JPH0762519A - シリンダブロックの製造方法 - Google Patents

シリンダブロックの製造方法

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JPH0762519A
JPH0762519A JP21312693A JP21312693A JPH0762519A JP H0762519 A JPH0762519 A JP H0762519A JP 21312693 A JP21312693 A JP 21312693A JP 21312693 A JP21312693 A JP 21312693A JP H0762519 A JPH0762519 A JP H0762519A
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JP
Japan
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sprayed layer
thermal spraying
thermally sprayed
cylinder block
layer
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JP21312693A
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English (en)
Inventor
Taisuke Miyamoto
泰介 宮本
Kazuhiko Mori
和彦 森
Yoshihisa Suzuki
良尚 鈴木
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンダボアの内壁に残留引張力を軽減した
溶射層を形成するシリンダブロックの製造方法。 【構成】 シリンダボアの内壁に合金溶射層を形成した
後、該溶射層に溶射層の融点未満の加熱を与えることを
特徴とするものであって、加熱手段に高密度エネルギ熱
源を用いても良く、また溶射材料として重量比でCを
0.2〜0.8%を含有する鉄系溶射材料含むものであ
っても良い。溶射後に溶射層を線状に再溶融または再加
熱するので、加熱された部分で歪が解消されると共に一
体となっている被膜層が分断されることにより残留する
引張力が軽減される。また溶射材料に重量比でCを0.
2〜0.8%を含有する鉄系溶射材料含むものでる場合
は、熱による効果とマルテンサイト変態による被膜の膨
張による効果が加わって、歪%の低減がさらに効果的で
あてる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリンダボアの内壁に合
金溶射層を形成するシリンダブロックの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】鋳鉄製のエンジンブロックと鋳鉄製のピ
ストンは耐久力があり耐摩耗性に優れているが、重量が
重いという欠点があり、アルミニウム製のエンジンブロ
ックおよびピストンが使用されるようになっている。し
かしアルミニウム製のエンジンブロックのシリンダボア
内面は耐摩耗性および耐スカッフィング性に劣るため種
々の処理が施されている。
【0003】例えば、アルミニウムシリンダブロックの
中に鋳鉄性のシリンダライナーを圧入したり、耐摩耗性
アルミニウム合金であるA390を用いてECM処理を
して実用化しているものがある。また、コーティングを
している例としては、Ni+SiC分散めっき、Ni−
P−BNめっき、Mo線爆溶射等がある。
【0004】アルミニウム製エンジンボアにアルミニウ
ムブロンズを金属溶射する発明としては米国特許5,0
80,056号があり、アルミニウム製エンジンブロッ
クのシリンダ壁を多少大きめに鋳造し、このシリンダ壁
にアルミニウムブロンズを酸素炭水化水素燃料ガス(プ
ロピレンを使用)の高速流(High Volocit
y Stream of an Oxygen Hyd
rocarbon Fuel Gas、以下HVOFと
いう。)を用いて金属溶射しアルミニウムブロンズ層を
形成し、これを所望の内径に機械加工するものである。
【0005】また、セラミックスを溶射するものとして
は、特開昭60−26656号公報の内面溶射方法の発
明があり、この発明では円筒内面に断面形状が三角形又
は台系である突起を形成し、セラミックスの溶射被覆高
さが前記高さ以上になるように溶射するものである。
【0006】
【発明が解決しようとす課題】本発明が対象としている
のは、フレーム溶射の中でも、前記のHVOF溶射(M
etco社製DJガン)と呼ばれる高速溶射技術で、高
速であることから密着性、皮膜特性に優れている。この
方法を用いてシリンダ内壁に溶射層を形成するには、図
5に示すようにシリンダの中心に溶射ガンを挿入する。
溶射金属は溶融されスプレイとなって溶射ガンのヘッド
から高速ガスによりシリンダ内壁に堆積する。この溶射
ガンは自動的に回転しシリンダの中心軸を何度か上下に
昇降するので、比較的厚膜(約0.2〜1.00mm)
がシリンダ内壁に形成される。
【0007】ところが、皮膜の材質としとは、必要性に
応じて種々のものが選択できるが、どんな材質を選んで
