JPH09111365A - 摺動用材料、ピストン及びその製造方法 - Google Patents
摺動用材料、ピストン及びその製造方法Info
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- JPH09111365A JPH09111365A JP26734195A JP26734195A JPH09111365A JP H09111365 A JPH09111365 A JP H09111365A JP 26734195 A JP26734195 A JP 26734195A JP 26734195 A JP26734195 A JP 26734195A JP H09111365 A JPH09111365 A JP H09111365A
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
- F05C2203/0808—Carbon, e.g. graphite
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Glanulating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高い摺動特性と加工性を維持しつつ、耐Ａｌ凝
着性を向上させる。 【解決手段】黒鉛粉末が５０〜９０体積％からなる圧粉
成形体と、圧粉成形体の気孔に充填されたＡｌ基金属及
びＭｇ基金属の少なくとも一方の金属材料とよりなる。
黒鉛がマトリックスとなり、かつＡｌ及び／又はＭｇの
体積率が小さいので、高い摺動特性と加工性を維持しつ
つ耐Ａｌ凝着性が向上する。
着性を向上させる。 【解決手段】黒鉛粉末が５０〜９０体積％からなる圧粉
成形体と、圧粉成形体の気孔に充填されたＡｌ基金属及
びＭｇ基金属の少なくとも一方の金属材料とよりなる。
黒鉛がマトリックスとなり、かつＡｌ及び／又はＭｇの
体積率が小さいので、高い摺動特性と加工性を維持しつ
つ耐Ａｌ凝着性が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は摺動部に用いられる
摺動用材料と、その摺動用材料から形成されたリング溝
をもつピストン及びその製造方法に関する。本発明のピ
ストンは内燃機関のピストンなどに用いて好適である。
摺動用材料と、その摺動用材料から形成されたリング溝
をもつピストン及びその製造方法に関する。本発明のピ
ストンは内燃機関のピストンなどに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】例えばディーゼルエンジン用のピストン
は、軽量化及び熱伝達性のうえからアルミニウム（Ａ
ｌ）を主成分とする金属から形成されている。そして特
に高い摺動特性の必要なリング溝には、Ａｌ基金属複合
材料（ＭＭＣ）、ニレジスト鋳鉄などが用いられてい
る。
は、軽量化及び熱伝達性のうえからアルミニウム（Ａ
ｌ）を主成分とする金属から形成されている。そして特
に高い摺動特性の必要なリング溝には、Ａｌ基金属複合
材料（ＭＭＣ）、ニレジスト鋳鉄などが用いられてい
る。
【０００３】ところが近年のエンジンの高出力化に伴
い、ピストンリングの回転による剪断力及び高面圧が作
用してリング溝の表層部で塑性流動が発生するため、表
面の酸化膜が破壊されて新生面が露出し、ピストンリン
グとリング溝の接触部分でＡｌ凝着が発生するという不
具合がある。このようなＡｌ凝着を防止するためには、
摺動面に占めるＡｌの面積率（均一組成の場合は体積率
と同値）を５０％以下とする必要があるが、繊維や固体
潤滑剤を含む従来のＡｌ基ＭＭＣのＡｌ体積率は一般に
７０〜９０％であり、このようにＡｌ体積率が高いとＡ
ｌ凝着が発生する。また繊維や固体潤滑剤を増量してＡ
ｌの体積率を５０％以下とすると、鋳造の際に割れや含
浸不良による欠けなどの不具合が発生する。
い、ピストンリングの回転による剪断力及び高面圧が作
用してリング溝の表層部で塑性流動が発生するため、表
面の酸化膜が破壊されて新生面が露出し、ピストンリン
グとリング溝の接触部分でＡｌ凝着が発生するという不
具合がある。このようなＡｌ凝着を防止するためには、
摺動面に占めるＡｌの面積率（均一組成の場合は体積率
と同値）を５０％以下とする必要があるが、繊維や固体
潤滑剤を含む従来のＡｌ基ＭＭＣのＡｌ体積率は一般に
７０〜９０％であり、このようにＡｌ体積率が高いとＡ
ｌ凝着が発生する。また繊維や固体潤滑剤を増量してＡ
ｌの体積率を５０％以下とすると、鋳造の際に割れや含
浸不良による欠けなどの不具合が発生する。
【０００４】そこで特開昭６２−２８６６６０号公報に
は、鋳鉄粉末と黒鉛とからなる圧粉成形体の気孔にＡｌ
系金属を充填させ、境界部に鉄とＡｌとの金属間化合物
を形成した複合部材が開示されている。この複合部材に
よれば、硬度の高いＦｅ−Ａｌ金属間化合物と自己潤滑
性を有する黒鉛との共存により、耐摩耗性及び耐ヘタリ
性が高く、高温高圧摺動状態で使用される部分に用いる
のに好適である。
は、鋳鉄粉末と黒鉛とからなる圧粉成形体の気孔にＡｌ
系金属を充填させ、境界部に鉄とＡｌとの金属間化合物
を形成した複合部材が開示されている。この複合部材に
よれば、硬度の高いＦｅ−Ａｌ金属間化合物と自己潤滑
性を有する黒鉛との共存により、耐摩耗性及び耐ヘタリ
性が高く、高温高圧摺動状態で使用される部分に用いる
のに好適である。
【０００５】また特開平３−３５８６４号公報には、Ｔ
ｉ粉末と黒鉛からなる圧粉成形体の気孔にＡｌを充填さ
せた複合材料が開示されている。この複合材料は無潤滑
