JP3172911B2 - 耐摩耗性アルミニウム−珪素被覆及びその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性アルミニウム−珪素被覆及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業において使用
されるように、過共晶のアルミニウム−珪素合金及び／
又はアルミニウム−珪素複合材料を含み鉄、アルミニウ
ム又はマグネシウムを基礎成分とする往復ピストン機関
のシリンダ摺動面の被覆、及びこの被覆の製造方法に関
する。
されるように、過共晶のアルミニウム−珪素合金及び／
又はアルミニウム−珪素複合材料を含み鉄、アルミニウ
ム又はマグネシウムを基礎成分とする往復ピストン機関
のシリンダ摺動面の被覆、及びこの被覆の製造方法に関
する。
【０００２】自動車製造において目下のところ、往復ピ
ストン機関の現在まだ優位に立つねずみ鋳鉄クランクケ
ースの最も多く（その割合は１９９４年ドイツ連邦共和
国ではまだ支配的な９６％、欧州では８２％であつた）
が、自動車の全重量を減少し従つて燃料利用を改善する
ため、軽金属から成るクランクケースによつて次第に排
除されている。軽金属からクランクケースを製造するた
め、経済的及び技術的な理由から、まずＡｌＳｉｌ０の
ような低合金アルミニウムのダイカストが適用される。
このような合金は、商標Ａｌｕｓｉｌ（ＡｌＳｉｌ７）
のような過共晶アルミニウム−珪素合金の機関製造にお
いて確立されているが著しく費用のかかる大気鋳造とは
異なり、アルミニウムピストン及びピストンリングと接
触して不充分な摩擦挙動及び摩耗挙動を示し、従つて摩
擦相手として不適当である。
ストン機関の現在まだ優位に立つねずみ鋳鉄クランクケ
ースの最も多く（その割合は１９９４年ドイツ連邦共和
国ではまだ支配的な９６％、欧州では８２％であつた）
が、自動車の全重量を減少し従つて燃料利用を改善する
ため、軽金属から成るクランクケースによつて次第に排
除されている。軽金属からクランクケースを製造するた
め、経済的及び技術的な理由から、まずＡｌＳｉｌ０の
ような低合金アルミニウムのダイカストが適用される。
このような合金は、商標Ａｌｕｓｉｌ（ＡｌＳｉｌ７）
のような過共晶アルミニウム−珪素合金の機関製造にお
いて確立されているが著しく費用のかかる大気鋳造とは
異なり、アルミニウムピストン及びピストンリングと接
触して不充分な摩擦挙動及び摩耗挙動を示し、従つて摩
擦相手として不適当である。
【０００３】従つて従来の機関については、ねずみ鋳鉄
又は過共晶アルミニウム−珪素から成る摩擦的に適当な
シリンダライナの鋳込みをやめることができる。これら
のシリンダライナを製造するため、例えばドイツ連邦共
和国特許第４３２８６１９号明細書又は特許出願公開第
４４３８５５０号明細書によれば、素材が公知のオスプ
レイ法で製造され、後で機械的に圧縮される。少し変つ
た方法は欧州特許出願公開第０４１１５７７号明細書に
示されており、それによれば、溶融状態の過共晶合金が
第１のノズルから、同時に固体の珪素粒子が別のノズル
から、担体装置へ噴射され、そこで塊に凝固する。半製
品のシリンダライナは鋳造前に初めて鋳型へ挿入され、
それから周りに液状アルミニウムを流し込まれる。この
ようなシリンダライナの典型的な肉厚は２ないし３ｍｍ
である。続いてシリンダライナの内部が粗旋削及び精密
旋削され、ホーニング加工されかつ露出される。この解
決策は、シリンダライナ表面へのＡｌＳｉｌ０溶湯の限
られた付着、費用のかかる取扱い及び高い価格のような
構造的、製造技術的及び経済的な欠点を伴う。更にシリ
ンダライナの肉厚は最小シリンダ間隔に影響を及ぼす。
特に将来の小形構造機関では、連絡部の幅は、それが機
関の最小外側寸法に関与するので、できるだけ小さくな
ければならない。
又は過共晶アルミニウム−珪素から成る摩擦的に適当な
