JPS6044267A - 溶射層の密着性向上方法 - Google Patents

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】 本発明は、溶射層の密着性向上方法に関し、詳しくは、
内燃機関用ピストンリング、シリンダライナ等に応用さ
れている。金属母材等に対する溶射の前工程である。ブ
ラスト処理の改善による。

溶射層の密着性向上方法にかかる。

近年、内燃機関において、性能向ヒの目的で。

高速回転化、高圧縮比化、また、軽量化、燃費向上対策
としての軽合金の使用や部品の小型化等の必要性から、
そういった背景にある部品表面に対する耐摩耗性、耐焼
付性、摩際持性を、従来にもまして改善する必要性が高
まっており、多くの研究がなされている。

従来、このような試みの一つとして、ノΔ動部に金属、
酸化物、炭化物を溶射したり、又はメッキにより耐摩耗
性被覆ｊ−を形成することは公知であり、＋の応用例も
多い。

ピストンリングを例にとると、鉄系母材リング外周面に
、クロムメッキやモリブデン、高炭素鉄クロム合金等の
溶射により、耐摩耗性に優れた被’ｒＸＩＪｔｊＪを形
成する表面処理が行なわれている。

これらのうち、溶射ピストンリングでは、被覆ノーの密
着性が重要な必要特性となる。

そこで２本発明は、密着性に関する要因のうち。

溶射の前処理であるブラスト処理に着目して、溶射層の
密着性向−ヒをはかったものである。

従来、溶射においては溶射層の密着性を向上するために
、硬質のグリッドやセラミックグリッドを、母材表面に
吹きつけ粗面化する。ショツトブラスト処理が不可欠と
なっている。

そして、そのためのブラスト材は、使用条件に応じて９
粒度の細かいものから粗いものまで、ランク分けされて
おり、各々、以下のような特徴を有している。

なお、以ｒにおいて、ブラスト材の粗いものをＣ（ｃｏ
ａｓｅ　）　、中程度のものをＦ（ｆｉｎｅ）、細かい
ものをＶＦ　（ｖｅｒｙ　ｆｉ＋ｉｅ）として記述する
。

まず、ブラスト材の粒度の１例を第１表に示す第１表　
ブラスト材の粒度例 粒度の粗いブラスト材Ｃは９粒度も大きく母材への溶射
層の喰い込みも深く、溶射層と母材との境界部に負荷さ
れた剪断応力に対して、−見強そうであるが、外周溝付
ピストンリングの摺動面に処理する時等には、溝幅も１
．５ｇｓ＋程度と狭く、ブラスト粒が溝底に当たりにく
いこと等から、母材の表面酸化物層等の除去が不完全に
なりゃすく。

この結果、溶射層の密着力が劣化しゃすいことがある。

一方、ブラスト材ＶＦは、上述のような酸化物除去はよ
く行なわれるが、溶射母材の粗面化が十分でなく、剪断
方向に負荷された力に対する密着性は十分でない。

これらのことから、ピストンリング等へのブラスト処理
には、中間的なブラスト効果を有するＦヲ用いるケース
が多いが１強い剪断応力に対しては、ブラスト材Ｆでも
、十分な密着性を保持することができないという欠点が
ある。

本発明は１粒度の粗いブラスト材と１粒度の細かいブラ
スト材の、おのおのの特徴を生かし、母材表面の酸化物
層除去（母材表面活性化）と、母材表面の適度な粗面化
による。密着性（耐剪断応力性）向−ヒの両面を兼ね備
えたブラスト材により。

ブラスト処理することにより、従来のブラスト処理の欠
点を解決し、溶射層の強力な密着性を必要とするピスト
ンリング、シリンダライナ、ピストン摺動向等に好適に
適用できる。溶射層の密着外回−ヒ方法を提供すること
を目的としている。

このような目的は１本発明によれば、鋼材質ないしアル
ミナ、シリカ等のセラミックス材質からなるブラスト材
により、ブラスト処理した後に溶射することによる。溶
射層の密着性向上方法であって１粒径４２０〜２０００
μのブラスト材を体積比率で１０〜９０％と１粒径１７
７〜１４１０μのブラスト材を体積比率で９０〜ｌＯ％
を、混合させたブラスト材を用いて、ブラスト処理した
後に溶射することを特徴とする。溶射層の密着性向上方
法、及び、鋼材質ないしアルミナ、シリカ等のセラミッ
クス材質からなるブラスト材により、ブラスト処理した
後に溶射することによる。溶射層の密着性向、上方法で
あって９粒径４２０〜２０００μのブラスト材と１粒径
１７７〜１４１０μのブラスト材のうち。

