JPS5855828B2 - 軽合金製摺動部材の表面処理方法 - Google Patents

軽合金製摺動部材の表面処理方法

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JPS5855828B2
JPS5855828B2 JP51117028A JP11702876A JPS5855828B2 JP S5855828 B2 JPS5855828 B2 JP S5855828B2 JP 51117028 A JP51117028 A JP 51117028A JP 11702876 A JP11702876 A JP 11702876A JP S5855828 B2 JPS5855828 B2 JP S5855828B2
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JP
Japan
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light alloy
surface treatment
sliding member
alloy sliding
spraying
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JP51117028A
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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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Toyota Motor Corp
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    • 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
    • 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
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel

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  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軽合金製摺動部材の表面処理方法の改良に関
するものであり、特に自動車等の内燃機関に用いられる
アルミシリンダーライナの内面(ピストン摺動部)、ピ
ストンのスカート部等の耐摩耗性、耐食性、耐熱性を向
上させるとともに耐初期なじみ性の優れた摺動面を形成
できる軽合金製摺動部材の表面処理方法である。
従来の自動車等の内燃機関のシリンダーは、鋳鉄製のも
のが殆んどであり、アルミ合金製のシリンダーライナー
が用いられる場合はライナー内面にクロムメッキが施さ
れているが、最近このものの表面処理が省燃費対策、軽
量化対策、耐久性向上対策等に効果が認められ、各種の
方法が検討されている。
例えば、(()鋳鉄ライナーを圧入または鋳ぐるむ方法
、(ロ)メッキ法、()→高シリカーアルミ合金をエツ
チングして硬いシリカを最表面にもって(る方法、(→
放電爆発溶射法、(ホ)トランスプラント法(移植法)
(へ)金属溶射法等があるが、これら前記の方法はそれ
ぞれ一長一短があって、例えば各種の性能が不満足なも
のであったり、多くの工数を必要としコスト高となる方
法であったり、あるいは実験室内には満足な結果が得ら
れても多量生産になると信頼性が問題になる等の欠点を
有する。
以下、上記の方法の個々について説明する。
(イ)・・・・・・鋳鉄ライナーを圧入または鋳ぐるむ
方法この方法は、ライナー自体が鋳鉄であるため軽量化
には満足な方法でなく、またアルミ合金と鋳鉄との熱膨
張係数が異なるため、ライナーにホットスポットができ
易くピストンリング等の損傷に結びつき易い。
(ロ)・・・・・・メッキ法 この方法には、クロムメッキ、ニッケルメッキがあるが
、高度のメッキ技術を必要とし、生産費が高価になりま
た廃液処理による公害問題も考慮しなげればならない。
()→・・・・・・高シリカ−アルミ合金をエツチング
して硬いシリカを最表面にもってくる方法 この方法は、米国製自動車に採用されているが、ピスト
ンとの耐スカッフィング性、オイル消費が鋳鉄製シリン
ダーに比べて多い等の問題があり、製造工程で厳重な品
質管理が必要になってくる。
に)・・・・・・放電爆発溶射法 この方法は、銅あるいはモリブデン等のワイヤを放電爆
発させて、シリンダーの内面を被覆する方法であり、モ
リブデンワイヤとピアノ線ワイヤによる交互の複合被覆
が一部のシリンダーに採用されているが、爆発の騒音が
甚しい等製造上の問題が残されている。
(ホ)・・・・・・トランスプラント法 この方法は、耐摩耗性溶射皮膜を移植する方法であり、
皮膜が厚く加工費も高価である等が欠点である。
(へ)・・・・・・金属溶射法 この方法は、一般にアルミ合金に銅を直接溶射すると、
密着性が劣るのでモリブテンをアップコートする方法が
採用されているが、モリブデンが高価であり、生産高と
なる。
本発明者等は、軽合金製摺動部材の表面処理方法に関し
鋭意研究を重ねた結果、高シリカ−アルミ合金を電気化
学エツチング加工した従来の方法よりも耐摩耗性、耐熱
性、耐食性および耐初期なじみ性において優れた表面処
理方法を開発し、提供するものである。
本発明の軽合金製摺動部材の表面処理方法は、該摺動部
材の摺動面を必要に応じホーニング、プラスチングまた
は電気化学加工により数μの面粗さとした後、粒度10
μ以下の鉄系微粉末を大気中で溶射して酸化鉄皮膜を形
成したことを特徴とする。
すなわち、本発明の表面処理方法は、鉄系微粉末を従来
の溶射法における粒度よりも微細化したものを使用し、
軽合金製摺動部材、例えば390合金製ピストンスカー
ト部に極く薄く溶射することにより、該スカート部のス
カッフィングの発生を改善し、優れた耐摩耗性、耐熱性
、耐食性、および耐初期なじみ性を付与する方法である
なお、本発明は、アルミ合金製シリンダー〇みに限定さ
れるものではなく、軽合金製摺動部材の摺動面に前記の
如き優れた性能を付与することができるので、多(の摺
動部品に適用し得ることは勿論である。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例 1 内径83φ、長さ138mmの第1図の断面図の如き形
状のアルミ合金製シリンダーライナー(組成:Al−1
6%5i−4%Cu−1,0Fe−0,5%Mg)1の
内面を脱脂、洗浄乾燥した後ショットプラスチングによ
って3〜6μの凹凸をつげた。
一方アトマイズ銅粉(Fe−0,79%C−〇、39%
