JP2923305B2 - ピストン中の構成部品結合方法 - Google Patents

ピストン中の構成部品結合方法

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JP2923305B2 JP1194460A JP19446089A JP2923305B2 JP 2923305 B2 JP2923305 B2 JP 2923305B2 JP 1194460 A JP1194460 A JP 1194460A JP 19446089 A JP19446089 A JP 19446089A JP 2923305 B2 JP2923305 B2 JP 2923305B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関用のアルミニウム基合金を包含する
ピストンに関し且つ特に異なる金属の構成部品を有する
上記したようなピストンに関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題 例えば、ピストンリング溝の摩耗特性を向上するため
に採用される鉄インサートのような構成部品は、しばし
ば、よく知られるアルフイン（Alfin）（商標）法の使
用によつて合体される。
アルフイン法は、重力鋳造法、及び例えばスクイーズ
鋳造のような圧力鋳造法によるピストンの製造で使用さ
れる。幾つかの問題がアルフイン法で起こることがあ
り、それはインサートとピストン合金との間に不満足な
結合を生ずることである。そのような問題は、汚れた即
ち酸化されたインサート材料、不規則な金属間層厚さを
与える不適当な作業条件、溶融体から持ち込まれ且つイ
ンサートの金属間表面被覆中に混入される酸化物を含む
ことによる。更に、アルフイン法はオートメーシヨンに
順応することができず、作業者の熟練がアルフィン法を
好適に行おこなうのに必須である。
上記結合が上記欠陥のいずれによつても劣化されない
場合でさえ、それは依然として比較的弱くかつ脆化し且
つピストンの熱処理中又は機械加工中に破損することが
ある。
圧力鋳造技術によって作られるピストンはしばしば最
高級のエンジン用のものであり、且つそれらを作るアル
ミニウム合金は材料の性質を最適化するためにしばしば
熱処理される。一般に使用される熱処理はしばしば析出
処理を伴う溶体化処理及び焼入作業を含む。溶体化処理
は脆化した鉄−アルミニウム金属間化合物層の厚さを拡
散によつて増加させ且つより弱くさせると同時に焼入作
業の熱衝撃は結合を更に弱め又はそれを全体的に破壊す
ることがある。もし結合が焼入中に弱くならないなら
ば、それは次の熱処理中又は機械加工中に発生される応
力のために弱められることがある。
コーナート等は、米国特許第4334507号で、多孔質の
材料で作られ且つそれらが圧力鋳造技術によつてピスト
ン合金で含浸させた多孔質のインサートを説明してい
る。このアプローチに伴う問題は、インサートを構成し
ている材料の粒が機械加工中に弛むことがあり且つ使用
中に取り除かれて摩耗及び破損の増大を導くことがあ
る。
ピストン中の構成部品を結合し且つ上記欠点を克服す
る方法がいま発見された。
課題を解決するための手段及び作用 本発明によれば、ピストン中の構成部品を結合する方
法は、ピストン中の鉄系構成部品を結合する方法であっ
て、結合されるべき該鉄系構成部品の表面を、オーステ
イナイトステンレス鋼あるいはニッケル基合金あるいは
銅基合金あるいはフェライト系ステンレス鋼の粒状材料
の層で被覆する段階を有し、該層はプラズマ溶射又はア
ーク溶射又はフレーム溶射で形成され、更に、被覆され
た該鉄系構成部品を400℃に予熱すること、予熱された
該鉄系構成部品を鋳造ダイス中に配置すること、次にア
ルミニウム合金を該鉄系構成部品の周りにスクイーズ鋳
造技術によって鋳造することの段階を有し、該鉄系構成
部品と鋳造された上記アルミニウム合金との間での結合
強度は102.9MPaを越えることを特徴とする。
構成部品は粒状材料による被覆を許すために清浄であ
り且つ非酸化の状態にあるべきである。粒状材料は、例
えばプラズマ溶射、アーク溶射、フレーム溶射技術によ
つて付着されることができる。
好ましくは、被覆厚さは0.025〜0.3mmの範囲にあるこ
とができ且つ一層好ましくは0.05mm〜0.15mmまでの範囲
の厚さにあることができる。
好ましくは、粒状材料はアルミニウム合金の鋳造に先
立つて少なくとも予熱温度まで実質的に耐酸化性を有す
るべきである。適当な材料はオーステナイト系ステンレ
ス鋼、ニツケル基合金、銅基合金、及び或る環境ではフ
エライト系ステンレス鋼を含むことができる。
好ましくは、鋳造方法は、例えばスクイーズ鋳造（こ
の明細書で「スクイーズ鋳造」とは、鋳型中の溶融金属
に圧力を加えながらおこなう鋳造を意味する）のような
圧力鋳造技術である。
構成部品は最初に例えば浸漬又は電気メツキによつて
錫層で被覆され、鋳造に先立つて次の熱処理中に次の被
膜の結合を向上させることができる。
また、被覆された構成部品は予備的な熱処理を受け、
鋳造に先立つて被覆及び構成部品の間の結合を向上させ
ることができる。
鉄系クラウンのような或る構成部品については、粒状
材料は若干の熱障壁性質をも示すセラミツク材料からな
ることができる。
この方法によつてピストン中へ合体され得る他の構成
部品はガジョンピンボス中のブッシュ即ちピストンピン
・ボス内に設けられるブッシュ及びクラウン中の燃焼室
ボウルを含む。
このようにしてピストンへ又はピストン中へ結合され
る構成部品は、第一に、アルフイン法によるように溶融
アルミニウム中へ浸漬される必要がない。それ故、アル
ミニウム−鉄金属間化合物の初期の脆化層が形成されな
い。
本発明の方法はアルミニウム合金の最適な特性を生じ
させ且つ現行の方法では可能でなかった熱処理を可能に
することは考慮される。
実施例 本発明がより充分に理解され得るために、例を例示し
てのみ以下に説明する。
Ni−Resist（商標）鉄のピストンリング担持インサー
トが研磨剤グリツトブラスト仕上げによつて清浄にされ
且つプラズマ溶射によつてAISI規格による316Lステンレ
ス鋼即ち重量比で0.03％以下のＣと、２％以下のMnと、
１％以下のSiと、16〜18％Crと、10〜14％Niと、２〜３
％Moと、0.1％以下のＮと、0.045％以下のＰと、0.03％
以下のＳと、残部Feとからなるステンレス鋼粉末の0.12
mm厚の層で被覆された。被覆されたリング担持体は次の
スクイーズ鋳造ダイスの雌型中に配置されるに先立つて
400℃まで予熱された。740〜760℃にあるLoex（商標）
アルミニウムピストン合金は次にインサートの周りにス
クイーズ鋳造された即ち鋳型中の溶融金属に圧力を付加
しながら鋳造された。完全な凝固が生ずるまで７〜10ts
iのスクイーズ鋳造圧力が維持された。
サンプルは126.5MPaの平均値を有する結合の引張強さ
を示す鋳造ピストンから取つた。これはそれ以上の熱処
理をせずに形成されるアルフイン結合よりも80％の強さ
増加を示した。
他のサンプルが同じ方法でしかし異なる溶射層厚さを
有して準備された。界面の強さが試験され且つ下記の表
に示す結果を得た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート マンロ イギリス国エス041 ９ジーピー，ハン プシャー，リミントン，アベニュー ロ ード ７，サザーランド レーン（番地 なし) (56)参考文献 特開 昭55−165269（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−240855（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89562（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−155551（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−240857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−240858（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−6420（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−83448（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4735128（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16J 1/00 - 10/04 F02F 3/00 B22D 19/08

