JPH07259638A - Composite ceramic cylinder liner - Google Patents
Composite ceramic cylinder linerInfo
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- JPH07259638A JPH07259638A JP6078090A JP7809094A JPH07259638A JP H07259638 A JPH07259638 A JP H07259638A JP 6078090 A JP6078090 A JP 6078090A JP 7809094 A JP7809094 A JP 7809094A JP H07259638 A JPH07259638 A JP H07259638A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックと金属との
複合体から構成される複合セラミックライナーに関し、
特に低摩擦特性を示す複合セラミックシリンダライナー
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite ceramic liner composed of a composite of ceramic and metal,
Particularly, it relates to a composite ceramic cylinder liner exhibiting low friction characteristics.
【０００２】[0002]
【従来技術】内燃機関のシリンダ内には、シリンダライ
ナーが挿入され、その内側をピストンが上下往復動す
る。シリンダライナーは通常金属製の円筒からなり、表
面に厚いクロームメッキが施されている。また、ピスト
ンが摺動しながら上下動する内側面はよく研磨され、さ
らにシリンダライナーの軸方向に対して交差する方向に
浅い溝が多数刻まれている。そして、エンジンが動作し
ていて、ピストンがシリンダライナーの内側を上下動す
るとき、これら浅溝内に潤滑油を溜めてピストンとシリ
ンダライナー間の摩擦力を減らすようにしている。2. Description of the Related Art A cylinder liner is inserted into a cylinder of an internal combustion engine, and a piston vertically reciprocates inside the cylinder liner. The cylinder liner usually consists of a metal cylinder with a thick chrome plating on its surface. In addition, the inner surface of the piston that moves up and down while sliding is well polished, and a large number of shallow grooves are formed in a direction intersecting the axial direction of the cylinder liner. When the engine is operating and the piston moves up and down inside the cylinder liner, lubricating oil is accumulated in these shallow grooves to reduce the frictional force between the piston and the cylinder liner.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
熱効率を向上させるため、最近燃焼室内の燃料の燃焼温
度が上昇しており、このため金属製のシリンダライナー
の強度と耐久性に問題が出てきた。また、高温状態にお
ける金属表面の潤滑油による潤滑作用が円滑に行なわれ
ないという問題もある。このような問題点を解消するた
め、窒化珪素やジルコニアのみからなるシリンダライナ
も開発されている。しかしながら、これらのシリンダラ
イナーはエンジン動作に十分耐えられるだけの強度と厚
みを有し、しかも所定の寸法精度を保持させるための加
工技術が難しく、しかもコスト的に見合わない点もあ
る。By the way, the combustion temperature of the fuel in the combustion chamber has recently risen in order to improve the thermal efficiency of the engine, which causes problems in the strength and durability of the metal cylinder liner. It was Further, there is also a problem that the lubricating action of the lubricating oil on the metal surface in a high temperature state is not smoothly performed. In order to solve such a problem, a cylinder liner made of only silicon nitride or zirconia has been developed. However, these cylinder liners have strength and thickness sufficient to withstand engine operation, and a processing technique for maintaining a predetermined dimensional accuracy is difficult, and there is a point that they are not cost-effective.