下で高い耐摩耗性と耐焼付性を有しているので、この複
合材料を用いて軽量な摺動部品を製造することができ
る。
ｉ粉末と黒鉛からなる圧粉成形体の気孔にＡｌを充填さ
せた複合材料が開示されている。この複合材料は無潤滑
下で高い耐摩耗性と耐焼付性を有しているので、この複
合材料を用いて軽量な摺動部品を製造することができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが特開昭６２−
２８６６６０号公報に記載の複合材料では、圧粉成形体
は大部分が鋳鉄であり黒鉛は１．５体積％程度である。
したがってマトリックスは鋳鉄であり、切削加工性に劣
る。そして圧粉成形体の気孔率は２０〜８０％であり、
その気孔にＡｌが充填されているから、摺動部に占める
Ａｌの面積率が比較的高い。そのためピストンのリング
溝などに適用した場合には、Ａｌ凝着を伴った摩耗（損
傷）が発生するという不具合がある。
２８６６６０号公報に記載の複合材料では、圧粉成形体
は大部分が鋳鉄であり黒鉛は１．５体積％程度である。
したがってマトリックスは鋳鉄であり、切削加工性に劣
る。そして圧粉成形体の気孔率は２０〜８０％であり、
その気孔にＡｌが充填されているから、摺動部に占める
Ａｌの面積率が比較的高い。そのためピストンのリング
溝などに適用した場合には、Ａｌ凝着を伴った摩耗（損
傷）が発生するという不具合がある。
【０００７】また特開平３−３５８６４号公報に記載の
複合材料では、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物が生成する。
このＴｉ−Ａｌ金属間化合物の硬度はＨＶ１８０〜２３
０程度とＡｌ合金とほぼ同等であり、Ａｌ凝着を防止で
きる程度に硬くない。またＴｉ−Ａｌ金属間化合物は、
伸びが大きいという性質をもつ。そのため摺動時に相手
材から剪断力が作用すると塑性流動が発生しやすく、ピ
ストンのリング溝などに適用した場合には、Ａｌ凝着を
伴った摩耗（損傷）が発生するという不具合がある。
複合材料では、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物が生成する。
このＴｉ−Ａｌ金属間化合物の硬度はＨＶ１８０〜２３
０程度とＡｌ合金とほぼ同等であり、Ａｌ凝着を防止で
きる程度に硬くない。またＴｉ−Ａｌ金属間化合物は、
伸びが大きいという性質をもつ。そのため摺動時に相手
材から剪断力が作用すると塑性流動が発生しやすく、ピ
ストンのリング溝などに適用した場合には、Ａｌ凝着を
伴った摩耗（損傷）が発生するという不具合がある。
【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、高い摺動特性と加工性を維持しつつ、耐Ａ
ｌ凝着性を向上させることを目的とする。
ものであり、高い摺動特性と加工性を維持しつつ、耐Ａ
ｌ凝着性を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の摺動用材料の特徴は、黒鉛粉末が５０〜９０体積
％からなる圧粉成形体と、圧粉成形体の気孔に充填され
たＡｌ基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一方の金属材
料とよりなることにある。第２発明の摺動用材料の特徴
は、第１発明の摺動用材料において、黒鉛粉末表面には
金属薄膜からなるコーティング層をもつことにある。
発明の摺動用材料の特徴は、黒鉛粉末が５０〜９０体積
％からなる圧粉成形体と、圧粉成形体の気孔に充填され
たＡｌ基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一方の金属材
料とよりなることにある。第２発明の摺動用材料の特徴
は、第１発明の摺動用材料において、黒鉛粉末表面には
金属薄膜からなるコーティング層をもつことにある。
【００１０】第３発明の摺動用材料の特徴は、上記第１
発明又は第２発明の摺動用材料において、硬質の粒子及
び硬質の繊維の少なくとも一方を１〜１０体積％さらに
含むことにある。第４発明のピストンの特徴は、ピスト
ンリングが保持されるリング溝をもつピストンにおい
て、リング溝は請求項１、請求項２及び請求項３に記載
の摺動用材料から選ばれる材料から形成されていること
にある。
発明又は第２発明の摺動用材料において、硬質の粒子及
び硬質の繊維の少なくとも一方を１〜１０体積％さらに
含むことにある。第４発明のピストンの特徴は、ピスト
ンリングが保持されるリング溝をもつピストンにおい
て、リング溝は請求項１、請求項２及び請求項３に記載
の摺動用材料から選ばれる材料から形成されていること
にある。
【００１１】また第５発明のピストンの製造方法は、ピ
ストンリングが保持されるリング溝をもつピストンの製
造方法であって、成形用鋳型のリング溝を形成する箇所
に黒鉛粉末が５０〜９０体積％からなる圧粉成形体を保
持し、次いでＡｌ基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一
方の金属材料の溶湯を用いて加圧鋳造することにより、
ピストン本体をその金属材料から形成するとともにリン
グ溝を請求項１、請求項２及び請求項３に記載の摺動用
材料から選ばれる材料から形成することにある。
ストンリングが保持されるリング溝をもつピストンの製
造方法であって、成形用鋳型のリング溝を形成する箇所
に黒鉛粉末が５０〜９０体積％からなる圧粉成形体を保
持し、次いでＡｌ基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一
方の金属材料の溶湯を用いて加圧鋳造することにより、
