JP2012137075A - 内燃機関のピストンと該ピストンの製造法及び摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冠部2にピストンリング溝5の形成用の耐摩環8を有する内燃機関のピストン1であって、前記耐摩環8を、ピストン1のアルミニウム合金(Al)母材よりも高硬度でかつ比重が大きなニレジスト鋳鉄の切粉を圧縮した圧粉体である多孔質の仮成形体10によって成形し、仮成形体は、平均粒径が100〜1000μm以上でかつ密度が3.0〜6.0g/cm3以上に設定され、仮成形体の加熱温度が1000℃で、加熱時間を30分間とした。また、仮成形体を含浸させて多孔質の多孔空間内に浸透させるAl合金とMg合金の溶湯における前記Mg合金量を60〜90重量%の範囲に設定した。
【選択図】図2
Description
〔実施形態〕
前記ピストン1は、母材としてAC8A Al−Si系のアルミニウム合金によって一体に成形され、図1及び図2に示すように、ほぼ円筒状に形成されて、冠面2a上に燃焼室を画成する冠部2と、該冠部2の下端外周縁に一体に設けられた円弧状の一対のスラスト側及び反スラスト側のスカート部3と、該各スカート部3の円周方向の両側端に各連結部位を介して連結された一対のエプロン部4と、を備えている。この各エプロン部4には、図外のピストンピンの両端部を支持する一対のピンボス部4aが一体に形成されている。
〔実施例〕
以下、耐摩環8を成形する材料及び実験を交えて行った基本的な成形方法について具体的に説明する。
(第1工程)
まず、耐摩環8のベース材料としては、金属酸化物(鉄系材料)であるニレジスト鋳鉄の切粉を粉砕し、この切粉を圧縮して多孔質の圧粉体である仮成形体10を予め成形する。なお、この仮成形体10は、基本的に圧粉体を称するが、便宜上、以下の多孔空間にAlとMgの溶湯が含浸され後の第7工程まで仮圧粉体と称する。
(第2工程)
次に、前記ニレジスト鋳鉄の切粉を、図4に示す通常のパンチ成形機11によって加圧して図5に示す仮成形体10を成形する。つまり、まず、図4Aに示すように、成形型12の円柱状キャビティ12a内に下方から成形ピン13aを内挿した下パンチ13を挿入させて位置決め保持した状態で、前記ニレジスト鋳鉄の切粉14をキャビティ12a内に充填する。
(第3工程)
次に、前記仮成形体10を、水素ガスと窒素ガスの混合がH2:N2=3:1の割合の雰囲気ガス中で以下の条件で焼結成形した。
(第4工程)
次に、前述した前記平均粒径や密度及び加熱条件がそれぞれ異なる各仮成形体10を、表2に示した前記Al合金とMg合金の相対的な含有量を変化させた溶湯(750℃)に10分間浸漬する含浸処理を行った。
(第5工程)
その後、各仮成形体10を、溶湯温度が780℃の99.7%の純アルミニウムに近いAl合金の溶湯に浸漬して、前記仮成形体10の表面にAl合金を付着させた。これによって、Mgの大気中における酸化を抑制する。
(第6、第7工程)
続いて、前記仮成形体10を常温にて所定時間の間、冷却保管し(第6工程)、その後、前記仮成形体10を99.7%のAl合金の溶湯へ再浸漬して予熱する(第7工程)。このAl合金の溶湯温度は、780℃に設定した。
(第8工程)
次に、前記溶湯内から取り出された成形体(耐摩環8)を、図6に示すピストンの鋳造金型16内に形成されたキャビティ16b内の所定位置にセットする。その後、前記金型16の注湯口16aからキャビティ16b内にピストン1の母材であるAl合金の溶湯を注湯して前記耐摩環8を鋳ぐるむ。この場合の溶湯温度は750℃に設定し、前記Al合金の溶湯材料としては、Alの他にMgやZn、Mnを含有したAZ91Cを用いた。これによって、耐摩環8が鋳込まれたピストン1の成形作業が完了する。
〔実施例における溶湯の自発浸透のメカニズム〕
以下、前記第4工程での仮成形体10に対するAl、Mgの混合溶湯の自発浸透のメカニズムを考察する。
生成した窒化マグネシウムMg3N2は、仮成形体10の切粉の粒子表面をコーティングして溶湯の酸化膜を還元し溶湯との濡れ性を改善することによって浸透圧を大きくする。
4Mg+Fe304=4Mg+3Fe−77kcal/mol
Mg+FeO=MgO+Fe−80.5kcal/mol
この発熱反応によりMg3N2(S)の生成及び酸化膜(MgO)の還元が進み、空気と接触している溶湯表面には、仮成形体10内のO2による酸化が進む。
〔請求項a〕請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記多孔質の仮成形体は、金属粉体を固化して成形されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項b〕請求項aに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記仮成形体は、圧粉体であることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項c〕請求項aに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記仮成形体の粉体は、平均粒径が100μm以上でかつ密度が3.0g/cm3以上に設定されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項d〕請求項aに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記粉体は、鉄系金属であることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項e〕請求項dに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記粉体は、ニレジスト鋳鉄によって形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項f〕請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記ピストン母材は、アルミニウム合金材であることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項g〕請求項1に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記ピストン母材は、マグネシウム合金材であることを特徴とする内燃機関のピストン。
〔請求項h〕請求項2に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記仮成形体は、粉体を加圧するだけで成形される圧粉体によって形成したことを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
〔請求項i〕請求項2に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記ピストンの母材よりも比重が小さい金属材料は、大気圧によって前記仮成形体に浸透することを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
〔請求項j〕請求項2に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記成形された耐摩環をアルミニウム合金とマグネシウム合金の溶湯に浸漬し、その後、該耐摩環を前記ピストンの母材に鋳ぐるむことを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
2…冠部
3…スカート部
4…エプロン部
5〜7…ピストンリング溝
8…耐摩環
10…仮成形体
Claims (3)
- 冠部にピストンリング溝形成用の耐摩環を有する内燃機関のピストンであって、
前記耐摩環を、ピストンの母材よりも高硬度でかつ比重が大きい材料によって成形された多孔質の仮成形体の多孔空間内に、マグネシウムが20重量%以上含有した材料が含浸した部材によって形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 冠部にピストンリング溝形成用の耐摩環を有する内燃機関のピストンの製造方法であって、
前記ピストンの母材よりも高硬度でかつ比重が大きい金属酸化物の粉体を固めて成形された仮成形体の多孔空間内に、前記ピストン母材よりも比重が小さい金属材料を前記仮成形体との酸化還元反応によって含浸させて前記耐摩環を形成し、
その後、前記耐摩環を前記ピストン母材に鋳ぐるみ固定したことを特徴とする内燃機関のピストン製造方法。 - 母材よりも耐摩耗性の高い耐摩耗部が部分的に設けられた摺動部材であって、
前記耐摩耗性部を、前記母材よりも高硬度でかつ比重が大きな材料によって成形された多孔質の仮成形体の多孔空間内に、マグネシウムが20重量%以上含有した材料が含浸した成形体によって形成したことを特徴とする摺動部材。
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