JPH0147619B2 - - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は内燃機関用ピストンおよびその製造方
法に係り、特に金属から成るピストン本体の頂部
にセラミツク溶射層を形成して成るピストンおよ
びその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a piston for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, and more particularly to a piston in which a ceramic sprayed layer is formed on the top of a piston body made of metal, and a method for manufacturing the same.
内燃機関用ピストンの燃焼室に臨む頂部の近傍
は、爆発に伴う圧力と熱とを直接受けるために、
機械的応力および熱的応力が複合されて負荷され
ることになる。これらの応力の内、熱的応力につ
いては、高温に長時間さらされることによる熱的
負荷、爆発時と吸気時におけるピストン頂部近傍
の表面での加熱および冷却に伴う熱的疲労、およ
びエンジンの運転時と停止時における加熱および
冷却に伴う熱的疲労がある。さらにジーゼルエン
ジン用ピストンにおいては、低質燃料が使用され
るために、燃焼室での燃焼により生成される腐蝕
性燃焼生成物によつてもたらされる腐蝕をも考慮
しなければならない。このように、内燃機関用ピ
ストンは高温強度、耐熱性および耐蝕性に優れた
ものでなければならない。 The area near the top of the internal combustion engine piston facing the combustion chamber is directly exposed to the pressure and heat associated with the explosion.
A combination of mechanical stress and thermal stress will be applied. Among these stresses, thermal stress includes thermal loads due to long-term exposure to high temperatures, thermal fatigue due to heating and cooling of the surface near the top of the piston during explosion and intake, and engine operation. There is thermal fatigue associated with heating and cooling during operation and shutdown. Furthermore, in diesel engine pistons, due to the low quality fuel used, corrosion caused by corrosive combustion products produced by combustion in the combustion chamber must also be taken into account. Thus, pistons for internal combustion engines must have excellent high-temperature strength, heat resistance, and corrosion resistance.
このような条件を満たす材料として、セラミツ
クが有望であり、ピストンの頂部をセラミツクに
よつて構成したものが提案されている。このよう
なピストンは耐熱性および耐蝕性の点で従来のピ
ストンに対して大きな優位性を示すものである。
ところで金属から成るピストン本体の頂部にセラ
ミツクを複合させる方法には、ピストンの頂部を
セラミツク構成体によつてつくり、このセラミツ
ク構成体を鋳造による鋳込み等の方法によつてピ
ストン本体に結合する方法、ボルト等の結合手段
によつてセラミツク構成体をピストン本体に結合
する方法、および金属から成るピストン本体の頂
部に溶射によつてセラミツク層を形成する方法が
ある。本発明はこれらの内、ピストン頂部をセラ
ミツク溶射層によつて被覆したピストンおよびそ
の製造方法に係るものである。 Ceramic is a promising material that satisfies these conditions, and a piston in which the top of the piston is made of ceramic has been proposed. Such pistons exhibit significant advantages over conventional pistons in terms of heat resistance and corrosion resistance.
By the way, methods for combining ceramic on the top of a piston body made of metal include a method in which the top of the piston is made of a ceramic component, and this ceramic component is joined to the piston body by a method such as casting. There are two methods: one is to connect the ceramic structure to the piston body by means of a bolt or the like, and the other is to form a ceramic layer on the top of the piston body made of metal by thermal spraying. Among these, the present invention relates to a piston whose top portion is coated with a ceramic sprayed layer and a method for manufacturing the same.
