JP6356823B2 - 遮熱コーティングを備えた耐熱部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
製造例1−1に係る耐熱部材は、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が82体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が18体積%となるように使用して製造した。
製造例1−2に係る耐熱部材は、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が54体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が46体積%となるように使用した点を除いて、製造例1−1と同様にして製造した。得られた製造例1−2に係る耐熱部材の金属組織を確認した結果、金属間化合物Ni3Alからなる中間層の形成が認められた。
製造例1−3に係る耐熱部材は、金属粒子として、平均粒径が25μmの純アルミニウム製の粒子を体積分率が40体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が60体積%となるように使用した点を除いて、製造例1−1と同様にして製造した。製造例1−3に係る耐熱部材は、絶縁性の中空無機化合物粒子の体積分率が高いために通電性が失われており、加圧通電処理において遮熱コーティングを形成することができなかった。
製造例1−4に係る耐熱部材は、金属粒子として、平均粒径が25μmの純アルミニウム製の粒子を体積分率が50体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が50体積%となるように使用した点を除いて、製造例1−1と同様にして製造した。得られた製造例1−4に係る耐熱部材の金属組織を確認した結果、金属粒子と母材とが同種の金属からなるため、金属間化合物からなる中間層は形成されていなかった。遮熱コーティングは、中空無機化合物粒子の体積分率が比較的高いためにやや脆い構造となった。
製造例1−5に係る耐熱部材は、金属粒子として、平均粒径が25μmの純アルミニウム製の粒子を体積分率が60体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が40体積%となるように使用した点を除いて、製造例1−1と同様にして製造した。得られた製造例1−5に係る耐熱部材の金属組織を確認した結果、金属粒子と母材とが同種の金属からなるため、金属間化合物からなる中間層は形成されていなかった。
製造例1−6に係る耐熱部材は、金属粒子として、平均粒径が25μmの純アルミニウム製の粒子を体積分率が70体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が30体積%となるように使用した点を除いて、製造例1−6と同様にして製造した。得られた製造例1−6に係る耐熱部材の金属組織を確認した結果、金属粒子と母材とが同種の金属からなるため、金属間化合物からなる中間層は形成されていなかった。
製造例1−7に係る耐熱部材は、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が82体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が24μmの中空ガラスを体積分率が18体積%となるように使用した点を除いて、実施例1と同様にして製造した。なお、中空ガラスとしては、SiO2が80体積%、B2O3が13体積%、残部がNaOとAl2O3とで組成されるグラスバブルズ「S60HS」を使用した。得られた製造例1−7に係る耐熱部材は、金属粒子の粒径が小さいこともあって、通電性が良く適切に遮熱コーティングが形成されていた。
製造例2−1に係る耐熱部材は、内層と外層との2層構成とした。内層については、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が82体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が18体積%となるように使用した。また、外層については、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が54体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が46体積%となるように使用した。そして、混合粒子を積層した状態で母材の凹部に充填した点を除いて、製造例1−1と同様にして一時に加圧通電処理することによって遮熱コーティングを形成した。得られた製造例2−1に係る耐熱部材の金属組織を確認した結果、母材と内層との間に、金属間化合物Ni3Alからなる中間層の形成が認められた。
製造例2−2に係る耐熱部材は、内層と外層との2層構成とした。内層については、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が82体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が18体積%となるように使用した。また、外層については、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が54体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が46体積%となるように使用した。そして、混合粒子を母材の凹部に充填して、製造例1−1と同様にして加圧通電処理して内層を形成し、続いて、外層を形成する混合粒子を内層の上部に積層して、製造例1−1と同様にして加圧通電処理して外層を形成して遮熱コーティングを形成した。得られた製造例2−2に係る耐熱部材の金属組織を確認した結果、母材と内層との間に、金属間化合物Ni3Alからなる中間層の形成が認められた。