シリンダライナの鋳込みをやめることができる。これら
のシリンダライナを製造するため、例えばドイツ連邦共
和国特許第４３２８６１９号明細書又は特許出願公開第
４４３８５５０号明細書によれば、素材が公知のオスプ
レイ法で製造され、後で機械的に圧縮される。少し変つ
た方法は欧州特許出願公開第０４１１５７７号明細書に
示されており、それによれば、溶融状態の過共晶合金が
第１のノズルから、同時に固体の珪素粒子が別のノズル
から、担体装置へ噴射され、そこで塊に凝固する。半製
品のシリンダライナは鋳造前に初めて鋳型へ挿入され、
それから周りに液状アルミニウムを流し込まれる。この
ようなシリンダライナの典型的な肉厚は２ないし３ｍｍ
である。続いてシリンダライナの内部が粗旋削及び精密
旋削され、ホーニング加工されかつ露出される。この解
決策は、シリンダライナ表面へのＡｌＳｉｌ０溶湯の限
られた付着、費用のかかる取扱い及び高い価格のような
構造的、製造技術的及び経済的な欠点を伴う。更にシリ
ンダライナの肉厚は最小シリンダ間隔に影響を及ぼす。
特に将来の小形構造機関では、連絡部の幅は、それが機
関の最小外側寸法に関与するので、できるだけ小さくな
ければならない。
【０００４】熱溶射は、クランクケースのシリンダライ
ナへ耐摩耗性被覆を設ける別の可能性を与える。熱溶射
の基本原理は、溶融可能又は一部溶融可能な材料を高速
−高温ガスジエツト中で小さい溶射微滴となるように溶
融して、被覆すべき面の方向へ加速することである（Ｄ
ＩＮ３２５３０）。衝突の際溶射微滴が比較的冷たいま
まの金属表面で凝固し、層を形成する。電着、化学的又
は物理的蒸着に比べてこの被覆技術の利点は、シリンダ
内径を数分で経済的に被覆するのを可能にする高い塗布
率である。熱溶射の方法は、発生方法及び高速−高温ガ
スジエツトの性質により区別される。
ナへ耐摩耗性被覆を設ける別の可能性を与える。熱溶射
の基本原理は、溶融可能又は一部溶融可能な材料を高速
−高温ガスジエツト中で小さい溶射微滴となるように溶
融して、被覆すべき面の方向へ加速することである（Ｄ
ＩＮ３２５３０）。衝突の際溶射微滴が比較的冷たいま
まの金属表面で凝固し、層を形成する。電着、化学的又
は物理的蒸着に比べてこの被覆技術の利点は、シリンダ
内径を数分で経済的に被覆するのを可能にする高い塗布
率である。熱溶射の方法は、発生方法及び高速−高温ガ
スジエツトの性質により区別される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高い
品質で簡単かつ安価に製造できるシリンダ摺動面用被覆
を開発することである。更に本発明の課題は、適当な被
覆を塗布できる方法を提示することである。
品質で簡単かつ安価に製造できるシリンダ摺動面用被覆
を開発することである。更に本発明の課題は、適当な被
覆を塗布できる方法を提示することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、被覆に関しては請求項１の特徴により、また方法に
関しては請求項８の特徴により解決される。
は、被覆に関しては請求項１の特徴により、また方法に
関しては請求項８の特徴により解決される。
【０００７】本発明により、本来のダイカスト過程後、
ダイカストされたシリンダブロツクのシリンダ摺動面
は、なるべく鉄又は軽金属特にアルミニウム及びマグネ
シウムを基礎成分として、熱溶射法に基いて、アルミニ
ウム及び珪素から成る耐摩耗性被覆で直接被覆されるこ
とができ、それにより今まで普通の費用のかかるシリン
ダライナの解決策に代えられる。別の利点は、摩擦によ
り摺動不可能であるがよく鋳造可能で加工可能なクラン
クケース上にある本来の摩擦摺動層の厚さが減少され
る。この厚さは、現在普通のシリンダライナ肉厚の１／
１０より小さい０．１ないし０．２ｍｍであり、従つて
著しくこじんまりした機関を製造する可能性を与える。
