JPS5839226B2 - 軽合金シリンダ−の表面処理方法 - Google Patents

軽合金シリンダ−の表面処理方法

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JPS5839226B2
JPS5839226B2 JP11015476A JP11015476A JPS5839226B2 JP S5839226 B2 JPS5839226 B2 JP S5839226B2 JP 11015476 A JP11015476 A JP 11015476A JP 11015476 A JP11015476 A JP 11015476A JP S5839226 B2 JPS5839226 B2 JP S5839226B2
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honing
cylinder
coating
liner
aluminum alloy
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克己 近藤
芳朗 小宮山
陽一郎 浅野
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Toyota Motor Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関等の軽合金シリンダーの表面処理方法
に関するものであり、詳しくは軽合金シリンダーの摺動
面に0.30〜0.60%Cを含んだ炭素鋼粉をプラズ
マ溶射することにより、量産性に富み安価で耐久性の優
れた軽合金シリンダーを提供するものである。
従来の内燃機関のシリンダー、エアーコンディショナー
のシリンダー等においては、鋳鉄製シリンダー、あるい
はCrメッキを施したアルミ合金シリンダー等が主とし
て用いられていたが、最近シリンダーのピストン摺動面
に各種表面処理を施したシリンダーが関心を引くに至り
、各社で種々の検討がなされている。
例えば、アルミ合金シリンダーのピストン摺動の表面処
理方法として従来知られているものに(イ)メッキ法、
(ロ)高シリコンアルミ合金を鋳造し摺動面を電解エツ
チングする方法、0放電爆発被覆法、に)トランスプラ
ント法等がある。
(イ)のメッキ法としてはCrメッキがあるが、コスト
的に高くまた廃液等の公害問題も免れえないため、大量
生産には不向きであり競争用等の特殊車に限定される。
(Oの方法ではシリコン含有量が高いので、従来のアル
ミ合金に比べて鋳造性、加工性が悪く、また耐スカツフ
イング性等品質面でも十分でない。
(ハ)の放電爆発法は鉄あるいはモリブデンのワイヤを
放電爆発させてシリンダーの内面に被覆を施す方法であ
り、一部特殊車に採用されているが爆発音の発生とアル
ミ合金母材との密着性に問題があり、未だ多量生産に至
っていない。
に)のトランスプラント法は金型に溶射し、ダイカスト
マシンに組込んでアルミ合金側に溶射被覆層を移植させ
る方法であるが、ダイカスト法の採用が前提となってい
ること、金型からアルミ合金側に溶射被覆層を移植させ
る際の冷却、加熱工程が省略できないこと、及び被覆層
が0.5〜1.5jxmと厚く、加工代も太きい等の欠
点を持っている。
本発明はこれら従来技術の諸欠点を解決する目的でなさ
れたものであり、メッキ廃液公害がなく、コストも安く
、放電爆発法より量産性が犬で、かつ高シリコンアルミ
合金エツチング法より耐摩耗性、耐スカッフィング性、
耐焼付性が優れ、また被覆層も薄いため加工性も良好で
量産性に富む軽合金シリンダーの表面処理法を提供する
ものである。
本発明は耐久性をそこなわずに加工性の改善を図ったも
のであり、その骨子とするところは特許請求の範囲に記
載のごとく、0.30−0.60饅Cを含んだ炭素鋼粉
のうち粉末サイズが250メツシユ以下のものを、プラ
ズマ溶射法によりシリンダー摺動面に40〜150μの
厚さにコーティングした後、ホーニング加工により仕上
げることにある。
以下、カーボン量、粉末サイズ及びコーティング膜厚等
の限定理由を実施例によって示す。
実施例 1 アトマイズ鋼粉で炭素%(重量)の異なる3種類のもの
、o、to%C0,6% S i −0,4%M「残F
e 、 0.38%−0,6%5i−0,4%Mn−残
Fe 、 o、s 7%C−o、6%5i−0.4%M
n−残Feをふるいにかけ、そのうち250メツシユ以
下の粉末を使用してA1合金(AI−16Si4.0%
Cu−1,0%Fe−0,5Mg)製で内径83φ、長
さ138朋のアルミシリンダーライナの内面をコーティ
ング厚さ70μ(直径で140μ)だけ拡大し、プラズ
