JP2010274386A - SLIDING MATERIAL OF Si-PARTICLE-CONTAINING Al-Si ALLOY AND METHOD FOR FORMING SLIDING SURFACE - Google Patents

SLIDING MATERIAL OF Si-PARTICLE-CONTAINING Al-Si ALLOY AND METHOD FOR FORMING SLIDING SURFACE Download PDF

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Yoshio Shimura
好男 志村
Shigeru Hotta
滋 堀田
Shuzo Mita
修三 三田
Kazushige Kubono
一茂 窪野
Yoshio Fuwa
良雄 不破
Toshihiro Takami
俊裕 高見
Manabu Tsukimoto
学 月本
Takeshi Tsukahara
猛 塚原
Kenji Nakamure
賢治 中牟礼
Masahiro Takahashi
正浩 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sliding material of Si-particle-containing Al-Si alloy, preventing generation of scuffing (in particular, at low temperature) on a sliding surface. <P>SOLUTION: The sliding surface contains at least 17-35 mass% of Si, and includes groove parts formed by grinding processing and retaining lubricating oil therein and flat parts to which plastic forming is applied, wherein a part of Si particles is protruded from at least surfaces of the flat parts. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、Si粒子含有Al−Si系合金摺動材及び摺動面の形成方法に関する。   The present invention relates to a Si particle-containing Al—Si alloy sliding material and a method for forming a sliding surface.

例えば、エンジン等の内燃機関の燃焼室の一部を形成するシリンダライナあるいはシリンダブロックのシリンダボアにおいては、寿命、耐久性等の観点から、耐スカッフィング性の向上、耐摩耗性の向上、及び潤滑油消費量の低減が従来から求められている。   For example, in a cylinder liner or a cylinder bore of a cylinder block that forms part of a combustion chamber of an internal combustion engine such as an engine, from the viewpoint of life, durability, etc., improved scuffing resistance, improved wear resistance, and lubricating oil Conventionally, reduction of consumption has been demanded.

特にアルミニウム製のシリンダボアでは、鋳鉄に比べ、耐焼付性が低いことが知られている。具体的には特に、エンジンを停止後、放置されて冷却した後に再始動された場合に、暖気されて潤滑油の粘度が下がってポンプから供給されるようになるまでの短い期間中にスカッフィング(特に冷却後の低温で生じるスカッフィングを「低温スカッフィング」ということがある。)が発生することがある。スカッフィングとは、シリンダ内などの摩擦でピストンやシリンダで局部的に溶着することで生じるピストン表面等の掻き傷及び焼付きをいう。これは、一時的に油切れになるために生じるものであり、この油切れによるスカッフィング(特に低温スカッフィング)の防止が、アルミニウム製のシリンダボアの性能安定化に不可欠となっている。   In particular, aluminum cylinder bores are known to have lower seizure resistance than cast iron. Specifically, when the engine is stopped, left to cool, and then restarted, scuffing during a short period of time until the viscosity of the lubricating oil is lowered and is supplied from the pump after being warmed up ( In particular, scuffing that occurs at a low temperature after cooling may be referred to as “low temperature scuffing”). Scuffing refers to scratches and seizures on the piston surface and the like caused by local welding with the piston or cylinder due to friction in the cylinder or the like. This occurs because the oil runs out temporarily, and prevention of scuffing (especially low temperature scuffing) due to this running out of oil is essential for stabilizing the performance of the cylinder bore made of aluminum.

シリンダボアと組み合わせて用いられるピストンは、リング材として鉄鋼又はその窒化処理材、CrN、TiNなどの乾式メッキ、Cr等の湿式メッキが施されたピストンリングを有しているものが多く用いられている。ところが、これらのピストンリングのリング材は、アルミニウムと凝着しやすいことから、油膜が破断すると焼付きや摩耗を起こしやすい。これに対し、アルミニウムとの凝着が低い材料としては、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)が知られている。このDLC製のピストンリングを使用することにより、耐スカッフィング性を保てるが、DLCは硬質なため耐摩耗性の高い材料である反面、高々5μm以下の薄膜なので、エンジンのピストンリングとしては寿命が充分とはいえず、さらに基材との密着性も高くないので、剥離を起こしやすい。また、リング材料が限定されるのは、設計上望ましくない。また、DLCといえどもエンジンのボア/リング間などの摺動条件下では無潤滑状態で早期に焼付きを起こすのを完全に回避するのは困難であり、エンジン停止時に油を保持できる面状をボア面に形成しておくことが不可欠となる。   The piston used in combination with the cylinder bore is often used as a ring material having a piston ring that has been subjected to dry plating of steel or its nitriding material, CrN, TiN or the like, or wet plating of Cr or the like. . However, these piston ring ring materials tend to adhere to aluminum, and therefore, seizure and wear tend to occur when the oil film breaks. On the other hand, diamond-like carbon (DLC) is known as a material having low adhesion to aluminum. By using this DLC piston ring, scuffing resistance can be maintained, but DLC is a hard and wear-resistant material, but it is a thin film of 5 μm or less, so it has a long life as an engine piston ring. However, since the adhesion to the base material is not high, peeling easily occurs. Also, the limited ring material is undesirable in design. In addition, even in DLC, it is difficult to completely avoid seizure early in an unlubricated state under sliding conditions such as between the bore / ring of the engine. It is indispensable to form on the bore surface.

上記のような焼付き等の防止に関連する技術として、アルミニウム材とピストンリングとの接触機会を低減する方法がある。例えば、摺動部分に硬質粒子が分散したアルミニウム製ボアの表面を往復運動および回転運動する主軸に砥石を設けたホーニング装置により加工する際に、前工程のボア表面を加工する回転方向とは逆方向に回転運動させて仕上げ加工するアルミニウム製ボアの表面加工方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   As a technique related to prevention of seizure or the like as described above, there is a method for reducing the chance of contact between an aluminum material and a piston ring. For example, when machining the surface of an aluminum bore with hard particles dispersed in the sliding part with a honing device with a grindstone on the spindle that reciprocates and rotates, the direction of rotation that processes the bore surface in the previous process is reversed. A surface processing method for an aluminum bore that is rotationally moved in a direction to finish is disclosed (for example, see Patent Document 1).

また、シリンダブロックの孔に研削加工を施すことにより形成された油膜保持用の溝とロールバニッシュ加工により塑性変形されたプラトウ部とを備えたシリンダボアが開示されている(例えば、特許文献2参照)。   Further, a cylinder bore including a groove for retaining an oil film formed by grinding a hole in a cylinder block and a plateau portion plastically deformed by roll burnishing is disclosed (for example, see Patent Document 2). .

特開平5−57597号公報JP-A-5-57597 特開平5−65849号公報JP-A-5-65849

しかしながら、ボア表面を加工する前工程の回転方向とは逆方向に仕上げ加工する上記のアルミニウム製ボアの表面加工方法は、ホーニング痕のバリの除去によりピストンリングとの接触機会の低減を狙ったものであるが、Si粒子とアルミニウムが同一平面レベルにあるため、アルミとリングの接触は避けられないので、耐スカッフィング性を確保することはできない。   However, the above-mentioned surface processing method of the aluminum bore, which is finished in the direction opposite to the rotation direction of the previous process for processing the bore surface, aims to reduce the contact opportunity with the piston ring by removing burrs from the honing marks. However, since the Si particles and aluminum are at the same level, contact between the aluminum and the ring is inevitable, so that scuffing resistance cannot be ensured.