ダイカストされたシリンダブロツクのシリンダ摺動面
は、なるべく鉄又は軽金属特にアルミニウム及びマグネ
シウムを基礎成分として、熱溶射法に基いて、アルミニ
ウム及び珪素から成る耐摩耗性被覆で直接被覆されるこ
とができ、それにより今まで普通の費用のかかるシリン
ダライナの解決策に代えられる。別の利点は、摩擦によ
り摺動不可能であるがよく鋳造可能で加工可能なクラン
クケース上にある本来の摩擦摺動層の厚さが減少され
る。この厚さは、現在普通のシリンダライナ肉厚の１／
１０より小さい０．１ないし０．２ｍｍであり、従つて
著しくこじんまりした機関を製造する可能性を与える。
【０００８】耐摩耗性アルミニウム−珪素被覆を製造す
るため、特にプラズマ溶射が使用される。なぜならば、
この不平衡法により、そうしない場合冶金学的に表われ
ることのない組織構造も形成されるからである。高いエ
ネルギー密度及び方法の多数のパラメータのため、例え
ばほぼ所定の酸化物を被覆の層組織に形成でき、これら
の酸化物が被覆の耐摩耗性に著しく寄与するからであ
る。凝集溶射粉末の使用により、更に任意の異材料が被
覆に添加され、アルミニウム合金とは異なる融点及び硬
質金属粒子又はセラミツク粒子や乾式潤滑剤を含む異材
料も添加される。
るため、特にプラズマ溶射が使用される。なぜならば、
この不平衡法により、そうしない場合冶金学的に表われ
ることのない組織構造も形成されるからである。高いエ
ネルギー密度及び方法の多数のパラメータのため、例え
ばほぼ所定の酸化物を被覆の層組織に形成でき、これら
の酸化物が被覆の耐摩耗性に著しく寄与するからであ
る。凝集溶射粉末の使用により、更に任意の異材料が被
覆に添加され、アルミニウム合金とは異なる融点及び硬
質金属粒子又はセラミツク粒子や乾式潤滑剤を含む異材
料も添加される。
【０００９】本発明による被覆が現在設置されている製
造装置を変更することなく直列にまとめられることも特
に有利であり、それによりシリンダライナの費用のかか
る製造及び取扱いがなくなり、多量の材料が節約され
る。その代わりに被覆の塗布を高い塗布率で特に短いサ
イクル時間に行わねばならない。
造装置を変更することなく直列にまとめられることも特
に有利であり、それによりシリンダライナの費用のかか
る製造及び取扱いがなくなり、多量の材料が節約され
る。その代わりに被覆の塗布を高い塗布率で特に短いサ
イクル時間に行わねばならない。
【００１０】更に被覆を非常に精確な形でクランクケー
スのシリンダ摺動壁に塗布し、その際良質の表面品質を
設定でき、それにより前旋削及び精密旋削のような費用
のかかる後加工段階がなくなり、従つて製造費が著しく
減少される。
スのシリンダ摺動壁に塗布し、その際良質の表面品質を
設定でき、それにより前旋削及び精密旋削のような費用
のかかる後加工段階がなくなり、従つて製造費が著しく
減少される。
【００１１】大気熱溶射法で被覆を製造するため特別な
アルミニウム−珪素溶射粉末を使用することにより、層
状の層形成中に、アルミニウム混晶、珪素析出物又は珪
素粒子、Ａｌ２Ｃｕ及びＭｇ２Ｓｉのような金属間相、
及び極めて微細に分布した酸化物から成る不均一な層組
織が生じ、その際酸化物の形成及び分布は、もつぱら大
気熱溶射法の不平衡性質に帰せられる。微細に分布した
酸化物により、被覆は非常に良好な耐摩耗性を持つてい
る。
アルミニウム−珪素溶射粉末を使用することにより、層
状の層形成中に、アルミニウム混晶、珪素析出物又は珪
素粒子、Ａｌ２Ｃｕ及びＭｇ２Ｓｉのような金属間相、
及び極めて微細に分布した酸化物から成る不均一な層組
織が生じ、その際酸化物の形成及び分布は、もつぱら大
気熱溶射法の不平衡性質に帰せられる。微細に分布した
酸化物により、被覆は非常に良好な耐摩耗性を持つてい
る。
【００１２】大気熱溶射による耐摩耗性アルミニウム−
珪素被覆を製造するために、溶射粒子の良好な溶融、基