従来より行なわれている内燃機関のピストンの
頂部にセラミツクを溶射する方法においては、金
属製のピストンの頂部表面にあらかじめスチール
グリツドでブラストして可及的に荒い凹凸の表面
状態としていた。これはピストン頂部に形成され
るセラミツク溶射層とピストン本体を構成する金
属との結合が、ケミカルボンドではなくメカニカ
ルボンドだからである。しかし上記のような凹凸
によるセラミツク層とピストン本体との結合は十
分な強度をもたらすものではなかつた。すなわち
従来のセラミツク溶射被覆型のピストンの最大の
問題点は、セラミツク溶射層とピストン本体との
熱膨脹係数に差があるために、高温で運転してい
る際にセラミツク溶射層と金属素地との間に高い
歪応力が発生していた。この応力の一部はセラミ
ツク溶射層中に存在する気孔によつてある程度は
吸収されるが、セラミツク溶射層とピストン本体
との結合を確実に保証するものではなく、セラミ
ツク溶射層がやがて剥離あるいは亀裂に至るとい
う欠陥があつた。 In the conventional method of thermally spraying ceramic onto the top of a piston of an internal combustion engine, the top surface of a metal piston is blasted with steel grid in advance to make the surface as rough and uneven as possible. This is because the bond between the ceramic sprayed layer formed on the top of the piston and the metal that makes up the piston body is a mechanical bond rather than a chemical bond. However, the connection between the ceramic layer and the piston body due to the unevenness described above does not provide sufficient strength. In other words, the biggest problem with conventional ceramic spray-coated pistons is that there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic spray coating layer and the piston body. High strain stress was occurring. Although some of this stress is absorbed to some extent by the pores present in the ceramic sprayed layer, this does not guarantee a reliable bond between the ceramic sprayed layer and the piston body, and the ceramic sprayed layer may eventually peel or crack. There was a defect that led to.
このような問題点を解決するために、ピストン
本体を構成する金属素地の表面に密着性の良い金
属を薄く溶射して下地層を形成し、この下地層の
上にセラミツクを溶射する試みがなされていた。
また上記下地層の上にさらにセラミツクと金属と
の複合材を溶射していわゆる中間層を形成し、こ
の中間層の上にさらにセラミツクを溶射するとい
う方法が行なわれていた。しかしながらこのよう
な対策によつても、高温作動時におけるセラミツ
ク溶射被覆層の剥離や亀裂発生の防止は十分には
達成されず、セラミツク溶射層とピストン本体と
の間の結合強度も十分ではない。またこのような
対策によれば異種材料の溶射層を複数回形成する
必要があり、このために工程数が多くなるという
欠点を生ずるとともに、コスト的にも不利なもの
になる。 In order to solve these problems, attempts have been made to spray a thin layer of metal with good adhesion onto the surface of the metal base that makes up the piston body to form a base layer, and then spray ceramic on top of this base layer. was.
Furthermore, a method has been used in which a composite material of ceramic and metal is further thermally sprayed onto the base layer to form a so-called intermediate layer, and ceramic is further thermally sprayed onto this intermediate layer. However, even with these measures, it is not possible to sufficiently prevent the ceramic spray coating layer from peeling off or cracking during high temperature operation, and the bonding strength between the ceramic spray coating layer and the piston body is not sufficient. Further, according to such a measure, it is necessary to form a sprayed layer of different materials multiple times, which has the drawback of increasing the number of steps and is also disadvantageous in terms of cost.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、ピストン本体の頂部に形成されたセ
ラミツク溶射層とピストン本体との間における剥
離や、セラミツク溶射層の亀裂等を効果的に防止
するようにした内燃機関用ピストンおよびその製
造方法を提供するものである。特に本発明におい
てはピストン本体とセラミツク溶射層とを結合す
るために多孔質の金属成形体が用いられており、
この金属成形体によつてピストン本体とセラミツ
ク溶射層が強固に結合されるようになつている。
しかもこの金属成形体の気孔部にはまずピストン
本体を構成する金属がほぼ完全に充填され、この
後に上記金属を選択的に除去することにより金属
成形体の一部に再び気孔部を形成し、この気孔部
によつてセラミツク溶射層を金属成形体を介して
ピストン本体と結合するようにしている。 The present invention was made in view of these problems, and effectively prevents peeling between the ceramic sprayed layer formed on the top of the piston body and the piston body, and cracks in the ceramic sprayed layer. The present invention provides a piston for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same. In particular, in the present invention, a porous metal molded body is used to connect the piston body and the ceramic sprayed layer.
