JP2013092150A - 内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部の表面硬化処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部の表面硬化方法において、乾燥させた内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッド15のバルブシート部19の塗膜の上に、黒鉛粉末をシンナー等の溶剤で希釈した吸収剤10を塗布被覆し、レーザあるいは電子ビームの照射時に、MC系炭化物を焼結し、金属粉末の鋳鉄母材への拡散を促進させることにより、前記バルブシート部19に合金層21を形成する。
【選択図】図5
Description
これにより、カーボン等の燃焼残渣物によるアグレッシブ磨耗を防ぐことが可能となる。
鋳型に鋳鉄溶湯を流し込みFCD(ダグタイル鋳鉄)製ピストン1を鋳造後、ピストンリング溝部を切削加工し、リング溝部3、4を形成する。
まず、数種の金属粉末について所定量を秤量し配合する。次に、ボールミル等を用いて前記金属粉末が均等に分散するように合金粉末を混合する。該合金粉末に所定量の溶剤を入れて、さらに混合し、合金粉末と溶剤を均一に分散させる。そうして、その中にバインダーを添加して、全体が均一な混合物となるように十分に撹拌する。次に、前記リング溝部3、4に上記の如く得られた合金粉末、樹脂及び溶剤を混合した混合物を噴射用ノズル(図示せず)を用いて塗布する。塗布する際に、ピストン1を一定速度で回転させて、均一な粉末合金層(厚さ:200〜400μm)を形成する。該粉末合金層を形成後、常温で放置し十分に溶剤を乾燥させる。上記金属粉末としては、例えばCr、V、W、Mo、Ti等の非常に硬い炭化物(MC系炭化物)を生成する金属を使用することが好ましいが、その他の硬合金を形成する金属として、アルミナ、TiN、TiO2、CrN、ジルコニア、SiC、TiC等を用いて粉末合金層を形成してもかまわない。
前記粉末合金層の上に、レーザ波長に応じてレーザ吸収剤10を5μm〜15μm程度の膜厚となるよう噴射用ノズルを用いて塗布を行う。塗布する際に、ピストン1を一定速度で回転させて、均一な被膜となるようにする。該被膜を形成後、常温で放置し十分に溶剤を乾燥させる。本実施例では、レーザ吸収剤10として黒鉛粉末をシンナー等の溶剤で希釈したものを用いて粉末合金層上に黒鉛被膜を形成したが、特にこれに限るものではなく、酸化第2鉄等を主成分とした塗布剤等を吸収剤として塗布してもかまわない。また、前記希釈溶剤はシンナー、トルエン、キシレン又はメタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類を用いることが可能であり、乾燥速度や安全性を考慮し適宜選択すれば良い。
図2及び図3に示すようにリング溝部3、4にレーザあるいは電子ビームを適切な出力及び走査速度にて照射し、粉末合金層を焼結あるいは溶融させ、リング溝部3、4に150μm〜350μm程度の膜厚の合金層20を形成する。また、レーザとしては、CO2レーザやYAGレーザ、半導体レーザ等が上げられる。またレーザよりも高エネルギーである電子ビーム等を用いることも可能である。こうして、前工程のレーザ吸収剤(黒鉛被膜)10の塗布により、レーザ光8が粉末合金層上で効率的に吸収されることで粉末合金層が加熱されて、粉末合金層内及び該粉末合金層とピストン等金属母材(鋳鉄母材)との界面部で焼結及び溶融、母材への拡散が促進されることにより、金属母材表面に強固で耐磨耗性を有する合金層を生成するとともに、その合金層を金属母材(鋳鉄母材)に接合することが可能となるのである。なお、本実施例では金属母材としてFCD(ダグタイル鋳鉄)製の部材を用いているが、特にこれに限定するものではなくアルミ合金等などでもかまわない。
以上の工程により製造されたピストン1のリング溝3、4においては、必要に応じて合金層20の表面の研削加工を行う。このような工程により、リング溝部3、4に合金層を有するピストンを製造することができる。
上記の工程と同様の作製条件で、ダクタイル鋳鉄製テストピース(30×100(mm))上に合金層20を形成させて、表面の硬さをビッカース硬度計で測定し、耐磨耗性評価を行った。上述したようにMo(モリブデン)とC(カーボン)の混合粉末を用いて合金層20を形成したテストピースにおいては、ビッカース硬度が2000Hv程度であった。母材であるダグタイル鋳鉄(ビッカース硬度:300Hv〜350Hv)と比較して6倍程度の高硬度の合金層20が得られたことを確認した。
上記テストピースについて、EDX(エネルギー分散型蛍光X線分析装置)を用いて合金層20と鋳鉄母材であるテストピースとの界面部分を分析した結果としてMo(モリブデン)が傾斜的に分布していることを確認した。つまり合金層20が鋳鉄母材に接合していることを確認した。また、X線回折装置を用いてMoがCと結合し高硬度かつ高融点のセラミック合金の一例であるMoC(モリブデン炭化物)を生成していることも確認した。
3・4 リング溝部
8 レーザ光
10 レーザ吸収剤
15 シリンダヘッド
19 バルブシート部
20・21・22 合金層
25 シリンダブロック
26 ライナ表面部
Claims (2)
- 内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッド(15)の吸気バルブ(16)と排気バルブ(17)の摺動部となるバルブシート部(19)に、金属粉末、バインダー及び溶剤を混合した混合物を塗布して塗膜を形成し、該塗膜を乾燥させ、該塗膜にレーザあるいは電子ビームを照射し、前記金属粉末を焼結及び拡散させることにより、前記シリンダヘッド(15)のバルブシート部(19)にMC系炭化物を生成するとともに、該MC系炭化物を鋳鉄母材に接合する内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部の表面硬化方法において、前記乾燥させたシリンダヘッド(15)のバルブシート部(19)の塗膜の上に、黒鉛粉末をシンナー等の溶剤で希釈した吸収剤(10)を塗布被覆し、前記レーザあるいは電子ビームの照射時に、前記MC系炭化物を焼結し、前記金属粉末の鋳鉄母材への拡散を促進させることにより、前記バルブシート部(19)に合金層(21)を形成することを特徴とする内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部の表面硬化処理方法。
- 請求項1記載の内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部の表面硬化方法において、前記金属粉末が、バナジウムの粉末、タングステンの粉末、またはクロムの粉末であることを特徴とする内燃機関用鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部の表面硬化方法。
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