ピストン本体をその金属材料から形成するとともにリン
グ溝を請求項１、請求項２及び請求項３に記載の摺動用
材料から選ばれる材料から形成することにある。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明にいう圧粉成形体は、黒鉛
粉末が５０〜９０体積％から構成されている。したがっ
て圧粉成形体の気孔率は１０〜５０体積％である。そし
て本発明にいう摺動用材料では、この気孔にＡｌ基金属
及び／又はＭｇ基金属（以下、充填金属という）が充填
されている。したがってこの摺動用材料では、黒鉛の体
積率が５０〜９０％となり黒鉛がマトリックスとなるの
で、相手材から剪断力が作用した際の伸びが小さく塑性
流動が発生しにくい。また摩耗により初期に滑らかな摺
動表面が形成され、かつ摺動表面の充填金属の面積率が
低いので、充填金属による凝着を防止することができ
る。
粉末が５０〜９０体積％から構成されている。したがっ
て圧粉成形体の気孔率は１０〜５０体積％である。そし
て本発明にいう摺動用材料では、この気孔にＡｌ基金属
及び／又はＭｇ基金属（以下、充填金属という）が充填
されている。したがってこの摺動用材料では、黒鉛の体
積率が５０〜９０％となり黒鉛がマトリックスとなるの
で、相手材から剪断力が作用した際の伸びが小さく塑性
流動が発生しにくい。また摩耗により初期に滑らかな摺
動表面が形成され、かつ摺動表面の充填金属の面積率が
低いので、充填金属による凝着を防止することができ
る。
【００１３】黒鉛粉末が５０体積％未満では、充填金属
の体積率が高くなり充填金属による凝着が生じやすくな
る。また黒鉛粉末が９０体積％を超えると、気孔中への
充填金属の充填が困難となり鋳造欠陥が生じる。製造時
の誤差を考慮して黒鉛粉末を６０〜９０体積％とすれ
ば、量産時の品質も維持することができるので特に好ま
しい。
の体積率が高くなり充填金属による凝着が生じやすくな
る。また黒鉛粉末が９０体積％を超えると、気孔中への
充填金属の充填が困難となり鋳造欠陥が生じる。製造時
の誤差を考慮して黒鉛粉末を６０〜９０体積％とすれ
ば、量産時の品質も維持することができるので特に好ま
しい。
【００１４】黒鉛粉末の粒径は、５〜２０μｍの範囲と
することが好ましい。５μｍ未満では圧粉成形体とした
ときの気孔率がきわめて小さくなり、１０体積％以上と
することが困難となる。また粒径が２０μｍを超える
と、圧粉成形体の気孔率は高くなるものの強度が低下す
る。黒鉛粉末表面には、金属薄膜からなるコーティング
層をもつことが望ましい。このコーティング層により黒
鉛と充填金属との結合力が向上して一体性が向上するた
め、摺動時の黒鉛の脱落を防止することができる。この
コーティング層を構成する金属としては、Ｆｅ、Ｍｏ、
Ｃｕ、Ｎｉ等が例示される。これらの金属のように充填
金属と金属間化合物を生成する金属を用いれば、黒鉛と
充填金属との結合力が一層向上する。
することが好ましい。５μｍ未満では圧粉成形体とした
ときの気孔率がきわめて小さくなり、１０体積％以上と
することが困難となる。また粒径が２０μｍを超える
と、圧粉成形体の気孔率は高くなるものの強度が低下す
る。黒鉛粉末表面には、金属薄膜からなるコーティング
層をもつことが望ましい。このコーティング層により黒
鉛と充填金属との結合力が向上して一体性が向上するた
め、摺動時の黒鉛の脱落を防止することができる。この
コーティング層を構成する金属としては、Ｆｅ、Ｍｏ、
Ｃｕ、Ｎｉ等が例示される。これらの金属のように充填
金属と金属間化合物を生成する金属を用いれば、黒鉛と
充填金属との結合力が一層向上する。
【００１５】コーティング層の膜厚は５〜２０μｍ程度
が好適である。コーティング層の膜厚が５μｍ未満であ
ると膜厚が不均一となり易く、そうなると充填金属と黒
鉛との結合力が低下して黒鉛の脱落が生じ易くなる。ま
た２０μｍを超えると、コーティング層を形成するため
の時間が長大となり量産性が低下する。なお、黒鉛粉末
表面にコーティング層を形成するには、スパッタリン
グ、蒸着、イオンプレーティングなどのＰＶＤ処理、あ
るいは無電解メッキなどの方法により形成することがで
きる。
が好適である。コーティング層の膜厚が５μｍ未満であ
ると膜厚が不均一となり易く、そうなると充填金属と黒
鉛との結合力が低下して黒鉛の脱落が生じ易くなる。ま
た２０μｍを超えると、コーティング層を形成するため
の時間が長大となり量産性が低下する。なお、黒鉛粉末
表面にコーティング層を形成するには、スパッタリン
グ、蒸着、イオンプレーティングなどのＰＶＤ処理、あ
るいは無電解メッキなどの方法により形成することがで
きる。
【００１６】本発明にいう摺動用材料には、硬質の粒子
及び硬質の繊維の少なくとも一方を１〜１０体積％さら
に含むことが望ましい。これにより耐摩耗性を一層向上
させることができる。硬質の粒子としてはＡｌ2 Ｏ3 、
ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 などのセラミックス粒子が例示さ
れ、硬質の繊維としてはアルミナ繊維、アルミナ−シリ
カ繊維、ＳｉＣウィスカーなどが例示される。なおＦｅ
Ｃｒ、ＦｅＣｒＣ、ＦｅＷなどの金属系硬質粒子を用い
ることも考えられるが、圧粉成形体の成形時や充填金属
の溶浸時の熱により硬度が低下する場合があるので、品
質を確保・維持するためには上記セラミックス粒子又は
セラミックス繊維を用いることが好ましい。
及び硬質の繊維の少なくとも一方を１〜１０体積％さら
に含むことが望ましい。これにより耐摩耗性を一層向上
させることができる。硬質の粒子としてはＡｌ2 Ｏ3 、
ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 などのセラミックス粒子が例示さ
れ、硬質の繊維としてはアルミナ繊維、アルミナ−シリ
カ繊維、ＳｉＣウィスカーなどが例示される。なおＦｅ
Ｃｒ、ＦｅＣｒＣ、ＦｅＷなどの金属系硬質粒子を用い
ることも考えられるが、圧粉成形体の成形時や充填金属
の溶浸時の熱により硬度が低下する場合があるので、品
質を確保・維持するためには上記セラミックス粒子又は
セラミックス繊維を用いることが好ましい。
【００１７】硬質の粒子及び硬質の繊維の少なくとも一
方の含有量としては、摺動用材料中に１〜１０体積％と
される。１体積％以下では耐摩耗性を向上させるに充分
でなく、１０体積％を超えて含有すると耐摩耗性は向上
するものの切削抵抗が増大するため量産性が低下する。
３〜１０体積％が特に好ましい。本発明の摺動用材料に
よれば、摺動面の充填金属の面積率が１０〜５０％と僅
かであるので、充填金属による凝着が防止される。そし
て従来のように鉄系金属にてマトリックスが構成されて
いないので、軽量であり加工性も良好となる。そして黒
鉛粉末表面に金属薄膜からなるコーティング層を形成す
れば、充填金属と金属間化合物を形成することなどによ
り充填金属との結合力が向上するため摺動時の黒鉛粉末
の脱落が防止され、良好な摺動特性を長期間維持するこ
とができる。また硬質の粒子及び硬質の繊維の少なくと
も一方をさらに含むことにより、耐摩耗性を向上させる
ことができる。
方の含有量としては、摺動用材料中に１〜１０体積％と
される。１体積％以下では耐摩耗性を向上させるに充分
でなく、１０体積％を超えて含有すると耐摩耗性は向上
するものの切削抵抗が増大するため量産性が低下する。
３〜１０体積％が特に好ましい。本発明の摺動用材料に
よれば、摺動面の充填金属の面積率が１０〜５０％と僅
かであるので、充填金属による凝着が防止される。そし
て従来のように鉄系金属にてマトリックスが構成されて
いないので、軽量であり加工性も良好となる。そして黒
鉛粉末表面に金属薄膜からなるコーティング層を形成す
れば、充填金属と金属間化合物を形成することなどによ
り充填金属との結合力が向上するため摺動時の黒鉛粉末
の脱落が防止され、良好な摺動特性を長期間維持するこ
とができる。また硬質の粒子及び硬質の繊維の少なくと
も一方をさらに含むことにより、耐摩耗性を向上させる
ことができる。
【００１８】また本発明のピストンでは、リング溝が上
記した摺動用材料から構成されている。したがって近年
のエンジンの高出力化に伴い、ピストンリングの回転に
よる剪断力及び高面圧が作用しても塑性流動が発生しに
くく、ピストンリングとリング溝とが接触する部分にお
ける充填金属の凝着が防止される。このリング溝は、別
に形成されたリング溝部をピストン本体に接合して一体
化してもよいが、以下のようにピストン本体の鋳造時に
同時に形成することが望ましい。
記した摺動用材料から構成されている。したがって近年
のエンジンの高出力化に伴い、ピストンリングの回転に
よる剪断力及び高面圧が作用しても塑性流動が発生しに
くく、ピストンリングとリング溝とが接触する部分にお
ける充填金属の凝着が防止される。このリング溝は、別
に形成されたリング溝部をピストン本体に接合して一体
化してもよいが、以下のようにピストン本体の鋳造時に
同時に形成することが望ましい。
【００１９】つまり本発明のピストンの製造方法では、
成形用鋳型のリング溝を形成する箇所に黒鉛粉末が５０
〜９０体積％からなる圧粉成形体を保持し、次いでＡｌ
基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一方の金属材料の溶
湯を用いて加圧鋳造される。これによりピストン本体が
その金属材料から鋳造されるとともに、圧粉成形体の気
孔中に充填金属が充填され、リング溝にピストン本体と
一体的に本発明の摺動用材料が形成される。
成形用鋳型のリング溝を形成する箇所に黒鉛粉末が５０
〜９０体積％からなる圧粉成形体を保持し、次いでＡｌ
基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一方の金属材料の溶
湯を用いて加圧鋳造される。これによりピストン本体が
その金属材料から鋳造されるとともに、圧粉成形体の気
孔中に充填金属が充填され、リング溝にピストン本体と
一体的に本発明の摺動用材料が形成される。
【００２０】そして黒鉛粉末表面に金属薄膜からなるコ
ーティング層を形成しておけば、鋳造時の熱によりＡｌ
基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一方とコーティング
層との間に金属間化合物などが形成されることで黒鉛と
の結合力が向上し、摺動時の黒鉛粉末の脱落が防止され
る。また黒鉛粉末からなる圧粉成形体を作製する際に、
硬質の粒子及び硬質の繊維の少なくとも一方を混合して
おくことにより、ピストン及びリング溝の耐摩耗性を向
上させることができる。
ーティング層を形成しておけば、鋳造時の熱によりＡｌ
基金属及びＭｇ基金属の少なくとも一方とコーティング
層との間に金属間化合物などが形成されることで黒鉛と
の結合力が向上し、摺動時の黒鉛粉末の脱落が防止され
る。また黒鉛粉末からなる圧粉成形体を作製する際に、
硬質の粒子及び硬質の繊維の少なくとも一方を混合して
おくことにより、ピストン及びリング溝の耐摩耗性を向
上させることができる。
【００２１】
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明をさら