いずれか一方のブラスト材により、ブラスト処理した後
、他方のブラスト材によりブラスト処理し。

しかる後、溶射することを特徴とする。溶射層の密着性
向上方法によって達成される。

本発明は、異なった粒径のブラスト材を２櫨類用い、各
々のブラスト材の長所を相互に生か′すことによって、
溶射層の高い密着性を得るものである。

以下、ブラスト材としては、前記Ｃ，Ｆ、ＶＦ等を例に
挙げ、従来して実施例を説明する。

実施例　１ 外周面に９幅１０闘、深さＱ、３ａ＋ｇの溝を設けた。

外径（Ｄ寸）φ３１　ｍｍ　、幅（Ｂ寸）１．５”−、
厚さく′ｒ寸）３．２朋の鋼製ピストリングの外周部に
。

ブラスト材Ｃ，Ｆ、ＶＦを用いて、第２表に示す割合に
混合させ、各々ブラスト処理した。

この後、溶射層としてＦｅ−Ｃｒ合金を、プラズマ溶射
により被覆し、仕上加工して密着性評価試験を行なった
。

第２表　各ブラスト材の配合割合 密着性ｌ・ト価試験の評価方法は、母材と溶射層に剪断
応力がかかるようなねじり試験機を用いて。

それぞれの試験片の溶射層が、剥離するまでのねじり角
度によって、密着性を比較した。

なお、ブラスト処理後、母材ブラスト面を、万能表面粗
さ測定機及び断面観察により９表面形状を測定した。

第１図に、各試料のブラスト処理後における。

代表的な表向粗さ形状を示し、第２図に各試料の溶射層
の密着性を示す。

試料Ａのブラスト材Ｃのみの場合は、第１図（ａ）に示
すように、母材表面には大きな凹凸ができ。

表向の粗面化は十分なされているが、ブラスト何粒には
、ピストンリング溝幅より大きなものが混在するため、
母材表面に酸化物層が残留じやすく。

密着性も第２図に示すように低い。

試料にのブラスト材ＶＦのみの場合は、第１図（Ｃ）の
ように９表面が微細に粗面化されていることから、母材
表面の酸化物層はよく除去されていると思われるが、密
着性は第２図に示すように、ブラスト材Ｃ，Ｆのみの試
料Ａ、Ｌに比べて、若干低い。

これは、第１図において矢印３によって示した。

剪断応力の方向に対して、母材１表面の表面粗さが細か
ずぎるため、溶射層２の密着性が低いものと思われる。

試料りのプラス）　Ｉ４’　Ｆのみの場合は、第１図（
）〕）のように、ブラストＩｃのｈの場合（試１ＡＡ）
と。

ブラスト材ＶＦのみの場合（試料Ｋ）の、中間的な表面
形状であり、ヒ記ａ　ｉＸＸ類の中では、最も高い密着
性を示している。

なお、このものが従来よ（使用されているものである。

次に１本発明にかかる試料Ｂないし試料Ｊの。

ブラスト材Ｃとブラスト材Ｖ　Ｆを混合させた場合は、
第１図（ｄ）のように、ブラストＩＶＦによる。

母材１表面の酸化物層除去作用と、ブラスト材Ｃによる
母材１表向の粗面化による密着性（ｆｌｊｉ剪断応力）
向上とを兼ね備えた形状になり、第２図のように、従来
の単一ブラスト材によるブラスト処理品（試料Ａ、に、
Ｌ）による密着性より、１〜３割高い。

配合割合、ブラスト時間等により、密着性には。

多少バラツキはあるが、いずれも、破線で示す従来の密
着性レベルより優れている。

また、ブラスト材ＶＦにてブラスト処理後、ブラスト材
Ｃでブラスト処理すると、ブラスト材ＶＦのブラスト処
理により、母材１表面の酸化物層を除去した後、ブラス
トＣのブラスト処理により１母材１表面を十分に粗面化
できることから、母材１表面形状が第１図（ｅ）のよう
になり、溶射層２の密着性を、第２図の試料Ｂないし試
料Ｊに匹敵４−るものとすることができる、 まｊこ、これとは逆に、ブラスト材Ｃにてブラスト処理
後、ブラスト材材ＶＦでプラス１へ処理すると。

ブラスト材Ｃにより、母材１表面を十分に粗面化した後
、ブラスト材ＶＦにより、母材１表向の酸化物層を除去
できることから１表面形状が第１図（ｄ）のようになり
、この場合も、溶射層２の密着性を、第２図の試料Ｂな
いし試料Ｊに匹敵するものとすることができるものであ
る。

