JP3845217B2

JP3845217B2 - Sliding surface structure made of acid-resistant and wear-resistant Ni-based alloy

Info

Publication number: JP3845217B2
Application number: JP36070898A
Authority: JP
Inventors: 忠司大谷; 滋正梶原; 浩一大崎; 隆田口; 一雄柴田; 和久石塚; 誠辻
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: JP2000178672A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐酸性耐摩耗性Ｎｉ基合金製の摺動面構成体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＮｉ基合金としてはＮｉマトリックスと、そのＮｉマトリックスに分散するＳｉＣ粒子とよりなるものが知られており、このＮｉ基合金は、例えばエンジン用Ａｌ合金製シリンダブロックにおいて、そのシリンダボアの内周面に電気メッキ処理により形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガソリン組成およびエンジンの運転条件によっては、シリンダボア内における硫酸の生成、その硫酸によるＮｉマトリックスの溶解、その溶解によるＳｉＣ粒子の脱落、といった現象が発生し、その結果、シリンダボア内周面にアブレシブ摩耗が生じる、という問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硫酸に対して優れた耐酸性を発揮し、また良好な耐摩耗性を有する前記Ｎｉ基合金製の摺動面構成体を提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため請求項１の発明によれば、Ｐ含有量がＰ≧８ｗｔ％であり、残部がＮｉである合金マトリックスと、その合金マトリックスに分散し、且つ体積分率Ｖｆが６％≦Ｖｆ≦１６％であるＳｉ₃Ｎ₄粒子とよりなり、前記合金マトリックスの金属組織が、非晶質相のみからなる非晶質単一組織であることを特徴とする耐酸性耐摩耗性Ｎｉ基合金製の摺動面構成体が提供される。
【０００６】
前記合金マトリックスおよびＳｉ₃Ｎ₄粒子は、共に、硫酸に対して優れた耐酸性を発揮し、またＳｉ₃Ｎ₄粒子は非磁性体であるから、それと合金マトリックスとの間における局部電池の発生が大いに抑制される。これによりＮｉ基合金の耐酸性を確保することができる。ただし、Ｐ含有量がＰ＜８ｗｔ％であると、合金マトリックスの硫酸による腐食が進行し、特に、０ｗｔ％＜Ｐ≦約７ｗｔ％の範囲では、Ｐ＝０ｗｔ％の場合よりも耐酸性が劣る。
【０００７】
Ｓｉ₃Ｎ₄粒子は合金マトリックスの摩耗抑制に寄与して、Ｎｉ基合金の耐摩耗性を向上させる効果を有する。またＳｉ₃Ｎ₄粒子は略球形であるから、摺動相手部材に対する攻撃性が低く、これによりその部材の耐摩耗性も確保される。ただし、その体積分率ＶｆがＶｆ＜６％では前記効果を得ることができず、一方、Ｖｆ＞１６％ではＳｉ₃Ｎ₄粒子が脱落し易くなり、また耐焼付性も低下する。
【０００８】
また請求項１の発明の前記合金マトリックスの金属組織は、非晶質相のみからなる非晶質単一組織であるが、このように合金マトリックスの金属組織が非晶質単一組織である、ということは、その合金マトリックス、従って摺動面構成体の耐酸性を向上させる上で極めて有効である。このような摺動面構成体で例えばエンジンのシリンダボア周りを被覆した場合には、エンジン運転中におけるシリンダボア周りの温度は略２００℃以下であることから、摺動面構成体の結晶化が進行しにくく、その良好な耐酸性を維持する上で都合が良い。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１の前記特徴に加えて、摺動部がＴｉＮ皮膜およびＣｒＮ皮膜の一方よりなる摺動相手部材と組み合わされて使用されることを特徴としており、このような組合せにおいては、硫酸存在下での局部電池の発生が大いに抑制されるので、摺動相手部材の優先腐食を回避することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、エンジン用シリンダブロック１は、複数のシリンダバレル（図には１つのみ示す）２と、それらシリンダバレル２を囲繞する外壁部３と、その外壁部３の下縁に連設されたクランクケース４と、外壁部３および各シリンダバレル２間に存する水ジャケット５と、各シリンダバレル２および外壁部３間を部分的に連結する複数の補強部６とを有する。
【００１１】
シリンダブロック１はＡｌ合金より構成され、各シリンダボア７の内周面は耐酸性耐摩耗性Ｎｉ基合金よりなる摺動面構成体８によって被覆されている。この摺動面構成体８は電気メッキ処理により形成されたものである。
【００１２】
前記Ｎｉ基合金は、Ｐ含有量がＰ≧８ｗｔ％であり、残部がＮｉである合金マトリックスと、その合金マトリックスに分散し、且つ体積分率Ｖｆが６％≦Ｖｆ≦１６％であるＳｉ₃Ｎ₄粒子とよりなる。
【００１３】
前記合金マトリックスおよびＳｉ₃Ｎ₄粒子は、共に、硫酸に対して優れた耐酸性を発揮し、またＳｉ₃Ｎ₄粒子は非磁性体であるから、それと合金マトリックスとの間における局部電池の発生が大いに抑制される。これによりＮｉ基合金の耐酸性を確保することができる。その上、Ｓｉ₃Ｎ₄粒子は合金マトリックスの摩耗抑制に寄与して、Ｎｉ基合金の耐摩耗性を向上させる効果を有する。またＳｉ₃Ｎ₄粒子は略球形であるから、摺動相手部材であるピストンリングに対する攻撃性が低く、これによりそのピストンリングの耐摩耗性も確保される。
