JPH02104465A - 耐摩耗性を有するアルミニウム合金部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンのシリンダブロック用ライナ一部材
等の耐摩耗性が良好であることが要求される部分を有す
るものとされる部材を、アルミニウム合金材料により形
成する際に用いられる、耐摩耗性を有するアルミニウム
合金部材の製造方法に関する。

（従来の技術）。

車両等のエンジンにおいては、所定の機械的強度を具え
ることに加えて、良好な放熱特性を有し、かつ、軽量化
が図られたものとされることが、−般的に望まれるとこ
ろとなる。斯かる観点から、従来、エンジンにおける外
殻構成部分であるシリンダブロックやシリンダヘッド等
を、アルミニウム合金材料で形成することが知られてい
る。

エンジンにおけるシリンダブロックがアルミニウム合金
製とされるにあたっては、シリンダブロックにおけるピ
ストンに対する摺動面部となるシリンダボアの内表面部
が、耐摩耗性が良好であることが要求される部分となる
ので、斯かる部分の耐摩耗性を他の部分に比して向上さ
せることが必要とされる。そのため、例えば、特開昭６
２−１８７５６１号公報に示される如く、シリンダブロ
ックをアルミニウム合金材料による鋳造品として得るに
あたり、炭素繊維とアルミナ繊維との混合繊維により成
形された円筒状繊維成形体をシリンダ用ライナーとして
用い、そのシリンダ用ライナーがシリンダボアの内表面
部を形成する部分に配されるようにアルミニウム合金材
料を用いた鋳造を行うことにより、シリンダボアの内表
面部の耐摩耗性を改善することが提案されている。

しかしながら、上述の如くにシリンダ用ライナーが円筒
状繊維成形体とされる場合には、円筒状繊維成形体は破
壊され易いものとなるので、その取扱いが面倒なものと
なってしまう。そこで、シリンダブロックをアルミニウ
ム合金材料による鋳造品として形成するにあたって用い
るに通し、取扱いが容易とされるシリンダ用ライナーを
、例えば、過共晶アルミニウム−シリコン系合金材料を
用いて円筒状部材を鋳造し、その内表面にエツチング処
理を施して合金地内に散在するシリコン結晶粒を内表面
に露出させることによって、円筒状部材の内表面部にお
ける耐摩耗性を向上させてシリンダ用ライナーとする手
法により得ることが考えられている。

（発明が解決しようとする課題） 過共晶アルミニウム−シリコン系合金材料が用いられて
鋳造部材が形成される場合、鋳造時における溶湯の冷却
状態によっては、特に鋳造部材の表面部形成部分に散在
することになる初晶シリコン結晶粒が粗大化を生じ、例
えば、６０μｍ以上の粒径寸法を有するようにもなる。

従って、上述の如くに、過共晶アルミニウム−シリコン
系合金材料を用いて鋳造された円筒状部材の内表面にエ
ツチング処理を施し、それによって円筒状部材をその内
表面にシリコン結晶粒が露出せしめられたものとしてシ
リンダ用ライナーとなす手法がとられる場合には、円筒
状部材の鋳造時における溶湯の冷却状態に起因して、得
られたシリンダ用ライナーが粗大化された初晶シリコン
結晶粒が露出する内表面部を有するものとなることが考
えられ、斯かる際には、実際の使用に供されてその内表
面部で形成される摺動面部に対してピストンが摺動する
ものとされるとき、摺動面部に露出する粗大化された初
晶シリコン結晶粒によって、摺動面部とピストンとの間
における油膜切れがもたらされ、シリンダ用ライナーの
摺動面部及びピストンの夫々にスカッフィングによる表
面劣化が生じることになる虞がある。

