JP3389818B2 - 摺動部材の製造方法 - Google Patents
摺動部材の製造方法Info
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Description
鋳物又は展伸材によって形成された製品、例えば、シリ
ンダボア、バルブリフタ、バルブシート又はピストン等
の摺動面の部材として用いられる、耐摩耗性及び耐焼付
性に優れた摺動部材の製造方法に関する。
60−93162号公報には、鉄又は鉄合金やそれらの
粉末にモリブデン粉末を混合した粉末を溶射して皮膜を
形成させた摺動部材が記載されている。しかし、一般
に、鉄系材料を溶射した摺動部材は、溶射時の冷却が十
分でない場合や熱サイクルによって皮膜の密着強さが低
下する傾向があるため、鉄系材料をマトリックスとした
皮膜は信頼性に欠ける。モリブデンも、鉄系材料と同様
に、熱負荷による皮膜の劣化によって密着強さが低下す
る傾向がある。上記公報に記載されているような、鉄合
金の粉末にモリブデン粉末を混合した粉末を溶射した摺
動部材は、耐摩耗性に優れる反面、熱負荷に弱い性質を
持つ材料であるため、エンジン内で使用する部品への適
用において、長期間の使用によって繰り返し熱負荷にさ
らされた場合の信頼性に欠ける。また、モリブデンは、
高価な材料であるため、モリブデンを多量に混合させる
ことは、経済上困難である。一方、特開昭60−125
362号公報には、ニッケルクロム合金を溶射して皮膜
を形成させた摺動部材が記載されている。しかし、ニッ
ケルクロム合金を溶射した場合、皮膜の硬さが低く、耐
キズ付き性が劣る。
るために、耐摩耗性の高い過共晶Si−Al合金(特公
昭54−36904号、特公昭63−15987号)が
提案され、さらに、耐摩耗性向上のために、高炭素Fe
Cr合金等を過共晶Si−Al合金に混合して溶射した
摺動部材(特公昭58−54189号、特開平8−25
3856号)が提案されている。しかし、過共晶Si−
Al合金皮膜を摺動部材に溶射する方法では、十分な耐
摩耗性を得ることができず、高炭素FeCr合金等を過
共晶Si−Al合金に混合した皮膜においては、鉄系材
料とアルミニウム系材料との界面で金属間化合物等の反
応物を形成していないため、熱サイクルが加わっての摺
動では、脱落や剥離に発展し、十分な耐摩耗性を得るこ
とができなかった。
び耐焼付性に優れ、かつ、エンジン内で繰り返し熱負荷
がかかった場合でも十分な密着強さを維持することので
きる摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。
め、請求項1の発明は、摺動部材の製造方法であって、
鉄系粉末と、アルミニウム合金粉末を混合し、該混合物
を、皮膜形成時に皮膜に溶射フレームの熱が加わる距離
で、かつ、溶射フレームが基材に直接到達することを避
け、さらに、溶射フレームに角度を付けながら、基材に
溶射し、層内に化合物を形成させ、強固な密着強さの溶
射皮膜を得るようにしたことを特徴とする。請求項2の
発明は、請求項1の摺動部材の製造方法において、上記
鉄系粉末を、容量比で5〜60%混合した混合物を溶射
して溶射皮膜を形成するようにしたことを特徴とする。
部材の製造方法において、上記アルミニウム合金粉末
が、15〜30重量%のSiを含み、必要に応じて0.