【００１４】
摺動面構成体８は、図２に示す電気メッキ装置９を用いて形成される。その装置９は、シリンダブロック１を、そのガスケット面１０が下向きになるように倒立配置する電気絶縁性基台１１を備える。その基台１１は上向きに開口してシリンダボア７に合致する大径孔部１２を有し、その底壁１３に、Ｃｕ系合金よりなる筒状電極１４の中空軸部１５が回転可能に、且つ水密状態を維持し得るように支持される。
【００１５】
筒状電極１４の主体部１６は、その周壁全体に亘って分布する複数の貫通孔１７を有し、シリンダボア７内に、その内周面との間に所定の間隔、つまり極間距離ｄをとって配置される。中空軸部１５の下端部に電気絶縁性ギヤボックス１８を介して電気絶縁性導管１９が接続され、そのギヤボックス１８内において、導管１９が中空軸部１５に連通し、また筒状電極１４が矢印方向に回転し得るように構成される。ギヤボックス１８にはモータ２０が連結される。
【００１６】
導管１９は供給ポンプ２１を介して硬質粒子を含む複合メッキ液用タンク２２の底部近傍に接続され、また基台１１の大径孔部１２に連なり、且つ基台１１側面に開口する小径孔部２３は電気絶縁性導管２４を介してタンク２２内上部に連通する。また一方の導管１９の供給ポンプ２１よりも下流側と、他方の導管２４とがリリーフバルブ２５を有する電気絶縁性導管２６により接続されている。
【００１７】
電源装置２７の（＋）端子に摺動子２８が接続され、その摺動子２８は筒状電極１４の中空軸部１５の外周面に摺擦する。一方、電源装置２７の（−）端子にシリンダブロック１の外壁部３が接続される。
【００１８】
電気メッキ処理に当っては、供給ポンプ２１を駆動して、複合メッキ液２９を、タンク２２→導管１９→筒状電極１４内の通路３０→各貫通孔１７→シリンダボア７および筒状電極１４間の筒状通路３１→基台１１の大径、小径孔部１２，２３→導管２４→タンク２２の順に循環させ、また電源装置２７を作動させて筒状電極１４およびシリンダブロック１間に通電し、さらにモータ２０を駆動して筒状電極１４を回転させる。
【００１９】
この場合、各貫通孔１７から噴射された複数メッキ液２９は、シリンダボア７内周面に衝突して筒状通路３１内では乱流状態となるので、Ｓｉ₃Ｎ₄粒子が筒状通路３１内において均一に分散される。これにより、シリンダボア７内周面にはＳｉ₃Ｎ₄粒子を均一に分散させた摺動面構成体８が形成される。
【００２０】
この場合、クランクケース４側への複合メッキ液２９の進入は、筒状電極１４の頂面に設けた邪魔板３２により阻止される。また筒状電極１４内の複合メッキ液２９の圧力が設定値よりも高くなると、それはリリーフバルブ２５が開くことによって調節される。
【００２１】
以下、具体例について説明する。
【００２２】
表１は複合メッキ液組成を示し、また表２は電気メッキ処理条件を示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
ＪＩＳＡＤＣ１２より構成されたＡｌ合金製シリンダブロック１のシリンダボア７内周面に、図２の電気メッキ装置９を用い、また表１，２に則って、厚さ１００μｍの摺動面構成体８を形成した。この摺動面構成体８は、Ｐ含有量がＰ＝１０ｗｔ％であり、残部がＮｉである合金マトリックスと、その合金マトリックスに分散し、且つ体積分率ＶｆがＶｆ＝６％であるＳｉ₃Ｎ₄粒子とより構成されていた。
【００２６】
図３（ａ）は、前記合金マトリックスと同様のメッキ皮膜、つまりＳｉ₃Ｎ₄粒子を含まないものに関するＸ線回折結果を示す。この図より、Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｐ合金よりなる合金マトリックスの金属組織は、室温において非晶質相のみからなる非晶質単一組織であることが判明した。
【００２７】
図３（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ前記メッキ皮膜を所定温度にて１時間加熱した後のＸ線回折結果を示す。加熱温度は、（ｂ）の場合が２００℃、（ｃ）の場合が２５０℃、（ｄ）の場合が３００℃である。図３（ｂ）〜（ｄ）において、鋭利な山形部は結晶質相が存在することを示し、したがって加熱温度が高くなる程、結晶化の程度が高くなることが判る。
【００２８】
合金マトリックスの金属組織が非晶質単一組織である、ということは、その合金マトリックス、したがって摺動面構成体８の耐酸性を向上させる上で極めて有効である。この場合、エンジン運転中におけるシリンダボア７周りの温度は略２００℃以下であることから、摺動面構成体８の結晶化は進行しにくく、その良好な耐酸性を維持する上で都合が良い。
【００２９】
次に、Ｐ含有量を異にするＮｉ−Ｐ系合金よりなる合金マトリックスと、体積分率Ｖｆが６％であるＳｉ₃Ｎ₄粒子とよりなる各種摺動面構成体８を前記と略同様の方法で形成した。この場合、Ｐ含有量の変化は、複合メッキ液において硫酸ニッケルと亜リン酸の配合比を変える、という方法で行われた。
【００３０】
各シリンダブロック１より試験片を製作し、それらについて耐酸試験を行った。各試験片３３は図４に示すように、シリンダバレル２の一部であるＡｌ合金部２ａおよび摺動面構成体８の一部であるＮｉ基合金部８ａよりなる積層状切出し片３４と、その切出し片３４を被覆し、Ｎｉ基合金部８ａ表面に臨む窓３５を備えた合成樹脂層３６とよりなる。
【００３１】
各試験片３３を２．５ｖｏｌ％硫酸水溶液中に４時間浸漬して、Ｐ含有量と、Ｎｉ基合金部８ａにおける腐食減量、つまり窓３５を通じた腐食による凹部の深さとの関係を求める耐酸性試験を行ったところ、表３の結果を得た。前記硫酸水溶液の濃度は、エンジン運転中に生じることがある硫酸濃度を考慮したものである。
【００３２】
【表３】