斯かる点に鑑み、本発明は、エンジンにおけるシリンダ
用ライナー等の耐摩耗性が良好であることが要求される
表面部を有するものとされる部材を、アルミニウム−シ
リコン系合金材料を用いて得るにあたり、得られるアル
ミニウム合金部材における耐摩耗性が良好であることが
要求される表面部を、シリコン結晶粒が露出するものと
されて耐摩耗性の向上が図られ、しかも、そのシリコン
結晶粒が粗大化されたものである場合にも、それに対す
る摺動部材との間における油膜切れ及びそれに起因する
スカッフィングを生じ難いものとなすことができる、耐
摩耗性を有するアルミニウム合金部材の製造方法を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る耐摩耗性を有す
るアルミニウム合金部材の製造方法は、過共晶アルミニ
ウム−シリコン系合金材料を用いた鋳造により、合金地
内にシリコン結晶粒が散在するものとされるアルミニウ
ム合金部材の素材を得、得られたアルミニウム合金部材
の素材における表面部形成部分を研磨して研磨面を形成
し、研磨面が形成された表面部形成部分にエツチング処
理を施して、表面部形成部分をその表面にシリコン結晶
粒が露出するものとし、さらに、シリコン結晶粒が露出
するものとされた表面部形成部分の表面を覆う被覆層を
形成した後、その被覆層を研削して表面部形成部分の表
面に露出したシリコン結晶粒の表面に凹凸部を形成し、
それにより、表面部形成部分をその表面に凹凸部が形成
されたシリコン結晶粒が露出するものとして、表面部形
成部分を耐摩耗性が良好な部分として備えるアルミニウ
ム合金部材を得るものとされる。

（作　用） 上述の如くの本発明に係る耐摩耗性を有するアルミニウ
ム合金部材の製造方法により製造されたアルミニウム合
金部材においては、その選択された表面部が、シリコン
結晶粒が露出するとともに、その露出したシリコン結晶
粒の表面に凹凸部が形成されて、耐摩耗性に優れるとと
もに油保持性にも優れたものとされて形成される。

従って、本発明に係る耐摩耗性を有するアルミニウム合
金部材の製造方法によれば、シリコン結晶粒が露出する
ものとされて耐摩耗性の向上が図られ、しかも、露出し
たシリコン結晶粒が粗大化されたものである場合にも、
その表面に凹凸部が形成されることによって、それに対
する摺動部材との間における油膜切れ及びそれに起因す
るスカッフィングを生じ難いものとされた表面部を、耐
摩耗性が良好であることが要求される部分として備えた
アルミニウム合金部材が得られることになる。

（実施例） 以下、本発明に係る耐摩耗性を有するアルミニウム合金
部材の製造方法の一例、及び、それにより得られるアル
ミニウム合金部材について、図面を参照して述べる。

この例は、本発明に係る耐摩耗性を有するアルミニウム
合金部材の製造方法が、エンジンにおけるシリンダブロ
ヅクの形成に使用されるシリンダ用ライナーを、アルミ
ニウム合金材料を用いて得るに適用されたものとされて
おり、その実施にあたっては、先ず、シリコンを１７．
０重量％、銅を４゜３重量％、マグネシウムを１．０重
量％及び鉄を０゜３重量％含み、主要残部がアルミニウ
ムとされた過共晶アルミニウム−シリコン系合金材料を
用意する。続いて、用意された過共晶アルミニウム−シ
リコン系合金材料を溶融させて、過共晶アルミニウム−
シリコン系合金材料の溶湯を得る。過共晶アルミニウム
−シリコン系合金材料を溶融させる際、例えば、燐−銅
合金粉末を添加してシリコンの結晶粒を微細化する、所
謂、シリコンの微細化処理を施す。そして、シリコンの
微細化処理が施された過共晶アルミニウム−シリコン系
合金材料の溶湯を、シリンダ用ライナーを形成するため
の鋳型に注湯し、その後、鋳型内に注湯された溶湯を凝
固させて、シリンダ用ライナー素材を鋳造する。

次に、鋳造されたシリンダ用ライナー素材に、通常、記
号二Ｔ６であられされる熱処理を施す。

即ち、シリンダ用ライナー素材に、約５００　”Ｃに加
熱して８時間保持した後焼き入れを行う、所謂、溶体化
処理を施し、さらに、空気中にて冷却する、所謂、時効
処理を施す。