【０００４】本発明は上記の如き従来の不都合を解消し
ようとするものであり、その発明の目的は、エンジンの
燃焼室内の温度が高温になっても強度的に劣化せずさら
にピストンとシリンダライナー間の潤滑が円滑に行なわ
れるとともに、簡単でしかも安価に製造できるような複
合セラミックシリンダを提供することにある。The present invention is intended to eliminate the above-mentioned conventional inconveniences, and an object of the present invention is to prevent the strength from deteriorating even when the temperature in the combustion chamber of an engine becomes high, and to further improve the piston and the cylinder liner. It is an object of the present invention to provide a composite ceramic cylinder which can be smoothly lubricated and can be manufactured easily at low cost.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】セラミック、とりわけ窒
化珪素やジルコニアは、潤滑油を用いた場合、例えば金
属との摩擦力が必ずしも小さくないことが確かめられて
いる。セラミックの内ジルコニア焼結体は、焼結の際に
主としてＹ2 Ｏ3 、ＭｇＯが加えられている。その添加
量は３〜５％（Ｗ％）である。この添加物がジルコニア
ＺｒＯ2 結晶間に点在し、潤滑油との化学吸着性を発生
させ摩擦力を減少させていると考えられている。しかし
この程度の添加物では十分な吸着膜反応を起こすことが
できない。したがってより積極的に化学吸着膜を形成さ
せるために単体で最も化学吸着性の良い四酸化鉄Ｆｅ3
Ｏ4 を用いた。このような観点を踏まえてなされた本願
発明の概要は、エンジンのシリンダ内に配置されて内面
でピストンの上下摺動動作が行なわれる複合セラミック
シリンダライナーにおいて、金属製で円筒形に形成され
たライナー本体の内面に、少なくとも四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ
4 を含むセラミックの薄膜層を溶射し、摺動面を形成し
たことを特徴とする複合セラミックシリンダライナーの
提供であり、その製法は、平板状の金属板の表面に少な
くとも四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4 を含むセラミックを溶射によ
り付着せしめた後、セラミック付着面を内側にして前記
金属板を円筒状に折曲げて端部付け合わせ部分を溶接に
より接着し、内面のセラミック薄膜層の表面を研磨し、
その製造法の簡素化を図ったことを特徴とする複合セラ
ミックシリンダライナーの製造方法である。It has been confirmed that ceramics, particularly silicon nitride and zirconia, do not necessarily have a small frictional force with a metal when a lubricating oil is used. In the ceramic zirconia sintered body, Y 2 O 3 and MgO are mainly added at the time of sintering. The added amount is 3 to 5% (W%). It is considered that this additive is scattered between the zirconia ZrO 2 crystals and causes chemisorption with the lubricating oil to reduce the frictional force. However, with such an additive amount, a sufficient adsorption film reaction cannot occur. Therefore, in order to form a chemisorption film more positively, iron tetroxide Fe 3 having the best chemisorption property alone is used.
O 4 was used. The summary of the present invention made in view of such a viewpoint is that in a composite ceramic cylinder liner which is arranged in a cylinder of an engine and in which an up and down sliding operation of a piston is performed, a liner formed of a metal and having a cylindrical shape is used. At least iron tetroxide Fe 3 O on the inner surface of the body
The present invention provides a composite ceramic cylinder liner characterized in that a thin film layer of ceramic containing 4 is sprayed to form a sliding surface, the manufacturing method of which is at least iron tetroxide Fe 3 O on the surface of a flat metal plate. After depositing the ceramic containing 4 by thermal spraying, bend the metal plate into a cylindrical shape with the ceramic adhering surface inside and bond the end joining parts by welding, and polish the surface of the ceramic thin film layer on the inner surface,
A method for manufacturing a composite ceramic cylinder liner, characterized in that the manufacturing method is simplified.
【０００６】[0006]
【作用】セラミックスはヤング率が大きいので、摩擦時
に加わる外力に対する変形が小さく、理論的に摩擦係数
が小さくなることはわかっているが、このセラミックス
に四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4 をさらに添加すると、潤滑油の化
学吸着性が向上する。四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4 を含み、交差
する面を有するセラミックス複合体の摩擦摺動試験を実
施すると、この複合体はきわめて小さい摩擦係数を示
す。[Function] Since ceramics has a large Young's modulus, it is known that the deformation with respect to an external force applied during friction is small and the friction coefficient is theoretically small. However, if iron tetroxide Fe 3 O 4 is further added to this ceramic, The chemical adsorption of lubricating oil is improved. When a friction-sliding test of a ceramic composite containing iron tetroxide Fe 3 O 4 and having intersecting surfaces is carried out, this composite exhibits a very low coefficient of friction.
【０００７】[0007]
【実施例】次に本発明の一実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る複合セラミックシリンダ
ライナーを示す斜視図である。該複合セラミックシリン
ダライナーＬは外周に円筒状のライナー本体１を有す
る。ライナー本体１は内面にセラミック複合体を被覆し
た鋼鉄板からなり、この鋼鉄板を円筒状に折曲し、図１
においてシーム部Ｓにて溶接されている。ライナー本体
１の内側には、溶射により設けられたセラミック薄膜層
５が形成されている。セラミック薄膜層５は、窒化珪素
またはジルコニアである。セラミック薄膜層５の内側
は、鏡面状に研磨されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a composite ceramic cylinder liner according to the present invention. The composite ceramic cylinder liner L has a cylindrical liner body 1 on the outer circumference. The liner body 1 is made of a steel plate whose inner surface is coated with a ceramic composite, and the steel plate is bent into a cylindrical shape.