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ピストン中の鉄系構成部品を結合する方法
    であって、結合されるべき該鉄系構成部品の表面を、オ
    ースティナイト系ステンレス鋼あるいはニッケル基合金
    あるいは銅基合金あるいはフェライト系ステンレス鋼の
    粒状材料の層で被覆する段階を有し、該層はプラズマ溶
    射又はアーク溶射又はフレーム溶射で形成され、更に、
    被覆された該鉄系構成部品を400℃に予熱すること、 予熱された該鉄系構成部品を鋳造ダイス中に配置するこ
    と、次にアルミニウム合金を該鉄系構成部品の周りにス
    クイーズ鋳造技術によって鋳造することの段階を有し、
    該鉄系構成部品と鋳造された上記アルミニウム合金との
    間での結合強度は102.9MPaを越えることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】鉄系構成部品がピストンリング担持体、ピ
    ストンピン・ボス内に設けられるブッシュ、燃焼室ボウ
    ル及びピストンクラウンからなる群から選ばれた１つま
    たはそれ以上のものであることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記粒状材料は、重量比で0.03％以下のＣ
    と２％以下のMnと１％以下のSiと16〜18％Crと10〜14％
    Niと0.045％以下のＰと0.03％以下のＳと２〜３％Moと
    0.1％以下のＮと残部Feとから成るステンレス鋼粉末で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第２項
    までのいずれか１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記層が0.025mm及び0.3mmの間の厚さを有
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項
    までのいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記層が0.05mm及び0.15mmの間の厚さを有
    することを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】被覆された鉄系構成部品が予熱段階に先立
    って熱処理されることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項から第５項までのいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】ピストンが鋳造後に続いて熱処理されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項までの
    いずれか１項に記載の方法。
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