JPS61250161A - シリンダライナ - Google Patents
シリンダライナInfo
- Publication number
- JPS61250161A JPS61250161A JP9096685A JP9096685A JPS61250161A JP S61250161 A JPS61250161 A JP S61250161A JP 9096685 A JP9096685 A JP 9096685A JP 9096685 A JP9096685 A JP 9096685A JP S61250161 A JPS61250161 A JP S61250161A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder liner
- cr2o3
- thermally
- coating layer
- zro2
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は内燃機関用シリンダライナ（以下ライナと称す
る）に係るものであり、詳しくはライナの摺動面にセラ
ミックスの被覆層を形成した断熱エンジン用セラミック
ス−金属複合ライナに関する。
る）に係るものであり、詳しくはライナの摺動面にセラ
ミックスの被覆層を形成した断熱エンジン用セラミック
ス−金属複合ライナに関する。
従来の技術と問題点
内燃機関の高性能化に伴い、エンジンの効率を増大させ
るために断熱式の燃焼室が提案されている。周知の如く
セラミックスと金属の複合体は断熱性に優れ、且つ機械
的な強度も充分であることから、熱効率の向上を必要と
する構成部材として多くの工業分野においそ用いられて
いる。
るために断熱式の燃焼室が提案されている。周知の如く
セラミックスと金属の複合体は断熱性に優れ、且つ機械
的な強度も充分であることから、熱効率の向上を必要と
する構成部材として多くの工業分野においそ用いられて
いる。
セラミックスを利用する場合、セラミックスと金属材料
との接着が不可欠であるが、セラミックスと金属は２つ
の材料の熱膨張係数や熱伝導率の差が大きいために高温
状態では、金属とセラミックスとの境界面に熱的応力が
生じ、セラミックスの剥離や亀裂を生じる。ために断熱
効果をあげるためには断熱性、耐熱性、耐蝕性に優れ熱
伝導率が小さく、金属に近い熱膨張係数を有し金属との
接着性がよいＺｒＯ□のようなセラミックス材料に限定
される。
との接着が不可欠であるが、セラミックスと金属は２つ
の材料の熱膨張係数や熱伝導率の差が大きいために高温
状態では、金属とセラミックスとの境界面に熱的応力が
生じ、セラミックスの剥離や亀裂を生じる。ために断熱
効果をあげるためには断熱性、耐熱性、耐蝕性に優れ熱
伝導率が小さく、金属に近い熱膨張係数を有し金属との
接着性がよいＺｒＯ□のようなセラミックス材料に限定
される。
ライナも他の燃焼室の構成部材と同様に熱応力と機械的
応力に対する充分なる強度を要求されると共に、ピスト
ンリングとライナとの摩擦摩耗の非常に難しい問題の解
決が望まれている。ピストンリングとライナとの摺動に
おいて、ピストンリングの上下摺動運動に対して油膜を
形成して、ピストンリングの焼付けを防止しているが、
高温高圧下、又は油不足等の原因により油膜破壊が発生
しスカッフィングと呼ばれる異常摩耗が生じやすい。
応力に対する充分なる強度を要求されると共に、ピスト
ンリングとライナとの摩擦摩耗の非常に難しい問題の解
決が望まれている。ピストンリングとライナとの摺動に
おいて、ピストンリングの上下摺動運動に対して油膜を
形成して、ピストンリングの焼付けを防止しているが、
高温高圧下、又は油不足等の原因により油膜破壊が発生
しスカッフィングと呼ばれる異常摩耗が生じやすい。
セラミックスは断熱性、耐熱性が高い利点の反面、摩擦
によって生じる脆性破壊による微小な傷からクラックが
進展し大きな損傷を起す恐れがあることから、高温高圧
下での摩擦の場合は潤滑の助けなどにより微小な応力集
中を無くし、脆性破壊の生じない応力以下に下げてやる
必要がある。
によって生じる脆性破壊による微小な傷からクラックが
進展し大きな損傷を起す恐れがあることから、高温高圧
下での摩擦の場合は潤滑の助けなどにより微小な応力集
中を無くし、脆性破壊の生じない応力以下に下げてやる
必要がある。
近年０ｒ２０１等のセラミックスが高温下において、そ
の摩擦係数が室温での摩擦係数より負の相関を示して減
