JP4935450B2 - 溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック - Google Patents

溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック Download PDF

Info

Publication number
JP4935450B2
JP4935450B2 JP2007079466A JP2007079466A JP4935450B2 JP 4935450 B2 JP4935450 B2 JP 4935450B2 JP 2007079466 A JP2007079466 A JP 2007079466A JP 2007079466 A JP2007079466 A JP 2007079466A JP 4935450 B2 JP4935450 B2 JP 4935450B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wire
arc
weight
coating
content
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007079466A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008240029A (ja
Inventor
幸多 児玉
典孝 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007079466A priority Critical patent/JP4935450B2/ja
Priority to PCT/JP2008/054552 priority patent/WO2008117668A1/ja
Priority to US12/532,917 priority patent/US20100108014A1/en
Publication of JP2008240029A publication Critical patent/JP2008240029A/ja
Priority to US13/357,784 priority patent/US20120121451A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4935450B2 publication Critical patent/JP4935450B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131Wire arc spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16Wires; Tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0095Constructing engine casings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックと、該シリンダブロックのボア内面に形成される溶射被膜とその形成方法、および該溶射被膜を形成するための溶射材料線材に関するものである。
シリンダブロックのシリンダボア内面には、アークやプラズマ、ガス等にて燃焼火炎(フレーム)を発生させ、各種金属や合金属を瞬間溶融し、圧縮エアにてアトマイズ粉砕(微粒子化)された溶射粒子を衝突/凝固付着させる溶射技術によって該ボア内面の耐食性、耐摩耗性等を向上させるための溶射被膜が形成されている。
ところで、アーク溶射時に使用される溶射用線材(ワイヤ)には、溶射被膜の耐摩耗性を向上させるためにカーボン含有量の高い鉄系材料線材が使用される。例えば、特許文献1に開示の溶射材料においては、0.3〜2.0重量%のCと、3〜20%のCrと、2〜7重量%のSiとからなる溶射材料が開示されている。
カーボン含有量が高くなると耐摩耗性の向上を図ることができるが、その一方で被削性(被削用チップ摩耗量の低減性)が低下(悪化)してしまい、溶射被膜の仕上げ加工である硬チップを使用したボーリング加工が困難となる。この被削性の低下は、溶射被膜加工全体の歩留まりを低下させることに繋がるとともに、溶射被膜の品質の低下(溶射被膜の寸法公差が大きい)に繋がる。また、カーボン含有量が高くなるとアーク溶射用線材の伸線加工性が低下し、線材コストの上昇に繋がるとともに線材の剛性が高くなって溶射装置での送出性が低下して線材送りも困難となる。一方、カーボン含有量が低くなると所要の硬度が得られず、耐摩耗性の低い被膜となってしまうことは明らかである。
以上より、シリンダボア内面に形成されるアーク溶射被膜において、その耐摩耗性と被削性の双方に優れたアーク溶射被膜の開発と、該被膜形成のためのアーク溶射用線材の開発が当該分野における急務の課題であった。
特開2004−244709号公報
