JPH0517899A - Al合金製部材及びその製造方法 - Google Patents

Al合金製部材及びその製造方法

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JPH0517899A
JPH0517899A JP3171355A JP17135591A JPH0517899A JP H0517899 A JPH0517899 A JP H0517899A JP 3171355 A JP3171355 A JP 3171355A JP 17135591 A JP17135591 A JP 17135591A JP H0517899 A JPH0517899 A JP H0517899A
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sliding surface
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Shigezo Osaki
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Al合金製部材の素材表面に露出するSi粒
子を微細化ないし希釈してアルマイト処理層の密着性を
良くする。 【構成】 Siを含有するAl合金製ピストン1のピス
トンリング溝となる箇所を高密度エネルギ熱線で再溶融
してSi粒子5を微細化した後、アルマイト処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Al合金製部材及びそ
の製造方法に関し、特に摩耗対策に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車等の内燃機関は出力の増大
及び高速回転化の傾向にある。このため、ピストンの熱
負荷が高くなり、特にピストンリング溝が高温であれば
ピストンがAl合金製である場合には、ピストンリング
溝側面にAlが凝着してピストンリング溝の摩耗が増加
したり、あるいはピストンリング溝上下面がへたってシ
ール性が阻害される。
【0003】そこで、例えば実開昭59―81756号
公報に開示されているように、ピストンリング溝の周辺
にセラミックファイバを鋳ぐるむことにより、ピストン
リング溝の耐摩耗性等を向上させてシール性を確保する
ようにしたピストンが知られている。
【0004】また、例えば特開平1―190951号公
報や特開平2―78752号公報に開示されているよう
に、ピストンリング溝にアルマイト処理層を形成してシ
ール性を確保するようにしたピストンも提案されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の前者
のようにピストンリング溝の周辺にセラミックファイバ
を鋳ぐるむことは製造上非常に困難であり、しかも信頼
性が必ずしも十分であるとはいえない。また、後者のも
のでは、Si粒子がピストンリング溝表面に露出してい
るためアルマイト処理層の密着性が阻害され、剥離し易
くなって十分にその機能を発揮させることができない。
【0006】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、上記の後者のやり方を
採用し、この場合において、ピストン等のAl合金製部
材の素材をアルマイト処理する前段階で、素材表面に露
出するSi粒子を微細化ないし希釈することにより、ア
ルマイト処理層の密着性を良くせんとすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に係る本発明の第1の解決手段は、Siを
含有するAl合金製素材にて形成し、摺動面部のSi粒
子を高密度エネルギ熱線による再溶融によって微細化
し、かつ上記摺動面部にアルマイト処理層を形成したこ
とである。
【0008】請求項2に係る本発明の第2の解決手段
は、第1の解決手段において、内燃機関用ピストンを対
象とし、かつ摺動面部をピストンリング溝としたことで
ある。
【0009】請求項3に係る本発明の第3の解決手段
は、Siを含有するAl合金製素材の摺動面部となる箇
所を高密度エネルギ熱線で再溶融してSi粒子を微細化
した後、アルマイト処理することによりAl合金製部材
を得るようにしたことである。
【0010】請求項4に係る本発明の第4の解決手段
は、第3の解決手段において、再溶融時、Al合金製素
材の摺動面部となる箇所にAl系溶加材を溶かし込むよ
うにしたことである。
【0011】
【作用】上記の構成により、請求項1〜3に係る本発明
では、Siを含有するAl合金製素材の摺動面部となる
箇所が、高密度エネルギ熱線で再溶融されてSi粒子が
微細化された後、アルマイト処理される一方、請求項4
に係る本発明では、再溶融時、上記摺動面部となる箇所
にAl系溶加材が溶かし込まれることから、素材表面に
露出するSi粒子が微細化ないし希釈され、アルマイト
処理層の密着性が良くなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例に係るAl合金製部材
及びその製造方法を図面に基づいて説明する。
【0013】図2はAl合金製部材としての内燃機関用
ピストン1を示し、該ピストン1上部の外周には摺動面
部としての3本のピストンリング溝3,3,3が形成さ
れている。上記ピストン1は、Siを含有するAl合金
製素材としてのピストン素材1´(図3に表われる)に
て形成され、図1に示すように、上記各ピストンリング
溝3の母材3aのSi粒子5,5,…は、レーザー、電
子ビーム及びTIG等の高密度エネルギ熱線による再溶
融によって微細化されているとともに、例えば純Al、
Al−Mn系、Al−Mg系、Al−Cu−Mg系、A
l−Zn−Mg系合金等からなる棒状のAl系溶加材7
(図3に表われる)の溶かし込みによって希釈され、か
つ上記各ピストンリング溝3にはアルマイト処理層9が
形成されている。
【0014】次に、本実施例I,IIに係るピストン1の
製造要領を比較例と共に説明する。
【0015】<本実施例I>まず、図3に示すように、
重力鋳造により得られたJIS AC8A製のピストン素材
1´を用意し、該ピストン素材1´を粗加工してピスト
ンリング溝3となる箇所(リング溝3´)を5mm幅に加
工する。
【0016】次いで、上記ピストン素材1´を100℃
に予熱し、リング溝3´に外径4mmの純Alからなる溶
加材7を介入させ、ピストン素材1´を3回転させつつ
TIG溶接装置11を用いてリング溝3´をアルゴン及
びヘリウム等のイナートガス13の雰囲気中でタングス
テン電極15との間にアーク17を発生させてその高密
度エネルギ熱線で再溶融する。これによりリング溝3´
のSi粒子5が微細化されるとともに溶加材7の溶け込
みによって希釈される。このときの再溶融条件は、ピス
トン素材1´の周速100〜150mm/min、電流値10
0〜180A、ビード幅9mmである。そして、このとき
の再溶融部の金属組織は面積比でα相86%、共晶Si
14%、デンドライトアームスページング8μmの微細
組織であった。なお、図3中、19はガスノズル、21
は導電体、23はガスシールドである。
【0017】その後、ピストン素材1´をT6 処理した
後、仕上げ加工を行う。
【0018】しかる後、ピストン素材1´をアセトンで
脱脂した後、1℃の25%硫酸電解液中(Alイオン
0.3%)に浸漬し、直流電流、電圧20〜35V、電
流密度2A/dm2 、処理時間25分でアルマイト処理
し、その後、温水中に浸漬して封孔処理することにより
ピストン1を得た。このピストン1の各ピストンリング
溝3表面の粗さはRmax6〜15μmであり、アルマ
イト処理層9の厚さは14〜23μmと均質な層であっ
た。
【0019】なお、均質なアルマイト処理層9を形成す
るには、金属組織中の共晶Siは少ない方が良い。よっ
て、面積比でα相70%以上、共晶Si30%以下が好
ましい。なぜならば、共晶Siは30%を超えると結晶
粒界にネット状に大きく晶出する場合があり、この晶出
部位においてはアルマイト処理層9の生成が悪くなって
均質な層が得られないからである。また、デンドライト
アームスページングは金属組織の微細化状態が判定で
き、均質なアルマイト処理層9を得るために5〜20μ
mが好ましい。なぜならば、5μm未満では再溶融時の
冷却速度が速過ぎてピンホール等の欠陥が発生し易くな
る一方、20μmを超えると粒状の共晶Siが大きくな
るためアルマイト処理層9の生成が局部的に阻害される
からである。
【0020】<本実施例II>まず、本実施例Iと同じ材
質のピストン素材1´を粗加工する。
【0021】次いで、このピストン素材1´を100℃
に予熱し、ピストン素材1´を3回転させつつTIG溶
接装置11を用いてリング溝3´を高密度エネルギ熱線
で再溶融する。これによりリング溝3´のSi粒子5が
微細化される。このときの再溶融条件は、ピストン素材
1´の周速100〜150mm/min、電流値70〜120
A、ビード幅5mmである。そして、このときの再溶融部
の金属組織は面積比でα相57%、共晶Si43%、デ
ンドライトアームスページング8μmの微細組織であっ
た。
