JPS62253713A - 少なくとも一つの面に耐摩耗帯域の領域を少なくとも一つもつ金属鋳物 - 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】 本発明は少なくとも一つの面が耐摩耗帯域の少なくとも
一つの領域をもつ金属鋳物に係る。

阻１！どし１ 摩擦を受ける金属鋳物が特に少なくともその「活動」而
、即ち対面する部分と接触する面の摩擦抵抗及び握り又
はつかみ抵抗（焼付き耐性、ｔ　ｅ　ｎ　ｕ　ｅａｕ　
ｇｒｉｐｐａｇｃ）のような工学的特性を持たなければ
び昧城この領域の極めて限られた帯域で必要なだけであ
る。これらの帯域は普通は様々な手段で得られた鋳物の
表面の（焼入れ）硬化処理によって得られる。

Ｌ近ユＵ（ 例えばフランス特許第２３７１５２０号は、合金剤の存
在下又は不在下アルミニウム又はその合金でできた物品
の所定の露出領域を、高エネルギー型（少なくとも１０
，０００ワツｔ・／ｃｎ＋２）で直径２５０〜１２５０
μｍのレーザービーム又は電子ビームをもちいて処理し
、物品の第一帯域を加熱すると共に前記第一帯域内の第
二帯域でこれを溶かすことができるようにするための方
法を開示している。このようにして、なかんずく耐摩耗
性を向上させ、しがも処理に伴なう変形を除去あるいは
低減することを目的として、少なくとも前記帯域内で微
細粒子構造がｌ得られる。このフランス特許明細書の特
許請求の範囲第２４項は、「このビームはいくつかにわ
かれて隔たりをつけた径路を移動し、その結果、帯域に
作用して前記物品の露出表面上に隔たりをつけた領域を
形成する。」と記載している。

同様に、フランス特許第２３６７１１７号は、「部品の
金属軸受は面を処理するための方法であって、その冶金
学上の特性を修正し、かつその耐摩耗性を改良するため
に軸受は帯域を熱処理するだけの方法、」をクレームし
ている。この方法の一特定例によれば浸透法（セメンチ
ージョン）によって焼入れ硬化された銑鉄の円筒形ライ
ナー又はジャケラ形成するようなビームを出すレーザー
をこのライナー又はジャケットに当てることから成る。

また、日本特許出願第５９２１２５．７２号はレーザー
と用いて内燃機関シリンダの内側表面な焼入れするため
の処理方法を開示しており、この方法では、処理された
帯域に対する処理されない帯域の表面比は１０〜７０％
が好ましく、処理された帯域のサイズは数１である。

かくして、これらの文書は、鋳物又は部材の表面を熱処
理して２５０μ石を超える幅の帯域を局部的に作ること
によってこの鋳物又は部材上でＫｍに適した帯域を得る
ことができることを教示している。

これらの教えを取り入れることを希望して、本出願人は
処理帯域内で局部的な焼入れを得ることが可能であるこ
と、しかし前記焼入れは局部融解の場合一方では鋳物の
変形を伴ないその結果四則！４土台−で重油Ｔ壱（十店
？−ｈ　　茎１で／ｌｌ＋育；いどっかの場合には、前
記焼入れはこの処理によってひきおこされる局部的過熱
の結果上じる表面応力による割れ及び初期疲れクラック
を伴なうことを発見した。

ル吸二化呟 それ教本出願人は、少なくとも一つの面に耐摩耗帯域で
摩擦に適した少なくとも一つの領域が形成されるように
融解熱効果によって処理され、その結果、使用中に割れ
やその他の損傷を起こしやすい表面応力をほとんどもた
ない、さらに処理工程からすぐに使用が可能な、つまり
焼入れ鋳物では難しい時間をとる作業であり、その熱的
機械的効果の結果として処理・；；Ｆ域の組織更にはそ
の摩擦学的特性を変えてしまう再加工のいらない金属鋳
物（部材）の開発を考えた。