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性と被削性の双方に優れたアーク溶射被膜およびその形成方法と、かかる被膜形成に使用されるアーク溶射用線材、該アーク溶射被膜がそのボア内面に形成されたシリンダブロックを提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明によるアーク溶射被膜は、主成分であるFeと、0.01〜0.15重量%のCと、少なくとも0.12重量%のNと、を含有することを特徴とするものである。
本発明のアーク溶射被膜は、エンジンのシリンダブロックのボア内面に形成されるのが好適であるが、シリンダブロックのボア面以外にも、アクチュエータであるシリンダユニット機構を構成するシリンダの摺動面など、その耐摩耗性等を向上させる必要のある適宜の筒状部材内面に形成されるものである。
このアーク溶射被膜は、Fe(純鉄)を主成分とし、被膜全体を100重量%とした際に、0.01〜0.15重量%のC(炭素)と少なくとも0.12重量%のN(窒素)が含有されてなる鉄合金粒子から形成されるものである。
ここで、上記する炭素含有量範囲は、該アーク溶射被膜が所望の硬さ(耐摩耗性)を有するとともに、所望の被削性も同時に有するための範囲であり、耐摩耗性の向上のみを目的としてなされた従来のアーク溶射被膜に比してその炭素含有量範囲は低い範囲に設定されている。ここでいう所望の被削性とは、アーク溶射被膜をチップにてボーリング加工等した際の例えば逃げ面摩耗量にて規定することができる。
炭素含有量が0.01重量%未満であると被膜が軟らかすぎで所定の耐摩耗性を得ることができない。また、炭素含有量が0.15重量%を超えてしまうと、ボーリング加工時において、上記逃げ面摩耗量が大きくなるとともに、後述する市販のアーク溶射用ワイヤを使用できなくなり、被膜の品質低下と加工コストの高騰を招くことになる。
上記する所望の耐摩耗性に関しては、上記含有量範囲の炭素のみならず、上記含有量範囲の窒素が含まれていることで達成される。この窒素は空気中に存在する窒素であり、アトマイズ粉砕された溶射粒子中に取り込まれるものであり、上記含有量範囲の窒素を有することで溶射被膜の耐摩耗性が向上することが本発明者等によって見出されたものである。ここで、所望の耐摩耗性とは、アーク溶射被膜の摩耗深さによって規定することができ、例えばシリンダボア内に鋳込まれる鋳鉄ライナと同程度またはそれ以下の摩耗深さに基準値を設定することができる。
本発明のアーク溶射被膜は、所望の耐摩耗性と被削性の双方を満足するように炭素量と窒素量が調整されたものであり、少なくとも鋳鉄ライナと同程度の耐摩耗性を有するとともに、ボーリング加工を効率的に実施でき、したがって、最終形成された被膜面の加工精度もよく、耐久性の高い摺動面を得ることが可能となる。
また、本発明によるアーク溶射用線材は、前記アーク溶射被膜を形成するためのアーク溶射用線材であって、主成分であるFeと、0.01〜0.2重量%のCと、0.25〜1.7重量%のSiと、を含有することを特徴とするものである。
発明者等の実験によれば、主成分であるFeと、0.01〜0.15重量%のCと、少なくとも0.12重量%のNとからなるアーク溶射被膜を形成するためのアーク溶射用線材(ワイヤ)の成分として、まず、被膜中の上記炭素含有量を実現するためのワイヤの炭素含有量として0.01〜0.2重量%の炭素を必要とし、被膜中の上記窒素含有量を実現するためのワイヤのシリコン含有量として0.25〜1.7重量%のシリコンを必要とすることが実証されている。
溶射時にアーク溶射用線材を送りながらこれが溶融され、アトマイズ粉砕とされるものであるが、アーク溶射用線材の炭素量が0.01重量%未満の場合にはこの線材送り時に該線材が座屈してしまい、溶射の加工性が著しく低下する。一方、線材の炭素量が0.2重量%を超えると、溶射被膜の炭素量が0.15重量%を超えてしまい、該溶射被膜の被削性を損なうことになる。
また、シリコンの含有量が0.25重量%未満の場合には、ボア内面に対するアーク溶射被膜の密着強度が著しく低くなり、1.7重量%を超えるとアーク溶射被膜中の窒素量が0.12重量%未満となってしまい、該被膜の耐摩耗性を低下させることになる。すなわち、アーク溶射用線材中のシリコン量が空気中から所定量の窒素を取り込む際に重要な役割を担っていることが、本発明者等によって見出されたものである。
また、本発明によるアーク溶射用線材の好ましい実施の形態は、前記線材の含有成分に加えて、少なくとも11重量%のCrがさらに含有されていることを特徴とするものである。
本発明者等の実験によれば、上記線材が11重量%以上のクロムを含有することで形成される被膜中の窒素量を増加させる効果が得られることが見出されている。なお、クロム含有量が11重量%未満の場合には、かかる効果は期待できず、したがって線材に含有されるシリコンによって所定の窒素量が確保されることになる。なお、クロム含有量が20重量%を超えると、フェライトが多くなることで溶射被膜が十分な硬さを得ることができなくなることから、その含有量は11重量%以上であって20重量%未満であることが望ましい。
上記する本発明のアーク溶射用線材を用いてアトマイズ粒子を形成し、これをボア面に塗布することにより、高い耐摩耗性および被削性を有し、かつボア面に対して高い密着強度をも有するアーク溶射被膜を確実に形成することができる。
