JP2679245B2 - 繊維強化金属製機械要素の製造方法 - Google Patents
繊維強化金属製機械要素の製造方法Info
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- JP2679245B2 JP2679245B2 JP1126559A JP12655989A JP2679245B2 JP 2679245 B2 JP2679245 B2 JP 2679245B2 JP 1126559 A JP1126559 A JP 1126559A JP 12655989 A JP12655989 A JP 12655989A JP 2679245 B2 JP2679245 B2 JP 2679245B2
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- Japan
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- metal
- plating layer
- reinforcing
- reinforced
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は熱膨張係数の大きいアルミニウム等の金属
とセラミック等の強化繊維とを複合化させた繊維強化金
属製機械要素の製造方法に関する。
とセラミック等の強化繊維とを複合化させた繊維強化金
属製機械要素の製造方法に関する。
［従来の技術］ 近来、機械要素を形成する金属材料としてアルミニウ
ム等の軽合金を採用し、機械要素の軽量化を図ってい
る。
ム等の軽合金を採用し、機械要素の軽量化を図ってい
る。
ところで内燃機関のピストンのように耐摩耗性を要求
される機械要素にアルミニウムを採用すると、摩耗度が
大きいため、アルミニウムの表面に表面処理を施す等の
対策が必要になる。
される機械要素にアルミニウムを採用すると、摩耗度が
大きいため、アルミニウムの表面に表面処理を施す等の
対策が必要になる。
この対策としてピストンにあっては、ピストンに耐摩
耗性の高いニレジスト鋳鉄製のリングを鋳込み、そのリ
ングにピストンリング溝を形成する方法、アルミニウム
の表面に、Ni,Ni−SiC（またはSi3N4等）の硬質メッキ
層を形成する方法が試みられていた。
耗性の高いニレジスト鋳鉄製のリングを鋳込み、そのリ
ングにピストンリング溝を形成する方法、アルミニウム
の表面に、Ni,Ni−SiC（またはSi3N4等）の硬質メッキ
層を形成する方法が試みられていた。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、アルミニウム等の熱膨張係数の高い軽金属に
あっては、熱サイクルによって軽金属と上記リングとの
境界に剥離が発生したり軽金属から硬質メッキ層が剥離
する問題がある。
あっては、熱サイクルによって軽金属と上記リングとの
境界に剥離が発生したり軽金属から硬質メッキ層が剥離
する問題がある。
尚、関連技術として、強化繊維の径に対する長さの異
なる強化繊維を種々用意し、機械要素の内外の強度と耐
摩耗性とを調整した「繊維強化金属複合材料部材及びそ
の製造方法」（特開昭59−74247号公報）の提案がある
が、熱サイクルに対する剥離強度を向上させようとする
ものではなかった。
なる強化繊維を種々用意し、機械要素の内外の強度と耐
摩耗性とを調整した「繊維強化金属複合材料部材及びそ
の製造方法」（特開昭59−74247号公報）の提案がある
が、熱サイクルに対する剥離強度を向上させようとする
ものではなかった。
本発明の目的は、繊維強化金属の表面に剥離強度の高
い硬質メッキ層を形成し、繊維強化金属製機械要素の耐
摩耗性を補償することにある。
い硬質メッキ層を形成し、繊維強化金属製機械要素の耐
摩耗性を補償することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、金属と強化繊維
とを複合させて形成した繊維強化複合金属の表面に硬質
メッキ層を形成する際に、上記繊維強化複合金属の表面
にエッチングを施して上記強化繊維の一部を露出させた
後、強化繊維が一部露出した上記繊維強化複合金属の表
面に上記硬質メッキ層を形成して、上記繊維強化複合金
属と上記硬質メッキ層を上記強化繊維を介して連結させ
たものである。
とを複合させて形成した繊維強化複合金属の表面に硬質
メッキ層を形成する際に、上記繊維強化複合金属の表面
にエッチングを施して上記強化繊維の一部を露出させた