また、上記の溝とプラトウ部を備えたシリンダボアでは、ローラバニッシュなどの塑性加工では加工硬化するので、耐焼付性が向上し、特に鋳鉄の場合、高い耐焼付性を持ちこれを塑性加工することでより一層耐焼付性を向上させ得るものの、鋳鉄より軟質なアルミニウム材の場合には、塑性加工のみでは必ずしも焼付きを防止することはできない。   Also, cylinder bores with grooves and plateaus described above work harden in plastic processing such as roller burnishing, so that seizure resistance is improved, especially in the case of cast iron, which has high seizure resistance and is plastically processed. However, in the case of an aluminum material softer than cast iron, seizure cannot always be prevented by plastic working alone.

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、摺動面におけるスカッフィング(特に低温でのスカッフィング)の発生が防止されたSi粒子含有Al−Si系合金摺動材、及び摺動時のスカッフィング(特に低温でのスカッフィング)の発生が防止された摺動面を形成することができる摺動面の形成方法を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, and an Si-particle-containing Al—Si alloy sliding material in which the occurrence of scuffing (especially scuffing at a low temperature) on the sliding surface is prevented, and scuffing during sliding ( It is an object of the present invention to provide a method for forming a sliding surface that can form a sliding surface in which the occurrence of scuffing in particular at a low temperature is prevented, and to achieve the object.

本発明は、アルミニウム材を用いた摺動面(例えばピストンリングが摺動するシリンダボアの摺動面)の耐焼付性及び耐摩耗性の向上には、アルミニウム−Si系合金を採用するとともに、合金化目的で含まれるSiを粒状にして表面性に寄与するように配することが有効との知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。   The present invention employs an aluminum-Si based alloy for improving the seizure resistance and wear resistance of a sliding surface using an aluminum material (for example, a sliding surface of a cylinder bore on which a piston ring slides). The inventors have obtained the knowledge that it is effective to make Si included in a granular form so as to contribute to surface properties, and have been achieved based on such knowledge.

上記目的を達成するために、本発明の第1の発明であるSi粒子含有Al−Si系合金摺動材は、17〜35質量%のSiを少なくとも含むと共に、研削加工により形成された潤滑油保持が可能な溝部と塑性加工が施された平坦部とを有し、その少なくとも平坦部の表面からSi粒子の一部が突出した摺動面が設けられた構成としたものである。   In order to achieve the above object, the Si particle-containing Al—Si alloy sliding material according to the first aspect of the present invention contains at least 17 to 35% by mass of Si and is a lubricating oil formed by grinding. It has a configuration in which a groove portion that can be held and a flat portion that has been subjected to plastic working are provided, and at least a sliding surface from which a part of Si particles protrudes from the surface of the flat portion.

第1の発明においては、Al−Si系合金中のSiの割合を17〜35質量%とし、摺動面となる表面に潤滑油の保持が可能な凹形状の溝部とともに塑性加工により形成された平坦部を設け、その平坦部の表面からSi粒子の一部が突出するようにすることで、例えばエンジン等の内燃機関の再始動時の暖気前までは、溝部に保持されて残存する潤滑油で摺動面が潤滑されるとともに、摺動面では平坦部の表面から突出して浮き出たSi粒子の突出部がこれに対向配置された摺動部と摺動するので、Al−Si系合金のアルミニウムが対向する摺動部と接触し難くなり、スカッフィング(特に低温スカッフィング)の発生を防止できる。また、再始動後の通常運転時には、摺動面は溝部を平坦部に隣接して(好ましくは溝部で囲まれて)有するので、平坦部に油膜が形成されやすく、Al−Si系合金摺動材の摺動面に突出するSi粒子との固体接触が抑制されるので、摩擦損失を小さく抑えることができる。   In the first invention, the ratio of Si in the Al—Si based alloy is 17 to 35% by mass, and is formed by plastic working together with a concave groove portion capable of retaining lubricating oil on the surface serving as the sliding surface. By providing a flat portion and allowing a part of the Si particles to protrude from the surface of the flat portion, for example, the lubricating oil retained in the groove portion and remaining before warming up when restarting an internal combustion engine such as an engine. As the sliding surface is lubricated, the protruding portion of the Si particles that protrudes from the surface of the flat portion on the sliding surface slides with the sliding portion disposed opposite thereto. It becomes difficult for aluminum to come into contact with the opposing sliding portion, and the occurrence of scuffing (particularly low-temperature scuffing) can be prevented. Also, during normal operation after restart, the sliding surface has a groove portion adjacent to the flat portion (preferably surrounded by the groove portion), so that an oil film is easily formed on the flat portion, and the Al-Si alloy slides. Since solid contact with the Si particles protruding on the sliding surface of the material is suppressed, the friction loss can be reduced.

このようにして、第1の発明に係るAl−Si系合金摺動材は、摺動面における摩擦を低減するとともに、スカッフィングの発生を防止し、長寿命、高耐久性に優れた摺動特性を有している。   Thus, the Al-Si alloy sliding material according to the first invention reduces the friction on the sliding surface, prevents the occurrence of scuffing, and has a long life and high durability. have.

第1の発明は、溝部を摺動方向に対して傾斜させて線形状(ライン状)に形成することができる。具体的には、例えば研削加工としてホーニング加工やボーリング加工を施すことにより、摺動方向に対して例えば、一方向に傾斜、又は二方向以上に傾斜させて交差させたライン状の溝を形成することが好ましい。ライン状の溝を一方向に傾斜又は交差させて設けることにより、摺動面に潤滑油を保持しやすく、通常運転時の油膜形成性が高まる。これより、摺動面の表面から突出させてSi粒子を設けたことに伴なう摩擦損失の発生を抑えながら、特に低温スカッフィングの発生を効果的に防止できる。   In the first invention, the groove portion can be formed into a linear shape (line shape) by inclining with respect to the sliding direction. Specifically, for example, honing or boring is performed as a grinding process, thereby forming a line-shaped groove that intersects the sliding direction, for example, inclined in one direction or inclined in two or more directions. It is preferable. By providing the line-shaped grooves so as to be inclined or crossed in one direction, it is easy to hold the lubricating oil on the sliding surface, and the oil film forming property during normal operation is enhanced. As a result, it is possible to effectively prevent the occurrence of low-temperature scuffing while suppressing the generation of friction loss due to the provision of Si particles protruding from the surface of the sliding surface.

第1の発明は、Al−Si系合金の例えば鋳造やライナ体の鋳包みなどによるシリンダボアを構成することができる。すなわち、第1の発明は、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容される孔を備え、ピストンの外周と前記孔の表面との間に油膜が形成されるSi粒子含有Al−Si系合金シリンダボアであって、少なくとも前記孔の表面は、17〜35質量%のSiを少なくとも含むと共に、研削加工により形成された潤滑油保持が可能な溝部と塑性加工が施された平坦部とを有し、少なくとも平坦部の表面からSi粒子の一部を突出させて構成したものである。   According to the first aspect of the present invention, a cylinder bore made of an Al—Si alloy, for example, casting or liner body casting can be formed. That is, the first invention includes a Si particle-containing Al-Si alloy including a hole in which a piston having a piston ring is reciprocally accommodated, and an oil film is formed between the outer periphery of the piston and the surface of the hole. It is a cylinder bore, and at least the surface of the hole includes at least 17 to 35% by mass of Si, and has a groove portion formed by grinding and capable of holding a lubricating oil, and a flat portion subjected to plastic working. A part of the Si particles protrudes from the surface of at least the flat part.