少し、又摩耗も非常に軽微になることが確認されている
。室温下の摩擦係数よりも高温下における摩擦係数が低
く安定し、何等かの潤滑的機構が働いているものと考え
まられ、高温自己潤滑性といわれる。高温自己潤滑性の
あるセラミックスはＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２等であり室温
下での強度は低（ＺｒＯ，若しくは非酸化物セラミック
スに劣る。そのため摩擦による損失は決して小さくない
という問題が残り、高温自己潤滑性に有効でない温度範
囲で使用するには問題がある。
の摩擦係数が室温での摩擦係数より負の相関を示して減
少し、又摩耗も非常に軽微になることが確認されている
。室温下の摩擦係数よりも高温下における摩擦係数が低
く安定し、何等かの潤滑的機構が働いているものと考え
まられ、高温自己潤滑性といわれる。高温自己潤滑性の
あるセラミックスはＣｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２等であり室温
下での強度は低（ＺｒＯ，若しくは非酸化物セラミック
スに劣る。そのため摩擦による損失は決して小さくない
という問題が残り、高温自己潤滑性に有効でない温度範
囲で使用するには問題がある。
断熱エンジン用のライナとして断熱性、耐熱性、耐蝕性
等に優れ機械的強度も充分且つ金属との接着性のよいＺ
ｒＯ２の粉末材料を溶射被覆して、その上に更に高温自
己潤滑性のあるＣｒ２Ｏ，のセラミックス粉末材料を溶
射するなど、セラミックスの２層構造がとられることに
より両者の特性を活かし被覆層の剥離防止の改良を行な
っているが、この方法は２種セラミックスの層毎に別々
の配合物を作成し、この配合物を別個の溶射装置に供給
するなど極めて煩雑な操作を必要とし、非能率的であり
製造コストが高くなる問題があり、尚各層の境界面に生
ずる応力歪は幾分緩和されるが依然として境界面に応力
歪が残るため溶射層の剥離を生ずる恐れは残る問題があ
る。
等に優れ機械的強度も充分且つ金属との接着性のよいＺ
ｒＯ２の粉末材料を溶射被覆して、その上に更に高温自
己潤滑性のあるＣｒ２Ｏ，のセラミックス粉末材料を溶
射するなど、セラミックスの２層構造がとられることに
より両者の特性を活かし被覆層の剥離防止の改良を行な
っているが、この方法は２種セラミックスの層毎に別々
の配合物を作成し、この配合物を別個の溶射装置に供給
するなど極めて煩雑な操作を必要とし、非能率的であり
製造コストが高くなる問題があり、尚各層の境界面に生
ずる応力歪は幾分緩和されるが依然として境界面に応力
歪が残るため溶射層の剥離を生ずる恐れは残る問題があ
る。
問題点を解決するための手段
ライナの金属材とＹ２Ｏ３４−２０％残りとして、微量
の酸化物系を含むＺｒ０，８０−９６％からなる部分安
定化Ｚ ｒ Ｏ２・Ｙ ｚ Ｏｓ （以下ＺｒＯ，Ｙ、
Ｏ。
の酸化物系を含むＺｒ０，８０−９６％からなる部分安
定化Ｚ ｒ Ｏ２・Ｙ ｚ Ｏｓ （以下ＺｒＯ，Ｙ、
Ｏ。
という）の被覆層、ＺｒＯ，・Ｙ２Ｏ３の被覆層とＣｒ
２ｏ、被覆層の各層の不連続性をなくし溶射層を連続構
造とし、溶射粉末材料の熱膨張係数などの物性を連続的
に変化するようにし、境界面における応力歪の集中を防
止し応力歪を分散させる構成とすることによりＺｒＯ□
・Ｙ、Ｏ，、の強靭特性と、Ｃｒ２ｏ、の高温自己潤滑
性が有効に活かされたセラミックス−金属複合ライナを
提供するものである。
２ｏ、被覆層の各層の不連続性をなくし溶射層を連続構
造とし、溶射粉末材料の熱膨張係数などの物性を連続的
に変化するようにし、境界面における応力歪の集中を防
止し応力歪を分散させる構成とすることによりＺｒＯ□
・Ｙ、Ｏ，、の強靭特性と、Ｃｒ２ｏ、の高温自己潤滑
性が有効に活かされたセラミックス−金属複合ライナを
提供するものである。
金属製ライナの摺動面とＺｒＯ，・Ｙ、Ｏ□との密着性
を向上させるために自溶性金属である８０％Ｎｉ−２０
％Ｃｒのニクロム合金を溶射して下地被覆層を形成し、
下地被覆層の上にＺｒＯ，・Ｙ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３の粉
末材料の混合割合をロータリーフィーダ等により最初は
ＺｒＯ，・ｙ、ｏ、を１００％よりはじめ、順次ｚｒＯ
２・Ｙ２Ｏ，の割合を減らしながらＣｒ、Ｏ，の割合を
増してゆき、最後はＣｒ２Ｏ３が１００％になるように
連続的に或いは段階的に調節しながら、溶射装置に供給
