JPH08134622A - 軽金属材料表面の処理方法及び耐摩耗性溶射材との複合材料からなる表面層を有する軽金属材料 - Google Patents

軽金属材料表面の処理方法及び耐摩耗性溶射材との複合材料からなる表面層を有する軽金属材料

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JPH08134622A
JPH08134622A JP6278918A JP27891894A JPH08134622A JP H08134622 A JPH08134622 A JP H08134622A JP 6278918 A JP6278918 A JP 6278918A JP 27891894 A JP27891894 A JP 27891894A JP H08134622 A JPH08134622 A JP H08134622A
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light metal
wear
metal material
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layer
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Hiroshi Kanamaru
弘志 金丸
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Hino Motors Ltd
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Hino Motors Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐摩耗性及び耐焼付き性を有し、境界潤滑領
域において優れたPV特性が得られるようにすること。 【構成】 アルミニウム、アルミニウム合金からなる母
材1の表面をショットピーニング等で凹凸面2に形成
し、次いで該凹凸面2上に空孔率10%乃至30%の多
孔性の耐摩耗性溶射層3を被覆し、該耐摩耗性溶射層3
の表面を0.8μm以下の粗さに研磨処理した後、耐焼
付き性を有する被覆層4を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軽金属材料表面の処理
方法及び耐摩耗性溶射材との複合材料からなる表面層を
有する軽金属材料に係り、詳しくは耐摩耗性及び耐焼付
き性を有し、境界潤滑領域において優れたPV特性が得
られる軽金属材料表面の処理方法及び耐摩耗性溶射材と
の複合材料からなる表面層を有する軽金属材料に関す
る。
【0002】
【従来の技術】部品、装置の軽量化を目的として軽金属
材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等を使用
することが提案されているが、耐摩耗性等に問題がある
ため、軽金属材料からなる母材金属表面に耐摩耗性に優
れたセラミック等を溶射して複合化する表面処理法が種
々開発されている。
【0003】例えば、実開昭60−97764号公報に
は、アルミニウム合金からなる母材金属表面に多孔質ア
ルミニウム粉末焼結材層を介してセラミック層を形成す
るする表面処理法が開示され、また特公平4−2174
8号公報には、母材金属表面にセラミック単独溶射層、
セラミックと耐熱金属の複合溶射層を形成する際、溶射
層の気孔率を溶射層の表面側と母材金属側とで異なるよ
うにする表面処理法が開示され、また特開昭60−23
0975公報には、母材金属表面に径を大きくした係合
凹部を形成し、該係合凹部を埋めるようにしてセラミッ
ク材等の強化層を形成する表面処理法が開示されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の表面処理方法に
よれば、母材金属表面に溶射したセラミック層等が強固
に付着するものの、その表面は、通常、凹凸があるた
め、セラミック層等を溶射した後にその表面に適宜研磨
処理が施される。しかしながら、シリンダヘッド、ピス
トン等の摺動する箇所に適用する場合には、研磨処理を
施してセラミック層等の表面を平滑にし、その上、十分
に給油して潤滑したとしても、焼付きのおそれを十分回
避することができなかった。
【0005】したがって、本発明は、耐摩耗性溶射層が
強固に付着する上に、焼付き等のおそれのない、軽金属
材料表面の処理方法及び該処理によって形成された耐摩
耗性溶射材との複合材料からなる表面層を有する軽金属
材料を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の処理方法によれば、軽金属材料からなる母