これにより、エンジンの再始動時の暖気前までは、溝部に保持された潤滑油でボア面が潤滑されるとともに、ボア面では平坦部の表面から突出して浮き出たSi粒子の突出部がピストンリングと摺動するので、Al−Si系合金のアルミニウムがピストンリングと接触し難くなり、スカッフィング(特に低温スカッフィング)の発生を防止できる。また、再始動後の通常運転時には、上記の通りボア面の平坦部に油膜が形成されやすくなるので、摺動面であるボア面に突出したSi粒子との固体接触が抑制され、摩擦損失を小さく抑えることができる。   As a result, the bore surface is lubricated with the lubricating oil held in the groove portion before warming up when the engine is restarted, and the protruding portion of the Si particles that protrude from the surface of the flat portion on the bore surface is the piston ring. Therefore, the aluminum of the Al—Si alloy becomes difficult to come into contact with the piston ring, and the occurrence of scuffing (especially low temperature scuffing) can be prevented. In addition, during normal operation after restart, an oil film is likely to be formed on the flat portion of the bore surface as described above, so that solid contact with Si particles protruding on the bore surface which is a sliding surface is suppressed, and friction loss is reduced. It can be kept small.

第2の発明である摺動面の形成方法は、17〜35質量%のSiを含み、摺動面をなす表面を有する粗幾何形状の加工が施されたSi粒子含有Al−Si系合金の前記表面に研削加工を施し、潤滑油を保持可能な溝部を形成する溝部形成工程と、溝部が形成された前記表面に塑性加工を施して平坦化処理する平坦化処理工程と、平坦化処理された前記表面を弾性基材を用いて研磨し、前記表面からSi粒子を突出させる粒子突出工程と、を設けて構成されたものである。   A method for forming a sliding surface according to a second aspect of the present invention is an Si particle-containing Al-Si alloy containing 17 to 35 mass% of Si and having a rough geometric shape having a sliding surface. A groove forming process for forming a groove capable of holding the lubricating oil by grinding the surface, a flattening process for performing a plastic processing on the surface on which the groove is formed, and a flattening process. The surface is polished using an elastic substrate, and a particle projecting step for projecting Si particles from the surface is provided.

第2の発明においては、研削加工による溝部形成及び塑性加工による平坦化処理が行なわれた表面に対し、弾性基材(バフ、ゴムなど)を用いて研磨することにより、合金中のSi粒子の一部を表面から突出させることで、摺動面にSi粒子をその一部が突出するように存在させることができる。これにより、摺動時の例えばエンジン等の内燃機関の再始動時の暖気される前の未だ低温時において、溝部に保持されて残存する潤滑油で潤滑されるとともに、平坦部の突出して浮き出たSi粒子が、これに対向配置された対向摺動部と摺動する摺動面を形成できるので、摺動面のアルミニウムが対向摺動部と接触し難く、スカッフィング(特に低温スカッフィング)の発生が防止される。また、再始動後の通常運転時には、摺動面は溝部を平坦部に隣接して(好ましくは溝部で囲まれて)有するので、平坦部に油膜が形成されやすい。これにより、Si粒子との固体接触が抑制されるので、摩擦損失が小さく抑えられる。   In the second invention, the surface of the groove formed by grinding and planarized by plastic working is polished using an elastic base material (buff, rubber, etc.), so that the Si particles in the alloy are polished. By projecting a part from the surface, Si particles can be present on the sliding surface so that a part of the Si particle projects. As a result, at the time of sliding, for example, when the internal combustion engine such as an engine is restarted and still warmed before being warmed, it is lubricated with the remaining lubricating oil held in the groove portion, and the flat portion protrudes and protrudes. Since the Si particles can form a sliding surface that slides against the opposing sliding portion disposed opposite thereto, the aluminum on the sliding surface is difficult to contact the opposing sliding portion, and scuffing (particularly low temperature scuffing) occurs. Is prevented. Further, during normal operation after restarting, the sliding surface has a groove portion adjacent to the flat portion (preferably surrounded by the groove portion), so that an oil film is easily formed on the flat portion. Thereby, since a solid contact with Si particle | grains is suppressed, a friction loss is suppressed small.

第2の発明の粒子突出工程は、バフ及び研磨材を用いてバフ研磨することにより好適に行なうことができる。バフ研磨は、例えば円盤状、円筒状や円錐状のバフ等の弾性基材を高速回転させる等して用い、これに研磨剤を付与することにより研磨するものであり、Al−Si系合金の摺動面におけるSi粒子を残存させつつ、平坦化処理された表面の合金を除去できる。これにより、Si粒子を突出させるとともにSi高をレベリングし、Si粒子が所望の高さに突出した平坦部を形成できる。   The particle projecting step of the second invention can be suitably performed by buffing using a buff and an abrasive. Buffing is performed by, for example, rotating an elastic base material such as a disk-shaped, cylindrical or conical buff at high speed, and polishing by applying an abrasive to this. The planarized surface alloy can be removed while the Si particles remain on the sliding surface. As a result, the Si particles can be projected and the Si height can be leveled to form a flat portion in which the Si particles protrude to a desired height.

研磨剤としては、体積平均径がSi粒子の体積平均径以下の砥粒を用いることが好ましい。体積平均径がSi粒子よりも小さい砥粒を用いるので、Si粒子の除去を少なく抑えて効率よく研磨することができる。   As an abrasive | polishing agent, it is preferable to use the abrasive grain whose volume average diameter is below the volume average diameter of Si particle | grains. Since the abrasive grains having a volume average diameter smaller than that of the Si particles are used, it is possible to efficiently polish while suppressing the removal of the Si particles.

第2の発明においては、粗幾何形状の加工が施されたSi粒子含有Al−Si系合金として、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容される孔を備え、ピストンの外周と前記孔の表面との間に油膜が形成されるシリンダボアを用いることができる。この場合、Si粒子含有Al−Si系合金シリンダボアの孔の表面(ボア面)に研削加工を施し、潤滑油を保持可能な溝部をシリンダボア内の摺動方向(すなわちピストンの往復動方向)に対して傾斜角を有する線形に形成する溝部形成工程と、溝部が形成された前記ボア面に塑性加工を施して平坦化処理する平坦化処理工程と、平坦化処理された前記ボア面を弾性基材を用いて研磨し、前記表面からSi粒子を突出させる粒子突出工程とを設けた構成とすることができる。   In the second aspect of the invention, the Si particle-containing Al-Si alloy having a rough geometric shape is provided with a hole in which a piston having a piston ring is accommodated so as to be able to reciprocate. A cylinder bore in which an oil film is formed between the surface and the surface can be used. In this case, the surface of the hole (bore surface) of the Si-particle-containing Al-Si alloy cylinder bore is ground, and the groove that can hold the lubricant is in the sliding direction in the cylinder bore (ie, the reciprocating direction of the piston). A groove part forming step for forming a linear shape having an inclination angle, a flattening process step for performing a plasticizing process on the bore surface on which the groove part is formed, and a flattening process. And a particle projecting step for projecting Si particles from the surface.

これにより、ピストンリングと摺動するボア面に対し、弾性基材を用いた研磨を施すことにより、ボア面の表面から合金中のSi粒子をその一部が突出するように存在させることができる。この場合、上記のように摺動時のエンジンの再始動時の暖気前の低温時において、溝部に保持された潤滑油でボア面が潤滑されるとともに、ボア面では平坦部の表面から突出して浮き出たSi粒子の突出部がピストンリングと摺動するので、Al−Si系合金のアルミニウムがピストンリングと接触し難く、スカッフィング(特に低温スカッフィング)の発生が防止される。また、再始動後の通常運転時には、上記の通りボア面の平坦部に油膜が形成されやすくなるので、摺動面であるボア面に突出したSi粒子との固体接触が抑制され、摩擦損失を小さく抑えることができる。   Thus, by polishing the bore surface sliding with the piston ring using an elastic base material, Si particles in the alloy can be present so that a part thereof protrudes from the surface of the bore surface. . In this case, as described above, the bore surface is lubricated with the lubricating oil held in the groove portion at the low temperature before warming up when the engine is restarted during sliding, and the bore surface protrudes from the surface of the flat portion. Since the protruding part of the raised Si particles slides on the piston ring, the aluminum of the Al—Si alloy is difficult to come into contact with the piston ring, and the occurrence of scuffing (particularly low temperature scuffing) is prevented. In addition, during normal operation after restart, an oil film is likely to be formed on the flat portion of the bore surface as described above, so that solid contact with Si particles protruding on the bore surface which is a sliding surface is suppressed, and friction loss is reduced. It can be kept small.