This metal molded body firmly connects the piston body and the ceramic sprayed layer.
Moreover, the pores of this metal molded body are first almost completely filled with the metal constituting the piston body, and then the metal is selectively removed to form pores again in a part of the metal molded body, The ceramic sprayed layer is connected to the piston body through the metal molded body through the pores.
本発明において用いられる金属成形体は所定の
気孔率を有する多孔質のものであつて、その気孔
率は30％〜90％の範囲のものが望ましく、さらに
45％〜65％のものがより好ましい。このような多
孔質の金属成形体は、例えば金属繊維集合体によ
つて構成される。すなわち例えば５〜500μの太
さの鉄基合金あるいは銅基合金の金属繊維の集合
体を用い、この集合体を所定の形状に成形したも
のであつてよい。この金属繊維集合体は、金属繊
維を交錯させるようにして塊状にしたものであつ
てもよいが、交錯点を接合するために焼結を行な
い、これによつてスポツトウエルデイング効果を
得るようにしてもよい。またこの焼結工程は成形
工程の前に行なつてもよく、あるいは後に行なつ
てもよい。 The metal molded body used in the present invention is porous and has a predetermined porosity, preferably in the range of 30% to 90%, and
45% to 65% is more preferred. Such a porous metal molded body is composed of, for example, a metal fiber aggregate. That is, for example, an aggregate of metal fibers of iron-based alloy or copper-based alloy having a thickness of 5 to 500 μm may be used, and this aggregate may be formed into a predetermined shape. This metal fiber aggregate may be made into a lump by intersecting the metal fibers, but it is preferable to perform sintering to join the intersecting points to obtain a spot welding effect. It's okay. Further, this sintering step may be performed before or after the molding step.
このような金属成形体はピストン本体を鋳造す
るための鋳型内に配される。そしてこの鋳型内に
はピストン本体を構成する金属の溶融体が供給さ
れ、直ちにピストンの内部形状を形成するための
雄型を構成するパンチ型を下降させ、好ましくは
加圧鋳造によつてピストン本体が成形される。こ
の時にピストン本体を構成する溶融金属は上記金
属成形体の気孔部に完全に充填されるとともに、
凝固されてピストン本体を形成することになる。
従つてここで得られるピストン本体は、その上部
に上記金属成形体が一体にかつ強固に結合された
ものである。 Such a metal molded body is placed in a mold for casting the piston body. Then, the molten metal constituting the piston body is supplied into this mold, and immediately a punch die constituting a male die for forming the internal shape of the piston is lowered, and the piston body is preferably cast by pressure casting. is formed. At this time, the molten metal constituting the piston body completely fills the pores of the metal molded body, and
It will solidify to form the piston body.
Therefore, the piston body obtained here has the metal molded body integrally and firmly connected to its upper part.
次に金属成形体が上部に結合されたピストン本
体を腐蝕液内に導き、上記金属成形体の頂部に充
填されたピストン本体を構成する金属を選択的に
除去する。上記ピストン本体がアルミニウム合金
から構成されるとともに、多孔質の金属成形体が
鉄基合金からなる場合には、水酸化ナトリウムに
よつてエツチングが行なわれ、これによつて金属
成形体の頂部側に充填されたアルミニウム合金の
みが選択的に除去されることになる。この結果ピ
ストンの頂部側において、金属成形体の表面には
再び気孔部が形成されることになる。このように
してセラミツク溶射に極めて好都合な表面状態の
ピストン本体が得られる。 Next, the piston body with the metal molded body coupled to the upper part is introduced into the corrosive liquid, and the metal constituting the piston body filled in the top of the metal molded body is selectively removed. When the piston body is made of an aluminum alloy and the porous metal molded body is made of an iron-based alloy, etching is performed with sodium hydroxide, thereby etching the top side of the metal molded body. Only the filled aluminum alloy will be selectively removed. As a result, pores are again formed on the surface of the metal molded body on the top side of the piston. In this way, a piston body with a surface condition extremely favorable for ceramic spraying is obtained.
