JPH0286945A - 内燃機関用アルミニウム合金製ピストン - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関に用いられるアルミニウム合金製ピス
トンに関し、特にピストンのリング溝の表面からピスト
ンリング表面へのアルミニウム合金の凝着を防止した内
燃機関用アルミニウム合金製ピストンに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕自動車
等の内燃機関は近年出力の増大及び高速回転化の傾向に
あり、このため内燃機関の熱負荷が増大し、油温も上昇
している。このような苛酷な条件下でアルミニウム合金
製ピストンを作動させると、ピストンのリング溝の表面
からピストンリング表面へアルミニウム合金が凝着する
現象が生じる。この凝着現象は、ピストンのリング溝の
局部的摩耗、ピストンリングの焼付き及び折損を引き起
し、これは、ブローパイの増加による内燃機関の馬力の
低下といったエンジントラブルの原因となっている。

そこで、ピストンリングの表面に二硫化モリブデン−熱
硬化型有機樹脂を塗布した後焼成することにより耐熱耐
摩耗性層を形成し、これによりエンジントラブルの原因
となるアルミニウム合金の凝着現象を防止することが提
案された（実開昭６０−８２５５２号）。このような二
硫化モリブデン−熱硬化型有機樹脂の焼成膜を有するピ
ストンリングは、エンジントラブルの解消に一定の成果
があるが、熱負荷が大きくて油温か高いといった苛酷な
使用条件下においては、耐摩耗性及び寿命の面でまだ不
十分であった。

また耐摩耗性を向上するために、ピストンのリング溝の
表面に硬質アルマイト処理により高硬度の酸化アルミニ
ウム膜を形成することが一部で行われているが、上記酸
化Ｙルミニウム膜は面粗度が大きく、クラックが発生し
やすいため、このようなピストンを自動車等の内燃機関
に用いると、初期オイル消費量の増大及びブローパイの
増加による内燃機関の出力低下といった問題があり、般
に広く採用されていない。

さらに、ピストンのリング溝の耐摩耗性を向上するため
に、ピストンに耐摩環を鋳ぐるみ、前記耐摩環にリング
溝を形成することも一部で行われているが、コスト高に
なるため、四輪車等の小型ピストンには一般に採用され
ていない。

さらに、ピストンのリング溝の耐摩耗性を向上するため
に、炭化珪素ウィスカー等を分散させた分散強化型アル
ミニウム合金によりピストンを製造することも一部で行
われているが、コスト高となる上、ピストンリング表面
の摩耗等の問題があり、一般に採用されていない。

従って本発明の目的は、ピストンのリング溝の表面から
ピストンリング表面へのアルミニウム合金の凝着を防止
することができる内燃機関用アルミニウム合金製ピスト
ンを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、内燃機関
用アルミニウム合金製ピストンのリング溝の表面に、ア
ルミニウムより硬質で高強度の複合分散めっき層を形成
することにより、ピストンのリング溝の表面からピスト
ンリング表面へのアルミニウム合金の凝着を防止するこ
とができることを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の内燃機関用アルミニウム合金製ピス
トンは、ピストン外周のリング溝の表面に、複合分散め
っき処理により形成された、アルミニラムよりも硬質で
高強度のめっき層を有することを特徴とする。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例により図面を参照にして詳細に説
明する。

第１図は、本発明の内燃機関用アルミニウム合金製ピス
トンのリング溝の近傍を詳細に示す断面図である。アル
ミニウム合金製ピストン１は外周囲面に複数のリング溝
２．２′を有し、各リング溝２．２′にはピストンリン
グ３．３′が収容されている。各ピストンリング３．３
′はシリンダ４の内壁に摺接している。

本実施例においては、リング溝２．２′の表面を含むピ
ストン１の表面にニッケルー燐−窒化珪素複合分散めっ
き層５が形成されている。

複合分散めっき層５は、ピストンの母材１１をニッケル
ー燐−窒化珪素複合分散めっき浴中に浸漬することによ
り、ピストンの母材１１の表面に形成される。前記複合
分散めっき層５は、無電解めっき法によっても電解めっ
き法によっても形成することができる。

