JPH07501987A - 鋳物と冶金学的に結合した挿入物 - 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】 と　・　に　４：Ａ　〜 □ 本発明は挿入物（インサート）の周囲に溶融アルミニウム（合金）を鋳込んで作 るアルミニウム鋳造物品に取り付けるための、金属装入物の表面を処理するため ためのプロセスに関係する。更に詳述すれば、本発明はライナー装入物の筒状を した外面と、これを取り巻くアルミニウム鋳造のエンジンブロック間に実質上連 続した冶金学的結合を形成するために、エンジンシリンダー用ライナー挿入物の 表面を処理するためのプロセスに関係する０本技術を適当に応用することで、個 々のライナー装入物と鋳物ブロック間に強固な構造上の結合を作ることができる とともに、エンジンを運転したとき、燃焼熱と摩擦熱とを除去するための冷却剤 とライナー挿入物間の伝熱を改善できる、ライナ一対ブロック界面をも提供する ことが出来る。

１見韮ｌ 自動車等の車輌に搭載するのに適したエンジンを製造するのに使用される鋳物製 内燃機関のエンジンブロックは、エンジンの構造上の剛性と、硬化した磨耗面を もつ数個のピストンリングを備えた円筒状ピストンが、シリンダ一孔中を迅速に 滑動するために生ずる磨耗に耐えるために長い間鋳鉄で作られてきた。しかしブ ロック材として鋳鉄を使用するとエンジンが重くなり、その重量のために燃料消 費が増大する結果になる。このことは燃料経済を向上させる目的で、より軽量の 自動車を提供せんとする現代の傾向に反するものである。

自動車の燃料経済を向上させる一つの方法は、エンジンブロックをアルミニウム 合金で作ってエンジン重量を軽減することであるが、それはアルミニウムの密度 が鋳鉄より著しく軽いためである。アルミニウム協会に登録されている合金３９ ０　、Ａ３９０　、及びＢ５９０　（これ以後”３９０”）は必要な強度をもち 、鋳造に最適であるとともに、エンジンを長期にわたって故障なく運転するのに 必要な磨耗耐性をも備えているが、シリンダーライナー挿入物を備えたアルミニ ウム製のエンジンブロックが提供できれば好ましい場合もある。

しかしアルミニウム合金のエンジンブロックを構成するために鋳鉄、又は３９０ 合金のシリンダーライナー挿入物の周囲に、溶融アルミニウムを注入しても、ア ルミニウム合金鋳物とシリンダーライナー挿入物間に冶金学的な結合は生成しな い、その結果シリンダーライナー挿入物と周囲のアルミニウム合金ブロック間の 接続は単なる機械的な接続（界面での明確な不連続で定義される）にすぎず、こ れがライナーから隣接するエンジンブロックを通過して、エンジン冷却剤（空気 又は液体）への熱の移動割合を制限するので、エンジンの冷却効果が低下する結 果になる。

それぞれが鋳鉄のライナー挿入物を備えた複数個のシリンダ一つきアルミニウム 鋳物のエンジンブロックを製作するための一つの手掛かりは、マサノリ　オオタ に１９９１年４月９日発行された米国特許第５００５４６９号に開示されている ・本特許ではシリンダーライナーユニットを構成するために、側方に間隔をとっ た数個のライナーの周囲に先ずアルミニウム合金を鋳こむことで、間隔を保った 並列関係に鋳鉄ライナーを一体化させる０次にこのシリンダーライナーユニット をエンジンブロックの型にいれ、周囲に溶融アルミニウム合金を流し込んでエン ジンブロックの構造体を完成している。しかしライナーユニットに構造上の剛性 をあたえるためには、ライナーの周囲に流し込むアルミニウム合金の厚みを充分 に取る必要があって、その結果エンジンブロックの重量は必要以上に重くなり、 そのために鉄ライナーとライナーユニット鋳物間、又はライナーユニット鋳物と アルミニウムブロックの鋳物間に冶金学的結合を欠いて、シリンダーライナーと 冷却媒体間の伝熱効率が低下することになる。

鋳鉄のシリンダーライナー挿入物の周囲に溶融アルミニウム合金の鋳込みを開示 した別の特許は、ヒロシ　ャマガタに１９９１年５月７日発行された米国特許第 ５０１２７７６号である。本特許は関連する核メンバーと一緒に鋳鉄のシリンダ ーライナー挿入物を型に入れ、次いで溶融アルミニウム合金を型とライナー挿入 物の周囲に注入することだけを開示している。

鉄系本体にアルミニウム被覆層を鋳こむプロセスはＨｏｗａｒｄ　Ｌ、Ｇｒａｎ ｇｅとＤｅａｎ　Ｋ、）Ｉａｎｉｎｋに１９５１年３月１３日発行された米国特 許第２５４４６７１号に開示されていて、取引上“ＡＬＦＩＮ”プロセスとして 周知のものである。それには鉄系本体をまず酸化鉄を吸収可能な加熱した塩浴中 で洗浄する。塩浴中で綺麗にしたあと、本体をアルミニウム、またはアルミニウ ム合金層で濡らして被覆するために溶融したアルミニウム、又はアルミニウム合 金に鉄系本体を短時間浸漬する、このようにして被覆した鉄系鉄本体を溶融アル ミラム浴より取り出して、アルミニウム被覆が固化する前に、被覆した本体を直 ちに型に入れ、溶融アルミニウムを型のなかの被覆した鉄系本体に注入する。鉄 系本体とこれに注入したアルミニウムとは、実際上は冶金学的に一緒に結合する が、本プロセスは被覆がまだ溶融している間に被覆した鉄系本体が、溶融アルミ ニウムで取り巻かれるときにのみ結合は成功することになる。このように被覆し た鉄系本体を周囲の常温まで冷却して、後日の用に供することは出来ない。

ブロック材料が鋳造したアルミニウム本体で、シリンダーが充分な厚みをもつア ルミニウム鋳物で囲まれた中空管状の鉄系ベースのライナー挿入物である内燃機 関ブロックの製造が提案されていることも周知であるが、ライナー挿入物の周囲 にアルミニウムを単に鋳こむだけでは両材料間に冶金学的な結合が出来ず、アル ミニウムとライナー挿入物間に不連続な面対面接触が生成するにすぎないことが 分かっている。その結果、ライナー挿入物の内部から外部の冷却剤への伝熱は、 冷却剤が液状であれガス状であれ、二つの異なる材料が冶金学的に互いに結合し て、中断されずに連続した熱の通路が存在する場合と比較すると効率が劣ること になる。ライナーからエンジン冷却剤への伝熱能力は、エンジン出力の増大と共 に増加して、その結果燃焼室内の作動温度が上昇する。それはこの種エンジンの 熱効率が高温作動のために増大するためでもある。

さらにシリンダーのライナー挿入物が未結合であるために起こる第二の結果は、 構造上必要な剛性を付与するためにエンジンブロックの設計を必要以上に重装備 にする必要が生ずるが、それはライナーと周囲の鋳物が構造的に互いに独立して 機能しているためである。一方シリンダーライナー挿入物を鋳物のアルミニウム エンジンブロックへ冶金学的に結合させると、ライナーとブロックとが構造上一 体として作用して、最軽量の設計が可能になる。未結合のシリンダーライナー挿 入物がもつ別の結果は、作動中未結合のライナーとブロック間に動きが発生する 可能性のあることで、これがために気密上の問題が発生する。ところがシリンダ ーライナーを冶金学的に結合すると、この様な運動は起こらない。

さらにエンジンの作動効率を改善するためには、シリンダーライナー挿入物と注 入したアルミニウムブロック間に冶金学的結合を作るのが好ましいのに加えて、 シリンダーライナー挿入物を表面処理する場合には、処理した挿入物が処理後直 ちに使用できたり、あるいはその代わりに一度常温まで冷却してから、後日の使 用に備えて貯蔵可能にできれば好ましい。

従って本発明の目的は鋳鉄のような鉄系材料、又は３９０合金のようなアルミニ ウム合金の何れかからなるシリンダーライナー挿入物が、ブロック材と冶金学的 に結合されていて、シリンダーライナー挿入物の内面からライナー挿入物とブロ ック材とを通して、エンジンの冷却媒体（流体又はガス）へ中断されずに連続し た熱の通路ができている、シリンダーライナー挿入物を含むアルミニウムの鋳造 エンジンブロックを提供するにある。冶金学的に結合したシリンダーライナー挿 入物ができると構造上の完全性が改善されて、最軽量のエンジンブロックが出来 上がることになるさらに本発明の別の目的はアルミニウム、又はアルミニウム合 金をライナー挿入物の周囲に注入して、冶金学的結合を作る後日の鋳込みプロセ スに使用するために貯蔵可能な、表面を被覆したシリンダーライナー挿入物を提 供することである。