5〜5.0重量%のCuもしくは0.2〜3.0重量%
のMgの一種もしくは二種を含み、さらに必要に応じて
Fe、Mn、及びNiのうちの少なくとも一種を1〜1
5重量%含み、残部が実質的にAlからなる組成の過共
晶Si−Al合金であることを特徴とする。請求項4の
発明は、請求項1から3のいずれか一の摺動部材の製造
方法において、上記鉄系粉末が、主成分のFeが90重
量%以上であることを特徴とする。請求項5の発明は、
請求項1から4のいずれか一の摺動部材の製造方法にお
いて、上記鉄系粉末が、チル晶を有した鋳鉄のアトマイ
ズ粉末であることを特徴とする。
て説明する。本発明では、鉄系粉末と、アルミニウム合
金粉末を混合し、皮膜形成時に皮膜に溶射フレームの熱
を加えながら溶射し、層内に化合物を形成させ、強固な
密着強さを得るようにしている。
応) 通常、混合状態で溶射された材料間で反応が起こること
は期待できないが、鉄系粉末とアルミニウム合金粉末と
を混合して、皮膜形成時に皮膜に溶射フレームの熱を加
えながら溶射した場合、Al5Fe2等の化合物を形成し
て、緻密で層内の結合力が高まり、密着度の高い皮膜を
形成することができる。「皮膜形成時に皮膜に溶射フレ
ームの熱を加えながら溶射する」とは、具体的には、例
えば、溶射距離を近づけることにより、皮膜形成時に皮
膜に溶射フレームの熱を加えながら溶射し、化合物の形
成を促進することをいう。通常の溶射では、溶射フレー
ムの熱が基材に伝わらないように、また、溶射材料を十
分に溶かし、加速させるために溶射距離を80mm以上
取っている。本発明では、皮膜形成時に皮膜に溶射フレ
ームの熱が加わる距離において、かつ、溶射フレームが
基材に直接到達することを避けている。このように直接
到達することを避けるのは、基材表面が軟化したり、変
質することを避けるためである。適正な距離は、粒子の
形状、プラズマガスの種類、プラズマの出力等によって
相違する。後述の実施例では、距離を30mmとした。
また、後述の実施例では、距離を30mmに近づけつ
つ、溶射フレームが直接基材に到達しないように、溶射
角度を45度とした。このように溶射フレームに角度を
付ける(好適には45度前後)ことによって溶射距離を
近づけつつ、基材の変質、軟化を避けることができる。
図1にアルミニウム合金(Al−20重量%Si−3.
5重量%Cu−1.2重量%Mg−5重量%Fe)皮膜
のX線回折結果を、図2に上記アルミニウム合金と鋳鉄
(Fe−3重量%C−2.7重量%Si−0.6重量%
Mn)混合皮膜のX線回折結果を、図3に鋳鉄皮膜のX
線回折結果を示す。図2のアルミニウム合金−鋳鉄混合
皮膜にAl5Fe2等の化合物のピークが認められ、他の
図1、3にそのようなピークが認められないことから、
混合粉末の溶射によってFeとAlとの化合物が生成し
たことが了解される。
り返し熱負荷を受けると基材との密着強さが低下するこ
と、そして鉄系皮膜を形成した面積が広いほど熱膨張率
の影響が大きく出る。そこで、本発明では、鉄系材料間
をアルミニウム合金でつなぎ、熱応力を緩和し、なおか
つ皮膜形成時にその鉄系材料とアルミニウム合金材料と
の界面に化合物を形成させ、溶射で通常期待されるアン
カー効果以上の密着強さを得ることができる。鉄系材料
の混合割合は、5〜60容量%が好ましい。この範囲で
あれば、繰り返し熱負荷に対して密着強さが低下しない
皮膜を得ることができる。鉄系材料が60容量%を超え
るようになると、鉄系材料がほとんどつながった状態と
なり、アルミニウム合金で熱応力を緩和することができ
なくなる。また、5容量%未満では、耐摩耗性向上のた
めに入れた鉄系材料の効果がほとんど得られなくないか
らである。
上を占めるものが好ましい。アルミニウム合金との反応
性が高く、溶融粒子が凝固するまでの間に十分な化合物
が形成され、摺動に対して強固な良い皮膜を得ることが
できるからである。Crを60重量%前後含むFeCr
合金等では、層間の密着を高めるのに十分な化合物を形
成することができず、厳しい摺動条件のもとでは、脱落
や剥離が生じる。鉄系材料の粉末の形態としては、急冷
凝固されたアトマイズ粉末でも、粉砕粉でも良く、特に
限定されないが、鋳鉄のアトマイズ粉が好適である。鋳
鉄をアトマイズしてチル晶を有した粉末を溶射した場
合、硬さが増し、耐摩耗性が高くなることから、鋳鉄の
アトマイズ粉を使用することが好ましい。
ンダー、応力緩和材としての役割があるが、アルミニウ
ム合金自体の強度も必要であるため、Al−15〜30
重量%Si系を用いることが好適である。Al−15〜
30重量%Si系であって、0.5〜5.0重量%のC
u、0.2〜3.0重量%のMgのうちの1種もしくは
2種を含む150℃までの高温強度に優れた過共晶Si
−Al合金を用いることもできる。この過共晶Si−A
l合金にFe、Mn、及びNiのうちの少なくとも一種
を1〜15重量%含む250℃程度までの高温強度に優
れた過共晶Si−Al合金を用いることもできる。以上
のような過共晶Si−Al合金であれば、素地の硬さを
向上させることができ、かつ繰り返し熱負荷による硬さ
低下を防止することができる。なお、アルミニウム合金
粉末は、アトマイズにより急冷凝固された粉末が成分的
に均一なため好ましい。
であるが、これに限定されるものではない。H.V.