実施例　２ 実施例１に用いたものと同形状の、鋼製ピストンリング
慴動面溝部に、ブラスト材Ｃ，Ｆ、ＶＦによって１粒径
４２０〜２０００μのブラスト材（以下粗粒ブラスト材
と記す）と９粒径１７７〜１４１０μのブラスト材（以
下細粒ブラスト材と記す）の２種類のブラスト材を調整
し、実施例１と同様の溶射ピストンリングを作成し、同
様な試験を実施した。

■　粗粒ブラスト材のみをブラスト処理した場合は、母
材１表面粗さは８〜１４μＲｚ程度になり。

密着性は第２図に示す試料に、Ｌ並みである。

■　細粒ブラスト材のみをブラスト処理した場合は、母
材１表面粗さは１６〜１９μＲｚであり。

密着性は第２図に示す試料Ａ、Ｌ程度になる。

Ｑ）粗粒ブラスト材を体積比率で１０〜９０％と。

細粒ブラスト材を体積比率で９０〜ｌＯ％の混合ブラス
ト材を用いて、ブラスト処理した場合は、母材１表面粗
さは１５〜１９μＲｚとなり１表面形状は第１図（ｄ）
のように、■と■の両者を兼ね備えた形状となり、密着
性は第２図の試料Ｂないし試料Ｊに匹敵し、■、■に比
べ高い結果を示した。

■　粗粒ブラスト材によるブラスト処理後、細粒ブラス
ト材によるブラスト処理した場合は、母材１表面粗さは
１５〜２０μＲｚとなり１表面形状は第１図（ｅ）のよ
うに、粗大粗面化と同時に微少粗面化も十分なされてお
り、密着性も第２図の試料Ｂないし試ＨＪに匹敵し、■
、■より優れた結果を示した。

■　細粒ブラスト材によるブラスト処理後、粗粒ブラス
ト材でブラスト処理した場合は、母材１表面粗さが１７
〜１９μＲｚとなり２表面形状は第１図（ｄ）のように
なり、この場合も、密着性は第２図の試料Ｂないし試料
Ｊに匹敵し、■、■より擾れた結果を示した。

以、ヒにより明らかなように１本発明にがかる溶射層の
密着性向上方法によれば９粒度の粗いブラスト材と２粒
度の細かいブラスト材の、各々の特徴を生かし、母材表
面の酸化物層除去（母材表面活性化）と、母材表面の適
度の粗面化による。溶射Ｉｌｌの密着性（耐剪断応力性
）向上の９両面を兼ね備えたブラスト材により、ブラス
ト処理することによって、従来のブラスト処理の欠点を
解決し。

溶射層の強力な密着性を必要とする。ピストンリング、
シリンダライチ、ピストン摺動向等に好適に適用するこ
とができる利点がある。

特に、粗粒ブラスト材と細粒ブラスト材の混合ブラスト
材を、ブラスト処理することにより、一工程で上記効果
をあげることができる利点があり。

また、粗粒ブラスト材と細粒ブラスト材の、いずれか一
方によりブラスト処理した後、他方のブラスト材により
ブラスト処理することによって、工程としては２工程と
なるが、粗粒ブラスト材と細粒ブラスト材を混合する必
要がなく、別々の粒度のブラスト材として、保管管理す
ることができ。

ブラスト材の保管管理を、容易かつ確実なものとするこ
とができる＋１ｊ点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各種条件でブラスト処理後、溶射した試料の
断面模式図。 第２図は、各種配合ブラスト材試料により、ブラスト処
理後、溶射した溶射層の密着性を比較した図である。 １・・・・・・母　材 ２・・・・溶射層 ３・・・・・剪断応力方向 出願人 トヨタ自動車株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼材質ないしアルミナ、シリカ等のセラミックス
   材質からなるブラスト材により、ブラスト処理した後に
   溶射することによる。溶射層の密着性向上方法であって
   １粒径４２０〜２０００μのブラスト材を体積比率で１
   ０〜９０％と１粒径１７７〜１４１０μのブラスト材を
   体積比率で９０〜１０％を。 混合させたブラスト材を用いて、ブラスト処理した後に
   溶射することを特徴とする７溶射層の密着性向上方法。
2. （２）　鋼＋ｔ　質すいしアルミナ、シリカ等のセラミ
   ックス材質からなるブラスト材により、ブラスト処理し
   た後に溶射することによる。溶射層の密着性向上方法で
   あって９粒径４２０〜２０００μのブラスト材と１粒径
   ］７７〜１４１０μのブラスト材のうち、いずれか一方
   のブラスト材により、ブラスト処理した後、他方のブラ
   スト材によりブラスト処理し、しかる後溶射することを
   特徴とする。溶射層の密着性向、上方法。