【００３３】
図５は表３をグラフ化したものであり、図５から明らかなように、Ｐ含有量をＰ≧８ｗｔ％に設定すると耐酸性を大いに向上させることが可能である。Ｐ含有量の上限値はＰ＝１６ｗｔ％である。Ｐ＞１６ｗｔ％では偏析が発生し、また摺動面構成体８が脆化するからである。
【００３４】
次に、摺動面構成体８の例５（Ｎｉ−１０Ｐ−Ｓｉ₃Ｎ₄）とピストンリングとの摺動について考察した。ピストンリングとしては、ＪＩＳＳＵＳ４２０よりなり、且つガス窒化処理を施されたピストンリングの表面を、ＰＶＤ法によって厚さ３０μｍのＣｒＮ皮膜により被覆したものを用意した。また比較のため摺動面構成体８として、Ｎｉマトリックスに体積分率ＶｆがＶｆ＝７％のＳｉＣ粒子を分散させたもの（Ｎｉ−ＳｉＣ）を用意した。
【００３５】
図６に示すように、各シリンダブロック１より、シリンダバレル２の一部であるＡｌ合金部２ａおよび摺動面構成体８の一部であるＮｉ基合金部８ａよりなる板状第１試験片３８と、ピストンリングより、リング部３９およびＣｒＮ皮膜４０よりなる小片状第２試験片４１とを製作した。そして、第１試験片３８のＮｉ基合金部８ａ表面に第２試験片４１のＣｒＮ皮膜４０を当接させて、焼付試験、摩耗試験および腐食摩耗試験を行った。
【００３６】
（１）焼付試験に当っては、その条件を次のように設定した。第１試験片３８：往復動ストローク５０mm，速度２００cpm ；第２試験片４１に対する荷重：初期１９．６Ｎ，その後９．８Ｎ／min で増加；潤滑方式：第１試験片３８のＮｉ基合金部８ａ表面に、軽油相当の粘度を有する軸受油を塗布し、次いで、その軸受油を拭取り、その後試験を開始；焼付限界荷重：摩擦力が急増したときの荷重．
表４は焼付試験結果を示し、その焼付限界荷重の値は平均値である。
【００３７】
【表４】