体への溶射粒子の良好な付着、及び部材への適度の熱伝
達のため、大気プラズマ溶射が好まれる。
珪素被覆を製造するために、溶射粒子の良好な溶融、基
体への溶射粒子の良好な付着、及び部材への適度の熱伝
達のため、大気プラズマ溶射が好まれる。
【００１３】本発明の特別な構成は従属請求項からわか
る。更に例及び図に示されている実施例に基いて、本発
明が説明される。
る。更に例及び図に示されている実施例に基いて、本発
明が説明される。
【００１４】
【実施例】図１及び２に示す層を製造するために、アル
ミニウム−珪素合金又はアルミニウム−珪素複合材料か
ら成る溶射粉末が開発された。組成の最適化のほかに、
溶射粉末において、個々の溶射粉末粒子、粉末粒子分
布、及び溶射粉末の流動性が重要視された。溶射粉末と
して模範的に２つのアルミニウム−珪素合金系が選ばれ
たが、合金Ａ（図１参照）は特に鉄で被覆されるピスト
ンとの共同作用のために使用され、合金Ｂ（図２参照）
はなるべく被覆されないピストンのために使用される。
ミニウム−珪素合金又はアルミニウム−珪素複合材料か
ら成る溶射粉末が開発された。組成の最適化のほかに、
溶射粉末において、個々の溶射粉末粒子、粉末粒子分
布、及び溶射粉末の流動性が重要視された。溶射粉末と
して模範的に２つのアルミニウム−珪素合金系が選ばれ
たが、合金Ａ（図１参照）は特に鉄で被覆されるピスト
ンとの共同作用のために使用され、合金Ｂ（図２参照）
はなるべく被覆されないピストンのために使用される。
【００１５】合金の例は以下の例に示され、ここで数字
データは重量％で含有量を意味する。合金Ａは次のよう
な組成を持つている。４つの合金Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦは以
下のような組成を持ち、ここで数字データは重量％で含
有量を意味する。
データは重量％で含有量を意味する。合金Ａは次のよう
な組成を持つている。４つの合金Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦは以
下のような組成を持ち、ここで数字データは重量％で含
有量を意味する。
【００１６】例１ 合金Ａ： 珪素 ２３．０ないし４０．０％、なるべく約２５％ マグネシウム ０．８ないし２．０％、なるべく約１．
２％ 銅 最大４．５％、なるべく３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ 鉄 最大０．２５％ マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
２％ 銅 最大４．５％、なるべく３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ 鉄 最大０．２５％ マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
【００１７】例２ 合金Ｂは、合金Ａとは、鉄及びニツケルの若干高い含有
量の点で相違している。 珪素 ２３．０ないし４０．０％、ジルコニウム約２５
％ ニツケル １．０ないし５．０％、なるべく約４％ 鉄 １．０ないし１．４％、なるべく約１．２％ マグネシウム ０．８ないし２．０％、なるべく約１．
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
量の点で相違している。 珪素 ２３．０ないし４０．０％、ジルコニウム約２５
％ ニツケル １．０ないし５．０％、なるべく約４％ 鉄 １．０ないし１．４％、なるべく約１．２％ マグネシウム ０．８ないし２．０％、なるべく約１．
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
【００１８】例３ 合金Ｃ： 珪素 ０ないし１１．８％、なるべく約９％ マグネシウム ０．８ないし２．０％、なるべく約１．