して溶射装置により連続的に溶射を行なう。
を向上させるために自溶性金属である８０％Ｎｉ−２０
％Ｃｒのニクロム合金を溶射して下地被覆層を形成し、
下地被覆層の上にＺｒＯ，・Ｙ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３の粉
末材料の混合割合をロータリーフィーダ等により最初は
ＺｒＯ，・ｙ、ｏ、を１００％よりはじめ、順次ｚｒＯ
２・Ｙ２Ｏ，の割合を減らしながらＣｒ、Ｏ，の割合を
増してゆき、最後はＣｒ２Ｏ３が１００％になるように
連続的に或いは段階的に調節しながら、溶射装置に供給
して溶射装置により連続的に溶射を行なう。
溶射装置には酸素−アセチレン炎、アーク炎、プラズマ
炎などいずれを用いても良いが、融点の高いセラミック
スにはプラズマ炎が好ましい。溶射装置へのセラミック
ス粉体の供給は連続的或いは段階的に混合供給できる装
置であればどの装置でも、よい。
炎などいずれを用いても良いが、融点の高いセラミック
スにはプラズマ炎が好ましい。溶射装置へのセラミック
ス粉体の供給は連続的或いは段階的に混合供給できる装
置であればどの装置でも、よい。
実施例
以下本発明を実施例について説明する。
第１図、第２図に示すやうに鋳鉄製ライナ１の摺動面２
に対し８０％Ｎｉ−２０％Ｃｒのニクロム合金をプラズ
マ溶射により厚さ１００ｍｍ程度の下地被覆層のを形成
し、この下地被覆層■の上にｙ、ｏ３８メ残りとして微
量の酸化物系を含むＺｒ０．９２％の部分安定化ＺｒＯ
，・Ｙ、Ｏ，とＣｒ２Ｏ３の粉末材料を用いて、第１表
のような混合割合を変化させた本発明による段階的セラ
ミックス溶射層３を形成した。
に対し８０％Ｎｉ−２０％Ｃｒのニクロム合金をプラズ
マ溶射により厚さ１００ｍｍ程度の下地被覆層のを形成
し、この下地被覆層■の上にｙ、ｏ３８メ残りとして微
量の酸化物系を含むＺｒ０．９２％の部分安定化ＺｒＯ
，・Ｙ、Ｏ，とＣｒ２Ｏ３の粉末材料を用いて、第１表
のような混合割合を変化させた本発明による段階的セラ
ミックス溶射層３を形成した。
上記の条件にて形成した試料と比較例として、焼結セラ
ミックスＳｉＣとＣｒ２Ｏ，の溶射層をプラズマ溶射に
より形成した各試料のピンオンディスク摩擦試験装置を
用いて行なった摩擦試験結果を第３図に示す。
ミックスＳｉＣとＣｒ２Ｏ，の溶射層をプラズマ溶射に
より形成した各試料のピンオンディスク摩擦試験装置を
用いて行なった摩擦試験結果を第３図に示す。
摩擦試験の装置及び条件は下記の通りである。
試験装置は第４図及び第４＠のＡ−Ａ線に沿う矢視側面
図である第５図に概要を図解的に示すものであって、ス
テータホルダ１１に取外し可能に取付けられた直径８０
ｍｍ、厚さ１０ｍｍの研磨仕上げを施した円板１２の中
央には裏側から注油孔１３を通じて潤滑油が注油される
。ステータホルダ１１には図示しない油圧装置によって
図に於いて右方へ向けて所定圧力で押圧力Ｐが作用する
ようにしである。円板１２に相対向してロータ１４があ
り、図示しない駆動装置によって所定速度で回転するよ
うにしである。ロータ１４の円板１２に対する端面に取
付けられた試験片保持具１４ａには正方形端面を摺動面
として試験片１５が同心円上に等間隔に４個取外し可能
に、かつ円板１２に対して摺動自在に取付けである。
図である第５図に概要を図解的に示すものであって、ス
テータホルダ１１に取外し可能に取付けられた直径８０
ｍｍ、厚さ１０ｍｍの研磨仕上げを施した円板１２の中
央には裏側から注油孔１３を通じて潤滑油が注油される
。ステータホルダ１１には図示しない油圧装置によって
図に於いて右方へ向けて所定圧力で押圧力Ｐが作用する
ようにしである。円板１２に相対向してロータ１４があ
り、図示しない駆動装置によって所定速度で回転するよ
うにしである。ロータ１４の円板１２に対する端面に取
付けられた試験片保持具１４ａには正方形端面を摺動面
として試験片１５が同心円上に等間隔に４個取外し可能
に、かつ円板１２に対して摺動自在に取付けである。
このような装置において、ステータ１１に所定の押圧力
Ｐをかけ、所定の面圧で円板（相手材）１２と試験片１
５とが接触するようにしておいて、ロータ１４を回転さ
せる。一定時間毎にステータ１１に作用する圧力を階段
的に増加してゆき、ロータ１４の回転によって試験片１
５と相手の円板１２との摩擦によってステータ１１に生
ずるトルク（摩擦力によって生ずるトルク）Ｔをスピン
ドル１６を介してロードセル１７に作用せしめ、その変