材表面を凹凸面に形成し、次いで該凹凸面上に多孔性の
耐摩耗性溶射層を被覆し、該耐摩耗性溶射層の表面を研
磨処理した後、耐焼付き性を有する被覆層を被覆処理し
てなることを特徴としている。
【0007】ここで、前記耐摩耗性溶射層は、空孔率が
10%乃至30%であることが好ましい。
【0008】また、前記耐摩耗性溶射層の研磨後の表面
粗さは0.8μm以下であることが好ましい。
【0009】また、本発明の耐摩耗性溶射材との複合材
料からなる表面層を有する軽金属材料によれば、表面に
凹凸面に形成した軽金属材料と、該軽金属材料の凹凸面
上に被覆された多孔性の耐摩耗性溶射層と、研磨処理を
施した前記耐摩耗性溶射層の表面に被覆された、耐焼付
き性を有する被覆層とからなり、前記耐摩耗性溶射層の
空孔率が10%乃至30%で、前記耐摩耗性溶射層の研
磨加工後の表面粗さが0.8μm以下であることを特徴
としている。
【0010】
【作用】本発明によれば、軽金属材料からなる母材表面
を凹凸面に形成した後に、該凹凸面上に多孔性の耐摩耗
性溶射層を被覆するため、凹凸面内に耐摩耗性溶射層の
一部が食い込むようになり、耐摩耗性溶射層が強固に付
着する。この後、耐摩耗性溶射層の表面に研磨処理を施
すため、該耐摩耗性溶射層内の空孔を露呈する。したが
って、研磨処理を施した耐摩耗性溶射層に耐焼付き性を
有する被覆層を被覆処理すると、該被覆層の一部が露呈
した空孔に食い込むようになり、被覆層も強固に付着
し、また耐摩耗性溶射層に自己潤滑性を与える。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
【0012】図1乃至図4は本発明の軽金属材料の処理
方法の一実施例を示すものである。図1は軽金属材料か
らなる母材表面に凹凸を形成する工程を説明する断面
図、図2は図1に示す母材表面に耐摩耗性溶射層を形成
する工程を説明する断面図、図3は図2の耐摩耗性溶射
層の表面に研磨処理を施す工程を説明する断面図、図4
は図3の耐摩耗性溶射層に耐焼付き性を有する被覆層を
形成する工程を説明する断面図である。
【0013】まず、本発明の軽金属材料表面の処理方法
の一実施例について説明する。
【0014】図1に示すように、アルミニウム、アルミ
ニウム合金等の軽金属材料からなる母材1の表面に物理
的、化学的方法、例えばショットピーニングにより凹凸
面2を形成する。この凹凸面2は、図2に示す次工程の
耐摩耗性溶射層3の付着性を向上させるものである。す
なわち、母材1の軽金属材料と耐摩耗性溶射層3をなす
セラミック等との間の熱膨張係数の差に起因する、耐摩
耗性溶射層3の母材1表面からの剥離を防止するもので
ある。なお、凹凸面2は、母材1金属がアルミニウム、
アルミニウム合金である場合、母材1の表面を陽極酸化
することによって形成することが出来る。
【0015】次いで、図2に示すように、母材金属1の
凹凸面2に多孔性の耐摩耗性溶射層3を形成する。この
耐摩耗性溶射層3は例えばAr、He、N2等のガスで
プラズマジェットを発生させ、その中に粉末状の耐摩耗
性溶射材料をキャリヤガスにより投入し熔融させて、母
材1表面の凹凸面2に吹き付けて皮膜を形成するプラズ
マ溶射法等により形成される。耐摩耗性溶射材料として
は、例えば、Mo、Ta、Ti等の金属、Al-Si
系、Ni-Cr系、Fe−C系等の合金系、酸化物系セ
ラミック材(Al23系、ZrO223系)、炭化物
系セラミック材(WC-Co系、Cr32-(Ni-C
r)系)等が挙げられる。耐摩耗性溶射層3の空孔率は
10%乃至30%程度が好ましい。耐摩耗性溶射層3内
の空孔5は、母材1の金属材料と耐摩耗性溶射層3との
間の熱膨張率の差を吸収し、また図3に示す研磨工程で
耐摩耗性溶射層3の表面に空孔5を露呈させて図4の工
程で被覆される耐焼付き性皮膜4との密着性を高める。
ここで、空孔率を10%乃至30%としたのは、空孔率
が10%よりも少ないと、これら作用を十分発揮させる
ことができず、また空孔率が30%よりも高いと耐摩耗
性噴射層3の強度が脆くなる等の不都合が生じるからで
ある。空孔率は、プラズマ溶射する溶射材料、溶射条件
(溶射粉末の物性、溶射角度、母材1の予備加熱温度)
等によって制御することができる。
【0016】この後、図3に示すように、耐摩耗性溶射
層3が冷却固化した後、該耐摩耗性溶射層3の表面に研
磨加工を施す。この研磨加工は、耐摩耗性溶射層3の表
面を平滑にする他に、耐摩耗性溶射層3の表面側内部に
位置する空孔5を露呈させる等の目的で行うものであ
る。この研磨加工の程度は、表面粗さを0.8μm以下
にするのが好ましい。0.8μmよりも大きいと、図4
の工程において耐焼付き性の被覆層4を形成しても、該