ｌ豆皮】ｊ 簡単に言えば、本発明の一観点に従えば、鉄系材料からなる挿入物表面を被覆す るためのプロセスが提供できる。

すなわち鉄系挿入物の表面に金属結合材の薄層を被覆して、溶融アルミニウム（ 合金）を挿入物の周囲に注入する鋳込みプロセスで、被覆した挿入物を溶融した アルミニウム合金と冶金学的に一体物にすることである。

本発明の別の観点に従えば、ライナー挿入物に前処理と予熱を施してから被覆し た外面周囲に溶融したアルミニウム（合金）を注入する鋳造プロセスで、被覆し た鉄系ライナー挿入物がアルミニウム（合金）と冶金学的に結合出来るように、 中空間状の鉄系ライナー挿入物の筒状外面を金属結合材で前処理して被覆するプ ロセスが提供できる。本プロセスには不純物、酸化物、及び異物を除去して外面 を一層被覆し易くするために、鉄系ライナー挿入物の筒状外面の前処理が含まれ る。前処理した鉄系ライナー挿入物を次に約２５０°Ｆまで予熱する。

先ず鉄系挿入材の融点より低く、またアルミニウム鋳物合金の融点よりも低いが 、出来上がるエンジンブロックの意図する作動温度よりは高い融点を持つ金属結 合材を準備する。溶融した金属結合材は鉄系ライナー挿入物の鉄と金属間化合物 を作ることが出来て、従って鉄系ライナー挿入物の外面と冶金学的に結合できる 。

前処理と予熱をしたシリンダーライナー挿入物の外面を溶融した金属結合材が濡 らし、これと合金を作ってライナー挿入物の筒状外面を完全に被覆して冶金学的 にこれと結合させるのに充分な時間、鉄系ライナー挿入物を所定時間溶融金属結 合材へ浸漬する０次にこのように外面を被覆した鉄系のライナー挿入物を冷却し て、金属結合材の薄い被覆を固化させる。

さらに本発明の別の観点に従えば、例えば３９０合金のようなアルミニウム合金 製の中空筒状のシリンダーライナー挿入物の筒状外面のような、アルミニウム物 品の表面を被覆するためのプロセスが提供できる。物品又は挿入物の表面に薄い 金属結合材の被覆を施すことで、溶融アルミニウム（合金）を挿入物の被覆面の 周囲に注入する鋳込みプロセスによって、被覆した挿入物を溶融したアルミニウ ム合金と冶金学的に一体物にすることができる。

そのためには先ず結合材の融点がアルミニウム挿入材の融点より低（、アルミニ ウム鋳物合金の融点よりも低いが、出来上がるエンジンブロックの意図する作動 温度よりは高い溶融金属結合材を準備する０本溶融金属結合材はライナー挿入物 と合金を作ることが出来るので、ライナー挿入物の外面との冶金学的結合が可能 になる。一実施例では溶融結合材を超音波被覆ポット中に配置している。

アルミニウムのライナー挿入物を予熱して溶融金属結合材に浸漬し、一方溶融金 属結合材にシリンダーライナー挿入物の予熱１ノだ外面を濡らしてこれと合金を 作らせ、ライナー挿入物の筒状外面を完全に被覆して、冶金学的結合をするのに 充分な所定時間超音波エネルギーを供給する１次いで外面を被覆したアルミニウ ムライナー挿入物を冷却して、金属結合材の薄い被覆を固化させる。

さらに本発明の別の観点に従えば、鉄又はアルミニウムのシリンダーライナー挿 入物（上述のとおり処理する）を予熱し、エンジンブロックの型の内部に配置す る。ついで溶融アルミニウムを型に注入してライナー挿入物表面の周囲を囲ませ る。すると溶融アルミニウムがライナー挿入物の外面の金属結合材と合金を作る ので、これと冶金学的結合が出来ることになる。ここに記載した結合は、鋳物の アルミニウムエンジンブロックとシリンダーライナー挿入物間に強固な接続を提 供する０本結合はライナー内面とアルミニウムブロック材の周囲に循環する流体 、又はガス状の冷却剤間に中断されずに連続した熱の通路を提供すると共に、構 造上の完結性をも増進する結果になる。

１１立１皇１且ｌ 第１図は内部をピストンが往復動するエンジンシリンダーの内面を規定する、中 空で筒状のライナー挿入物の透視図である。

第２図は第１図の２−２線で切断した断面図である。

第３図から第７図迄は鉄系のシリンダーライナー挿入物と金属結合材の表面被覆 間の拡大断面の顕微鏡写真であって、金属被覆の顕微鏡組織と、５種類の異なる 鉄系材料面を被覆するのに用いた技術のそれぞれに対する界面結合の完全性とを 例示するものである。第３図から第７図までのそれぞれにおいて、最上層は金属 結合材を示し、各図の低部の層は鉄系挿入材であある。

第８図はアルミニウム合金のシリンダーライナー挿入物と、金属結合材の表面被 覆間の拡大断面の顕微鏡写真であって、界面における結合の顕微鏡組織と完全性 を例示するものである。この図で最上層は金属結合材を示し、低部の層はアルミ ニウム挿入材である。

第９図は４気筒自動車用アルミニウムエンジンブロツクの概略図である。第９ａ 図は第９図の２−２線の断面図であって、ライナー挿入物を鋳込んで、その場で 冶金学的に結合させたシリンダーの横断面図である。

第１Ｏ図は被覆した鉄系のシリンダーライナー挿入物と、ライナーの周囲に鋳込 んだアルミニウムエンジンブロック部分との拡大断面の顕微鏡写真であって、こ の界面に出来た冶金学的結合の顕微鏡組織とその完全性を例示するものである。

第１１図は被覆したアルミニウムのシリンダーライナー挿入物と、ライナーの周 囲に鋳込んだアルミニウムエンジンブロック部分との拡大断面の顕微鏡写真であ って、この界面に出来た冶金学的結合の顕微鏡組織とその完全性を例示するもの である。

口　る　こ　の　工 ここでこれらの図面のうち特に第１．２．９、及び９ａの各図を参照することに する。第９図においてエンジンブロックｌＯには、ブロックの縦軸にそって互い に間隔を取って、それぞれ互いに平行な軸をもつ４個の個々のシリンダ一孔１２ ．１４．１６、及び１８が付いている。第１図及び第２図は管状のシリンダー、 又はスリーブ２０を示し、さらに第９ａ図はライナー２０内を滑動自在に往復動 するピストン３４に対して、希望する磨耗面を提供するためにシリンダ一孔１２ に嵌めたところを示す、これから分かるとおり、シリンダ一孔１４．１６、及び １８もまたこの中にライナー２０を嵌め込むためのものであるが、説明を簡単に するために唯１個のライナーしか示していない、さらにシリンダーヘッド（図示 せず）をブロック１０の頭部に固定し、油圧（図示せず）をブロック低部に付け ることも同業者に周知のことであり、さらにブロック内の孔の配置をこれと異な る配置にできることも周知のことである。

エンジンブロックｌＯの構造を、アルミニウムの合金鋳物、例えば合金３１９　 、３３３　、３５６　、３８０　、又は３９０の何れかのうち、それぞれ好まし い強度と、鋳込みと機械加工が容易で内燃機関のエンジンブロックの鋳込みに適 した重量組成とをもつ合金で作るのが好ましい、第９図および第９ａ図に示すと おり、エンジンブロックｌＯには一般に孔１２．１４．１６、及び１８の周囲に 沿って延びる複数の個々の通路２２があって、エンジンとして作動中ブロック温 度を予め定めた温度、又はそれ以下に維持するために冷却剤がここを循環するこ とができる。内部に冷却剤用の通路がついだ液冷式エンジンに関しては、例示も あり説明もされているが、同業者にとっては本発明が或いは外部冷却フィン付き の空冷式エンジンにも適用可能なことは明らかである。

シリンダーライナー２０は鋳物のような鉄系材料、又は合金３９０　、　Ａ３９ ０　、　Ｂ５９０゜又はこれ以外の類似した過共晶Ａｌ−５ｔ合金のような、適 当なアルミニウム合金から作ることもできる。各ライナー２０には筒状の内面２ ４と外面２６とがあって、以下に詳細に説明する通り筒状の孔の内部に適合する ようになっている。

アルミニウム合金を鋳込んで、内部に往復動するピストン３４をそなえたシリン ダーライナー挿入物２０付きのエンジンブロックｌＯを作るに際しては、アルミ ニウム合金ブロック１０をライナー挿入物２０の周囲に直接鋳込むことが可能で ある。然し溶融アルミニウムと鉄系、又はアルミニウム系シリンダーライナー間 に（ライナー挿入物上の表面状況と高温時の時間不足のために）合金が生成しな いので、出来た界面はライナーから界面のアルミニウム側冷却剤への伝熱を妨害 するように作用する不連続な機械的接続でしかありえない。