このようにして、過共晶アルミニウム−シリコン系合金
材料が用いられて鋳造され、熱処理が施されたシリンダ
用ライナー素材は、例えば、第８図に示される如くに、
円筒状のものとされ、その筒状体１０を形成するアルミ
ニウム合金地中には、シリコン結晶粒が散在されている
。そして、斯かるシリンダ用ライナー素材は、筒状体１
０における内面部１０ａが、夫々が筒状体１０の部分断
面を示す第２図〜第７図が参照されて、以下に述べられ
る如くの各処理が順次節されることにより摺動面部を形
成するものとされて、シリンダ用ライナーとされる。従
って、シリンダ用ライナー素材を構成する筒状体１０に
おける内面部１０ａは、摺動面形成部とされることにな
る。

上述の如くにして得たシリンダ用ライナー素材に対して
、その筒状体１０における内面部１０ａを機械加工によ
り切削した後、最大高さ（Ｒｍａｘ）が１．０μｍ以下
となる表面粗さを有するように研削仕上げ加工し、さら
に、研削仕上げ加工された面に対して別布研磨を施して
、内面部１０ａを、第２図に示される如くの、平滑な研
磨面１１を有するものとする。研磨面１１には、筒状体
１０を形成するアルミニウム合金地１２中に散在する初
晶シリコン結晶粒１３のうちの内面部１０ａに位置する
ものが臨むものとなる。なお、アルミニウム合金地１２
中には、初晶シリコン結晶粒１３の寸法に比して小なる
寸法を有した共晶シリコン結晶粒１４も散在している。

続いて、研磨面１１が形成された内面部１０ａに対して
その表面に、純度が７０％の硝酸を１５容量％及び純度
が８０％の燐酸を８０容量％含み、残部が水である混合
水溶液を、６０°Ｃまで加熱して塗布し、約６０秒間保
持することによるエツチング処理を施し、その後、内面
部１０ａを水洗して溶出物及び混合水溶液の除去を行う
。その結果、第３図に示される如くに、内面部１０ａに
は、エツチング処理により浸食された表面１５が形成さ
れ、表面１５には、研磨面１１に臨むものとされていた
初晶シリコン結晶粒１３が露出することになる。斯かる
表面１５に露出した初晶シリコン結晶粒１３は、例えば
、表面１５から３μｍ程度突出するものとされ、また、
表面１５に露出した初晶シリコン結晶粒１３の夫々の周
囲には、エツチングによる浸食が進んだ凹部が形成され
る。

このようにして、シリンダ用ライナー素材を構成する筒
状体ＩＯにおける内面部１０ａを、第３図に示される如
くの、初晶シリコン結晶粒１３が露出する表面１５を有
したものとした後、斯かる表面１５に、例えば、フッ素
樹脂の溶射を行って、表面１５にフッ素樹脂を塗布した
後、筒状体１０に熱処理を施してフッ素樹脂の焼付けを
行い、表面１５上に、第４図に示される如くに、初晶シ
リコン結晶粒１３の夫々の周囲に形成された凹部に入り
込むとともに表面１５及び初晶シリコン結晶粒１３を覆
う、層厚が３〜４μｍとされるフッ素樹脂層１７を形成
する。

続いて、フッ素樹脂層１７における表面部分に対し、例
えば、ＪＩＳ記号でＣ−２２０−Ｍと表示される砥石を
用いての研削加工を施し、第５図に示される如くに、フ
ッ素樹脂層１７の表面部分に研削面１７ａを形成すると
ともに、フッ素樹脂層１７により覆われた初晶シリコン
結晶粒１３の各々の表面に研削面１３ａを形成する。即
ち、第６図に示される如く、フッ素樹脂層１７により覆
われた初晶シリコン結晶粒１３をフッ素樹脂層１７の表
面に臨むものとなすとともに、フン素樹脂層１７の表面
に臨む初晶シリコン結晶粒１３の表面に、例えば、深さ
２〜３μｍの溝が形成されるように凹凸部を形成するの
である。

