JP2005504884A - 陽極酸化マグネシウム又はマグネシウム合金製ピストン及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

内燃エンジンに使用する、ヘッド及びスカートを有する陽極酸化されたマグネシウム製ピストンに関する。このピストンは、４．０重量％以上の希土類金属を有する、非繊維強化型のマグネシウムをベースとした合金を含有している。ピストンはさらに、外部表面を有しており、その少なくとも一部は、フッ化マグネシウム、マグネシウムオキソフロオライド若しくは酸化マグネシウム又はこれらの混液が、電気化学的に陽極酸化されたベース層を有している。

Description

【０００１】
（本発明の技術分野）
本発明は、軽量な陽極酸化マグネシウム又はマグネシウム合金製ピストン及びその製造方法に関する。
【０００２】
（本発明の背景技術）
内燃エンジンにおいてピストンを適切に機能させるべく、ピストンは、種々の要件を満たす必要がある。第一に、ピストンは、エンジンの燃焼に関連する外部温度（６００から６５０°Ｆ）に耐え得る必要がある。さらに特に、ピストンは、極限状態の温度及び圧力を反復的に曝露した後にその形状を実質的に保持し得る必要がある。言い換えれば、理想的なピストンは、限定的な「クリープ（ｃｒｅｅｐ）」又は変形を示すべきである。クリープは、極度の熱や圧力を曝露した際、熱及び圧力を取り除いた後にその元の位置へと戻ることなく、どの程度、特定の材料が変形又は移動（つまり、クリープ）するかを示す指標である。ピストンに関するその他の望ましい特性には、良好な硬度及び磨耗抵抗性を含んでいる。
【０００３】
この基準において、内燃機関におけるピストンは典型的に、アルミニウム又はアルミニウム合金にて製造されてきた。ピストンの動きは、ピストンがエンジン内部で往復する際、クランクシャフトへの横方向の応力を強いる振動を生じる。これらの応力は、しばしば、より大きなエンジンにおいて高価な平衡システムによりバランスを保たれる。結果として、エンジンの制御中、より少ない振動を生じるより軽量なピストンが継続して模索されている。
【０００４】
より軽量なマグネシウム及びマグネシウムをベースにした合金製のピストンの使用が試みられてきている。マグネシウム製ピストンは、より低い４００から５００°Ｆなる温度範囲にて限定的に内燃エンジンに使用されてきた；しかしながら、マグネシウム製ピストンは、高温（６００から６５０°Ｆ）に曝露した際、さらに典型的には、エンジンの燃焼に関連して、上述に開示したような必要とされる特性を維持することが一般的に不可能である。さらに特に、このマグネシウム製ピストンは、ピストンが経時的にシリンダーボアから離れて凝縮する傾向にあるように、クリープを呈する。さらに現在では、ピストンの磨耗もまた、マグネシウム及びマグネシウム合金製ピストンにおいて問題となっている。
【０００５】
（本発明の概略）
一つの面において、本発明は、内燃エンジンのための、ヘッド及びスカートを有する陽極酸化マグネシウム製ピストンを供する。このピストンは、希土類金属を４．０重量％以上含有する、非繊維質強化型のマグネシウムをベースにした合金を有している。このピストンは、さらに外部表面を備えており、少なくともその一部は、マグネシウムフルオライド、マグネシウムオキソフルオライド若しくは酸化マグネシウム又はこれらの混液を電気化学的に陽極酸化したベース層と、内部表面とを有している。
【０００６】
第２の面において、本発明は、内燃エンジンのための、ヘッド及びスカートを有するマグネシウムをベースにした合金製ピストンの製造工程を供する。この方法は、希土類金属を４．０重量％以上含有する、非繊維質強化型のマグネシウムをベースにした合金を用いて、ピストンを鋳造することを有している。このピストンは、内部表面及び外部表面を有している。この方法はさらに、このピストンを、フッ素イオンを含有する電気化学バスに浸漬し、このバスに電流を供し、ピストンの外部表面の少なくとも一部に、フッ化マグネシウム、マグネシウムオキソフルオライド若しくは酸化マグネシウム又はこれらの混液のベース層を電気化学的に陽極酸化し、かつ、スカート上に低摩擦の外部表面を供することをさらに有している。
