JPS58180752A - Internal-combustion engine piston and its manufacturing - Google Patents
Internal-combustion engine piston and its manufacturingInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は内燃機関用ピストンおよびその製造方法に係り
、特に金属から成るピストン本体の頂部にセラミック耐
射層を形成して成るピストンおよびその製造方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a piston for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, and more particularly to a piston in which a ceramic anti-reflection layer is formed on the top of a piston body made of metal, and a method for manufacturing the same.
内燃機関用ピストンの燃焼室に臨む頂部の近傍は、爆発
に伴う圧力と熱とｔ直接受けるために、機械的応力およ
び熱的応力が複合されて負荷されることになる。これら
の応力の内、熱的応力については、高温に長時間さらさ
れることによる熱的負荷、爆発時と吸気時におけるピス
トン頂部近傍の表面での加熱および冷却に伴う熱的疲労
、およびエンジンの運転時と停止時における加熱および
冷却に伴う熱的疲労がある。さらにジーゼルエンジン用
ピストンにおいては、低質燃料が使用されるために、燃
焼室での燃焼により生成される腐蝕性燃焼生成物によっ
てもたらされる腐蝕をも考慮しなければならない。この
ように、内燃機関用ピストンは高温強度、耐熱性および
耐蝕性に優れたものでなければならない。The vicinity of the top of the piston for an internal combustion engine facing the combustion chamber is directly exposed to the pressure and heat associated with the explosion, and is therefore subjected to a combination of mechanical stress and thermal stress. Among these stresses, thermal stress includes thermal loads due to long-term exposure to high temperatures, thermal fatigue due to heating and cooling of the surface near the top of the piston during explosion and intake, and engine operation. There is thermal fatigue associated with heating and cooling during operation and shutdown. Furthermore, in pistons for diesel engines, due to the use of low quality fuels, corrosion caused by corrosive combustion products produced by combustion in the combustion chamber must also be taken into account. Thus, pistons for internal combustion engines must have excellent high-temperature strength, heat resistance, and corrosion resistance.
このような条件を満たす材料として、セラミックが有望
であり、ピストンの頂部をセラミックによって構成した
ものが提案されている。このようなピストンは耐熱性お
よび耐蝕性の点で従来のピストンに対して大きな優位性
を示すものである。Ceramic is a promising material that satisfies these conditions, and a piston in which the top of the piston is made of ceramic has been proposed. Such pistons exhibit significant advantages over conventional pistons in terms of heat resistance and corrosion resistance.
ところで金属から成るピストン本体の頂部にセラミック
を複合させる方法には、ピストンの頂部をセラミック構
成体によってつくり、このセラミック構成体を鋳造によ
る鋳込み等の方法によってピストン本体に結合する方法
、ボルト等の結合手段によってセラミック構成体をピス
トン本体に結合する方法、および金属から成るピストン
本体の頂部に溶射によってセラミック層を形成する方法
がある。本発明はこれらの内、ピストン頂部をセラミッ
ク溶射層によって被覆したピストンおよびその製造方法
に係るものである。By the way, there are two methods of combining ceramic on the top of a piston body made of metal: making the top of the piston from a ceramic component and joining the ceramic component to the piston body by a method such as casting, and joining with bolts, etc. There are methods of bonding the ceramic structure to the piston body by means and methods of applying a ceramic layer to the top of the piston body of metal by thermal spraying. Among these, the present invention relates to a piston whose top portion is coated with a ceramic sprayed layer and a method for manufacturing the same.
