JPH10298733A - 鋳造金属基体表面への金属被覆付着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熔融温度が比較的に低い鋳造アルミニウム製
のエンジンブロック等の基体の加工表面と、それに対し
加熱噴射吹付けされる熔融金属小滴とが冶金術的に強力
に結合するように、いかに原価効率よく準備するべきか
という問題があり、また、そのためのフラックスの添加
の形式と仕方とにも問題がある。 【解決手段】 上記課題の解決のために、（イ）基体の
表面の油及びグリース等のよごれを除去し、一様な表面
張力を持たせる準備の段階と、（ロ）上記準備が済んだ
基体表面上に乾燥フラックスの粉末を静電的に付着させ
る段階と、（ハ）上記乾燥フラックスの粉末を付着させ
た基体表面に対し溶融金属を加熱噴霧吹付けにより付着
させて上記フラックスを加熱活性化することにより上記
基体の酸化物を取り去り、かつ、上記基体の被覆として
熔融金属を冶金術により密着させる段階とを包含する方
法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン・ブロッ
クの鋳造シリンダ内径表面（シリンダ内径の母材金属）
に対して催滑性耐摩耗金属被覆を吹付ける技術に関し、
より特定的には、上記のようなシリンダ内径に対する乾
燥した粉末状のフラックスの添加であって、該フラック
スは、その上への高温の噴霧化された金属の小滴粒子の
付着によって加熱活性化されて、シリンダ内径表面に冶
金術的に付着するようにされたフラックスの添加に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】軽量の金属の基体に対する加熱噴霧によ
る被覆加工の中においては、鋳造アルミニウム・エンジ
ン・ブロックの内径を、それに対して加熱噴霧により投
射される熔融金属小滴と強力に冶金術的に結合するよう
に、どのようにしてよい原価効率で下準備をするかとい
う問題が残されている。鋳造アルミニウム基体は特性的
にやや多孔性で不均質であり、更に冷間圧延アルミニウ
ム製品と比較してより低い温度で融解する。このこと
は、経済性を高めるためにはフラックスの添加の形式と
仕方とに対して新しい要求を課す。

【０００３】多くの異なった荒仕上技術が、冶金術上の
密着性を増大させるか、あるいは、それと置換するため
の機械的密着性を作り出すために、アルミニウムに対し
て適用されてきた。これらの荒仕上技術は、粗粒子吹付
け、螺旋状機械みぞ切り、放電式荒仕上及び高圧水噴射
を含んでいた。これらの荒仕上技術は、設備費用、汚染
の危険性、又は所望の粗さの程度の制御が不能の理由に
より原価効率の目標に達しない。化学的エッチングを用
い、引き続き、その直後に高速、かつ大量に加熱噴霧を
行うことに努力が向けられてきたが、密着度が理想的で
はなく、かつ、時々大量の熱伝達のために基体の歪が発
生した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】もし化学的フラックス
が、その上に噴霧状に吹付けられた金属により加熱活性
化されることにより、上記噴霧吹付けによる熔融金属小
滴が接触するや否や直ちにアルミニウムの基体からすべ
ての酸化物を除去するために機能するように、上記化学
的フラックスを経済的に使用することができれば望まし
いであろう。アルミニウム部品を結合するために現在、
自動車工業において使用されている商用フラックスは、
加熱噴霧吹付けのための鋳造金属に対するフラックスの
添加に適用する場合は不満足である。その理由として
は、（ｉ）商用フラックスは、鋳造アルミニウム又はア
ルミニウム合金の熔融温度範囲と重なった温度範囲内で
融解する組成を有すること、及び（ii）商用フラックス
は、通常、湿潤技術を用いて使用され、それによりフラ
ックスの懸濁を保つために溶液の攪拌を必要とし、その
ため湿潤のフラックスを所望の目的表面に対して支持す
ることに現在の困難があり、更にフラックスの使用の準
備のための乾燥処理段階を必要とすることが挙げられ
る。他方、乾燥した粉末フラックスを使用する計画は、
すべて、水平面に対してのみ、適所に使用中の粉末を保
つことであった。