本発明においては、長寿命、高耐久性の摺動機構を構築することが可能であり、例えば、エンジン等の内燃機関おいて、運転停止・放置により冷却した後に再始動する際に、再始動後、暖気されて油の粘度が下がりポンプで潤滑油が供給されるまでの短時間に油切れとなって起きるシリンダボアのボア面のスカッフィングの発生が抑制された内燃系統を構築することができる。   In the present invention, it is possible to construct a long-life, high-durability sliding mechanism. For example, in an internal combustion engine such as an engine, when the engine is restarted after being cooled down after being stopped or left standing, Thereafter, it is possible to construct an internal combustion system in which scuffing of the bore surface of the cylinder bore, which is caused by running out of oil in a short time until the viscosity of the oil is lowered and the lubricating oil is supplied by the pump, is suppressed.

本発明によれば、摺動面におけるスカッフィング(特に低温でのスカッフィング)の発生が防止されたSi粒子含有Al−Si系合金摺動材(例えばシリンダボア)を提供することができる。また、
本発明によれば、摺動時のスカッフィング(特に低温でのスカッフィング)の発生が防止された摺動面を形成することができる摺動面の形成方法を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the Si particle containing Al-Si type alloy sliding material (for example, cylinder bore) in which generation | occurrence | production of the scuffing (especially scuffing at low temperature) in a sliding surface was prevented can be provided. Also,
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the formation method of the sliding surface which can form the sliding surface by which generation | occurrence | production of the scuffing at the time of sliding (especially scuffing at low temperature) was prevented can be provided.

実施形態に係るシリンダボア内にピストンが収容された状態を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the state where the piston was stored in the cylinder bore concerning an embodiment. (a)は摺動方向に対して一方向に傾斜角θを有して傾斜した潤滑油保持用の溝パターンを示す模式図であり、(b)は摺動方向に対して二方向に傾斜角θを有して傾斜し交差した潤滑油保持用の溝パターンを示す模式図である。(A) is a schematic diagram showing a groove pattern for retaining lubricating oil inclined at an inclination angle θ in one direction with respect to the sliding direction, and (b) is inclined in two directions with respect to the sliding direction. It is a schematic diagram showing a groove pattern for retaining lubricating oil that has an angle θ and is inclined and intersected. 溝部形成工程を経た後の加工表面の断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section of the processing surface after passing through a groove part formation process. 粒子突出工程を行なって形成された摺動面に表面からSi粒子が突出する平坦部と溝部とが形成されている状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state in which the flat part and groove part which Si particle protrudes from the surface are formed in the sliding surface formed by performing a particle | grain protrusion process. 本発明の摺動面の形成方法の実施形態に係る加工フローを示す工程図である。It is process drawing which shows the processing flow which concerns on embodiment of the formation method of the sliding surface of this invention. 溝部形成工程後の表面にローラ掛けを行なって塑性変形させている様子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a mode that the surface after a groove part formation process is plastically deformed by rollering. スカッフ試験法による耐スカッフィング性の評価方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the scuffing-proof evaluation method by a scuffing test method. 耐スカッフィング性の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of scuffing resistance.

以下、本発明の実施形態に係るSi粒子含有Al−Si系合金摺動材及び摺動面の形成方法について、図1〜図8を参照して詳細に説明する。本実施形態に係るSi粒子含有Al−Si系合金摺動材はシリンダボアであり、Si粒子含有Al−Si系合金を用いたシリンダボア(以下、「Al−Si合金シリンダボア」ともいう。)及びその摺動面の形成方法を中心に説明する。   Hereinafter, the Si particle-containing Al—Si alloy sliding material and the method of forming the sliding surface according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The Si particle-containing Al—Si alloy sliding material according to the present embodiment is a cylinder bore, a cylinder bore using an Si particle-containing Al—Si alloy (hereinafter also referred to as “Al—Si alloy cylinder bore”) and its sliding. The method for forming the moving surface will be mainly described.

本発明の実施形態に係るAl−Si合金シリンダボア1は、図1に示すように内燃機関であるエンジンにおいて、Si粒子を含有するAl−Si系合金により作製されたシリンダブロック100に設けられたものである。このAl−Si合金シリンダボア1は、断面円形の孔を有し、該孔内にピストンリング4を有するピストン3が該孔の円形断面に直交する軸線方向に往復動可能に収容されている。   An Al—Si alloy cylinder bore 1 according to an embodiment of the present invention is provided in a cylinder block 100 made of an Al—Si alloy containing Si particles in an engine which is an internal combustion engine as shown in FIG. It is. The Al—Si alloy cylinder bore 1 has a hole having a circular cross section, and a piston 3 having a piston ring 4 is accommodated in the hole so as to be capable of reciprocating in an axial direction perpendicular to the circular cross section of the hole.

Al−Si合金は、アルミニウム(Al)とSi(ケイ素)とを少なくとも含む合金であり、本発明の効果を損なわない範囲であれば、必要に応じてあるいは不可避成分として他の成分を含むことができる。
合金中の成分のうち、Siの合金中における含有割合は、Al−Si合金の全質量に対して、17〜35質量%の範囲とする。Siの含有割合は、17質量%未満であると、Si粒子の突出頻度が少なくなり、スカッフィングの発生を充分に抑えられず、また、35質量%を超えると、相手部材の摩耗を抑制することができない。中でも、低温での耐スカッフィング性をより向上させる観点から、20〜30質量%の範囲が好ましい。
The Al—Si alloy is an alloy containing at least aluminum (Al) and Si (silicon), and may contain other components as necessary or as an unavoidable component as long as the effects of the present invention are not impaired. it can.
Among the components in the alloy, the content ratio of Si in the alloy is in the range of 17 to 35 mass% with respect to the total mass of the Al-Si alloy. When the Si content is less than 17% by mass, the frequency of protrusion of Si particles decreases, and the occurrence of scuffing cannot be sufficiently suppressed, and when it exceeds 35% by mass, the wear of the mating member is suppressed. I can't. Especially, the range of 20-30 mass% is preferable from a viewpoint of improving the scuffing resistance in low temperature more.

ピストン3の外周には、複数のピストンリング4が装着されている。ピストン3が、シリンダボア内を軸線方向(図1中の上下方向)へ往復動すると、ピストンリング4がシリンダボア1の内壁(ボア面)を摺動する。このとき、ピストン3の外周とシリンダボア1の内壁との間には、潤滑油による油膜が形成されるようになっている。   A plurality of piston rings 4 are mounted on the outer periphery of the piston 3. When the piston 3 reciprocates in the cylinder bore in the axial direction (vertical direction in FIG. 1), the piston ring 4 slides on the inner wall (bore surface) of the cylinder bore 1. At this time, an oil film made of lubricating oil is formed between the outer periphery of the piston 3 and the inner wall of the cylinder bore 1.

