JP6934567B2 - シリンダライナ、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
一方でシリンダライナは、エンジン燃焼時と冷却時との間で高温低温のヒートサイクルに曝される環境で使用される。本発明者らが検討したところ、過酷な条件でのヒートサイクルにより、シリンダライナのクロムめっき被膜にクラックが生じる場合があることを見出した。
本発明は、温度差が大きい過酷なヒートサイクルに晒された場合であっても、クラックが生じない被膜を有するシリンダライナを提供することを課題とする。
前記溶射材料は、さらにニッケルを含むことが好ましく、前記クロムカーバイド溶射被膜は、気孔率が1.0%以上2.5%以下であることが好ましく、前記クロムカーバイド溶射被膜は、硬度が900HV0.05以上であることが好ましく、前記溶射ステップは、高速フレーム溶射(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)またはプラズマ溶射であることが好ましい。
前記溶射被膜は、高速フレーム溶射被膜またはプラズマ溶射被膜であることが好ましい。
溶射材料中にニッケルを含む場合、その含有量は特段限定されないが、溶射材料中に通常10重量%以上、好ましくは15重量%以上、より好ましくは20重量%以上であり、また通常40重量%以下であり、30重量%以下であってよい。
高速フレーム溶射(HVOF)は、酸素を用いた高速燃焼炎により溶射材料を溶融させたうえで、被処理物の表面に吹き付けることで被膜を形成する方法である。燃焼炎の温度は特段限定されないが、通常2000℃以上、好ましくは2500℃以上、また通常3000℃以下である。なお、酸素に替えて空気を用いる高速フレーム溶射(HVAF)も、空気が酸素を含むため、高速フレーム溶射(HVOF)に含まれるものとする。
<実施例1>
溶射材料として、25%ニッケルクロムカーバイド(Cr3C225(NiCr)、球状、平均粒子径32〜35μm)を用い、高速フレーム溶射(HVOF、燃焼炎温度約2800℃)により、鋳鉄製ライナ材表面にクロムカーバイド溶射被膜を形成して、テストピース1を得た。ライナ材表面の溶射被膜の厚さは100μmとした。
溶射材料として、25%ニッケルクロムカーバイド(Cr3C225(NiCr)、球状、平均粒子径32〜35μm)を用い、プラズマ溶射により、鋳鉄製ライナ材表面にクロムカーバイド溶射被膜を形成して、テストピース2を得た。ライナ材表面の溶射被膜の厚さは100μmとした。
鋳鉄製ライナ材を、クロムめっき浴に浸し、クロムめっきを有するテストピース3を得た。
上記被膜を有するテストピース1及び3を3ピースずつ準備し、それぞれ200℃、400℃、600℃に加熱し、その後20℃以下に急冷するサイクルを20サイクル行った。テストピース2については2ピース準備し、それぞれ200℃、400℃に加熱し、その後20℃以下に急冷するサイクルを20サイクル行った。その後、それぞれのテストピースの断面を電子顕微鏡で観察した。その結果を図1及び2に示す。
図1に示すように、クロムめっきを有するテストピース3は、クラックが多数存在するが、クロムカーバイド溶射被膜(HVOF)を有するテストピース1はクラックが見られなかった。
また、図2に示すように、クロムカーバイド溶射被膜(プラズマ)を有するテストピース2はクラックが見られなかった。
図3に示すように、クロムめっきを有するテストピース3は、温度上昇を繰り返すことで、被膜の硬度が大きく低下するが、クロムカーバイド溶射被膜を有するテストピース1と2は被膜の硬度の低下が少なかった。
次にクロムカーバイド溶射被膜が、良好な耐クラック性、耐熱性のみならず、耐エロージョン性を併せて有することを実証した。
上記テストピース1及び3を、ASTM G3210(超音波振動式壊食試験法)に準じて、以下の条件で耐エロージョン試験を行った。
循環水:水道水
循環水温度:55℃
流量:10L/min
試験時間:28時間
試験前後のテストピースの重量を測定し、重量減少分をテストピースの壊食量として算出した。結果を表1に示す。なお参考として、無処理のピースでの試験結果を併せて示す。
テストピース1及び3の表面をマスキングし、マスキングの中心部の10mm×10mm部分のマスキングを剥して、被膜を露出させた。
被膜が露出したテストピースを、60℃±3℃の0.5wt%硫酸に30分間浸した。浸漬中は、1分間に3回手動で撹拌した。
試験前後のテストピースの重量を測定し、重量減少分をテストピースの壊食量として算出した。結果を表2に示す。なお参考として、無処理のピースでの試験結果を併せて示す。
Claims (4)
- クロムカーバイドを含む溶射材料を、シリンダライナの外周面に溶射する高速フレーム溶射(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)ステップ、を含む、クロムカーバイド被膜を有するシリンダライナの製造方法であって、
前記溶射材料は、さらにニッケルを20重量%以上30重量%以下含み、
前記クロムカーバイド被膜は、硬度が900HV0.05以上である、製造方法。 - 前記クロムカーバイド被膜は、気孔率が1.0%以上2.5%以下である、請求項1に記載のシリンダライナの製造方法。
- 前記高速フレーム溶射(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)において、燃焼炎の温度が2500℃以上、3000℃以下である、請求項1または2に記載のシリンダライナの製造方法。
- クロムカーバイド被膜を外周面に有するシリンダライナであって、
前記クロムカーバイド被膜は高速フレーム溶射(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)被膜であり、ニッケルを20重量%以上30重量%以下含み、且つ、硬度が900HV0.05以上である、シリンダライナ。
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