JPS63274751A

JPS63274751A - セラミック溶射部材

Info

Publication number: JPS63274751A
Application number: JP62108441A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Miyamoto; 典孝宮本; Takashi Tomota; 隆司友田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-05-01
Filing date: 1987-05-01
Publication date: 1988-11-11
Also published as: JPH0527706B2

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】産業上の利用分野この発明はアルミニウム合金等からなる母材の表面に断
熱性や耐熱性の優れたセラミック溶射層を形成したセラ
ミック溶射部材に関し、特に自動車用エンジンのピスト
ン頂部やシリンダのボア部の如く、高温腐食雰囲気での
加熱と冷却が繰返される部分に使用される部材として最
適なセラミック溶射部材に関するものである。

従来の技術従来から、自動車エンジン用ピストンの如く、高温加熱
される部位を有する部材、特にアルミニウム合金を母材
とする部材においては、母材表面に熱伝導率が低くかつ
耐熱性が優れたセラミックを溶射してセラミック溶射層
を形成することにより、断熱性や耐熱性を改善したセラ
ミック溶射部材が適用されている。

このような従来のセラミック溶射部材について、自動車
エンジン用ピストンを例に採って以下さらに詳細に説明
する。

近年、エンジンに使用されるピストンとしては、エンジ
ンにおける往復運動部の慣性力を低減させるだめの軽量
化を主眼として、アルミニウム合金により鋳造成形され
たピストンを使用することが多くなっている。しかしな
がらアルミニウム合金は熱伝導率が大きい材料であるか
ら、アルミニウム合金製ピストンを用いたエンジンでは
、燃焼室における燃料の燃焼によって発生した燃焼熱が
ピストンを介して燃焼室外へ伝達され、その分だけエン
ジンの熱効率を悪化させてエンジンの出力、燃費を低下
させる傾向がめった。そこでアルミニウム合金製ピスト
ンを介して燃焼室外へ伝達される熱損失を低減するため
に、ピストンの頂面（ピストンヘッド）等に熱伝導率の
小さいセラミック材料を溶射して、断熱性を改善したセ
ラミック溶射ピストンの適用が試みられている（例えば
［Ｃｕｍｍ１ｎｓ／ＴＡＣＯ）ｌ　Ａｄｖａｎｄｅｄ　
Ａｄｉａｂａｔｉｃ　Ｅｎｇｉｎ、　　ＪＲｌにａｎｏ
　ｅｔ　ａｌ、　ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　Ｎｏ、８４０４
２８等）。

しかしながら、このようにアルミニウム合金を母材とし
てセラミック溶射層を形成したセラミック溶射ピストン
においては、母材であるアルミニウム合金の熱膨張係数
とセラミック材料の熱膨張係数との間に大きな差があり
、そのためエンジンの作動に伴なう加熱・冷却を繰返し
ている間にアルミニウム合金製母材表面とセラミック溶
射層との熱膨張差に起因してその界面に亀裂が発生し、
遂には母材表面からセラミック溶射層が剥離・脱落して
しまうことがある。

そこで最近では、セラミック溶射層に用いるセラミック
材料として、各種のセラミック材料のうちでも熱膨張係
数が最も金属に近いものの一つであるジルコニア（Ｚｒ
０２）を選択することが多くなっている。しかしながら
このようにジルコニア溶射層を形成したセラミック溶射
部材においても、ジルコニア溶射層の剥離・脱落を確実
に防止することは困難であった。

一方、従来からアルミニウム合金母材とセラミック溶射
層との熱膨張係数の差によるセラミック溶射層の剥離を
防止するための方法として、予め母材の表面に熱膨張係
数が母材とセラミックとの間の中間でしかもセラミック
との密着性が良好な金属、例えばＮ１−Ｃｒ−Ａｆ金合
金Ｎ１−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金、Ｎ　１−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａ
ｌ−Ｙ合金などを薄く溶射して、ボンド層あるいは中間
層と称される下地溶射層を形成しておき、その下地溶射
層の上にセラミック溶剤層を溶射する方法が知られてい
る（例えば前掲刊行物）が、このように下地溶剤層を形
成した場合でも、熱膨張差に起因するセラミック溶射層
の剥離、脱落を防止するには未だ充分ではなかった。

一方、本出願人が既に出願した特願昭６０−１２３４３
８号の提案や特開昭５９−１７７３７５号公報に示され
ているように、セラミック溶射層の一部に不連続な部分
を設けたり、特開昭５８−８７２７３号公報に示されて
いるようにセラミック層に予め微細な割れを導入させて
おいたりして、セラミック層に生じる応力を緩和する方
法も知られているが、最近の高負荷の使用条件下におい
ては、これらの応力緩和方法だけではセラミック溶射層
の剥離、脱落を防止するには必ずしも充分ではなかった
。