【０００５】

【問題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
鋳造軽量金属基体に対し噴霧化金属被覆を加熱付着させ
るために、上記基体に対しフラックスを添加する方法で
あって、（イ）上記基体の表面を、油及びグリースが除
去され、かつ、一様な表面張力を有するように準備する
段階、（ロ）上記準備された基体の表面の上に、乾燥し
たフラックスの粉末の被覆を静電的に付着させる段階、
並びに（ハ）もし上記フラックスが未だ活性化されてい
なければ、前記静電的にフラックスが付着された表面上
に、かつ、同表面を横切って、熔融金属を加熱噴霧吹付
けにより付着させて前記フラックスを更に加熱活性化す
ることにより上記基体のあらゆる酸化物を取り去り、か
つ、上記基体に対し、上記付着された熔融金属を加熱冶
金術により密着させる段階を包含する。

【０００６】本発明の第２の特徴は、鋳造アルミニウム
・エンジン・ブロックの一連の隣接したシリンダ内径の
表面に被覆加工する方法において、上記シリンダ内径の
表面は、半径５０ミクロン未満の準備調整された表面の
粗さを有し、上記方法は、（イ）ホウ酸塩、カルボン酸
及びグルコン酸ナトリウムを含んだ非腐蝕性でアルカリ
性の洗浄剤の水溶液であって、上記洗浄剤は、上記準備
調整された表面エネルギを増加させ、かつ、より均質化
するのに有効である上記洗浄剤の水溶液を用いて、上記
シリンダ内径の表面を洗浄する段階〔同洗浄は、好まし
くは、約２０〜１００ポンド毎平方インチ（１．４１〜
７．０３ｋｇ／ｃｍ² ）の圧力の最初の洗浄溶液が１０
〜６０ｓｅｃの間、使用され、次に約１０００ポンド毎
平方インチ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ² ）の圧力の第２の
洗浄溶液が１０〜６０ｓｅｃの間、使用され、最後に再
び２０〜１００ポンド毎平方インチ（１．４１〜７．０
３ｋｇ／ｃｍ² ）の圧力の洗浄溶液が約１０〜６０ｓｅ
ｃの間使用される諸段階において実施される〕、（ロ）
上記表面を乾燥させた後、乾性の除湿された無腐蝕性の
ろう付用フラックスを、約１０μｍ以下の一様な被覆厚
で上記洗浄剤表面上に密着するように、静電的に適用す
る段階、（ハ）隣接するシリンダ内径の表面に対し同時
に加熱吹付けを行い（同一方向に同期回転する２つの同
期化された加熱スプレイガンを用い、同加熱スプレイガ
ンは、転移密着金属被覆又は上面被覆を付着させ）、同
金属被覆は、付着されたフラックスを加熱活性化し、そ
れにより基体の酸化物を取り去る段階、並びに、（ニ）
最後に被覆された材料の金属を除去し、半径０．１〜
０．４μｍの粗さの表面仕上を行う段階を包含する。

【０００７】上記スプレイガンは、少なくとも流量４０
００〜６０００立方フィート毎分（１．８９〜２．８３
ｍ³ ／ｓｅｃ）の推進用ガス流を用い、被覆されたブロ
ックの冷却を助け、かつ、加熱によるシリンダ内径の歪
を防止する。静電的に適用される乾燥フラックスは、フ
ッ化セリウム（ＣｅＦ）及びフッ化リチウム（ＬｉＦ）
の塩類が添加されたＫＡｌＦ₄ 及びＫ₃ ＡｌＦ₆ の共融
混合物から成る化学組成を有する。上記フラックスは、
鋳造アルミニウム又はアルミニウム合金の部材の溶融温
度範囲より低い熔融温度範囲を有することを特徴とする
（例えば、４８０〜５８０℃の温度範囲内）。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１及び図２に示されているよう
に、ここに述べる加熱噴霧による被覆に対するフラック
スの添加の方法は、下記の段階を必要とする。すなわ
ち、（１）基体の表面の準備及び掃除の段階、（２）乾
燥粉末のフラックスの静電的付着の段階、並びに（３）
（もし上記乾燥フラックスが未だ活性化されていなけれ
ば、）フラックスを活性化することと金属の被覆を付着
することとを同時に行う熔融金属の小滴粒子の加熱噴霧
吹付けによる上記乾燥フラックスの加熱活性化の段階で
ある。