次に、フッ素樹脂層Ｉ７における研削面１７ａ及び初晶
シリコン結晶粒１３における研削面１３ａが形成された
内周面１０ａに対して、別布研磨を行い、第７図に示さ
れる如くに、筒状体１０における内面部１０ａを、フッ
素樹脂層１７が除去されて、研削面１３ａが形成された
初晶シリコン結晶粒１３が突出するものとされた表面１
５が露出するものとなす。このようにして露出せしめら
れる表面１５には、初晶シリコン結晶粒１３の各々の周
囲に形成された四部を埋めるものとされたフッ素樹脂が
残存することになり、その結果、表面１５に露出する初
晶シリコン結晶粒１３は、内周面１０ａに堅固に保持さ
れて、脱落が防止されるものとされる。

このようにして、シリンダ用ライナー素材を構成する筒
状体１０における内面部１０ａを、第１図に示される如
くに、その表面に凹凸部が形成された初晶シリコン結晶
粒１３を露出させるとともに、その周囲に残存せしめら
れたフッ素樹脂１７°に初晶シリコン結晶粒１３を堅固
に保持させる役割を果たさせる表面１５を有するものと
して、その内面部１０ａをピストンに対しての慴動面部
とするアルミニウム合金製シリンダ用ライナーを得る。

従って、得られたアルミニウム合金製シリンダ用ライナ
ーは、その摺動面部（１０ａ）が、表面（１５）に凹凸
部が形成された初晶シリコン結晶粒１３が露出したもの
とされて、耐摩耗性に優れるとともに油保持性にも優れ
たものとされることになる。

次に、本発明に係る耐摩耗性を有するアルミニウム合金
部材の製造方法に従って得られた、上述のアルミニウム
合金製シリンダ用ライナーの如くの、アルミニウム合金
部材（部材Ａという）と、本発明に係る方法とは異なる
方法に従って得られ、部材Ａと同様な形状を存するもの
とされたアルミニウム合金部材（以下、比較例Ｓａとい
う）との比較について述べる。

比較例Ｓａは、上述の如くにして本発明に係る耐摩耗性
を有するアルミニウム合金部材の製造方法の一例が実施
されるとき、その途中工程で得られる熱処理が施された
シリンダ用ライナー素材と同様なシリンダ用ライナー素
材を用意し、そのシリンダ用ライナー素材の内面部に機
械加工を施し、さらに、機械加工により平滑化された内
面部に対して、純度７０％の硝酸を１５容量％及び純度
８０％の燐酸を８０容量％含み、残部が水とされた混合
水溶液を、６０°Ｃまで加熱して塗布し、約６０秒間保
持してエツチング処理を施した後、水洗を行うことによ
り得られた、表面から初晶シリコン結晶粒が３・−４μ
ｍの突出量をもって露出するものとされた内面部を摺動
面部とするシリンダ用ライナーである。

そして、部材Ａからその摺動面部を含むように切り出さ
れた試料２０と、比較例Ｓａからその摺動面部を含むよ
うに切り出された試料２２とを用いて摩耗試験を行った
。

斯かる摩耗試験は、第９図Ａ及びＢに示される如く、試
験機のベースに固定された試料２ｏ及び試料２２におけ
る摺動面部２０ａ及び２２ａに対し、ホルダ２４に取り
つけられた、摺動面部２゜ａ及び２２ａの各々における
曲率半径と路間−の曲率半径を有する外周面が設けられ
た摺動片２６が、潤滑油（マシン油＃１０）を介して当
接せしめられたもとで、摺動押圧手段によりホルダ２４
を介して、摺動片２６を、試料２ｏ及び２２に所定の押
圧荷重Ｐをもって押し付けるとともに、往復距離を１０
ｆｆｌＩ１１とし、５ｘｌＯ’往復をもって、繰り返し
摺動せしめるものとされて行われた。摺動片２６は、鋳
鉄で作られ、その外周面部に硬質クロムメツキ処理が施
されたものとなされた。