従来より行なわれている内燃機関のピストンの頂部にセ
ラミックを溶射する方法においては、金属製のピストン
の頂部表面にあらかじめスチールグリッドでプラストし
て可及的に荒い凹凸の表面状態としていた。これはピス
トン頂１１に形成されるセラミック溶射層とピストン本
体を構成する金属との結合が、ケミカルボンドではなく
メカニカルボンドだからである。しかし上記のような凹
凸によるセラミック層とピストン本体との結合は十分な
強度をもたらすものではなかった。すなわち従来のセラ
ミック溶射被覆型のピストンの最大の問題点は、セラミ
ック溶射層とピストン本体との熱膨張係数に差があるた
めに、高温で運転している際にセラミック溶射層と金属
素地との間に高い歪応力が発生していた。この応力の一
部はセラミック溶射層中に存在する気孔によっである程
度は吸収されるが、セラミック溶射層とピストン本体と
の結合を確実に保証するものではなく、セラミック溶射
層がやがて剥離あるいは亀裂に至るという欠陥があった
。In the conventional method of thermally spraying ceramic onto the top of a piston of an internal combustion engine, a steel grid is previously applied to the top surface of a metal piston to make the surface as rough and uneven as possible. This is because the bond between the ceramic sprayed layer formed on the piston top 11 and the metal constituting the piston body is not a chemical bond but a mechanical bond. However, the connection between the ceramic layer and the piston body due to the unevenness described above does not provide sufficient strength. In other words, the biggest problem with conventional ceramic spray-coated pistons is that there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic spray coating layer and the piston body. A high strain stress was generated between the two. Although some of this stress is absorbed to some extent by the pores present in the ceramic sprayed layer, this does not guarantee a reliable bond between the ceramic sprayed layer and the piston body, and the ceramic sprayed layer may eventually peel or crack. There was a flaw that led to.
このような問題点を解決するために、ピストン本体を構
成する金属素地の表面に密着性の良い金属を薄（溶射し
て下地層を形成し、この下地層の上にセラミックを溶射
する試みがなされていた。In order to solve these problems, attempts have been made to form a base layer by spraying a thin layer of metal with good adhesion onto the surface of the metal base that makes up the piston body, and then spraying ceramic on top of this base layer. It had been done.
また上記下地層の上にさらにセラミックと金属との複合
材を溶射していわゆる中間層を形成し、この中間層の上
にさらにセラミックを溶射するという方法が行なわれて
いた。しかしながらこのような対策によっても、高温作
動時におけるセラミック溶射被覆層の剥離や亀裂発生の
防止は十分には達成されず、セラミック溶射層とピスト
ン本体との間の結合強度も十分ではない。またこのよう
な対策によれば異種材料の溶射層を複数回形成する必要
があり、このために工程数が多（なるという欠点を生ず
るとともに、コスト的にも不利なものになる。Furthermore, a method has been used in which a composite material of ceramic and metal is further thermally sprayed onto the base layer to form a so-called intermediate layer, and a ceramic is further thermally sprayed onto this intermediate layer. However, even with such measures, it is not possible to sufficiently prevent the ceramic spray coating layer from peeling off or cracking during high temperature operation, and the bonding strength between the ceramic spray coating layer and the piston body is not sufficient. Further, according to such a measure, it is necessary to form a sprayed layer of different materials multiple times, which has the disadvantage of increasing the number of steps and is also disadvantageous in terms of cost.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、ピストン本体の頂部に形成されたセラミック溶射層
とピストン本体との間における剥離や、セラミック溶射
層の亀裂等を効果的に防止するようにした内燃機関用ピ
ストンおよびその製造方法を提供するものである。特に
本発明においてはピストン本体とセラミック溶射層とを
結合するために多孔質の金属成形体が用いられており、
この金属成形体によってピストン本体とセラミック溶射
層が強固に結合されるようになっている。The present invention was made in view of these problems, and effectively prevents peeling between the ceramic sprayed layer formed on the top of the piston body and the piston body, and cracks in the ceramic sprayed layer. The present invention provides a piston for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same. In particular, in the present invention, a porous metal molded body is used to connect the piston body and the ceramic sprayed layer,
This metal molded body firmly connects the piston body and the ceramic sprayed layer.
