JP5719839B2 - 露出した機能表面を有するスライド部材 - Google Patents

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Description

本発明は、特に内燃エンジンのための、熱スプレーコーティングを有し、露出した機能表面を有するスライド部材に関する。
今日、クランク駆動領域内において、被覆特性、熱伝導性、強度および重量の観点において、部材に対する要求が大きくなっている。このため、これらの部材は、軽金属で生産されることが多くなっている。混合摩擦から固体摩擦までが接触表面に生じ、多大な摩擦ロスおよび高度の摩耗（例えば接触対象のアルミニウム表面からの金属の移行による微細な溶融）の要因となり得る。
従って、複合体の構造の開発が注目されてきた。これまで、熱スプレーは秀逸な可能性を示してきた。この熱スプレー工程を用いることによって、これらの課題を解決することのできる、コスト的にも効率的な機能表面を形成し、さらに、他と接触する部品のトライボロジー特性を改善することができる。
いくつかの熱スプレーされた機能表面は、完全にスプレーされたライナー、熱スプレーされた内部コーティングおよび熱スプレーされた環状溝補強として技術としては当業者に既知である。いわゆる擬合金は、この用途で用いることができる。これらは、スプレーされた材料構造であり、個々の材料の利点を組み合わせるために、２つ以上の異なる材料相を備える。通常、材料相は、例えばアルミニウムベース合金のような軽金属と、例えば炭化ケイ素のような、少なくとも１つの追加の通常状態で高強度の相とを備えるものとする。

ホーニングによって、例えば内燃エンジンのシリンダー稼働経路上に、通信システムを設けることが知られている。それによって交差溝が生じ、複数の交差溝は交差領域で互いに接続され、全体的に開口系を構成する。この部分の障害は、スライド表面上でスライドする部材、例えば内燃エンジンのピストンのピストンリングは、流動オイル圧力を生じる代わりに、溝中に存在するオイルを前方に押し出す。従って、関与するスライド−パートナー間の混合摩擦は溝端に生じる。
本発明の課題は、接触表面の材料および接触表面そのものの製造工程であり、対応する所望の物理特性を有する、最適なトライボロジー特性を構成することである。
本発明の第１態様によると、スライド部材を形成することができ、このスライド部材は、
-支持部、および
-熱スプレーを用いて支持部上に塗布されるコーティング、とを備え、
-このコーティングは少なくとも２つの相を備え、
-少なくとも２つの相の少なくとも１つは他の相に対して陥凹する、
ことを特徴とする。
ある実施形態において、スライド部材は、ピストンリング、ベアリングシェル、ライナーまたはピストンである。
ある実施形態において、少なくとも２つの相は異なる強度を有し、陥凹相は最も小さい強度を有する。
この課題への解決策は、熱スプレーされた走行面を変更して、軽金属相をより摩耗耐性の高い相に対して陥凹させる工程からなり、その結果耐用年数を延ばすことができる。さらに、追加の圧力系の微細な空隙が陥凹部分に形成され、これにより、操作時の流体力学的摩擦の分散度合いを増加させることができる。
塗布された熱スプレー層は、追加工程によって部分的に陥凹しており、それによって露出しており、これにより新規の部材が構成されるものである。この部材は、例えば、ピストンリング、ライナー、ベアリングシェルまたはピストン溝補強材のような、スライド部材として構成される。
ある実施形態において、
-陥凹相は金属ベース合金を備え；かつ
-陥凹相中に最も多く存在する元素は、周期表において１４より小さい原子番号を有する。
ある実施形態において、陥凹相の露出は機械的または化学的になされる。
ある実施形態において、陥凹相の削減された溝の深さＲｖｋで規定される露出部の深さが、０．５μｍ〜６μｍである。
ある実施形態において、スライド部材はピストンリングとし、このピストンリングは鋳造材料または鋼鉄から製造される。
ある実施形態において、スライド部材はピストンとし、アルミニウムベースまたはマグネシウムベースの合金から製造される。
ある実施形態において、ピストンは鋳造物または鍛造物である。
ある実施形態において、
-ピストンは少なくとも１つの環状溝を備え；かつ
-少なくとも１つの環状溝がコーティングを有する。
ある実施形態において、
-ピストンは少なくとも２つの環状溝を備え；かつ
-少なくとも２つの環状溝間の畝がコーティングを有する。
本発明の第２態様によると、スライド部材を生産するための方法であって、
-支持部を設ける工程；
-熱スプレーを用いて、支持部上にコーティングを塗布する工程であって、このコーティングは少なくとも２つの相を備えることを特徴とする工程；
-少なくとも２つの相の少なくとも１つを他の相に対して陥凹させるステップ、とを備える方法を利用できる。
ある実施形態において、スライド部材はピストンリング、ベアリングシェル、ライナーまたはピストンとする。
ある実施形態において、少なくとも２つの相は異なる強度を有し、かつ、陥凹相は最低の強度を有するものとする。
ある実施形態において、
-陥凹相は金属ベース合金を備え；かつ
-陥凹相中に最も頻繁に設ける素子は周期表において１４より小さい原子番号を有する、
ものとする。
ある実施形態において、陥凹相の露出は機械的または化学的に行う。
ある実施形態において、陥凹相の削減された溝の深さＲｖｋで規定される露出部の深さが、０．５μｍ〜６μｍとする。
ある実施形態において、スライド部材はピストンリングとし、このピストンリングは鋳造材料または鋼鉄から製造する。
ある実施形態において、スライド部材はピストンとし、アルミニウムベースまたはマグネシウムベースの合金から製造する。
ある実施形態において、ピストンは鋳造物または鍛造物とする。
ある実施形態において、
-ピストンは少なくとも１つの環状溝を備え；かつ
-少なくとも１つの環状溝にコーティングを施す。
ある実施形態において
-少なくとも２つの環状溝をピストン中に設け；かつ
-少なくとも２つの環状溝間の畝にコーティングを施す。
本発明は実施例の例示の目的で、添付図面を参照して、以下に記載する。
実施形態における露出された熱スプレーコーティングである。
図１は、アルミニウムベース部材の露出後における、スライド部材用の熱スプレー層の写真を示している。ここでは、アルミニウム部材は鉄部材に対して陥凹させた。削減された溝の深さＲｖｋで規定する露出部の深さは、５μｍとする。