O.F.(超音速ガスフレーム溶射)、アーク溶射、ガ
ス溶射等他の溶射法でも良く、要するに、形成された皮
膜に溶射フレームの熱を加えながら溶射することがで
き、アルミニウム合金材料と鉄材料との界面に化合物を
形成させ、層間の結合を強化できるものであれば特に限
定されるものではない。
しては、ピストンやシリンダライナ等のエンジン部品に
通常用いられるアルミニウム合金鋳物又は展伸材を挙げ
ることができる。適用される部位としては、シリンダボ
ア、バルブリフタ、バルブシート又はピストン等の摺動
面の部材である。シリンダボアに適用した場合には、鋳
鉄スリーブに比較して、スリーブレス化による軽量化、
コンパクト化、そして熱伝導の良さから来る高性能化を
期待することができる。また、めっきシリンダに比較し
て、基材の材質に制限が少ないために、ダイカストシリ
ンダにも適用できるというメリットがある。さらに、形
状に関する制約が少ないために、クランクケースと一体
化したシリンダに適用することができ、エンジンの剛性
向上が可能となる。
重量%Mn ii)過共晶Si−Al急冷凝固粉: Al−20重量%Si−3.5重量%Cu−1.2重量
%Mg−5重量%Fe上記鋳鉄破砕粉と過共晶Si−A
l急冷凝固粉を表2に示す容量比で、5種類配合した粉
末を、表1の条件でAC4C(T6処理)アルミニウム
基材に溶射した。各試料は、熱サイクルを加えた試料と
熱サイクルを加えていない試料とを用意し、繰り返し熱
負荷による密着強さの低下を調査した。表2に各試料の
密着強さ試験結果を示す。
さは低下しなかったが、75容量%鋳鉄粉末を溶射した
試料(D)では、密着強さが低下した。したがって、5
0容量%鋳鉄と75容量%鋳鉄との間で熱応力を緩和す
る限界があると判断した。そこで、上記鋳鉄破砕粉と過
共晶Si−Al急冷凝固粉を表3に示す配合比で含む粉
末を溶射した試料について上記と同様の試験を行い、密
着強さを測定した。表3に測定結果を示す。表3より、
70容量%鋳鉄では密着強さの低下が起きていることか
ら、鉄系材料配合量の上限は60容量%までと結論し
た。
重量%Mn ii)過共晶Si−Al急冷凝固粉: Al−20重量%Si−3.5重量%Cu−1.2重量
%Mg−5重量%Fe 上記鋳鉄破砕粉と過共晶Si−Al急冷凝固粉を25容
量%鋳鉄の容量比で、表1の条件でAC4C(T6処
理)アルミニウム基材に溶射した。この試料に250℃
の熱をかけ、荷重300gf、10秒印加の条件でビッ
カース硬さの経時変化を測定した。測定結果を表4に示
す。表4より、硬さ低下は見られないため、強度の低下
が起こっていないことが示される。
重量%Mn ii) 過共晶Si−Al急冷凝固粉: Al−20重量%Si−3.5重量%Cu−1.2重量
%Mg−5重量%Fe iii)高炭素FeCr合金粉末: Fe−65重量%Cr−7.3重量%C iv) 鋳鉄アトマイズ粉: Fe−3.14重量%C−0.52重量%Si −0.