【０００７】
第３の面において、本発明は、内燃エンジンのために、ピストンの磨耗抵抗及び硬度を向上させる方法を供する。この方法は、内部表面及び外部表面を有するピストンを形成するように、希土類金属を４．０重量％以上含有する、非繊維質強化型のマグネシウムをベースにした合金を鋳造することを有している。この方法は、ピストンを冷却され温度制御された、フッ素イオンを含有する電気化学バスに浸漬し、このバスに電流を供し、かつ、ピストンの外部表面の少なくとも一部に、フッ化マグネシウム、マグネシウムオキソフルオライド若しくは酸化マグネシウム又はこれらの混液のベース層を電気化学的に陽極酸化することをさらに有している。この陽極酸化された層は、磨耗抵抗及び硬度が向上されている。本発明の別の面において、この方法は、エンジンを使用する際、エンジンにおいて、バランスを取り、かつ振動を軽減するように、単気筒内燃エンジンにこのピストンを使用することをさらに有している。
【０００８】
（図面の説明）
本発明の実施例を詳細に説明する前に理解すべきことは、本発明は、以下の既述に開示している詳細な成分及び部材の濃度に適用することに限定されるものではない。本発明は、その他の実施例により実行及び実用可能であり、種々の方法により実行可能である。また、ここに用いられている語法及び専門用語は、既述を目的としており、限定的にみなされるべきではない。
【０００９】
（本発明の詳細な記述）
本発明は、向上された磨耗抵抗性、硬度及びクリープ強度特性を有するピストン及びその製造方法を供する。さらに特に、本発明は、部分的又は全体的に、電気化学的に陽極酸化されたマグネシウム又はマグネシウムをベースとした合金製のピストンを供する。このマグネシウムをベースとした合金は、好ましくは、種々の繊維にて強化されておらず、かつ、希土類金属を含有していてもよい。一般的に、このピストンは、フッ素イオンが存在する、冷却され、温度制御された電気化学バス、例えば、フッ化水素含有バスなど、に導入される。このマグネシウム合金は、その後、相対的に高電圧の整流装置が、電気化学セルにＡＣ／ＤＣ信号の組み合わせを供給するように、電解槽中で、陽極を製造される。この陽極酸化又は酸化は、ピストンの浸漬された部分にフッ化マグネシウム、マグネシウムオキソフロオライド及び酸化マグネシウムの混合層を供する。酸化ケイ素を含有する任意の第２層は、ベース層に陽極酸化されてもよい。
【００１０】
広範なマグネシウム及びマグネシウムをベースにした合金は、ピストンを製作するのに使用されてもよい。図２及び３に示すように、ピストン１０は、ピストンヘッド１４、ピストンランド１８、リストピンボス２２及び２６、並びに外部表面及び内部表面３４、３８を有するスカート３０を含んでいる。さらに一般的に、ピストン１０は、ピストンヘッド１４、ピストンランド１８及びスカート３０の外部表面３４を有する外部表面４２と、スカート３０の内部表面３８を有する内部表面４６（図示せず）とを備えている。
【００１１】
下記の表Ｉは、この陽極酸化工程に使用可能なマグネシウム合金を示している。この図は、いかなる方法によっても、限定として解釈されるべきではない。
【００１２】
表Ｉ
部材の重量％
【００１３】
【表１】

Ｄ．Ｃ．＝ダイキャスト
Ｃ＝キャスト
ＲＥ＝希土類金属。
【００１４】
ピストンが鋳造されるのに適切なその他の合金は、英国のＭａｇｎｅｓｉｕｍ Ｅｌｅｋｔｒｏｎ社により開発された高い強度のマグネシウムをベースにした鋳造合金であるＥｌｅｋｔｒｏｎ（登録商標）ＷＥ４３Ａである。この合金の重量当たりの化学的組成は以下のとおりである：
イットリウム ３．７−４．３％
ネオジム ２．０−２．５％
希土類 ０−１．９％
ジルコニウム 最小で０．４％
マグネシウム ベース。
【００１５】
