JP2018090835A - Abrasion resistant surface structure of aluminum alloy and method of producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム合金の耐摩耗表面構造及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a wear-resistant surface structure of an aluminum alloy and a manufacturing method thereof.
従来は、アルミニウム合金によって形成される内燃機関のピストンを高耐久化する為、アルミニウム合金の表面に一次電解を施して陽極酸化皮膜を形成し、しかる後、陽極酸化皮膜の表面に二次電解を施して陽極酸化皮膜に含まれる無数の孔に二硫化モリブデン結晶を析出させる事によって、アルミニウム合金の表面を耐摩耗層によって被覆する事が行われている(例えば、特許文献1乃至3を参照)。 Conventionally, in order to make the piston of an internal combustion engine formed of an aluminum alloy highly durable, primary electrolysis is performed on the surface of the aluminum alloy to form an anodized film, and then secondary electrolysis is performed on the surface of the anodized film. The surface of an aluminum alloy is covered with a wear-resistant layer by depositing molybdenum disulfide crystals in innumerable holes included in the anodized film (see, for example, Patent Documents 1 to 3). .
然し乍ら、従来の構造には限界が有り、ピストンを今まで以上に高耐久化する為、アルミニウム合金の表面を従来よりも耐摩耗化する事が要求されている。 However, there is a limit to the conventional structure, and in order to make the piston more durable than before, it is required to make the surface of the aluminum alloy more wear-resistant than before.
従って、本発明の目的は、アルミニウム合金の表面を従来よりも耐摩耗化する事が出来るアルミニウム合金の耐摩耗表面構造及びその製造方法を提供する事に有る。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wear-resistant surface structure of an aluminum alloy that can make the surface of the aluminum alloy more wear-resistant than before, and a method for producing the same.
本発明は、アルミニウム合金の表面に形成される陽極酸化皮膜に含まれる無数の孔に二硫化モリブデン結晶が析出されているアルミニウム合金の耐摩耗表面構造において、前記アルミニウム合金は、珪素を含有しており、前記陽極酸化皮膜は、初晶珪素粒子と共晶珪素粒子とを起点に形成される無数の亀裂を含んでおり、前記無数の亀裂には、前記無数の孔と同様に二硫化モリブデン結晶が析出されているアルミニウム合金の耐摩耗表面構造を提供する。 The present invention relates to a wear-resistant surface structure of an aluminum alloy in which molybdenum disulfide crystals are precipitated in innumerable holes included in an anodized film formed on the surface of the aluminum alloy, wherein the aluminum alloy contains silicon. The anodic oxide film includes innumerable cracks formed from primary silicon particles and eutectic silicon particles, and the innumerable cracks include molybdenum disulfide crystals as in the innumerable holes. A wear-resistant surface structure of an aluminum alloy on which is deposited.
前記アルミニウム合金は、共晶アルミニウム珪素系合金、過共晶アルミニウム珪素系合金、又は燐を含有する亜共晶アルミニウム珪素系合金の何れか一種類である事が望ましい。 The aluminum alloy is preferably any one of a eutectic aluminum silicon alloy, a hypereutectic aluminum silicon alloy, or a hypoeutectic aluminum silicon alloy containing phosphorus.
更に、本発明は、アルミニウム合金の表面に一次電解を施して陽極酸化皮膜を形成する一次電解工程と、前記陽極酸化皮膜の表面に二次電解を施して前記陽極酸化皮膜に含まれる無数の孔に二硫化モリブデン結晶を析出させる二次電解工程と、を含んでいるアルミニウム合金の耐摩耗表面処理方法において、前記一次電解工程においては、珪素を含有する前記アルミニウム合金の表面に一次電解を施して前記無数の孔と初晶珪素粒子と共晶珪素粒子とを起点に形成される無数の亀裂とを含む前記陽極酸化皮膜を形成し、前記二次電解工程においては、前記陽極酸化皮膜の表面に二次電解を施して前記陽極酸化皮膜に含まれる前記無数の孔と前記無数の亀裂とに二硫化モリブデン結晶を析出させるアルミニウム合金の耐摩耗表面構造の製造方法を提供する。 Furthermore, the present invention provides a primary electrolysis step of forming an anodic oxide film by subjecting the surface of the aluminum alloy to primary electrolysis, and an infinite number of pores contained in the anodic oxide film by subjecting the surface of the anodic oxide film to secondary electrolysis. And a secondary electrolysis step for precipitating molybdenum disulfide crystals on the surface of the aluminum alloy. The primary electrolysis step includes subjecting the surface of the aluminum alloy containing silicon to primary electrolysis. Forming the anodic oxide film including innumerable cracks formed from the innumerable pores, primary silicon particles and eutectic silicon particles, and in the secondary electrolysis step, on the surface of the anodic oxide film Method for producing wear-resistant surface structure of aluminum alloy by subjecting secondary electrolysis to deposit molybdenum disulfide crystal in innumerable holes and innumerable cracks contained in said anodic oxide film To provide.