後、強化繊維が一部露出した上記繊維強化複合金属の表
面に上記硬質メッキ層を形成して、上記繊維強化複合金
属と上記硬質メッキ層を上記強化繊維を介して連結させ
たものである。
［作用］ 強化繊維は金属の熱膨張を阻み、繊維強化複合金属の
熱膨張を阻むから繊維強化複合金属は一定の性能を維持
することができる。そして、この繊維強化複合金属の表
面にエッチングによる強化繊維の露出面を形成して、こ
の露出面に硬質メッキ処理を施すと、強化繊維の露出部
分が硬質メッキ層に対して基材となって熱膨張に対する
硬質メッキ層の剥離を防止する。
熱膨張を阻むから繊維強化複合金属は一定の性能を維持
することができる。そして、この繊維強化複合金属の表
面にエッチングによる強化繊維の露出面を形成して、こ
の露出面に硬質メッキ処理を施すと、強化繊維の露出部
分が硬質メッキ層に対して基材となって熱膨張に対する
硬質メッキ層の剥離を防止する。
したがって繊維強化複合金属自体で熱膨張を抑制しつ
つ、硬質メッキ層の剥離強度自体を向上させた繊維強化
金属製機械要素の製造方法を提供できる。
つ、硬質メッキ層の剥離強度自体を向上させた繊維強化
金属製機械要素の製造方法を提供できる。
［実施例］ 以下に繊維強化金属製機械要素を補強部材として備え
た内燃機関のピストンを添付図面に基づいて説明する。
た内燃機関のピストンを添付図面に基づいて説明する。
内燃機関のピストンにおいて熱サイクルが最も大きい
部位はピストンの頂面側であり、ピストンスラップ音を
発生させる部分はピストンのトップランドに一体的に嵌
合するピストントップリングであるから、実施例にあっ
ては、ピストンのトップランドを円周方向に沿って繊維
強化金属の補強体で補強して熱膨張に対処し、耐摩耗性
については、この補強体に形成するピストントップリン
グ溝の表面に硬質メッキ層を形成して対処する。
部位はピストンの頂面側であり、ピストンスラップ音を
発生させる部分はピストンのトップランドに一体的に嵌
合するピストントップリングであるから、実施例にあっ
ては、ピストンのトップランドを円周方向に沿って繊維
強化金属の補強体で補強して熱膨張に対処し、耐摩耗性
については、この補強体に形成するピストントップリン
グ溝の表面に硬質メッキ層を形成して対処する。
具体的には第１図に示すように、アルミニウム（JIS
−AC8A）等の熱膨張係数の大きい軽金属母材１に、複合
材（例えば、SiC,Si3N4等のセラミック）として強化繊
維２を複合化させて、第２図に示すピストン３のトップ
ランド４を形成するための環状の補強体（繊維強化複合
金属）５を構成する。つまり、実施例にあっては、軽金
属母材１に対する複合化材料２の体積比を約15％Vfとし
て上記補強体５を繊維強化金属（FRM）で構成してい
る。
−AC8A）等の熱膨張係数の大きい軽金属母材１に、複合
材（例えば、SiC,Si3N4等のセラミック）として強化繊
維２を複合化させて、第２図に示すピストン３のトップ
ランド４を形成するための環状の補強体（繊維強化複合
金属）５を構成する。つまり、実施例にあっては、軽金
属母材１に対する複合化材料２の体積比を約15％Vfとし
て上記補強体５を繊維強化金属（FRM）で構成してい
る。
補強体５は、一定圧力（例えば、500〜1,000kg/cm2）
で加圧しながら軽金属母材１を凝固させる溶湯鍛造法で
形成され、補強体５の外周面には、補強体５の成形と同
時、あるいは成形後においてトップリング溝６が形成さ
れる。
で加圧しながら軽金属母材１を凝固させる溶湯鍛造法で
形成され、補強体５の外周面には、補強体５の成形と同
時、あるいは成形後においてトップリング溝６が形成さ
れる。
このような補強体５は、ピストン３の外郭を形成する
溶湯鍛造型（図示せず）内に配置され、その溶湯鍛造型
内に注湯した軽金属溶湯の凝固によってピストン３と一
体化する。
溶湯鍛造型（図示せず）内に配置され、その溶湯鍛造型
内に注湯した軽金属溶湯の凝固によってピストン３と一
体化する。
さて、この実施例にあって、溶湯鍛造後のピストン３
のトップリング溝６を、第３図に示すようにエッチング
（腐食）溶液７（例えば、NaOH10％水溶液）でエッチン
グ処理することで、第１図に示すようにトップリング溝
６の表面に上記強化繊維２を露出させ、その後、トップ
リング溝６にNi,Ni−SiC（またはSi3N4）等の無電解硬
質メッキ処理を施す。
のトップリング溝６を、第３図に示すようにエッチング
（腐食）溶液７（例えば、NaOH10％水溶液）でエッチン