しかもこの金属成形体の気孔部にはまずピストン本体を
構成する金属かはぼ完全に充填され、この後に上記金属
を選択的に除去することにより金属成形体の一部に再び
気孔部を形成し、この気孔部によってセラミック溶射層
を金属成形体を介してピストン本体と結合するようにし
ている。Moreover, the pores of this metal molded body are first almost completely filled with the metal constituting the piston body, and then the metal is selectively removed to form pores again in a part of the metal molded body. The ceramic sprayed layer is connected to the piston body through the metal molded body through the pores.
本発明において用いられる金属成形体は所定の気孔率を
有する多孔質のものであって、その気孔率は３０％〜９
０チの範囲のものが望ましく、さらに４５．−〜６５ｇ
６のものがより好ましい。このような多孔質の金属成形
体は、例えば金属繊維集合体によって構成される。すな
わち例えば５〜５００声の太さの鉄基合金あるいは銅基
合金の金属繊維の集合体を用い、この集合体を所定の形
状に成形したものであってよい。この金属繊維集合体は
、金属繊維集合体させるようＶＣ，Ｉ、て塊状にしたも
のであってもよいが、交錯点ｔ−接合するために焼結を
行ない、これによってスポットウェルディング効果を得
るようにしてもよい。ま九この焼結工程は成形工程のＩ
ＩＫ行なってもよく、あるいは後に行なってもよい。The metal molded body used in the present invention is porous and has a predetermined porosity, and the porosity is 30% to 9.
It is preferable that the range is 0.000, and moreover 45.00. -~65g
6 is more preferred. Such a porous metal molded body is composed of, for example, a metal fiber aggregate. That is, for example, an aggregate of iron-based alloy or copper-based alloy metal fibers having a thickness of 5 to 500 tones may be used, and this aggregate may be formed into a predetermined shape. This metal fiber aggregate may be made into a lump by VC, I, so as to form a metal fiber aggregate, but it is sintered to form a t-joint at the intersection point, thereby obtaining a spot welding effect. You can do it like this. This sintering process is part of the forming process.
IK may be performed or may be performed later.
このような金属成形体はピストン本体を鋳造するための
鋳型内圧配される。そしてこの鋳型円にはピストン本体
を構成する金属の溶融体が供給され、直ちにピストンの
内部形状を形成するための雄型を構成するパンチｍｔ−
下降させ、好ましくは加圧鋳造によってピストン本体が
成形される。この時にピストン本体を構成する溶融金属
は上記金属成形体の気孔部に完全に充填されるとともに
、凝固されてピストン本体を形成することになる。Such a metal molded body is pressed into a mold for casting the piston body. Then, the molten metal constituting the piston body is supplied to this mold circle, and a punch mt-
The piston body is formed by lowering, preferably by pressure casting. At this time, the molten metal constituting the piston body completely fills the pores of the metal molded body and is solidified to form the piston body.
従ってここで得られるピストン本体は、その上部に上記
金属成形体が一体にかつ強固に結合されたものである。Therefore, the piston body obtained here has the metal molded body integrally and firmly connected to its upper part.
次に金属成形体が上部に結合されたピストン本体を腐蝕
液内に導き、上記金属成形体の頂１１に充填されたピス
トン本体を構成する金属ｔ−選択的に除去する。上記ピ
ストン本体がアルミニウム合金から構成されるとともに
、多孔質の金属成形体が鉄基合金からなる場合には、水
酸化ナトリウムによってエツチングが行なわれ、これ罠
よって金属成形体の頂部側に充填されたアルミニウム合
金のみが選択的に除去されることになる。この結果ピス
トンの頂部側において、金属成形体の訝面に１１再び気
孔部が形成されることになる。このよ５にしてセラミッ
ク溶射１Ｃ極めて好都合な表面状緒のピストン本体が得
られる。Next, the piston body with the metal molded body connected to the upper part is guided into the corrosive liquid, and the metal t that constitutes the piston body filled in the top 11 of the metal molded body is selectively removed. When the piston body is made of an aluminum alloy and the porous metal molded body is made of an iron-based alloy, etching is performed with sodium hydroxide, which fills the top side of the metal molded body. Only the aluminum alloy will be selectively removed. As a result, pores 11 are again formed on the bottom surface of the metal molded body on the top side of the piston. In this manner, a piston body having a ceramic sprayed 1C surface having a very favorable surface condition is obtained.
