JPH0233406A

JPH0233406A - 溶射層付きバルブリフターの製造方法

Info

Publication number: JPH0233406A
Application number: JP63182827A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shimoda; 健二下田; Takashi Tomota; 隆司友田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-07-23
Filing date: 1988-07-23
Publication date: 1990-02-02
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2650338B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、エンジンの弁を駆動するための動弁カムと接
触しているバルブリフター、より詳しくは、アルミニウ
ム合金製バルブリフターおよびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

自動車などのエンジンに用いられるバルブリフターは、
鉄鋼製に代って燃費向上などを目的として軽量化が図ら
れてアルミニウム合金などの略合金製が提案されている
（例えば、特公昭４７−５０８８５号公報参照）。

アルミニウム合金製バルブリフターにすると、動弁カム
に対する耐摩耗性やアルミシリンダヘッドに設けられた
ガイド孔内面に対する耐摩耗性が問題となってくる。

特公昭４７−５０８８５号公報の軽合金製バルブリフタ
−ではその頂部のカム当り面に充填した耐摩耗性溶射物
が備えられているが、バルブリフター外周面は何の処理
も施こされていない。

軽合金製摺動部材の表面処理方法として、鉄系金属をア
ーク溶射あるいはプラズマ溶射によって耐摩耗性溶射層
（被覆層）を形成させる方法がある（例えば、プラズマ
溶射法については特開昭５３−６２３８号および５３−
４２１４８号および特公昭５７−３４３４６号公報参照
）。そこで、これら溶射法をバルブリフター外周面の表
面処理に適用すると、外周面全体に耐摩耗性を存する均
一な溶射層を形成することができる。

プラズマ溶射では、陰極と銅製陽極のノズル孔内との間
にアークを発生させ、陰極後方から作動ガス（Ａｒ　、
　Ａｒ　＋Ｈ２、Ａｒ　＋Ｎ２）を旋回運動させて流し
、作動ガスがアークによって加熱されてノズル孔から高
温、高速のプラズマジェットを噴出し、このプラズマジ
ェット中に溶射材料（粉末）を送り、溶融して素材表面
へ当てることで被膜（溶射層）を形成する。これに対し
て、アーク溶射では、連続的に送給する２本の溶射材料
（線）の先端間にアークを発生させ、それによって溶け
た部分を後方から吹き出す空気ジェットで微粒（溶滴）
として素材表面へ当てることで被膜（溶射層）を形成す
るわけである。

〔発明が解決しようとする課題〕

アーク溶射法による溶射層はその気孔率がプラズマ溶射
法と比べて高い。これは、アーク溶射では溶射材料がワ
イヤ（線）であるためにプラズマ溶射の粉末の場合より
も溶融粒子が大きく、さらに、溶融粒子の飛行速度もプ
ラズマ溶射よりも遅いことに起因して、素材表面に付着
する粒子がつぶれにくくかつ粒子間の気孔が増えるから
である。

この気孔が多いと（気孔率が大きいと）、溶射層の耐摩
耗性および耐剥離性が低下する。このことは、アルミニ
ウム合金製バルブリフターの外周表面のＦｅ　−Ｃ系溶
射層をアーク溶射で形成する場合にもあてはまる。また
、溶射層の硬さが低いと溶射層自身の耐摩耗性が低下し
、逆に硬さが高ずぎると相手攻撃性（ガイド孔内面を摩
耗させること）が大きくなる。

本発明は、アーク溶射によるアルミニウム合金製バルブ
リフターの外周面溶射層を適切な特性のあるものにし、
そのための溶射工程条件での製造方法を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、アルミニウム合金製のバルブリフターの
外周表面上に溶射材料ワイヤのアーク溶射によるＦｅ　
−Ｃ系溶射層を有する溶射層付きバルブリフターにおい
て、溶射層の気孔率が５％以下でありかつ溶射層の溶射
粒が付着したときの扁平率〔（付着長さａ−付着高さｂ
）／付着長さａ〕が０．９５以上であることを特徴とす
る溶射層付きバルブリフターによって達成され、そのた
めに、溶射吹付は圧力を５．６〜１１．２ｋｇ／　ｃｄ
（８０〜１６０ｐｓｉ）にしてアーク溶射を行なうこと
を特徴とする溶射層付きバルブリフターの製造方法によ
っても達成される。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、アルミニウム合金へのアー
ク溶射の実験、本発明の実施例および比較例によって本
発明をより詳しく説明する。

実験１　（溶射層気孔率および溶射粒扁平率と吹付は圧
力との関係、溶射層硬度と扁平率との関係）アルミニウ
ム合金（にＴＭ　１２）のブロック（ＬＦＥ摩耗試験片
）の表面をショツトブラスト処理した後で、吹付は圧力
（空気圧）を変化要因として下記条件のアーク溶射によ
って溶射層を形成した。