このAl−Si合金シリンダボア1の内壁(ボア面)には、図1に示すように、網目状の潤滑油保持用の溝5が形成されている。溝5は、シリンダボア1内を摺動するピストン3の摺動方向(図1中の上下方向)に対して二方向、すなわち図2(b)のようにそれぞれ傾斜角θで傾斜して交差した網目状に形成されている。溝を網目状に形成することで、潤滑油を保持しやすく、溝以外の領域が溝で囲まれるためピストンの往復動にしたがって潤滑されやすくなる。   On the inner wall (bore surface) of the Al—Si alloy cylinder bore 1, as shown in FIG. 1, a mesh-like groove 5 for retaining lubricating oil is formed. The groove 5 intersects the sliding direction of the piston 3 sliding in the cylinder bore 1 (vertical direction in FIG. 1) in two directions, that is, inclined at an inclination angle θ as shown in FIG. It is formed in a mesh shape. By forming the groove in a mesh shape, it is easy to hold the lubricating oil, and since the region other than the groove is surrounded by the groove, lubrication is facilitated according to the reciprocating motion of the piston.

溝5の形状については、網目状に限られず、図2(a)に示すように、シリンダボア1のピストンの摺動方向(図1中の上下方向)に対して一方向に傾斜角θで傾斜した線形に形成されてもよい。傾斜角を有する場合、傾斜角θの範囲には特に制限はなく、摺動方向に対して0<θ<180°の範囲で任意に選択することができる。また、潤滑油の保持に支障のない限り、傾斜角θは摺動方向に対して0°であってもよい。また、本実施形態では、線形状とした溝の断面(溝の長さ方向との直交断面)の形状は、図3に示すように三角形状に形成されている。溝の断面形状は、三角形のほか、矩形、台形、半円形、半楕円形などのいずれの形状に形成されてもよい。
溝の形状は、線形に限られず、点や矩形等の形状で窪みを設けて形成されてもよい。
The shape of the groove 5 is not limited to a mesh shape, and is inclined at an inclination angle θ in one direction with respect to the sliding direction of the piston of the cylinder bore 1 (vertical direction in FIG. 1) as shown in FIG. It may be formed linearly. In the case of having an inclination angle, the range of the inclination angle θ is not particularly limited, and can be arbitrarily selected within a range of 0 <θ <180 ° with respect to the sliding direction. Further, the inclination angle θ may be 0 ° with respect to the sliding direction as long as there is no hindrance in holding the lubricating oil. Further, in the present embodiment, the shape of the cross section of the linear groove (cross section orthogonal to the length direction of the groove) is formed in a triangular shape as shown in FIG. The cross-sectional shape of the groove may be formed in any shape such as a rectangle, a trapezoid, a semicircle, and a semi-elliptical shape in addition to a triangle.
The shape of the groove is not limited to a linear shape, and may be formed by providing a depression with a shape such as a point or a rectangle.

この溝5は、潤滑油を保持できる程度に凹形状に形成されたものである。この溝に潤滑油が保持されることにより、エンジン停止後の再始動時に暖気されて潤滑油の粘度が下がってポンプから供給されるようになるまでの期間中に、油切れでスカッフィングが発生しないように摺動面を潤滑する。この溝のサイズについては、所望により選択することができる。   The groove 5 is formed in a concave shape to the extent that the lubricating oil can be held. By holding the lubricating oil in this groove, scuffing will not occur due to running out of oil during the period from when the engine is warmed up and restarted after the engine stops until the viscosity of the lubricating oil decreases and is supplied from the pump Lubricate the sliding surface. The size of the groove can be selected as desired.

溝5は、シリンダボア1の仕上げ加工に際し、シリンダブロック100に開けられた孔に研削加工としてホーニング加工を施して形成されたものである。この溝は、ホーニング加工のほか、ボーリング加工などの他の機械加工によっても形成することができる。   The groove 5 is formed by performing a honing process as a grinding process on a hole formed in the cylinder block 100 when the cylinder bore 1 is finished. This groove can be formed not only by honing but also by other machining such as boring.

図2(b)及び図4に示すように、溝5により囲まれた部分は、ピストンリング4から圧力を受ける平坦部7となっている。平坦部7は、ホーニング加工等により溝を形成した後、図6に示すように、例えば加圧してローラ掛けする等により塑性加工を施して形成されたものであり、その表面は塑性加工による変形で硬化されており、鈍角な突状の滑らかな面となっている。   As shown in FIGS. 2B and 4, a portion surrounded by the groove 5 is a flat portion 7 that receives pressure from the piston ring 4. The flat portion 7 is formed by forming a groove by honing or the like and then performing plastic processing by, for example, applying pressure and applying a roller as shown in FIG. 6, and the surface thereof is deformed by plastic processing. It is hardened with an obtuse angled and smooth surface.

この平坦部7には、図4のように、その表面から粒子の一部が突出するようにSi粒子8が配置されている。摺動時は、平坦部7がピストンリング4と摺動するが、油切れで平坦部7とピストン3の間に油膜形成されないときには、平坦部7のSi粒子8がピストンリング4と摺動することにより、シリンダボアのアルミニウム(Al)がピストンリング4と接触してスカッフィング(特に低温スカッフィング)を起こすのを防止する。   As shown in FIG. 4, Si particles 8 are arranged on the flat portion 7 so that a part of the particles protrudes from the surface. At the time of sliding, the flat portion 7 slides with the piston ring 4, but when oil runs out and no oil film is formed between the flat portion 7 and the piston 3, the Si particles 8 of the flat portion 7 slide with the piston ring 4. This prevents aluminum (Al) in the cylinder bore from coming into contact with the piston ring 4 and causing scuffing (particularly low temperature scuffing).

Al−Si合金中のSi粒子は、合金化目的で含まれたSiが晶出して合金中に粒子で存在するものが、粒子が均一に存在する点で好ましい。この場合、耐摩耗性のため粒径の大きい初晶Siが析出するSi濃度が必要であり、例えば17%Siを含有し鋳造することにより得られたA390合金を用いることができる。また、市販品を使用してもよく、市販品の例として、昭和電工(株)製のA390合金が挙げられる。   As the Si particles in the Al—Si alloy, those in which Si contained for the purpose of alloying is crystallized and exist in the alloy are preferable in that the particles exist uniformly. In this case, an Si concentration in which primary crystal Si having a large particle size precipitates is necessary for wear resistance, and for example, an A390 alloy containing 17% Si and obtained by casting can be used. Moreover, you may use a commercial item and A390 alloy by Showa Denko Co., Ltd. is mentioned as an example of a commercial item.

Si粒子8が平坦部7表面から突出して浮き出ている距離(突出距離d)としては、アルミマトリクスと相手材との接触を抑制する観点から、0.1〜2μmの範囲であることが好ましく、0.2〜1μmの範囲であることがより好ましい。突出距離dが前記範囲内であると、エンジン停止後の再始動時には、低温でのスカッフィング防止効果が高く、通常運転時には、油膜形成による固体接触が抑制され、摩擦損失の低減効果が高い。   The distance from which the Si particles 8 protrude from the surface of the flat portion 7 (projection distance d) is preferably in the range of 0.1 to 2 μm from the viewpoint of suppressing contact between the aluminum matrix and the counterpart material, A range of 0.2 to 1 μm is more preferable. When the protrusion distance d is within the above range, the effect of preventing scuffing at a low temperature is high when restarting after the engine is stopped, and solid contact due to oil film formation is suppressed during normal operation, and the effect of reducing friction loss is high.

Si粒子としては、Si、SiO、SiC、ZrSiO等の硬質粒子を使用することができる。合金中に含有されるSi粒子の平均粒子径としては、体積平均粒子径で10〜150μmの範囲が好ましく、30〜150μmの範囲がより好ましい。Si粒子の体積平均粒子径が前記範囲内であると、平坦部7にSi粒子をその一部が突出した状態で存在させ易くなり、通常運転時の摩擦損失の影響を小さく抑えることができる。また、相手部材の摩耗も小さく抑えられる。 As the Si particles, hard particles such as Si, SiO 2 , SiC, ZrSiO 4 can be used. The average particle size of the Si particles contained in the alloy is preferably in the range of 10 to 150 μm and more preferably in the range of 30 to 150 μm in terms of volume average particle size. When the volume average particle diameter of the Si particles is within the above range, the Si particles can be easily present in the flat portion 7 in a state in which a part thereof protrudes, and the influence of friction loss during normal operation can be suppressed to a small level. Further, the wear of the mating member can be kept small.