【００３８】
表４より、実施例は比較例に比べて優れた耐焼付性を有することが判る。
【００３９】
（２）摩耗試験に当っては、その条件を次のように設定した。〔慣らし過程〕第１試験片３８：往復動ストローク５０mm，速度１００cpm ；第２試験片４１に対する荷重：１９．６Ｎ；時間：５min ；潤滑方式：軽油相当の粘度を有する軸受油を２ml／ｈにて第１試験片３８上に滴下．〔試験過程〕第１試験片３８：往復動ストローク５０mm，速度２００cpm ；第２試験片４１に対する荷重：４９．０Ｎ；時間：６０min ；潤滑方式：軽油相当の粘度を有する軸受油を２ml／ｈにて第１試験片３８上に滴下．
表５は摩耗試験結果を示し、その摩耗量の値は平均値である。
【００４０】
【表５】

【００４１】
比較例における第１試験片３８の摩耗量は、実施例における第１試験片３８の摩耗量よりも幾分少ないが、第２試験片４１については実施例の摩耗量よりも比較例のそれの方がかなり多い。これは、ＳｉＣ粒子が第１試験片３８の耐摩耗性向上に寄与する反面、そのＳｉＣ粒子が非球形であることから摺動相手部材である第２試験片４１に対する攻撃性が高い、ということに起因する。したがって摺動部材の組合せとしては、実施例の方が比較例に比べて優れていると言える。
【００４２】
（３）腐食摩耗試験に当っては、その条件を次のように設定した。〔慣らし過程〕第１試験片３８：往復動ストローク５０mm，速度１００cpm ；第２試験片４１に対する荷重：１９．６Ｎ；時間：５min ；潤滑方式：軽油相当の粘度を有する軸受油を２ml／ｈにて第１試験片３８上に滴下．〔試験過程〕第１試験片３８：往復動ストローク５０mm，速度２００cpm ；第２試験片４１に対する荷重：４９．０Ｎ；時間：６０min ；潤滑方式：軽油相当の粘度を有する軸受油を２ml／ｈにて第１試験片３８上に滴下；腐食液の供給：２．５％硫酸水溶液を０．１cc／ｈにて第１試験片３８上に滴下．
表６は腐食摩耗試験結果を示し、その摩耗量の値は平均値である。
【００４３】
【表６】