ここで適当な低融点金属層（シリンダーライナー挿入物とアルミニウム鋳物の両 方と合金を作る）をシリンダーライナー挿入物の処理済の筒状外面２６に適当に 付けたとき、ライナー挿入物２０、結合材及びアルミニウム（合金）鋳物１０７ ２１０間に冶金学的結合が出来ることが分かった。ここにできた冶金学的結合で は、異なる金属、又は接続が困難な材料間の結合に特有な明確な不連続が生成せ ずに、実質上中断されずに連続した熱の通路が出来上がる。このような冶金学的 結合が出来るには、システムの異なる金属材料間に合金化が進行する必要がある 。

亜鉛、錫、及びこれらの合金（例えば殆ど純粋に近い亜鉛、殆ど純粋に近い錫、 ９５％亜鉛と５％アルミニウム、９５％錫と５％亜鉛、又は９５％錫と５％アン チモニー）は全て鉄系ベースの二つの挿入物、及びアルミニウムベースの挿入物 、または例えば合金３１９．３３３．３５６　、３８０　、又は３９０のような 、内燃機関のエンジンブロックを鋳込むのに適したアルミニウム合金（アルミニ ウム協会指定）とも合金を作って冶金学的に結合できる適当な金属結合材である ことが判明した。これ以後は金属結合材として亜鉛だけについて説明するが、上 述の金属と合金、並びこれに相当する金属と合金も、亜鉛の代わりに使用できて 、亜鉛について行った検討は単に便宜上のものであると理解されたい、さらにカ ドミウムも金属結合材に適当であろうが、カドミウム化合物の毒性と、これらの 化合物残渣が環境に及ぼす負の影響のために、本目的へのカドミウムの使用は好 ましくないことになる。

挿入物表面へ金属結合を成功裡に付けるには、被覆する表面が結合材を受け入れ る必要がある０例えば第１．２図に例示したような管状構造の鋳鉄のシリンダー ライナー挿入物の場合には、被覆前に外面にグリッドブラストをかけるか、又は 機械加工をして鋳物砂、酸化物、及び不純物を除去しておく必要がある。このよ うに清浄にした筒状の外面が一層金属結合を受け入れやすくすために、さらに表 面処理をすることもできる。このような追加の前処理には、表面のサンドブラス ト、又はグリッドブラスト、塩浴（例えばＤｅｔｒｏｉｔ（Ｍｉｃｈｉｇａｎｌ のにｏｌｅｎｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが実施しているＫｏｌｅｎｅプロセス ）内での鋳鉄ライナー挿入物の表面から黒鉛を除去するための電解還元、及び鋳 鉄ライナー挿入物の表面ヘノ液状フラックス（例えばＷｉｌｍｉｎｇｔｏｎ　［ ＤｅｌｗａｒｅｌのＥ、１．ｄｕＰｏｎｔ　ｄａ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　＆Ｃｏ、、 Ｉｎｃ、、から入手出来るＺａｃｌｏｎ　Ｋ、　）の使用などがある。

ライナー挿入物の筒状外面の前処理が完了したら、金属結合材を被覆する。好ま しい結合材は実質上線な亜鉛であって、亜鉛の融点は鋳鉄とアルミニウムの何れ の融点よりも低いが、エンジンブロックの作動温度の期待値よりは高い、亜鉛は 鉄またはアルミニウムのいずれとも冶金学的結合を作ることが出来る。

亜鉛結合材をつけるには、前処理後に予熱した鉄系のライナー挿入物を、挿入物 表面を亜鉛が完全に濡らすのに充分な時間（例えば約１分間またはそれ以上）溶 融した亜鉛中に浸漬する。ライナーを余熱する好ましい温度は約２５００Ｆであ り、溶融亜鉛は約９００°Ｆの温度に維持する。このようにして付けたままの亜 鉛被覆の厚みは少なくとも０．００４インチにとるのが好ましい。

予熱したアルミニウムライナー挿入物への亜鉛結合材の適用は、超音波でエネル ギーを与えた被覆用ポットに溶融亜鉛又は亜鉛−アルミニウム合金をいれ、これ に挿入物を浸漬してライナー挿入物の外面が亜鉛または亜鉛合金で完全に濡れる のに充分な時間（例えば約５秒またはそれ以上）保持する。ライナーを予熱する 好ましい温度は約７５０°で、溶融亜鉛又は亜鉛合金は超音波被覆ポットで約７ ９０°Ｆの温度に維持する。被覆したままの亜鉛または亜鉛合金被覆の厚みは約 ０．００１インチにとるのが好ましい。

溶融亜鉛から被覆したライナーを取り出し、ライナーを冷却して亜鉛または亜鉛 合金を固化させる。冷却は被覆したライナーを周囲の空気（制止又は移動）中で 行うか、又はライナーを約１分間空冷し、次いで常温の水へ入れてクエンチする 。このあと被覆したライナー挿入物は後日の使用に貯蔵することが出来る。

ライナー挿入物つきのアルミニウム合金製エンジンブロックを鋳込みたいときは 、必要数のライナー挿入物（上述どおり被覆ずみ）を挿入して、エンジンブロッ クの型内に適当に配置する必要がある。溶融したアルミニウム合金を次に型のラ イナー挿入物の周囲に注入して型に一杯にする、周囲に注入したアルミニウム合 金より融点が低い亜鉛又は亜鉛合金の表面被覆を、より高温の溶融アルミニウム によって溶融して、亜鉛とアルミニウム間に合金を作り、エンジンブロックの固 化と共に、ライナー被覆とアルミニウムブロック間に冶金学的結合を形成する。

被覆した鉄系ライナー挿入物は、先ず亜鉛被覆を切削して表面の酸化物を除き、 次に型にいれて溶融アルミニウムを注入する前に余熱（例えば約２５０°Ｆの温 度まで）するのが好ましい、ライナー挿入物を余熱するのは、冶金学的結合の生 成に悪影響を及ぼして、ブロックを使用不能にする、ライナー近傍又はこれに隣 接した鋳造エンジンブロックに鋳損じを生じかねない、ライナーに直接隣接した 溶融アルミニウムの過度の冷却を防ぐためである。

さらに永久鋳型を使用するときは型自身を、好ましくは例えば約４５０°Ｆの温 度、又はこれ以上に余熱するのが好ましく、シリンダーライナー挿入物の位置ぎ めをして支持するために使用する何れの核も、例えば約５２５°Ｆの温度、また はこれ以上に余熱するのが好ましい０例えばスクラップの３１９合金と３１９合 金インゴットとの５０．５０混合物の溶融アルミニウム合金の注入温度は約１３ ７５°Ｆにとるのが好ましい。

次に記載する実施例はライナー挿入物上に、ライナー挿入物と被覆間に希望する 冶金学的結合が存在するような、希望する金属の外側被覆を付けるための、若干 のライナー処理プロセスを開示することで、本発明の実施方法を例示せんとする ものである。

寒ＪＬＬ−１ 内径３．２２０インチ、鋳込んだままの最初の筒状外面をもち、軸長５．１２５ インチの鋳鉄のシリンダーライナー挿入物を準備した。鋳物砂、酸化物、及び不 純物を表面から除くために、筒状外面を旋盤で最終直径３．６３０インチまで切 削した０次に筒状外面を、均一でクリーンな白色の金属面が見えるまで＃２５サ イズのスチールグリッドを用いるグリッドブラストにかけた。このように処理し たライナー挿入物を炉にいれて、約２５０°Ｆの温度になるまで２０分間加熱し た。加熱後ライナー装入物を、溶融亜鉛に浸漬中ライナーを保持するための浸漬 用固定具に留めた。ライナーを固定具に留める直前に、浸漬用固定具を約４００ °Ｆまで予熱した。

実質上純亜鉛の最初の溶融物を第一坩堝に準備して、１０００±ｌＯ°Ｆの温度 に保った。実質上純亜鉛を第二坩堝に用意して、８４０±１０°Ｆの温度に保っ た。ライナーと浸漬用固定具を第一の溶融亜鉛に１０分間浸漬し、その間に鉄系 ライナー挿入物の前処理した外面を完全に溶融亜鉛に暴露して、鉄系挿入物と溶 融亜鉛との反応で金属間にＦｅ−Ｚｎ相を形成させた。

第一の溶融亜鉛に所定時間浸漬したら、ライナー挿入物と浸漬用固定具を第一の 溶融亜鉛からとり出して、直ちに第二の溶融亜鉛に１０〜３０秒間浸漬し、取り 出してから１分間空冷（溶融亜鉛の被覆中に溜まっているガスを放出させる）す ると、直ちにライナー挿入物と固定具を常温の水浴に浸漬して急激に被覆を固化 させて、鉄と亜鉛間の反応を停止させた。