本実施形態のシリンダボアは、Si粒子を含有するAl−Si系合金を用いて作製されたものであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、合金中にSi粒子以外の他の粒子が含まれてもよい。   The cylinder bore of the present embodiment is manufactured using an Al-Si alloy containing Si particles, but other particles other than Si particles are included in the alloy as long as the effects of the present invention are not impaired. May be.

次に、Al−Si合金シリンダボアの摺動面の形成方法について、図5〜図6を参照して具体的に説明する。   Next, a method for forming the sliding surface of the Al—Si alloy cylinder bore will be specifically described with reference to FIGS.

本実施形態に係るAl−Si合金シリンダボアは、図5の作業手順に示すように、ピストンリングが摺動する摺動面をなす表面を有する孔(以下、ボア孔という。)を備えた粗幾何形状に加工が施されたSi粒子含有Al−Si系合金の該ボア孔の内壁面に機械加工としてホーニング加工を施すことにより、潤滑油を保持可能な溝をシリンダボアの摺動方向に対して傾斜角を有する線形に形成する工程(溝部形成工程)と、溝が形成されたボア孔の内壁面に塑性加工としてロールバニッシュ加工を施して平坦化処理する工程(平坦化処理工程)と、平坦化処理された内壁面をバフ研磨し、ボア孔の内壁面からSi粒子を突出させる工程(粒子突出工程)とを設けて作製されたものである。
以下、各工程ごとに説明することとする。
The Al—Si alloy cylinder bore according to the present embodiment has a rough geometry having a hole (hereinafter referred to as a bore hole) having a sliding surface on which the piston ring slides, as shown in the work procedure of FIG. The groove that can hold the lubricating oil is tilted with respect to the sliding direction of the cylinder bore by honing the inner wall surface of the bore hole of the Si-particle-containing Al-Si alloy that has been processed into a shape. A step of forming a linear shape having a corner (groove portion forming step), a step of flattening the inner wall surface of the bore hole in which the groove is formed by performing a roll burnishing process as a plastic processing (a flattening process step), and a flattening process The processed inner wall surface is buffed, and a process of projecting Si particles from the inner wall surface of the bore hole (particle projecting process) is provided.
Hereinafter, each step will be described.

−溝部形成工程−
溝部形成工程では、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容され、ピストンリングが摺動する摺動面をなす表面を有するボア孔を備えた粗幾何形状の加工が施されたSi粒子含有Al−Si系合金の該ボア孔の内壁面にホーニング加工を施すことにより、シリンダボアの摺動方向に対して傾斜する傾斜角を有する線形状の溝5を潤滑油の保持が可能なように形成する。
-Groove formation process-
In the groove forming process, a piston having a piston ring is accommodated so as to be able to reciprocate, and a coarse geometrically shaped Al having a bore hole having a surface that forms a sliding surface on which the piston ring slides is provided. -By performing honing on the inner wall surface of the bore hole of the Si-based alloy, the linear groove 5 having an inclination angle inclined with respect to the sliding direction of the cylinder bore is formed so as to be able to hold the lubricating oil. .

本工程で研削加工を施す前に予め、Si粒子含有Al−Si系合金に粗幾何形状の加工を施すことによって、所望のシリンダボアの形状とし、その後このシリンダボアのピストン往復動時にピストンリングが摺動する壁面(摺動面)を機械加工する。ここでの機械加工は、ホーニング加工のほか、ボーリング加工等により行なえる。例えばホーニング加工は、棒状の砥石を同一円周上に配置したホーニングヘッドを高速で回転させるとともに、ボア孔内で往復動させることにより孔の壁面を研削仕上げする加工法である。
このように、ホーニング加工等を施すと、図3に示すように、孔の壁面に潤滑油保持用の溝5aとともに先端の尖った突起部7aが形成され、溝5aを網目状に形成できる。
Before grinding in this process, the rough geometric shape of the Si particle-containing Al-Si alloy is processed in advance to obtain the desired cylinder bore shape, and then the piston ring slides when the cylinder bore reciprocates. The wall surface (sliding surface) to be machined is machined. The machining here can be performed by boring or the like in addition to honing. For example, honing is a processing method in which a honing head in which rod-shaped grindstones are arranged on the same circumference is rotated at a high speed and the wall surface of the hole is ground by reciprocating within the bore hole.
As shown in FIG. 3, when the honing process or the like is performed as described above, the protrusions 7a having sharp tips are formed on the wall surfaces of the holes together with the grooves 5a for retaining the lubricant, and the grooves 5a can be formed in a mesh shape.

−平坦化処理工程−
平坦化処理工程では、前記溝部形成工程で溝5aと突起部7aとが形成された孔の壁面にロールバニッシュ加工を施すことにより、ボア孔の表面を平坦化処理する。
-Flattening process-
In the flattening process, the surface of the bore hole is flattened by performing roll burnishing on the wall surface of the hole in which the groove 5a and the protrusion 7a are formed in the groove forming process.

図6に示すように塑性加工を施すことにより、主としてボア孔の壁面の突起部7aを塑性変形し、溝5a(図3参照)を潤滑油を保持できる程度の溝5に形成するとともに平坦部7を形成する。塑性加工は、例えばロールバニッシュ加工により行なえる。ロールバニッシュ加工は、円弧状周面を有するワークにバニッシュローラを押付けて該バニッシュローラの表面形状を転写する方法である。本工程では、バニッシュローラをボア孔の内壁に押し付け、この状態で回転及び昇降動作を加えてバニッシュローラを螺旋状に移動させことにより、前記ホーニング加工によって形成された溝5a及び突起部7aのうち、溝が残る状態で突起部7aの先端部分を塑性変形させることにより、図4に示すように溝5と平坦部7を形成する。図4のように、この平坦部7の表面は滑らかな面であり、その表層部は硬化されている。   By performing plastic working as shown in FIG. 6, the protrusion 7a on the wall surface of the bore hole is mainly plastically deformed, and the groove 5a (see FIG. 3) is formed in the groove 5 to the extent that the lubricating oil can be retained, and the flat portion. 7 is formed. The plastic working can be performed by, for example, roll burnishing. Roll burnishing is a method in which a burnish roller is pressed against a work having an arcuate peripheral surface to transfer the surface shape of the burnish roller. In this step, the burnish roller is pressed against the inner wall of the bore hole, and in this state, the vanish roller is spirally moved by rotating and raising and lowering, thereby forming the groove 5a and the protrusion 7a formed by the honing process. The groove 5 and the flat portion 7 are formed as shown in FIG. 4 by plastically deforming the tip portion of the protrusion 7a with the groove remaining. As shown in FIG. 4, the surface of the flat portion 7 is a smooth surface, and the surface layer portion is hardened.

上記のようにして、ホーニング加工及びロールバニッシュ加工が施されたシリンダボアにおいては、溝5がピストン3の外周との間に油膜を形成・保持する機能を発揮するとともに、平坦部7がピストンリング4の圧力を受ける機能を発揮する。本実施形態においては、ピストンリング4が摺動するシリンダボアの内壁面における耐スカッフィング性をより向上させるため、さらに下記の粒子突出工程を設ける。   In the cylinder bore subjected to the honing process and the roll burnishing process as described above, the groove 5 exhibits a function of forming and holding an oil film between the piston 3 and the outer periphery of the piston 3, and the flat part 7 is the piston ring 4. Demonstrates the function of receiving pressure. In this embodiment, in order to further improve the scuffing resistance on the inner wall surface of the cylinder bore on which the piston ring 4 slides, the following particle protrusion process is further provided.