次ニコノヒストン本体と結合されている金属成形体の上
面にセラミック溶射層が形成される。ここで用いられる
セラミックとしては、安定化あるいは部分安定化ジルコ
ニア（酸化カルシウムあるいは酸化イッ） ＩＪウムで
安定化あるいは部分安定化処理を施したジルコニア）や
アルミナ等の酸化物系セラミック、あるいはタングステ
ンカーバイド等の非酸化物系セラミックが用いられ、こ
れらの中から選択されたセラミックはプラズマ溶射等の
方法Ｖこより金属成形体の表面に溶射され、センミック
溶射層が形成される。Next, a ceramic sprayed layer is formed on the upper surface of the metal molded body that is combined with the niconohistone body. The ceramics used here include stabilized or partially stabilized zirconia (zirconia stabilized or partially stabilized with calcium oxide or ion oxide), oxide ceramics such as alumina, or tungsten carbide. Non-oxide ceramics are used, and a ceramic selected from these is thermally sprayed onto the surface of the metal molded body by method V such as plasma spraying to form a semi-sprayed layer.
なおセラミックとして安定化ジルコニアを採用すると、
アルミニウム合金からなるピストン本体との結合強度が
より高まり、剥離等の恐れのないピストンが得られる。Furthermore, if stabilized zirconia is used as the ceramic,
The bonding strength with the piston body made of aluminum alloy is further increased, and a piston with no fear of peeling etc. can be obtained.
これは安定化ジルコニアの熱膨張係数が約１０ Ｘ １
０＝／”Ｃであり、他のセラミックの熱膨訣係数の約２
倍の値であって、約２゜Ｘ １０−’／℃ のアルミ
ニウム合金とよりマツチングし易いことによる。また安
定化ジルコニアは他のセラミックと比較して靭性が高い
ためにセラミック溶射層自体の強度も大きくなる。This means that the thermal expansion coefficient of stabilized zirconia is approximately 10 x 1
0=/”C, which is about 2 of the coefficient of thermal expansion of other ceramics.
This is due to the fact that it is easier to match with the aluminum alloy, which is twice the value and has a temperature of about 2° x 10-'/°C. Furthermore, since stabilized zirconia has higher toughness than other ceramics, the strength of the ceramic sprayed layer itself is increased.
こθようにして形成されたセラミック溶射層は、エツチ
ングによって形成された金属成形体の気孔部に充填され
、約０．１〜３１ＥＩ の厚さのセラミック溶射層とな
る。なおセラミック溶射層の厚さを太き（する場合には
、多孔質金属成形体の気孔率を大きくするとともに、エ
ツチング時間管長（してより多くのアルミニウム合金等
のピストン本体を構成する金属を除去することが好まし
い、そしてこの多孔質の金属成形体が上記セラミック溶
射層の補強材として機能するために、この金属成形体に
よってセラミック層が複合強化されることになる。The ceramic sprayed layer thus formed fills the pores of the metal molded body formed by etching, resulting in a ceramic sprayed layer with a thickness of about 0.1 to 31 EI. In addition, if the thickness of the ceramic sprayed layer is increased (if necessary, the porosity of the porous metal molded body is increased, and the etching time is increased (to remove more metal such as aluminum alloy that makes up the piston body) This porous metal molding preferably functions as a reinforcing material for the ceramic sprayed layer, so that the ceramic layer is compositely reinforced by the metal molding.