このように被覆した鋳鉄のライナー挿入物から試料を切断し、金属組織学的な処 理をしてから１％のナイタル溶液でエッチして顕微鏡試験にかけた。第３図は鉄 −亜鉛界面からとったエッチした断面試料を２００倍に拡大した顕微鏡写真であ る。被覆構造を見ると、実質上純亜鉛マトリックス中に拡散鉄／亜鉛デルタ（９ ２Ｚｎ　：　８Ｆｅ）金属間相（小さな長方形の粒子）が均一に分散しているこ とが分かった。結合は連続的で、亜鉛中への鉄の拡散は鉄／亜鉛界面に密な鉄／ 亜鉛デルタ（８８Ｚｎ；　１２Ｆｅ）金属間相の柱状結晶の存在によって証明す ることが出来る。このようにして被覆したままの亜鉛結合材の厚みは約０．０１ ６インチであった。

Ｋ１五−ユ 内径３．２２０インチ、鋳込んだままの最初の筒状外面をもつ、軸長５．２１５ インチの鋳鉄のシリンダーライナー挿入物を準備した。鋳物砂、酸化物、及び不 純物を表面から除くために、筒状の外面を旋盤で最終外径３．６３０インチまで 切削した０次にライナー挿入物をＤｅｔｒｏｉｔ　［ＭｉｃｈｉｇａｎｌのＫ。

１ｅｎｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎへ送って、筒状の外面をＫｏｌｅｎｅプロセ スで処理して遊離石墨と酸化物を除去した。

このように処理したライナー挿入物を炉にいれて、ライナーが約２５０°Ｆの温 度になるまで約２０分間余熱した。余熱後ライナー挿入物を、溶融亜鉛に浸漬中 ライナーを保持するための浸漬用保持具に留めた。ライナー挿入物を固定具に留 める直前に、浸漬用固定具を約４００°Ｆまで予熱した。

実質上純溶融亜鉛を坩堝に準備して、約１０００±ｌＯ°Ｆの温度に保った。ラ イナー挿入物と浸漬用固定具とを溶融亜鉛中に５分間浸漬し、この間にライナー の前処理した外面を完全に溶融亜鉛に暴露して、鉄の挿入物と溶融亜鉛との反応 で金属間にＦｅ−Ｚｎ相を形成させた。溶融亜鉛から取り出すや直ちにライナー 挿入物を浸漬用固定具から外して静止した空気中で常温まで冷却した。

このように被覆した鋳鉄のシリンダーライナー挿入物から試料を切断し、金属組 織学的的処理をしてから１％のナイタル溶液でエッチして顕微鏡試験にかけた。

第４図は鉄−亜鉛界面からとったエッチした断面試料を４００倍に拡大した顕微 鏡写真である０本被覆の特徴は鉄の表面から亜鉛被覆へ突出した石墨白点の存在 しないことであって、これはＫｏｌｅｎｅの表面処理プロセスによって挿入物表 面から予め石畳を除去しておいたからである。さらに亜鉛被覆中に遊離石墨の白 点を認めることはできない。密なデルタ金属間相（８８Ｚｎ　；　１２Ｆｅ）を 鉄／アルミニウム界面に認めることが出来て、このことは鉄と溶融亜鉛とが適度 に反応して冶金学的結合を生成したことを示している。このようにして被覆した ままの亜鉛被覆の厚みは約０．０１１インチであった及皿丘−ユ 内径３．２２０インチ、鋳込んだままの最初の筒状外面をもつ、軸長５．１２５ インチの鋳鉄のシンリンダ−ライナー挿入物を準備した。鋳物砂、酸化物、及び 不純物を除くために、鋳込んだままの外面を最終外径３．６３０インチまで旋盤 で切削した。切削したライナー挿入物の筒状外面を１２００±１００Ｆの温度の 空気に約１時間暴露して外表面を酸化した。

このように酸化した挿入物に均一でクリーンな白色の金属表面が観察されるまで 、（酸化物層を除去するために）グリッドブラストをかけた。

このように処理したライナー挿入物を炉にいれて、ライナーが約２５０°Ｆの温 度に達するまで約２０分間予熱した。

余熱後ライナー挿入物を溶融亜鉛に浸漬するあいだ、ライナーを保持するために ライナー挿入物を浸漬用固定具に留めた。ライナーを固定具に留める直前に、浸 漬用固定具を約４００°Ｆまで予熱した。

実質上純溶融亜鉛を坩堝に準備して約１０００±ｌＯ°Ｆの温度に維持した。ラ イナー挿入物と浸漬用固定具とを５分間溶融亜鉛に浸漬し、その間に前処理した ライナーの外面を完全に溶融亜鉛に暴露して、鉄系挿入物と溶融亜鉛との反応で 金属間にＦｅ−Ｚｎ相を形成させた。

ライナー挿入物を溶融亜鉛から取り出すや、直ちにライナー挿入物を浸漬用固定 具から外して、静止空気中で常温まで冷却した。

このように被覆した鋳鉄のシリンダーライナー挿入物から試料を切断し、金属組 織学的な処理をしてから１％のナイタル溶液でエッチして顕微鏡試験にかけた。

第５図は鉄−亜鉛界面からとったエッチした断面試料を４００倍に拡大した顕微 鏡写真である。ここに例示した構造から鉄／亜鉛界面での反応は良好で、優れた 結合が出来ていることが密なデルタ金属間相（８８Ｚｎ　：　１２Ｆｅ）の柱状 結晶の存在で分かる、被覆構造には亜鉛マトリックスに、拡散デルタ相（９２Ｚ ｎ；８Ｆｅ）が含まれていた。このように被覆したままの亜鉛の厚みは約０．０ ０８インチであった。

及五五−１ 内径３．２２０インチ、鋳込んだままの最初の筒状外面をもつ、軸長５．１２５ インチの鋳鉄のシリンダーライナー挿入物を準備した。鋳物砂、酸化物、及び不 純物を除くために筒状外面を旋盤で切削して最終外径３．６３０インチにした。

ライナー挿入物の外面を０．４４ボンドのＺａｃｌｏｎに（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏ ｎ（Ｄｅ１ｗａｒｅ］のＥ、１．ｄｕＰｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　＆　Ｃ ｏ、、Ｉｎｃから入手できる）を１ガロンの水に混合し、混合物を１７０±ｌＯ °Ｆの温度まで加熱して調製したフラックス溶液に暴露した。

ライナー挿入物をフラックス溶液に３分間浸漬してから取り出して空気乾燥した 。

このように処理したライナー挿入物を炉に入れて、挿入物が約２５０°Ｆの温度 になるまで約２０分間加熱した。予熱後ライナー挿入物を、溶融亜鉛に浸漬中ラ イナーを保持するために浸漬用固定具に留めた。ライナーを固定具に留める直前 に、浸漬用固定具を約４００°Ｆまで予熱した。

実質上純溶融亜鉛を坩堝に準備して９４０±１０°Ｆの温度に保った。ライナー 挿入物と浸漬用固定具を溶融亜鉛に１分間浸漬し、この間にライナー挿入物の前 処理した外面を溶融亜鉛に完全に暴露して、鉄系挿入物と溶融亜鉛との反応で金 属間にＦｅ−Ｚｎ相を形成させた。

溶融亜鉛から取り出すや直ちにライナー挿入物を浸漬用固定具から取り外し、静 止空気中で常温まで冷却した。

このように被覆した鋳鉄のシリンダーライナー挿入物から試料を切断し、金属組 織学的的処理をしてから１％のナイタル溶液でエッチして顕微鏡試験にかけた。

第６図は鉄−亜鉛界面からとったエッチした断面試料を４００倍に拡大した顕微 鏡写真であるにこに例示した構造から鉄と亜鉛間の反応が良好なことが、鉄と亜 鉛被覆の冶金学的結合を作る鉄／亜鉛界面におけるツエータ金属間（９４Ｚｎ； ６Ｆｅ）結晶の成長によって証明される。被覆構造は純亜鉛からなっていて、溶 融亜鉛の浸漬温度がデルタ金属間相の生成温度より低かったために、金属間に相 は存在しなかった。このように被覆したままの亜鉛の厚みは平均で約０．０１２ ２インチであった。

１１皿−１ 内径３．２２０インチ、鋳込んだままの最初の筒状外面をもつ、軸長５．２１５ インチの鋳鉄のシリンダーライナー挿入物を準備した。鋳物砂、酸化物、および 不純物を表面から除くために、鋳込んだままの筒状の外面を最終外径３．６３０ インチまで旋盤で切削した。

このように処理したライナー挿入物を炉に入れて、約２５０°Ｆの温度に達する まで約２０分間予熱した。予熱後ライナー挿入物を溶融亜鉛に浸漬するあいだ、 ライナーを保持するためにライナー挿入物を浸漬用固定具に留めた。ライナー挿 入物を固定具に留める直前に、浸漬用固定具を約約４００°Ｆまで予熱した。