−粒子突出工程−
粒子突出工程では、前記平坦化処理工程で平坦化処理された内壁面をバフ研磨し、シリンダボアの孔(ボア孔)の表面からSi粒子を突出させる。これにより、エンジン停止後に再始動した際の油切れとなりやすい場合に、ピストンリングはボア孔内壁のSi粒子と摺動し、スカッフィングの発生を防止できる。
-Particle protrusion process-
In the particle protruding step, the inner wall surface flattened in the flattening step is buffed to cause Si particles to protrude from the surface of the bore (bore hole) of the cylinder bore. Thereby, when it is easy to run out of oil when the engine is restarted after the engine is stopped, the piston ring slides with the Si particles on the inner wall of the bore hole, thereby preventing the occurrence of scuffing.

バフ研磨は、弾性基材を用いて研磨する方法の1つであり、例えば円筒状のバフ等の弾性基材を高速回転させる等して用い、これに研磨剤を付与することにより研磨する。例えば、研磨不織布ホイール、さらにサイザルバフ又は綿バフなどで研磨することにより行なえる。   Buffing is one method of polishing using an elastic base material. For example, an elastic base material such as a cylindrical buff is rotated at high speed, and polishing is performed by applying an abrasive thereto. For example, it can be carried out by polishing with an abrasive nonwoven wheel, further with a sisal buff or cotton buff.

バフの例は、綿バフやサイザルバフなどであり、研磨剤の例としては、油脂類(例:動物性、植物性、鉱物性など)と研磨材(アルミナ、酸化クロム、けい石など)を配合した混合物が挙げられる。研磨不織布は、ナイロン等の不織布に砥粒を固着させたものである。前記砥粒は、研磨材のうち粒子状、顆粒状もしくは粉末状のものであり、Si粒子を残しつつ効率よく研磨する点で、体積平均径がSi粒子の体積平均径以下の砥粒(研磨材)を含む研磨剤を用いた形態が好ましい。中でも、研磨材はSi粒子の体積平均粒径より小さいアルミナ粒子が好ましい。
砥粒の体積平均粒径は、Si粒子の体積平均粒径の1/2以下が好ましく、1/20〜1/2がより好ましい。Si粒子の体積平均粒径が1/2以下であると、Si粒子の破壊をより抑制して処理できる。体積平均粒径は、レーザ回折・散乱法などにより測定される値である。
Examples of buffs include cotton buffs and sisal buffs. Examples of abrasives include fats and oils (eg, animal, vegetable, mineral, etc.) and abrasives (alumina, chromium oxide, silica, etc.) Mixture. Abrasive nonwoven fabric is obtained by fixing abrasive grains to a nonwoven fabric such as nylon. The abrasive grains are in the form of particles, granules or powders among abrasives, and are abrasive grains having a volume average diameter equal to or less than the volume average diameter of the Si particles (polishing) in that they are efficiently polished while leaving Si particles. The form using the abrasive | polishing agent containing (material) is preferable. Among these, the abrasive is preferably alumina particles smaller than the volume average particle diameter of Si particles.
The volume average particle size of the abrasive grains is preferably 1/2 or less, more preferably 1/20 to 1/2 of the volume average particle size of the Si particles. When the volume average particle diameter of the Si particles is 1/2 or less, the destruction of the Si particles can be further suppressed. The volume average particle diameter is a value measured by a laser diffraction / scattering method or the like.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof.

(実施例1〜4、比較例1〜6)
(評価サンプルの作製1)
A390合金(Al−17Si、Si粒子の体積平均粒径80μm;昭和電工(株)製)の平板を試験片として用意し、下記条件にて下記表1に示す評価サンプル1(TP1)を作製した。
<条件>
・粗幾何形状加工:試験片の表面を#2000の研磨紙〔(株)ノリタケコーデッドアブレーシブ製〕で研磨
・溝部形成工程
(1)工具 :#80、#120、#400の研磨紙〔(株)ノリタケコーデッドアブレーシブ製〕
(2)研削方向角 :30°
(3)手加工で水研
・平坦化処理工程(ローラがけ)
(1)装置 :ローラ圧延機、YOSHIDA(株)製
(2)無添加鉱油を使用
(3)加工圧:圧下率1%
・粒子突出工程:バフ研磨による平坦化及びSiレベリング
(1)バフの種類:コットン
(2)研磨剤 :アルミナ粒子(体積平均粒径=0.3μm)+水道水
(3)Si粒子の突出距離d :0.2μm
(Examples 1-4, Comparative Examples 1-6)
(Production of evaluation sample 1)
A flat plate of A390 alloy (Al-17Si, volume average particle size of Si particles 80 μm; manufactured by Showa Denko KK) was prepared as a test piece, and evaluation sample 1 (TP1) shown in Table 1 below was prepared under the following conditions. .
<Condition>
・ Rough geometric shape processing: The surface of the test piece is polished with # 2000 polishing paper (manufactured by Noritake Coated Abrasive Co., Ltd.) and groove forming step (1) Tool: # 80, # 120, # 400 polishing paper [ (Made by Noritake Coated Abrasive)
(2) Grinding direction angle: 30 °
(3) Manual machining and flattening process (rolling)
(1) Equipment: Rolling mill, manufactured by YOSHIDA Co., Ltd. (2) Use additive-free mineral oil (3) Processing pressure: 1% reduction
・ Particle protrusion process: Flattening by buffing and Si leveling (1) Buff type: Cotton (2) Abrasive: Alumina particles (volume average particle size = 0.3 μm) + tap water (3) Protrusion distance of Si particles d: 0.2 μm

(基準サンプルの作製)
A390合金(Al−17Si、Si粒子の体積平均粒径80μm;昭和電工(株)製)の平板に対し、下記表1に示すようにバフ研磨とECM処理(電解研磨法)を施し、耐スカッフィング性を評価する基準材となる基準サンプルとした。
なお、ECM処理は、電解質溶液:120g/lの硝酸ナトリウム水溶液、電流密度:15A/dm、液温:60℃の条件にて白金板を対極として実施した。
(Preparation of reference sample)
A flat plate of A390 alloy (Al-17Si, volume average particle size of Si particles 80 μm; manufactured by Showa Denko KK) is subjected to buffing and ECM treatment (electropolishing method) as shown in Table 1 below, and scuffing resistance A reference sample serving as a reference material for evaluating the properties was used.
The ECM treatment was performed using a platinum plate as a counter electrode under the conditions of electrolyte solution: 120 g / l sodium nitrate aqueous solution, current density: 15 A / dm 2 , and liquid temperature: 60 ° C.

(評価サンプルの作製2)
溶融アルミの入ったアルミナるつぼ中に、ふるい分けしたSiO粒子を入れて均一になるように撹拌し、金型に注湯して凝固させて作製した合金を切削加工して平板を試験片として用意し、上記加工条件にて下記表1に示す評価サンプル2(TP2)を作製した。
(Production of evaluation sample 2)
Alumina crucible containing molten aluminum is placed in a SiO 2 particle that has been sieved, stirred uniformly, poured into a mold and solidified, and then cut to prepare a flat plate as a test piece. And the evaluation sample 2 (TP2) shown in following Table 1 was produced on the said process conditions.