このようなピストンによれば、その頂部に形成されてい
るセラミック溶射層は、多孔質の金属成形体を介してピ
ストン本体と結合されているために、セラミックとピス
トン本体を構成する金部との間に熱膨張率に差があって
も、セラミック溶射層が剥離あるいは亀裂等によって損
傷することがな（なる。すなわちセラミック溶射層がピ
ストン本体に強固に結合したピストンが得られることに
なる。According to such a piston, the ceramic sprayed layer formed on the top of the piston is connected to the piston body through the porous metal molding, so that the ceramic and the metal part constituting the piston body are bonded to each other. Even if there is a difference in coefficient of thermal expansion between the pistons, the ceramic sprayed layer will not be damaged by peeling or cracking. In other words, a piston in which the ceramic sprayed layer is firmly bonded to the piston body can be obtained.
またセラミックは耐熱性とともに断熱性を有しているた
めに、本発明に係るピストンは断熱性のピストンになる
。従って内燃機関の燃焼ｉｉ度を高くすることによりそ
の効率をより高めることが５Ｊ能になる。また液化石炭
などのセタン指数の低い低質燃料の使用も可能になる。Further, since ceramic has heat resistance and heat insulation properties, the piston according to the present invention is a heat insulation piston. Therefore, by increasing the combustion degree of the internal combustion engine, it is possible to further increase the efficiency of the internal combustion engine. It also allows the use of low-quality fuels with low cetane indexes, such as liquefied coal.
さらにピストンのオイルによる冷却を省略するか、ある
いは冷却をより簡素化することが可能になり、冷却油の
劣化が防止され、またオイルクーラの容量を小さくする
ことが可能になる。Furthermore, cooling of the piston with oil can be omitted or the cooling can be made simpler, preventing deterioration of the cooling oil and making it possible to reduce the capacity of the oil cooler.
さらに本発明のピストンによれば、ピストン本体を成形
した後に、エツチングによって金属成形体に再び気孔Ｓ
を形成し、そしてプラズマ溶射等の方法によってセラミ
ック溶射層を形成しているために、鋳造時にセラミック
溶射層が存在しておらず、このために鋳造の圧力を上げ
ても溶射層が損傷する心配はない。よって本発明は特に
ピストン本体を加圧鋳造によって成形する場合において
有利な方法であり、例えば５００Ｋｐ／ｄ〜３０００Ｋ
ｔ／ｃｄの範囲の圧力下でピストン本体を加圧鋳造する
ことにより、極めて高品質のピストンを提供することが
可能になる。Furthermore, according to the piston of the present invention, after the piston body is molded, the pores S are etched into the metal molded body again.
and a ceramic sprayed layer is formed by a method such as plasma spraying, so there is no ceramic sprayed layer during casting, and there is a risk that the sprayed layer will be damaged even if the casting pressure is increased. There isn't. Therefore, the present invention is an advantageous method particularly when molding a piston body by pressure casting, for example, 500 Kp/d to 3000 Kp/d.
Pressure casting of the piston body under pressures in the t/cd range makes it possible to provide pistons of extremely high quality.
以下本発明を図示の実施例につき説明する。まず第１図
および第２図に示すように円盤状をなす金属成形体１を
用意する。この金属成形体１は、例えば太さが約１００
声のステンレス鋼からなる金属繊維によって構成されて
おり、これを焼結するとともに所定の形状に成形したも
のである。そしてこの金属成形体１には燃焼室を構成す
る凹ｓ２が形成されている。またこの金属繊維からなる
成形体１は、その直径が１１０ｍ、高さが５ｍ＠、気孔
率が約６０％になされている。The invention will now be explained with reference to the illustrated embodiments. First, as shown in FIGS. 1 and 2, a disk-shaped metal molded body 1 is prepared. This metal molded body 1 has a thickness of, for example, approximately 100 mm.
It is constructed from metal fibers made of stainless steel, which are sintered and molded into a predetermined shape. A recess s2 constituting a combustion chamber is formed in this metal molded body 1. The molded body 1 made of metal fibers has a diameter of 110 m, a height of 5 m, and a porosity of about 60%.