実質上純溶融亜鉛を坩堝に準備して１０００±ｌＯ°Ｆの温度に維持した。ライ ナーと浸漬用固定具を次に５分間溶融亜鉛に浸漬し、その間にライナーの予熱し た外面を完全に溶融亜鉛に暴露して、鉄系挿入物と溶融亜鉛との反応で金属間に Ｆｅ−Ｚｎ相を形成させた。

ライナー挿入物を溶融亜鉛から取り出すや、直ちにライナー挿入物を浸漬用固定 具から外して静止空気中で常温まで冷却した。

このように被覆した鋳鉄のシリンダーライナー挿入物から試料を切断し、金属組 織学的な処理をしてから１％のナイタル溶液でエッチして顕微鏡試験にかけた。

第７図は鉄−亜鉛界面からとったエッチした断面試料を２００倍に拡大した顕微 鏡写真である。本構造には鉄の表面に出来た密なツエータ金属間結晶相（９４Ｚ ｎ　；６Ｆｅ）の層が含まれていて、このことが被覆形成中の鉄／亜鉛反応の優 れていることを示している。亜鉛被覆は極めて均一で、被覆したままの厚みは約 ０．０１０３インチであった。

Ｋ１五−亙 押出Ａ３９０アルミニウム合金を切削して内径３．２６５インチ、軸長５．３０ インチ、及び外径３．６６５インチのシリンダーライナー挿入物を作った。

機械加工後にライナー挿入物の筒状外面を９５％亜鉛と５％アルミニウムの合金 で均一に被覆した。被覆には約７５００Ｆまで予熱した３９０合金のシリンダー ライナー挿入物を、約７９０°Ｆの温度にある溶融した亜鉛−アルミニウム合金 の被覆材を入れた超音波坩堝にいれ、ライナーを約５秒間回転し、その燗に超音 波エネルギーを供給した。出来上がった亜鉛−アルミニウム被覆の厚みは約０． ００１インチであった。

溶融した亜鉛−アルミニウム合金から取り出すや、直ちにライナーを静止空気中 で常温まで空冷した。

このように被覆したアルミニウムのシリンダーライナーから試料を切断し、金属 組織学的処理をしてから顕微鏡試験にかけた。第８図はアルミニウムー亜鉛界面 からとった断面試料を２００倍に拡大した顕微鏡写真である０本構造を見ると表 面が亜鉛に冨むアルミニウム合金であって、被覆生成時に優れたアルミニウム／ 亜鉛反応が進行したことを示している。

上述の実施例１から実施例６に記載したプロセスに従って表面処理したシリンダ ーライナー挿入物は、鋳造したアルミニウムエンジンブロックを直ちに使用する 必要のないときは後日の使用に備えて貯蔵できる。

また貯蔵期間後にライナー挿入物を鋳造操作でアルミニウム合金のエンジンブロ ックに組み込みたい時には、ライナー挿入物とアルミニウム鋳物合金間に許容出 来る冶金学的結合を形成する目的で、挿入物の亜鉛被覆した表面をさらに処理す る必要が生ずることがある。ライナー挿入物の亜鉛被覆した表面に生ずることが ある酸化物は除去する必要がある。このような酸化物を除去する好ましい方法は 、ライナーの亜鉛被覆した筒状表面を旋削することである。

酸化物を除去したあとでは、ライナー挿入物とアルミニウム鋳造合金間の冶金学 的結合に悪影響を及ぼすことなしに、鋳造を例えば数日延期することが出来る。

アルミニウムエンジンブロックの鋳造は、永久型又は砂型の何れを用いてもでき る。何れの場合にも被覆したライナー挿入物を約２５０°Ｆに予熱して、この温 度に好ましくは約１５分から約３０分のあいだ保たねばならず、１時間以上置い てはならない。

シリンダーライナー挿入物と鋳造したアルミニウム合金ブロック間に実質上連続 した冶金学的結合を確実に作る鋳造条件を正確には規定することは出来ないが、 それはこれらの条件が選択した鋳造合金、特定の鋳造プロセス（例えば砂、又は 永久型）、サイズ、平均の壁厚み１、鋳造するエンジンブロックの特定の形状、 型に入れる核の数と場所、及び注入縦湯口、湯道および湯口などの因子に直接依 存するからである。

次の実施例７から実施例１１に示す通り実施したテストでは、ライナー挿入物の 筒状の外面上に環状のアルミニウム合金の外側層を付けるために、処理したライ ナー挿入物の筒状外面の周囲にアルミニウム合金材を鋳込んだ、特定の永久型（ 多気筒シリンダーエンジンブロックの一個のシリンダ一部分をシミュレートする ）中の処理した鋳鉄のシリンダーライナー挿入物上へアルミニウム合金の外層を 鋳込むときに、良結果を生ずると分かった鋳込み条件は次のとおりであった。

被覆したライナーの予熱温度　−２５０°Ｆ、±１５°Ｆ型の半分の温度　−４ ５０°Ｆ、±２５°Ｆライナーの位置決め用核の温度　−５２５°Ｆ１±２５’ 　Ｆ溶融アルミニウム合金の温度　−１３７５’　Ｆ、±２５０Ｆ注入割合　− ３０１ｂ、／ｍｉｎ、。

±４１ｂ、　／ｍｉｎ、　。

特定の砂型（多気筒シリンダーエンジンブロックの一個のシリンダ一部分をシミ ュレートする）を用いて鋳込み操作を行う場合には、鋳込み条件を上に規定した 永久型に対する規定条件と同様に取るが、アルミニウム合金の鋳込み温度を約１ ４２５’　Ｆまで上げることだけが異なる。

次に示す二つの実施例は、亜鉛被覆した鋳鉄のシリンダーライナー挿入物の筒状 外面と、アルミニウム合金の鋳造した外層間に良好な冶金学的結合を形成するた めに適当と分かった鋳造条件を示す、実施例７は永久型を使用し、実施例８は砂 型を使用している。

Ｋ監二一二 実施例５の方法に従って亜鉛被覆した、鋳鉄のシリンダーライナー挿入物を作っ た０次に被覆したライナー挿入物の筒状の外面を旋盤で切削して、最終の亜鉛被 覆の厚みを約０．００４インチにした。切削したライナーを炉に入れて、ライナ ーが約２５０°Ｆの温度になるまで予熱した。

鉄の永久型を準備して、表面接触型温度計を用いて型の半分の温度が約５２５° Ｆに達し、ライナーの位置付けをすル核温度が約６００°Ｆの温度になるまでガ スバーナーで均一に予熱した。型の形状は被覆したライナー挿入物の筒状の外面 を、鋳造したアルミニウム合金の筒状の外層が完全に取り巻いて、アルミニウム 合金層の厚みが約０．６００インチになるようにした。

重量で５０％の３１９アルミニウム合金スクラップと、５０％の３１９．１アル ミニウム合金のインゴットとを溶融して、約１２７５°Ｆの温度にした。混合物 を紡糸ノズル脱気器でＳＦ６ガスを用いて最低２０分間溶かした。溶融後に水銀 気圧計で２フインチの圧のもとに、５ｔｒａｕｂｅ　−Ｐｆｅｉｆｆｅｒ水素ガ ス試験用試料を固化させた結果、３１９合金の溶融物中には２０ｐｐｍ以下の水 素しか含まれていないことが分かった。溶融合金の化学的性質を３１９．１合金 インゴットからの溶融物に、重量で０．３％の純マグネシウムを添加してＢ５１ ９に対するアルミニウム協会規格に合致する合金に仕上げた。

実際の鋳造時の型の半分の測定温度は４６９°Ｆ、型の核の温度は５１７°Ｆ、 ライナーの温度は２５３°Ｆ、及び溶融Ｂ５１９鋳造合金の温度は１３７５’　 Ｆであった。型への溶融アルミニウム合金の流量カ月００１ｂ、　／ｍｉｎ、以 上にならないように注入用の縦湯口を塞いだ。

溶融した８３１９合金を型が一杯になって、ライナー挿入物が鋳込んだアルミニ ウム合金で取り巻かれるまで、実質上約５０１ｂ、　／ｍｉｎ、の一定割合で型 へ注入した。アルミニウム合金が固化するのに充分な時間（約２１／２分）がた ったあとで、中心の核を取り出して、型を開いて鋳物を取り出した出来た鋳物を 筒の軸に直角に区切って、高さ１インチのトランスリング試料３個を作った。残 留する２個の中間リング部分は顕微鏡試験のために金属組織学的な処理をした、 金属組織学的断面から、ライナーと周囲のアルミニウム鋳物間に冶金学的結合が 生成していて、結合界面が実質上多孔性でないことが分かった。第１０図は鉄： 亜鉛ニアルミニウム界面の微細構造を１００倍に拡大して示したものである。