さらに、本発明によるアーク溶射被膜の形成方法は、主成分であるFeと、0.01〜0.2重量%のCと、0.25〜1.7重量%のSiと、を含有するアーク溶射用線材を用意する第1の工程と、前記アーク溶射用線材を燃焼火炎にて溶融させ、圧縮エアを溶融した該アーク溶射用線材に提供ながらシリンダボア内面に、主成分であるFeと、0.01〜0.15重量%のCと、少なくとも0.12重量%のNと、を含有するアーク溶射被膜を形成する第2の工程と、からなることを特徴とするものである。
より具体的には、上記第1の工程および第2の工程を経た後に、ホーニング加工を実施して溶射被膜の表面粗さを一定の粗さレベル以下とすることでアーク溶射被膜が形成される。なお、アーク溶射直後の被膜の表面粗さは、場合によってはRmaxが180程度と非常に大きな場合もあり、これにダイヤモンド砥石やCBN砥石を使用してなるホーニング加工(研摩加工)をおこなうと、ホーニング加工器具の中心軸がずれてしまい、加工後の被膜に偏肉が生じる虞もある。そこで、このような場合には、ホーニング加工に先行してCBNカッタビットによるボーリング加工(切削加工)を実施することにより、被膜の表面粗さを一定レベル未満とし、その後にホーニング加工を実施することでかかる偏肉発生の問題を解消することができる。
なお、使用するアーク溶射用線材には、既述のごとく11重量%以上のクロムを含有する線材を使用できることは勿論のことである。
以上の説明から理解できるように、本発明の溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材によれば、高い耐摩耗性および被削性を有し、かつボア面に対して高い密着強度をも有するアーク溶射被膜を形成することができる。したがって、かかる溶射被膜がそのボア面に形成されたシリンダブロックを製造することにより、その耐久性を向上させることができ、その製造歩留まりが高められることで製造コストの廉価に繋がるものである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は溶射装置を示した模式図であり、図2は溶射ガンの拡大図であり、図3は図2のIII―III矢視図である。図4はアーク溶射被膜中の炭素含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、炭素量と被膜の逃げ面摩耗量に関するグラフであり、図5は炭素量が0.05重量%のアーク溶射被膜の切削加工後の断面写真および側面写真と、炭素量が0.50重量%のアーク溶射被膜の切削加工後の断面写真および側面写真であり、図6はアーク溶射被膜中の窒素含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、窒素量と被膜の摩耗深さに関するグラフである。図7はワイヤ中の炭素含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中の炭素量と被膜中の炭素量に関するグラフであり、図8はワイヤ中のシリコン含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中のシリコン量と被膜中の窒素量に関するグラフである。図9はワイヤ中のシリコン含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中のシリコン量とボア面に対する被膜の密着強度に関するグラフであり、図10はワイヤ中のクロム含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中のクロム量と被膜中の窒素量に関するグラフである。
図1は、シリンダブロックのボア内面に本発明のアーク溶射被膜を形成する際に使用される溶射装置の一実施の形態の模式図である。この溶射装置10は、基台1、該基台1に支持固定された支持部2、該支持部2に沿って上下にスライドする溶射ツール3、この溶射ツール3の先端に装着された溶射ガン6、コントローラ4およびシリンダブロックCが載置固定されるパレット7から大略構成されている。
支持部2は、基台1上に設置されるとともに、溶射ツール3に設けられているスライダ31を昇降自在に支持している。コントローラ4は、支持部2の上部に装着された昇降駆動モータ51、回転駆動モータ52に接続されている。昇降駆動モータ51の回転軸には、螺旋スクリュ32が取付けられており、該螺旋スクリュ32にはスライダ31に固定されたサポート33が螺合している。コントローラ4は、昇降駆動モータ51の回転方向や回転速度を制御するものであり、昇降駆動モータ51の回転によって溶射ツール3が所望の速度で昇降することができる。
溶射ツール3のツール本体34はその先端に溶射ガン6を装着しており、回転駆動モータ52によって該ツール本体34および溶射ガン6はそれらの軸廻りに回転する(図中のY方向)。また、パレット7は基台1上に装着されており、シリンダブロックCを載置固定する。ツール本体34および溶射ガン6がシリンダブロックCのボアC1内を回転姿勢で昇降する際に(図中のX方向)、ボアC1のボア面に溶射粒子が溶射される。なお、シリンダブロックCはアルミニウム合金鋳物から成形されるものであり、例えばJISAC2C、ADC12等が使用できる。
