JPH0293086A - アルミニウム合金製摺動部材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 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摺動部材を
、アルミニウム合金材料により形成する際に用いられる
、アルミニウム合金製摺動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、静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ー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） 上述の如くに、過共晶アルミニウムーシリコン系合金材
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、得られるシリ
ンダ用ライナーにおける摺動面部となる内表面部が、エ
ンチング処理が施された結果、アルミニウム合金地とそ
の表面に露出したシリコン結晶粒との境界部に沿って腐
食が進行したものとされ、耐摩耗性の向上に寄与するシ
リコン結晶粒が脱落し易いものとなってしまうという欠
点が伴われる。

このような不具合を回避すべ（、過共晶アルミニウムー
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た後、さらに、陽極酸化処
理を施すことにより、シリンダ用ライナーの内表面部を
酸化物層が設けられたものとすることも考えられるが、
陽極酸化処理によって形成される酸化物層は、膨張して
、エツチング処理により表面に露出せしめられたシリコ
ン結晶粒を埋め隠してしまうことになる不都合をまねく
。

斯かる点に鑑）、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
摺動面部を有するものとされる摺動部材を、アルミニウ
ムーシリコン系合金材料を用いて得るにあたり、得られ
る摺動部材における摺動面部を、シリコン結晶粒が露出
し、しかも、露出したシリコン結晶粒の脱落が抑制され
て、耐摩耗性の向上が図られたものとなすことができる
、アルミニウム合金製摺動部材の製造方法を捉供するこ
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、本発明に係るアルミニウム合
金製摺動部材の製造方法は、過共晶アルミニウムーシリ
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ＩＨ動部材の素材を得
、その素材における摺動面形成部を研磨して第１の研磨
面を形成し、第１の研磨面が形成された摺動面形成部に
陽極酸化処理を施して、摺動面形成部に酸化物層を形成
し、さらに、酸化物層を研磨して第２の研磨面を形成し
た後、第２の研磨面が形成された酸化物層にエンチング
処理を施して、素材の摺動面形成部をその表面にシリコ
ン結晶粒が露出するものとされた酸化物層を有するもの
とし、摺動面部が設けられたアルミニウム合金製摺動部
材を得るものとされる。

（作　用） 上述の如くの本発明に係るアルミニウム合金製摺動部材
の製造方法により製造されたアルミニウム合金製摺動部
材は、その摺動面部が、合金地の表面部に陽極酸化処理
により形成された酸化物層が、その表面にシリコン結晶
粒が露出するものとされるとともに、その露出したシリ
コン結晶粒を堅固に保持するようにして設けられること
により、形成されたものとされる。従って、本発明に係
るアルミニウム合金製摺動部材の製造方法によれば、表
面にシリコン結晶粒が露出し、しかも、露出したシリコ
ン結晶粒の脱落が抑制されて、耐摩耗性に優れたものと
される摺動面部を有したアルミニウム合金製摺動部材が
得られることになる。

（実施例） 以下、本発明に係るアルミニウム合金製摺動部材の製造
方法の一例、及び、それにより得られるアルミニウム合
金製摺動部材について、図面を参照して述べる。

この例は、本発明に係るアルミニウム合金製摺動部材の
製造方法が、エンジンにおけるシリンダブロックの形成
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通用されたものとされており、その
実施にあたっては、先ず、実施例おいては、シリコン全
１７．２原子％、銅を４．５原子％、マグネシウムを０
．４９原子％、及び、鉄を０．８０原子％、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ーシリ
コン系合金材料を用意する。続いて、用意された過共晶
アルミニウムーシリコン系合金材料を溶融さゼて、過共
晶アルミニウムーシリコン系合金材料の溶湯を得る。過
共晶アルミニウムー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
ウムー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。

このようにしてく過共晶アルミニウムーシリコン系合金
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５図に示される如くに、
円筒状のものとされ、その筒状体ＩＯ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１図〜第４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名ことにな
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ＩＯ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（Ｒ，、。

）が２．５μｍ程度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
て最大高さが０．５μｍ程度となる表面粗さを有するよ
うに別布研磨を施す処理を行い、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
陽極酸化処理を施し、第３図に示される如くに、内面部
１０ａに酸化物層１５を形成する。

内面部１０ａに対する陽極酸化処理は、例えば、砕酸電
解液中で行われ、酸化物層１５は、研磨面１１に臨むも
のとされた初晶シリコン結晶粒１３を包み込むように膨
張し、例えば、５０μｍ程度の層厚を有するものとされ
る。

その後、酸化物層１５に対して、例えば、エメリー紙（
＃６００）を用いての研磨を行い、さらに、酸化物層１
５に、最大高さが０．５μｍ程度となる表面粗さを有す
るように別布研磨を施す。それにより、第４図に示され
る如く、酸化物層１５が、それにおける膨張部分が除去
されて、層厚が３０〜４０μｍ程度となるものとされ、
また、平滑な研磨面１６を有するものとされる。この研
磨面１６には、先の工程において、酸化物層１５によっ
て包み込まれるようにされた初晶シリコン結晶粒１３が
しｎむものとなる。