次にこのピストン本体と結合されている金属成
形体の上面にセラミツク溶射層が形成される。こ
こで用いられるセラミツクとしては、安定化ある
いは部分安定化ジルコニア（酸化カルシウムある
いは酸化イツトリウムで安定化あるいは部分安定
化処理を施したジルコニア）やアルミナ等の酸化
物系セラミツク、あるいはタングステンカーバイ
ド等の非酸化物系セラミツクが用いられ、これら
の中から選択されたセラミツクはプラズマ溶射等
の方法により金属成形体の表面に溶射され、セラ
ミツク溶射層が形成される。 Next, a ceramic sprayed layer is formed on the upper surface of the metal molded body connected to the piston body. Ceramics used here include stabilized or partially stabilized zirconia (zirconia stabilized or partially stabilized with calcium oxide or yttrium oxide), oxide ceramics such as alumina, or non-oxidized ceramics such as tungsten carbide. Physical ceramics are used, and a ceramic selected from these is sprayed onto the surface of the metal molded body by a method such as plasma spraying to form a ceramic sprayed layer.
なおセラミツクとして安定化ジルコニアを採用
すると、アルミニウム合金からなるピストン本体
との結合強度がより高まり、剥離等の恐れのない
ピストンが得られる。これは安定化ジルコニアの
熱膨張係数が約10×10-6／℃であり、他のセラミ
ツクの熱膨張係数の約２倍の値であつて、約20×
10-6／℃のアルミニウム合金とよりマツチングし
易いことによる。また安定化ジルコニアは他のセ
ラミツクと比較して靭性が高いためにセラミツク
溶射層自体の強度も大きくなる。 Note that when stabilized zirconia is used as the ceramic, the bonding strength with the piston body made of aluminum alloy is further increased, and a piston with no fear of peeling etc. can be obtained. This is because the coefficient of thermal expansion of stabilized zirconia is approximately 10×10 -6 /°C, which is approximately twice the coefficient of thermal expansion of other ceramics, and approximately 20×
This is because it is easier to match with aluminum alloys with a temperature of 10 -6 /℃. Furthermore, since stabilized zirconia has higher toughness than other ceramics, the strength of the ceramic sprayed layer itself is increased.
このようにして形成されたセラミツク溶射層
は、エツチングによつて形成された金属成形体の
気孔部に充填され、約0.1〜３mmの厚さのセラミ
ツク溶射層となる。なおセラミツク溶射層の厚さ
を大きくする場合には、多孔質金属成形体の気孔
率を大きくするとともに、エツチング時間を長く
してより多くのアルミニウム合金等のピストン本
体を構成する金属を除去することが好ましい。そ
してこの多孔質の金属成形体が上記セラミツク溶
射層の補強材として機能するために、この金属成
形体によつてセラミツク層が複合強化されること
になる。 The ceramic sprayed layer thus formed fills the pores of the metal molded body formed by etching, resulting in a ceramic sprayed layer with a thickness of about 0.1 to 3 mm. In addition, when increasing the thickness of the ceramic sprayed layer, it is necessary to increase the porosity of the porous metal molded body and increase the etching time to remove more metal such as aluminum alloy that makes up the piston body. is preferred. Since this porous metal molded body functions as a reinforcing material for the ceramic sprayed layer, the ceramic layer is compositely reinforced by this metal molded body.