支１吐へ１１ 本発明によれば、局部融解効果（ｅｆｆｅｔ　　ｄｅｆ
ｕｓｉｏｎ　Ｉｏｃａｌｉｓ６ｅ）によって（焼入れ）
硬化された帯域が適度な制御下で分配されて構成された
少なくとも一つの耐摩耗領域を少なくとも一つの面の表
面上にもつ金属鋳物（メタルキャスティング）が得られ
、この金Ｂ鋳物は、前記帯域がその長さと形がどのよう
であっても、３〜１５０μｍの幅と深さをもち、更に一
つの領域の各１ｍｎ＋２でくすなわち単位面積当たり）
の帯域が占める（表面）割合が５〜６０％であることを
特徴とする。

本発明鋳物の活動面はその表面上で眞用口的に応じて適
切に選ばれた領域内に次の二つの特徴を持つ硬化帯域を
持つ。即ち、 一方では先行技術鋳物と比較して多少とも細長い形の、
但し非常に限定された幅と深さをもち、他方では前記帯
域が、一つの領域に灰する表面の単位面ｆｉｔ（ｉｒａ
ｒ＃２）に対して、その５〜６０％を占め、つまりそれ
らが１ｍｍ未満の距離で相互に隔てられているから、細
かく分配されている。

これらの特徴とはべつに、前記帯域か交差するときには
その被覆または重なり表面部分を一つの領域の単位面積
（ｉｎ＋ｎ＋２）＃秦考毎に帯域全表面の５０％に限定
すると有利であることが判明した。

これらの条件の下で、硬化帯域の存在によって引き起こ
される耐摩耗性のかなりの増加とはべつに、帯域レベル
で融解−再固化によって引き起こされる変形応力が、よ
り大な幅と深さを持ち、あるいは表面がより多く重なり
、あるいはよりしばしば交差する帯域で観察される変形
応力よりずっと少ないことが判明した。

更に、帯域と帯域間間隔との間の寸法差は１０μＭを超
えず、そのため使用に先立ってこの鋳物を再加工しない
で済む、言い替えれば、処理された鋳物は幾何学的形状
に少しの修正を引き起こすにすぎず、また血かな■さの
変化を生じるに過ぎない。

更に、帯域間間隔の存在は、表面上にしかも微細なスケ
ールで硬化帯域と柔軟間隔域とを交互に＃ｈ中−８Ｆ）
し１４）。て内情ｍしｊてめ−の因（具め適切性を大き
く改良し、この交互構造は粘着、疲れ又は摩耗による耐
摩耗性に対して一般に極めて有効であり、また柔軟な帯
域間間隔が潤滑剤又は摩耗残渣ｌ・ラップなｆＭ成する
ので摩擦に対しても効果的である。

しかし、特許請求の範囲第１項に記載した帯域の幅及び
深さのうち、最高の結果を／ｊ）るためには１０〜１０
０μ「０の値を守るのか好ましいことが判明した。

本発明は帯域形状の規則性も、あるいは表面上での帯域
の規則的配列も要求しはしない、そしてランダムな形状
の帯域の場合、前記の幅は１７２寸法の２倍と規定する
ことができ、これは影像分析で使用されるいわゆる概略
化法（ｓｑｕｅｌ　１ｅｔｉｓａｔｉｏｎ）では帯域の
消失につながる。

本発明は基本的に、帯域の幅及び深さを減少し、帯域を
分離するという統計理論に基いており、ｍｆｆ１２の尺
度の分配と帯域の形状とは、幅−深さ効果及び表面割合
と比較して二次の効果をもつ。

しかし、鋳物表面上にこの帯域を形成することは容易だ
から、本発明は倖物尖喜≠屯３〜１５０μｍの幅と深さ
をもつ帯（バンド）又は条（ストリップ）状部の周期的
又は準周期的ネットワークく網目構造）状の形悪で鋳物
表面上に規則的に配列された帯域も含む。

このように、帯域は２０〜１０００μ鵠の距離で相互に
隔てられた連続帯（バンド）の形に配列されることがで
き、前記帯はランダムな方向をもつか、あるいは平行な
帯の少なくとも１つのネットワークをもつ。しかし、こ
れらの帯域はその長さに応じて、２０〜１０００μＩの
距離で相互に分配された不連続帯（バンド）の形に配列
されることもできる。先に述べた通り、これらの帯はラ
ンダムな方向を持つか、あるいは平行帯のネットワーク
が少なくとも１つ存在する。