この金属成形体１は第３図に示すように円筒状をなす金
型３内に配される。なおこの金型３はその底部が底型４
によって閉塞されている。そして底型４には凸部５が形
成されておりこの凸ｓ５が上記金属成形体１の凹部２と
嵌合されるようになっている。金型３内にはアルミニウ
ム合金（ＪＩＳ−ＡＣ８Ａ）の約７５０℃の溶融体が所
定量供給され、そしてその後に直ちにピストン本体の雄
ｍｔ−構成するパンチ型６が下降される（第４図参照）
。このパンチ型６は上記溶融金属に約１５００１１ｗ／
ｃＩｌの圧力を与え、これによって上記金属成形体１の
気孔部に溶融するアルミニウム合金を完全に充填させる
。そしてこのアルミニウム合金は金型３内において、パ
ンチ’１１６によって加圧された状態で凝固され、これ
Ｋよってピストン本体７が成形される。このピストン本
体７は、上記気孔部によって金属成形体１と強固に結合
された状態になっている。This metal molded body 1 is placed in a cylindrical mold 3 as shown in FIG. The bottom of this mold 3 is the bottom mold 4.
is blocked by. A convex portion 5 is formed on the bottom mold 4, and this convex portion s5 is fitted into the concave portion 2 of the metal molded body 1. A predetermined amount of a molten aluminum alloy (JIS-AC8A) at about 750°C is supplied into the mold 3, and immediately thereafter, the punch mold 6 constituting the male mt of the piston body is lowered (see Fig. 4). )
. This punch mold 6 is applied to the molten metal by approximately 150011w/
A pressure of cIl is applied to completely fill the pores of the metal molded body 1 with the molten aluminum alloy. This aluminum alloy is then solidified in the mold 3 under pressure by a punch 116, thereby forming the piston body 7. The piston body 7 is firmly connected to the metal molded body 1 through the pores.
このようにして金属成形体１と結合された状態で成形さ
れたピストン本体７は、第５図に示すように、エツチン
グ浴８に供給され、これによってエツチング処理がなさ
れる。なおこのエツチングを行なう前に、ピストン頂部
の表面および側面の頂部側の約１諺の高さを露出させ、
残りの部分ＶＣはマスキングが１される。エツチング浴
８内には１０％の水酸化ナトリウムを６０℃に加温した
腐蝕液が入れてあり、こ“の中においてピストン本体７
は約１０分間浸漬される。これによってピストン本体７
の頂部側であって、上記金属成形体１の気孔部内に充填
されたアルミニウム合金が選択的に除去される。すなわ
ちこのエツチングによりピストン本体の頂部ＶＣは再び
金属成形体ｌが有する気孔部が露出されることになる。The piston body 7 thus molded in a state where it is combined with the metal molded body 1 is supplied to an etching bath 8, as shown in FIG. 5, where it is etched. Before performing this etching, expose approximately one height of the top side of the top surface and sides of the piston.
The remaining portion VC is masked to 1. The etching bath 8 contains a corrosive solution containing 10% sodium hydroxide heated to 60°C, and the piston body 7 is heated inside the etching bath 8.
is soaked for about 10 minutes. As a result, the piston body 7
The aluminum alloy filled in the pores of the metal molded body 1 on the top side of the metal molded body 1 is selectively removed. That is, by this etching, the pores of the metal molded body 1 are once again exposed at the top VC of the piston body.
次にこのピストンの頂部に１酸化カルシウム約７％添加
した安定化ジルコニアの粉末（粒子径的３０／１）ｔプ
ラズマガン９によって溶射し、ピストンの頂部に約１１
１１１の厚さのセラミック溶射層１０を形成する。この
ようにして第６図に示すように、ピストン本体７とセラ
ミック溶射層１Ｇとが金属成形体ｌを介して結合された
ピストンが得られる。このピストンは８７図に示すよ５
に、金属成形体１の気孔部内にピストン本体を構成する
金属が充填されるとともに、その上側の七ランツク層１
０も金属成形体１の気孔部に食い込むようになっており
、金属成形体１の気孔１１によってピストン本体７とセ
ラミック溶射層１０七が強ｌ！１に結合されたピストン
になる。Next, stabilized zirconia powder (particle size 30/1) containing about 7% calcium monoxide was thermally sprayed onto the top of the piston using a plasma gun 9.