このようなピストンによれば、その頂部に形成
されているセラミツク溶射層は、多孔質の金属成
形体を介してピストン本体と結合されているため
に、セラミツクとピストン本体を構成する金属と
の間に熱膨脹率に差があつても、セラミツク溶射
層が剥離あるいは亀裂等によつて損傷することが
なくなる。すなわちセラミツク溶射層がピストン
本体に強固に結合したピストンが得られることに
なる。 According to such a piston, the ceramic sprayed layer formed on the top of the piston is connected to the piston body via the porous metal molding, so that there is a gap between the ceramic and the metal constituting the piston body. Even if there is a difference in the coefficient of thermal expansion, the ceramic sprayed layer will not be damaged by peeling or cracking. In other words, a piston is obtained in which the ceramic sprayed layer is firmly bonded to the piston body.
またセラミツクは耐熱性とともに断熱性を有し
ているために、本発明に係るピストンは断熱性の
ピストンになる。従つて内燃機関の燃焼温度を高
くすることによりその効率をより高めることが可
能になる。また液化石炭などのセタン指数の低い
低質燃料の使用も可能になる。さらにピストンの
オイルによる冷却を省略するか、あるいは冷却を
より簡素化することが可能になり、冷却油の劣化
が防止され、またオイルクーラの容量を小さくす
ることが可能になる。 Further, since ceramic has heat resistance and heat insulation properties, the piston according to the present invention is a heat insulation piston. Therefore, by increasing the combustion temperature of an internal combustion engine, it becomes possible to further increase its efficiency. It also allows the use of low-quality fuels with low cetane indexes, such as liquefied coal. Furthermore, cooling of the piston with oil can be omitted or the cooling can be made simpler, preventing deterioration of the cooling oil and making it possible to reduce the capacity of the oil cooler.
さらに本発明のピストンによれば、ピストン本
体を成形した後に、エツチングによつて金属成形
体に再び気孔部を形成し、そしてプラズマ溶射等
の方法によつてセラミツク溶射層を形成している
ために、鋳造時にセラミツク溶射層が存在してお
らず、このために鋳造の圧力を上げても溶射層が
損傷する心配はない。よつて本発明は特にピスト
ン本体を加圧鋳造によつて成形する場合において
有利な方法であり、例えば500Kg/cm2〜3000Kg/cm2
の範囲の圧力下でピストン本体を加圧鋳造するこ
とにより、極めて高品質のピストンを提供するこ
とが可能になる。 Furthermore, according to the piston of the present invention, after the piston body is molded, the pores are formed again in the metal molded body by etching, and the ceramic sprayed layer is formed by a method such as plasma spraying. There is no ceramic sprayed layer during casting, so there is no risk of damage to the sprayed layer even if the casting pressure is increased. Therefore, the present invention is an advantageous method particularly when molding a piston body by pressure casting, for example, 500Kg/cm 2 to 3000Kg/cm 2
Pressure casting of the piston body under pressures in the range of 100 to 1000 nm makes it possible to provide pistons of extremely high quality.
以下本発明を図示の実施例につき説明する。ま
ず第１図および第２図に示すように円盤状をなす
金属成形体１を用意する。この金属成形体１は、
例えば太さが約100μのステンレス鋼からなる金
属繊維によつて構成されており、これを焼結する
とともに所定の形状に成形したものである。そし
てこの金属成形体１には燃焼室を構成する凹部２
が形成されている。またこの金属繊維からなる成
形体１は、その直径が110mm、高さが５mm、気孔
率が約60％になされている。 The invention will now be explained with reference to the illustrated embodiments. First, as shown in FIGS. 1 and 2, a disk-shaped metal molded body 1 is prepared. This metal molded body 1 is
For example, it is made of metal fibers made of stainless steel with a thickness of about 100μ, which are sintered and molded into a predetermined shape. This metal molded body 1 has a recess 2 constituting a combustion chamber.
is formed. The molded body 1 made of metal fibers has a diameter of 110 mm, a height of 5 mm, and a porosity of about 60%.