に具体的に説明する。 （実施例１〜５、比較例１〜２）黒鉛粉末（「MICROCAR
BO-G, NG-7」関西熱化学（株）製）を所定の型に充填
し、１００ＭＰａの圧力下４００〜８００℃で加熱して
黒鉛の圧粉成形体を形成した。圧粉成形体中の黒鉛の体
積率は５０体積％であり、気孔率は５０体積％である。
に具体的に説明する。 （実施例１〜５、比較例１〜２）黒鉛粉末（「MICROCAR
BO-G, NG-7」関西熱化学（株）製）を所定の型に充填
し、１００ＭＰａの圧力下４００〜８００℃で加熱して
黒鉛の圧粉成形体を形成した。圧粉成形体中の黒鉛の体
積率は５０体積％であり、気孔率は５０体積％である。
【００２２】次に圧粉成形体を所定の型内に配置し、６
００〜８００℃のＡＣ８Ａ溶湯を高圧鋳造し、気孔内に
ＡＣ８Ａを溶浸させて実施例１の摺動用材料の試験片を
作製した。また、表１に示すように黒鉛粉末の体積率及
び気孔率が異なること以外は同様にして圧粉成形体を形
成し、同様にＡＣ８Ａを溶浸させて、実施例２〜５及び
比較例１〜２の摺動用材料の試験片を作製した。 （実施例６〜１１）上記実施例で用いた黒鉛粉末表面
に、銅（Ｃｕ）を用いたスパッタリングによりコーティ
ング層を形成した。コーティング層の膜厚は５μｍであ
る。そして、このコーティング層をもつ黒鉛粉末を用い
たこと以外は実施例１と同様にして圧粉成形体を形成
し、同様にＡＣ８Ａを溶浸させて、実施例６の摺動用材
料の試験片を作製した。
００〜８００℃のＡＣ８Ａ溶湯を高圧鋳造し、気孔内に
ＡＣ８Ａを溶浸させて実施例１の摺動用材料の試験片を
作製した。また、表１に示すように黒鉛粉末の体積率及
び気孔率が異なること以外は同様にして圧粉成形体を形
成し、同様にＡＣ８Ａを溶浸させて、実施例２〜５及び
比較例１〜２の摺動用材料の試験片を作製した。 （実施例６〜１１）上記実施例で用いた黒鉛粉末表面
に、銅（Ｃｕ）を用いたスパッタリングによりコーティ
ング層を形成した。コーティング層の膜厚は５μｍであ
る。そして、このコーティング層をもつ黒鉛粉末を用い
たこと以外は実施例１と同様にして圧粉成形体を形成
し、同様にＡＣ８Ａを溶浸させて、実施例６の摺動用材
料の試験片を作製した。
【００２３】また、表１に示すようにコーティング層の
材質と、そのコーティング層をもつ黒鉛粉末の体積率及
び気孔率が異なること以外は同様にして圧粉成形体を形
成し、同様にＡＣ８Ａを溶浸させて、実施例７〜１１の
摺動用材料の試験片を作製した。 （実施例１２〜１４）黒鉛粉末の体積％が７０体積％さ
らにアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粒子が３体積％となるよう
に、実施例１と同様に圧粉成形体を形成した。気孔率は
２７体積％である。次にその圧粉成形体を所定の型内に
配置してＡＣ８Ａ溶湯を高圧鋳造し、気孔内にＡＣ８Ａ
を溶浸させて実施例１２の摺動用材料の試験片を作製し
た。摺動用材料中に黒鉛は７０体積％含まれ、ＡＣ８Ａ
は２７体積％、アルミナ粒子は３体積％含まれている。
材質と、そのコーティング層をもつ黒鉛粉末の体積率及
び気孔率が異なること以外は同様にして圧粉成形体を形
成し、同様にＡＣ８Ａを溶浸させて、実施例７〜１１の
摺動用材料の試験片を作製した。 （実施例１２〜１４）黒鉛粉末の体積％が７０体積％さ
らにアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粒子が３体積％となるよう
に、実施例１と同様に圧粉成形体を形成した。気孔率は
２７体積％である。次にその圧粉成形体を所定の型内に
配置してＡＣ８Ａ溶湯を高圧鋳造し、気孔内にＡＣ８Ａ
を溶浸させて実施例１２の摺動用材料の試験片を作製し
た。摺動用材料中に黒鉛は７０体積％含まれ、ＡＣ８Ａ
は２７体積％、アルミナ粒子は３体積％含まれている。
【００２４】また、実施例１２と同様の圧粉成形体を用
い、表１に示すようにＡＣ８Ａとアルミナ粒子の含有量
が異なるようにしたこと以外は同様にして、実施例１３
〜１４の摺動用材料の試験片を作製した。 （実施例１５〜１７、比較例３）上記実施例１で用いた
黒鉛粉末表面に、ニッケル（Ｎｉ）を用いたスパッタリ
ングによりコーティング層を形成した。コーティング層
の膜厚は５μｍである。そして、このコーティング層を
もつ黒鉛粉末の体積％が７０体積％さらにアルミナ−シ
リカ繊維が３体積％となるように、実施例１と同様に圧
粉成形体を形成した。気孔率は２７体積％である。
い、表１に示すようにＡＣ８Ａとアルミナ粒子の含有量
が異なるようにしたこと以外は同様にして、実施例１３
〜１４の摺動用材料の試験片を作製した。 （実施例１５〜１７、比較例３）上記実施例１で用いた
黒鉛粉末表面に、ニッケル（Ｎｉ）を用いたスパッタリ
ングによりコーティング層を形成した。コーティング層
の膜厚は５μｍである。そして、このコーティング層を
もつ黒鉛粉末の体積％が７０体積％さらにアルミナ−シ
リカ繊維が３体積％となるように、実施例１と同様に圧
粉成形体を形成した。気孔率は２７体積％である。
【００２５】次にその圧粉成形体を所定の型内に配置
し、ＡＣ８Ａ溶湯を高圧鋳造し、気孔内にＡＣ８Ａを溶
浸させて実施例１５の摺動用材料の試験片を作製した。
摺動用材料中に黒鉛は７０体積％含まれ、ＡＣ８Ａは２
７体積％、アルミナ−シリカ繊維は１体積％含まれてい
る。また、実施例１５と同様の圧粉成形体を用い、表１
に示すようにＡＣ８Ａとアルミナ−シリカ繊維の含有量
が異なるようにしたこと以外は同様にして、実施例１６
〜１７及び比較例３の摺動用材料の試験片を作製した。 （比較例４〜６）ニレジスト鋳鉄から形成された試験片