【００４４】
表６から明らかなように、実施例における第１試験片３８の摩耗量は比較例における第１試験片３８のそれに比べて大幅に少ない。これは、実施例における第１試験片３８の合金マトリックスが、比較例における第１試験片３８のマトリックスよりも優れた耐酸性を有するからであって、比較例の場合はＳｉＣ粒子の脱落により第１試験片３８にアブレシブ摩耗が生じていた。
【００４５】
第２試験片４１の摩耗量は、実施例および比較例においてかなり多く、しかも略同じである。これは、ＣｒＮの耐酸性が第１試験片３８のそれに比べて低い、ということに起因する。
【００４６】
ピストンリングにおいて、前記ＣｒＮ皮膜４０はＴｉＮ皮膜により代替可能である。前記合金マトリックスの金属組織は、本発明では非晶質単一組織のみである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の耐酸性耐摩耗性Ｎｉ基合金製の摺動面構成体は、Ｐ含有量がＰ≧８ｗｔ％であり、残部がＮｉである合金マトリックスと、その合金マトリックスに分散し、且つ体積分率Ｖｆが６％≦Ｖｆ≦１６％であるＳｉ ₃ Ｎ ₄ 粒子とよりなるので、優れた耐酸性および耐摩耗性を有するＮｉ基合金製の摺動面構成体を提供することができる。また特に前記合金マトリックスの金属組織が、非晶質相のみからなる非晶質単一組織であるため、その合金マトリックス、従って摺動面構成体の耐酸性を向上させる上で極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン用シリンダブロックの断面図である。
【図２】エンジン用シリンダブロックに対する電気メッキ処理法の説明図である。
【図３】摺動面構成体のＸ線回折図である。
【図４】試験片の断面図である。
【図５】Ｐ含有量と腐食減量との関係を示すグラフである。
【図６】摺動試験法の説明図である。
【符号の説明】
１Ａｌ合金製シリンダブロック
２シリンダバレル
８摺動面構成体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sliding surface structure made of an acid and wear resistant Ni-based alloy.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of Ni-based alloy has been known to be composed of a Ni matrix and SiC particles dispersed in the Ni matrix. This Ni-based alloy is, for example, a cylinder bore in an engine Al alloy cylinder block. Is formed by electroplating on the inner peripheral surface.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the gasoline composition and engine operating conditions, the generation of sulfuric acid in the cylinder bore, the dissolution of the Ni matrix by the sulfuric acid, and the dropping of the SiC particles due to the dissolution may occur. As a result, the inner surface of the cylinder bore is abrasive. There was a problem of wear.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a sliding surface structure made of the Ni-based alloy that exhibits excellent acid resistance against sulfuric acid and has good wear resistance.
[0005]
In order to achieve the above object, according to the invention of claim 1 , the P content is P ≧ 8 wt%, the balance is Ni, the alloy matrix is dispersed in the alloy matrix, and the volume fraction Vf is 6%. ≦ Vf ≦ 16% Si ₃ N ₄ particles , wherein the metal structure of the alloy matrix is an amorphous single structure consisting only of an amorphous phase A sliding surface construction made of a base alloy is provided.
[0006]
Both the alloy matrix and the Si ₃ N ₄ particles exhibit excellent acid resistance against sulfuric acid, and since the Si ₃ N ₄ particles are non-magnetic, generation of local batteries between them and the alloy matrix Is greatly suppressed. Thereby, the acid resistance of the Ni-based alloy can be ensured. However, when the P content is P <8 wt%, corrosion of the alloy matrix due to sulfuric acid proceeds. In particular, in the range of 0 wt% <P ≦ about 7 wt%, the acid resistance is inferior to that of P = 0 wt%. .
[0007]
Si ₃ N ₄ particles contribute to the suppression of wear of the alloy matrix and have the effect of improving the wear resistance of the Ni-based alloy. Further, since the Si ₃ N ₄ particles are substantially spherical, they are less aggressive against the sliding counterpart member, thereby ensuring the wear resistance of the member. However, when the volume fraction Vf is Vf <6%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, when Vf> 16%, the Si ₃ N ₄ particles easily fall off and the seizure resistance also decreases.
[0008]
The claimed metal structure of the alloy matrix of the first aspect of the invention is only an amorphous single structure consisting amorphous phase, thus metal structure of the alloy matrix is an amorphous single organization, This is extremely effective in improving the acid resistance of the alloy matrix, and hence the sliding surface structure. When, for example, the periphery of an engine cylinder bore is covered with such a sliding surface structure, the temperature around the cylinder bore during engine operation is approximately 200 ° C. or lower, so that the crystallization of the sliding surface structure proceeds. It is difficult to maintain the good acid resistance.
[0009]
The invention of claim 2 is characterized in that, in addition to the feature of claim 1, the sliding portion is used in combination with a sliding mating member made of one of a TiN film and a CrN film. In such a combination, the generation of local batteries in the presence of sulfuric acid is greatly suppressed, so that preferential corrosion of the sliding member can be avoided.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, an engine cylinder block 1 is connected to a plurality of cylinder barrels (only one is shown in the figure) 2, an outer wall portion 3 surrounding the cylinder barrels 2, and a lower edge of the outer wall portion 3. The crankcase 4, the water jacket 5 existing between the outer wall 3 and each cylinder barrel 2, and a plurality of reinforcing portions 6 that partially connect the cylinder barrel 2 and the outer wall 3.