この金属成形体１は第３図に示すように円筒状
をなす金型３内に配される。なおこの金型３はそ
の底部が底型４によつて閉塞されている。そして
底型４には凸部５が形成されておりこの凸部５が
上記金属成形体１の凹部２と嵌合されるようにな
つている。金型３内にはアルミニウム合金（JIS
−AC8A）の約750℃の溶融体が所定量供給され、
そしてその後に直ちにピストン本体の雄型を構成
するパンチ型６が下降される（第４図参照）。こ
のパンチ型６は上記溶融金属に約1500Kg/cm2の圧
力を与え、これによつて上記金属成形体１の気孔
部に溶融するアルミニウム合金を完全に充填させ
る。そしてこのアルミニウム合金は金型３内にお
いて、パンチ型６によつて加圧された状態で凝固
され、これによつてピストン本体７が成形され
る。このピストン本体７は、上記気孔部によつて
金属成形体１と強固に結合された状態になつてい
る。 This metal molded body 1 is placed in a cylindrical mold 3 as shown in FIG. Note that the bottom of this mold 3 is closed by a bottom mold 4. A convex portion 5 is formed on the bottom mold 4, and this convex portion 5 is fitted into the concave portion 2 of the metal molded body 1. Inside mold 3, aluminum alloy (JIS
−AC8A) at approximately 750℃ is supplied in a predetermined amount,
Immediately thereafter, the punch die 6 constituting the male die of the piston body is lowered (see FIG. 4). This punch die 6 applies a pressure of about 1500 kg/cm 2 to the molten metal, thereby completely filling the pores of the metal molded body 1 with the molten aluminum alloy. The aluminum alloy is solidified in the mold 3 under pressure by the punch die 6, thereby forming the piston body 7. The piston body 7 is firmly connected to the metal molded body 1 through the pores.
このようにして金属成形体１と結合された状態
で成形されたピストン本体７は、第５図に示すよ
うに、エツチング浴８に供給され、これによつて
エツチング処理がなされる。なおこのエツチング
を行なう前に、ピストン頂部の表面および側面の
頂部側の約１mmの高さを露出させ、残りの部分に
はマスキングが施される。エツチング浴８内には
10％の水酸化ナトリウムを60℃に加温した腐蝕液
が入れてあり、この中においてピストン本体７は
約10分間浸漬される。これによつてピストン本体
７の頂部側であつて、上記金属成形体１の気孔部
内に充填されたアルミニウム合金が選択的に除去
される。すなわちこのエツチングによりピストン
本体の頂部には再び金属成形体１が有する気孔部
が露出されることになる。 The piston body 7 formed in this manner and combined with the metal molded body 1 is supplied to an etching bath 8, as shown in FIG. 5, where it is etched. Before performing this etching, a height of about 1 mm on the top side of the top surface and side surfaces of the piston is exposed, and the remaining parts are masked. Inside the etching bath 8
A corrosive solution containing 10% sodium hydroxide heated to 60° C. is contained, and the piston body 7 is immersed in this solution for about 10 minutes. As a result, the aluminum alloy filled in the pores of the metal molded body 1 on the top side of the piston body 7 is selectively removed. That is, by this etching, the pores of the metal molded body 1 are exposed again at the top of the piston body.
次にこのピストンの頂部に、酸化カルシウム約
７％添加した安定化ジルコニアの粉末（粒子径約
30μ）をプラズマガン９によつて溶射し、ピスト
ンの頂部に約１mmの厚さのセラミツク溶射層１０
を形成する。このようにして第６図に示すよう
に、ピストン本体７とセラミツク溶射層１０とが
金属成形体１を介して結合されたピストンが得ら
れる。このピストンは第７図に示すように、金属
成形体１の気孔部内にピストン本体を構成する金
属が充填されるとともに、その上側のセラミツク
層１０も金属成形体１の気孔部に食い込むように
なつており、金属成形体１の気孔部によつてピス
トン本体７とセラミツク溶射層１０とが強固に結
合されたピストンになる。 Next, on the top of this piston, stabilized zirconia powder (particle size: approx.