も、コーティング皮膜が熱収縮を生ずるのに対して、基
材のシリンダブロックはこれに対応して収縮しないた
め、溶射皮膜層に残留応力を生ずる。すなわち、図6
(a)(b)に示すように溶射皮膜に引張力が生じ溶射
皮膜剥離の原因となる。特に機械加工のときに剥離す
る。
【0008】前記特開昭60−26656号公報の発明
はこの問題点を解決するために提案されたものである
が、この提案では溶射皮膜が凸部のシャドウ効果により
穴やポアが発生して劣化し易く、また円筒内周面に凸部
を形成と切削加工では困難であるという欠点がある。
【0009】本発明はシリンダボア内壁にフレーム溶射
により溶射皮膜を形成するに際して溶射皮膜に引張力が
残留し、機械加工に際して剥離し易いという問題点を解
決するためになされたものであって、シリンダボアの内
壁の溶射層に引張力が残留しないシリンダブロックの製
造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】発明者はシリンダボアの
内壁の溶射層に引張力が残留する理由について検討をし
た。その結果、溶射被膜層は一体となって凝固するため
に引張力が残留することが判明した。そこで、溶射層を
その融点に近い温度で部分的にまたは全体的に加熱し、
溶射層の一体性を分断することにより、残留応力を軽減
できることを新たに知見して本発明を完成した。また、
さらに溶射材料についても検討を重ね、加熱により、変
態して膨張する材料を添加するとさらに効果的であるこ
とを見出して本発明を完成した。
【0011】本発明の請求項1のシリンダブロックの製
造方法は、シリンダボアの内壁に合金溶射層を形成した
後、該溶射層に溶射層の融点未満の加熱を与えることを
要旨とする。請求項2の発明は、前記溶射層に加熱を与
える手段が高密度エネルギ熱源であることを要旨とす
る。また、請求項3の発明は、前記合金溶射層は、重量
比でCを0.2〜0.8%を含有し、かつマルテンサイ
ト変態する鉄系溶射材料を含む溶射材料であることを要
旨とする。
【0012】使用する溶射機はガス溶線式でもアーク式
溶射機でも特に限定はされないが、ガス溶線式溶射機が
最も一般的である。これはアセチレンとプロパンと酸素
で高温炎をつくりこの中に線材を一定速度で送り込み溶
滴として高速で基材表面に吹きつけるものである。
【0013】溶射層被膜の加熱は火炎による加熱、高周
波加熱、レーザ光の照射等その手段を問わないが、要す
るに溶射被膜を線状に出来るだけ溶融温度に近い温度に
再加熱して一体となっている被膜層を分断することによ
り残留応力が軽減されれば良い。
【0014】加熱の熱源として、レーザ等の高エネルギ
熱源を用いればさらに効果的である。加熱する際の線状
の再加熱のパターンは縦縞状、らせん状等適宜に選択す
れば良い。
【0015】
【作用】第1項の発明では、溶射後に溶射層を線状に再
溶融または再加熱するので、加熱された部分で歪が解消
されると共に一体となっている被膜層が分断されること
により残留する引張力が軽減される。
【0016】また、請求項3の発明では、請求項1の発
明に対してさらにマルテンサイト変態による体積膨張が
利用される。マルテンサイト変態による体積膨張は 4.75−0.53×(%C)・・・・・(1) で表される(金属学会;構成材料とその処理、P8
7)。鉄系材料のC含有量を0.2〜0.8%としたの
は、0.2%未満では充分な体積膨張と耐摩耗性が得ら
れないからであり、0.8%を越えるとチル層が発生し
溶射層の被削性が損なわれるからである。その結果、
(1)式より体積膨張は4.33〜4.64%発生す
る。
【0017】この請求項3の発明で使用される溶射材料
としては、例えば炭素鋼(C含有量0.2〜0.8%)
またはマルテンサイトステンレス鋼等を含む材料を体積
比で20%以上含むことが望ましい。溶射材料の体積比
が20%未満ではマルテンサイト変態による体積膨張が
充分に利用されないからである。
【0018】本発明において、溶射層をその融点以下で
加熱する理由は、溶射層の融点以上に加熱してしまう
と、溶射層が溶融し再び凝固硬化する際に、溶融部が収
縮してしまい残留応力が再び発生するからである。ま
た、マルテンサイト変態で膨張させる効果を打ち消して
なお収縮してしまうからである。
【0019】
【実施例】本発明の実施例を従来例と対比して説明し本
発明の効果を明らかにする。 (実施例1)図5に示すように、シリンダブロック10
のシリンダボア12の中心軸に沿って溶射ガン14を挿
入し、溶射材料としてAl−15wt%SiとFe−6
5wt%Cr−8wt%Cで表される鉄クロム炭化物が
それぞれ重量比(wt%)で50%ずつを占める材料を
用い、溶射ガン14のヘッドを回転させながら上下に昇
降して、冷却水用ジャケット16で冷却しながら、溶射
粒子18をシリンダ内壁に吹きつけ、膜厚0.6mmの
溶射層20を形成した。ただし、前記溶射材料はマルテ
ンサイト変態を生ずる材料ではない。
【0020】続いて、図1に示すようにレーザ発振機2
2で発生したレーザ光をシリンダボア12の上に設置し
た反射鏡24でシリンダボア12内に反射し、集光レン
ズ26により集光した後、シリンダボア12内に設置し