１インチトランスリング部分の３個のそれぞれの冶金学的結合に、油圧プレスを 用いて剪断荷重をかけた。これらのリング部分はライナーと亜鉛被覆間と、さら に亜鉛被覆と周囲のアルミニウム合金層間とに冶金学的結合の存在することが、 ライナーと周囲のアルミニウム鋳物間に６４．０００１ｂｓｆ、の剪断荷重をか けても動かないで耐えたことから分かった。この点に関し約５　、０００１ｂｓ ｆ、の類似の剪断力をかけると、そこへ押し込んだだけで結合していない鉄のシ リンダーライナー挿入物では、圧力をかけるとしばしば動こうとした。またアル ミニウムリング（鉄ライナー挿入物のない８３１９合金）に６４．０００１ｂｓ ｆ、の類似剪断力をかけると、リングの降伏強度を超過してアルミニウムは変形 する。

再びこれらの図面、特に第９．９ａ、　１０．及び１１の各図で、第９ａ図は第 ９図の２−２線にそったエンジンブロックの断面であって、その場で鋳込んで挿 入物２０とアルミニウム鋳造ブロック１０間の界面２８でエンジンブロックｌＯ に冶金学的に結合したシリンダーライナー挿入物２０を示す、第１θ図はライナ ーｌＯが実施例７に記載する通り、鉄系材料である時の界面２８の微細構造の詳 細を示す、同様に第１１図はライナー１０が次の実施例９に記載する通り、アル ミニウム材である時の界面２８の微細構造の詳細を示す、第１０図及び第１１図 は、実施例７及び実施例９に示す操作で界面２８に出来た冶金学的結合の連続性 を示したものである。

Ｋ１亘−１ 実施例７の鋳造品に若干類似した鋳造品を作るために砂型を製作した。また実施 例５の方法に従って亜鉛被覆した鋳鉄のシリンダーライナー挿入物を作った。被 覆したライナー挿入物の筒状の外面を旋盤で切削して、亜鉛被覆の最終厚みを約 ０．００９インチにし、実施例７に記載したのと同じアルミニウム鋳物合金と、 合金の処理方法とを使用したライナーを２２２°Ｆの測定温度まで予熱し、アル ミニウム鋳物合金の注入温度を１４１２°Ｆにとった。注入割合は１５０１ｂ、 ／ｍｉｎ、で、注入が終わると鋳物を固化させて、型から鋳造品を取り出す前に 少なくとも３分間冷却した。出来た鋳物の外側の筒状アルミニウム合金層の厚み は約０．３００インチであった。

鋳造品を筒状の軸に直角に区切って高さ１インチのトランスリング３個を作った 。残留する２個の中間リング部分を、金属組織学的に処理して顕微鏡試験にかけ た。断面の金属組織学から冶金学的結合界面が実質上多孔性でないことが分かっ た。

３個の１インデリック部分のそれぞれの冶金学的結合に、油圧プレスを用いて剪 断荷重をかけた。これらのリング部分ではライナーと亜鉛被覆間、及び亜鉛被覆 と周囲のアルミニウム合金層間に、ライナーと周囲のアルミニウム鋳物にかけた ６２．００Ｄｌｂｓｆ、の剪断荷重をかけても動くことなしに抗して、冶金学的 結合の存在することを示した。これと同じ６２．０００１ｂｓｆ、をアルミニウ ムリングにかけると、リングの降伏強度を超過してアルミニウムが変形する。

上述のプロセスを適用すると、鉄系なベースにしたシリンダーライナー挿入物と 、シミュレートした鋳造アルミニウム合金のエンジンブロック間に、強固で連続 した冶金学的結合ができて、シリンダーが実質上鋳鉄ブロックのエンジンの磨耗 特性をもつ、より軽量なエンジンの製作が可能になる。

上述の方法は全体がアルミニウムであるエンジンブロックを作るために、アルミ ニウム合金のシリンダーライナー挿入物（例えば３９０合金製）に、別のアルミ ニウム合金を周囲に鋳込んだ鋳物物品を作るのにも適用できる０次の実施例が３ ９０アルミニウム合金のシリンダーライナー挿入物と、周囲を取り巻く鋳造アル ミニウム合金８３１９のスリーブ間に相当に良好な結合を提供する一組の条件を 開示する。

Ｋ１五−ユ 実施例６に記載した方法に従って、３９０アルミニウム合金のシリンダーライナ ー挿入物を作った。それには鉄の永久型を準備して、表面接触型温度計で測定し たとき型の半分の温度が約５２５°Ｆ、ライナーの位置決め核温度が約６００° Ｆに達するまでガスバーナーで均一に加熱した。型はライナーの筒状外面上にア ルミニウム合金を鋳造した筒状の外層があって、このアルミニウム合金層の厚み が約０．６００インチで、ライナーの筒状外面を完全に取り巻くような形状にし た。

アルミニウム合金の鋳造材は、上の実施例７に記載した鋳造材と実質的に組成も 製法も同じであった。

鋳造時型の半分の測定温度は２６３°Ｆ、型の核温度は２４７°Ｆ、ライナ一温 度は１５７°Ｆ５そして溶融したアルミニウム鋳造合金の温度は１２２３°Ｆで あった。型への溶融アルミニウム合金の流量を約１００１ｂ、　／ｍｉｎ、以下 に制限するために、注入用の縦湯口を塞いだ。

型が一杯になって、ライナー挿入物が鋳造したアルミニウム合金で取り巻かれる まで、溶融アルミニウム合金を実質上的５０１ｂ、　／ｍｉｎ、の一定割合で型 に注入した。溶融アルミニウム合金が固化するのに充分な時間（約２１／２分間 ）を置いてから、中央の核を抜き出し、型を開いて鋳物の完成品を取り出した。

次に長さ１インチのトランスリング部分３個を作るために、筒状の軸に直角に区 分した。残留している２個の中間リング部分を金属組織学的に処理して顕微鏡試 験にかけた、金属組織学的断面には３９０合金のシリンダーライナー挿入物と、 これを取り巻くアルミニウム合金鋳造材との層間に、第１１図に示す通り良好な 冶金学的結合が出来ていた。

超音波検査を行った結果、結合は鋳造したシリンダーのトップで取った部分の約 ５６％から、低部で取った部分の約７６％迄に及んでいた。３個のトランスリン グ部分の切削表面を肉眼で観察すると、冶金学的結合の界面は実質上多孔性でな いことが分かった。

軸方向にライナー挿入物を押して、３個の１イング°リング部分からライナーを 押し出すのに約１２．０００１ｂｓｆ、から約１８．０００１ｂｓｆ、の剪断力 を必要としたので、このことはライナーとこれを取り巻（アルミニウム合金の鋳 造材間に、良好な結合が存在することを示すことになる。

一般的に言ってライナー挿入物がアルミニウム合金である時に必要な鋳造条件の 調節は、アルミニウム合金のライナー挿入物が過度に加熱されるのを避けるため と、鋳造合金がアルミニウムライナー挿入物の壁へ溶は込んで、壁を通過するの を防止するために、その場で鋳込む鉄系のライナー挿入物に適応できる条件より 一層決定的である。

上述の実施例１から実施例５に記載した方法によって製造した、鋳鉄のシリンダ ーライナー挿入物を用いる多くの鋳造試験中に行った、冶金学的結合の完全性に 関する比較テストの結果を、永久型と砂型な用いてその場で注入したライナー挿 入物についてそれぞれ次の第１表と第２表に示した。第１表はまた未被覆のシリ ンダーライナー挿入物と、いわゆる”ＡＬＦＩＮ　”プロセスで被覆したシリン ダーライナー挿入物にたいする比較テストの結果をも示したものである。

第１表と第２表にそれぞれ示した多孔性を示す数値割合は、厚み１インチの３個 のトランスリング（０から３６までのスケールを用い、３６は最も低い多孔性を しめず）の切削表面を肉眼観察してめた多孔性を示す定性的尺度である、このの 付けは冶金学的に結合した鉄／亜鉛／アルミニウム継ぎ目の伝熱効率と、継ぎ目 の構造的完全性を示す。

第１表と第２表に示した押出強度値は、被覆実施例１から実施例５のそれぞれに 示す多数の試験値の平均である。

押出値とは油圧プレスを用い、周囲を取り巻くアルミニウム合金の鋳造品にたい して、１インチ厚みのトランスリングのシリンダーライナー挿入物を、軸方向に 始めて変位させるのに要する軸方向の力（１０００ボンド単位）を示す、押出力 はゼロから６４．０００１ｂｓｆ、にわたって変化し、試みた最大の押出力は６ ４．０００１ｂｓｆ、であった、一方最大の力をかけても結合が破壊しないこと がしばしばあったが、この力は鋳鉄のライナー挿入物を取り巻くアルミニウム鋳 造材を可塑的に変形するのには充分な力であった。