製造例2−3に係る耐熱部材は、内層と外層との2層の外側に被覆層が設けられた構成とした。内層については、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が82体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が18体積%となるように使用した。また、外層については、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が54体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が46体積%となるように使用した。また、被覆層については、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子のみを使用した。そして、内層、外層及び被覆層のそれぞれ形成する粒子を積層させた状態で母材の凹部に充填した点を除いて、製造例1−1と同様にして一時に加圧通電処理することによって遮熱コーティングを形成した。被覆層が付加されることで、通電性が他の製造例と異なっていたものの、被覆層を有する遮熱コーティングが適切に形成された。
製造例3−1に係る模擬ピストンは、図10(a)に示す加圧部材41を使用し、遮熱コーティングを製造例1−2と同様の構成として製造した。すなわち、金属粒子として、平均粒径が3μmの純ニッケル製の粒子を体積分率が54体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が46体積%となるように使用して製造した。製造例3−1に係る模擬ピストンは、良好な通電によって加圧通電処理されており、拡散接合によって中間層を有する遮熱コーティングを形成できることが確認された。
製造例3−2に係る模擬ピストンは、図10(a)に示す加圧部材41を使用し、遮熱コーティングを製造例1−5と同様の構成として製造した。すなわち、金属粒子として、平均粒径が25μmの純アルミニウム製の粒子を体積分率が60体積%となるように使用し、中空無機化合物粒子として、平均粒径が50μmのシラス土を体積分率が40体積%となるように使用して製造した。製造例3−2に係る模擬ピストンは、良好な通電によって加圧通電処理されており、拡散接合によって遮熱コーティングを形成できることが確認された。
製造例3−3に係る模擬ピストンは、図10(b)に示す加圧部材43を使用した点を除いて、製造例3−1と同様にして製造した。製造例3−3に係る模擬ピストンは、良好な通電によって加圧通電処理されており、適切な加圧部材の形状によって、中間層を有する遮熱コーティングをニアネットで形成できることが確認された。
製造例3−4に係る模擬ピストンは、図10(b)に示す加圧部材43を使用した点を除いて、製造例3−2と同様にして製造した。製造例3−4に係る模擬ピストンは、良好な通電によって加圧通電処理されており、適切な加圧部材の形状によって、遮熱コーティングをニアネットで形成できることが確認された。
2 金属粒子
4 中空無機化合物粒子
5 中実無機化合物粒子
6 空孔
10 耐熱部材
11 遮熱コーティング
Claims (11)
- 遮熱コーティングを備えた耐熱部材であって、
前記遮熱コーティングは、
複数の金属粒子の集合からなる金属相と、
前記金属相中に分散した無機化合物粒子とを有し、
前記金属粒子同士、及び、前記金属相と前記耐熱部材の母材とのそれぞれが、拡散接合によって互いに接合されており、
前記金属粒子の平均粒子径が、前記無機化合物粒子の平均粒子径の1/3以下である
ことを特徴とする耐熱部材。 - 遮熱コーティングを備えた耐熱部材であって、
前記遮熱コーティングは、
複数の金属粒子の集合からなる金属相と、
前記金属相中に分散した無機化合物粒子とを有し、
前記金属粒子同士、及び、前記金属相と前記耐熱部材の母材とのそれぞれが、拡散接合によって互いに接合されており、
前記遮熱コーティングが、前記金属相の前記母材とは反対側の表面上に、複数の金属粒子の集合からなり前記金属相よりも空孔率が低い被覆層をさらに有する
ことを特徴とする耐熱部材。 - 複数の前記金属粒子が、金属相中に空孔を残しつつ互いに接合されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐熱部材。 - 前記無機化合物粒子が、中空構造を有する中空無機化合物粒子、又は、中空無機化合物粒子と中実構造を有する中実無機化合物粒子との組み合わせからなる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐熱部材。 - 前記遮熱コーティングが、
前記金属相と前記母材との間に金属間化合物からなる中間層をさらに有し、
前記金属相と前記母材とが、前記中間層を挟んで接合されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐熱部材。 - 前記金属粒子の平均粒子径が、前記無機化合物粒子の平均粒子径の1/10以下である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐熱部材。 - 前記無機化合物粒子の前記金属相中における体積分率が、10%以上65%以下である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐熱部材。 - 前記遮熱コーティングが、前記無機化合物粒子の体積分率について膜厚方向の勾配分布を有する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐熱部材。 - 前記遮熱コーティングの厚さが、0.1mm以上5mm以下である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の耐熱部材。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の耐熱部材において、
前記母材が、ピストンであり、
前記遮熱コーティングが、ピストンヘッド上に形成されている
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 前記母材が、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のピストンであり、
前記遮熱コーティングが有する複数の前記金属粒子が、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル及びニッケル合金のいずれかよりなる
ことを特徴とする請求項10に記載の内燃機関用ピストン。
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