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ 鉄 最大０．２５％ マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ 鉄 最大０．２５％ マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
【００１９】例４ 合金Ｄ： 珪素 ０ないし１１．８％、なるべく約９％ ニツケル １．０ないし５．０％、なるべく約４％ 鉄 １．０ないし１．４％、なるべく約１．２％ マグネシウム ０．８ないし２．０％、なるべく約１．
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
【００２０】例５ 合金Ｅ： 珪素 １１．８ないし４０％、なるべく約１７％ マグネシウム ０．８ないし２．０％、なるべく約１．
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ 鉄最大０．２５％ マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ 鉄最大０．２５％ マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
【００２１】例６ 合金Ｆ： 珪素 １１．８ないし４０％、なるべく約１７％ ニツケル １．０ないし５．０％、なるべく約４％ 鉄 １．０ないし１．４％、なるべく約１．２％ マグネシウム ０．８ないし２．０％、なるべく約１．
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
２％ 銅 最大４．５％、なるべく約３．９％ ジルコニウム 最大０．６％ マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１％ 残部アルミニウム
【００２２】図１には合金Ａから成る球状溶射粒子の研
摩写真が示され、これからアルミニウム混晶構造及び珪
素一次析出物が明らかに認められる。
摩写真が示され、これからアルミニウム混晶構造及び珪
素一次析出物が明らかに認められる。
【００２３】図２には、合金Ａの溶射粉末で製造された
プラズマ溶射層の走査電子顕微鏡写真が示されている。
アルミニウム混晶を侵食して組織構造を明瞭にするため
に、研摩面がエツチングされた。組織は、珪素一次析出
物のほかに、樹枝状結晶の枝を共晶珪素で包囲されてい
る一次アルミニウム混晶樹枝状結晶から成つている。樹
枝状結晶の枝の大きさは著しく変動するので、限られた
範囲でのみ分析可能である。存在する組織の精細度の変
動は、一方では温度及び個々の溶融滴の速度に起因し、
他方では種々の溶融滴の凝固の際の異なる核形成に起因
する。このように微細な組織は、粉末冶金コースを介し
て得られる組織構造に比べて、熱溶射層を特徴づけ、こ
の層の良好な耐摩耗性を与える。
プラズマ溶射層の走査電子顕微鏡写真が示されている。
アルミニウム混晶を侵食して組織構造を明瞭にするため
に、研摩面がエツチングされた。組織は、珪素一次析出
物のほかに、樹枝状結晶の枝を共晶珪素で包囲されてい
る一次アルミニウム混晶樹枝状結晶から成つている。樹
枝状結晶の枝の大きさは著しく変動するので、限られた
範囲でのみ分析可能である。存在する組織の精細度の変
動は、一方では温度及び個々の溶融滴の速度に起因し、
他方では種々の溶融滴の凝固の際の異なる核形成に起因
する。このように微細な組織は、粉末冶金コースを介し
て得られる組織構造に比べて、熱溶射層を特徴づけ、こ
の層の良好な耐摩耗性を与える。
【００２４】層の粗い珪素粒子の割合を高めるため、ア
ルミニウム−珪素複合粉末が開発された。凝集複合粉末
は、無機又は有機結合剤で互いに結合される微細な珪素
粒子及び微細な金属粒子から成り、珪素粒子の割合は５
