JPH0525696A - 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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JPH0525696A
JPH0525696A JP17649491A JP17649491A JPH0525696A JP H0525696 A JPH0525696 A JP H0525696A JP 17649491 A JP17649491 A JP 17649491A JP 17649491 A JP17649491 A JP 17649491A JP H0525696 A JPH0525696 A JP H0525696A
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JP
Japan
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alumite treatment
solid lubricant
treatment layer
piston
ring groove
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Withdrawn
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JP17649491A
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English (en)
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Shigezo Osaki
茂三 大崎
Yoshio Tanida
芳夫 谷田
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルマイト処理層表面の摩擦抵抗を低減させ
て摺動面部の耐摩耗性を向上させる。 【構成】 ピストン素材のピストンリング溝となる箇所
に、内側が緻密で表側が多数の孔部5を有する多孔質な
アルマイト処理層7を形成した後、該アルマイト処理層
7の各孔部5に固体潤滑剤9を含浸させる。

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、アルマイト処理層の表面粗さが大きいため、早
期に摩耗してブローバイガス量の増大化を招く。
【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、アルマイト処理層表面の摩
擦抵抗を低減し得る適切な手段を講ずることにより、摺
動面部の耐摩耗性を向上さ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、Al合
金製素材にて形成し、摺動面部に内側が緻密で表側が多
数の孔部を有する多孔質なアルマイト処理層を形成し、
かつ該アルマイト処理層の各孔部に固体潤滑剤を含浸さ
せたことである。
【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、第1の解決手段において、固体潤滑剤を非晶性フッ
素樹脂としたことである。
【0010】請求項4に係る本発明の第4の解決手段
は、Al合金製素材の摺動面部となる箇所に内側が緻密
で表側が多数の孔部を有する多孔質なアルマイト処理層
を形成した後、該アルマイト処理層の各孔部に固体潤滑
剤を含浸させることによりAl合金製部材を得るように
したことである。
【0011】
【作用】上記の構成により、請求項1〜4に係る本発明
では、Al合金製素材の摺動面部となる箇所に内側が緻
密で表側が多数の孔部を有する多孔質なアルマイト処理
層が形成された後、該アルマイト処理層の各孔部に固体
潤滑剤が含浸せしめられることから、摺動時、介在する
固体潤滑剤によってアルマイト処理層表面の摩擦抵抗が
低減され、摺動面部の耐摩耗性が十分に向上する。
【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、Al合金製素材としての
ピストン素材にて形成され、図1および図3に示すよう
に、上記各ピストンリング溝3の母材3a上には、例え
ば硫酸、クロム酸、リン酸及びシュウ酸等の電解液中で
アルマイト処理されることにより、内側が緻密で表側が
多数の孔部5,5,…を有する多孔質なアルマイト処理
層7が形成され、かつ該アルマイト処理層7の各孔部5
には固体潤滑剤9が含浸せしめられている。
【0014】なお、アルマイト処理層7を緻密な層と多
孔質な層との二層構造にするには電解浴温を調整すれば
よく、アルマイト処理層7は電解浴温が低いとよく成長
しかつ硬くなって緻密になる一方、電解浴温が高いと逆
に多孔質になる。また、多孔質層の厚さは、電解時間、
電流密度及び電解浴温等によって決定され、電解時間が
長くかつ電流密度が大きいほど厚くなる。すなわち、電
気量(電解時間と電流密度の積)が大きいほど多孔質層
が厚くなる。一例を挙げると、下記のように設定するの
が好ましい。
【0015】<緻密なアルマイト処理層を得る条件> 電解液の種類:25%硫酸電解液 浴温:0〜5℃ 電流の種類:直流 電流密度:1〜3A/dm2 電圧:20〜35V <多孔質なアルマイト処理層を得る条件> 電解液の種類:25%硫酸電解液 浴温:6〜15℃ 電流の種類:直流 電流密度:1〜3A/dm2 電圧:20〜35V アルマイト処理層7を緻密にする場合に浴温を0〜5℃
に設定したのは、5℃を超えると孔部5の数が多くなっ
て緻密な金属組織を得ることができないからであり、上
記の条件では平均孔径50オングストローム、多孔度1
0%未満であった。一方、アルマイト処理層7を多孔質
にする場合に浴温を6〜15℃に設定したのは、15℃
を超えると孔部5の数が多くなり過ぎ、固体潤滑剤9を
コーティングしても基地強度を確保することができず、
耐摩耗性が低下するからであり、上記の条件では平均孔
径120オングストローム、多孔度10〜20%であっ
た。
【0016】電流密度を1〜3A/dm2 に設定したの
は、3A/dm2 を超えると反応速度が遅くなり過ぎて膜
厚のばらつきが生じ易くなる一方、1/dm2 未満では皮
膜生成速度が遅くなるからである。例えば10μmのア
ルマイト処理層7を形成するために長時間の電解をする
と、アルマイト処理層7の孔壁が電解液で化学溶解され
て薄くなり、耐食性及び耐摩耗性が低下する。
【0017】固体潤滑剤9としては、例えば非晶性フッ
素樹脂、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛
及びフッ化カーボン等があり、要はアルマイト処理層7