[0011]
The cylinder block 1 is made of an Al alloy, and the inner peripheral surface of each cylinder bore 7 is covered with a sliding surface structure 8 made of an acid-resistant and wear-resistant Ni-based alloy. The sliding surface structure 8 is formed by electroplating.
[0012]
The Ni-based alloy is a P ≧ 8 wt% is P content, an alloy matrix balance being Ni, dispersed in the alloy matrix, Si ₃ and the volume fraction Vf is 6% ≦ Vf ≦ 16% It becomes more and N ₄ particles.
[0013]
Both the alloy matrix and the Si ₃ N ₄ particles exhibit excellent acid resistance against sulfuric acid, and since the Si ₃ N ₄ particles are non-magnetic, generation of local batteries between them and the alloy matrix Is greatly suppressed. Thereby, the acid resistance of the Ni-based alloy can be ensured. In addition, the Si ₃ N ₄ particles contribute to the suppression of wear of the alloy matrix and have the effect of improving the wear resistance of the Ni-based alloy. Further, since the Si ₃ N ₄ particles are substantially spherical, they are less aggressive against the piston ring, which is a sliding counterpart member, thereby ensuring the wear resistance of the piston ring.
[0014]
The sliding surface structure 8 is formed using the electroplating apparatus 9 shown in FIG. The device 9 includes an electrically insulating base 11 on which the cylinder block 1 is placed upside down so that the gasket surface 10 faces downward. The base 11 has a large-diameter hole portion 12 that opens upward and matches the cylinder bore 7, and a hollow shaft portion 15 of a cylindrical electrode 14 made of a Cu-based alloy is rotatable on the bottom wall 13, and It is supported so that a watertight state can be maintained.
[0015]
The main body portion 16 of the cylindrical electrode 14 has a plurality of through holes 17 distributed over the entire peripheral wall thereof, and a predetermined interval between the inner peripheral surface of the cylinder bore 7, that is, an inter-electrode distance d. Placed. An electrically insulating conduit 19 is connected to the lower end portion of the hollow shaft portion 15 via an electrically insulating gear box 18. In the gear box 18, the conduit 19 communicates with the hollow shaft portion 15, and the cylindrical electrode 14 is connected to the hollow shaft portion 15. It is configured to be able to rotate in the direction of the arrow. A motor 20 is connected to the gear box 18.
[0016]
The conduit 19 is connected to the vicinity of the bottom of the composite plating solution tank 22 containing hard particles via a supply pump 21, and is connected to the large-diameter hole 12 of the base 11 and opens to the side surface of the base 11. 23 communicates with the upper part of the tank 22 through an electrically insulating conduit 24. Further, the downstream side of the supply pump 21 of one conduit 19 and the other conduit 24 are connected by an electrically insulating conduit 26 having a relief valve 25.
[0017]
A slider 28 is connected to the (+) terminal of the power supply device 27, and the slider 28 rubs against the outer peripheral surface of the hollow shaft portion 15 of the cylindrical electrode 14. On the other hand, the outer wall 3 of the cylinder block 1 is connected to the (−) terminal of the power supply device 27.
[0018]
In the electroplating process, the supply pump 21 is driven, and the composite plating solution 29 is transferred between the tank 22 → the conduit 19 → the passage 30 in the cylindrical electrode 14 → the respective through holes 17 → the cylinder bore 7 and the cylindrical electrode 14. The cylindrical passage 31 → the base 11 is circulated in the order of the large diameter and small diameter holes 12, 23 → conduit 24 → tank 22, and the power supply device 27 is operated to energize the cylindrical electrode 14 and the cylinder block 1. Further, the motor 20 is driven to rotate the cylindrical electrode 14.
[0019]
In this case, the plurality of plating solutions 29 sprayed from each through-hole 17 collide with the inner peripheral surface of the cylinder bore 7 and become a turbulent state in the cylindrical passage 31, so that Si ₃ N ₄ particles are contained in the cylindrical passage 31. Are uniformly dispersed. As a result, a sliding surface structure 8 in which Si ₃ N ₄ particles are uniformly dispersed is formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore 7.
[0020]
In this case, the composite plating solution 29 is prevented from entering the crankcase 4 by the baffle plate 32 provided on the top surface of the cylindrical electrode 14. Further, when the pressure of the composite plating solution 29 in the cylindrical electrode 14 becomes higher than the set value, it is adjusted by opening the relief valve 25.
[0021]
Hereinafter, specific examples will be described.
[0022]
Table 1 shows the composite plating solution composition, and Table 2 shows the electroplating process conditions.
[0023]
[Table 1]

