面上粘接所述第二隔热膜的步骤。
2.如权利要求1所述的隔热膜的形成方法，其特征在于，
粘接所述第二隔热膜的步骤为，以所述第一隔热膜的表面粗糙度大于与所述第一隔热膜对置的所述第二隔热膜的表面粗糙度的状态，将所述第二隔热膜配置在所述第一隔热膜的表面上，并使粘接剂流入到所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间且固化的步骤。
3.如权利要求1或2所述的隔热膜的形成方法，其特征在于，
制作所述第二隔热膜的步骤是以在所述第二隔热膜的两面上开口的细孔彼此在所述第二隔热膜的厚度方向上不连通的阳极氧化处理条件而被实施的。
4.如权利要求1或2所述的隔热膜的形成方法，其特征在于，
所述第一隔热膜以及所述第二隔热膜具有在表面上开口的细孔，
粘接所述第二隔热膜的步骤为，将所述第二隔热膜配置在所述第一隔热膜的表面上，并使粘接剂以从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜的界面向双方的细孔内侵入的方式而从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间流入且固化的步骤。
5.如权利要求3所述的隔热膜的形成方法，其特征在于，
所述第一隔热膜以及所述第二隔热膜具有在表面上开口的细孔，
粘接所述第二隔热膜的步骤为，将所述第二隔热膜配置在所述第一隔热膜的表面上，并使粘接剂以从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜的界面向双方的细孔内侵入的方式而从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间流入且固化的步骤。
6.一种隔热膜结构，其特征在于，具备：
第一隔热膜，其被形成在以Al纯度小于99.0％的Al合金为母材的构成内燃机的燃烧室的部件的表面上，且与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低，并且具有多孔质结构；
第二隔热膜，其被形成在所述第一隔热膜的表面上，且通过Al纯度在99.0％以上的Al箔的阳极氧化处理而获得，并且在表面上形成有与所述母材相比热传导率和每单位体积的热容量较低的多孔质氧化铝。
7.如权利要求6所述的隔热膜结构，其特征在于，
在所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间形成有由粘接剂构成的中间层，
所述中间层的内部形成有空隙。
8.如权利要求6或7所述的隔热膜结构，其特征在于，
所述第二隔热膜具有在两面上开口的细孔，
所述细孔彼此在所述第二隔热膜的厚度方向上不连通。
9.如权利要求6或7所述的隔热膜结构，其特征在于，
所述第一隔热膜以及所述第二隔热膜具有在表面上开口的细孔，
在所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间形成有由粘接剂构成的中间层，所述粘接剂以从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜的界面侵入双方的细孔内的方式而固化。
10.如权利要求8所述的隔热膜结构，其特征在于，
所述第一隔热膜以及所述第二隔热膜具有在表面上开口的细孔，
在所述第一隔热膜与所述第二隔热膜之间形成有由粘接剂构成的中间层，所述粘接剂以从所述第一隔热膜与所述第二隔热膜的界面侵入双方的细孔内的方式而固化。
CN201610237206.5A 2015-04-17 2016-04-15 隔热膜的形成方法及隔热膜结构 Expired - Fee Related CN106042525B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015085365A JP6274146B2 (ja) 2015-04-17 2015-04-17 遮熱膜の形成方法および遮熱膜構造
JP2015-085365 2015-04-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106042525A CN106042525A (zh) 2016-10-26
CN106042525B true CN106042525B (zh) 2018-02-06

Family

ID=57043850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610237206.5A Expired - Fee Related CN106042525B (zh) 2015-04-17 2016-04-15 隔热膜的形成方法及隔热膜结构

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10173372B2 (zh)
JP (1) JP6274146B2 (zh)
CN (1) CN106042525B (zh)
DE (1) DE102016106931B4 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6561081B2 (ja) * 2016-12-27 2019-08-14 三菱アルミニウム株式会社 フラックスフリーろう付用のブレージングシート、フラックスフリーろう付方法および熱交換器の製造方法
US11229978B2 (en) 2016-12-27 2022-01-25 Mitsubishi Aluminum Co., Ltd. Brazing sheet for flux-free brazing, method for flux-free brazing and method for manufacturing heat exchanger
EP3670178A4 (en) * 2017-08-14 2020-07-01 Nissan Motor Co., Ltd. HEAT SHIELD COMPONENT
CN109776833B (zh) * 2017-11-14 2021-09-24 杜邦公司 具有耐刮涂层的透明聚合物膜或片材
CN108952992B (zh) * 2018-07-18 2020-03-27 刘艳阳 用于提高内燃机热效率的装置
JP7077902B2 (ja) * 2018-10-01 2022-05-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP6942157B2 (ja) * 2019-05-24 2021-09-29 株式会社豊田中央研究所 遮熱膜、被覆部材およびその製造方法
US11599170B2 (en) * 2020-06-01 2023-03-07 Dell Products L.P. Management of a thermally regulated structure of an information handling system
RU2740550C1 (ru) * 2020-07-24 2021-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Способ получения дифференциальных терморегулирующих покрытий космического назначения на изделиях из алюминия и алюминиевых сплавов
JP2021050742A (ja) * 2021-01-04 2021-04-01 株式会社Ihi 燃料噴射弁

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104114752A (zh) * 2012-02-12 2014-10-22 株式会社Uacj 表面处理铝材及其制造方法以及被覆树脂的表面处理铝材