グ処理することで、第１図に示すようにトップリング溝
６の表面に上記強化繊維２を露出させ、その後、トップ
リング溝６にNi,Ni−SiC（またはSi3N4）等の無電解硬
質メッキ処理を施す。
すなわち、トップリング溝６の表面においては、上記
強化繊維２を基材とする硬質メッキ層８が繊維強化複合
金属と一体に形成されている。
強化繊維２を基材とする硬質メッキ層８が繊維強化複合
金属と一体に形成されている。
以上のように、補強体５を繊維強化金属で形成してピ
ストン３の熱膨張を抑制し、トップリング溝６の表面に
強化繊維２を基材として硬質メッキ層８を形成すると、
強化繊維２は、軽金属母材１の熱膨張を含み、ピストン
３の熱膨張を極小とする。そして、エッチングによって
露出させた強化繊維２は、硬質メッキ層８に対して熱膨
張を阻む基材となり、硬質メッキ層８の剥離を防止す
る。
ストン３の熱膨張を抑制し、トップリング溝６の表面に
強化繊維２を基材として硬質メッキ層８を形成すると、
強化繊維２は、軽金属母材１の熱膨張を含み、ピストン
３の熱膨張を極小とする。そして、エッチングによって
露出させた強化繊維２は、硬質メッキ層８に対して熱膨
張を阻む基材となり、硬質メッキ層８の剥離を防止す
る。
したがって、本願発明の繊維強化金属製機械要素の製
造方法によれば、熱サイクルに対するメッキ層の剥離強
度が高く、耐摩耗性が安定に維持された繊維強化金属製
機械要素を得ることができる。
造方法によれば、熱サイクルに対するメッキ層の剥離強
度が高く、耐摩耗性が安定に維持された繊維強化金属製
機械要素を得ることができる。
以上ピストン３の一部を繊維強化金属で形成し、これ
に硬質メッキ層８を形成する説明をしたが、例えばコン
ロッドを繊維強化金属で形成し大・小端部の軸受面に上
記硬質メッキ層８を形成すること、ピストンピンを繊維
強化金属で形成し、その外周面に上記硬質メッキ層８を
形成することも当然可能である。
に硬質メッキ層８を形成する説明をしたが、例えばコン
ロッドを繊維強化金属で形成し大・小端部の軸受面に上
記硬質メッキ層８を形成すること、ピストンピンを繊維
強化金属で形成し、その外周面に上記硬質メッキ層８を
形成することも当然可能である。
また、上記強化繊維２は、短・長の繊維、またはウィ
スカ形状としても構わないが、エッチングによって強化
繊維２を基材状に露出させ硬質メッキ層８との金属的な
結合強度を増加させることが剥離強度上好ましい。
スカ形状としても構わないが、エッチングによって強化
繊維２を基材状に露出させ硬質メッキ層８との金属的な
結合強度を増加させることが剥離強度上好ましい。
なお、エッチング溶液の種別と濃度は、軽金属母材１
の材質と、露出させる強化繊維２の露出強度によって決
定されることは当然である。
の材質と、露出させる強化繊維２の露出強度によって決
定されることは当然である。
［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、この発明によ
れば次の如き優れた効果を発揮する。
れば次の如き優れた効果を発揮する。
金属と強化繊維とを複合化させて形成した繊維強化複
合金属の表面にエッチングを施して強化繊維を一部露出
させると共に、その表面に一部露出した強化繊維を基材
とした硬質メッキ層を形成することで、繊維強化複合金
属の熱膨張を極小としつつ硬質メッキ層の剥離強度を向
上し、その耐摩耗性を安定に維持することができる。
合金属の表面にエッチングを施して強化繊維を一部露出
させると共に、その表面に一部露出した強化繊維を基材
とした硬質メッキ層を形成することで、繊維強化複合金
属の熱膨張を極小としつつ硬質メッキ層の剥離強度を向
上し、その耐摩耗性を安定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の好適一実施例を示す断面図、第２
図は第１図の要部詳細図、第３図はエッチング工程を示
す概略図である。 図中、５は繊維強化金属製機械要素としての補強体、８
は硬質メッキ層である。
図は第１図の要部詳細図、第３図はエッチング工程を示
す概略図である。 図中、５は繊維強化金属製機械要素としての補強体、８
は硬質メッキ層である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｊ 9/00 Ｆ１６Ｊ 9/00 Ａ // Ｃ２２Ｃ 1/09 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ｚ Ｃ２５Ｄ 7/00 Ｃ２５Ｄ 7/00 Ｃ