[0024]
[Table 2]

[0025]
The electroplating apparatus 9 of FIG. 2 is used on the inner peripheral surface of the cylinder bore 7 of the Al alloy cylinder block 1 made of JIS ADC 12, and a sliding surface structure 8 having a thickness of 100 μm is formed according to Tables 1 and 2. Formed. This sliding surface structure 8 has a P content of P = 10 wt%, an alloy matrix in which the balance is Ni, and an Si ₃ that is dispersed in the alloy matrix and has a volume fraction Vf of Vf = 6%. It was composed of N ₄ particles.
[0026]
FIG. 3 (a) shows the X-ray diffraction results for the same plating film as that of the alloy matrix, that is, the one containing no Si ₃ N ₄ particles. From this figure, it was found that the metal structure of the alloy matrix made of the Ni-10 wt% P alloy was an amorphous single structure consisting only of an amorphous phase at room temperature.
[0027]
3 (b) to 3 (d) show the X-ray diffraction results after heating the plating film for 1 hour at a predetermined temperature, respectively. The heating temperature is 200 ° C. in the case of (b), 250 ° C. in the case of (c), and 300 ° C. in the case of (d). 3 (b) to 3 (d), the sharp chevron indicates that a crystalline phase is present, and thus it can be seen that the higher the heating temperature, the higher the degree of crystallization.
[0028]
The fact that the metal structure of the alloy matrix is an amorphous single structure is very effective in improving the acid resistance of the alloy matrix, and hence the sliding surface structure 8. In this case, since the temperature around the cylinder bore 7 during engine operation is approximately 200 ° C. or less, the crystallization of the sliding surface constituting body 8 is unlikely to proceed, which is convenient in maintaining its good acid resistance.
[0029]
Next, various sliding surface constituting bodies 8 comprising an alloy matrix made of a Ni-P alloy having different P contents and Si ₃ N ₄ particles having a volume fraction Vf of 6% are substantially the same as described above. It formed by the method of. In this case, the P content was changed by a method of changing the blending ratio of nickel sulfate and phosphorous acid in the composite plating solution.
[0030]
Test pieces were produced from each cylinder block 1 and subjected to an acid resistance test. As shown in FIG. 4, each test piece 33 includes a laminated cut piece 34 composed of an Al alloy part 2 a that is a part of the cylinder barrel 2 and a Ni-based alloy part 8 a that is a part of the sliding surface constituting body 8, It consists of a synthetic resin layer 36 that covers the cut piece 34 and includes a window 35 that faces the surface of the Ni-based alloy portion 8a.
[0031]
Each test piece 33 is immersed in a 2.5 vol% sulfuric acid aqueous solution for 4 hours to determine the relationship between the P content and the corrosion weight loss in the Ni-based alloy portion 8a, that is, the depth of the recess due to corrosion through the window 35. When the test was conducted, the results shown in Table 3 were obtained. The concentration of the sulfuric acid aqueous solution takes into consideration the concentration of sulfuric acid that may occur during engine operation.
[0032]
[Table 3]

[0033]
FIG. 5 is a graph of Table 3. As is apparent from FIG. 5, when the P content is set to P ≧ 8 wt%, the acid resistance can be greatly improved. The upper limit of the P content is P = 16 wt%. This is because when P> 16 wt%, segregation occurs and the sliding surface structure 8 becomes brittle.
[0034]
Next, the sliding between Example 5 (Ni-10P-Si ₃ N ₄ ) of the sliding surface structure 8 and the piston ring was considered. The piston ring was made of JIS SUS420 and the surface of the piston ring subjected to gas nitriding was coated with a 30 μm thick CrN film by the PVD method. For comparison, a sliding surface structure 8 prepared by dispersing SiC particles having a volume fraction Vf of Vf = 7% (Ni-SiC) in a Ni matrix was prepared.
[0035]
As shown in FIG. 6, a plate-like first test piece comprising an Al alloy part 2 a that is a part of the cylinder barrel 2 and a Ni-based alloy part 8 a that is a part of the sliding surface structure 8 from each cylinder block 1. 38 and a small second test piece 41 made of a ring portion 39 and a CrN film 40 were produced from the piston ring. Then, the surface of the Ni-based alloy portion 8a of the first test piece 38 was brought into contact with the CrN film 40 of the second test piece 41, and a seizure test, a wear test, and a corrosion wear test were performed.
[0036]
(1) In the seizure test, the conditions were set as follows. First test piece 38: reciprocating stroke 50 mm, speed 200 cpm; load on the second test piece 41: initial 19.6 N, then increased at 9.8 N / min; lubrication method: Ni-based alloy part 8a of the first test piece 38 Apply bearing oil with viscosity equivalent to light oil on the surface, then wipe off the bearing oil and start the test; seizure limit load: load when frictional force increases rapidly.
Table 4 shows the seizure test results, and the seizure limit load value is an average value.
[0037]
[Table 4]

