JPH09256902A - 内燃機関のピストンおよびその製造方法 - Google Patents

内燃機関のピストンおよびその製造方法

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JPH09256902A
JPH09256902A JP9021096A JP9021096A JPH09256902A JP H09256902 A JPH09256902 A JP H09256902A JP 9021096 A JP9021096 A JP 9021096A JP 9021096 A JP9021096 A JP 9021096A JP H09256902 A JPH09256902 A JP H09256902A
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JP
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piston
ceramic
metal
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sprayed coating
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JP9021096A
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English (en)
Inventor
Hidetaka Niwa
英尊 丹羽
Shinsuke Mori
伸介 森
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00Manufacturing
    • F02F2200/04Forging of engine parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック溶射皮膜が剥離することがなく、
溶射後も後加工が必要なく、コストが安価な内燃機関の
ピストンおよびその製造方法を提供することにある。 【解決手段】 ピストン成形用金型1にセラミック溶射
を施してセラミック溶射皮膜4を形成し、該セラミック
溶射皮膜4の上から重力鋳造法または溶湯鍛造法による
鋳込みを行い、上記金型1からセラミック溶射皮膜4を
転写することによりピストン9に上記セラミック溶射皮
膜4を設ける工程を含むことを特徴とする内燃機関のピ
ストンの製造方法にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に用いられ
る内燃機関のピストンおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、内燃機関には、アルミニウム合金
製ピストン(JIS、AC8A等)が用いられている。
図12は、この内燃機関の内部を概略的に示す図であ
る。円滑に仕上げられたシリンダの中をピストンaが気
密を保ちつつ摺動し、その往復運動がコネクティングロ
ッドbを介してクランクシャフトcの回転運動に変換さ
れる。
【0003】一般に内燃機関の燃焼室を断熱することに
より燃焼温度が上昇して熱効率が向上するのに加え、排
気ガス中の炭化水素濃度の低減に有効であることが知ら
れている。また、燃焼室は著しく高温となるため、耐熱
性を有することが望まれている。このような見地から、
例えば従来は図13および図14に示すように、アルミ
ニウム合金製ピストンaの上面にあたる触火部dにセラ
ミック溶射皮膜eを形成したり、セラミック焼結体fを
鋳込んだりして、断熱性および耐熱性を向上させる方法
がとられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の内燃機関のピストンおよびその製造方法において
は、以下の問題点があった。 (1)ピストン触火部dにセラミック溶射を施す場合、
該触火部dの表面にはアルミニウムの酸化膜が存在し
た。このため、上記ピストン触火部dとセラミック溶射
皮膜eとの密着力が低下し、熱応力等によりセラミック
溶射皮膜eが剥離することがあった。 (2)また、セラミック溶射を施したのち、ピストン触
火部dに設けたセラミック溶射皮膜eを研磨等により後
加工する必要があった。このため、ピストンaの製造に
係る作業工数が増大し、生産コストも高かった。 (3)ピストン触火部dにセラミック焼結体fを鋳込む
場合、鋳込み時と凝固時の温度差による熱収縮のため、
セラミック焼結体fにクラックが発生することがあっ
た。 (4)さらに、ピストン触火部dにセラミック焼結体f
を鋳込む前に、セラミック焼結体fを所定の形状に加工
する必要があったため、この方法も作業工数が増大し、
コストも高かった。
【0005】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、セラミック溶射皮膜が剥離することがなく、セラミ
ック溶射後も後加工が必要なく、コストが安価な内燃機