Claims (1)
- 【請求項１】金属と強化繊維とを複合させて形成した繊
維強化複合金属の表面に硬質メッキ層を形成する際に、
上記繊維強化複合金属の表面にエッチングを施して上記
強化繊維の一部を露出させた後、強化繊維が一部露出し
た上記繊維強化複合金属の表面に上記硬質メッキ層を形
成して、上記繊維強化複合金属と上記硬質メッキ層を上
記強化繊維を介して連結させたことを特徴とする繊維強
化金属製機械要素の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1126559A JP2679245B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 繊維強化金属製機械要素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1126559A JP2679245B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 繊維強化金属製機械要素の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02308953A JPH02308953A (ja) | 1990-12-21 |
| JP2679245B2 true JP2679245B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=14938165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1126559A Expired - Lifetime JP2679245B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 繊維強化金属製機械要素の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2679245B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04106556U (ja) * | 1991-02-28 | 1992-09-14 | 株式会社アツギユニシア | アルミニウム合金製ピストン |
| JPH04297542A (ja) * | 1991-03-25 | 1992-10-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 耐腐食性及び加工性に優れた高靱性Ｍｇ基複合軽量合金及びその製造方法 |
| JPH08246947A (ja) * | 1995-03-13 | 1996-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | ピストンの製造方法 |
| GB2383833A (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-09 | Perkins Engines Co Ltd | Piston with a ceramic reinforced ring groove |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5923161A (ja) * | 1982-07-30 | 1984-02-06 | Toyota Motor Corp | 複合材料製ピストンピン |
| JPS5974247A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-26 | Toyota Motor Corp | 複合材料部材の製造方法 |
| JPS6156261A (ja) * | 1984-08-24 | 1986-03-20 | Yamamoto Seisakusho:Kk | 繊維強化金属 |
| JPH0672275B2 (ja) * | 1986-03-19 | 1994-09-14 | トヨタ自動車株式会社 | 摺動用繊維強化金属複合材料 |
-
1989
- 1989-05-22 JP JP1126559A patent/JP2679245B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02308953A (ja) | 1990-12-21 |
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