【0022】その後、本実施例Iと同じ条件にてピスト
ン素材1´をT6 処理、仕上げ加工、アルマイト処理及
び封孔処理してピストン1を得た。このピストン1の各
ピストンリング溝3表面の粗さはRmax8〜18μm
であり、アルマイト処理層9の厚さは12〜23μmと
均質な層であった。
【0023】<比較例>TIG溶接装置11によるリン
グ溝3´を再溶融しないほかは、本実施例Iと同じ条件
にて行った。このピストン1の各ピストンリング溝3表
面の粗さはRmax8〜24μmと大きく、アルマイト
処理層9の厚さは7〜27μmと大きくばらついてい
た。また、母材の金属組織は面積比でα相53%、共晶
Si47%、デンドライトアームスページング27μm
の鋳造組織であった。
【0024】そして、上述の如くして得られた本実施例
I及び比較例に係るピストン1の耐久テストを行い、そ
の結果を図4に示す。図4中、○印は本実施例Iの耐久
テスト前のブローバイガス量を、●印は本実施例Iの耐
久テスト後のブローバイガス量を、×印は比較例の耐久
テスト前のブローバイガス量をそれぞれ表わす。図4か
ら明らかなように、本実施例Iの耐久テスト後のもので
は、ブローバイガス量はエンジン回転数が5×103 rp
m 以上になっても32 l/min前後と横這い状態であった
が、比較例ではエンジン回転数が5×103 rpm 以上に
なると、ブローバイガス量が急増して40 l/minを大き
く上回っていることが判る。
【0025】また、本実施例I及び比較例に係るピスト
ン1の耐久テスト後におけるピストンリング溝(トップ
リング溝)3の摩耗量を図5に示す。図5から明らかな
ように、本実施例Iでは摩耗量が10μm前後と少なか
ったが、比較例では最低でも約35μmと非常に多かっ
た。
【0026】これらのことは、本実施例I,IIでは、リ
ング溝3´のSi粒子5が微細化ないし希釈され、アル
マイト処理層9の密着性が向上していることを物語るも
のである。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜3に係
る本発明によれば、Siを含有するAl合金製素材の摺
動面部となる箇所を高密度エネルギ熱線で再溶融してS
i粒子を微細化した後、アルマイト処理する一方、請求
項4に係る本発明によれば、再溶融時、上記摺動面部と
なる箇所にAl系溶加材を溶かし込むので、素材表面に
露出するSi粒子を微細化ないし希釈し得てアルマイト
処理層の密着性を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ピストンリング溝の金属組織を模式的に示す断
面図である。
【図2】ピストンの正面図である。
【図3】TIG溶接装置によるリング溝の再溶融状態を
示す縦断面図である。
【図4】ブローバイガス量のデータを示す図である。
【図5】ピストンリング溝の摩耗量のデータを示す図で
ある。
【符号の説明】
1…ピストン(Al合金製部材) 1´…ピストン素材(Al合金製素材) 3…ピストンリング溝(摺動面部) 3´…リング溝(摺動面部となる箇所) 5…Si粒子 7…溶加材 9…アルマイト処理層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02F 3/00 N 8503−3G F16J 9/00 A 7366−3J

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Siを含有するAl合金製素材にて形成
    され、摺動面部のSi粒子は、高密度エネルギ熱線によ
    る再溶融によって微細化され、かつ上記摺動面部にはア
    ルマイト処理層が形成されていることを特徴とするAl
    合金製部材。
  2. 【請求項2】 内燃機関用ピストンであり、かつ摺動面
    部がピストンリング溝であることを特徴とする請求項1
    記載のAl合金製部材。
  3. 【請求項3】 Siを含有するAl合金製素材の摺動面
    部となる箇所を高密度エネルギ熱線で再溶融してSi粒
    子を微細化した後、アルマイト処理することによりAl
    合金製部材を得ることを特徴とするAl合金製部材の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 再溶融時、Al合金製素材の摺動面部と
    なる箇所にAl系溶加材を溶かし込むことを特徴とする
    請求項3記載のAl合金製部材の製造方法。
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