関のピストンおよびその製造方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を解
決するためになされたものであり、その要旨は、ピスト
ン成形用金型にセラミック溶射を施してセラミック溶射
皮膜を形成し、該セラミック溶射皮膜の上から重力鋳造
法または溶湯鍛造法による鋳込みを行い、上記金型から
セラミック溶射皮膜を転写することによりピストンに上
記セラミック溶射皮膜を設ける工程を含む内燃機関のピ
ストンの製造方法にある。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら、本発
明に係る内燃機関のピストンおよびその製造方法を詳細
に説明する。(1)セラミック溶射工程 まず、図1に示すように、ピストン成形用金型1の下型
2の上面部3に、断熱および耐熱性に優れるジルコニア
セラミックス(ZrO2 −8%Y2 3 )粉末を溶射し
て、ジルコニアセラミック溶射皮膜4を形成した。該ジ
ルコニアセラミック溶射皮膜4の厚さは、1.0mm〜
2.0mmが適当である。このとき、次工程で溶射され
る金属材料との密着を良好にするため、該ジルコニアセ
ラミック溶射皮膜4の表面が粗面化するように上記ジル
コニアセラミックスの溶射条件を調整した。本実施例で
は、溶射皮膜4表面の中心線平均表面粗さを5μmRa
〜20μmRaにした。 また、ピストン鋳造後の離型
が容易に行えるように、金型1の内面に離型剤を塗布し
たのち、ジルコニアセラミック溶射を施した。
【0008】(2)金属溶射工程 図2に示すように、上記ジルコニアセラミック溶射皮膜
4の上に、アルミニウム溶湯と濡れ性が良く、合金成分
として汎用性のあるZn、Al、CuおよびNiのう
ち、1種または2種以上含む金属材料を溶射して金属溶
射皮膜5を形成した。該金属溶射皮膜5の厚さは、10
0μm〜500μmが適当である。好ましくは、200
μm〜300μmである。このとき、下層のジルコニア
セラミック溶射皮膜4の表面は十分粗いため、アンカー
効果により、上記金属溶射皮膜5とジルコニアセラミッ
ク溶射皮膜4が強固に結合した。また、アルミニウム溶
湯が流れ込んだときに形成される酸化膜を破る働きを活
性化させたり、アンカー効果を有効に発揮させるため、
金属溶射皮膜5の表面が適度に凹凸になるように調整し
た。さらに、本実施例では、金属皮膜5表面の中心線平
均表面粗さを15〜30μmRaにした。
【0009】(3)金型予熱工程 金型1および溶射皮膜4,5に吸着している水分やガス
を揮散させるため、金型1を250〜350℃で予熱し
た。予熱温度が250℃未満の場合は水分やガスの除去
が十分行われず、350℃より高い場合は金型1および
溶射皮膜4,5が損傷する可能性があった。
【0010】(4)鋳造または鍛造工程 図3〜図5に示すように、上記温度に予熱した金型1の
湯口6に700〜750℃のアルミニウム溶湯7を注入
し、重力鋳造法または溶湯鍛造法により上記溶射皮膜
4,5を鋳込むと同時にアルミニウム合金製ピストンを
鋳造した。図中8は上型を示す。このとき、アルミニウ
ム溶湯7と金属溶射皮膜5の表面が接すると、金属溶射
皮膜5の表面は加熱、溶融され、アルミニウム溶湯7と
融着し、さらに、アンカー効果によりアルミニウムと金
属溶射皮膜5の強固な界面が得られた。鋳込み時のジル
コニアセラミック溶射皮膜4に対する熱応力は、この金
属溶射皮膜5で緩和されるため、溶射皮膜4,5にクラ
ックが発生したり、剥離することはなかった。溶湯鍛造
法の場合、本実施例では、図4と図5に示すように、上
型8を矢印で示すように下降させ、加圧力は1ton/
cm2 、保持時間は1min.とした。
【0011】(5)転写工程 アルミニウム溶湯7の凝固後に離型を行うと、金型1の
下型2に溶射したジルコニアセラミック溶射皮膜4およ
び金属溶射皮膜5は、図6に示すように、アルミニウム
合金製ピストン9の上面にあたる触火部10に転写され
た。このとき、金型1の下型2の内面形状がそのままジ
ルコニアセラミック溶射皮膜4の表面に転写されるの
で、後加工が必要なくなった。
【0012】なお、図7〜図11に、本実施例により得
られたアルミニウム合金製ピストン触火部10の界面付
近のピストン素材と金属溶射皮膜5との顕微鏡写真(倍
率200倍)を示す。これらの写真からわかるように、
金属溶射皮膜5がピストン素材(AC8A)と融着し、
強固に結合している。
【0013】実施の他の形態 本実施例では、断熱および耐熱性を有するセラミック溶
射材料としてジルコニアセラミックスを用いたが、アル
ミニウム合金製ピストン9の使用条件によっては、アル
ミナもしくは窒化ケイ素などのセラミックスを用いるこ
とも可能である。
【0014】
【発明の効果】上記したように、本発明に係る内燃機関
のピストンおよびその製造方法によれば、 (1)金属溶射皮膜がピストン触火部と十分に融着する
ため、その界面は強固に結合し、耐久性に優れたピスト
ンが得られる。 (2)金型の内面形状がそのままセラミック溶射皮膜表
面に転写されるため、ピストンを後加工する必要がな