そして、斯かる摩耗試験の結果、比較例Ｓａから切り出
された試料２２が試験に供された場合には、試料２２の
摩耗量が急激に増大することになるときの押圧荷重Ｐ、
即ち、所謂焼付き限界荷重が２２ｋｇｗであり、また、
摩耗量が１．５ｍｇとなって、初晶シリコン結晶粒が脱
落することになるときの押圧荷重Ｐが３５ｋｇｗであっ
たのに対し、部材Ａから切り出された試料２０が試験に
供された場合は、焼付き限界荷重が２５ｋｇｗであり、
また、摩耗量が１．５ｆｆ１ｇとなって、初晶シリコン
結晶粒が脱落することになるときの押圧荷重Ｐが４５ｋ
ｇｗであって、耐摩耗性と焼付き限界荷重との双方の点
で部材Ａが比較例Ｓａより優れていることが確認された
。

なお、上述の例は、エンジンにおけるシリンダブロック
の形成に際して用いられるシリンダ用ライナーの製造に
適用されているが、本発明に係る耐摩耗性を有するアル
ミニウム合金部材の製造方法は、斯かる例に限られるこ
となく、耐摩耗性及び油保持性が良好であることが要求
される表面部を有するものとされる部材を、アルミニウ
ム−シリコン系合金材料を用いて製造するにあたって広
く適用され得るものである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如（、本発明に係る耐摩耗性を
有するアルミニウム合金部材の製造方法によれば、エン
ジンにおけるシリンダ用ライナー等の耐摩耗性が良好で
あることが要求される表面部が設けられるものとされる
部材を、アルミニウム−シリコン系合金材料を用いて形
成するにあたり、その表面部が、シリコン結晶粒が露出
するとともに、その露出したシリコン結晶粒の表面に凹
凸部が形成されるものとされることになり、その結果、
耐摩耗性の向上が図られるとともに、露出したシリコン
結晶粒が粗大化されたものである場合にも、それに対す
る摺動部材との間における油膜切れ及びそれに起因する
スカッフィングを生じ難いものとされた表面部を、耐摩
耗性が良好であることが要求される部分として備えたア
ルミニウム合金部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明に係る耐摩耗性を有するアルミ
ニウム合金部材の製造方法の一例における各工程の説明
に供されるシリンダ用ライナー素材の部分断面図、第８
図は本発明に係る耐摩耗性を有するアルミニウム合金部
材の製造方法の一例の実施にあたってその途中工程で得
られるシリンダ用ライナー素材を示す斜視図、第９図Ａ
及びＢは摩耗試験の説明に供される図である。 図中、ＩＯは筒状体、１０ａは内面部、１１は研磨面、
１２はアルミニウム合金地、１３は初晶シリコン結晶粒
、１３ａ及び１７ａは研削面、１７はフッ素樹脂層であ
る。 特許出願人　　　マツダ株式会社 第１図 １３ａ：研削面 第２図　　　第３図 第４図　　　第５図 １３：初晶シリコン結晶粒 第６図　　　第７図 第８図 第９図 Ａ　　　　　Ｂ ２ヴ２２　　　　　２０／２２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 過共晶アルミニウム−シリコン系合金材料を用いた鋳造
   により、合金地内にシリコン結晶粒が散在するものとさ
   れるアルミニウム合金部材の素材を得る工程と、 上記アルミニウム合金部材の素材における表面部形成部
   分を研磨して研磨面を得る工程と、上記研磨面が形成さ
   れた表面部形成部分にエッチング処理を施して、上記表
   面部形成部分をその表面にシリコン結晶粒が露出するも
   のとする工程と、 上記シリコン結晶粒が露出するものとされた上記表面部
   形成部分の表面を覆う被覆層を形成する工程と、 上記被覆層を研削して上記シリコン結晶粒の表面に凹凸
   部を形成し、上記表面部形成部分を、表面に凹凸部が形
   成された上記シリコン結晶粒が露出するものとする工程
   と、 を含み、上記表面部形成部分を耐摩耗性が良好な部分と
   して備えたアルミニウム合金部材を得る耐摩耗性を有す
   るアルミニウム合金部材の製造方法。