A ceramic sprayed layer 10 having a thickness of 111 mm is formed. In this way, as shown in FIG. 6, a piston is obtained in which the piston main body 7 and the ceramic sprayed layer 1G are joined via the metal molded body 1. This piston is shown in Figure 87.5
The pores of the metal molded body 1 are filled with the metal constituting the piston body, and the seven rank layer 1 on the upper side is filled with the metal constituting the piston body.
0 also bites into the pores of the metal molded body 1, and the pores 11 of the metal molded body 1 cause the piston body 7 and the ceramic sprayed layer 107 to be tightly bonded! It becomes a piston connected to 1.
本実施例によって得られたピストンの頂部に、酸素−プ
ロパンガスの燃焼炎をあてて約６００”Ｃに加熱し、次
いで水を噴射して約５０℃まで急冷するという比較的苛
酷な熱衝撃を繰り返して見たところ、約１０００回の上
記熱サイクルでも亀裂や剥離等の異常が認められなかっ
た。ちなみにアルミニウム合金製のピストン本体の頂部
に、単にセラミック溶射層を形成した従来のピストンに
ついて上記と同様の熱衝撃を与える比較テストを行なっ
たところ、従来のピストンでは約１００回の熱サイクル
でセラミック溶射層に亀裂が発生するのが関められた。The top of the piston obtained in this example was exposed to a combustion flame of oxygen-propane gas, heated to about 600"C, and then water was injected to rapidly cool it to about 50"C, which caused a relatively severe thermal shock. When repeatedly inspected, no abnormalities such as cracks or peeling were observed even after approximately 1,000 thermal cycles.Incidentally, the above results apply to conventional pistons in which a ceramic sprayed layer is simply formed on the top of the aluminum alloy piston body. A comparative test of similar thermal shocks showed that the ceramic sprayed layer of a conventional piston cracked after about 100 thermal cycles.
第１図は本発明の一実施例に用いられる金属成形体の斜
視図、第２図は同縦断面図、第３図はピストン本体管成
形する金型の縦断面図、第４図はピストン本体を成形す
る状ｗＡを示す金型の縦断面図、第５図はピストン本体
をエツチングしている状態の縦断面図、第６図はプラズ
マ溶射によってセラミック溶射層管形成している状Ｍｆ
示すピストンの縦断面図、第７図はこのようにして得ら
れたピストンの要部拡大断面図である。
なお図面に用いた符号において
１・・・・・・・・・金属成形体
７・・・・・・・−・ピストン本体
８・・・・・・・・・エツチング浴
９・・・・・・・・・プラズマガン
１０・・・・・・・・・セラミック溶射層である。
代理人 松 村 修
〜３Fig. 1 is a perspective view of a metal molded body used in an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the same, Fig. 3 is a longitudinal cross-sectional view of a mold for forming the piston main body tube, and Fig. 4 is a piston body tube forming mold. A vertical cross-sectional view of the mold showing the shape wA in which the main body is formed, FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing the state in which the piston body is being etched, and FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing the state in which the piston body is being etched.