た反射鏡28をらせん状に回転しながら、溶射層にレー
ザ光を照射して加熱した。その結果、図2のシリンダボ
アの部分切断斜視図に示すように、溶射層20にらせん
状の加熱部30が形成された。加熱部30は溶射層20
が溶融する温度以下で、できるだけ高い温度でレーザに
より照射して加熱され、照射面積率は30%であった。
なお、照射面積率とは、溶射層の面積に対して、レーザ
を照射した面積の占める割合をいう。
【0021】次いで、図3(b)に示すようにシリンダ
ブロック10の切断片32を切出し、溶射層20に歪ゲ
ージ34を貼りつけ、その後、図2(a)に示すよう
に、この溶射層20を切断片32から機械的に剥離した
後、歪を測定した。なお、比較のために溶射層20を加
熱しなかった従来のシリンダブロック10についても同
様に切断片を切り出して同様に歪ゲージ34を貼りつけ
て溶射層20を切断片32から機械的に剥離した後、歪
を測定した。
【0022】得られた結果は図4に示したが、本発明の
実施例歪量は従来法に比較しては約1/2に減少してお
り、本発明では溶射層に働く残留応力が軽減されている
ことが判明した。
【0023】(実施例2)Al−15wt%SiとFe
−wt0.8%Cの混合重量比(wt%)がそれぞれ5
0%ずつである溶射材料を用いて、実施例1と同様のH
VOF溶射内周面処理用溶射ガンにより、実施例1と同
様に溶射ガン14のヘッドを回転させながら上下に昇降
して、冷却水用ジャケット16で冷却しながら、溶射粒
子18をシリンダ内壁に吹きつけ、膜厚0.6mmの溶
射層20を形成した。
【0024】次いで、レーザ出力2KW、ビーム移動速
度1000mm/min、硬化層深さ0.4〜0.6m
m、照射面積率10〜100%のレーザ照射条件で、溶
射層を加熱し、実施例1と同様に歪ゲージにより各照射
面積率における溶射層の歪%を測定し、得られた結果を
図7に示した。なお、レーザ照射の場合焼き境が生じる
ため、100%の場合は100KW─400KHzの高
周波を用いた。
【0025】図7に示したように、照射面積率すなわち
焼入面積率の増加と共に歪%は低減するが、実施例1と
較べて加熱による効果とマルテンサイト変態による被膜
の膨張による効果が加わって、歪%の低減効果が大きか
った。
【0026】
【発明の効果】本発明のシリンダブロックの製造方法は
以上説明したように、シリンダボアの内壁に合金溶射層
を形成した後、該溶射層に溶射層の融点未満の加熱を与
えることを特徴とするものであって、加熱手段に高密度
エネルギ熱源を用いても良く、また溶射材料として重量
比でCを0.2〜0.8%を含有する鉄系溶射材料含む
ものであっても良い。溶射後に溶射層を線状に再溶融ま
たは再加熱するので、加熱された部分で歪が解消される
と共に一体となっている被膜層が分断されることにより
残留する引張力が軽減される。また溶射材料に重量比で
Cを0.2〜0.8%を含有し、かつマルテンサイト変
態する鉄系溶射材料含むものでる場合は、熱による効果
とマルテンサイト変態による被膜の膨張による効果が加
わって、歪%の低減がさらに効果的であてる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリンダブロックの内壁の溶射層にレーザ光を
照射している状態の断面図である。
【図2】レーザ照射後のシリンダブロックの部分切断斜
視図である。
【図3】溶射層の歪を測定する方法を説明するシリンダ
ブロック片の斜視図である。
【図4】本発明の実施例と従来例との溶射層の歪を示す
図である。
【図5】シリンダブロック内壁への金属溶射を説明する
断面図である。
【図6】シリンダブロックに溶射された溶射層の残留引
張力を説明する平面図および断面図である。
【図7】本発明における溶射層の焼入面積率と歪との関
係を示す図である。
【符号の説明】
10 シリンダブロック 12 シリンダボ
ア 14 溶射ガン 18 溶射粒子 20 溶射層 22 レーザ発振
機 24、27 反射鏡 26 集光レンズ 30 加熱部 32 シリンダブ
ロック切断片 34 歪ゲージ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダボアの内壁に合金溶射層を形成
    した後、該溶射層に溶射層の融点未満の加熱を与えるこ
    とを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記溶射層に加熱を与える手段が高密度
    エネルギ熱源であることを特徴とする請求項1に記載し
    たシリンダブロックの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記合金溶射層は、重量比でCを0.2
    〜0.8%を含有し、かつマルテンサイト変態する鉄系
    溶射材料を含む溶射材料であることを特徴とする請求項
    1または請求項2に記載のシリンダブロックの製造方
    法。
JP21312693A 1993-08-27 1993-08-27 シリンダブロックの製造方法 Pending JPH0762519A (ja)

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