Claims (18)

  1. 本体；および
    熱スプレーによって前記本体上に塗布されたコーティング；とを備え、
    前記コーティングは異なる強度を有する少なくとも２つの相を備え；かつ
    前記少なくとも２つの相の少なくとも１つは前記コーティングの表面にて他の相と比して陥凹しており、前記陥凹相は最低の強度を有する、
    ピストンまたはピストンリング。
  2. 前記陥凹相は合金を備え；かつ
    前記陥凹相中に最も多く存在する元素は周期表において１４より小さい原子番号を有する、
    請求項１記載のピストンまたはピストンリング。
  3. 前記陥凹相の露出が機械的または化学的になされた、請求項１または２に記載のピストンまたはピストンリング。
  4. 前記陥凹相のなす溝の深さＲｖｋによって規定される露出部の深さが、０．５μｍ〜６μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストンまたはピストンリング。
  5. 前記ピストンリングは鋳造材料または鋼鉄から製造される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストンリング。
  6. 前記ピストンは、アルミニウムベースまたはマグネシウムベースの合金から製造される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン。
  7. 前記ピストンは鋳造物または鍛造物である、請求項６記載のピストン。
  8. 前記ピストンは少なくとも１つの環状溝を備え；かつ
    少なくとも１つの環状溝が前記コーティングを有する、
    請求項６または７に記載のピストン。
  9. 前記ピストンは少なくとも２つの環状溝を備え；かつ
    前記少なくとも２つの環状溝間の畝が前記コーティングを有する、
    請求項８記載のピストン。
  10. ピストンまたはピストンリングを製造する方法であって、
    本体を設ける工程；
    熱スプレーを用いて前記本体にコーティングを設ける工程であって、前記コーティングは異なる強度を有する少なくとも２つの相を備えるものとする工程；および
    前記少なくとも２つの相の少なくとも１つを前記コーティングの表面にて他の相に比して陥凹させる工程であって、前記陥凹相は最低の強度を有するものとする工程、
    とを備える方法。
  11. 前記陥凹相は合金を備え；かつ
    前記陥凹相中に最も多く存在する元素は周期表において１４より小さい原子番号を有する、
    請求項１０記載の方法。
  12. 前記陥凹相の露出は機械的または化学的に行う、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 前記陥凹相のなす溝の深さＲｖｋによって規定される露出部の深さを０．５μｍ〜６μｍとする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
    ことを特徴とする方法。
  14. 前記ピストンリングは鋳造材料または鋼鉄から製造する、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記ピストンはアルミニウムベースまたはマグネシウムベースの合金から製造する、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記ピストンは鋳造物または鍛造物とする、請求項１５記載の方法。
  17. 少なくとも１つの環状溝を前記ピストン中に設け；かつ
    少なくとも１つの環状溝に前記コーティングを施す、
    請求項１５または１６に記載の方法。
  18. 少なくとも２つの環状溝を前記ピストン中に設け；かつ
    前記少なくとも２つの環状溝間の畝に前記コーティングを施す、
    請求項１７記載の方法。
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