Are welded at the seam S. Inside the liner body 1, a ceramic thin film layer 5 formed by thermal spraying is formed. The ceramic thin film layer 5 is silicon nitride or zirconia. The inside of the ceramic thin film layer 5 is mirror-polished.
【０００８】つぎに、本発明にかかる複合セラミックシ
リンダライナーの製法について説明する。図２に示すよ
うに、予め下面側の両端に傾斜部２、３を設けた鋼板４
（後にライナー本体１となる）の表面を洗浄の後、平坦
に研磨し、錆びや小さな傷を無くしておく。その後、表
面に均等にセラミックスを溶射により付着させて、図３
に示すように厚さ５０〜３００μｍ程度のセラミック薄
膜層５’を均等の厚さに形成する（該薄膜層がライナー
本体１の内側に被着されるセラミック薄膜層となるもの
である）。Next, a method of manufacturing the composite ceramic cylinder liner according to the present invention will be described. As shown in FIG. 2, a steel plate 4 having inclined portions 2 and 3 provided at both ends on the lower surface side in advance.
After cleaning the surface (which will later become the liner body 1), it is ground flat to eliminate rust and small scratches. After that, ceramics are evenly attached to the surface by thermal spraying, and then, as shown in FIG.
As shown in (4), a ceramic thin film layer 5'having a thickness of about 50 to 300 μm is formed to have a uniform thickness (the thin film layer serves as a ceramic thin film layer adhered to the inside of the liner body 1).
【０００９】上記セラミック薄膜層５’を形成している
セラミックは、ジルコニアＺｒＯ2粉末９０Ｗ％〜７５
Ｗ％の中に四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4 を５Ｗ％〜１５Ｗ％、酸
化イットリアＹ2 Ｏ3 を５Ｗ％〜１０Ｗ％混入した粉末
をプラズマ等に混入、溶射したものを均等に分散させた
ものである。The ceramic forming the ceramic thin film layer 5'is made of zirconia ZrO2 powder of 90 W% to 75%.
Powder in which 5 W% to 15 W% of iron tetroxide Fe 3 O 4 and 5 W% to 10 W% of yttria oxide Y 2 O 3 are mixed in plasma etc. in W% and sprayed are evenly dispersed. Is.
【００１０】このように形成された鋼板４を、セラミッ
ク薄膜層５’を内側にして円筒状にカールし、図４に示
すように、傾斜部２と３が付き合わされた断面Ｖ字状の
溝６をレーザー等による溶接により埋め尽くし、図１に
示すシーム部Ｓを形成する。その後、円筒状に形成され
たものを円筒形の基準ボアに圧入し、内面を研磨して所
定の内径を有する複合セラミックシリンダライナーを形
成する。The steel plate 4 thus formed is curled into a cylindrical shape with the ceramic thin film layer 5'inside, and as shown in FIG. 4, a groove having a V-shaped cross section in which inclined portions 2 and 3 are butted. 6 is filled up by welding with a laser or the like to form the seam portion S shown in FIG. Then, the cylindrically shaped product is press-fitted into a cylindrical reference bore, and the inner surface is polished to form a composite ceramic cylinder liner having a predetermined inner diameter.