しかし、無電解めっき法で前記複合分散めっき層５を形
成した場合、窒化珪素粒子の分散が不十分であるといっ
た性能的な面での問題、及び製造費が高くなり量産に適
さないといったコスト的な面での問題がある。

一方、電解めっき法で複合分散めっき層５を形成した場
合、均一電着性が良いため複合分散めっき層５の厚さが
均一になり、さらに、窒化珪素粒子が自重により自然沈
降するためリング溝２．２′の下面側の表面に窒化珪素
粒子が多く分散される。従って、リング溝２．２′の表
面からピストンリング３．３′の表面へのアルミニウム
合金の凝着を防止する耐久性の高い複合分散めっき層５
を形成することができる。

複合分散めっき層５中に含まれる燐は、めっき層５の硬
度を高め、耐摩耗性、耐焼付性に対し優れた効果を示し
、また基地の耐食性も向上する。

燐の量が０．５重量％未満では硬度が高くならず、耐摩
耗性の効果は少ない。また１０重量％を超えると硬度は
増すが脆くなり、衝撃強度も低下する。

さらに、密着性及び均一電着性も低下する。従って燐の
量は０．５〜１０重量％とするのが良い。より好ましい
燐の含有量は４〜７重量％である。

窒化珪素粒子は燐とともにめっき層５の耐摩耗性の向上
に優れた効果を示す。また窒化珪素は金属との濡れ性が
低いので、耐焼付性の改善にも寄与する。窒化珪素の量
は５〜３０容量％で、その平均粒径は０．５〜１０μｍ
が良い。容量が５％未満あるいは粒径が０．５μｍ未満
では基地表面に占める窒化珪素の面積が少なく、耐摩耗
性の向上効果が少ない。また容量が３０％を超えるか粒
径が１０μｍを超えると相手材の摩耗を大きくすること
となり、さらにめっき層５の強度も低下する。より好ま
しくは、窒化珪素粒子の平均粒径は０．８〜１．２μｍ
で、含有量は１５〜２５容量％である。

複合分散めっき層５の形成には、上記所望の組成となる
ように、ニッケル化合物及び燐化合物を溶解させためっ
き浴中に窒化珪素粒子を分散させた複合分散めっき浴を
使用する。ニッケル化合物としては硫酸塩、スルファミ
ン酸塩等を用い、燐化合物としては燐酸、亜燐酸、次亜
燐酸等を用いる。

得られた複合分散めっき層は水洗、乾燥後、必要に応じ
て熱処理を行う。熱処理温度は１５０〜２００℃程度で
、時間は１〜２時間である。熱処理により複合分散めっ
き層の基地が硬化する。

上記複合分散めっき層５の厚さは５〜２０μｍ程度が好
ましい。５μｍ未満ではめっき層５を形成した効果がほ
とんどなく、２０μｍを超えると、先端放電によって、
ピストンのリング溝のエツジ部においてめっき層のビル
ドアップが大きくなり、厚みが均一でなくなり寸法精度
が悪くなる。

本実施例においては以上のようにニッケルー燐窒化珪素
複合分散めっき層について説明したが、本発明において
は、ニッケル、コバルト及び鉄の少なくとも１つと、燐
とからなるめっき基地中に窒化珪素粒子が分散した他の
複合分散めっき層を形成してもよい。

なおニッケル基のめっき基地中にコバルトを含有させる
場合、コバルトはめっき合金基地の耐熱性、耐食性を改
善するとともにめっき層５の圧壊疲労強度も向上させる
。合金基地中のコバルトの量は、１０重量％未満では上
記の効果が顕著に得られず、また４０重量％を超えても
その効果に著しい変化がないので、１０〜４０重量％と
するのが良い。