溶射材料ワイヤ・・・０．８％Ｃ−Ｆｅ溶射電流・・・
１００Ａ溶射電圧・・・　３０Ｖ溶射距離・・・１５０Ｍ得られた溶射層の気孔率と吹付は圧力との関係を第１図
に示す。第１図かられかるように、気孔率を最も小さく
するには、吹付は圧力を５．６〜９、８　ｋｇ／ｃＩＩ
！（８０〜１４０ｐｓｉ）に設定するのが望ましく、気
孔率を５％以下にするには５．６〜１１．２ｋｇ／ｃｄ
の吹付は圧力でよい。従来は、約４．２ｋｇ／ｃｒｌ（
６０ｐｓｉ）の吹付は圧力が推奨されて採用されている
が、気孔率が約１０％と大きく、溶射層表面粗さも大き
く、耐摩耗および耐剥離性が劣り、溶射層研削（センタ
レス研削）での取りしるが大きい。これは、吹付は圧力
が低いために、溶滴粒子がよくつぶれずに、付着粒子間
のすきま（気孔）が多くなるためである。一方、吹付は
圧力が１１．２ｋｇ／ｃａｔを超えると、粒子のはね返
りが激しくなり、気孔が増加する傾向があり、被覆歩留
りが低下する。

溶射層を構成する溶滴粒子（１粒）が基板ブロックに付
着したときの扁平率を調べて、第２図が得られる。なお
、扁平率とは、第３ａ図に示すように、基板１０表面に
付着した溶射粒子２の付着長さａに対しての付着長さａ
と付着高さｂとの差の割合（ａ−ｂ）／ａである。概略
的に示すと、吹付は圧力が小さい場合には溶射粒子２は
第３ｂ図のようになり、扁平率は小さく、一方吹付は圧
力が大きい場合には第３Ｃ図のようになり、扁平率が大
きい。第２図かられかるように、付着溶射粒子２の扁平
率は吹付は圧力とともに大きくなっていく。ただし、１
１．２ｋｇ／ｃｎｆ以上の圧力では基板１に粒子が衝突
した時には、はね返りが大きく付着効率も悪いと同時に
大きく変形した溶射層を形成するようになって扁平率の
測定はできない。

溶射層の硬度（Ｈｖ　、Ｏ，１ｋｇ）を調べて、扁平率
との関係をグラフにしたのが第４図である。第４図から
、扁平率が大きくなる（つぶれて付着粒子の高さが低く
なる）につれて硬度が高くなる。

後述するように溶射層の良好な耐摩耗性および低い相手
材摩耗量の点からＨｖ３５０〜４５０とするには、扁平
率は０．９５以上でなければならない。

吹付は圧力を５．６ｋｇ／ｃ＋＋！とじた場合（本発明
の実施例）には付着粒子の扁平率は０，９５となり、そ
の状態を示す顕微鏡写真（４００倍）が第５図であり、
吹付は圧力を２．８ｋｇ／ｃｆｌ！とした場合（比較例
）には扁平率は０．９１となり、その状態を示す顕微鏡
写真が第６図である。

実験２　（溶射層硬度と溶射電流および摩耗量との関係
）実験１と同様にしてアルミニウム合金ブロックにアーク
溶射によって（溶射電流を変化要因として下記条件のア
ーク溶射て）溶射層を形成した。

吹付は圧力−５，６ｋｇ／　ｃｎ！溶射材料ワイヤ・・・０．８％Ｃ−Ｆｅ溶射電圧・・・
　３０Ｖ溶射距離・・・１５０ｍｍ得られた溶射層の硬度（Ｈｖ）と溶射電流との関係を第
７図に示す。この図から溶射電流を大きくするにつれて
溶射層硬度も大きくなる。溶射層を研削してから摩耗試
験（ＬＦＷ′ｆｉ！耗試験）を行なって溶射層摩耗Ｍ（
摩耗厚さ、ｍ）および相手材（アルミニウム合金鋳物、
ＡＣ２Ｂ）摩耗量（除去重量、ｍｇ）を調べて、その結
果を第８図に示す。第７図および第８図かられかるよう
に、溶射層硬度Ｈｖ　３５０未満（溶射電流１００Ａ未
満に相当する）では硬度不十分で溶射層自身の耐摩耗性
が劣る。

また、溶射層硬度がＨｖ　４５０を超える（溶射電流２
００Ａ超過に相当する）と、アークが不安定となり溶射
層中に未溶解粒子が一時的に存在し、この粒子は硬化し
て非常に硬く、相手材を攻撃しやすい。したがって、溶
射電流としては１００Ａ〜２００Ａが望ましい。

さらに、溶射電流を１０ＯＡから２０ＯＡへと変化させ
ると、溶射層の炭素含有量が０．２７％から０．３６％
へと増加する（溶射材料ワイヤ炭素量０．８％のときで
）。Ｆｅ　−Ｃ溶射層中の炭素は焼入れ効果がありその
含有量の増加はそれにほぼ比例して溶射層硬度も高くな
る。電流増大に伴う硬度増大のメカニズムは次のような
ものである。電流値はワイヤの送り量と対応しているの
で、電流値が大きいほどワイヤ送り量が多くなり、この
ことから溶融粒子（溶滴）が大きくなる。そして、アー
クによる粒子成分の昇華、酸化などが小さい粒子（ワイ
ヤ送り量が少ない）の場合と比べて少ない、すなわち、
炭素量の減少が少ないことによる。