く、コストが安価になる。 (3)金属溶射皮膜が熱応力を緩和するため、セラミッ
ク溶射皮膜の破損を防止することができる。 (4)さらに、セラミック溶射皮膜による断熱効果が上
がるため、燃費向上、出力向上、異常燃焼防止、排ガス
中の未燃成分の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るセラミック溶射工程を示す概略図
である。
【図2】本発明に係る金属溶射工程を示す概略図であ
る。
【図3】本発明に係る重力鋳造法を示す概略図である。
【図4】本発明に係る溶湯鍛造法を示す概略図である。
【図5】本発明に係る溶湯鍛造法を示す概略図である。
【図6】本発明に係るピストンを示す縦断面図である。
【図7】本発明に係る金属溶射皮膜(純Al)とピスト
ン触火部(AC8A)界面の金属組織を示す200倍の
顕微鏡写真である。
【図8】本発明に係る金属溶射皮膜(Cu)とピストン
触火部(AC8A)界面の金属組織を示す200倍の顕
微鏡写真である。
【図9】本発明に係る金属溶射皮膜(80%Ni−20
%Al合金粉末)とピストン触火部(AC8A)界面の
金属組織を示す200倍の顕微鏡写真である。
【図10】本発明に係る金属溶射皮膜(80%Al−2
0%Ni混合粉末)とピストン触火部(AC8A)界面
の金属組織を示す200倍の顕微鏡写真である。
【図11】本発明に係る金属溶射皮膜(70%Al−3
0%Cu混合粉末)とピストン触火部(AC8A)界面
の金属組織を示す200倍の顕微鏡写真である。
【図12】内燃機関の内部を示す概略図である。
【図13】従来のセラミック溶射を施したピストンの縦
断面図である。
【図14】従来のセラミック焼結体を鋳込んで成形した
ピストンの縦断面図である。
【符号の説明】
1 金型 2 下型 3 下型上面部 4 セラミック溶射皮膜 5 金属溶射皮膜 6 湯口 7 アルミニウム溶湯 8 上型 9 ピストン 10 ピストン触火部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストン成形用金型にセラミック溶射を
    施してセラミック溶射皮膜を形成し、該セラミック溶射
    皮膜の上から重力鋳造法または溶湯鍛造法による鋳込み
    を行い、上記金型からセラミック溶射皮膜を転写するこ
    とによりピストンに上記セラミック溶射皮膜を設ける工
    程を含むことを特徴とする内燃機関のピストンの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 ピストン成形用金型に離型剤を塗布した
    のち、セラミック溶射を施してセラミック溶射皮膜を形
    成し、該セラミック溶射皮膜の上から重力鋳造法または
    溶湯鍛造法による鋳込みを行い、上記金型からセラミッ
    ク溶射皮膜を転写することによりピストンに上記セラミ
    ック溶射皮膜を設ける工程を含むことを特徴とする内燃
    機関のピストンの製造方法。
  3. 【請求項3】 ピストン成形用金型に離型剤を塗布した
    のち、セラミック溶射を施してセラミック溶射皮膜を形
    成し、該セラミック溶射皮膜の上からZn、Al、C
    u、Niのうち、1種または2種以上含む金属材料を溶
    射して金属溶射皮膜を形成し、この金属溶射皮膜の上か
    ら重力鋳造法または溶湯鍛造法によるアルミニウム合金
    の鋳込みを行い、上記金型からセラミック溶射皮膜およ
    び金属溶射皮膜を転写することによりアルミニウム合金
    製ピストンに上記セラミック溶射皮膜および金属溶射皮
    膜を設ける工程を含むことを特徴とする内燃機関のピス
    トンの製造方法。
  4. 【請求項4】 ピストン成形用金型にセラミック溶射を
    施してセラミック溶射皮膜を形成し、該セラミック溶射
    皮膜の上から重力鋳造法または溶湯鍛造法による鋳込み
    を行い、上記金型からセラミック溶射皮膜を転写するこ
    とによりピストンに上記セラミック溶射皮膜を設ける工
    程を含んで製造された内燃機関のピストン。
JP9021096A 1996-03-19 1996-03-19 内燃機関のピストンおよびその製造方法 Pending JPH09256902A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008267301A (ja) * 2007-04-23 2008-11-06 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関
JP2009174014A (ja) * 2008-01-25 2009-08-06 Tzu-Wen Sung 基材の表面層形成方法
CN110605358A (zh) * 2019-10-18 2019-12-24 江苏徐工工程机械研究院有限公司 耐磨支重轮、履带式底盘及耐磨支重轮的制备方法

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