より好ましいコバルトの含有量は２０〜３０重量％であ
る。

なお、以上において、ピストン１の表面にも被膜を形成
する例について説明したが、本発明の目的はリング溝２
．２′の表面に上記複合分散めっき層があれば達成する
ことができる。

〔作　用〕

本発明の複合分散めっき層においては、剪断強さの大き
いニッケル、コバルト又は鉄と、耐摩耗性及び耐食性に
優れた燐とからなるめっき基地中に、耐摩耗性及び耐ス
カツフ性に優れた窒化珪素粒子が分散しているため、前
記複合分散めっき層を有するアルミニウム合金製ピスト
ンは、アルミニウムの凝着現象を防止するのに十分な、
剪断強さ、耐摩耗性、耐食性及び耐スカツフ性を有して
いる。

本発明を以下の実施例によりさらに具体的に説明する。

実施例１ 外周にリング溝を有するアルミニウム合金（ＡＣＢＡ材
）製のピストンを用い、前処理として通常のジンケート
処理を施した。

めっき浴として、スルファミン酸ニッケル２５０ｇ／ｊ
！、次亜リン酸ナトリウム１０ｇ／ｊ！のスルファミン
酸−次亜リン酸浴に、平均粒径１，０μｍの窒化珪素を
前記スルファミン酸−次亜リン酸浴の２０ｇ／ｊ！添加
し懸濁させたニッケルー燐−窒化珪素複合分散めっき浴
を作り、ＰＨを５．５に調整した。

上記複合分散めっき浴の温度を５５℃に保ち、その中に
前記ピストンを浸漬し、これを陽極としディポライズド
ニッケル極板を陰極として、電流密度５Ａ／　ｃｕｔの
直流電流を１０分間流すことにより、複合分散めっき処
理を行った。

めっき処理後、１５０℃で１時間ベーキング処理を行っ
た。

形成されたニッケルー燐−窒化珪素複合分散めっき層の
厚さは均一であり、リング溝の表面においては７μｍ１
ピストンス力−ト部においては８μｍであった。

このようにして得られたピストンを水冷４サイクル、４
気筒＜１６００ｃｃ）のエンジンに組み込み、回転数６
４０Ｏｒｐｍ　、負荷４／４の運転条件で、１０時間耐
久テストを行った。テスト後、ピストンのリング溝の表
面からピストンリング表面へのアルミニウム合金の凝着
の有無を調べたところ、アルミニウム合金の凝着は、全
く認められなかった。また、リング溝及びピストンリン
グ表面の摩耗もほとんど８忍められなかった。

比較例１ 実施例１と同様のアルミニウム合金（ＡＣＢＡ材）製ピ
ストンをそのままエンジンに組み込み、実施例１と同様
のテストを行った。テスト後、ピストンリング表面には
、リング溝の表面からのアルミニウム合金の凝着が顕著
に３忍められた。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明のピストンはリング溝の
表面にアルミニウムより高硬度で剪断強さの大きい複合
分散めっき層が形成されているために、ピストンのリン
グ溝の表面からピストンリング表面へのアルミニウム合
金の凝着を防止することができる。そのため、本発明の
ピストンを自動車等の内燃機関に組み込むことにより、
ブローバイの増加による内燃機関の馬力の低下といった
エンジントラブルの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピストンのリング溝の近傍を詳細に示
す断面図である。 １・・・・アルミニウム合金製ピストン２．２′　・リ
ング溝 ３．３′　・ピストンリング ４・・・・シリンダ ５・・・・複合分散めっき層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン外周のリング溝の表面に、複合分散めっ
   き処理により形成されたアルミニウムよりも硬質で高強
   度のめっき層を有することを特徴とする内燃機関用アル
   ミニウム合金製ピストン。
2. （２）請求項１に記載の内燃機関用アルミニウム合金製
   ピストンにおいて、前記めっき層がニッケル、コバルト
   及び鉄の少なくとも１つと、燐とからなるめっき基地中
   に窒化珪素粒子が分散した複合分散めっき層であること
   を特徴とする内燃機関用アルミニウム合金製ピストン。