この希土類金属は、重希土類金属を備えており、主としてイッテルビウム、エルビウム、ディスポシウム及びガドリニウムである。この重希土類金属画分は、合金のイットリウム含量に直接関連している（つまり、イットリウムは、公称８０％、２０％の重希土類（ＨＲＥ）混合物として存在している）。このマグネシウム合金に含有される希土類金属を有することは、陽極酸化工程において良好に機能すると考えられており、さらに、得られるピストンの磨耗特性、硬度、及びクリープ強度をさらに向上させると考えられている。
【００１６】
約１．０から２．０％のカルシウムを含有するその他のマグネシウムをベースにした合金もまた使用されてもよい。例えば、マグネシウム及び１−２％のカルシウムを含有している、マグネシウムをベースにした合金ＭＲＩ−１５３は、本発明に使用するのに適している。
【００１７】
ピストンが鋳造されてもよいその他の適切な合金は、重量当たり、約３．６−４．４％のアルミニウム、約２．０−３．０％の希土類金属、最小で約０．１％のマンガン、最大で約０．００１％のニッケル、最大で約０．００４％の鉄およびその他がマグネシウムを有している。この合金は、ニッケル及び鉄を含有していなくてもよい。
【００１８】
ピストンが鋳造されてもよいその他の適切な合金は、重量当たり、約１．０−２．０％のアルミニウム、約１．０−１．４％のケイ素、最小で約０．４％のマンガン及びその他がマンガンを有している。
【００１９】
上述の合金は、ダイ鋳造又はその他の同様な手法の後に、下述の方法を使用して陽極酸化されることが可能な、ピストンを製造するのに使用してもよい。陽極酸化された層の適用は、良好なクリーニング実用と組み合わせて最も良好に実行される。典型的には、図１の工程フロー図に示したクリーニング工程は、表面を脱脂し、洗浄するのに十分である。加えて、この手法は、穏やかなアルカリエッチングを使用して、マグネシウム合金製ピストン上に存在する可能性のあるマイナーな腐蝕物を除去することが可能である。好適なアルカリエッチングは、約１〜１０分で、７０〜８０℃を必要とし、その後、リンスを行う。ダイキャスト合金を磨くのに一般的に使用されるこの溶液は、１０分間の処理の後、若干の金属の損失を招く可能性がある。脱脂及びアルカリエッチングステップは、前陽極酸化ステップに任意である。
【００２０】
未処理のマグネシウム製ピストン又は洗浄済みのマグネシウム製ピストンは、その後、第１電気化学バスにて処理される。典型的に、このピストンは、このバスにスプリング荷重される。このスプリングは、陽極酸化を行いながら、バス中でピストンを保持し、かつ、良好な電気的接触を供する。この第１電気化学バスは、洗浄し、かつ、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム若しくはマグネシウムオキソフルオライド又はこれらの混液の層をこのピストン上に形成させる。第１電気化学バスは、溶解性水酸化物又は穏やかな酸性化合物及び溶解性フッ化物を含有する水性電解溶液を備えている。本発明に用いるのに適切な水酸化物の例には、アルカリ金属水酸化物、水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムを含む。溶解性フッ化物には、フッ化アンモニウム、二フッ化アンモニウム、アルカリ金属フッ化物及びフッ化水素を含む。ピストンの陽極酸化中、溶液の酸性度を保持すべく、さらにフッ化物溶液を加えてもよい。
【００２１】
第１電気化学バスにおいて、ピストンは、陽極として機能する。一般に、この電気化学バスを保持している容器は、陰極として使用されているが、分離した陰極をこのバス中に浸漬してもよい。陽極は、スイッチを介して整流装置に取り付けられてもよいし、容器を直接整流装置に取り付けてもよい。整流装置は、ＤＣ信号を電気化学セルへと供給する。整流装置及びスイッチは、電気化学的組成を制御する目的のため、マイクロプロセッサーコントロールとつながって配置されてもよい。
【００２２】
マイクロプロセッサーは、スイッチを制御してもよく、直流又はパルス状のＤＣ信号を供する。好ましくは、このＤＣ信号は、パルス状又は所望の電流密度が達成されるまで、平均電流を線形的に増加する変調されたパルスである。典型的には、ピストンは、約５分から２５分間、ＤＣ電流に印加されてもよい。電流の曝露時間、並びに、パルス状及び直流電流を変化させることは、ピストンに適用される最終的な硬度及び厚みに影響を与える可能性がある。好ましくは、この電流は、パルス化されていることであり、このことは、一定温度でより一貫した陽極酸化表面を供することになる。一般的に、相対的な高電圧には、１５０ボルト以上が使用され、１５０から３００ボルトが好適である。