30μ) using a plasma gun 9 to form a ceramic sprayed layer 10 with a thickness of approximately 1 mm on the top of the piston.
form. In this way, as shown in FIG. 6, a piston is obtained in which the piston main body 7 and the ceramic sprayed layer 10 are joined via the metal molded body 1. As shown in FIG. 7, in this piston, the pores of the metal molded body 1 are filled with the metal constituting the piston body, and the ceramic layer 10 on the upper side also bites into the pores of the metal molded body 1. The piston body 7 and the ceramic sprayed layer 10 are firmly connected by the pores of the metal molded body 1.
本実施例によつて得られたピストンの頂部に、
酸素−プロパンガスの燃焼炎をあてて約600℃に
加熱し、次いで水を噴射して約50℃まで急冷する
という比較的苛酷な熱衝撃を繰り返して見たとこ
ろ、約1000回の上記熱サイクルでも亀裂や剥離等
の異常が認められなかつた。ちなみにアルミニウ
ム合金製のピストン本体の頂部に、単にセラミツ
ク溶射層を形成した従来のピストンについて上記
と同様の熱衝撃を与える比較テストを行なつたと
ころ、従来のピストンでは約100回の熱サイクル
でセラミツク溶射層に亀裂が発生するのが認めら
れた。 At the top of the piston obtained in this example,
We repeated the relatively severe thermal shock of heating to approximately 600℃ by applying an oxygen-propane gas combustion flame, then rapidly cooling it to approximately 50℃ by injecting water, and found that the above thermal cycle was approximately 1,000 times. However, no abnormalities such as cracks or peeling were observed. By the way, when we conducted a comparison test in which a thermal shock similar to the one described above was applied to a conventional piston in which a ceramic sprayed layer was simply formed on the top of the piston body made of aluminum alloy, it was found that the conventional piston lost its ceramic properties after about 100 thermal cycles. Cracks were observed to occur in the sprayed layer.
第１図は本発明の一実施例に用いられる金属成
形体の斜視図、第２図は同縦断面図、第３図はピ
ストン本体を成形する金型の縦断面図、第４図は
ピストン本体を成形する状態を示す金型の縦断面
図、第５図はピストン本体をエツチングしている
状態の縦断面図、第６図はプラズマ溶射によつて
セラミツク溶射層を形成している状態を示すピス
トンの縦断面図、第７図はこのようにして得られ
たピストンの要部拡大断面図である。
なお図面に用いた符号において、１……金属成
形体、７……ピストン本体、８……エツチング
浴、９……プラズマガン、１０……セラミツク溶
射層である。
Fig. 1 is a perspective view of a metal molded body used in an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a longitudinal sectional view of the same, Fig. 3 is a longitudinal sectional view of a mold for forming the piston body, and Fig. 4 is a piston. Fig. 5 is a longitudinal cross-sectional view of the mold showing the state in which the main body is molded, Fig. 5 is a longitudinal cross-sectional view of the mold in the state in which the piston main body is being etched, and Fig. 6 is a longitudinal cross-sectional view showing the state in which the ceramic spray layer is formed by plasma spraying. The longitudinal sectional view of the piston shown in FIG. 7 is an enlarged sectional view of the main part of the piston thus obtained. In addition, in the reference numerals used in the drawings, 1... metal molded body, 7... piston body, 8... etching bath, 9... plasma gun, 10... ceramic sprayed layer.