また、溶射層組織の緻密さの面からも、溶射電流の高い
ほうが溶融粒子が大きく、衝突エネルギーも大きくなり
よくつぶれる。このために気孔も少なくかつ硬度向上効
果がある。なお、硬度向上は炭素量増大による作用のほ
うが大きい。

実験３アルミニウム合金から冷間鍛造および機械加工によって
所定形状のバルブリフターを製作してから、下記条件の
アーク溶射によってサンプルＡ〜Ｄのバルブリフター溶
射層を形成した。溶射層研削後にエンジンに取付けて実
機耐久評価を行なった。

サンプルＡ（本発明品）溶射材料ワイヤ・・・０．８％Ｃ−Ｆｅ溶射電流・・・
１００Ａ溶射電圧・・・　３０Ｖ吹付は圧力・・・５．６　ｋｇ　／　ｃｎｆ溶射距離・
・・１５０ｍ！ＤサンプルＢ（比較例品）溶射材料ワイヤ、溶射電流、溶射電圧および溶射距離は
サンプルＡと同じであり、吹付は圧力が４、２　ｋｇ　
／　ｃｏ！であった。サンプルＢは吹付は圧力が低いた
めに溶射層気孔率が１０％であった。

サンプルＣ（比較例品）溶射材料ワイヤ、溶射電圧、溶射距離および吹付は圧力
はサンプルＡと同じであり、溶射電流が５０Ａであった
。サンプルＣは溶射電流が低いために溶射層硬度がＨｖ
　２８０と低いものであった。

サンプルＤ（比較例品）溶射電流が２５ＯＡである他はサンプルＣの溶射条件と
同じであった。この場合には溶射層硬度がＨｖ　５００
と高いサンプルであった。

実機耐久試験の結果を第９図に示す。この図かられかる
ように、サンプルＢおよびＣでは溶射層摩耗量が大きい
。サンプルＢでは気孔率が１０％と高いために、耐摩耗
性が低くかつ溶射層に欠は発生が生じて耐剥離性も劣る
。サンプルＣでは溶射層硬度が低いのでそれ自身の耐摩
耗性が劣っている。また、サンプルＤでは溶射層硬度が
高いために、相手材であるリフター孔（ボア）表面に異
状摩耗が発生してしまう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｆｅ　−Ｃ系溶射層をアーク溶射法に
て形成する際に吹付は圧力を５，６〜１１．２ｋｇ／ｃ
ｆｆＩとし、さらに溶射電流を１００〜２０ＯＡとする
ことによって、溶射層気孔率を５％以下に抑えかつ付着
した溶射粒の扁平率を０．９５以上にすることができて
、耐摩耗性および耐剥離性を高めた溶射層を得ることが
できる。さらに、溶射層硬度をＨｖ３５０〜４５０にす
ることによって適切な耐摩耗性および相手材攻撃性のア
ルミニウム合金製バルブリフターを製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アーク溶射ての吹付は圧力と溶射層気孔率と
の関係を表わすグラフであり、第２図は、アーク溶射て
の吹付は圧力と溶射粒の扁平率との関係を表わすグラフ
であり、第３ａ図、第３ｂ図および第３Ｃ図は溶射粒の
付着状態を説明する概略断面図であり第４図は溶射粒の扁平率と溶射層硬度との関係を表わす
グラフであり、第５図は、アルミニウム合金基板および本発明に係る製
造条件でアーク溶射したＦｅ　−Ｃ溶射粒の顕微鏡写真
であり、第６図は、アルミニウム合金基板および比較例条件での
アーク溶射したＦｅ　−Ｃ溶射粒の顕微鏡写真であり、第７図は、アーク溶射電流と溶射層硬度との関係を表わ
すグラフであり、第８図は、溶射層硬度（溶射電流）と摩耗量との関係を
表わすグラフであり、第９図は、溶射層付きバルブリフターの実機耐久性評価
での溶射層摩耗量を表わすグラフである。１・・・基板、　　　　　　　２・・・溶射粒子。

Claims

【特許請求の範囲】１、アルミニウム合金製のバルブリフターの外周表面上
にアーク溶射によるＦｅ−Ｃ系溶射層を有する溶射層付
きバルブリフターにおいて、前記溶射層の気孔率が５％
以下でありかつ前記溶射層の溶射粒が付着したときの扁
平率〔（付着長さａ−付着高さｂ）／付着長さａ〕が０
．９５以上であることを特徴とする溶射層付きバルブリ
フター。２、アルミニウム合金製のバルブリフターの外周表面上
にＦｅ−Ｃ系溶射層を溶射材料ワイヤのアーク溶射によ
って形成する工程のある溶射層付きバルブリフターの製
造方法において、前記溶射層の気孔率を５％以下にしか
つ前記溶射層の溶射層が付着したときの扁平率〔（付着
長さａ−付着高さｂ）／付着長さａ〕が０．９５以上で
あるように、溶射吹付け圧力を５．６〜１１．２ｋｇ／
ｃｍ＾２にして前記アーク溶射を行なうことを特徴とす
る溶射層付きバルブリフターの製造方法。