の各孔部5に含浸できるものであればよい。一例を挙げ
ると、下記の化学式で示される通常のフッ素樹脂は、分
子レベルで板形の層状構造を示し、その表面には溶剤に
溶けないフッ素が存在するため、アルマイト処理層7の
各孔部5に含浸しない。
【0018】
【化1】
【0019】しかし、下記の化学式で示される非晶性フ
ッ素樹脂は、酸素及び炭素等が溶剤に溶けて液相化する
ため、アルマイト処理層7の各孔部5に含浸するのであ
る。
【0020】
【化2】
【0021】また、固体潤滑剤9を各孔部5に含浸させ
る要領は以下の如くである。
【0022】まず、ボールミル、ハンマーミル、振動ボ
ールミル、ジェットミル等により粉砕した固体潤滑剤9
を分粒してその粒度を調整する。次いで、この固体潤滑
剤9を低蒸気圧な物性をもつ脂肪酸に分散させ、溶液状
にしたものをアルマイト処理層7上に塗布する。その
後、この固体潤滑剤9を塗布したものを容器内に入れて
減圧するか、あるいは加熱して脂肪酸を蒸発させる。こ
れにより、アルマイト処理層7の各孔部5内に浸入した
溶液中の脂肪酸のみが選択的に蒸発し、各孔部5内に固
体潤滑剤9が充填される。なお、上記脂肪酸としては、
例えばステアリン酸、ラウリル酸等であり、また、脂肪
酸に対する固体潤滑剤9の分散量としては2〜10重量
%が好ましい。この範囲を超えると溶液の粘度が高くな
って固体潤滑剤9が各孔部5に浸入し難くなる一方、こ
れ未満では固体潤滑剤9の各孔部5内に残留する量が少
なくなるからである。
【0023】次に、本実施例に係るピストン1の製造要
領を比較例と共に説明する。
【0024】<本実施例>まず、重力鋳造により得られ
たJIS AC8A製のピストン素材を用意し、このピスト
ン素材をT6 処理した後、機械加工してピストンリング
溝3となるリング溝を形成し、その後、アセトンにて洗
浄脱脂した。
【0025】次いで、上記ピストン素材を1℃の25%
硫酸電解液(Alイオン0.3%)中に浸漬し、直流電
流、電圧20〜35V、電流密度2A/dm2 、処理時間
20分でアルマイト処理する。これによりアルマイト処
理層7の金属組織が緻密となる。
【0026】その後、浴温を1℃から10℃に昇温し、
電流密度3A/dm2 、処理時間10分でアルマイト処理
する。これによりアルマイト処理層7の金属組織が多孔
質になり、内側が緻密で表側が多数の孔部5,5,…を
有する多孔質な二層構造のアルマイト処理層7が形成さ
れる。このアルマイト処理層7の厚さは10〜26μm
であった。
【0027】しかる後、過フッ化物溶剤(スリーエム社
製のフロリネートFC75)で希釈した5%非晶性フッ
素樹脂(デュポンジャパンリミテッド社製のテフロンA
F)からなる固体潤滑剤9を上記アルマイト処理後のピ
ストン素材1´のリング溝表面にコーティングし、18
0℃×30分の条件で焼成した。これにより、アルマイ
ト処理層7の各孔部5に固体潤滑剤9が含浸したピスト
ン1を得た。このピストン1の各ピストンリング溝3表
面は粗さがコーティング前のRmax8〜28μmに比
べてRmax6〜13μmと小さく、低摩耗なピストン
1が得られた。
【0028】<比較例>固体潤滑剤9をコーティングし
ないほかは、本実施例と同じ条件にて機械加工及びアル
マイト処理を行い、その後、温水中にて封孔処理した。
このピストン1の各ピストンリング溝3表面の粗さはR
max8〜24μmと大きく、アルマイト処理層7の厚
さは7〜27μmとばらついていた。
【0029】そして、上述の如くして得られた本実施例
及び比較例に係るピストン1を下記の条件にてテスト
し、ピストンリング溝(トップリング溝)3の摩耗量を
測定した。
【0030】<テスト条件> エンジン回転数:6000rpm テスト時間:153Hr 油温:135℃ 水温:108℃ エンジン排気量:1.5リットル ピストントップリングの仕様:ステンレス鋼(SUS4
40相当)をガス窒化処理した後、硬質クロムメッキを
施し、さらにリン酸亜鉛処理した。
【0031】その結果を図4に示す。図4から明らかな
ように、本実施例では摩耗量が20μm未満と低かった
が、比較例では最低でも約75μmと非常に多かった。
【0032】このことは、本実施例では、アルマイト処
理層7の各孔部5に含浸する固体潤滑剤9によってアル
マイト処理層7表面の摩擦抵抗が低減していることを物
語るものであり、これによりピストンリング溝(トップ
リング溝)3の耐摩耗性を十分に向上させることができ
るのである。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜4に係
る本発明によれば、Al合金製素材の摺動面部となる箇
所に内側が緻密で表側が多数の孔部を有する多孔質なア
ルマイト処理層を形成した後、該アルマイト処理層の各
孔部に固体潤滑剤を含浸させるので、摺動時、介在する
固体潤滑剤によってアルマイト処理層表面の摩擦抵抗を
低減し得て摺動面部の耐摩耗性を十分に向上させること
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】ピストンリング溝のアルマイト処理後の金属組
織を模式的に示す斜視図である。
【図4】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) 3…ピストンリング溝(摺動面部) 5…孔部 7…アルマイト処理層 9…固体潤滑剤

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al合金製素材にて形成され、摺動面部
    には内側が緻密で表側が多数の孔部を有する多孔質なア
    ルマイト処理層が形成され、かつ該アルマイト処理層の
    各孔部には固体潤滑剤が含浸せしめられていることを特
    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】 固体潤滑剤が非晶性フッ素樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のAl合金製部材。
  4. 【請求項4】 Al合金製素材の摺動面部となる箇所
    に、内側が緻密で表側が多数の孔部を有する多孔質なア
    ルマイト処理層を形成した後、該アルマイト処理層の各
    孔部に固体潤滑剤を含浸させることにより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。
JP17649491A 1991-07-17 1991-07-17 Al合金製部材及びその製造方法 Withdrawn JPH0525696A (ja)

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