図2は、溶射ガン6を拡大した図であり、図3はその側面図である。溶射装置10が溶射を行う際には、不図示の電力線に電圧が印加され、アーク溶射用線材(ワイヤW)の先端接触部でアークが発生し、その熱によってワイヤWの先端が溶融する。溶融して消耗した分のワイヤWは、不図示の送給ローラの回転によってリールから引き出されて補充される。不図示のホースに空気が供給されると、補助ノズル63から補助エアA1が吹き出すとともに、溶射ガン6の先端部材61に開設されたアトマイズノズル62からアトマイズエアA2が噴射する(図3参照)。
図2は、ワイヤWの先端が溶融し、補助ノズル63から圧縮エアである補助エアA1が吹き出した状態を模式的に示している。ここで、エア中の窒素成分は溶滴W1中に補足されて、所定含有量の炭素を有する純鉄に所定含有量の窒素が含有される。
そして、図3に示すように、アトマイズノズル62から噴射するアトマイズエアA2が溶滴W1に吹き付けられることにより、溶滴W1は細かな溶射粒子W2,…に分散される。この状態で溶射ガン6を回転させながら溶射ツール3がシリンダブロックCのボアC1内を所定の速度で上昇ないしは降下すると、ボアC1の内面に溶射粒子W2,…が溶射される。溶射された溶射粒子W2,…は、ボアC1内面に付着して溶射被膜を形成する。
以下に、本発明のアーク溶射被膜材料を構成する含有成分とその含有量、およびこの溶射被膜を形成するためのワイヤを構成する含有成分とその含有量を決定するための実験とその結果を詳述する。
[アーク溶射被膜中の炭素含有量を決定するための実験とその結果]
本発明のアーク溶射被膜は、主成分であるFe―C―N合金鉄粉からなるものである。まず、炭素含有量を決定するための実験について説明する。耐摩耗性のみならず被削性にも優れた溶射被膜を形成するに際し、その含有炭素量は特に被削性の観点から決定するものとする。これは、後述するように、所定の被削性能を満足するような炭素含有量を決定し、この炭素含有量を前提として、所定の耐摩耗性能を窒素含有量から決定することにより、耐摩耗性と被削性双方の性能特性に優れた溶射被膜を効果的に形成できるからである。
試験方法は、シリンダブロックの代わりに、内径82mmの鋳鉄ライナを50個用意し、各鋳鉄ライナの内面に厚さ:0.45mmのアーク溶射被膜を50個連続で形成するものである。そして、形成された溶射被膜をボーリング加工した際の逃げ面摩耗量を測定し、被削性の評価をおこなった。なお、ボーリング加工の具体的な加工条件は、研削装置に80重量%のCBNからなるカッタチップを有する研削装置を回転数:V=600m/分、送り量:f=0.3mm/1回転、切込量:0.3mmで乾式切削加工を実施したものである。その結果を表1および図4に示す。
Figure 0004935450
表1には、溶射被膜中のC量に加えて、対応するワイヤ中のC量も記載している。ここで、含有C量が0.20重量%のワイヤは一般に広く市販されるものであり、例えば、JIS SWRM 20K,22Kなどを挙げることができる。この市販のワイヤを使用することで被膜の製造コストをより安価にできることから、本発明者等は、この含有C量が0.20重量%のワイヤを使用した場合に形成される溶射被膜中の炭素含有量:0.15重量%(<基準値から求められた含有量:0.20重量%)を溶射被膜の炭素含有量に設定した。
なお、溶射被膜の炭素含有量を0.50重量%とした場合には、試験用鋳鉄ライナ15個のすべてに欠けが生じた。これは、炭素含有量が多すぎて被膜自体が脆くなったためである。
図5は、炭素含有量が0.05重量%の溶射被膜(実施例)と0.50重量%の溶射被膜(比較例)における試験後の被膜の断面写真(右側)および側面写真(左側)を示している。この写真からも明らかなように、比較例では被膜に欠けが生じているのに対して、実施例には綺麗な被膜面が形成されている。
[アーク溶射被膜中の窒素含有量を決定するための実験とその結果]
次に、ASTM D2714に準拠して内径82mmの治具にブロックを取り付け、以下の表2に示す組成を有する各ワイヤを使用したアーク溶射を実施し、アーク溶射後に研摩加工を実施したり、摺動試験を実施した。ここで、溶射時のワイヤ送り速度は100mm/sec、ワイヤ径はφ1.6mm、印加電圧は30Vである。また、各ワイヤの炭素含有量は0.15重量%以下に調整されている。各ワイヤを使用した際に形成される被膜中の窒素含有量は表2中に記載しており、各窒素含有量の被膜ごとに摩耗深さを測定し、その結果を同表2および図6に示している。
Figure 0004935450
なお、密着強度に関しては、B材の密着強度を1とし、他の強度を正規化している。
図6中には、鋳鉄ライナの摩耗深さである12μmを本実験における基準値として示している。実験の結果、被膜中の炭素含有量が0.15重量%以下に調整されたアーク溶射被膜において、摩耗深さが基準の12μm未満となる被膜中の窒素含有量範囲は、0.12重量%以上であることが実証された。
[ワイヤ中の炭素含有量およびシリコン量の決定と、該シリコン量を決定するための実験とその結果]
まず、炭素含有量が0.15重量%以下となる被膜を形成するためのワイヤ中の炭素含有量は該炭素含有量を変化させてなる種々のワイヤを使用してアーク溶射被膜を形成することによって決定できるものであり、かかる実験結果を図7に示している。