Figure 2010274386
Figure 2010274386

前記表1中の表面粗さ(Ra、RzJIS、Rvk、Rk、Rpk)は、SEF3400〔(株)小坂研究所製)を用いて測定したものである。なお、表面粗さはそれぞれ、JIS B 0601:2001に基づいて、Ra:粗さ曲線の算術平均高さ、RzJIS:粗さ曲線の十点平均高さ、Rvk:負荷曲線の油たまり深さ、Rk:負荷曲線の有効負荷高さ、Rpk:負荷曲線の初期摩耗高さを表す。 The surface roughness (Ra, Rz JIS , Rvk, Rk, Rpk) in Table 1 is measured using SEF3400 (manufactured by Kosaka Laboratory Ltd.). The surface roughness is based on JIS B 0601: 2001, Ra: arithmetic average height of the roughness curve, Rz JIS : ten-point average height of the roughness curve, and Rvk: oil pool depth of the load curve. , Rk: effective load height of the load curve, Rpk: initial wear height of the load curve.

(評価)
上記で得られた評価サンプル及び基準サンプルに対し、窒化処理ステンレス鋼製のピストントップリングの切り出し材を相手材として耐スカッフィング性を評価した。具体的には、図7に示すように、評価サンプル又は基準サンプルを試料とし、これにピストントップリングを下記の評価条件にて矢印方向に往復動させ、焼付きが発生して摩擦が急激に増加するまでの時間(耐スカッフ時間)を計測し、その計測値の長さを指標に評価した。このとき、一定量の油を試料表面に塗布するだけで試験途中での給油は行なわなかった。評価結果は、図8に示す。
(Evaluation)
Scuffing resistance was evaluated with respect to the evaluation sample and the reference sample obtained above, using a nitriding stainless steel piston top ring cutting material as a counterpart material. Specifically, as shown in FIG. 7, an evaluation sample or a reference sample is used as a sample, and a piston top ring is reciprocated in the direction of the arrow under the following evaluation conditions. The time to increase (scuff resistance time) was measured, and the length of the measured value was evaluated as an index. At this time, only a certain amount of oil was applied to the surface of the sample, and oil supply during the test was not performed. The evaluation results are shown in FIG.

<評価条件>
・荷重:19.6N
・面圧:530MPa(鉄換算)
・往復回数:500cpm
・往復振幅:40mm
・温度70℃
・塗布油量:0.13mg/cm
・油種:5W−30油(東燃ゼネラル石油(株)製)
<Evaluation conditions>
・ Load: 19.6N
-Surface pressure: 530 MPa (iron equivalent)
・ Number of round trips: 500 cpm
・ Reciprocal amplitude: 40mm
・ Temperature 70 ℃
・ Coating oil amount: 0.13 mg / cm 2
-Oil type: 5W-30 oil (manufactured by TonenGeneral Sekiyu KK)

図8に示すように、実施例1〜4では、エンジンでの実用実績のある基準サンプルに比べ、より優れた耐スカッフィング性が得られており、また、研磨による溝形成までしか行えなかった比較例4、さらに平坦化まで行なった比較例3、及びバフ仕上げでSi粒子が浮き出されているが溝形成していない比較例5との対比では、耐スカッフィング性を飛躍的に向上させることができた。
さらに、Si濃度の低い比較例1では、耐スカッフィング性が低く、Si濃度が39質量%の比較例2では、相手リングの摩耗が極めて大きくなった。
As shown in FIG. 8, in Examples 1 to 4, a superior scuffing resistance was obtained compared to a reference sample having a practical track record in an engine, and only a groove formation by polishing could be performed. In comparison with Example 4, Comparative Example 3 in which flattening is performed, and Comparative Example 5 in which Si particles are raised but not formed by buffing, the scuffing resistance can be remarkably improved. It was.
Further, in Comparative Example 1 having a low Si concentration, the scuffing resistance was low, and in Comparative Example 2 in which the Si concentration was 39% by mass, the wear of the mating ring was extremely large.

1・・・シリンダボア
3・・・ピストン
4・・・ピストンリング
5・・・溝
7・・・平坦部
8・・・Si粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder bore 3 ... Piston 4 ... Piston ring 5 ... Groove 7 ... Flat part 8 ... Si particle

Claims (7)

17〜35質量%のSiを少なくとも含むと共に、
研削加工により形成された潤滑油保持が可能な溝部と塑性加工が施された平坦部とを有し、少なくとも前記平坦部の表面からSi粒子の一部が突出した摺動面を備えたSi粒子含有Al−Si系合金摺動材。
Containing at least 17 to 35% by mass of Si,
Si particles having a groove formed by grinding and capable of retaining lubricating oil and a flat portion subjected to plastic working, and having a sliding surface in which at least a part of the Si particles protrudes from the surface of the flat portion Containing Al-Si alloy sliding material.
前記溝部は、摺動方向に対して傾斜角を有する線形に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のSi粒子含有Al−Si系合金摺動材。   The said groove part is formed in the linear which has an inclination | tilt angle with respect to a sliding direction, The Si particle containing Al-Si type alloy sliding material of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記摺動面は、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容される孔を備え、前記ピストンの外周と前記孔の表面との間に油膜が形成されるシリンダボアの前記孔の表面であって、前記孔の表面に前記溝部及び前記平坦部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のSi粒子含有Al−Si系合金摺動材。   The sliding surface is a surface of the hole of the cylinder bore having a hole in which a piston having a piston ring is reciprocally accommodated, and an oil film is formed between the outer periphery of the piston and the surface of the hole. The Si-particle-containing Al—Si alloy sliding material according to claim 1, wherein the groove portion and the flat portion are provided on a surface of the hole. 17〜35質量%のSiを含み、摺動面をなす表面を有する粗幾何形状の加工が施されたSi粒子含有Al−Si系合金の前記表面に研削加工を施し、潤滑油を保持するための溝部を形成する溝部形成工程と、
前記溝部が形成された前記表面に塑性加工を施して平坦化処理する平坦化処理工程と、
平坦化処理された前記表面を弾性基材を用いて研磨し、前記表面からSi粒子を突出させる粒子突出工程と、
を有する摺動面の形成方法。
In order to retain lubricating oil by grinding the surface of the Si-particle-containing Al-Si alloy containing 17 to 35% by mass of Si and having a rough geometric shape having a sliding surface. A groove forming step of forming a groove of
A flattening process step of performing plastic processing on the surface on which the groove is formed;
Polishing the planarized surface using an elastic base material, a particle protruding step of protruding Si particles from the surface,
A method for forming a sliding surface.
前記粒子突出工程は、バフ及び研磨剤を用いてバフ研磨することを特徴とする請求項4に記載の摺動面の形成方法。   The method for forming a sliding surface according to claim 4, wherein the particle protruding step is performed by buffing using a buff and an abrasive. 前記研磨剤は、体積平均径が前記Si粒子の体積平均径以下の砥粒を含むことを特徴とする請求項5に記載の摺動面の形成方法。   The sliding surface forming method according to claim 5, wherein the abrasive includes abrasive grains having a volume average diameter equal to or less than a volume average diameter of the Si particles. 前記Si粒子含有Al−Si系合金は、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容される孔を備え、前記ピストンの外周と前記孔の表面との間に油膜が形成されるシリンダボアであって、
前記溝部形成工程は、前記孔の表面に前記溝部を、前記ピストンの摺動方向に対して傾斜角を有する線形に形成することを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載の摺動面の形成方法。
The Si particle-containing Al-Si alloy is a cylinder bore having a hole in which a piston having a piston ring is reciprocally accommodated, and an oil film is formed between an outer periphery of the piston and a surface of the hole. ,
The said groove part formation process forms the said groove part in the surface which has the inclination | tilt angle with respect to the sliding direction of the said piston in the surface of the said hole, The said any one of Claims 4-6 characterized by the above-mentioned. A method for forming a sliding surface as described.
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