【０００９】表面の準備は、複数のシリンダ内径表面１
１を有するアルミニウム合金のエンジンブロックのよう
な鋳造軽量金属の構成部品１０に対して開始される。そ
のような鋳造シリンダ内径表面１１は、望ましくは、鋳
造シリンダ内径表面１１の従来の荒仕上によって得られ
る半径５０μｍ未満の準備調整表面仕上が行われてい
る。そのように機械加工された表面は、約３％の多孔度
と５８０〜６６０℃の温度範囲内の熔融温度とを有する
であろう。

【００１０】上記準備調整された表面は、高い圧力の洗
浄場１４〔約１０００ポンド毎平方インチ（７０．３１
ｋｇ／ｃｍ² ）〕を間にして、互いに隔てられた２つの
低い圧力の洗浄場１２及び１３〔２０〜１００ポンド毎
平方インチ（１．４０６〜７．０３ｋｇ／ｃｍ² ）〕を
経由して処理される。水性洗浄液のジェットが加圧洗浄
ノズルによって形成され、その洗浄用溶液は、約１６重
量％のホウ酸塩、１５％のカルボン酸、約２％のグルコ
ン酸ナトリウム、及び残余として実質的に水を含んでい
る。そのような溶液の化学組成は有利であるが、その理
由は、上記溶液は、アルミニウム（又は他の軽量金属）
のシリンダ内径表面の表面エネルギに対し共働作用によ
り影響を与え、それにより乾燥フラックスの一様な静電
的付着を容易ならしめるように作用する独特の界面活性
剤を含んでいるからである。

【００１１】エンジンブロック１０は、噴霧吹付けが施
されている間、フエリス観覧車形運搬車により支持され
る。表面上の油及びすべてのグリースは、最初の低圧の
洗浄ジェットにより除去される。エンジンブロック１０
の鋳造シリンダ内径の中に含まれた油は、エンジンブロ
ック１０が高圧洗浄場１４を通り直線的に運搬されると
きに高圧の洗浄ジェットにより除去される。次に、残余
の表面の油のすべてが、エンジンブロック１０が上記フ
エリス観覧車形運搬車のフレーム上に載せられて循環さ
せられる間に第２の低圧の洗浄場１３における第２の低
圧の洗浄ジェットにより除去される。次に、エンジンブ
ロック１０は、逆さにされ（デッキ側が上になるように
回転させられ）、フエリス観覧車形運搬車のフレームに
載せられて運ばれる間に作業場１５において熱風のよう
な乾燥用媒体に暴露される。上記のようなフエリス観覧
車形運搬車上における低圧洗浄及び乾燥作業は、すべて
の内部の空洞から残滓である機械加工の切くず、砂及び
破壊屑を完全に掃除するので有利である。

【００１２】洗浄溶液の独特の化学的な界面活性剤は、
洗浄された鋳造金属の表面の表面張力に変化を与えて、
その表面がフラックスの粒子の吸収に対しきわめて一様
であり、かつ、伝導性を持つようにし、またフラックス
の粉末に対する化学的な親和力を持たせる。

【００１３】図１の処理の第２段階においては、図２に
示したように、静電的フラックスの添加は、電気的に接
地された内部準備済みのシリンダ表面１１に向けて帯電
した乾燥粉末フラックスの粒子１８の霧１７を導くため
のスプレイガン１６を使用して実施される。図２には、
主電極２５に対する低電圧電源接続１９が示されてお
り、電気流圧力２０は、管路２１を通る粉末フラックス
の連続した流れを与え、流動化圧力２２は、供給空気の
一部分を導くことにより作り出され、それにより粉末フ
ラックスの浮遊状態で、かつ、適切に混合された状態に
保ち、噴霧化圧力２３は、供給空気の残りを電極２５の
まわりのノズルに導くことにより作り出される。イオン
集電用ロッド１６ａは、スプレイガン１６を不要の電荷
に対し遮蔽するために用いられる。

【００１４】静電的フラックス添加の基本的な現象は、
所望の結果を得るために調整されなければならないパラ
メータを考察することによって最もよく理解することが
できる。図３及び図４に示されているように、スプレイ
ガン１６の小さい先がとがった電離用電極２５と目標の
シリンダ内径表面１１との間において電解２４が安定し
て印加される。電極２５の電圧が、小さい空間の中に十
分な量の電荷を集中させるほどに十分に高いときは、電
界２４は、周囲の空気の分子をイオン化し（電子をはぎ
取り）、低温プラズマであるコロナ２６（約４×１０⁶
Ｖ／ｍ）を形成するほど十分に強くなる。