第１表と第２表に示した総合的格付けは、平均的多孔性の格付けの算術和と押出 強度の平均（最大格付けは３６＋６４＝１００）である。

免−」−一人 その場で鋳込んだ亜鉛被覆した鋳鉄ライナーの比較被覆タイプ　平均の多孔性　 平均の押出強度格付ｃｆ　格付ケ（Ｘ　１０００　ｌｂ、）”ＡＬＦＩＮ”プロ セス　３５　６４　９９未被覆の鋳鉄　３６　５　４１ 実施例　１　２２　５２　７４ 実施例　２　２９　５１　８０ 実施例　３　３０　３９　６９ 実施例　４　２４　６１　８４ 実施例　５　２８　４５　７３ １一旦−１ 砂型 その場で鋳込んだ亜鉛被覆した鋳鉄ライナーの比較被覆タイプ　平均の多孔性　 平均の押出強度格付Ｃｆ　ｍ（”Ｈ２（Ｘ　１０００　ｌｂ、）実施例　１　２ ８　４８　７６ 実施例　２　一 実施例　３　２７　４０　６７ 実施例　４　３０　４５　７５ 実施例　５　３０　４１　７１ 第１表と第２表に示したデータから分かる通り、本発明の方法によるときは冶金 学的に結合して、過度の多孔性を示さず、従って界面を通る良好な伝熱を促進す るライナー装入用アルミニウム合金の界面を提供することができる。

これらの方法によるときはまた接続したエレメントから出来る組み立て品の構造 上の完全性が改善される。この点に関して、ここに記述し表示した若干の被覆方 法で作ったテスト試料の押出強度から、被覆操作に永久型を使用しようと、ある いは砂型であろうと、界面には強い構造上の強度が存在することが分かる。

Ｌｌ」Ｊど［１皿 本開示が挿入物と挿入物の周囲に鋳込んだ材料間に、冶金学的結合を作り出すた めの金属系挿入物の処理方法を教示する。ここにはアルミニウム合金を鋳造した エンジンブロックに取りつけるための管状のシリンダーライナーブロックについ て記載したが、本発明はアルミニウムエンジンブロックへその場で鋳込むシリン ダーライナー挿入物に制限されるものではなくて、バルブガイドとバルブシート とをアルミニウムのエンジンシリンダー頭へ鋳込んで固定したり、あるいはこの ような別の装入物を、特殊用途におけるアルミニウム物品の性能を改善する目的 で、アルミニウムの鋳物物品に鋳込んで固定するのに使用することも出来る。

Ｆｉｇ−，４ １、特許出願番号 ＰＣＴ／　ＵＳ　９２１０β２７７ ２、発明の名称 鋳物と冶金学的に結合した挿入物 ３、特許出願人 名　称　レイノルズ　メタルズ　コムパニー住　所　〒５５０大阪市西区土佐堀 １丁目６番２０号５、補正書の提出年月日 奮　の　・ １．　被覆した鉄系物品の周囲へ溶融アルミニウム合金を注入するプロセスにお いて、アルミニウム鋳物へ鉄系物品を冶金学的に結合させた製品を作るプロセス が、（ａ）　被覆する鉄系物品の表面を前処理して不純物、酸化物、及び異物を 除去することと、 （ｂ）　前処理した鉄系物品を約２５０°Ｆの温度まで予熱することと、 （ｃ）　鉄系材料の融点より低く、物品の周囲に注入するアルミニウム合金の融 点よりも低い融点をもつ実質上純亜鉛の溶融金属結合材を準備し、その際鉄系材 料は亜鉛結合材に可溶であり、かつ亜鉛結合材とアルミニウム合金は相互に可溶 であって鉄系材料と金属間化合物を生成して、鉄系物品の外面に冶金学的に結合 できるものであることと（ｄ）　溶融した亜鉛結合材を前処理した鉄系物品の外 面と接触させ、これを濡らすことで鉄系物品上に亜鉛結合材からなる外面被覆を 付けるために、溶融亜鉛結合材へ鉄系物品を所定時間浸漬することと、 （ｅ）　外面を被覆した鉄系物品を冷却して、亜鉛結合材を固化させること の段階を含むことを特徴とする、鉄系物品をアルミニウム鋳物に冶金学的に結合 させた製品を作るプロセス。

２、　表面の酸化物を除去するために、一点工具で鉄系物品の外面を機械加工す ることが前処理段階に含まれることを特徴とする請求の範囲第１項に記載したプ ロセス。

３　温度が約１０００°Ｆの溶融亜鉛を準備することを特徴とする請求の範囲第 １項に記載したプロセス。

４、　溶融亜鉛への鉄系物品の浸漬時間が約５分間であることを特徴とする請求 の範囲第３項に記載したブロモ５、　溶融亜鉛から取り出したあと鉄系物品を空 冷することを特徴とする請求の範囲第４項に記載したプロセス６、　鉄系物品の 外面を機械加工したあと、液状融剤へ鉄系物品の外面を浸漬する段階を含むこと を特徴とする請求の範囲第２項に記載したプロセス。

７、　鉄系物品を結合材へ浸漬中は、亜鉛結合材を約９４０°Ｆの温度に維持す ることを特徴とする請求の範囲第６項に記載したプロセス。

８、　鉄系物品を約１分間詰合材へ浸漬することを特徴とする請求の範囲第７項 に記載したプロセス。

９、　溶融した結合材から取り出したあと鉄系物品を空冷することを特徴とする 請求の範囲第８項に記載したプロセス。

１０、機械加工後の鉄系物品を約１２００°Ｆに約６０分間加熱して、空気中で 鉄系物品を酸化する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載したプ ロセス。

１１、酸化段階後に鉄系物品の外面にサンドブラストをかける段階が含まれるこ とを特徴とする請求の範囲第１０項に記載したプロセス。

鉄系物品を約５分間この結合材に浸漬することを特徴とする請求の範囲第１１項 に記載したプロセス。

１３、溶融した結合材から取り出したあと鉄系物品を空冷することを特徴とする 請求の範囲第１２項に記載したプロセス。

１４、鉄系物品から酸化物と表面の石墨とを除去するために、鉄系物品の外面を 塩浴に暴露する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載したプロセ ス。

１５、溶融した亜鉛結合材を約１０００’　Ｆの温度に保ち、鉄系物品を結合材 に約１分間空冷することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載したプロセス。

１６、溶融した結合材から取り出したあと鉄系物品を空冷することを特徴とする 請求の範囲第１５項に記載したプロセス。

＋７．　機械加工の段階のあとに、鉄系物品の外面にグリッドブラストをかける 段階が含まれることを特徴とする請求の範囲第２項に記載したプロセス。

１Ｂ、浸漬段階に約１０００’　Ｆの温度に保った亜鉛からなる第一の溶融亜鉛 結合材への鉄系物品の約１０分間の浸漬と、鉄系物品の取り出しと、約８４０° Ｆの温度に保った亜鉛からなる第二の溶融亜鉛結合材への鉄系物品の約１０秒間 の浸漬とが含まれることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載したプロセス。

１９、冷却手段が被覆した鉄系物品を約１分間空冷し、その直後に被覆した物品 を常温水中で急冷する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載し たプロセス２０、鉄系物品をアルミニウム鋳物に冶金学的に結合させた製品を作 るためのプロセスが、 （ａ）　鉄系物品の表面を前処理して不純物、酸化物、及び異物を除去すること と、 （ｂ）　前処理した鉄系物品を約２５０°Ｆの温度まで予熱することと、 （ｃ）　鉄系物品の融点より低く、鉄系物品の周囲に鋳込むアルミニウム合金の 融点よりも低い融点をもち、その際鉄系材料は亜鉛結合材に可溶であり、かつ亜 鉛結合材とアルミニウム合金は相互に可溶であって鉄系材料と金属間化合物を生 成して、鉄系物品の表面に冶金学的に結合できるような実質上純亜鉛の溶融金属 結合材を準備することと（ｄ）　溶融した亜鉛結合材を鉄系物品の前処理した外 面と接触させ、これを濡らすことで鉄系物品上に亜鉛結合材からなる外面被覆を 付けるために、溶融した亜鉛結合材へ鉄系物品を所定時間浸漬することと、（ｅ ）　亜鉛結合材を固化させるために、外面を被覆した鉄系物品を冷却することと 、 （ｆ）　被覆した物品を予熱して型に入れることと、（ｇ）　溶融したアルミニ ウム合金を型に注入して、アルミニウム合金を亜鉛結合材と冶金学的に結合させ て物品をつくりだすこと の段階を含むことを特徴とするプロセス。

２１、製品がエンジンブロックであって、鉄系物品がブロックを形成するアルミ ニウム鋳物と冶金学的に結合したシリンダーライナーであることを特徴とする請 求の範囲第２０項に記載したプロセス。

２２、再加熱（予熱でないのか）前に、被覆した鉄系物品を機械加工する段階が 含まれることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載したプロセス。