化を動歪計１８で読み取り、記録計１９に記録される。
Ｐをかけ、所定の面圧で円板（相手材）１２と試験片１
５とが接触するようにしておいて、ロータ１４を回転さ
せる。一定時間毎にステータ１１に作用する圧力を階段
的に増加してゆき、ロータ１４の回転によって試験片１
５と相手の円板１２との摩擦によってステータ１１に生
ずるトルク（摩擦力によって生ずるトルク）Ｔをスピン
ドル１６を介してロードセル１７に作用せしめ、その変
化を動歪計１８で読み取り、記録計１９に記録される。
トルクＴから摩擦係数（ｆ）が求められる。
試験条件は次に示す通りである。
摩擦速度： ０ 、２３ｍ／ｓｅｅ
潤滑油： 無潤滑
接触圧カニ試験開始時２０ ｋｇ／ｃｄ、その後３分間
経過毎１０ｋｇ／ｄづつ上昇 本発明のＺｒＯ２とＣｒ２ｏ３のプラズマ溶射層を形成
したものは、Ｃｒ２Ｏ，のプラズマ溶射層に比較し摩擦
面圧５０）ｃｇ／ａＪにて０．２に対しｏ、１５゜１０
０ ｋｇ／ｃｄにて０．１５に対し０．１．２００ｋｇ
／ｄにて０．１に対し０．０８と摩擦係°数は小さく潤
滑性は改善されＣｒ、Ｏ，のプラズマ溶射層、に優る効
果を得た。
経過毎１０ｋｇ／ｄづつ上昇 本発明のＺｒＯ２とＣｒ２ｏ３のプラズマ溶射層を形成
したものは、Ｃｒ２Ｏ，のプラズマ溶射層に比較し摩擦
面圧５０）ｃｇ／ａＪにて０．２に対しｏ、１５゜１０
０ ｋｇ／ｃｄにて０．１５に対し０．１．２００ｋｇ
／ｄにて０．１に対し０．０８と摩擦係°数は小さく潤
滑性は改善されＣｒ、Ｏ，のプラズマ溶射層、に優る効
果を得た。
焼結セラミックスＳｉＣは摩擦面圧５０ｋｇ／ａａで０
．５を超え、それ以上の摩擦面圧では摩擦力が過大とな
り、本試験装置の測定範囲を超えたので試験を中止した
。
．５を超え、それ以上の摩擦面圧では摩擦力が過大とな
り、本試験装置の測定範囲を超えたので試験を中止した
。
効果
高温下で潤滑性に優るが強度に劣る０ｒ２０．と、高温
下で強度は優るが、潤滑性に劣るＺｒＯ２のセラミック
スの相互に扶助しその相乗効果によって優れた断熱用ラ
イナとして断熱性、耐摩耗性、耐スカッフィング性を発
揮し、１回の溶射により２ｒＯ２とＣｒ２Ｏ３の適宜の
配合比をもったセラミックス居を形成することが可能と
なり、能率的であり製造コストの低減と溶射層の剥離防
止等品質向上が図られ、実用的効果は大である。
下で強度は優るが、潤滑性に劣るＺｒＯ２のセラミック
スの相互に扶助しその相乗効果によって優れた断熱用ラ
イナとして断熱性、耐摩耗性、耐スカッフィング性を発
揮し、１回の溶射により２ｒＯ２とＣｒ２Ｏ３の適宜の
配合比をもったセラミックス居を形成することが可能と
なり、能率的であり製造コストの低減と溶射層の剥離防
止等品質向上が図られ、実用的効果は大である。
第１図 本発明のライナ断面図
第２図 第１図Ａ部の拡大説明断面図
第３図 摩擦係数の試験結果を示すグラフ第４図 ピン
オンディスク試験装置の概要図解図 第５図 第４図のＡ−Ａ線に沿う矢視側面概要図 １ニジリンダライナ ２：摺動面 ３：セラミックス溶射層 出原人 株式会社式 リケン ３１図 ３２図 ３＋３図 面 ＪＥ”Ｐ（惰４−） 第４図 第５図 ｑ
オンディスク試験装置の概要図解図 第５図 第４図のＡ−Ａ線に沿う矢視側面概要図 １ニジリンダライナ ２：摺動面 ３：セラミックス溶射層 出原人 株式会社式 リケン ３１図 ３２図 ３＋３図 面 ＪＥ”Ｐ（惰４−） 第４図 第５図 ｑ
Claims (1)
- 金属製のシリンダライナ１の摺動面２に、Ｙ＿２Ｏ＿３
４−２０％残りとして微量の酸化物系を含むＺｒＯ＿２
８０−９６％からなる部分安定化ＺｒＯ＿２・Ｙ＿２Ｏ
＿３とＣｒ＿２Ｏ＿３の２種類のセラミックスの溶射粉
末材料の混合割合を連続的に変化させながら溶射したセ
ラミックス被覆層３を形成したことを特徴とするシリン
ダライナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9096685A JPS61250161A (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | シリンダライナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9096685A JPS61250161A (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | シリンダライナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61250161A true JPS61250161A (ja) | 1986-11-07 |