前記アルミニウム合金は、共晶アルミニウム珪素系合金、過共晶アルミニウム珪素系合金、又は燐を含有する亜共晶アルミニウム珪素系合金の何れか一種類である事が望ましい。 The aluminum alloy is preferably any one of a eutectic aluminum silicon alloy, a hypereutectic aluminum silicon alloy, or a hypoeutectic aluminum silicon alloy containing phosphorus.
本発明によってアルミニウム合金の表面を従来よりも耐摩耗化する事が出来るアルミニウム合金の耐摩耗表面構造及びその製造方法を提供する事が出来る。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a wear-resistant surface structure of an aluminum alloy that can make the surface of an aluminum alloy more wear-resistant than before and a method for manufacturing the same.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
先ず、アルミニウム合金の耐摩耗表面構造に関して説明する。 First, the wear resistant surface structure of the aluminum alloy will be described.
図1に示す通り、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金の耐摩耗表面構造100は、アルミニウム合金101の表面に形成される陽極酸化皮膜102に含まれる無数の孔(アルミニウム合金101の表面と略垂直に成長される縦微細孔)103に二硫化モリブデン結晶104が析出されている。
As shown in FIG. 1, the wear-
アルミニウム合金101は、珪素を含有する、共晶アルミニウム珪素系合金、過共晶アルミニウム珪素系合金、又は燐を含有する亜共晶アルミニウム珪素系合金の何れか一種類である。
The
珪素の含有量を調整する事によって、共晶アルミニウム珪素系合金、過共晶アルミニウム珪素系合金、又は亜共晶アルミニウム珪素系合金を得る事が出来る。 By adjusting the silicon content, a eutectic aluminum silicon alloy, a hypereutectic aluminum silicon alloy, or a hypoeutectic aluminum silicon alloy can be obtained.
珪素の含有量は、例えば、10質量%以上20質量%以下程度の範囲とする事が望ましい。 The silicon content is desirably in the range of, for example, about 10% by mass to 20% by mass.
尚、アルミニウム合金101は、銅、ニッケル、マグネシウム、鉄、マンガン、及び/又はチタン等の珪素以外の他成分を含有していても構わない。
The
陽極酸化皮膜102は、初晶珪素粒子と共晶珪素粒子とを起点に形成される無数の亀裂(アルミニウム合金101の表面と略水平に延在される割れ目)105を含んでいる。
The
無数の亀裂105には、無数の孔103と同様に二硫化モリブデン結晶104が析出されている。
Like
亀裂105は、珪素の含有量を増量したり初晶珪素粒子の粒子径と共晶珪素粒子とを大きくしたりする事によって数を増加させる事が出来る。
The number of the
次に、アルミニウム合金の耐摩耗表面構造の製造方法に関して説明する。 Next, a method for manufacturing the wear-resistant surface structure of an aluminum alloy will be described.
図2に示す通り、本発明の実施の形態に係るアルミニウム合金の耐摩耗表面構造の製造方法M100は、アルミニウム合金101の表面に一次電解(陽極酸化処理)を施して陽極酸化皮膜102を形成する一次電解工程S101と、陽極酸化皮膜102の表面に二次電解を施して陽極酸化皮膜102に含まれる無数の孔103に二硫化モリブデン結晶104を析出させる二次電解工程S102と、を含んでいる。
As shown in FIG. 2, manufacturing method M100 of an aluminum alloy wear-resistant surface structure according to an embodiment of the present invention forms primary anodization (anodization treatment) on the surface of
一次電解工程S101においては、珪素を含有するアルミニウム合金101の表面に一次電解を施して無数の孔103と初晶珪素粒子と共晶珪素粒子とを起点に形成される無数の亀裂105とを含む陽極酸化皮膜102を形成する。
In the primary electrolysis step S101, the surface of the
アルミニウム合金101に含有されている珪素以外の他成分は、一次電解工程S101によって溶解される為、珪素を含有する陽極酸化皮膜102が形成される事に成る。
Since other components other than silicon contained in the
尚、本来は、亜共晶アルミニウム珪素系合金の表面に一次電解を施しても初晶珪素粒子を析出させる事は出来ないが、無数の孔103と共晶珪素粒子を起点に形成される無数の亀裂105とを含む陽極酸化皮膜102を形成する事は出来る。
Originally, even if primary electrolysis is performed on the surface of a hypoeutectic aluminum silicon-based alloy, primary crystal silicon particles cannot be deposited, but
然し乍ら、亜共晶アルミニウム珪素系合金に燐を添加する事によって亜共晶アルミニウム珪素系合金を共晶アルミニウム珪素系合金又は過共晶アルミニウム珪素系合金に合金組成を遷移させる事が出来る為、共晶珪素粒子のみならず初晶珪素粒子が生成されて初晶珪素粒子と共晶珪素粒子とを起点に形成される無数の亀裂105を含む陽極酸化皮膜102を形成する事が出来る。
However, by adding phosphorus to the hypoeutectic aluminum silicon alloy, the alloy composition can be changed from a eutectic aluminum silicon alloy to a eutectic aluminum silicon alloy or a hypereutectic aluminum silicon alloy. An
二次電解工程S102においては、陽極酸化皮膜102の表面に二次電解を施して陽極酸化皮膜102に含まれる無数の孔103と無数の亀裂105とに二硫化モリブデン結晶104を析出させる。
In the secondary electrolysis step S <b> 102, secondary electrolysis is performed on the surface of the