図7より、炭素含有量が0.15重量%以下となる被膜を形成するためには、ワイヤ中の炭素含有量を0.2重量%以下に設定することで実現できることが実証された。
一方、溶射被膜が空気中から所定量の窒素を取り込む際に、ワイヤ中に含有される所定量のシリコンが重要な役割を担っていることが、シリコン含有量を変化させてなるワイヤを使用した本発明者等の実験によって実証されている。これは、上記表2と図8に基づいて説明することができる。表2を改めて説明すると、使用される各ワイヤの組成は、炭素含有量をほぼ同程度とした条件で、シリコン量を0.43〜1.91重量%の範囲で変化させている。
実験の結果、シリコン含有量を1.7重量%以下に調整することで、形成される被膜中の窒素含有量を目標の0.12重量%以上にできることが実証された。したがって、ワイヤ中のシリコン含有量の上限値をこの1.7重量%に規定することができる。
一方、ワイヤ中のシリコン含有量の下限値においては、形成される被膜のボア内面に対する密着強度から規定することができ、本発明者等はそのための密着強度試験を実施した。実験の概要は、その内径が82mmのシリンダボアを具備するADC12シリンダブロックを成形し、ワイヤ径がφ1.6mmでその組成が上記表2に記載の各ワイヤを使用し、その送り速度を100mm/sec、印加電圧を30Vとしてアーク溶射した。
密着強度の評価方法はボアから被膜試験片を切り出し、この被膜をせん断した際の強度を求めた。試験結果を表2および図9に示している。なお、試験結果は、ワイヤのシリコン量が1.7重量%程度のB材を使用した場合の試験片の密着強度を1とし、各ワイヤによる試験片の結果を正規化している。
実験の結果、ワイヤ中のシリコン量が0.25重量%未満で被膜の密着強度は格段に低下し、0.25重量%以上ではその値はほぼ同一となった。この実験結果より、ワイヤ中のシリコン量の下限値を0.25重量%に規定することにより、ボア面に対する被膜の密着強度を一定レベル以上に保持することが可能となる。
[ワイヤ中のクロム含有量を決定するための実験とその結果]
本発明者等は、溶射被膜中の窒素含有量を増加させる要素としてワイヤ中のクロム含有量に着目し、0.2重量%以下の炭素含有量、および0.25〜1.7重量%の窒素含有量であって、クロム含有量が0〜13.2重量%の範囲の組成を有するワイヤを使用して、形成される被膜中の窒素含有量を調べた。なお、この実験条件は、上記シリコン量を決定するための実験と同様である。この実験にて使用されたワイヤ組成および実験結果を以下の表3および図10に示している。なお、表2および表3における被膜組成の分析方法として、炭素に関してはJISG1211鉄及び鋼−炭素定量方法(高周波誘導加熱炉燃焼―赤外線吸収法)によるものであり、シリコンに関してはJISG1212鉄及び鋼−けい素定量方法によるものであり、マンガンおよびクロムに関してはJISG1258鉄及び鋼−誘導結合プラズマ発光分光分析方法によるものであり、窒素に関してはJISG1228鉄及び鋼−窒素定量方法によるものである。
Figure 0004935450
実験の結果、クロム含有量が9〜11重量%範囲で被膜中の窒素含有量が4割程度増加することが実証された。この結果より、被膜中の窒素含有量を増加させるためには、ワイヤ中に少なくとも11重量%のクロムを含有させるのがよいという結論に至った。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
溶射装置を示した模式図である。 溶射ガンの拡大図である。 図2のIII―III矢視図である。 アーク溶射被膜中の炭素含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、炭素量と被膜の逃げ面摩耗量に関するグラフである。 炭素量が0.05重量%のアーク溶射被膜の切削加工後の断面写真および側面写真と、炭素量が0.50重量%のアーク溶射被膜の切削加工後の断面写真および側面写真である。 アーク溶射被膜中の窒素含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、窒素量と被膜の摩耗深さに関するグラフである。 ワイヤ中の炭素含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中の炭素量と被膜中の炭素量に関するグラフである。 ワイヤ中のシリコン含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中のシリコン量と被膜中の窒素量に関するグラフである。 ワイヤ中のシリコン含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中のシリコン量とボア面に対する被膜の密着強度に関するグラフである。 ワイヤ中のクロム含有量を決定するための実験結果を示すグラフであって、ワイヤ中のクロム量と被膜中の窒素量に関するグラフである。
符号の説明
1…基台、2…支持部、3…溶射ツール、4…コントローラ、51…昇降駆動モータ、52…回転駆動モータ、6…溶射ガン、61…先端部材、62…アトマイズノズル、63…補助ノズル、7…パレット、10…溶射装置、C…シリンダブロック、C1…ボア、A1…補助エア、A2…アトマイズエア