マ溶射法(溶射条件:アルコンガス流量1005CFH
1水素ガス流量15SCFHアーク電流450 Amp
、溶射距離25axi、、ガンの送り速度1.5 M
/7弘ライナの回転数40 Orpm)で100〜13
0μコーテイングした。
溶射後それぞれのライナーをダイヤモンド砥石とセラミ
ック砥石を用い、ナーゲルのホーニング盤で同一条件で
もってホーニングを行なった。
ホーニング後、溶射層の面粗さ、硬さを求めたところ第
1表のようになった。
仕上げ後それぞれのアルミ合金シリンダーライナ骨す@
V−Sエンジンに組み込み、台上耐久試験(5400r
pm、全荷重)中のオイルの温度をヒーターにて80〜
90℃から160℃まで上昇させ、アルミピストンとの
焼付状態を観察した。
また油温、水温とも一10℃で、かつエンジンオイルは
SAE#30を使用し、無負荷状態で2500〜540
0rpmまで急激にアップさせるサイクルを10回行な
い、その後30秒間アイドリングし。
再び2500rpmから540Orpmにアップさせる
サイクルを14回行なった。
試験後のライナを観察したところ、面の粗かった0、8
7%C−Fec7)ピストン側にスカッフィングが発生
していたのに対しo、t O%CFe 、 0.38%
C−Feにはピストン、ライナともスカッフィングは見
られなかった。
しかし、ライナの摩耗量は0. l O% C−Fe7
jJf2倍弱多かった。
実施例 2 アトマイズ鋼粉0.38%C−0,6%5i−0,4%
Mn−残Feをふるいにかけ150〜250メツシユ、
250メツシユ以下の2種類の粉末サイズに層別し、そ
れぞれの粉末を内径83φ、長す1381t1Lのアル
ミ合金(AC4D: 5%Si1.0%Cu−0,5φ
Mg−残AI)シリンダーライナの内面に脱脂、洗浄、
ショットプラスチング後、実施例1と同様プラズマ溶射
法により溶射を行なった。
その後、ナーゲルのホーニング盤でホーニング後行ない
、仕上げ後それぞれのアルミ合金シリンダーライナをv
−8エンジンに組み込み、5400r pm 、フル荷
重で200hrの連続耐久試験を行なった。
連続耐久試験の結果を第2表に記す。
実施例 3 0.38%C−Feのアトマイズ鋼粉で粉末サイズ25
0メツシユ以下のものを、実施例1と同様AC4Dアル
ミ合金シリンダーライナの内面にプラズマ溶射法によっ
て1oo〜130μ、200〜280μの2種類コーテ
ィングし、加工性の検討を行なった。
仕上げ後の皮膜厚さ60μを目標にそれぞれ超硬ノ〈イ
トによる切削カ旺、セラミッり砥石による研削加工、ダ
イヤモンド砥石によるホーニング加工を行なったところ
100−130μのアルミ合金ライナも200〜280
μのアルミ合金ライナも超硬バイトによる切削加工は困
難で、無理して切消すると剥離を発生した。
一方、セラミック砥石による研削加工、ダイヤモンド砥
石によるホーニング加工は両ライナとも加工ができた研
削加工後のライナとホーニング加工後のライナを切断し
皮膜厚さを求めたところ、60μの皮膜厚さの目標に対
して研削加工のものは80μのバラツキがあり、100
〜130μのものではほとんど皮膜厚さがないところも
あったのに対し、ホーニング加工品は20μのバラツキ
で収まった。
また、100〜130μの皮膜厚さと200〜280μ
の皮膜厚さのもののアルミ合金母材と溶射層の密着性を
調べるため、アルミ合金(AC4D)30φ×501t
11Lの丸棒の一端面に0.38%C−Fe(250メ
ツシユ以下)を100〜130μ。
200〜280μコーテイングし、アラルダイト接着剤
で接着し密着試験を行なった。
100−4)4)130μの皮膜厚さのものは接着剤の
部分で剥離したのに対し、200〜280μのものは母
材−溶射層界面で一部剥離が発生した。
実施例 4 0.3s%c−Feのアトマイズ鋼粉をガス溶射法でア
ルミ合金(AC4D)30φ×50間の丸棒の一端面に
100〜130μコーテイングし、実施例3と同様に密
着試験を行なったところ、密着性はプラズマ溶射法に比
べて著しく劣っていた。
また、ワイヤ一式ガス溶射法にてアルミ合金ライナ内面
に高炭素鋼の溶射を行なったところ、アルミ母材との界
面で剥離が発生した。
実施例 5 炭素量をそれぞれ0%、0.10%、0.2%。
0゜35%、0.38%、0.55%、 0.63%、
0.80%含んだ炭素鋼粉を内径83φ、長さ138i
nmのシリンダー内面に110〜140μコーテイング
し、ホーニング加工後表面の硬さ、加工性、性能を調べ
た。
これを第3表として示す。
アルミ合金ライナのピストン摺動面に溶射した後、ポー
リング加工またはグラインディング工程を経ず直接ホー
ニング加工する場合、溶射層の硬さが犬であったり、取