【００１５】上記コロナ２６は、自由電子２８を含み、
そのため導電性小通路（通常は、直径約２ｍｍ）を形成
している。電離用電極２５とコロナ２６との間には、強
い反撥力が存在するが、それはその両方共強く負極性に
バイアスされているからである。電子２８は、周囲の空
気の中へと外方に加速され、酸素分子２９により捕獲さ
れてイオン２７を形成する。フラックスの粉末を実際に
帯電させるのは、これらのイオン２７である。

【００１６】粉末フラックス１８の参入は、図４に示さ
れたように、電界２４を、粉末フラックスの粒子１８の
近くに集中するようにゆがめる。粉末フラックスの粒子
１８が大きいほど、電界２４の集中の程度は大きい。イ
オン２７は、実電荷を持っているため、電界２４は、イ
オン２７に影響を与えるであろうから、ゆがめられた電
界２４による影響により、イオン２７を電極２５から離
されて目標の表面１１の方へ押し進める。そのためイオ
ン２７は、粉末フラックス粒子１８に衝突し、その電荷
を同粉末フラックス粒子１８に移転する。

【００１７】かくして、図５に示された帯域１において
は、粉末フラックス粒子１８の帯電と粉末パターンの形
成とが行われる。この帯域１は、スプレイガン１６の出
口端３０の直ぐまわりで約２ｃｍの距離の範囲である。
要約すれば、この帯域１の中では、次の現象が生じる。
孔電圧電源が電離用電極２５を帯電させる。集中した電
荷は、非常に強い電界２４を生成する。強い電界２４
は、空気の絶縁破壊を起こさせ、コロナ２６を生じさせ
る。コロナ２６は、電子２８を発散する。電子２８は、
酸素分子２９により捕獲され、負極性イオン２７を生成
する。イオン２７は、電気力線に沿って押し進められ
る。粉末フラックス粒子１８は、それぞれ自分自身のま
わりの電界をゆがめる。そのゆがめられた電界は、イオ
ン２７を粉末フラックス粒子１８の方へ向かわせる。そ
して次に粉末フラックス粒子１８は、イオン２７によっ
て衝突されて帯電させられる。

【００１８】帯域１の中におけるパターン形成は、図６
ａに示されたノズル３１、空気デフレクタ３２、又は噴
霧用小室に入ってきてブロックを取り巻く空気の急な流
れの形状によって決定される。帯域１は、また、空気が
きわめて急速に（約４〜６ミリ秒の期間内に）通りぬけ
る高速通過区域である。しかし、この帯域１の中には、
より長い時間とどまることが望ましいであろうから、空
気流は、できる限り穏やかであるように制御されるべき
である。

【００１９】図５の帯域２においては、帯電した粉末
は、主として空気流により、より低い程度では静電力に
より、目標の表面１１の方へ動かされる。図５の帯域３
（厚さ約１ｃｍ）においては、各粒子に対して多くの力
が作用している。

【００２０】第１に、図６ａに示したように、いくつか
の電界の力が作用している。すなわち、シリンダ内径面
の方へ粉末フラックス粒子１８を押し進めているスプレ
イガン１６よりの電界４０、帯電粒子１８を目標に引き
付けている。同帯電粒子１８よりの電界３４、更に、す
べての帯電粒子１８は同一極性の電荷を帯びているので
互いに反撥し合うことにより、個々の帯電粒子１８より
の電界の間で互いに及ぼし合う相互作用３３である。

【００２１】図２に、図６ｂに示したように、空気力学
及び慣性力の影響がある。スプレイガン１６よりの空気
流３５と噴霧用小室の中の空気流３６の両方が粉末フラ
ックス粒子１８に及ぼす効果がある。粉末フラックス粒
子１８の質量及び運動量に基づく慣性力３７があり、更
に粉末フラックス粒子１８に作用する重力３８の影響が
ある。また、シリンダ内径表面１１からの空気力学的効
果３９がある。シリンダ内径表面１１に対し直角方向に
接近する粉末フラックス粒子１８は、シリンダ内径表面
１１に対し平行に移動している粒子１８と比べて、（静
電的に引き付けられて）捕獲される最良の機会を有す
る。