[0038]
From Table 4, it can be seen that the examples have better seizure resistance than the comparative examples.
[0039]
(2) In the wear test, the conditions were set as follows. [Run-in process] First test piece 38: reciprocating stroke 50 mm, speed 100 cpm; load on second test piece 41: 19.6 N; time: 5 min; lubrication method: bearing oil having viscosity equivalent to light oil to 2 ml / h And dropped on the first test piece 38. [Test process] First test piece 38: reciprocating stroke 50 mm, speed 200 cpm; load on second test piece 41: 49.0 N; time: 60 min; lubrication method: bearing oil having viscosity equivalent to light oil to 2 ml / h And dropped on the first test piece 38.
Table 5 shows the results of the wear test, and the wear value is an average value.
[0040]
[Table 5]

[0041]
The wear amount of the first test piece 38 in the comparative example is somewhat smaller than the wear amount of the first test piece 38 in the embodiment, but the wear amount of the second test piece 41 is that of the comparative example than the wear amount of the embodiment. There are quite a lot. This is because the SiC particles contribute to the improvement of the wear resistance of the first test piece 38, but the SiC particles are non-spherical, so that the aggressiveness against the second test piece 41 which is a sliding counterpart member is high. caused by. Therefore, as a combination of sliding members, it can be said that the example is superior to the comparative example.
[0042]
(3) In the corrosion wear test, the conditions were set as follows. [Run-in process] First test piece 38: reciprocating stroke 50 mm, speed 100 cpm; load on second test piece 41: 19.6 N; time: 5 min; lubrication method: bearing oil having viscosity equivalent to light oil to 2 ml / h And dropped on the first test piece 38. [Test process] First test piece 38: reciprocating stroke 50 mm, speed 200 cpm; load on second test piece 41: 49.0 N; time: 60 min; lubrication method: bearing oil having viscosity equivalent to light oil to 2 ml / h Dropping on the first test piece 38; Supply of the corrosive liquid: 2.5% sulfuric acid aqueous solution was dropped on the first test piece 38 at 0.1 cc / h.
Table 6 shows the results of the corrosion wear test, and the wear values are average values.
[0043]
[Table 6]

[0044]
As is apparent from Table 6, the wear amount of the first test piece 38 in the example is significantly smaller than that of the first test piece 38 in the comparative example. This is because the alloy matrix of the first test piece 38 in the example has better acid resistance than the matrix of the first test piece 38 in the comparative example. One test piece 38 had abrasive wear.
[0045]
The amount of wear of the second test piece 41 is considerably large and substantially the same in the examples and comparative examples. This is due to the fact that the acid resistance of CrN is lower than that of the first test piece 38.
[0046]
In the piston ring, the CrN film 40 can be replaced by a TiN film. In the present invention, the metal structure of the alloy matrix is only an amorphous single structure.
[0047]
【The invention's effect】
The sliding surface structure made of an acid-resistant wear-resistant Ni-based alloy of the present invention has an alloy matrix in which the P content is P ≧ 8 wt% and the balance is Ni, and is dispersed in the alloy matrix. Since it consists of Si ₃ N ₄ particles with a rate Vf of 6% ≦ Vf ≦ 16%, it is possible to provide a sliding surface structure made of a Ni-based alloy having excellent acid resistance and wear resistance. In particular, since the metal structure of the alloy matrix is an amorphous single structure consisting only of an amorphous phase, it is extremely effective in improving the acid resistance of the alloy matrix and hence the sliding surface structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an engine cylinder block.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an electroplating method for an engine cylinder block.
FIG. 3 is an X-ray diffraction diagram of a sliding surface structure.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a test piece.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between P content and corrosion weight loss.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a sliding test method.
[Explanation of symbols]
1 Cylinder block made of Al alloy 2 Cylinder barrel 8 Sliding surface structure

Claims

P content is P ≧ 8 wt%, and the alloy matrix balance being Ni, dispersed in the alloy matrix, more becomes Si ₃ N ₄ particles is and the volume fraction Vf of 6% ≦ Vf ≦ 16% ,
A sliding surface structure made of an acid-resistant and wear-resistant Ni-based alloy, wherein the metal structure of the alloy matrix is an amorphous single structure consisting only of an amorphous phase .

The sliding surface structure made of an acid wear-resistant Ni-based alloy according to claim 1 , wherein the sliding portion is used in combination with a sliding mating member made of one of a TiN film and a CrN film. .