【００１１】上記実施例において、セラミック薄膜層５
はジルコニアＺｒＯ2 を主体としているが、これを窒化
珪素Ｓｉ3 Ｎ4 に代替せしめることもでき、この場合も
上記実施例と同様な作用と効果が得られる。In the above embodiment, the ceramic thin film layer 5
Is mainly composed of zirconia ZrO 2 , but it can be replaced with silicon nitride Si 3 N 4. In this case, the same action and effect as those of the above-mentioned embodiment can be obtained.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
金属製で円筒形に形成されたライナー本体の内面に、少
なくとも四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4 を含み表面を研磨したセラ
ミックの薄膜層を形成して複合セラミックシリンダライ
ナーを構成しているので、潤滑油が四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4
に対して強力な化学吸着性を示す。またＺｒＯ2 Ｓｉ3
Ｏ4 等はヤング率が大きいので外力に対する変形が少な
く、またＦｅ3 Ｏ4 が存在する結晶粒界局部には潤滑油
を保留する気孔が存在し、その気孔からの潤滑油の供給
が連続する効果と相まってシリンダライナーとピストン
との摩擦摺動動作において、きわめて小さい摩擦係数を
示す。しかも、金属製のライナー表面にはセラミック薄
膜層が被着されているので、燃焼室温が上昇してもライ
ナーの表面が軟化したり、一部溶融するようなことは無
くなる。As described in detail above, the present invention is
Since a thin ceramic layer containing at least iron tetroxide Fe 3 O 4 and having a polished surface is formed on the inner surface of a metal-made cylindrical liner body to form a composite ceramic cylinder liner, a lubricating oil is used. Is iron tetroxide Fe 3 O 4
It shows a strong chemisorption property against. Also ZrO 2 Si 3
Since O 4 has a large Young's modulus, it is less deformed by an external force, and there are pores for retaining the lubricating oil in the grain boundary parts where Fe 3 O 4 exists, and the lubricating oil is continuously supplied from the pores. In combination with the effect, it exhibits a very small coefficient of friction in the friction sliding movement between the cylinder liner and the piston. Moreover, since the ceramic thin film layer is adhered to the surface of the metal liner, even if the combustion room temperature rises, the surface of the liner is not softened or partially melted.
【００１３】また、本発明の製法は、平板状の金属板の
表面にセラミックを溶射により付着せしめた後、セラミ
ック付着面を内側にして前記金属板を円筒状に折曲げて
端部付け合わせ部分を溶接により接着し、内面のセラミ
ック薄膜層の表面を研磨するというものであり、ピスト
ンに対して従来のものよりも摩擦が少ないセラミックシ
リンダライナーを提供することができる。またセラミッ
クを円筒状で金属製のライナー本体の内面にきわめて簡
単な方法で被着でき、従来では不可能であったセラミッ
ク薄膜層を内面に備えた低摩擦のシリンダライナーを簡
単にしかも安価に提供することができる。Further, according to the manufacturing method of the present invention, after the ceramic is deposited on the surface of the flat metal plate by thermal spraying, the metal plate is bent into a cylindrical shape with the ceramic-adhering surface inside and the end-attached portion is formed. The ceramic cylinder liner is bonded by welding and the surface of the ceramic thin film layer on the inner surface is polished, so that it is possible to provide a ceramic cylinder liner that has less friction against the piston than conventional ones. In addition, ceramics can be applied to the inner surface of a cylindrical metal-made liner body by an extremely simple method, and a low-friction cylinder liner having a ceramic thin film layer on the inner surface, which was impossible in the past, can be provided easily and at low cost. can do.
【図１】図１は本発明に係る複合セラミックシリンダラ
イナーの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a composite ceramic cylinder liner according to the present invention.
【図２】図２は本発明に係る複合セラミックシリンダラ
イナーの製造過程を説明するための斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining a manufacturing process of the composite ceramic cylinder liner according to the present invention.
【図３】図３は本発明に係る複合セラミックシリンダラ
イナーの製造過程を説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the composite ceramic cylinder liner according to the present invention.
【図４】図４は本発明に係る複合セラミックシリンダラ
イナーの製造過程を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the composite ceramic cylinder liner according to the present invention.
Ｌ・・・・・シリンダライナー １・・・・・ライナー本体 Ｓ・・・・・シーム部 ２・・・・・傾斜部 ３・・・・・傾斜部 ４・・・・・鋼板 ５・・・・・セラミック薄膜層 ６・・・・・Ｖ字状の溝 L ... Cylinder liner 1 ... Liner body S ... Seam part 2 ... Inclined part 3 ... Inclined part 4 ... Steel plate 5 ... ... Ceramic thin film layer 6 ... V-shaped groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 4/10 Ｆ０１Ｍ 9/12 Ｆ０２Ｆ 1/10 Ａ Ｆ１６Ｊ 10/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location C23C 4/10 F01M 9/12 F02F 1/10 A F16J 10/04
Claims (4)
ピストンの上下摺動動作が行なわれる複合セラミックシ
リンダライナーにおいて、金属製で円筒形に形成された
ライナー本体の内面に、少なくとも四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4
とセラミックが分散分布するよう形成し薄膜層を形成し
たことを特徴とする複合セラミックシリンダライナー。1. A composite ceramic cylinder liner which is arranged in a cylinder of an engine and in which a piston slides up and down on its inner surface, wherein at least iron tetroxide Fe is formed on the inner surface of a metal-made cylindrical liner body. 3 O 4
A composite ceramic cylinder liner characterized in that a thin film layer is formed by dispersing and ceramics.