本発明はより特定的には何等かの、特にアルミニウムの
合金で、そのｐＨ擦学的特性を表面融解処理によって改
良し得る合金に適用される。本発明はまた添加元素又は
化合物とともに融解された母材金属の合金によって帯域
が構成され、その結果前記合金が母材金属より優れた摩
擦学的特性をもつ、すべての鋳物にも適用される。たと
えば、前記元素は、特に母材金属がアルミニウム合金で
あるときには、鉄又はニッケルであることができる。

本発明帯域は、限定された深さと幅で鋳物の表面の性質
又は構造を局部的に修正し、その結果より良い摩擦用途
適合性を熱効果及び／または化学効果により与えること
を可能にする任意の方法によって得ることができる。

特に、１５０μｍ未満の幅及び深さを持つ帯域が融解に
よって生成するように的確に焦点法めされた電子ビーム
及びレーザー光のような高エネルギー放射線を用いるこ
とができる。

マイクロプロセッサを用いて鋳物及びビームの相対的移
動を制御することによって、軸に沿った形状（アクシア
ル）、円、らせん又は他の任意の形状の帯を容易に得る
ことができる。

例えば、１×１０ｓワツト／ｃＩ１１２を超える電力密
度を与えるべく十分に焦点ぎめされた１８ワツトの出力
をもつ通常のアルゴンレーザービームによれば、アルミ
ニウムーシリコン（ケイ素）合金鋳物の表面上にｖＪ物
をビームの作用にｌＸｌ０−’秒未満の間さらし、ビー
ムを鋳物に対して移動させ、その結果−）１の平行経路
を二つの垂直方向に描かせることによって、幅３０μｍ
で相互に１００μｍの距離で隔てられたバンドから成る
四角な網目の格子を得ることができることが証明された
。しかし、多数のビームを発射しうるエネルギ源を用い
ることも可能で、その結果網目構造はより実際的な方法
で得ることができる。

こうして、微細なスゲールで、より柔らかな型れた表面
から成る互いに分離された１群の小さい被処理帯域（幅
＜１５０μ…）を得ることができることが証明された。

このように処理された鋳物は表面形状の変形をごくわず
かしか示さなかったので、機械加工が避けられた。アル
ミニウム合金製エンジンのライナー又はジャケットにこ
の方法を適用すると、応力の緩和の結果として破壊はな
んら生じず、更にピストン／セグメントとの接触による
その摩擦学的挙動は、幅３０００μＩｎの帯域を生じる
ビームで全表面が処理されたジャケット又はライナーよ
り優れていた。

本発明は、添付の図面によって説明することができる。

第１図は、ランダムな形状とランダムに分配された幅の
帯域１を示すが、どの場合にも、幅は１０〜１０（１４
ｃｍ、表面割合５〜６０％（表面ｌＩｎｌ１１２につき
）である。

笛りＭ！斗　＠Ａ凸１１１１かｉ仁　加五Ｉ→９６０１
１いｊ倶てられな帯２よりなる格子メツシュに従って規
則的に配置された帯域を示す。

第３図は、寸法５０μｍをもち、互いに１００μｍ隔て
られた点の形をした帯域３を示す。

第４図は、幅４０μ＋１１をもち、２００μ輪の間隔で
直角に交差する帯に従って分配された帯域の、八−５１
７［１４Ｇ型（シリコン１７％、銅４％、マグネシウム
〈１％および残りアルミニウム）のアルミニウム合金鋳
物上で得た１００倍マイクロ写真である。

第５．６及び７図は以下の具体例を説明する過程で言及
する。

Ｊ５ＪＬ 同じ方法で製造したＡ−Ｓ５Ｕ３（即ち、シリコン５％
、銅３％、残りはアルミニウムと不純物）及び八−５１
７１］４Ｇ（Ｓｉ１７％、Ｃｕ４％、Ｍｇ（１％）の鋳
物を、両方グ合金型をもつ２つのバッチ１および２に細
分割した。