ないし５０％、合金粒子の割合は５０ないし９５％であ
る。珪素粒子は０．１ないし１０．０μｍなるべく約５
μｍの平均粒度を持つている。金属粒子は０．１ないし
５０．０μｍなるべく約５μｍの平均粒度を持ち、選択
的に使用可能な２つの亜共晶合金Ｃ又はＤから成るか、
又は選択的に使用可能な２つの過共晶合金Ｅ又はＦから
成つている。過共晶合金粒子を使用することにより、層
組織におけるアルミニウム混晶の割合が維持され、一方
層組織におけるアルミニウム混晶の形成は、亜共晶アル
ミニウム−珪素粒子の使用によつて抑制される。
ルミニウム−珪素複合粉末が開発された。凝集複合粉末
は、無機又は有機結合剤で互いに結合される微細な珪素
粒子及び微細な金属粒子から成り、珪素粒子の割合は５
ないし５０％、合金粒子の割合は５０ないし９５％であ
る。珪素粒子は０．１ないし１０．０μｍなるべく約５
μｍの平均粒度を持つている。金属粒子は０．１ないし
５０．０μｍなるべく約５μｍの平均粒度を持ち、選択
的に使用可能な２つの亜共晶合金Ｃ又はＤから成るか、
又は選択的に使用可能な２つの過共晶合金Ｅ又はＦから
成つている。過共晶合金粒子を使用することにより、層
組織におけるアルミニウム混晶の割合が維持され、一方
層組織におけるアルミニウム混晶の形成は、亜共晶アル
ミニウム−珪素粒子の使用によつて抑制される。
【００２５】本発明によるシリンダ摺動面又はシリンダ
内径の被覆は、軽金属ブロツクの鋳造が通常のようにダ
イカスト法で行われるが、鋳型へ挿入されるシリンダラ
イナなしに行われることを前提としている。その場合ク
ランクケースのシリンダ内径の内部は、必要な形状公差
及び位置公差を保証するために、１つの工程で大ざつぱ
に前旋削される。続いてアルミニウム−珪素層が塗布さ
れる。この被覆過程は、シリンダ内径の中心軸線の周り
に回転する適当な市販の内部バーナをシリンダ内径へ導
入して軸線方向に動かすか、又は回転するクランクケー
スのシリンダ内径へ回転しない内部バーナを導入してシ
リンダ内径の中心軸線に沿つて案内して、シリンダ摺動
面へほぼ直角に層を溶射することによつて、行うことが
できる。後者は方法技術的に一層簡単かつ確実である。
なぜならば、回転する装置による電気エネルギー、冷却
水、一次及び二次ガス、及び溶射粉末の供給には問題が
あるからである。
内径の被覆は、軽金属ブロツクの鋳造が通常のようにダ
イカスト法で行われるが、鋳型へ挿入されるシリンダラ
イナなしに行われることを前提としている。その場合ク
ランクケースのシリンダ内径の内部は、必要な形状公差
及び位置公差を保証するために、１つの工程で大ざつぱ
に前旋削される。続いてアルミニウム−珪素層が塗布さ
れる。この被覆過程は、シリンダ内径の中心軸線の周り
に回転する適当な市販の内部バーナをシリンダ内径へ導
入して軸線方向に動かすか、又は回転するクランクケー
スのシリンダ内径へ回転しない内部バーナを導入してシ
リンダ内径の中心軸線に沿つて案内して、シリンダ摺動
面へほぼ直角に層を溶射することによつて、行うことが
できる。後者は方法技術的に一層簡単かつ確実である。
なぜならば、回転する装置による電気エネルギー、冷却
水、一次及び二次ガス、及び溶射粉末の供給には問題が
あるからである。
【図１】合金Ａから成る球状溶射粒子の研摩写真であ
る。
る。
【図２】プラズマ溶射された層の走査電子顕微鏡写真で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｊ 10/04 Ｆ１６Ｊ 10/04 (72)発明者 テイルマン・ハウク ドイツ連邦共和国ウールデインゲン−ミ ユールホフ・エルレンヴエーク３ベー (72)発明者 パトリツク・イツクイエルド ドイツ連邦共和国ウルム・シユーリンシ ユトラーセ５ (72)発明者 ヘルベルト・ガストウーベル ドイツ連邦共和国ウルム・オクセンシユ タイゲ９ (72)発明者 ヴオルフガング・ライヒエレ ドイツ連邦共和国レニンゲン・フインク シユトラーセ２ (72)発明者 アクエル・ホイベルゲル ドイツ連邦共和国ヴイルトベルク・レー メルシユトラーセ27 (72)発明者 フランツ・リユツケルト ドイツ連邦共和国オストフイルデルン・ ウルリヒシユトラーセ13 (72)発明者 ペーテル・シユトツケル ドイツ連邦共和国ツルツバツハ・アイヒ エンドルフシユトラーセ70／１ (72)発明者 ヘルムート・プレフロツク ドイツ連邦共和国ロイテンバツハ・ブル ツクヴイーゼンヴエーク７ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 4/06 C22C 21/02 C23C 4/12 C23C 30/00 F02F 1/00 F16J 10/04
Claims (24)
- 【請求項１】 珪素一次析出物を含む不均一な層組織を
持つアルミニウム−珪素合金から成る被覆において、被
覆が熱大気プラズマ溶射により製造される被覆でであ
り、層組織が、アルミニウム混晶、金属間相、及び５μ
ｍより小さい平均大きさを持つ酸化物を含み、珪素一次
析出物が１０μｍより小さい大きさを持っていることを
特徴とする、耐摩耗性アルミニウム−珪素被覆。 - 【請求項２】 被覆が２０重量％以上の過共晶アルミニ
ウム−珪素合金から成り、被覆の層組織が、樹枝状結晶
の枝を共晶珪素で包囲される一次アルミニウム混晶樹枝
状結晶の形のアルミニウム混晶を含んでいることを特徴
とする、請求項１に記載の被覆。 - 【請求項３】 被覆がアルミニウム−珪素複合材料から
成り、不均一な層組織が、少なくとも１つの任意の異材
料から成る粒子を埋込まれかつアルミニウム−珪素合金
から形成される母材であることを特徴とする、請求項１
に記載の被覆。 - 【請求項４】 母材である不均一な層組織が、過共晶ア
ルミニウム−珪素合金から成り、この合金が、珪素一次
析出物のほかに、樹枝状結晶の枝を共晶珪素で包囲され
る一次アルミニウム混晶樹枝状結晶を含んでいることを
特徴とする、請求項３に記載の被覆。 - 【請求項５】 母材である不均一な層組織が、亜共晶ア
ルミニウム−珪素合金から成っていることを特徴とす
る、請求項３に記載の被覆。 - 【請求項６】 母材へ埋込まれる粒子が珪素粒子である
ことを特徴とする、請求項３〜５の１つに記載の被覆。 - 【請求項７】 珪素粒子が１０μｍより小さい大きさを
持っていることを特徴とする、請求項６に記載の被覆。 - 【請求項８】 アルミニウム−珪素合金から成る溶射粉
末を熱大気プラズマ溶射法で溶射し、溶射過程中に酸化
物が形成されるように、溶射パラメータを設定すること
を特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の被覆の製造
方法。 - 【請求項９】 請求項２に記載の被覆を製造するため、
２０重量％以上の珪素含有量を持つ過共晶合金から成る
溶射粉末を使用することを特徴とする、請求項８に記載
の方法。 - 【請求項１０】 次の組成の溶射粉末を使用する、 珪素 ２３．０ないし４０．０重量％、 マグネシウム ０．８ないし２．０重量％、 銅 最大４．５重量％、 ジルコニウム 最大０．６重量％、 鉄 最大０．２５重量％、 マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１重
量％ 残部アルミニウムことを特徴とする、請求項９に記載の
方法。 - 【請求項１１】 次の組成の溶射粉末を使用する、 珪素 ２３．０ないし４０．０重量％、 ニツケル １．０ないし５．０重量％、 鉄 １．０ないし１．４重量％、 マグネシウム ０．８ないし２．０重量％、 銅 最大４．５重量％、 ジルコニウム 最大０．６重量％、 マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１重量％ 残部アルミニウムことを特徴とする、請求項９に記載の