【００２３】
電気化学的堆積工程に使用される条件は、以下が好ましい：
表ＩＩ
【００２４】
【表２】

マグネシウムをベースにしたピストンは、ピストン表面に存在する不純物を洗浄し、その上にベース層を形成させるべく、十分な時間、第１電気化学バスに保持される。これにより、このマグネシウム製ピストンを、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム若しくはマグネシウムオキソフルオライド又はこれらの混液を有する第１層又はベース層にてコートする。このバスにピストンを限定しすぎて曝露することは、第１層の不十分な形成及び／又はマグネシウム製ピストンにおける不十分な洗浄をもたらす可能性がある。電気化学バスに過剰に曝露することは非経済的かもしれない。なぜなら、この工程時間が増加し、第１層が必要以上に厚みを有し、かつ、不均一にもなる可能性があるためである。このベース層は、組成及び一般にピストンの表面にわたった厚みにおいて均一であり、かつ、その上に第２の任意の無機層（下述）が堆積される可能性のある、優れたベース特性を供する。一般に、第１層の厚みは、約５から２５μｍであって、より好ましくは、７．５から１２μｍ厚である。
【００２５】
第１電気化学バスへの曝露は、マグネシウムピストンの表面を洗浄又は酸化する一方、ベース層をも供する。このベース層は、任意の第２層を形成する可能性のある組成に適合性を有し、かつ、この任意の第２層の接着に良好な基板を供する。任意の第２層へのこれら化合物の適合性は、金属基板の相当なエッチングを行うことなく、単一な様式にて、酸化ケイ素を有する層の堆積を可能としている。加えて、第１層及び第２層の両方は、この合金中の他の金属の酸化物及び陽イオンの酸化物を先の電解溶液中に有していてもよい。
【００２６】
酸化ケイ素は、第１電気化学バスにケイ酸塩を添加することにより、あるいは、下述するように、陽極酸化されたマグネシウム製ピストンを第２電気化学バスに浸漬することにより、このマグネシウム製ピストンに適用されてもよい。
【００２７】
第２電気化学バスを使用する場合、前処理されたピストンは、第２電気化学バスに浸漬される前に、第１電気化学バスへの曝露の後の種々の不純物を除去すべく、水にて好ましく洗浄される。第２電気化学バスは、２から１５ｇ／Ｌの溶解性水酸化物又は弱酸化合物、フッ化物及びフッ化ケイ酸塩からなる群から選択された約２から１４ｇ／Ｌの溶解性フッ化物、及び５から４０ｇ／Ｌのケイ酸塩を有している。好ましい水酸化物は、アルカリ金属水酸化物であり、最も好ましくはこの水酸化物は、水酸化カリウムである。
【００２８】
アルカリ金属フッ化物、フッ化水素、二フッ化アンモニウムやフッ化アンモニウム若しくはアルカリ金属フッ化ケイ酸塩などのフッ化ケイ酸塩又はこれらの混液は、すべてフッ化物含有化合物として機能させてもよい。好ましくは、フッ化物の源は、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属フッ化ケイ酸塩若しくはフッ化水素又はこれらの混液を備えている。最も好ましくは、このフッ化物の源は、アルカリ金属フッ化物を備えている。最も好ましい源は、フッ化カリウムである。
【００２９】
再び記するが、ケイ酸塩は、上述の第１電気化学バス又は第２電気化学バスのどちらかに添加されてもよい。「ケイ酸塩」は、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ金属フッ化ケイ酸塩、ケイ酸塩等価物若しくはコロイダルシリカなどの置換物及びこれらの混液を参照している。より好ましくは、このケイ酸塩は、アルカリ金属ケイ酸塩を備えており、最も好ましくは、このケイ酸塩は、ケイ酸カリウムである。
【００３０】