【００２２】粉末フラックス粒子１８の間に作用する大
きい反撥力のために、粒子１８のシリンダ内径表面への
衝突角度を増加させるために軽減されなければならない
ような空気力学的効果の場合以外には、シリンダ内径表
面１１に対し平行に移動している粒子１８は、ほどんど
ないであろう。シリンダ内径表面の近くの空気の流速が
３０フィート毎分（０．１５２４ｍ／ｓｅｃ）を超過す
ると移転効率は、劣化しはじめる。

【００２３】次に、電極吹付けの特定のパラメータにつ
いて述べると、フラックス粉末は、鋳造金属基体の熔融
温度より十分に低い温度（多分３０〜８０℃の温度差だ
けより低い温度）で熔融するフッ化物塩を含んでいる。
鋳造アルミニウム（Ｓｉ，Ｃｕ，Ｍｎ又はＦｅを各々総
計０．５〜５重量％だけ含み、５８０〜６６０℃の溶融
温度を有する鋳造金属を作る３１９〜３５６，３８０，
３９０アルミニウム合金のようなもの）に対して、フル
オロアルミニウムの共融複塩混合物は、約５６０℃のよ
うなより低い熔融温度を有する。アルミニウムに対して
使用する他の等価なフラックス粉末には、ＣｓＦ，Ｌｉ
Ｆ及びＫＦが含まれる。

【００２４】都合よくスプレイガン１６の中に供給され
るフラックスの粉末は、１０μより小さい粒径を有し、
その７０％は、２〜４μの範囲内にある。上記粉末の粒
子の大きさは、静電引力を有効に利用するためには、で
きるだけ大きいことが望ましい。

【００２５】上記のように、好ましくはフラックスに
は、位相式ガンマＫ₃ ＡｌＦ₆ ＋ＫＡｌＦ₄ を有する複
フッ化物塩を含んだ共融混合物が選ばれる。そのような
共融混合物は、複フッ化物塩の約４５モル％のＡｌＦ₃
を、約５５モル％のＫＦと共に含んでいる。上記共融混
合物は、約５６０℃の溶融温度を有し、それは基体の鋳
造合金の熔融温度よりも約４０℃低い。

【００２６】もし上記複フッ化塩が実質的に異なるモル
％のＡｌＦ₃ を有するならば（従って共融混合物ではな
いならば）、その熔融温度は、たちまち上昇するであろ
う。他の複フッ化物塩、及びそれと共に他のアルカリ金
属フッ化物又はフッ化物塩も、それらが鋳造アルミニウ
ム合金に有害な作用を及ぼすことなく加熱活性化される
熔融温度を有する限り、使用することができる。塩化物
塩も有用であるが、好ましくない。その理由は、塩化物
塩は、アルミニウム製品に対する耐蝕性を与えないし、
更にアルミニウム合金の粒界を侵蝕することによる。

【００２７】スプレイガン１６の電離用電極２５の電圧
が約１００ＫＶであるときは、スプレイガン１６の帯域
１から出て行く粉末の速度は、約０．１〜１．０ｍ／ｓ
である。粉末フラックス粒子１８の形状は、空気力学的
輸送を容易にするためには球形であることが望ましい。
そのような電圧でスプレイガン１６を使用するときは、
スプレイガン１６の出口のコロナ発生部の電界の強さは
約１〜５０Ｖ／ｍである。乾燥した流動化フラックス粒
子１８は、静電的に帯電すると、約２．５ポンド毎平方
インチ（０．１７６ｋｇ／ｃｍ² ）の空気流圧力２０、
２．５〜３．０ポンド毎平方インチ（０．１７６〜０．
２１ｋｇ／ｃｍ² ）の噴霧化圧力２３及び約５．０ポン
ド毎平方インチ（０．３５２ｋｇ／ｃｍ² ）の流動化圧
力２２の下に、シリンダ内径表面の上に吹付けられる。