無数の孔103と無数の亀裂105とに二硫化モリブデン結晶104を析出させる事によって陽極酸化皮膜102に高い自己潤滑性を付与する事が出来る為、アルミニウム合金101の表面を従来よりも耐摩耗化する事が出来る様に成る。
By depositing
従って、本発明によってアルミニウム合金101の表面を従来よりも耐摩耗化する事が出来るアルミニウム合金の耐摩耗表面構造100及びその製造方法M100を提供する事が出来る。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an aluminum alloy wear-
例えば、内燃機関のピストンのリング溝、スカート部、及び/又はピンボス部に本発明を適用する事によって、ピストンを高強度化及び低摩擦化する事が出来る為、耐久性の向上及び燃費の向上を実現する事が可能と成る。 For example, by applying the present invention to the ring groove, skirt portion, and / or pin boss portion of a piston of an internal combustion engine, the piston can be made to have high strength and low friction, thereby improving durability and improving fuel consumption. Can be realized.
100 耐摩耗表面構造
101 アルミニウム合金
102 陽極酸化皮膜
103 孔
104 二硫化モリブデン結晶
105 亀裂
M100 製造方法
S101 一次電解工程
S102 二次電解工程
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記アルミニウム合金は、珪素を含有しており、
前記陽極酸化皮膜は、初晶珪素粒子と共晶珪素粒子とを起点に形成される無数の亀裂を含んでおり、
前記無数の亀裂には、前記無数の孔と同様に二硫化モリブデン結晶が析出されている
事を特徴とするアルミニウム合金の耐摩耗表面構造。 In the wear-resistant surface structure of an aluminum alloy in which molybdenum disulfide crystals are precipitated in countless holes included in the anodized film formed on the surface of the aluminum alloy,
The aluminum alloy contains silicon,
The anodic oxide film includes innumerable cracks formed starting from primary silicon particles and eutectic silicon particles,
A wear resistant surface structure of an aluminum alloy, characterized in that molybdenum disulfide crystals are precipitated in the infinite number of cracks as in the infinite number of holes.
請求項1に記載のアルミニウム合金の耐摩耗表面構造。 The wear resistance of the aluminum alloy according to claim 1, wherein the aluminum alloy is any one of a eutectic aluminum silicon alloy, a hypereutectic aluminum silicon alloy, or a hypoeutectic aluminum silicon alloy containing phosphorus. Surface structure.
前記陽極酸化皮膜の表面に二次電解を施して前記陽極酸化皮膜に含まれる無数の孔に二硫化モリブデン結晶を析出させる二次電解工程と、
を含んでいるアルミニウム合金の耐摩耗表面構造の製造方法において、
前記一次電解工程においては、珪素を含有する前記アルミニウム合金の表面に一次電解を施して前記無数の孔と初晶珪素粒子と共晶珪素粒子とを起点に形成される無数の亀裂とを含む前記陽極酸化皮膜を形成し、
前記二次電解工程においては、前記陽極酸化皮膜の表面に二次電解を施して前記陽極酸化皮膜に含まれる前記無数の孔と前記無数の亀裂とに二硫化モリブデン結晶を析出させる
事を特徴とするアルミニウム合金の耐摩耗表面構造の製造方法。 A primary electrolysis step of forming an anodized film by subjecting the surface of the aluminum alloy to primary electrolysis;
A secondary electrolysis step of subjecting the surface of the anodized film to secondary electrolysis to deposit molybdenum disulfide crystals in countless holes contained in the anodized film;
In a method for producing a wear-resistant surface structure of an aluminum alloy containing
In the primary electrolysis step, the surface of the aluminum alloy containing silicon is subjected to primary electrolysis, and includes innumerable cracks formed from the innumerable holes, primary silicon particles, and eutectic silicon particles. Forming an anodized film,
In the secondary electrolysis step, the surface of the anodized film is subjected to secondary electrolysis to deposit molybdenum disulfide crystals in the innumerable holes and innumerable cracks included in the anodized film. A method for producing a wear-resistant surface structure of an aluminum alloy.
請求項3に記載のアルミニウム合金の耐摩耗表面構造の製造方法。 The wear resistance of the aluminum alloy according to claim 3, wherein the aluminum alloy is any one of a eutectic aluminum silicon alloy, a hypereutectic aluminum silicon alloy, or a hypoeutectic aluminum silicon alloy containing phosphorus. Manufacturing method of surface structure.
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