を比較例４とし、Ａｌ基ＭＭＣ（アルミナ−シリカ繊維
７体積％、マトリックスＡＣ８Ａ）から形成された試験
片を比較例５とし、鉄粉７０体積％とＡＣ８Ａが３０体
積％とからなる鉄系焼結材（ＳＫＤ６１ ７０体積％、
マトリックスＡＣ８Ａ）から形成された試験片を比較例
６とした。 （試験）上記のそれぞれの試験片について、Ａｌ凝着特
性、摩耗特性及び加工性を試験した。
し、ＡＣ８Ａ溶湯を高圧鋳造し、気孔内にＡＣ８Ａを溶
浸させて実施例１５の摺動用材料の試験片を作製した。
摺動用材料中に黒鉛は７０体積％含まれ、ＡＣ８Ａは２
７体積％、アルミナ−シリカ繊維は１体積％含まれてい
る。また、実施例１５と同様の圧粉成形体を用い、表１
に示すようにＡＣ８Ａとアルミナ−シリカ繊維の含有量
が異なるようにしたこと以外は同様にして、実施例１６
〜１７及び比較例３の摺動用材料の試験片を作製した。 （比較例４〜６）ニレジスト鋳鉄から形成された試験片
を比較例４とし、Ａｌ基ＭＭＣ（アルミナ−シリカ繊維
７体積％、マトリックスＡＣ８Ａ）から形成された試験
片を比較例５とし、鉄粉７０体積％とＡＣ８Ａが３０体
積％とからなる鉄系焼結材（ＳＫＤ６１ ７０体積％、
マトリックスＡＣ８Ａ）から形成された試験片を比較例
６とした。 （試験）上記のそれぞれの試験片について、Ａｌ凝着特
性、摩耗特性及び加工性を試験した。
【００２６】Ａｌ凝着特性は、リングオンプレートタイ
プの試験機（叩き−滑り）を用い、下記の条件で行って
凝着の有無を判定した。試験片はプレート形状であり、
相手材のリングはＪＩＳ−ＳＵＳ４３０相当材に窒化処
理を施し、表面硬度ＨＶ１０００以上に仕上げてあるも
のを用いた。 試験雰囲気温度 ： ２５０℃ 試験荷重 ： １ＫＮ 叩き回数 ： ５Ｈｚ／５００回 摺動面積 ： ２ｃｍ2 リング回転数 ： １ｒｐｍ 潤滑 ： 無し 摩耗特性は、リングオンブロックタイプの試験機（ＬＦ
Ｗ−１）を用い、下記の条件で行って摩耗量（摩耗厚
さ）を測定した。試験片はブロックとして配置され、相
手材のリングはＪＩＳ−ＳＵＳ４３０相当材に窒化処理
を施し、表面硬度ＨＶ１０００以上に仕上げてあるもの
を用いた。
プの試験機（叩き−滑り）を用い、下記の条件で行って
凝着の有無を判定した。試験片はプレート形状であり、
相手材のリングはＪＩＳ−ＳＵＳ４３０相当材に窒化処
理を施し、表面硬度ＨＶ１０００以上に仕上げてあるも
のを用いた。 試験雰囲気温度 ： ２５０℃ 試験荷重 ： １ＫＮ 叩き回数 ： ５Ｈｚ／５００回 摺動面積 ： ２ｃｍ2 リング回転数 ： １ｒｐｍ 潤滑 ： 無し 摩耗特性は、リングオンブロックタイプの試験機（ＬＦ
Ｗ−１）を用い、下記の条件で行って摩耗量（摩耗厚
さ）を測定した。試験片はブロックとして配置され、相
手材のリングはＪＩＳ−ＳＵＳ４３０相当材に窒化処理
を施し、表面硬度ＨＶ１０００以上に仕上げてあるもの
を用いた。
【００２７】 試験荷重 ： ５００Ｎ 試験時間 ： ６０分 潤滑 ： 有り（エンジン油中） リング回転速度 ： １ｍ／ｓｅｃ 加工性は、試験片形状を外径φ８６ｍｍの円柱の外周部
とし、下記の条件による旋削により切削抵抗を測定し
た。切削抵抗は、切削動力計により主分力、送分力及び
背分力を測定し、二乗和の平方根を計算して合成力を求
めて切削抵抗とし、各切削速度及び切込み時の切削抵抗
を平均して求めた。
とし、下記の条件による旋削により切削抵抗を測定し
た。切削抵抗は、切削動力計により主分力、送分力及び
背分力を測定し、二乗和の平方根を計算して合成力を求
めて切削抵抗とし、各切削速度及び切込み時の切削抵抗
を平均して求めた。
【００２８】 切削速度 ： １００〜２００ｍ／ｍｉｎ 切込み ：０．０４〜０．１ｍｍ／ｒｅｖ 上記の測定結果をそれぞれ表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】また実施例２、実施例４、実施例６及び実
施例８の摺動用材料の試験片を用い、試験荷重を２倍の
２ＫＮとしたこと以外は同様にして、上記のＡｌ凝着特
性評価試験を行い凝着の有無と黒鉛粒子の脱落の有無を
判定した。結果を表２に示す。
施例８の摺動用材料の試験片を用い、試験荷重を２倍の
２ＫＮとしたこと以外は同様にして、上記のＡｌ凝着特
性評価試験を行い凝着の有無と黒鉛粒子の脱落の有無を
判定した。結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】 （評価）表１より、各実施例の摺動用材料は、比較例４
〜６の従来の材料に比べて切削抵抗が低く良好な加工性
を有していることがわかる。また摩耗量も従来に比べて
遜色なく、Ａｌ基ＭＭＣ（比較例５）のようなＡｌ凝着
も発生しないことが明らかである。
〜６の従来の材料に比べて切削抵抗が低く良好な加工性
を有していることがわかる。また摩耗量も従来に比べて
遜色なく、Ａｌ基ＭＭＣ（比較例５）のようなＡｌ凝着
も発生しないことが明らかである。
【００３２】そして比較例１〜２のように黒鉛が５０体
積％未満になると、Ａｌ凝着が発生し摩耗量も増大して
いる。しかし各実施例では、黒鉛が５０体積％以上であ
るため、Ａｌ凝着がなく摩耗量も少ない。また実施例３
と実施例１２〜１４との比較から、アルミナ粉末をさら
に含有させることにより切削抵抗の増大なく、摩耗量が
格段に少なくなっていることが明らかである。
積％未満になると、Ａｌ凝着が発生し摩耗量も増大して
いる。しかし各実施例では、黒鉛が５０体積％以上であ
るため、Ａｌ凝着がなく摩耗量も少ない。また実施例３
と実施例１２〜１４との比較から、アルミナ粉末をさら
に含有させることにより切削抵抗の増大なく、摩耗量が