フッ化ケイ酸塩は、水性溶液中でフッ化物及びケイ酸塩の両方を供してもよい。したがって、上記のバス中にて十分な濃度のフッ化物を供すべく、約２から１４ｇ／Ｌのフッ化ケイ酸塩のみを用いてもよい。他方、十分な濃度のケイ酸塩を供すべく、約５から４０ｇ／Ｌのフッ化ケイ酸塩を使用してもよい。もちろん、必要な溶液濃度を供すべく、他のフッ化物及びケイ酸塩の源と組み合わせて、このフッ化ケイ酸塩を使用してもよい。さらに、理解されることは、少なくとも約１１のｐＨを有する水性溶液中で、フッ化ケイ酸塩は、この水性溶液中でフッ化物イオン及びケイ酸塩を供すべく加水分解されるであろうことである。
【００３１】
水溶性電解溶液の組成範囲は、以下の表に記載されている。
【００３２】
表ＩＩＩ
【００３３】
【表３】

電気化学的堆積工程の条件は、好ましくは以下の通りである。
【００３４】
表ＩＶ
【００３５】
【表４】

これらの反応条件は、約９０分以内に、約４０μｍ以上の無機コーティーングを形成させる。長時間、電圧差を保持することは、より厚いコーティーングを堆積させることになる。しかしながら、最も実用的な目的に関して、約１０から３０μｍの厚みのコーティーンが最も好適であり、約５から２０分間のコーティーング時間にて得られる。
【００３６】
比較的高い１５０ボルト以上の電圧の結果として、この堆積中、スパーク工程（ｓｐａｒｋ ｐｒｏｃｅｓｓ）が展開する。このスパーク作用は、第１化学ステップにて製造された層の絶縁破壊電圧よりも大きく適用された電圧及び電解ステップにて展開したコーティーングの結果であり、かつ、１０００℃以上と算出される温度を発生する。これらの限局的な高い温度は、マグネシウム製ピストンにケイ酸塩及び酸化物の融合をもたらす。マグネシウム製ピストン１０の外部表面の少なくとも一部に、フッ化マグネシウム、マグネシウムオキソフルオライド及び酸化マグネシウムの混液を有する層（及び任意のケイ酸塩層）が適用された後、スカート３０の外部表面３４上に低摩擦表面が設けられる。低摩擦表面が設けられていないと、外部スカート３４の陽極酸化部分は、ピストン１０を収納する鋳造鉄ボアを研磨又は拒絶する可能性がある。
【００３７】
スカート３０の陽極酸化された外部表面３４の低摩擦表面を供し、かつ、粗さを減少させるべく、種々の方法を用いてもよい。摩擦及びこれにより生じる磨耗を阻止すべく、外部スカート上に低摩擦表面を供することは望ましいが、ピストンリング間のランドに低摩擦表面を設ける必要はない。なぜなら、リングの径は、典型的にスカートの径よりも大きく、つまり、ランドはボアに接触しないからである。
【００３８】
スカート３０の外部表面３４に低摩擦表面を設けるのに最も好適な方法は、表面を機械加工し、磨き（ｓａｎｄｉｎｇ）、かつ研磨することである。言い換えれば、本技術分野に公知のこれらの手法は、陽極酸化された層を除去することなく、陽極酸化工程にて外部スカート上に形成されたピークを減少させかつ除去するのに使用されてもよい。図４は、ピストンの一つの実施例を示しており、この中で、スカートの陽極酸化された表面は、機械加工され、磨かれ、あるいは研磨される。
【００３９】
代替的に、ＤｕＰｏｎｔ社により製作されたＴＥＦＬＯＮ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）は、本技術分野に周知のシルクスクリーン又はパッド印刷工程を用いて、スカート３０の外部表面３４に適用されてもよい。好ましくは、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）は、シクロヘキサノールなどの石油ベースの液体溶媒を用いて適用される。続いて、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）は、陽極酸化されたマグネシウム基板に付着させるべく、約１５から４０分間、４００°Ｆの温度にてこの表面に焼成又は硬化される。図５は、ピストンの実施例を示しており、この中で、スカートの外部表面は、ポリテトラフルオロエチレン層を有している。
【００４０】