5i−0,1%Mn )の約350メツシユのものを
、更にボールミルで10μ以下の粒度に粉砕し、該銅粉
の微粉末を調製した。
該銅粉を、前記シリンダーライナー内面に次の溶射条件
で高圧エアーにより溶射し、厚さ8〜12μの溶射層2
を形成した。
0溶射条件 アーク電流・・・・・・・・・・・・・・・・・・・−
・・・・・・・・・・450 Ampアルゴンガス流量
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・100S
CFH水素ガス流量・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・ 15SCFHライナーの回転
数・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・450
r、p、m次に、前記本発明のシリンダーライナーと、
別個に本発明と同組成のシリンダーライナーを電気化学
エツチング(以下ECMという。
)加工したものとを、それぞれV−8エンジンに組込み
、油温、室温ともに一30℃でオイルSAE#30を使
用し、アップ−ダウン試験を行った。
該アップ−ダウン試験は、無負荷状態で2500r、p
、mから5400r、p、mまで急激にアップさせて行
った。
試験後、各ライナーおよびピストンの外観を調査した結
果、本発明のシリンダーライナー、ピストンはともに良
好な外観であったが、対照のアルミ合金製シリンダーラ
イナーにECM加工したものはシリンダーライナー、ピ
ストンはともに激しいスカッフィングがみられた。
なお、本発明のシリンダーライナーの溶射層の密着性を
調べるため、25φX50mmのアルミ棒に、前記のア
トマイズ銅粉の微粉末を前記と同様の溶射条件で溶射し
た後、これに他の25φ×50朋のアルミ丸棒をエポキ
シ樹脂で接着させた。
前記接着したアルミ丸棒の両者を、万能引張り試験機で
引離したところ、樹脂−超微粉銅溶射層界面でのばくり
か殆んどであり、アルミ母材−超微粗鋼溶射層のばくり
はみられなかった。
試験の結果、本発明による溶射皮膜の厚さを40〜50
μ以上に被覆した場合は、ラッピング仕上げでは所定の
形状に仕上げるのに時間がかかるので、他の仕上げ方法
例えば切削加工等によらなければならな(なるし、また
材料費が高価となり溶射時間が長くなるから実用的でな
い。
実施例 2 内径83φ、長さ138朋の第2図の断面図の如き形状
のアルミ合金製シリンダーライナー(AC4C1組戒ニ
ア%Si −0,5%Mg −0,1%Cu−0,2%
Fe−残AI)1’の内面に200メツシユの高シリカ
−アルミ合金粉末(組成;Al−23%S i −4,
1%Cu−1,0%Fe −0,5%Mg)をプラズマ
溶射しO,OS〜0.10mmの厚さの溶射層3を形威
し、更に仕上げられたシリンダーライナーに以下実施例
1と同様にプラズマ溶射して溶射層2を形成した。
なお、溶射層2はパフ研摩仕上げを行った。
本実施例においては、鋼の超微粉末は高シリカ−アルミ
合金溶射層の気孔にまで均一に侵入し、強固に密着して
いた。
なお、本実施例のシリンダーライナー溶射層の密着性を
調べるため、実施例1と同様に万能引張り試験機による
試験を行った結果、樹脂−超微粉銅溶射層界面でのばく
りか殆んどであり、高シリカ−アルミ溶射層−超微粉銅
溶射層界面のばくりはみられなかった。
実施例 3 実施例1のアルミ合金製シリンダーライナー1のショツ
トブラストによる凹凸をつげた後に下記の条件により電
気化学エツチング加工して凹凸をつげ、表面の面粗さ2
〜4μとした。
以下実施例1と同様に行い、アトマイズ鋼粉による厚さ
8〜12μの被覆層2を形成した後、簡単にパフ研摩を
行い、調製されたシリンダーライナーを用いて実施例1
と同様に低温におけるアップダウン試験を行い、試験後
ライナーおよびピストンの外観を調査した結果シリンダ
ーライナー、ピストンはともに良好な状態であった。
0電気化学エツチング加工の条件 電解液のNaNO3水溶液中に銅電極を入れ、電流I
A /rrl、電圧8〜IOV、時間10〜20秒で行
った。
本実施例で行った電気化学エツチング加工は、ショツト
ブラスト法よりも手間はかかるが、ショツトブラスト法
はアルミ基地およびシリカをも均一に削除するのに対し
、電気化学エツチング加工はアルミ基地のみを削除する
ものであるから、耐摩耗性の点では実施例1よりも本実
施例の方が有利である。
さて、前記実施例によって本発明の軽合金製摺動部材の
表面処理方法は、次の利点を有することが明らかになっ
た。
まず、本発明において溶射される鉄系微粉末は、従来の
30〜40μの鉄系微粉と違って粒度10μ以下のもの
であるから、大気雰囲気中の粉砕と溶射によってその最
表面が酸化鉄になっており、また超微粉末であるため、
アルミ素材面の密着が均一で良好である。
このため、=般の溶射およびメッキにおけるアルミ界面
での被膜のばくりは、全くみられなくなる。
次に、従来のプラズマ溶射では、溶射される粉末の粒度
が大きくまた未溶着粉末をも溶射層にまき込むこともあ
るので、所定寸法に仕上げた被溶射物は溶射後には寸法
精度が大幅に悪くなるので、溶射後には研削あるいは切
削加工が不可欠であった。
しかしながら、本発明においては、超微粉末を溶射する
から溶射後の寸法精度が良好であり、溶射面を若干良く
するための簡単なパフ研摩をするだけでよい。
このパフ研摩も、場合によっては省略することができる
なお、高シリカ−アルミ合金にECM加工したものと本
発明の鋼の超微粉末を溶射したものとを、アップダウン
試験によって比較すると、前者はシリンダーライナーか
らシリカが脱落し相手のピストンに引かき傷を生じたが
、本発明のものは溶射層によってピストンとピストンリ
ングの初期なじみ性を良好とし、更に溶射層がアルミ基
地をカバーする作用を有する。
このことは、アルミ合金部材の溶射層断面の模型図であ
る第3図によって説明すると、硬さの低いアルミ基地4
0表面の丸味を帯びた硬いシリカ5周囲に酸化鉄超微粉
末の溶射層2が存在するため、アルミ基地4を硬いシリ
カ5と溶射層で保護し耐焼付性、耐スカッフィング性、
耐摩耗性等が良好である。
なお、溶射層2が摩耗するに従い、シリカ5が露出し徐
々にラップされて丸味をおび、このシリカ5の露出によ
っても優れた耐摩耗性、耐スカッフィング性が発揮され
るのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1のシリンダーライナーの断面図、第2
図は実施例2のシリンダーライナーの断面図、第3図は
本発明によるアルミ合金部材の溶射層断面の模型図、で
ある。 図中、1・・・・・・アルミ合金製シリンダーライナー
2・・・・・・酸化鉄微粉末による溶射層、3・・・・
・・高シリカ−アルミ合金粉末による溶射層、4・・・
・・・アルミ基地、5・・・・・・シリカ、をあられす