【００２８】上記フラックス粒子の噴霧を受ける前のシ
リンダ内径表面１１の全表面の粗さは、５０ミクロン未
満であるが、５０〜２０ミクロンの間にあることが望ま
しい。乾燥フラックスは、上記準備済みの表面の上に約
３〜６ｇ／ｍ² の密度、望ましくは約５ｇ／ｍ² の密度
で吹付けられる。フラックス粒子のあるものは脱落する
であろうが、その実質的な部分は、相手の基体に密着
し、その引力の結果により、帯電していた電荷は、中和
されるであろう。シリンダ内径表面上に恒久的に保持さ
れたフラックス粒子は、ファン・デル・ワールス（Ｖａ
ｎ Ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）の力、すなわち電荷粒子間に
働く自然の引力によって、その状態に保たれる。かくし
てフラックスの適用のために湿式化学処理は必要でな
く、また徐湿処理も必要ではない。

【００２９】図１の処理の第３段階は、フラックスが被
覆されたシリンダ内径表面上に冶金術的に密着された被
覆を生成する熔融含量の小滴の付着によって同時に起こ
される乾燥フラックス１８の加熱活性化を含んでいる。
上記熔融金属の小滴の付着は、加熱吹付けにより実施さ
れ、望ましくは単線供給原料方式を用いる米国特許第
５，４４２，１５３号に開示されたようなプラズマ移行
式ワイヤアーク（ＰＴＷＡ）法により実施される。

【００３０】ワイヤアーク法を用いる加熱吹付けについ
ては、その処理は、１つ以上の単線の供給原料４１を、
回転可能、かつ、往復運動をするジャーナル軸４２に沿
って供給し、それにより上記単線の先端４３は、電極と
して作用することが可能になりその中を通ってガスが射
出されるスプレイガンのノズルと共に電弧４４を助長す
ることが可能になることを含む。電源から送られる電流
は、上記単線を経由して送られ、ギャップ４８を横切っ
てスプレイガンのノズルとの間に上記電弧４４を発生
し、その間に加圧ガス４９は、ギャップ４８を通って導
かれ、上記単線の先端４３から生じる十分に熔融した金
属の小滴５０を吹付ける。熔融金属の小滴５０は、加圧
ガス４９の力の作用により、吹付けられる目標の上に投
射される。

【００３１】上記単線から生じる熔融金属の小滴５０の
付着と同時に起こされる乾燥フラックス１８の加熱活性
化を達成するためには、過熱熔融金属の小滴５０の吹付
けを確実に実施するために、加熱用ガンに対するプロセ
ス・パラメータを用いなければならない。これは、ガン
のノズルの中の電弧を適切な状態に保つためには、電弧
加熱噴霧吹付けガンに対する８０〜２２０Ｖの電圧範囲
と６０〜１００Ａの電流の大きさとが必要であることを
意味する。密着被覆５１のための供給原料は、好ましく
はニッケル・アルミニウムより成る直径約０．０６２″
＝１／１６″（１．５８ｍｍ）の単線である。けれども
等価の密着用材料としては、アルミニウム・青銅、鉄・
アルミニウム、又はケイ素・青銅を含むこともできる。

【００３２】通常、１０００℃を超過する温度において
行われる、最初の噴霧吹付け粒子の初回の接触は、乾燥
フラックスを加熱活性化して、それを融解させ、直ちに
金属表面上の酸化物を積極的にはぎ取るであろう。加熱
噴霧吹付けは、乾燥フラックスの加熱活性化を過ぎても
続けられ、約３０〜７０μの厚さの金属の密着被覆５１
を付着させる。そのような加熱吹付けによる密着被覆に
含まれた熱は、直ちに鋳造エンジンブロックの全体を通
って伝導されるであろう。

【００３３】低炭素合金鋼、又は望ましければ鋼及び酸
化鉄（ＦｅＯ）の複合金属材料の最終的な加熱吹付けに
よる上面被覆５２が得られる。もし複合金属材料の上面
被覆５２を希望するときは、単線の供給原料４１は、低
炭素、低合金鋼を含み、また二次ガス（電弧から発する
羽毛状の物質を含んでいるガス）は、酸素が熔融金属の
小滴５０と反応して酸化させ、選択的な酸化鉄Ｆｅ_X Ｏ
（ウスタイト、すなわち自己潤滑特性を有する固い耐摩
耗性酸化物）を生成するように制御される。それによ
り、複合金属材料の表面被覆は、炭素を固有の自己潤滑
剤として含む鋳鉄ときわめて類似した作用を行うことが
可能になる。酸素を含むガスの成分は、鉄に対する対応
した程度の酸素添加に従って、１００％の空気（又は酸
素）と１００％の不活性ガス（例えば、アルゴン又は窒
素）との間で変化しうる。複合金属材料の表面被覆に対
する供給原料の材料としては、低炭素鋼の供給原料、低
合金鋼の供給原料、３００シリーズのステンレス鋼の供
給原料及び４００シリーズのステンレス鋼の供給原料、
並びに４００シリーズのステンレス鋼の供給原料が含ま
れ、それらはすべて耐摩耗性及び耐きりきず性を与える
ための酸化鉄の粒子を含んだ複合金属材料の表面被覆を
生成する。最終の上面被覆は、典型的には約２５０〜６
００μの吹付け厚さを有するであろう。