被覆層4の表面が平滑にならず(耐摩耗性溶射層3の凹
凸が被覆層4の表面に現れてしまい)、優れたPV特性
が得られなくなるからである。
【0017】しかる後、図4に示すように、研磨加工を
施した耐摩耗性溶射層3の表面に耐焼付き性の被覆層4
を形成する。この被覆層4を形成する際、その一部が耐
摩耗性溶射層3の表面に露呈した空孔5に食い込んで、
該耐摩耗性溶射層3にしっかり付着する。被覆層4は、
耐摩耗性溶射層3に自己潤滑性を与えて耐焼付き性を向
上させ、優れたP−V特性が得られるようにするもので
ある。被覆層4を形成する材料としては、例えば二硫化
モリブデン(MoS2)、テトラフルオロエチレン(商
品名テフロン)等がある。テトラフルオロエチレンの被
覆層4の場合には、研磨加工を施した耐摩耗性溶射層3
の表面に被覆後、数時間温度160℃乃至180℃に加
熱焼付きて硬化することにより形成される。
【0018】このようにして表面処理を施した本発明の
軽金属材料の一実施例によれば、母材1の金属がアルミ
ニウム、アルミニウム合金製で、軽量であり、また母材
1の凹凸表面2に耐摩耗性溶射層3の一部が食い込む一
方、該耐摩耗性溶射層3内部の空孔が母材1と耐摩耗性
溶射層3との間の熱膨張率の差を吸収するようになるの
で、耐摩耗性溶射層3が母材1の表面に強固に付着し、
熱サイクル、熱衝撃等が加わっても耐摩耗性溶射層3が
剥離するおそれがない。また、耐摩耗性溶射層3の表面
を0.8μm以下に研磨加工した後、耐焼付き性の被覆
層4を被覆してあるので、長期間、繰り返し使用しても
被覆層4が剥離するおそれが少なく、該被覆層4によっ
て、境界潤滑領域において耐摩耗性及び耐焼付き性を有
する他に、優れたPV特性が得られ、シリンダーヘッ
ド、ピストンリング、エンジン部品等に適用することが
可能となる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明の軽金属材料
表面の処理方法及び耐摩耗性溶射材との複合材料からな
る表面層を有する軽金属材料によれば、表面に凹凸面を
形成した軽金属材料からなる母材に多孔性の耐摩耗性溶
射層を被覆し、該耐摩耗性溶射層の表面を研磨処理した
後、耐焼付き性を有する被覆層を処理してなるので、特
別な処理を施すことなく、耐摩耗性及び耐焼付き性を有
し、境界潤滑領域において優れたPV特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すもので、軽金属材料か
らなる母材表面に凹凸を形成する工程を説明する断面図
である。
【図2】図1に示す母材表面に耐摩耗性溶射層を形成す
る工程を説明する断面図である。
【図3】図2の耐摩耗性溶射層の表面に研磨処理を施す
工程を説明する断面図である。
【図4】図3の耐摩耗性溶射層に耐焼付き性を有する被
覆層を形成する工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
1 母材 2 凹凸面 3 耐摩耗性溶射層 4 耐焼付き性を有する被覆層 5 空孔

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軽金属材料からなる母材表面を凹凸面に
    形成し、次いで該凹凸面上に多孔性の耐摩耗性溶射層を
    被覆し、該耐摩耗性溶射層の表面を研磨処理した後、耐
    焼付き性を有する被覆層を被覆処理してなることを特徴
    とする軽金属材料表面の処理方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の軽金属材料表面の処理
    方法にして、 前記耐摩耗性溶射層は、空孔率が10%乃至30%であ
    ることを特徴とする軽金属材料表面の処理方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の軽金属材料表面の処理
    方法にして、 前記耐摩耗性溶射層の研磨後の表面粗さは0.8μm以
    下であることを特徴とする軽金属材料表面の処理方法。
  4. 【請求項4】 表面に凹凸面に形成した軽金属材料と、
    該軽金属材料の凹凸面上に被覆された多孔性の耐摩耗性
    溶射層と、研磨処理を施した前記耐摩耗性溶射層の表面
    に被覆処理された、耐焼付き性を有する被覆層とからな
    り、前記耐摩耗性溶射層の空孔率が10%乃至30%
    で、前記耐摩耗性溶射層の研磨加工後の表面粗さが0.
    8μm以下であることを特徴とする、耐摩耗性溶射材と
    の複合材料からなる表面層を有する軽金属材料。
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