代が多かったり、溶射のままの真空度、円筒度が悪かっ
たりするとホーニング時間が長くなり、砥石寿命が短く
なってコスト高となり、また量産性も著しくそこなわれ
る。
即ちシリンダー摺動面をホーニング加工する場合、取代
が少なく真円度、円筒度が良く、研削性の良好な溶射皮
膜が要求される。
実施例1はホーニング加工が量産性を前提としているた
め炭素鋼のCφと加工性について検討を加え、さらに性
能評価を加えたものである。
0.38%C−F eを溶射した場合も、0.87%C
−F eを溶射した場合も、溶射後の面粗さ、真円度、
円筒度、皮膜厚さを同じにしてホーニング加工した場合
、0.38φC−F eの方は良好な面粗さが得られた
のに対し、0.87%C−Feは3.5μRZのものも
存在し良い面は得られなかった。
実施例1での耐焼付試験、耐スカツフイング試験の結果
は、面粗さが耐焼付性、耐スカッフィング性に大きく影
響していることを示している。
即ち、0.87%C−F eは面粗さが悪いためピスト
ンとの間にスカッフィングが発生したのに対し、0.1
%CFeと0.38%C−Feの場合は良好な結末が得
られた。
しかl、、 0.1%C−Feのものはライナ自身の摩
耗量が多く、皮膜厚さを厚くする必要があるが、皮膜厚
さを犬にすることは真円度、円筒度を悪くし、ホーニン
グ加工性を悪くするため好ましくない。
また、同じ0.38%C−Feのものでも粉末サイズが
実施例2のように150〜250メツシユのものでは、
仕上げた状態の面粗さは250メツシユ以下のものと同
じ0.8μRZであったが、試験後は粗くなっており、
ピストンにも若干のスカッフィングがみられたのに対し
、250メツシユ以下のものは試験後進に面は良くなっ
ていた。
これは150〜250メツシユのものはホーニング加工
による見掛は上の面粗さは良いが、台上試験で最表面が
摩耗され表面直下の気孔が露出したのに対し、250メ
ツシユ以下のものは表面直下の気孔が150〜250メ
ツシユのものより少なく、かつその気孔も小さいため良
い結果を生じた。
この気孔はオイルだまりとして作用し、耐焼付性、耐ス
カッフィング性に良い効果を及ぼすものと思われるが、
その気孔が大き過ぎると逆に悪い結果を示す。
0.38%C−F eの溶射皮膜のポーリング加工は、
皮膜自体が硬いため困難であった。
グラインディングおよびホーニング加工は容易であり、
面粗さも0.6〜0.8μRZと良好であったが、グラ
インディング加工の場合は仕上げ後の皮膜厚さのバラツ
キが大きく、最低30μの皮膜厚さを保証するのに21
0μ以上も必要となり、溶射時間、コスト、溶射後のシ
リンダーの精度、母材との密着性等が劣り、また量産性
が著しくそこなわれる。
一方、ホーニング加工の場合は30μの皮膜を得るのに
100μとグラインディング加工の半分で良いことにな
り、シリンダー精度、溶射コスト、加工性等が良く、良
好なライナが得られた。
炭素量と加工性、性能の関係は第3表のように、純Fe
〜0.2%C−Feのものは切削加工、グラインディン
グ加工、ホーニング加工は可能であるが、耐摩耗性に劣
り0,6%C以上になると性能は良好であるがホーニン
グ加工のみでは加工性は劣り、量産性、コストに問題を
生じてくる。
0.30〜0.60%CFeのものは40〜150μの
皮膜厚さであれば溶射後直液ホーニング加工が可能であ
り、性能もo、so%c−Feのものと大差なく十分満
足なものが得られる。
本発明は仕上げ後の皮膜のバラツキが少なく、そのため
溶射皮膜厚さを薄くすることができる。
皮膜厚さが薄いため、溶射時間、溶射コスト、溶射後の
面粗さ、真円度、円筒度が良くなり、ホーニング取代が
少なくてすむ。
そのため軽合金シリンダーの加工による歪量が少ない。
また、仕上げがホーニング加工のみで良いことから量産
が可能であり、ポーリング加工またはグラインディング
加工と異なり加工中の剥離が生じない。
本発明はこれら種々の利点を有するものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 0.30〜0.60%Cを含んだ炭素鋼粉のうち粉
    末サイズが250メツシユ以下のものを、プラズマ溶射
    法によりシリンダー摺動面に40−150μの厚さにコ
    ーティングした後、ホーニング加工によって仕上げたこ
    とを特徴とする軽合金シリンダーの表面処理方法。
JP11015476A 1976-09-13 1976-09-13 軽合金シリンダ−の表面処理方法 Expired JPS5839226B2 (ja)

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