バッチ１は、先行技術の帯域を得るためレーザー処理に
付し、バッチ２は本発明帯域を得るため別のレーザー処
理に付した。これらの処理の条目−は次の通りである。

バッチ１　バッチ２ レーザービーム　　　　ＣＯ２八「 出力（ワラｌ−）　　　　　　２５００　　　１８ビ一
ム幅（μｍ）　　　　　１０００　　　２０電力密度（
ワット／ａｍ２）　　２．５Ｘ　１０６７Ｘ　１０’処
理時間（秒）　　　　　　６／１００　　１／４０処理
帯域幅（μｍ）　　　　−３０００３４０処理帯域深さ
くμ＋ｎ）　　　＝２６００　　−２０以下の知見が得
られた： 帯域４を２５倍の断面で示す第５図のバッチ１の場合は
、巨視的なレリーフが帯域の幅全体にわたって広がり、
その振幅は１００μｍに達するので、鋳物の再加工が必
要であり、帯域５を１０００倍の断面で示す第６図のバ
ッチ２では巨視的なレリーフはなく微細な鋳膚不良が少
し生じるだけで再加工は必要でない。

第５及び６図では、帯域の正確な位置ぎめとその寸法の
測定とを可能ならしめる急激な構造の変化を見ることも
できる。両方のバッチで、２００を超えるビッカース硬
さが帯域内で測定され、帯域間では８０であった。

しかし、本発明の幅と深さの制限された帯域をもつ鋳物
の表面形状の変形程度は加工を必要としないほどのもの
である。

同じ型の別の鋳物は電気分解により鉄の被膜であらかじ
め覆っておいたが、そのｉけ、融解後、表面に１５％鉄
合金を作りうるほどのものであった。

これらの鋳物もまた２つのバッチに分配され、これらは
被処理帯域の配列を除いて先に述べたものとおなし処理
を受けた。

即ち、バッチ１の鋳物の表面は一方向の平行なバンドに
そって処理され、これらのバンドは重なり（バ・フへ１
八）、あるいは重ならず（バ・ンチＩＢ、バー、１−閤
ａＩ？魅矛シりへへへ　、昌　　１ぐ　、イーワハ主需
？４方在１−交差する相互に２００μｍ隔てられた平行
なバンドのネットワーク（網目状）にそって処理された
。

表面を顕微鏡検査することによって、いくつかの場合に
、バッチＩＡ及びＩＢの処理帯域はクラック６（第７図
）を生じ、バッチ２（第６図）はクラックを生じないこ
とが判明した。

別の一連のテストでは、鉄はニッケルの電気化学沈着層
ととりかえられ、その結果融解後表面に１０％ニッケル
合金が生じ、２つのバッチの鋳物はカメロン−プリント
（ＣＡＭＥＲＯＮ　−ＰＬＩＮＴ）摩擦計を用いた摩擦
−摩耗測定を受けた。この摩擦計はフェロクロムのセグ
メントによってｔｆ！成され、これを被検面に押し付け
、往復運動をさせて、内燃機関のピストン及びジャケッ
トに挿入されたセグメント間に生じる摩擦を概略的にシ
ミュレートする。

目下の場合は、負荷１００Ｎ、　ｌ造温度１００℃、運
動周期１２１１　ｚ及びテスト時間３０分であった。表
面はＮｅｕ　ｔ、ｒｉ　ｌ　１５０ｆｆｌオイルて”：
Ｆ、Ａか１−め）閏滑Ｉ−たーバッチ１の鋳物はすぐ損
傷しく被処理面がらの〉１μｍの大形破片の剥落）、こ
れはフェロクロムセグメントにも及んだ。しかし、バッ
チ２の鋳物の場合には、目に見える程の破損や測定でき
る程の重量損失はなかった。

本発明は摩擦を受ける鋳物、例えば１７１械部品（エン
ジンジャケットとビスＩ・ン、弁座、ブレーキディスク
及びドラム、ノツチ付駆動プーリー、グイプレート、歯
車、グイ、駆動軸軸受け、ボールベアリング、等）及び
摩擦と通電とが同時に起こる電気接続部（コネクタ、ス
ライド接点、電気モーター整流子、等）の製造に使用す
ることができる。