方法。 - 【請求項１２】 請求項３に記載の被覆を製造するた
め、アルミニウム−珪素合金の微細な粒子と少なくとも
１つの任意の異材料の微細な粒子とから成る凝複合粉末
を使用し、有機又は無機結合剤によりこれらの粒子を結
合することを特徴とする、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１３】 ５０ないし９５重量％の合金粒子の割
合及び５ないし５０重量％の異材料粒子の割合を持つ凝
集複合粉末を使用することを特徴とする、請求項１２に
記載の方法。 - 【請求項１４】 ０．１ないし５０μｍの平均粒度を持
つ合金粒子を含む凝集複合粉末を使用することを特徴と
する、請求項１２又は１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 異材料粒子として珪素粒子を使用する
ことを特徴とする、 請求項１２〜１４の１つに記載の方
法。 - 【請求項１６】 ０．１ないし１０μｍの平均粒度を持
つ珪素粒子を使用することを特徴とする、請求項１５に
記載の方法。 - 【請求項１７】 過共晶合金から成る粒子を持つ溶射粉
末を使用することを特徴とする、請求項１２〜１６の１
つに記載の方法。 - 【請求項１８】 次の組成の過共晶合金から成る粒子を
持つ溶射粉末を使用する、 珪素 １１．８ないし４０．０重量％、 マグネシウム ０．８ないし２．０重量％、 銅 最大４．５重量％、 ジルコニウム 最大０．６重量％、 鉄 最大０．２５重量％、 マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１重
量％ 残部アルミニウムことを特徴とする、請求項１７に記載
の方法。 - 【請求項１９】 次の組成の過共晶合金から成る粒子を
持つ溶射粉末を使用する、 珪素 １１．８ないし４０．０重量％、 ニツケル １．０ないし５．０重量％、 鉄 １．０ないし１．４重量％、 マグネシウム ０．８ないし２．０重量％、 銅 最大４．５重量％、 ジルコニウム 最大０．６重量％、 マンガン及び亜鉛 それぞれ最大０．０１重量％ 残部アルミニウムことを特徴とする、請求項１７に記載
の方法。 - 【請求項２０】 亜共晶合金からなる粒子を持つ溶射粉
末を使用することを特徴とする、請求項１２〜１６の１
つに記載の方法。 - 【請求項２１】 次の組成の亜共晶合金から成る粒子を
持つ溶射粉末を使用 する、 珪素 ０ないし１１．８重量％、 マグネシウム ０．８ないし２．０重量％、 銅 最大４．５重量％、 ジルコニウム 最大０．６重量％、 鉄 最大０．２５重量％、 マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１重
量％ 残部アルミニウムことを特徴とする、請求項２０に記載
の方法。 - 【請求項２２】 次の組成の亜共晶合金から成る粒子を
持つ溶射粉末を使用する、 珪素 ０ないし１１．８重量％、 ニツケル １．０ないし５．０重量％、 鉄 １．０ないし１．４重量％、 マグネシウム ０．８ないし２．０重量％、 銅 最大４．５重量％、 ジルコニウム 最大０．６重量％、 マンガン、ニツケル及び亜鉛 それぞれ最大０．０１重
量％ 残部アルミニウムことを特徴とする、請求項２０に記載
の方法。 - 【請求項２３】 回転するクランクケースのシリンダ内
径へ内部バーナを導入し、シリンダ内径の中心軸線に沿
つて軸線方向に動かし、シリンダ壁へ被覆を溶射するこ
とを特徴とする、請求項８ないし２２の１つに記載の往
復ピストンのシリンダ摺動面の被覆の製造方法。 - 【請求項２４】 鉄、アルミニウム及びマグネシウムを
基礎成分とするダイカストシリンダブロツクのシリンダ
摺動面の被覆に使用することを特徴とする、請求項８〜
２３の１つに記載の方法。
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