格段に少なくなっていることが明らかである。
【００３３】そして実施例１５〜１７と比較例３との比
較より、アルミナ−シリカ繊維を１０体積％を超えて含
有させると切削抵抗が急激に増大することがわかり、摩
耗量を２０μｍ未満とするためには、アルミナ−シリカ
繊維の３体積％以上の添加が必要であることもわかる。
さらに表２より、ＣｕやＦｅからなるコーティング層を
黒鉛粉末に形成することにより、過酷な条件下でも黒鉛
粒子の脱落が防止されていることが明らかである。 （実施例１８）上記実施例１で用いた黒鉛粉末表面に、
ニッケル（Ｎｉ）を用いたスパッタリングによりコーテ
ィング層を形成した。コーティング層の膜厚は５μｍで
ある。そして、このコーティング層をもつ黒鉛粉末の体
積％が７０体積％となるように、実施例１と同様にして
図１に示す圧粉成形体１を形成した。この圧粉成形体１
はリング状をなし、外周表面に外周表面を１周する断面
コ字状の溝１０，１１が形成されている。なお、この圧
粉成形体１の気孔率は３０体積％である。
較より、アルミナ−シリカ繊維を１０体積％を超えて含
有させると切削抵抗が急激に増大することがわかり、摩
耗量を２０μｍ未満とするためには、アルミナ−シリカ
繊維の３体積％以上の添加が必要であることもわかる。
さらに表２より、ＣｕやＦｅからなるコーティング層を
黒鉛粉末に形成することにより、過酷な条件下でも黒鉛
粒子の脱落が防止されていることが明らかである。 （実施例１８）上記実施例１で用いた黒鉛粉末表面に、
ニッケル（Ｎｉ）を用いたスパッタリングによりコーテ
ィング層を形成した。コーティング層の膜厚は５μｍで
ある。そして、このコーティング層をもつ黒鉛粉末の体
積％が７０体積％となるように、実施例１と同様にして
図１に示す圧粉成形体１を形成した。この圧粉成形体１
はリング状をなし、外周表面に外周表面を１周する断面
コ字状の溝１０，１１が形成されている。なお、この圧
粉成形体１の気孔率は３０体積％である。
【００３４】次にこの圧粉成形体１を、図２に示すよう
に一対の高圧鋳造用の金型２０，２１の型面に配置し、
実施例１５と同様にしてアルミナ−シリカ繊維を含むＡ
Ｃ８Ａ溶湯を高圧鋳造して、図３に示すディーゼルエン
ジン用ピストン３を鋳造した。このとき圧粉成形体１の
気孔内にＡＣ８Ａが溶浸され、ピストン３には実施例１
６相当の摺動用材料からなるリング溝部３０が一体的に
形成された。
に一対の高圧鋳造用の金型２０，２１の型面に配置し、
実施例１５と同様にしてアルミナ−シリカ繊維を含むＡ
Ｃ８Ａ溶湯を高圧鋳造して、図３に示すディーゼルエン
ジン用ピストン３を鋳造した。このとき圧粉成形体１の
気孔内にＡＣ８Ａが溶浸され、ピストン３には実施例１
６相当の摺動用材料からなるリング溝部３０が一体的に
形成された。
【００３５】つまり得られたピストン３では、トップリ
ング及びセカンドリングが保持されるリング溝部３０が
実施例１６相当の摺動用材料から形成されているため、
切削抵抗が低く加工性に優れている。またアルミナ−シ
リカ繊維が３体積％含まれているので耐摩耗性に優れ、
ＡＣ８Ａが２７体積％と少なく黒鉛が７０体積％含まれ
ているためＡｌ凝着の発生もない。さらに黒鉛にはＮｉ
のコーティング層が形成されているため、過酷な条件下
での摺動においても黒鉛粒子の脱落が防止されている。
ング及びセカンドリングが保持されるリング溝部３０が
実施例１６相当の摺動用材料から形成されているため、
切削抵抗が低く加工性に優れている。またアルミナ−シ
リカ繊維が３体積％含まれているので耐摩耗性に優れ、
ＡＣ８Ａが２７体積％と少なく黒鉛が７０体積％含まれ
ているためＡｌ凝着の発生もない。さらに黒鉛にはＮｉ
のコーティング層が形成されているため、過酷な条件下
での摺動においても黒鉛粒子の脱落が防止されている。
【００３６】
【発明の効果】すなわち本発明の請求項１に記載の摺動
用材料によれば、軽量であり加工性に優れるとともにＡ
ｌ凝着又はＭｇ凝着が防止され、かつ耐摩耗性を従来と
同等に維持することができる。また請求項２に記載の摺
動用材料によれば、上記効果を維持しつつ、摺動時の黒
鉛の脱落が防止されているので長期間安定した摺動特性
が得られる。
用材料によれば、軽量であり加工性に優れるとともにＡ
ｌ凝着又はＭｇ凝着が防止され、かつ耐摩耗性を従来と
同等に維持することができる。また請求項２に記載の摺
動用材料によれば、上記効果を維持しつつ、摺動時の黒
鉛の脱落が防止されているので長期間安定した摺動特性
が得られる。
【００３７】そして請求項３に記載の摺動用材料によれ
ば、請求項１に記載の摺動用材料の効果を維持しつつ、
耐摩耗性に一層優れている。また、請求項４に記載のピ
ストンによれば、リング溝が上記摺動用材料から形成さ
れているので、上記摺動用材料の効果がそのまま奏され
る。そして請求項５に記載のピストンの製造方法によれ
ば、上記摺動用材料から成るリング溝をピストンの鋳造
時に一体的に形成することができる。
ば、請求項１に記載の摺動用材料の効果を維持しつつ、
耐摩耗性に一層優れている。また、請求項４に記載のピ
ストンによれば、リング溝が上記摺動用材料から形成さ
れているので、上記摺動用材料の効果がそのまま奏され
る。そして請求項５に記載のピストンの製造方法によれ
ば、上記摺動用材料から成るリング溝をピストンの鋳造
時に一体的に形成することができる。
【図１】本発明の一実施例で形成された圧粉成形体の断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の一実施例で用いた高圧鋳造用金型内に
圧粉成形体を配置した状態を示す断面図である。