【００３４】生産性を増加させるために、本発明は、同
期操作が行われるように連繋されたスプレイガン４５
（図７に示されている）を用いて、隣接したシリンダ内
径に対して同時に加熱吹付けを行うことを意図する。隣
接したシリンダ内径の間のブリッジ（橋絡）区域４６の
中における過剰の熱の蓄積を防止するために、上記の同
期式吹付けに用いられるスプレイガン４５は、操作中は
同一の半径方向を指向するように、それにより中間のブ
リッジ（橋絡）区域４６を絶体に同時に横切らないよう
に互いに連結されている。

【００３５】上記ブリッジ（橋絡）区域４６の温度を下
げられた状態に保つことに協力するために、加熱吹付け
を実施するために用いられるプラズマ及びガスの包絡部
は、シリンダ内径中を通りぬける流量４０００〜６００
０立方フィート毎分（１．８９〜２．８３ｍ³ ／ｓｅ
ｃ）の空気流４７を供給するように制御される。これに
より、ブリッジ（橋絡）区域４６は、２７５℃より低い
温度にとどまることが可能になるが、その温度は、歪が
生じる可能性がある限界温度よりも十分に低い温度であ
る。もし鉄又はステンレス単線の供給原料が使用される
ならば、上記のような空気流４７は、また、ＦｅＯのよ
うな減摩性の相の形成を助長する。隣接するシリンダ径
に対して同時に行われる加熱噴霧吹付けは、密着被覆と
上面被覆との両方に対して実施される。単一のスプレイ
ガンを用いて、シリンダ内径に対して順次に実施される
加熱噴霧吹付けと比べると、スプレイガンの位置決めの
間の時間間隔は、５０％だけ短縮することができる。

【００３６】密着被覆と上面被覆とが実行された後、被
覆されたアルミニウム・エンジン・ブロックは、直接式
ホーニング（油砥磨き）仕上処理により仕上げられ、エ
ンジンとして実用に供するための適切なシリンダ内径表
面仕上げが行われる。水を基礎材料とするホーニング用
液の中におけるダイヤモンド研磨砥石の使用が、鋳鉄製
線運動エンジンにおいて達成される表面仕上に匹敵する
か、あるいはそれ以上に良好な最終研磨砥石表面仕上を
達成するために有効であることが分かった。その仕上操
作は、全被覆厚さを約１５０μの厚さまで減少させる。
ある場合には、被覆済エンジンブロックは、増加した機
械的強度を持つように、かつ、幾何学的許容差を保つこ
とを目的として、上記被覆済エンジンブロックは、温度
安定化処理を受けさせることが望ましいであろう。

【００３７】本発明の特定の実施例を図示し、かつ説明
したが、本発明の技術思想から逸脱することなく種々の
変更及び修正が行われうることは、当業者にとって自明
であろう。従って、本願の特許請求の範囲は、すべての
そのような変更及び修正と均等物とを、本発明の精神及
び技術的範囲内に属するものとして、包含することを意
図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】洗浄、フラックス添加、密着被覆、上面被覆及
びホーニング（油砥磨き）の各段階を図解して、本発明
の方法の操作順序を示した概略流れ図である。