Family
ID=14013237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9096685A Pending JPS61250161A (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | シリンダライナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61250161A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274751A (ja) * | 1987-05-01 | 1988-11-11 | Toyota Motor Corp | セラミック溶射部材 |
| JPH01171965U (ja) * | 1988-05-24 | 1989-12-06 | ||
| JPH03223455A (ja) * | 1990-01-29 | 1991-10-02 | Sugitani Kinzoku Kogyo Kk | セラミック溶射材料 |
| CN1045635C (zh) * | 1996-06-06 | 1999-10-13 | 西安交通大学 | 防御液态排渣炉析铁熔蚀的金属陶瓷涂层 |
| WO2000015861A1 (fr) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Nippon Steel Hardfacing Co., Ltd. | Substance de pulverisation thermique et corps presentant un film forme par pulverisation thermique de cette substance |
| CN103437896A (zh) * | 2013-08-02 | 2013-12-11 | 浙江吉利汽车研究院有限公司 | 气缸装置及其制造方法 |
-
1985
- 1985-04-30 JP JP9096685A patent/JPS61250161A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274751A (ja) * | 1987-05-01 | 1988-11-11 | Toyota Motor Corp | セラミック溶射部材 |
| JPH0527706B2 (ja) * | 1987-05-01 | 1993-04-22 | Toyota Motor Co Ltd | |
| JPH01171965U (ja) * | 1988-05-24 | 1989-12-06 | ||
| JPH03223455A (ja) * | 1990-01-29 | 1991-10-02 | Sugitani Kinzoku Kogyo Kk | セラミック溶射材料 |
| CN1045635C (zh) * | 1996-06-06 | 1999-10-13 | 西安交通大学 | 防御液态排渣炉析铁熔蚀的金属陶瓷涂层 |
| WO2000015861A1 (fr) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Nippon Steel Hardfacing Co., Ltd. | Substance de pulverisation thermique et corps presentant un film forme par pulverisation thermique de cette substance |
| US6569546B1 (en) | 1998-09-10 | 2003-05-27 | Nippon Steel Hardfacing Co., Ltd. | Member with film formed by thermal spraying of thermal spray material |
| CN103437896A (zh) * | 2013-08-02 | 2013-12-11 | 浙江吉利汽车研究院有限公司 | 气缸装置及其制造方法 |
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