The longitudinal sectional view of the piston shown in FIG. 7 is an enlarged sectional view of the main part of the piston thus obtained. In addition, in the symbols used in the drawings, 1......Metal molded body 7...Piston body 8...Etching bath 9... . . . Plasma gun 10 . . . Ceramic sprayed layer. Agent Osamu Matsumura ~3
Claims (7)
射層を形成して成るピストンにおいて、前記ピストン本
体と前記セラミック溶射層との間に多孔質の金属成形体
が介在され、しかも前記ピストン本体全構成する金属の
少なくとも一部が前記金属成形体の気孔部に充填される
とともに、エツチングによってピストン本体を構成する
金属を選択的に除去することによって形成された前記金
属成形体の気孔部に前記セラミック溶射層を構成するセ
ラミックの少な（とも一部が充填され、これによって前
記セラミック溶射層が前記ピストン本体に結合されるよ
うにしたことを特徴とする内燃機関用ピストン。(1) A piston comprising a ceramic sprayed layer formed on the top of a piston body made of metal, in which a porous metal molded body is interposed between the piston body and the ceramic sprayed layer, and the entire piston body structure is At least a portion of the metal forming the piston body is filled into the pores of the metal molded body, and the ceramic spraying is applied to the pores of the metal molded body formed by selectively removing the metal constituting the piston body by etching. A piston for an internal combustion engine, characterized in that a small amount (or a portion) of ceramic constituting the layer is filled, thereby bonding the ceramic sprayed layer to the piston body.
成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の内燃機関用ピストン。(2) The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the porous metal molded body is composed of a metal fiber aggregate.
成されるとともに１前記溶射層を構成するセラミックが
安定化ジルコニアから成ることｔ％黴とする特許請求の
範囲第１項ま友は第２項に記載の内燃機関用ピスト／。(3) The piston body is made of an aluminum alloy, and the ceramic constituting the thermal sprayed layer is made of stabilized zirconia. Piston for internal combustion engines.
ク溶射層を形成するようにしたピストンの製造方法にお
いて、多孔質の金属成形体を鋳型内に配し、この鋳型内
に溶融された金属を注入するとともＶｃこの金属を前記
金属成形体の気孔部に充填面このエツチングによって形
成された気孔Ｓ内に少なくとも一部のセラミックが充填
されるようＫこの金属成形体の頂ｓＩｌにセラミック溶
射層を形成するようにしたこと１−特徴とする内燃機関
用ピストンの製造方法。(4) In a method for manufacturing a piston in which a ceramic sprayed layer is formed on the top of a piston body made of metal, a porous metal molded body is placed in a mold, and molten metal is poured into the mold. Fill the pores of the metal molded body with this metal. Form a ceramic sprayed layer on the top of the metal molded body so that at least a portion of the ceramic is filled in the pores S formed by this etching. 1. A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine.
て形成されるようにしたこと１−特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の内燃機関用ピスト／の製造方法。(5) The method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the ceramic sprayed layer is formed by plasma spraying.
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項に
記載の内燃機関用ピストンの製造方法０(6) The method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the piston body is formed by pressure casting.
Ｋｒ／ｃｄノ圧力下で行なわれることを特徴とする特許
請求の範囲第６項に記載の内燃機関用ピストンの製造方
法。(7) Pressure casting 1; 500Kr/d~3000
7. The method of manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the manufacturing method is carried out under a pressure of Kr/cd.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57062960A JPS58180752A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | Internal-combustion engine piston and its manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57062960A JPS58180752A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | Internal-combustion engine piston and its manufacturing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58180752A true JPS58180752A (en) | 1983-10-22 |
| JPH0147619B2 JPH0147619B2 (en) | 1989-10-16 |
Family
ID=13215392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57062960A Granted JPS58180752A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | Internal-combustion engine piston and its manufacturing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58180752A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05287856A (en) * | 1992-04-06 | 1993-11-02 | Daido Steel Sheet Corp | Sound insulating and heat insulating roof panel |
| JP2012072747A (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-12 | Mazda Motor Corp | Heat insulating structure |
-
1982
- 1982-04-15 JP JP57062960A patent/JPS58180752A/en active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05287856A (en) * | 1992-04-06 | 1993-11-02 | Daido Steel Sheet Corp | Sound insulating and heat insulating roof panel |
| JP2012072747A (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-12 | Mazda Motor Corp | Heat insulating structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0147619B2 (en) | 1989-10-16 |
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