Claims (1)
ク溶射層を形成して成るピストンにおいて、前記
ピストン本体と前記セラミツク溶射層との間に多
孔質の金属成形体が介在され、しかも前記ピスト
ン本体を構成する金属の少なくとも一部が前記金
属成形体の気孔部に充填されるとともに、エツチ
ングによつてピストン本体を構成する金属を選択
的に除去することによつて形成された前記金属成
形体の気孔部に前記セラミツク溶射層を構成する
セラミツクの少なくとも一部が充填され、これに
よつて前記セラミツク溶射層が前記ピストン本体
に結合されるようにしたことを特徴とする内燃機
関用ピストン。 ２ 前記多孔質の金属成形体が金属繊維集合体か
ら構成されることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の内燃機関用ピストン。 ３ 前記ピストン本体がアルミニウム合金から構
成されるとともに、前記溶射層を構成するセラミ
ツクが安定化ジルコニアから成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の内
燃機関用ピストン。 ４ 金属から成るピストン本体の頂部にセラミツ
ク溶射層を形成するようにしたピストンの製造方
法において、多孔質の金属成形体を鋳型内に配
し、この鋳型内に溶融された金属を注入するとと
もにこの金属を前記金属成形体の気孔部に充填固
化してピストン本体を形成し、前記金属成形体の
頂部側気孔部に充填された金属をエツチングによ
つて選択的に除去し、このエツチングによつて形
成された気孔部内に少なくとも一部のセラミツク
が充填されるようにこの金属成形体の頂部側にセ
ラミツク溶射層を形成するようにしたことを特徴
とする内燃機関用ピストンの製造方法。 ５ 前記セラミツク溶射層がプラズマ溶射によつ
て形成されるようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第４項に記載の内燃機関用ピストンの製
造方法。 ６ 前記ピストン本体が加圧鋳造によつて形成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第４項また
は第５項に記載の内燃機関用ピストンの製造方
法。 ７ 前記加圧鋳造が500Kg/cm2〜3000Kg/cm2の圧力
下で行なわれることを特徴とする特許請求の範囲
第６項に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。[Scope of Claims] 1. A piston in which a ceramic sprayed layer is formed on the top of a piston body made of metal, in which a porous metal molded body is interposed between the piston body and the ceramic sprayed layer, and The metal molding is formed by filling at least a part of the metal forming the piston body into the pores of the metal molding, and selectively removing the metal forming the piston body by etching. A piston for an internal combustion engine, characterized in that the pores of the body are filled with at least a portion of the ceramic constituting the ceramic sprayed layer, whereby the ceramic sprayed layer is bonded to the piston body. 2. The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the porous metal molded body is composed of a metal fiber aggregate. 3. The piston for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the piston body is made of an aluminum alloy, and the ceramic forming the sprayed layer is made of stabilized zirconia. 4. In a piston manufacturing method in which a ceramic sprayed layer is formed on the top of a piston body made of metal, a porous metal molded body is placed in a mold, molten metal is poured into the mold, and the molten metal is poured into the mold. The metal is filled into the pores of the metal molded body and solidified to form a piston body, and the metal filled in the pores on the top side of the metal molded body is selectively removed by etching. 1. A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, characterized in that a ceramic sprayed layer is formed on the top side of the metal molded body so that at least a portion of the ceramic is filled in the formed pores. 5. The method of manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the ceramic sprayed layer is formed by plasma spraying. 6. The method of manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the piston body is formed by pressure casting. 7. The method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the pressure casting is performed under a pressure of 500 Kg/cm 2 to 3000 Kg/cm 2 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57062960A JPS58180752A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | Internal-combustion engine piston and its manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57062960A JPS58180752A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | Internal-combustion engine piston and its manufacturing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58180752A JPS58180752A (en) | 1983-10-22 |
| JPH0147619B2 true JPH0147619B2 (en) | 1989-10-16 |
Family
ID=13215392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57062960A Granted JPS58180752A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | Internal-combustion engine piston and its manufacturing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58180752A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05287856A (en) * | 1992-04-06 | 1993-11-02 | Daido Steel Sheet Corp | Sound insulating and heat insulating roof panel |
| JP5609497B2 (en) * | 2010-09-30 | 2014-10-22 | マツダ株式会社 | Thermal insulation structure |
-
1982
- 1982-04-15 JP JP57062960A patent/JPS58180752A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58180752A (en) | 1983-10-22 |
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