圧粉成形体を配置した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例で製造されたピストンの断面
図である。
図である。
１：圧粉成形体 ２０，２１：金型 ３：ピスト
ン ４：リング溝部
ン ４：リング溝部
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ａ 21/00 21/00 Ｅ 23/00 23/00 Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｇ Ｂ ３０１ ３０１Ｂ ３０２ ３０２Ｂ
Claims (5)
- 【請求項１】 黒鉛粉末が５０〜９０体積％からなる圧
粉成形体と、該圧粉成形体の気孔に充填されたアルミニ
ウム基金属及びマグネシウム基金属の少なくとも一方の
金属材料と、よりなることを特徴とする摺動用材料。 - 【請求項２】 前記黒鉛粉末表面には金属薄膜からなる
コーティング層をもつことを特徴とする請求項１記載の
摺動用材料。 - 【請求項３】 硬質の粒子及び硬質の繊維の少なくとも
一方を１〜１０体積％さらに含むことを特徴とする請求
項１又は請求項２記載の摺動用材料。 - 【請求項４】 ピストンリングが保持されるリング溝を
もつピストンにおいて、該リング溝は前記請求項１、前
記請求項２及び前記請求項３に記載の摺動用材料から選
ばれる材料から形成されていることを特徴とするピスト
ン。 - 【請求項５】 ピストンリングが保持されるリング溝を
もつピストンの製造方法であって、成形用鋳型の該リン
グ溝を形成する箇所に黒鉛粉末が５０〜９０体積％から
なる圧粉成形体を保持し、次いでアルミニウム基金属及
びマグネシウム基金属の少なくとも一方の金属材料の溶
湯を用いて加圧鋳造することにより、ピストン本体を該
金属材料から形成するとともに該リング溝を前記請求項
１、前記請求項２及び前記請求項３に記載の摺動用材料
から選ばれる材料から形成することを特徴とするピスト
ンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26734195A JPH09111365A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 摺動用材料、ピストン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26734195A JPH09111365A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 摺動用材料、ピストン及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09111365A true JPH09111365A (ja) | 1997-04-28 |
Family
ID=17443480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26734195A Pending JPH09111365A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 摺動用材料、ピストン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09111365A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005031140A1 (de) * | 2003-09-26 | 2005-04-07 | Laukoetter Karl-Heinz | Verfahren zur herstellung eines kolbens für verbrennungsmotoren insbesondere für einen gegenkolbenmotor nach art eines zweitaktmotors |
| JP2009533589A (ja) * | 2006-04-08 | 2009-09-17 | カーエス コルベンシュミット ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ２つのピストンリング溝を有し、１つのピストンリング溝にピストンリング支持体が設けられている、内燃機関のためのピストン |
-
1995
- 1995-10-16 JP JP26734195A patent/JPH09111365A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005031140A1 (de) * | 2003-09-26 | 2005-04-07 | Laukoetter Karl-Heinz | Verfahren zur herstellung eines kolbens für verbrennungsmotoren insbesondere für einen gegenkolbenmotor nach art eines zweitaktmotors |
| JP2009533589A (ja) * | 2006-04-08 | 2009-09-17 | カーエス コルベンシュミット ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ２つのピストンリング溝を有し、１つのピストンリング溝にピストンリング支持体が設けられている、内燃機関のためのピストン |
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