Claims (5)

  1. 主成分であるFeと、0.01〜0.15重量%のCと、少なくとも0.12重量%のNと、を含有し、該Nは空気中に存在したものであって、アトマイズ粉砕された溶射粒子中に取り込まれたものである、アーク溶射被膜。
  2. 請求項1に記載のアーク溶射被膜がそのボア内面に形成されていることを特徴とするシリンダブロック。
  3. 請求項1に記載のアーク溶射被膜を形成するためのアーク溶射用線材であって、
    主成分であるFeと、0.01〜0.2重量%のCと、0.25〜1.7重量%のSiと、を含有するアーク溶射用線材。
  4. 請求項1に記載のアーク溶射被膜を形成するためのアーク溶射用線材であって、
    主成分であるFeと、0.01〜0.2重量%のCと、0.25〜1.7重量%のSiと、少なくとも11重量%のCrと、を含有するアーク溶射用線材。
  5. 主成分であるFeと、0.01〜0.2重量%のCと、0.25〜1.7重量%のSiと、を含有するアーク溶射用線材を用意する第1の工程と、
    前記アーク溶射用線材を燃焼火炎にて溶融させ、圧縮エアを溶融した該アーク溶射用線材に提供ながらシリンダボア内面に請求項1に記載のアーク溶射被膜を形成する第2の工程と、からなるアーク溶射被膜の形成方法。
JP2007079466A 2007-03-26 2007-03-26 溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック Expired - Fee Related JP4935450B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007079466A JP4935450B2 (ja) 2007-03-26 2007-03-26 溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック
PCT/JP2008/054552 WO2008117668A1 (ja) 2007-03-26 2008-03-06 溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック
US12/532,917 US20100108014A1 (en) 2007-03-26 2008-03-06 Spray coating, method of forming same, spray material wire, and cylinder block
US13/357,784 US20120121451A1 (en) 2007-03-26 2012-01-25 Spray coating, method of forming same, spray material wire, and cylinder block