低摩擦表面を設けるのに適用可能な最適な基板のその他の例は、Ａｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ社（Ｐｏｒｔ Ｈｕｒｏｎ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）の登録商標であるＥＭＲＡＬＯＮ（登録商標）である。ＥＭＲＡＬＯＮ（登録商標）は、固体又は液体基板が永続的に非常に弱く接着するところへの非固着性フルオロカーボンコーティーングである。ＥＭＲＡＬＯＮ（登録商標）に関する摩擦係数は、一般に０．０５から０．２０の範囲である。これは、４５０°Ｆから持続的に５００°Ｆまで及び断続的に６００°Ｆまでの温度範囲にて、優れた熱抵抗性及び極低温での安定性を有している。ＥＭＲＡＬＯＮ（登録商標）の化学的抵抗性は、化学的環境下でも通常影響されない。
【００４１】
フルオロポリマーやグラファイトなどの湿潤した樹脂に結合したドライフィルムの滑剤もまた、ピストンに適用されてもよく、一貫したピストン径を達成すべくコーティーング厚みを調節可能である。かかるコーティーング及び関連する方法は、Ｐｅｎｒｉｃｅらによる米国特許第５，４３５，８７２号明細書に開示されており、この文献の全てをここに取り込む。同様に、表面の摩擦及び粗さは、Ｓｃｈｅｎｋｅｌらによる米国特許第４，９８７，８６５号明細書に開示されている、のこぎり歯の表面仕上げとフルオロカーボンポリマーのコーティーングを組み合わせることにより低減可能であり、この文献をここに取り込む。
【００４２】
さらに、平滑な外部スカート表面を供すべく、カルボン酸又はこの誘導体を有するカルボン酸の少なくとも一つのエステル体、リン酸塩及び抗酸化剤を有する組成を使用してもよい。
【００４３】
加えて、この表面は、セラミック酸化物材料を混合されたエポキシ樹脂にてコートされてもよい。ピストンは、その後、ドライヤーオーブン及びヒーターにてコートされ、少なくとも１時間、約２２０℃にて硬化される。米国特許第４，３９８，４４２号明細書は、係るコーティーング及び方法を開示しており、ここに参考として取り込む。
【００４４】
また、外部スカート上に低摩擦表面を設けるため、モリブデンジスルフィドを含有する組成（例えばＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製Ｄ−１０）を、代替物として使用してもよい。ＤｕＰｏｎｔ社製９５７−３０３の適用により、同様な低摩擦表面を設けてもよい。
【００４５】
全体的に、上述の様式にて陽極酸化マグネシウム製ピストンを製作することは、常套的なアルミニウムをベースとしたピストンに対して種々の利益を供する。第１に、本発明は、アルミニウム又はアルミニウムをベースとした合金に変わって、マグネシウム又はマグネシウムをベースとした合金から実際に製造可能なピストンを供する。本発明の背景技術のセクションにて述べたように、他のマグネシウム及びマグネシウムをベースとした合金は、高温にて脱落していた。陽極酸化されたマグネシウムをベースとしたピストンは、マグネシウムをベースとした対向物に比べて、約４０％軽量である。その結果、この陽極酸化されたマグネシウム製ピストンは、内燃エンジン、より特に、単気筒エンジンにて往復運動する際、アルミニウム製ピストンよりもより振動を起こす傾向が少ない。結果として、このことは、エンジンに、バランス取りを行う必要性を単純化し、かつ用いる必要をなくしさえもする。このことは、言い換えると、内燃エンジンの製造においてコスト削減をもたらすことになる。
【００４６】
さらに、陽極酸化されたマグネシウム製ピストンは、本発明の背景技術にて定義した「クリープ」に良好に耐え得る。言い換えれば、この陽極酸化されたマグネシウム製ピストンは、内燃エンジンに関連する温度（６００から６５０°Ｆ）に耐えることが可能である。再び記するが、ピストンが所定の負荷及び温度に長時間、指向される場合、「プラスティック変形」を受ける可能性がある。言い換えれば、ピストンは、制御条件が過度であると、元の形状を失う可能性がある。ボア内部の圧力は、そのグルーブ内に下方へとピストンリングを押し下げ、このグルーブを拡大させる。マグネシウムをベースとした合金を陽極酸化することは、クリープを阻止する傾向がある。なぜなら、ピストンは、過酷な燃焼条件に曝露された際、その形状を保持する傾向があるためである。理想的には、約３．５インチ径のピストンの０．１から０．２％未満は、クリープを生じる。マグネシウム製ピストンを陽極酸化することは、この目標を達成する一方、このマグネシウム合金中に含有させる必要のある高価な希土類材料の量をも削減する。
【００４７】
また、上述に開示した様式にてマグネシウム製ピストンを陽極酸化することは、ピストンの磨耗抵抗及び硬度を有意に向上させる。一般に、マグネシウム製ピストンは、磨耗することなく、エンジンにおいて、８００時間、耐え得る。
【００４８】
最後に、この陽極酸化工程は、ピストンの最適性能及び関連する内燃エンジンに重要な一貫した厚みを有するコーティーングを生成する。上述の方法を用いると、このコーティーングは、実際の厚みの約±１０％の一貫性を有することになる。さらに重要なことに、この陽極酸化は、リング及びスカートをカバーする層に一貫性を供する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】マグネシウム合金製ピストンを処理するための工程フロー図である。
【図２】本発明を具体化した陽極酸化されたマグネシウム製ピストンの斜視図である。
【図３】図２のピストンの側方平面図である。
【図４】図３の線４−４に沿った断面図である。
【図５】ピストンの代替的な具体例に関する、図３における線４−４に沿った断面図である。
【図６】電気化学バスのセットアップに関する概略図である。

Claims (9)

1. 希土類金属を約０．０１以上約４．０重量％以下含有する非繊維強化型のマグネシウムをベースとした合金；
   少なくとも一部に、フッ化マグネシウム、マグネシウムオキソフルオライド若しくは酸化マグネシウム又はこれらの混液が電気化学的に陽極酸化されたベース層を有する外部表面；及び
   内部表面；
   を備えた、内燃エンジン用の、ヘッド及びスカートを有する陽極酸化されたマグネシウム製ピストン。
2. 前記ベース層に、シリコンを含有する、陽極酸化された無機層をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
3. 電気化学的に陽極酸化されたベース層をその全体に有することを特徴とする請求項１に記載のピストン。
4. 前記スカートは、低摩擦外部表面を有していることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
5. 前記スカートの前記低摩擦外部表面は、少なくとも機械加工、磨き又は研磨されていることを特徴とする請求項４に記載のピストン。
6. 前記スカートの前記低摩擦外部表面は、ポリテトラフルオロエチレン層を有していることを特徴とする請求項４に記載のピストン。
7. 前記のマグネシウムをベースとした合金は、約３．６以上４．４重量％以下のアルミニウム、約２．０以上３．０重量％以下の希土類金属、最小で約０．１重量％のマンガン、最大で約０．００１％のニッケル、最大で約０．００４重量％の鉄及び残りにマグネシウムを含有していることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
8. 前記のマグネシウムをベースとした合金は、約１．０以上２．０重量％以下のアルミニウム、約１．０以上１．４重量％以下のケイ素、最小で約０．４重量％のマンガン及び残りにマグネシウムを含有していることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
9. 前記のマグネシウムをベースとした合金は、約３．７以上４．３重量％以下のイットリウム、約２．０以上２．５重量％以下のネオジム、最小で約０．４重量％のジルコニウム及び残りにマンガンを含有していることを特徴とする請求項１に記載のピストン。

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