Ｏ2 粉末９０Ｗ％〜７５Ｗ％の中に四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4
を５Ｗ％〜１５Ｗ％、酸化イットリアＹ2 Ｏ3 を５Ｗ％
〜１０Ｗ％混入しジルコニアとＦｅ3 Ｏ4 結晶が均一に
分散し窒化珪素結晶粒界にＦｅ3 Ｏ4 を存在せしめたも
のであることを特徴とする請求項１に記載の複合セラミ
ックシリンダライナー。2. The ceramic thin film layer is zirconia Zr.
O 2 powder 90% to 75% by weight of iron tetroxide Fe 3 O 4
5 W% to 15 W%, yttria oxide Y 2 O 3 5 W%
Composite ceramic cylinder liner according to claim 1, wherein the mixed ～10W% zirconia and Fe 3 O 4 crystals is obtained allowed to exist the Fe 3 O 4 uniformly dispersed silicon nitride crystal grain boundaries.
Ｎ4 粉末９０Ｗ％〜７５Ｗ％の中に四酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4
を５Ｗ％〜１５Ｗ％、酸化イットリアＹ2 Ｏ3 を５Ｗ％
〜１０Ｗ％混入し窒化珪素の結晶粒界にＦｅ3 Ｏ4 が分
散存在せしめたものであることを特徴とする請求項１に
記載の複合セラミックシリンダライナー。3. The ceramic thin film layer comprises silicon nitride Si 3
Iron tetraoxide Fe 3 O 4 in 90% to 75% by weight of N 4 powder
5 W% to 15 W%, yttria oxide Y 2 O 3 5 W%
2. The composite ceramic cylinder liner according to claim 1, wherein Fe 3 O 4 is dispersed and present in a crystal grain boundary of silicon nitride mixed with 10 W%.
鉄Ｆｅ3 Ｏ4 を均一分散状に含むセラミックを溶射によ
り付着せしめた後、セラミック付着面を内側にして前記
金属板を円筒状に折曲げて端部付け合わせ部分を局部溶
接により接着し、内面のセラミック薄膜層の表面を研磨
することを特徴とする複合セラミックシリンダライナー
の製造方法。 4. A ceramic containing at least iron tetroxide Fe 3 O 4 in a uniformly dispersed state is deposited on the surface of a flat metal plate by thermal spraying, and the metal plate is formed into a cylindrical shape with the ceramic adhesion surface facing inward. A method for producing a composite ceramic cylinder liner, which comprises bending and adhering end-to-end joints by local welding, and polishing the surface of the inner ceramic thin film layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6078090A JPH07259638A (en) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | Composite ceramic cylinder liner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6078090A JPH07259638A (en) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | Composite ceramic cylinder liner |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07259638A true JPH07259638A (en) | 1995-10-09 |
Family
ID=13652160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6078090A Pending JPH07259638A (en) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | Composite ceramic cylinder liner |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07259638A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5786098A (en) * | 1996-10-07 | 1998-07-28 | Caterpillar Inc. | Iron oxide coated low alloy steel substrate for improved boundary lubrication |
| CN102288040A (en) * | 2011-07-29 | 2011-12-21 | 兴化市华伦达铸钢有限公司 | Ceramic inner barrel hanging sheet |
| CN113649772A (en) * | 2021-08-17 | 2021-11-16 | 江苏三条鱼新材料科技有限公司 | Production process of high-temperature structural ceramic/metal composite pipe for aluminum alloy die casting machine |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP6078090A patent/JPH07259638A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5786098A (en) * | 1996-10-07 | 1998-07-28 | Caterpillar Inc. | Iron oxide coated low alloy steel substrate for improved boundary lubrication |
| CN102288040A (en) * | 2011-07-29 | 2011-12-21 | 兴化市华伦达铸钢有限公司 | Ceramic inner barrel hanging sheet |
| CN113649772A (en) * | 2021-08-17 | 2021-11-16 | 江苏三条鱼新材料科技有限公司 | Production process of high-temperature structural ceramic/metal composite pipe for aluminum alloy die casting machine |
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