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 軽合金製摺動部材の摺動面に粒度10μ以下の鉄系
    微粉末を大気中で溶射して酸化鉄皮膜を形成したことを
    特徴とする軽合金製摺動部材の表面処理方法。 2 軽合金製摺動部材がシリンダーである特許請求の範
    囲第1項記載の軽合金製部材の表面処理方法。 3 軽合金製摺動部材が高シリカ−アルミ合金製シリン
    ダーである特許請求の範囲第1項記載の軽合金製摺動部
    材の表面処理方法。 4 軽合金製摺動部材の摺動面をホーニング、プラスチ
    ングまたは電気化学加工により数μの面粗さとした後粒
    度10μ以下の鉄系微粉末を大気中で溶射して酸化鉄皮
    膜を形成したことを特徴とする軽合金製摺動部材の表面
    処理方法。 5 軽合金製摺動部材がシリンダーである特許請求の範
    囲第4項記載の軽合金製部材の表面処理方法。 6 軽合金製摺動部材が高シリカ−アルミ合金製シリン
    ダーである特許請求の範囲第4項記載の軽合金製摺動部
    材の表面処理方法。
JP51117028A 1976-09-29 1976-09-29 軽合金製摺動部材の表面処理方法 Expired JPS5855828B2 (ja)

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JPS5342148A JPS5342148A (en) 1978-04-17
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6377636A (ja) * 1986-09-19 1988-04-07 Hitachi Seiko Ltd 工作機械の主軸装置

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