【図２】静電的フラックス噴霧吹付け装置を用いて、エ
ンジンブロックの１つのシリンダ内径表面に対して乾燥
フラックスを添加する態様を示した断面立面図である。

【図３】フラックス添加用スプレイガンの電極が周囲の
空気を電離してコロナを生成する態様を図解した説明図
である。

【図４】上記スプレイガンとエンジンブロックとの間の
電界と、同電界が帯電した粉末粒子により影響を受ける
態様とを示した概略図である。

【図５】粉末フラックスの粒子が静電的に輸送されて通
過する帯域を示す説明図である。

【図６】帯電した粉末フラックス粒子に対して作用する
種々の力を示した説明図である。

【図７】エンジンブロックの隣接した内径表面に対して
噴霧吹付けを行うように同期化された２つ以上の加熱噴
霧吹付けガンを示した概略図である。

【符号の説明】

１０ エンジンブロック １１ シリンダ内径表面 １２，１３ 低い圧力の洗浄場 １４ 高い圧力の洗浄場 １５ 作業場 １６ スプレイガン １７ 霧 １８ 乾燥粉末フラックス粒子 １９ 低電圧電源接続 ２０ 空気流圧力 ２１ 管路 ２２ 流動化圧力 ２３ 噴霧化圧力 ２４ 電界 ２５ 電離用電極 ２６ コロナ ２７ イオン ２８ 電子 ２９ 酸素分子 ３０ スプレイガンの出口端 ３１ ノズル ３２ 空気デフレクタ ３３ 帯電粒子１８よりの電界間の相互作用 ３４ 目標に引き付ける帯電粒子１８よりの電界 ３５ スプレイガン１６よりの空気流 ３６ 噴霧用小室の中の空気流 ３７ 粉末フラックス粒子１８の慣性力 ３８ 粉末フラックス粒子１８に作用する重力 ３９ シリンダ内径表面１１からの空気力学的効果 ４０ 粉末フラックス粒子１８を押し進めるスプレイガ
ン１６よりの電界 ４１ 単線の供給原料 ４２ ジャーナル軸 ４３ 単線の先端 ４４ 電弧 ４５ スプレイガン ４６ シリンダ内径の間のブリッジ（橋絡）区域 ４７ 空気流 ４８ ギャップ ４９ 加圧ガス ５０ 熔融金属の小滴 ５１ 密着被覆 ５２ 上面被覆

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｒ (72)発明者 ジェムズ リチャード ボーマン アメリカ合衆国 ミシガン州プリマウス, パイナリッジ ドライブ 49632 (72)発明者 ロバート エドワード ドジャック アメリカ合衆国 ミシガン州ウイットモア レイク，イー ショア ドライブ 297 (72)発明者 オルデール オルセガン ポポーラ アメリカ合衆国 ミシガン州グランド ブ ランク，チャリング クロース 457 (72)発明者 マシュー ジョン ザルゼック アメリカ合衆国 ミシガン州キャトン，カ ントリー クラブ レーン 310 (72)発明者 デボラ ローズ パンク アメリカ合衆国 ミシガン州サリーヌ，ホ イスパーリング パインズ ドライブ 9225

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱噴霧による被覆加工におけるフラッ
   クスの添加の方法であって、（イ）鋳造金属基体の表面
   を、油及びグリースが除去され、かつ、一様な表面張力
   を有するように準備する段階、（ロ）前記準備された基
   体の表面の上に、乾燥したフラックスの粉末を静電的に
   付着させる段階、並びに（ハ）もし前記フラックスが未
   だ活性化されていなければ、前記静電的にフラックスが
   付着された表面上に、かつ、同表面を横切って、熔融金
   属を加熱噴霧吹付けにより付着させて前記フラックスを
   更に加熱活性化することにより前記鋳造金属基体の酸化
   物を取り去り、かつ、前記鋳造金属基体に対し被覆とし
   て、前記加熱噴霧吹付けにより付着された熔融金属を冶
   金術により密着させる段階、を包含することを特徴とす
   る加熱噴霧による被覆加工におけるフラックスの添加の
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記段
   階（ロ）は、実質的に２．５ポンド毎平方インチ（０．
   １７６ｋｇ／ｃｍ² ）の空気流圧力〔３．０ポンド毎平
   方インチ（０．２１ｋｇ／ｃｍ² ）の噴霧化圧力〕で、
   かつ、噴霧吐出口における１〜５０Ｖ／ｍの電荷の存在
   の下に前記乾燥したフラックスの粉末を静電的に噴霧化
   させるように実施されることを特徴とする加熱噴霧によ
   る被覆加工におけるフラックスの添加の方法。