そして、研磨面１６が形成された酸化物層１５に対して
、その表面に、脱脂処理後、３５ｍ１／１の燐酸と２０
ｇ＃！のクロム酸とを含み、残部が水である混合水溶液
を１００°Ｃまで加熱して塗布し、３０秒間保持するこ
とによるエツチング処理を施し、その後、酸化物層１５
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１図に示される如（に、酸化物層１５には、エツ
チング処理により浸食された表面１７が形成され、表面
１７には、研磨面１６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１７
に露出した初晶シリコン結晶粒１３は、例えば、表面１
７から２〜３μｍ程度突出するものとされるが、表面１
７が形成された酸化物層１５によって堅固に保持される
状態とされる。

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
くの、初晶シリコン結晶粒１３が露出する表面１７を有
し酸化物層１５によって形成されるものとして、その内
面部１０　ａをピストンに対しての摺動面部とするアル
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
摺動面部が、表面にシリコン結晶粒が露出し、しかも、
露出したシリコン結晶粒の脱落が抑制されて、耐摩耗性
に優れたものとされることになる。

次に、本発明に係るアルミニウム合金製摺動部材の製造
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（の、アルミニウム合金製摺動部材
（摺動部材Ａという）と、本発明に係るアルミニウム合
金製摺動部材の製造方法とは異なる製造方法に従って得
られ、摺動部材Ａと同様な形状を有するものとされた、
アルミニウム合金製摺動部材（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アルミニ
ウム合金製摺動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対して、最大
高さが０．５μｍ程度となる表面粗さが得られるように
別布研磨を施し、さらに、別布研磨された内面部に対し
て、６０容量％の燐酸と１４容量％の硝酸とを含み、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、３０〜４０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、内面部が、その表面
から初晶シリコン結晶粒が２〜３μｍ程度突出するもの
とされたシリンダ用ライナーである。

そして、摺動部材Ａと比較例Ｓａとから、夫々の摺動面
部を含むように切り出された試料２０と試料２２とを用
いて摩耗試験を行った。

斯かる摩耗試験は、第６図Ａ及びＢに示される如く、試
験機のヘースに固定された試料２０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２０ａ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、その外周面を潤滑剤を介すことなく当
接せしめられる状態とされたもとで、摺動押圧手段によ
り、ホルダ２４が、摺動片２６を試料２０及び２２に、
面圧が０．２５Ｋｇ／ｍｍ２となるように、押圧荷重Ｐ
をもって押し付けるとともに、摺動片２６を、往復距離
を１０ｍｍとして２　ｘ　１０’往復、移動速度７００
往復／分をもって、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、鋳鉄で作られてその外周面部
が硬質クロムメツキ処理が施され、外周面部の硬度がＨ
Ｖ−約８００程度と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が摩耗試験に供された場合には、摺動片
２６の摩耗量及び試料２２の摩耗量が、夫々、０．５ｍ
ｇ及び１９ｍｇであったのに対して、摺動部材Ａから切
り出された試料２０が摩耗試験に供された場合には、摺
動片２６の摩耗量及び試料２０の摩耗量が、夫々、０．
５ｍｇ及び２■であって、耐摩耗性の点で摺動部材Ａが
比較例Ｓａより優れていることが確認された。

なお、上述の本発明に係るアルミニウム合金製摺動部材
の製造方法の一例は、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、本発明に係るアルミニウム合金製
摺動部材の製造方法は、斯かる例に限られることなく、
耐摩耗性が良好であることが要求される摺動面部を有す
るものとされる摺動部材を、アルミニウムーシリコン系
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く、本発明に係るアルミニウ
ム合金製摺動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
要求される摺動面部゛が設けられるものとされる摺動部
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、その摺動面部が、合金地の表面部に陽極酸
化処理により形成された酸化物層が、その表面にシリコ
ン結晶粒が露出するものとされるとともに、その露出し
たシリコン結晶粒を堅固に保持するようにして設けられ
ることにより形成されたものとされ、その結果、表面に
シリコン結晶粒が露出し、しかも、露出したシリコン結
晶粒の脱落が抑制されて、耐摩耗性に優れたものとされ
たアルミニウム合金製摺動部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明に係るアルミニウム合金製摺動
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５図は本発明
に係るアルミニウム合金製摺動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６図Ａ及びＢは摩耗試験の説
明に供される図である。 図中、１０は筒状体、１０ａは内面部、１１及び１６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、１５は酸化物層である。 第１図 第２図 特許出願人　　　マツダ株式会社 １１：、＆ｌｌＦ慶面 １３：初晶シリコン結舵 １５二酸化物層 １６：研磨面 第３図 第４図

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
   れる摺動部材の素材を得る工程と、上記摺動部材の素材
   における摺動面形成部を研磨して第１の研磨面を形成す
   る工程と、 上記第１の研磨面が形成された上記摺動面形成部に陽極
   酸化処理を施して、上記摺動面形成部に酸化物層を形成
   する工程と、 上記酸化物層を研磨して第２の研磨面を形成する工程と
   、 上記第２の研磨面が形成された上記酸化物層にエッチン
   グ処理を施して、上記摺動面形成部を、表面にシリコン
   結晶粒が露出するものとされた酸化物層を有するものと
   し、摺動面部が設けられたアルミニウム合金製摺動部材
   を得る工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合
   金製摺動部材の製造方法。