49重量%Mn −0.09重量%P−0.11重量%
S
鋳鉄破砕粉、高炭素FeCr合金粉末、又は鋳鉄アトマ
イズ粉をそれぞれ容積比で25容量%配合して、表1の
溶射条件AC4C(T6処理)アルミニウム基材に溶射
した。この試料を用いて大越式摩耗試験を行い、耐摩耗
性を評価した。表5に試験条件を、表6に試験結果を示
す。表6の結果より、高炭素FeCr合金が他に比べて
摩耗しやすく、相手攻撃性も高いことがわかる。また、
耐摩耗性の高さでは、鋳鉄のアトマイズ粉(チル晶を有
する)を混合して溶射した試料が一番優れていた。
に実施例3で用いた溶射皮膜3種類と過共晶Si−Al
合金単独皮膜を表7の条件で形成した。表8に発電機エ
ンジン諸元と試験条件を示す。試験の結果を表9に示し
た。表8より、高炭素FeCr合金は、層間の密着が低
く、FeCr粒子が脱落し、ピストンリングに引きずら
れることで全面に縦すじが多く、摩耗が進行したものと
考えられる。それに対し、鋳鉄の破砕粉・アトマイズ粉
を混合して溶射したシリンダは、層間の密着が高く、ピ
ストンリングと当たりが出る程度に留まった。表9の摩
耗量は、真直度測定結果から見た摩耗深さで、図4〜図
7にそれぞれの真直度曲線を示す。真直度曲線は、この
シリンダで一番摩耗し易い部分とした。なお、図8は、
シリンダの平面図であり、シリンダボア1のAが真直度
を測定した位置である。
明によれば、耐摩耗性及び耐焼付性に優れ、かつ、エン
ジン内で繰り返し熱負荷がかかった場合でも十分な密着
強さを維持することのできる摺動部材の製造方法が提供
される。
すグラフである。
折結果を示すグラフである。
る。
を示すグラフである。
の溶射シリンダの真直度を示すグラフである。
Cr合金の溶射シリンダの真直度を示すグラフである。
イズ粉の溶射シリンダの真直度を示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 鉄系粉末と、アルミニウム合金粉末を混
合し、該混合物を、皮膜形成時に皮膜に溶射フレームの
熱が加わる距離で、かつ、溶射フレームが基材に直接到
達することを避け、さらに、溶射フレームに角度を付け
ながら、基材に溶射し、層内に化合物を形成させ、強固
な密着強さの溶射皮膜を得るようにしたことを特徴とす
る摺動部材の製造方法。 - 【請求項2】 上記鉄系粉末を容量比で5〜60%混合
した混合物を溶射して溶射皮膜を形成するようにしたこ
とを特徴とする請求項1の摺動部材の製造方法。 - 【請求項3】 上記アルミニウム合金粉末が、15〜3
0重量%のSiを含み、必要に応じて0.5〜5.0重
量%のCuもしくは0.2〜3.0重量%のMgの一種
もしくは二種を含み、さらに必要に応じてFe、Mn、
及びNiのうちの少なくとも一種を1〜15重量%含
み、残部が実質的にAlからなる組成の過共晶Si−A
l合金であることを特徴とする請求項1又は2の摺動部
材の製造方法。 - 【請求項4】 上記鉄系粉末が、主成分のFeが90重
量%以上であることを特徴とする請求項1から3のいず
れか一の摺動部材の製造方法。 - 【請求項5】 上記鉄系粉末が、チル晶を有した鋳鉄の
アトマイズ粉末であることを特徴とする請求項1から4
のいずれか一の摺動部材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13658497A JP3389818B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 摺動部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP13658497A JP3389818B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 摺動部材の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10324964A JPH10324964A (ja) | 1998-12-08 |
JP3389818B2 true JP3389818B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=15178707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP13658497A Expired - Fee Related JP3389818B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 摺動部材の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013210325A1 (de) * | 2013-06-04 | 2014-12-04 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Eisen-Aluminium-Legierung, Kolben für einen Verbrennungsmotor, Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Aluminium-Legierung und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
CN106740289A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-05-31 | 无锡市明盛强力风机有限公司 | 一种汽车座椅滑轨 |
JP6763441B2 (ja) * | 2016-12-21 | 2020-09-30 | Agc株式会社 | 金属間化合物溶射被膜の形成方法、前記溶射被膜、前記溶射被膜を有する金属製品の製造方法、およびガラス搬送用ロール |
-
1997
- 1997-05-27 JP JP13658497A patent/JP3389818B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH10324964A (ja) | 1998-12-08 |
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