２３、鉄系物品をアルミニウム鋳物に冶金学的に結合させた製品を作るためのプ ロセスが、 （ａ）　被覆する鉄系物品の表面を前処理して不純物、酸化物、及び異物を除去 することと、 （ｂ）　前処理した鉄系物品を約２５０°Ｆの温度まで予熱することと、 （ｃ）　鉄系物品の融点より低く、物品の周囲に鋳込むアルミニウム合金の融点 よりも低い融点をもち、その際鉄系物品は亜鉛結合材に可溶であり、かつ亜鉛結 合材とアルミニウム合金は相互に可溶であって鉄系物品と金属間化合物を生成し て、鉄系物品の外面に冶金学的に結合できるような実質上純亜鉛の溶融金属結合 材を準備することと、（ｄ）　溶融した亜鉛結合材を鉄系物品の前処理した外面 と接触させ、これを濡らすことで鉄系物品上に亜鉛結合材からなる外面被覆を付 けるために、溶融した亜鉛結合材へ鉄系物品を所定時間浸漬することと、（ｅ） 　亜鉛結合材を固化させるために、外面を被覆した鉄系物品を冷却することと、 （ｆ）　冷却した物品上の亜鉛結合材を機械加工すること の段階を含むことを特徴とするプロセス。

フロントページの続き （７２）発明者　オーヴアーバグ、ウィリアム　エイチ。

米国、ヴアージニア　２３８３２．チェスターフイールド、バターミアー　コー ト７７０４（７２）発明者　スティール、ジョージ　ダヴリュー。

米国、ヴアージニア　２３０６０．グレン　アレン、フォレスト　ロッジ　コー ト　３２０５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．被覆した鉄系物品の周囲に溶融ウアルミニウム合金を注入する鋳造プロセス で、被覆した鉄系物品を溶融アルミニウム合金と冶金学的に結合させるために、 鉄系物品の表面を金属結合材で被覆するプロセスが、（ａ）被覆する鉄系物品の 表面を前処理して不純物、酸化物、及び異物を除去することと、 （ｂ）前処理した鉄系物品を約２５０°Ｆの温度まで予熱することと、 （ｃ）鉄系材料の融点より低く、物品の周囲に注入するアルミニウム台金の融点 よりも低い融点をもつ溶融亜鉛の結合材を準備し、その際鉄系材料は金属結合材 に可溶であり、かつ結合材料とアルミニウム合金は相互に可溶であって鉄系材料 と金属間化合物を生成して、鉄系物品の外面に冶金学的に結合できるようなもの であることと、（ｄ）溶融した金属結合材を前処理した鉄系物品の外面と接触さ せ、これを濡らすことで鉄系物品上に金属結合材からなる外面被覆を付けるため に、溶融した金属結合材へ鉄系物品を所定時間浸漬することと、（ｅ）外面を被 覆した鉄系物品を冷却して、金属結合材を固化させることの段階を含むことを特 徴とする、鉄系物品の表面を金属結合材で被覆するプロセス。 ２．表面の酸化物を除去するために、一点工具で鉄系物品の外面を機械加工する ことが前処理段階に含まれることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載したプ ロセス。 ３．温度が約１０００°Ｆの溶融亜鉛を準備することを特徴とする、請求の範囲 第１項に記載したプロセス。 ４．溶融亜鉛への鉄系物品の浸漬時間が約５分間であることを特徴とする、請求 の範囲第３項に記載したプロセス。 ５．溶融亜鉛から取り出したあと鉄系物品を空冷することを特徴とする、請求の 範囲第４項に記載したプロセス。 ６．鉄系物品の外面を機械加工したあと、液状融剤へ鉄系物品の外面を浸漬する 段階を含むことを特徴とする、請求の範囲第２項に記載したプロセス。 ７．鉄系物品を結合材へ浸漬中は、結合材を約９４０°Ｆの温度に維持すること を特徴とする、請求の範囲第６項に記載したプロセス。 ８．鉄系物品を約１分間結合材へ浸漬することを特徴とする、請求の範囲第７項 に記載したプロセス。 ９．溶融した結合材から取り出したあと鉄系物品を空冷することを特徴とする、 請求の範囲第８項に記載したプロセス。 １０．機械加工後の鉄系物品を約１２００°Ｆに約６０分間加熱して、空気中で 鉄系物品を酸化する段階を含むことを特徴とする、請求の範囲第２項に記載した プロセス。 １１．酸化段階後に鉄系物品の外面にサンドブラストをかける段階が含まれるこ とを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載したプロセス。 １２．溶融した金属結合材を約１０００°Ｆの温度に保ち、鉄系物品を約５分間 この結合材に浸漬することを特徴とする、請求の範囲第１１項に記載したプロセ ス。 １３．溶融した結合材から取り出したあと鉄系物品を空冷することを特徴とする 、請求の範囲第１２項に記載したプロセス。 １４．鉄系物品から酸化物と表面の石墨とを除去するために、鉄系物品の外面を 塩浴に暴露する段階を含むことを特徴とする、請求の範囲第２項に記載したプロ セス。 １５．溶融した金属結合材を約１０００°Ｆの温度に保ち、鉄系物品を結合材に 約５分間浸漬することを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載したプロセス。 １６．溶融した結合材から取り出したあと鉄系物品を空冷することを特徴とする 、請求の範囲第１５項に記載したプロセス。 １７．機械加工の段階のあとに、鉄系物品の外面にグリットブラストをかける段 階が含まれることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載したプロセス。 １８．浸漬段階に約１０００°Ｆの温度に保った亜鉛からなる第一の溶融金属結 合材への鉄系物品の約１０分間の浸漬と鉄系物品の取り出しと、約８４０°Ｆの 温度に保った亜鉛からなる第二の溶融金属結合材への鉄系物品の約１０秒間の浸 漬とが含まれることを特徴とする、請求の範囲第１７項に記載したプロセス。 １９．冷却段階が被覆した鉄系物品を約１分間空冷し、その直後に被覆した物品 を常温水中で急冷する段階を含むことを特徴とする、請求の範囲第１８項に記載 したプロセス２０．鉄系物品をアルミニウム鋳物に冶金学的に結合させた製品を 作るためのプロセスが、 （ａ）鉄系物品の表面を前処理して不純物、酸化物、及び異物を除去することと 、 （ｂ）前処理した鉄系物品を約２５０°Ｆの温度まで予熱することと、 （ｃ）鉄系材料の融点より低く、鉄系物品の周囲に鋳込むアルミニウム合金の融 点よりも低い融点をもち、その際鉄系材料は金属結合材に可溶であり、かつ結合 材とアルミニウム合金は相互に可溶であって鉄系材料と金属間化合物を生成して 、鉄系物品の表面に冶金学的結合を形成できるような溶融亜鉛の結合材を準備す ることと、（ｄ）溶融した金属結合材を鉄系物品の前処理した外面と接触させ、 これを濡らすことで鉄系物品上に金属結合材からなる外面被覆を付けるために、 溶融した金属結合材へ鉄系物品を所定時間浸漬することと、（ｅ）金属結合材を 固化させるために、外面を被覆した鉄系物品を冷却することと、 （ｆ）被覆した物品を予熱して型に入れることと、（ｇ）溶融したアルミニウム 合金を型に注入して、アルミニウム合金を結合材と冶金学的に結合させて製品を 作りだすこと の段階を含むことを特徴とするプロセス。 ２１．製品がエンジンブロックであって、鉄系物品がブロックを形成するアルミ ニウム鋳物と冶金学的に結合したシリンダーライナーであることを特徴とする、 請求の範囲第２０項に記載したプロセス。 ２２．アルミニウム物品をアルミニウム鋳物に冶金学的に結合させた製品を作る ためのプロセスが、（ａ）物品を被覆する溶融結合材の温度より低い温度に、ア ルミニウム物品を予熱することと、（ｂ）被覆するアルミニウム物品と物品の周 囲に鋳込むアルミニウム合金の融点より低い融点を持ち、かつ金属結合材がアル ミニウム合金のそれぞれと合金を作ることができる、ような溶融した亜鉛の結合 材を準備することと、（ｃ）溶融した金属結合材にアルミニウム物品の表面を濡 らし、これと合金を作らせて物品上に金属結合材の表面被覆を付けるためめにア ルミニウム物品を溶融金属結合材へ浸漬して、その間結合材へ超音波エネルギー を供給することと、 （ｄ）金属結合材を固化させるために、被覆したアルミニウム物品を冷却するこ とと、 （ｅ）被覆した物品を予熱して、型の中に配置することと、 （ｆ）溶融したアルミニウム合金を型に注入して、注入したアルミニウム合金を 結合材と冶金学的に結合させて物品にすること の段階を含むことを特徴とするプロセス。 ２３．製品がエンジンブロックであって、ブロックを構成する鋳込んだアルミニ ウム合金に、アルミニウム物品が冶金学的に結合したシリンダーライナーである ことを特徴とする、請求の範囲第２２項に記載したプロセス。