本発明はアルミニウム合金に関して開発されたか、他の
材料及び金属合金、例えば鋼、銅、ジルコニウム、チタ
ン及びニッケルにも適用することができる。また、ニッ
ケル、銅及びチタンのようないくつかの具体例について
も有効であった。

【図面の簡単な説明】

第１．２及び３図は、本発明によって鋳物の活動面上に
作られた帯域の様々な配列を示す説明図、第４図は、本
発明鋳物の領域の一部のマイクロ写真、第５．６及び７
図は、先行技術（第５及び７図）と、本発明（第６図）
による鋳物のミクロ断面図である。 １、　、３　、４　、５・・・・・・帯域、２・・・・
・・バンド、６・・・・・・クラック。 代理人弁理士　中　　村　　　　至 容１頁の続き ■発明者　　セルシュ・テロニ　フランス国、３８４９
０・ン、８・ビス レ・ザブレ、シュマン・ドユ・モラ 手続補正書 昭和６２年４月９日 ２、発明の名称　　　少なくとも一つの面に耐摩耗帯域
の領域を少なくとも一つもつ金属鋳物 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　　　セジュデュール・ソシエテ・ドウ・トラ
ンスフオルマンオン・ドウ・ ラリュミニウム・ペシネ ４、代　理　人　　　東京都新宿区新宿１丁目１番１４
号　山田ビル８、補正の内容　　　正式図面を別紙の通
り補充する。 手続補正書 昭和６２年４月９日 ２、発明の名称　　　少なくとも一つの面に耐摩耗帯域
の領域を少なくとも一つもつ金ｊ！Ｉ鋳物 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　　　セジュデュール・ソシエテ・ドウ・トラ
ンスフオルマンオン・ドウ・ ラリュミニウム・ベシネ ４、代　理　人　　　東京都新宿区新宿１丁目１番１４
号　山田ビルとあるを「の写真である。」と補正する。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）局部融解効果によって硬化した帯域が適当に分配
   されて構成された少なくとも一つの耐摩耗領域を少なく
   とも一つの面の表面にもつ金属鋳物であって、前記帯域
   がその長さと形がどのようであれ、３〜１５０μｍの幅
   と深さをもち、更に一つの領域で１ｍｍ＾２中に帯域が
   占める表面割合が５〜６０％であることを特徴とする金
   属鋳物。
2. （２）帯域が交差するとき、前記帯域の重なる表面割合
   が一つの領域１ｍｍ＾２中の帯域の全表面の５０％未満
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   の金属鋳物。
3. （３）帯域が１０〜１００μｍの深さと幅をもつことを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の金属鋳物。
4. （４）帯域が、ランダムな方向をもちかつ２０〜１００
   ０μｍの距離で相互に隔てられた連続バンドの形に配列
   されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
   記載の金属鋳物。
5. （５）帯域が平行なバンドの少なくとも１つの網目の形
   に配列されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ４項に記載の金属鋳物。
6. （６）帯域が、ランダムな方向をもちかつその長さに応
   じて相互に２０〜１０００μｍの距離だけ分離された不
   連続バンドの形に配列されていることを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項に記載の金属鋳物。
7. （７）帯域が平行なバンドの少なくとも１つの網目の形
   に配列されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ６項に記載の金属鋳物。
8. （８）合金から形成されており、その摩擦学的特性は表
   面融解処理によって改良し得ることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項に記載の金属鋳物。
9. （９）アルミニウム合金から形成されていることを特徴
   とする、特許請求の範囲第８項に記載の金属鋳物。
10. （１０）帯域が、母材金属より優れた摩擦学的特性を得
    るように別の元素又は化合物が添加された母材金属合金
    から形成されていることを特徴とする、特許請求の範囲
    第１項に記載の金属鋳物。
11. （１１）添加化合物が鉄又はニッケル又はその化合物で
    あることを特徴とする、特許請求の範囲第１０項に記載
    の金属鋳物。
12. （１２）焦点を合わせたレーザー光をあてて融解により
    １５０μｍ未満の幅と深さをもつ帯域を作ることを特徴
    とする、特許請求の範囲第１項に記載の金属鋳物を得る
    ための方法。