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4823569B2 (zh) 1971-05-15 1973-07-14
US4085012A (en) * 1974-02-07 1978-04-18 The Boeing Company Method for providing environmentally stable aluminum surfaces for adhesive bonding and product produced
JPH02301596A (ja) * 1989-05-16 1990-12-13 Minoru Mitani アルミニウム又はその合金の表面処理方法
US5582884A (en) * 1991-10-04 1996-12-10 Alcan International Limited Peelable laminated structures and process for production thereof
US5253625A (en) * 1992-10-07 1993-10-19 Brunswick Corporation Internal combustion engine having a hypereutectic aluminum-silicon block and aluminum-copper pistons
DE19632275C2 (de) * 1996-08-09 2001-02-22 Drei Bond Gmbh Chemische Verbi Dichtungs- und Klebeverfahren für Bauteilverbindungen
CA2599300A1 (en) * 2005-02-28 2006-09-08 Dow Global Technologies Inc. Method of attaching components and article formed using same
JP5315308B2 (ja) * 2010-08-25 2013-10-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関とその製造方法
JP5707826B2 (ja) 2010-09-30 2015-04-30 マツダ株式会社 アルミ合金製品の断熱構造
JP2012122445A (ja) 2010-12-10 2012-06-28 Isuzu Motors Ltd 内燃機関のピストン構造
JP2012162769A (ja) * 2011-02-07 2012-08-30 Kanagawa Acad Of Sci & Technol 陽極酸化ポーラスアルミナの製造方法並びにその方法により製造された陽極酸化ポーラスアルミナ
JP5607582B2 (ja) 2011-07-06 2014-10-15 トヨタ自動車株式会社 エンジンバルブの製造方法
JP2013024142A (ja) 2011-07-21 2013-02-04 Toyota Motor Corp ピストン
JP5642640B2 (ja) 2011-09-12 2014-12-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関とその製造方法
JP6036368B2 (ja) * 2013-02-12 2016-11-30 マツダ株式会社 エンジン燃焼室の断熱構造体及びその製造方法
US10000859B2 (en) * 2013-02-19 2018-06-19 Alumiplate, Inc. Hard aluminum films formed using high current density plating
JP5913227B2 (ja) 2013-08-05 2016-04-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関とその製造方法
WO2015147162A1 (ja) * 2014-03-27 2015-10-01 スズキ株式会社 アルミニウム部材の表面被覆方法及び表面被覆アルミニウム部材並びに内燃機関用ピストン
JP6418498B2 (ja) * 2014-03-27 2018-11-07 スズキ株式会社 陽極酸化処理方法及び内燃機関の構造
JP6046665B2 (ja) * 2014-06-10 2016-12-21 トヨタ自動車株式会社 断熱膜の形成方法および断熱膜
JP6260492B2 (ja) * 2014-08-11 2018-01-17 トヨタ自動車株式会社 直噴式エンジンのピストンの製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104114752A (zh) * 2012-02-12 2014-10-22 株式会社Uacj 表面处理铝材及其制造方法以及被覆树脂的表面处理铝材

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016204689A (ja) 2016-12-08
CN106042525A (zh) 2016-10-26
US20180305836A1 (en) 2018-10-25
DE102016106931B4 (de) 2021-05-12
US11046019B2 (en) 2021-06-29
US10173372B2 (en) 2019-01-08
US20160305037A1 (en) 2016-10-20
JP6274146B2 (ja) 2018-02-07
DE102016106931A1 (de) 2016-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106042525B (zh) 隔热膜的形成方法及隔热膜结构
JP5315308B2 (ja) 内燃機関とその製造方法
US11679580B2 (en) Ceramic shell, mobile terminal and method for manufacturing ceramic shell
JP6178303B2 (ja) 内燃機関
EP2422902B1 (en) Cylinder liner for insert casting use
EP3219827A1 (en) Heat-resistant member provided with heat-shielding coating, and method for manufacturing same
TWI607117B (zh) 積層體之製造方法及積層體
JP5655813B2 (ja) 内燃機関とその製造方法
KR20080027931A (ko) 실린더 라이너 및 그 제조 방법
CN110056423B (zh) 压缩自点火式内燃机
CN106493371B (zh) 一种致密金属法兰多孔金属管的制备方法
US20070079948A1 (en) Manufacturing Method of Semi-Finished Piston with Inner Cooling Channel through Liquid Extrusion Process
JP2013014830A (ja) エンジンバルブの製造方法
JP6260492B2 (ja) 直噴式エンジンのピストンの製造方法
CN205324701U (zh) 浸渗装置及具有其的浸渗系统
JP6394105B2 (ja) アルミ複合材の遮熱コーティング方法及びその構造並びにピストン
US20180266327A1 (en) Flow devices and methods of making the same
EP3404243B1 (en) Piston for internal combustion engines and method for producing piston for internal combustion engines
CN110153428A (zh) 用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置
JP2014117744A (ja) 内燃機関のピストンの製造方法、内燃機関のピストンの製造装置、及び内燃機関
JP4376127B2 (ja) 減圧鋳造用金型の製造方法
JP4119348B2 (ja) 高強度金属基複合部材の製造方法
KR101840275B1 (ko) 차량용 질석 코어 및 그 제조 방법
CN105603239A (zh) 一种Al合金无压浸渗TiH2粉末制备多孔Ti3Al金属间化合物的方法
JP2003145245A (ja) 鍛造成形型装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180206