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007079466A JP4935450B2 (ja) 2007-03-26 2007-03-26 溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008240029A JP2008240029A (ja) 2008-10-09
JP4935450B2 true JP4935450B2 (ja) 2012-05-23

Family

ID=39788404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007079466A Expired - Fee Related JP4935450B2 (ja) 2007-03-26 2007-03-26 溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック

Country Status (3)

Country Link
US (2) US20100108014A1 (ja)
JP (1) JP4935450B2 (ja)
WO (1) WO2008117668A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101516885B1 (ko) * 2013-10-14 2015-05-04 한양대학교 에리카산학협력단 아크 용사를 위한 합금 및 이를 이용한 아크 용사 장치

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5455149B2 (ja) * 2009-05-28 2014-03-26 日産自動車株式会社 鉄系溶射被膜
DE102009049323B4 (de) * 2009-10-14 2011-11-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse sowie Verfahren zur Herstellung eines Kurbelgehäuses
JP5804012B2 (ja) 2013-09-24 2015-11-04 トヨタ自動車株式会社 鉄系溶射皮膜の成膜方法および鉄系溶射皮膜被覆部材
DE102015112540A1 (de) * 2015-07-30 2017-02-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche
JP7437607B2 (ja) 2020-03-26 2024-02-26 日産自動車株式会社 溶射被膜及び溶射材
JP7161683B2 (ja) * 2020-04-09 2022-10-27 日産自動車株式会社 溶射被膜

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5643531A (en) * 1989-12-12 1997-07-01 Samsung Heavy Industry Co., Ltd. Ferrous alloy composition and manufacture and coating methods of mechanical products using the same
US5294462A (en) * 1990-11-08 1994-03-15 Air Products And Chemicals, Inc. Electric arc spray coating with cored wire
JPH07279082A (ja) * 1994-03-30 1995-10-24 Kubota Corp パルプシート脱水用プレスロール
US6091042A (en) * 1998-03-11 2000-07-18 Sulzer Metco (Us) Inc. Arc thermal spray gun extension and gas jet member therefor
JP2001207252A (ja) * 2000-01-25 2001-07-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd アーク溶射成形品及びその製造方法
JP2003033870A (ja) * 2001-07-17 2003-02-04 Riichi Aota 特殊フラックス入りワイヤを用いたオープンアーク溶接法
JP2004244709A (ja) * 2003-02-17 2004-09-02 Toyota Motor Corp 溶射材料、シリンダ及び溶射皮膜の形成方法
DE10308422B3 (de) * 2003-02-27 2004-07-15 Daimlerchrysler Ag Gleitfläche und Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche
JP4103876B2 (ja) * 2004-09-17 2008-06-18 日産自動車株式会社 溶射前処理方法およびエンジンのシリンダブロックならびに溶射前処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101516885B1 (ko) * 2013-10-14 2015-05-04 한양대학교 에리카산학협력단 아크 용사를 위한 합금 및 이를 이용한 아크 용사 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20100108014A1 (en) 2010-05-06
US20120121451A1 (en) 2012-05-17
WO2008117668A1 (ja) 2008-10-02
JP2008240029A (ja) 2008-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4935450B2 (ja) 溶射被膜とその形成方法、溶射材料線材およびシリンダブロック
JP2932248B2 (ja) 往復ピストン機関のクランクケースへ鋳込むための過共晶アルミニウム−けい素合金から成るシリンダライナ及びその製造方法
KR102292150B1 (ko) 철계 합금의 원심 미립화
US10092975B2 (en) Solid state additive manufacturing system
JP6377733B2 (ja) 新規な粉末
US6027583A (en) Material in powder or wire form on a nickel basis for a coating and processes and uses therefor
CN86107901A (zh) 含钼、铜和硼的铁合金
CN101818343A (zh) 一种含有球形碳化钨复合涂层的激光熔覆方法
CN105619272B (zh) 一种激光钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
CN105415212A (zh) 一种金属丝抛光轮
JP5804012B2 (ja) 鉄系溶射皮膜の成膜方法および鉄系溶射皮膜被覆部材
JP2008221445A (ja) 溶射被膜の加工方法
US6603090B1 (en) Pulverulent filler and method for applying a wear-resistant layer
JP5535280B2 (ja) 溶接用チップの強化方法及び溶接用チップ
JP4174496B2 (ja) 耐摩耗性溶射皮膜の形成方法及び溶射機
JPS62270277A (ja) Ti基合金製耐摩部材の製造方法
CN113795603A (zh) Ni基合金、Ni基合金粉末、Ni基合金构件和具备Ni基合金构件的制造物
JP2008240560A (ja) シリンダブロックおよびその製造方法
JP2021188135A (ja) 付加製造体の製造方法、および、付加製造体の製造装置
JPH04141568A (ja) 金属充填材組成物及びその使用法
US6406756B1 (en) Thermally sprayed articles and method of making same
JP2005076075A (ja) 溶射皮膜とその形成方法及び軸受部材
JPH08253852A (ja) アルミニウム合金基体への耐摩耗性皮膜の形成方法
US7459219B2 (en) Items made of wear resistant materials
JP2021188136A (ja) 付加製造体の製造方法、および、付加製造体の製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100907

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101025

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110712

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120124

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120206

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4935450

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees