JPS5863441A

JPS5863441A - 耐熱・断熱性軽合金部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPS5863441A
Application number: JP56163029A
Authority: JP
Inventors: 堂ノ本　忠; 原嗣小山; 長岡　正明
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1981-10-13
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1983-04-15
Also published as: JPH028894B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、例えば内燃機関用ピストン、シリンダヘッ
ド燃焼室などに最適な耐熱・断熱性表面層を有する軽合
金部材およびその製造方法に関するものである。

周知Ωようにアルミニウムやマグネシウム等のいわゆる
軽合金材料杜軽量でしかも熱伝導性が良好であり、その
ためこれらの特性が要求される部材、部品に広く使用さ
れている。しかしながらこれらの軽合金材料自体線、融
点が低くかつ耐熱性が低い丸めそのままで鉱高温雰囲気
に曝される部材には使用し難い問題があシ、また前述の
ように熱伝導性が良好であることはその反面断熱性に劣
ることを意味するから、断熱性が要求される部材には使
用し難い、そζで従来から、軽量性が要求されしかも耐
熱性、断熱性が要求される部材、例えば内燃機関用ピス
トンやシリンダヘッド燃焼室などに軽合金材料を適用可
能にするため、軽合金材料からなる母材表面に耐熱性、
断熱性を有する表面層を設けることが種々提案されてい
る。すなわち、内燃機関用ピストンを例にとれば、ピス
トンの母材として軽量性に優れたアルミニウム合金やマ
グネシウム合金を用い、ピストンのヘッド部にセラミッ
クや耐火合金などの耐熱性に優れしかも熱伝導性の低い
材料を配して、ヘッド部の浸損、焼損の防止を図るとと
もに、ピストン、ピストンリング、シリンダ等の熱負荷
の低減を図ることが種々試みられてお夛、また最近では
燃焼効率の向上などの面からも前述のようにヘッド部を
耐熱化、断熱化することが注目されている。

前述のようにアルミニウム合金やマグネシウム合金等か
らなる軽合金製ピストン本体のヘッド部に耐熱・断熱性
を有する表面層を設けるための従来提案されている方法
は次の３方法“に大別される。

すなわち第１の方法は、゛セラミック体もしくは耐火金
属体を予め成形加工しておき、これをボルト締結やカシ
メ、あるいは溶接等によって軽合金製ピストン本体に結
合する方法であり１第２の方法はセラミックある、いは
耐火金属を鋳包み法によ少′軽合金製ピストン本体と一
体化する方法であシ、また第３の方法は溶射、陽極酸化
、メッキ等の表面被覆法によシ軽合金製ピストン本体の
ヘッド部にセラミックや耐火金属を被覆する方法である
。

ところでピストンのヘッド部に耐熱、断熱のための表面
層を設けるにあたって重要な項目としては、（１）＠量
であること、す表わちピストン本体の軽量性を犠牲にし
ないこと、（２）耐熱性、断熱性が充分に嵩いこと、（
３）耐久性が良好なこと、すなわち表面層に亀裂が生じ
た多ピストン本体から脱落しないこと、（４）Ｉｔ造が
容易であること、（５）低コストであること、などが挙
げられる。しかしながら前述のような従来の各方法では
これらの要求を充分に満足することができないのが実情
であった。

すなわち前記第１の方法もしくは第２の方法において耐
火金属体を用いる場合、耐火金属体として熱膨張率がビ
ス）／本体の軽合金材料の熱膨張率ｋ・近いものを選択
することができ、ｉた軽合金材料との接合性もセラミッ
クと比較すれば良好であるから、耐久性の面から紘有利
であるが、耐火金属体はセラミックと比較して断熱性、
耐火性が劣るため、耐火金属層の厚みを厚くする必！！
があ〕、その丸め耐火金属自体の比重がセラミックのか
さ比重よシも相当に大きいことと相俟って、耐火金属層
によるピストンの重量増大が著しくなる問題がある。一
方前記第１の方法もしく紘第２の方法においてセラミッ
ク体を用い九場合、軽量性、断熱性、耐火性の面からは
有利となるが、セラミックは一般に熱膨張率がアルミニ
ウム合金−やマグネシウム合金等の軽合金材料″０熱膨
張率と極趨に異なるから、使用中にセラミック体に亀裂
が生したり破損しえルし易く、シたがりて耐久性を高め
ることが相当に困難であシ、ま九耐久性向上対策に多大
なコストを要する問題があシ、さらＫｔｉセラミックは
加工性が劣るから、所定の形状に仕上げるために高コス
トと表る欠点もある。また前記第３の方法す愈わち表面
被覆法においては、陽極酸化もしくはメッキによる場合
には被膜をせいぜい０、１−程度までしか犀くすること
ができず、ζｐ程度の厚みでは充分な断熱性、耐火性が
得られない欠点がある。一方第３の方法において、溶射
法による場合には、膜厚は他の表面被覆法と比較すれば
相当に厚くすることが可能で、１２ｍ９度までは実現可
能であるが、その程度の厚みでも金属系材料の場合には
実用上有効な断熱、耐熱特性を得るＫは不足であるから
、セラミックをベースとする材料を選定する必要がある
。ところがその場合に燻前述と同様に帳合金製のピスト
ン本体との熱膨張率の差によシ使用中に亀裂や剥離を生
じて耐久性に劣ることが多い、その対策として杜、軽合
金製ピストン本体の表面に耐熱性が良好でしかも熱膨張
率がピストン材と溶射セラミック材の中間となるような
金属、例えばＮｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ　−Ｏｒ−局合金、
あるいはＮ１−Ｃｒ−ＡＪ−Ｙ合金などを溶射して中間
溶射層を形成し、その中間溶射層の上にセラミックを溶
射して、セラミック溶射層と軽合金製ピストン本体との
熱膨張差を中間溶射層で緩衝する方法が知られているが
、この中関醪射層も通常Ｆｉ１００に以下の厚みである
から、ピストン本体の熱膨張、収縮を吸収するには未だ
不充分であシ、シたがって耐久性が充分とはいえないの
が実情である。

この発明性以上の事情に鑑みてなされたもので、軽合金
材料の有する軽量性を活かし、かつ耐熱性、断熱性に優
れ、しかも耐久性、生産性の曳好な軽含金部材詔よびそ
の製造方法を提供することを目的とするものである。

すなわちこの発明の軽合金部材は、軽合金材料からなる
本体の表面に、その本体側から表面側へ白妙て、耐熱性
の繊維および軽合金材料を複合一体化してなる繊維／軽
合金複合層と、セラミック材料を主体とするセラミック
基溶射材と軽合金材料とが複合一体化されたセラミック
基溶射材／軽合金複合層とがその順に設妙られておシ、
かつ前記繊維／軽合金複合層の熱膨張率が軽合金からな
る本体の熱膨張率とセラミック基溶射材／軽合金複合層
の熱膨張率との中間や値と表るように４１１成されてい
ることを特徴とするものである。

またこの発明の軽合金部材製造方法は、耐熱性繊維から
、なる繊維成形体の表面にセラミックを主体とするセラ
ミック基材料を溶射し、その溶射された繊維成形体を鋳
型内面の所要箇所に前記溶射された側゛の面が鋳型内面
に接するように配置し、その状態で鋳型内に＠合金溶湯
を注湯し、溶湯鍛造を行って軽合金を溶射層の微細孔お
よび繊維成形体の繊維間に・充填して、前述のような軽
合金部材を得るものである。

以下この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明に係る軽合金部材の一例を示すもので
あゃ、アルミニウム合金あるいはマグネシウム合金等の
軽合金材料からなる本体ｌｏ前表面は、無機繊維あるい
は金属繊維等の耐熱性を有する繊維と前記同様な軽合金
材料とを複合一体化してなる繊維／軽合金複合層２が形
成されている。

そして繊維／軽合金複合層２の上には、セラミックを主
体とするセラミック基溶射材と前記同様な軽合金材料と
を複合一体化してなるセラミック基溶射材／軽合喧複合
層３が形成されている。

上述のような帳合金製の本体１および各複合層について
さらに詳細に説明すると、本体ＩＫ−使用される軽合金
材料として社、部材としての用途に要求される特性に応
じてアルミニウム合金やマグネシウム合金等の内から選
べば喪い、なおこの本体１の上の各複合層２，３の軽合
金材料部分は後述するように本体１と連続一体に作られ
るのが通常であるから、これらに用いられる軽合金材料
としては繊維／軽合金複合層２に使用される繊維および
セラミック基溶射材／軽合金複合層３に使用されるセラ
ミック基溶射材との複合性が良好なものを選択すること
が望ましい。

前記繊維／軽合金複合層２０繊維としては、軽合金材料
よシも熱膨張率が低いものを選択し、これＫよって繊維
／軽合金複合層２の全体としての熱膨張率を帳合金製の
本体１の熱膨張率よシも低く、かつセラミック基溶射材
／軽合金複合層３の熱膨張率よシも高い値に設定する。

ここで、セラミック基溶射材／ｉ！合金複合層３におけ
るセラミック基溶射材は熱膨張率が軽合金材料よシも格
段に低いセラミック材料を主体とし、またこの複合層３
に複合されている軽合金材料の量はセラミック基溶射材
の量と比較し極めてわずかであるから、この複合層３の
熱膨張率は軽合金製本体１と比較して著しく小さい０例
えば本体１にアルミニウム合金が使用されている場合そ
の熱膨張率が２０〜２３×１０　／ｄ＠ｇ程度、またマ
グネシウム合金が使用されている場合２０〜２６　Ｘ　
１０　／ｄ＠ｇ程度であるのに対し、セラミック基溶射
材／軽合金複合層３の熱膨張率は５〜１０　Ｘ　１０　
／ａ＠ｇ＠度である。したがって本体１とセラミック基
溶射材／軽合金複合層３との間に中間の熱膨張率の層が
介在しなければ、使用中の加熱、冷却の繰返しによる軽
合金製本体１の膨張、収縮によってセラミック基溶射材
／軽合金複合層３が剥離したり亀裂を生じたシするが、
上述のように両者の中間の熱膨張率を有する繊維／軽合
金複合層２を設けることによって、その複合層２を熱膨
張、収縮に対する緩衝帯とし、セラミック基溶射材／軽
合金複合層３の亀裂発生や剥離を防止することができる
。なおこのように熱膨張、収縮に対する緩衝帯としての
効果を複合層２に充分に発揮させるためには、その厚み
を比較的大きくする必要があるが、従来例において説明
した中間層としての耐熱合金溶射層とは異カリ、後述す
る製造方法の説明において詳述するように相当程度まで
厚くすることができる。

一方前記繊維／軽合金複合層２は、その繊維として本体
１の軽合金よシも熱伝導率が低いものを用いて、複合層
２の全体的な熱伝導率を本体１よシも低くシ、これｋよ
って複合層２にも補助的な断熱効果を呈させることが望
ましい、したがって繊維／軽合金複合層２に使用される
耐熱性の繊維としては、少くとも熱膨張率が軽合金よシ
も小さいことが必要でＴｏシ、シかも熱伝導率が軽合金
よりも小さいことが望ましく、さらには軽合金との複合
性が良好であることが望ましい、これらの観点から、前
記繊維としては、例えばＡｌ３２０５　ｅ　ＺｒＯ２１
ＳＩＣなどのセラミック系繊維、ガラス繊維、炭素が望
ましい、なお軽合金との複合性を良好にするために１前
記繊維として予め軽合金溶湯の濡れ性が良好な物質ある
いは軽合金自体をコーティングしたものを用いても良い
、また繊維の形状は、長繊維、短繊維のいずれであって
も良い。

なおまた、繊維／軽合金複合層２は、帳合金製の本体１
の側とセラミック基溶射材／軽合金複合層３の側との間
の熱膨張率の変化をよ多連続的にするために、繊維の密
度を軽合金本体１の側で低く、セラミック基溶射材／軽
合金複合層３の側で高くなるように設定しても良い、こ
の場合の繊維密度の変化は連続的であっても、あるいは
段階的であっても良い。

次にセラミック基溶射材／軽合金複合層３は、セラミッ
クを主体とする溶射層中の空孔に軽合金を充填するとと
Ｋよってセラミック基溶射材と軽合金とを複合一体化し
たものである。この複合層３に使用されるセラミック基
溶射材は、セラミック材料を主体とするものであシ、セ
ラミック材料だけで構成しても良く、あるいは後述する
ようにセラミック材料に耐熱合金を組合せても良い。

前記セラミック基溶射材／軽合金複合層３は、部材の断
熱機能、耐火耐熱機能の主体となる層であシ、直接高温
部に曝されることとなるから、その複合層３に使用され
るセラミック材料としては、高温にて安定で耐食性にも
優れ、断熱性、耐熱性が高いものを用いる必要がある。

仁のようなセラミック材料としては、酸化物系セラミッ
ク、例えばＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯなどＫ
よシ安定化したもの）やｊＬＪ２０３　、　ＭｇＯ、Ｃ
ｒ、０３等があシ、またもちろんこれらを２種以上組合
せて用いても良い。

な詔ζζで例示したセラミック材料の熱膨張率は５〜１
０　Ｘ　１０−’／ａ・ｇ程度、熱伝導率は０．００５
〜０．０３０ＪＡＩＩＩ　・ｓ・Ｃ・ｄ・ｇ程度である
。またこの複合層３にお妙る溶射材としては、熱膨張率
をアルミニウム合金製の本体１０側に近付けるためにセ
ラミック材料と耐熱合金とを一合せても曳い。

すなわち、セラミック材料と耐熱合金とを組合せて溶射
して、その溶射層の空孔に軽合金材料な充填しても良い
、この場合に使用される耐熱合金としてはＮｌ　−Ｃｒ
合金、Ｎ１−Ａ４Ｊ合金、Ｎｉ　−Ｃｒ　−１合金、Ｎ
ｉ　−Ｃｒ−ムｒ−Ｙ合金などかあシ、−これらは耐熱
耐食性に優れ、しかもセラミック材料との結合性、繊維
との結合性も良好である。また熱膨張率も１２〜１３　
Ｘ　１０−’／ａ・ｇ程度でセラミック材料と軽合金材
料との中間の値であるから、緩衝材としても有効である
。とのように耐熱合金をセラミック材料と組合せて溶射
する場合、表面側でセラミック成分が多く、内層側で耐
熱合金が多くなるように溶射することが望ましく、斯く
すれば熱膨張、収縮に対する耐ｉが一層良好となシ、ま
た密着性も良好となる。なおセラミック基溶射材と軽合
金材料とを複合化するためには溶射層に空孔が存在する
ことが必要であるが、実験によれば２チ程度の空孔が存
在すれば充分に複合可能であることが確認された。そし
てこの稠度の空孔率であれば通常のプラズマ溶射で充分
に対応可能である。

以上のようなこの発明の軽合金部材を製造するための具
体的方法は種々考えられるが、そのうちの最も望ましい
方法、す攻わち本願の第２番目の発明に係る製造方法を
以下に説明する。

この方法を実施するに当っては、予め前述のような耐熱
性の繊維を最終製品における繊維／軽合金複合層部分の
形状、寸法に近い形状、寸法に成形して、繊維成形体を
作成しておく。次いでこの繊維成形体の表面（片面）ｋ
セラミック基材料を溶射して漉射層を形成する。すなわ
ちセラミック材料を単独で溶射するかまたはセラミック
材料と耐熱合金とを組合せて溶射する。その後、浴射済
みの繊維成形体を鋳型内面の所要位置、すなわち最終製
品にお轄る複合層の位置に対応する位置に、前記溶射層
の側が鋳型内面に接するように配置し、その状態でアル
ミニウム合金もしくはマグネシウム合金等の軽合金溶湯
を鋳型内に注湯して溶湯鍛造を行う。斯くすれば繊維成
形体の繊維間の空隙に軽合金溶湯が充填され、かつまた
溶射層中の空孔に軽合金溶湯が充填される。したがって
凝固後に型内から４２出せば、帳合金製の本体の所要箇
所の表面に繊維／軽合金複合層が形成されかつその繊維
／軽合金複合層の上にセラミック基溶射材／軽合金複合
層が形成された軽合金ブロックが得られる。

すなわちこのブロックは、軽合金からなる本体部分と各
複合層が連続一体化されたものである。このようＫして
得られたブロックを必要に応じて機械加工すればこの発
明の軽合金部材が得られる。

なおセラミックや耐熱金属を溶射する方法としては、ガ
ス式、アーク式、１２１７式等の各種の方法を採用する
ことができるが、これらの各方法のうちでもプラズマに
よる方法が強度上置も高い性能が得られる。

上述のような製造方法においては、軽合金からなる本体
部分、繊維／軽合金複合層およびセラミック基溶射材／
軽合金複合層が同時に成形されるから、製造工程が少な
く、製造コストが低摩となる。ｔた両複合層中の軽合金
が本体部分の軽合金と連続するから、各複合層の結合強
度も高くなる。

さらには、使用する繊維成形体の厚みを変えるだけで繊
維／軽合金複合層の厚みを変えることができ、したがり
て熱膨張、収縮に対する緩債帝として必要かつ充分な厚
みを繊維／軽合金複合層に持たせることも容易である。

以下この発明の実施例および比較例を記す。

実施例１ υ、Ｏｓ５０慢−８１０，５０−なる組成を有する平均
繊維径２．５μｍ、繊維長さ１〜２５０■の短セラミッ
ク繊維を用いて、真空成形法によシ直径９〇−１犀さ１
０■の円板状のセラミック繊維成形体を作成した。この
セラミック繊維成形体の繊維充填密度は０．２ｖ−であ
った０次いでこの成形体の片面にｓ　Ｙ２Ｏ５で安定化
したＺｒＯ２の粒度２５０〜４００メツシ晶の粉末をプ
ラズマ溶射法により０．８■厚に溶射してＺ　ｒＯ２溶
射層を形成した。このＺｒＯ２溶射層の空孔率は７チで
あうた。このようにして片面にＺｒ０２１１１１射層が
形成されたセラミック繊維成形体を、ＺｒＯ２溶射層が
ヘッド表面側に位置するようにピストン用溶湯鍛造型の
ヘッド相当部に配置して、ＪＩ８ＡＣ８ムのアルミニウ
ム合金溶湯を注ぎ、溶湯鍛造を施してヘッド部にＺｒＯ
２＃射層およびセラミック繊維／アルミニウム合金複合
層を有するピストン粗形材を得た。この粗形材を？。

処理によシ熱処理した後、機械加工してピストンを作成
した。得られたピストンの断面を第２図に示す、第２図
において１１はアルミニウム合金からなるピストン本体
、１２は繊維／軽合金複合層としてのセラミック繊維／
アルミニウム合金複合層、１３はセラミック基溶射材／
軽合金複合層としてのＺｒＯ２静射材／アルミニウム合
金複合層である。なお第２図においてはセラミック繊維
／アルミニウム合金複合層１２とＺｒＯ□溶射材／アル
ミニウム合金複合層１３との間に境界線が示されている
が、実際にはセラミック繊維成形体上にＺ　ｒ　Ｏ２を
ｍ射する際に両者が互いに入シ込んだ状態となる丸め、
両者間の境界は明確ではない。

上記実施例ＩＫおける各層の熱伝導率を第４図に実線で
示し、また同じ〈実施−１における各層の熱膨張率を第
３図に実線で示す。但しこれらの各層の測定値は、ピス
トンで直接測定したものではなく、形状、寸法および機
械加工の点を除き実施例１と同じ条件で製造し九部材の
掬定結果でおる。第４図から、熱膨張率はアルミニウム
合金本体の側から表面のＺＪＯ２溶射材／アルミニウム
合金複金層まで段階的に低下しておシ、熱による膨張、
収縮によって亀裂や剥離が生じｋ〈い構成とな９ている
ことが明らかである。また第３図から、熱伝導率もアル
ミニウム合金本体に対し中間のセラミック繊維／アルミ
ニウム合金複合層が低い値となうており、この層が断熱
の主体となるＺｒＯ２Ｗ４射材／アルミニウム合金複合
層に対し補助的な断熱層の役割を果たすものと考えられ
る。

実施例２セラミック繊維成形体として、繊維充填密度がヘッド表
面側で０．３１７Ｍ　、アルミニウム合金本体側で０．
１シーでありてその中間の密度が０．３　）／ｄ〜０．
１　ｔＡＫ連続的に変化するものを使用して、繊維／ア
ルミニウム合金複合層における複合比を連続的に変化さ
せたこと、＄・よび繊維成形体の表面Ｋ　Ｙ２０Ｍ安定
化ＺｒＯ２を耐熱合金であるＮｉ　−Ｃｒ合金と組合せ
てプラズマ溶射して、その溶射層にでＺｒＯ２１００％
、繊維側でＮｉ　−Ｏｒ合金１００％、その中間で両者
の比が連続的に変化するように構成し九こと以外は実施
例１と同様の方法でピストンを作成した。この場合の熱
伝導率および熱膨張率を第４図、第３図に示す。第３図
から繊維／アルミニウム合金複合層およびセラミック基
溶射材／アルミニウム複合層の熱膨張率がそれぞれヘッ
ド表面側へ向けて連続的に低下しており、そのため熱膨
張、収縮に対する耐性がさらに向上するものと期待され
る。

実施例３実施例２で用いた密度勾配を有するセラミック繊維成形
体の代シに、かさ密度が一定（０，８Ｖａｌｌ）のステ
ンレス鋼繊維成形体を用い、その他の条件は実施例２と
同様にしてピストンを作成した。この場合の熱伝導率と
熱膨張率を第４図、第３図にそれぞれ一点鎖線で示す。

比較例ピストン形状にアルミニウム合金（ＪＩＳ　ＡＣ８Ａ　
）を鋳造し、ヘッド部を深さＱ、９ｍ、面取〕角度４５
０に皿加工し要談、その皿加工面にＮ１−Ｃｒ合金を０
．１■の厚礪でプラズマ溶射し、さらＫその上Ｋ　Ｙ２
Ｏ５で安定化したＺ　ｒＯ２を０．８−の厚さでプラズ
マ溶射して断熱層を形成し九、この場合の熱伝導率、熱
膨張係数を第一図、１ｓ３図にそれぞれ２点鎖線で示す
。

以上の各実施例および比較例によって得られたピストン
、および断熱層を形成していない通常のアルミニウム合
金製のピストンをディーゼルエンジンに用いて次のよう
に実損試験を行ない、ピストンの性能および耐久性を調
べた。すなわち２２００ｍ、　４気筒のディーゼルエン
ジンにどいて、４２００ｒｐｍフル回転２０分間および
アイドリング運転１０分間を交互に行って計２００時間
運転し、第１１Ｊソング底部の温度と、シリンダヘッド
の排気ポートにおける排気ガス温度とを調べ、またピス
トンヘッド部のセラミック層の状況を観察した０表お第
１リング溝底部の温度は焼もどし硬さ法によって調べ、
シリンダヘッドの排気ポートのガス温度は直接熱電対に
よって測温した。これらの試験結果を第１表に示す。

う第１表第１表に示す結果から、この発明の各実施例によるピス
トンは、比較例によるピストンと比べて断熱性が優れて
おシ、しかも耐久性が格段に良好となっていることが明
らかである。なお比較例のピストンはアルミニウム合金
本体とセラミック溶射層との間に両者の熱膨張率の中間
の熱膨張率を有する耐熱合金（Ｎｉ　−Ｃｒ合金）溶射
層を介在させ九ものであるが、この場合中間の耐熱溶射
層０厚みが０．１鱈と極めて簿く、そのためアルミニウ
ム合金本体Ｏ熱膨張、収縮を外側のセラミック層へ直接
的に伝えてしまい、セラミック層に亀裂や剥離が生じ易
くなるものと思われる。これに対しこの発明の各実施例
においては中間の繊ｍ／アルミニウム合金複合層が比較
例に比べて格段ＫＪＩｊｌ＜、そのためその中間の複合
層がアルミニウム合金本体の熱膨張、収縮に対する緩衝
帯の役割を充分に果たしてお）、シかも中間の複合層お
よび外側の複合層に含まれるアルミニウム合金が本体の
アルミニウム合金と連続一体化するため、各層の結合強
度が著しく高く、これらの要因が相俟って耐久性が著し
く良好となっているものと考えられる。

なお、前記各実施例においては本体および各複合層に使
用される軽合金材料としてアルミニウム合金を用い九場
合について示したが、マグネシウム合金もアルミニウム
合一とほぼ同等の熱膨張率、熱伝導率を有してお）、シ
た°−９てマグネシウム合金を用いても同様に実施し得
ることは明らかである。

た場合について示したが、この発明の軽合金部材および
その製造方法社ピストンに限らずシリンダヘッド燃焼ポ
ート、ターボチャージャケーシング等、種々の部材に適
用可能である。

さらにこの発明の軽合金部材は、これを他の部材の必要
部分に溶接、ロウ付ゆ、鋳包み等の接合技術によって取
付ゆて使用に供しても良いことはもちろんである。

以上の説明で明らかなようにこの発明の軽合金部材は、
高温雰囲気に対する耐熱、断熱機能を、比較的軽量でし
かも耐熱、断熱性が良好なセラミック材料を主体とする
セラミック基溶射材／軽合金ｌＩ金層が主として担９て
いるから、部材全体としても軽量でしかも優れ九耐熱性
、断熱性が得ら、れる、そしてまた熱膨張率が大幅に異
なる帳合金製の本体と表面のセラミック基溶射材／軽合
金複合層との間に、両者の中間の熱膨張率を有する繊維
／軽合金複合層が介在し、しかもその繊維／軽合金複合
層はその厚みを比較的厚くすることが容易であるから、
熱膨張、収縮に対する緩衝効果が大きく、シたがって加
熱、冷却の繰返しによ如表面のセラミック基溶射材／軽
合金複合層に亀裂が発生し九シ剥離したシすることを有
効に防止して、優れ九耐久性を得ることができる等の優
れた効果を有するものである。

またこの発明の製造方法によれば、上述のように優れた
特性を有する軽合金部材を簡単かつ容易に製造すること
ができ、また中間の繊維／軽合金複合層および表面のセ
ラミック基溶射材／軽合金複合層の軽合金が本体部分の
軽合金と連続するから、各複合層の結合強度が高い部材
が得られ、さらｋは繊維／軽合金複金属を熱膨張、収縮
に対する緩衝帯として充殊＼情充分な厚みに容易に作成
□ノすることができ、したがって特にセラミックを主体とす
る表面層の耐久性に優れ九部材を容易に得ることかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の軽合金部材の縦断面図、第２図はこ
の発明の実施例Ｋｂけるピストンの軸方向断面図、第３
図は各実施例および各比較例におするピストンの各層の
熱膨張率を軸方向断面の各位置に対応して示す一シ第４
図は各実施例および各比較例にあけるピストンの各層の
熱伝導率を軸方向断面の各位置に対応して示す゛線図で
ある。ｌ・・・本体、２・・・繊維／軽合金複合層、３・・・
セラミック基溶射材／軽合金複合層。出願人　トヨタ自動車工業株式金社第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　軽合金材料からなる本体の上に、軽合金材料
よシも熱膨張率が低い耐熱性の繊維および軽合金材料を
複合一体化して唸る繊維／軽合金複合層と、セラミック
材料を主体とするセラミック基溶射材および軽合金材料
を複合一体化してなるセラミック基溶射材／軽合金複合
層とが本体側から表面側へ向けてその願に形成され、か
つ前記繊維／軽合金複合層の熱膨張率が軽合金からなる
本体の熱膨張率と前記セラミック基溶射材／軽合金複合
層の熱膨張率との中間の値となるように構成されたこと
を特徴とする耐熱・断熱性軽合金部材。
（２）　　耐熱性の繊維からなる繊維成形体の表面にセ
ラミックを主体とするセラミック基材料を溶射し、その
溶射された繊維成形体を鋳型内面の所要箇所に前記溶射
された側の面が鋳型内面に接するように配置し、その状
態で鋳型内に軽合金溶湯を注湯し、溶湯鍛造を行って軽
合金を繊維成形体の繊維間の空隙および溶射層中の空孔
に充填し、軽合金溶湯の凝固後に鋳型から取出して軽合
金部材を得ることを特徴とする軽合金部材の製造方法。