さらに出願人は、既に特願昭６１−１２５７２０号にお
いて、セラミック溶射の前に予め母材表面層に母材の熱
膨張係数を下げる方向へ寄与する元素を合金化させてお
くこによってセラミック溶射層と母材との熱膨張係数差
を小さくし、セラミック溶射層の剥離を防止したセラミ
ック溶射部材を提案しており、また特願昭６１−２６３
３１４号においては、母材と下地溶射層との界面に拡散
層を金属面の２〜５０％を占めるように形成することに
よって下地溶射層の母材に対する密着強度を高める方法
を提案している。さらに本出願人は、特願昭６１−３０
５７８０号において、下地溶射層とセラミック溶射層と
の間に炭化物もしくは窒化物からなる中間層を形成して
上層のセラミック溶射層に亀裂が生じた時に中間層の炭
化物もしくは窒化物が酸化物に変化する際の体積膨張に
より亀裂を修復するようにしたセラミック溶射部材を提
案しており、そしてまた特願昭６１−３０６６２５号に
おいては、セラミック溶射層を形成するに必たって、大
径セラミック粉末と小径セラミック粉末とを混合して、
その混合粉末を、大径粒子が完全には溶融せずかつ小径
粒子が溶融するような条件で溶射して、表面まで連続す
る連続気孔を有しかつ空隙率の高いセラミック溶射層を
形成し、その空隙（連続気孔）によって熱膨張差による
応力を緩和するようにした方法を提案している。しかし
ながらこれらのセラミック溶射部材は、いずれもかなり
の程度まではセラミック層の剥離・脱落を防止すること
ができるものの、未だ完全に防止できるには至っていな
かった。

発明が解決すべき問題点セラミック溶射部材においてセラミック溶射層の剥離・
脱落が生じる原因は、母材である金属とセラミックとの
熱膨張係数の差が主原因であるが、既に述べたように特
にセラミックとして母材金属の熱膨張係数に近い大きな
熱膨張係数を有するジルコニアを用いた場合でもジルコ
ニア溶射層の剥離・脱落を確実には防止し得なかった。

このようにジルコニア溶射層でもその剥離・脱落が生じ
る原因について本発明者が詳細に検討した結果、単に母
材との熱膨張係数の差だけではなく、ジルコニア溶射層
におけるジルコニア粒子の性状自体にも原因がおること
が判明した。以下にその知見を述べる。

母材表面にＮｉ基合金等からなる下地溶射層を形成して
その上にジルコニア溶射層を形成したセラミック溶射部
材を、酸化雰囲気や高温腐食雰囲気で使用した場合のジ
ルコニア溶射層の剥離・脱落の状況を調べたところ、外
部の酸化性あるいは腐食性のガスがジルコニア溶射層中
のマイクロクラックを通じて下地溶射層に至り、その下
地溶射層が酸化性ガスや腐食性ガスに侵されて下地溶射
層とジルコニア溶射層との界面の結合力が弱まり、それ
によって容易にジルコニア溶射層の剥離に至っているこ
とが判明した。このようにジルコニア溶射層にマイクロ
クランクが存在することが溶射層の剥離・脱落の間接原
因となっているが、ジルコニア溶射層にマイクロクラッ
クが生じている原因は次の通りであることが実験によっ
て明らかになった。すなわち、溶射ガンにより溶射され
たジルコニア溶融粒子は、先に溶射されているジルコニ
ア層に衝突して付着する。この時、ジルコニア溶融粒子
は約１０５〜１０６℃／　ＳｅＣという急激な速さで凝
固するが、凝固収縮に加えてジルコニアは熱膨張係数が
大きいため冷却収縮量が大きく、そのため凝固→冷却と
いう過程でジルコニア粒子は大きく収縮することになる
。しかもその凝固→冷却時には、粒子の下側の部分は先
に溶射されているジルコニア層に強固に付着しているた
め、粒子収縮時に粒子内に大きな応力が作用し、粒子内
に多数のマイクロクランクが生じるのである。このよう
なジルコニア溶射層におけるジルコニア溶射粒子の凝固
後の１粒（但しＹ２Ｏ３により安定化したＺｒＯ２・８
Ｙ２０３粒子）についての顕微鏡写真を第５図に示す。

第５図に示すようにジルコニア溶射粒子内には多数の“
ひび割れ状のマイクロクラックが形成されており、した
がってこのマイクロクラックを通じて外部の酸化性ガス
もしくは腐食性ガスが下地溶射層まで侵入し、前述のよ
うに下地溶射層が侵されて界面の結合力を弱め、ジルコ
ニア溶射層の剥離を招いていたのでおる。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、主
要セラミック材料としてジルコニアを使用しながらも、
前述のように外部の酸化性ガスもしくは腐食性ガスが下
地溶射層にまで至らないようにし、これによって下地溶
射層の酸化、腐食に起因するセラミック溶射層の剥離を
未然に防止し得るようにしたセラミック溶射部材を提供
することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段第１発明のセラミック溶射部材は、例えば第１図に示す
ように、金属からなる母材１の表面に、セラミックとの
密着性が良好なＮｉ基合金等の金属からなる下地溶射層
２が形成され、その下地溶射層２の上にジルコニア（Ｚ
ｒＯ２）からなる第１セラミック溶射層３が形成され、
その第１セラミック溶射層３の上に、アルミナ（Ａｆ２
０３）、チタニア（Ｔ！０２）もしくはスピネル（ＭＱ
Ｏ・△ｆ１２ｃ）３）のうちの１種または２種以上から
なる第２セラミツク溶Ｇ）ｌＩＥｉ４が形成されてもの
であって、このようにジルコニアからなる第１セラミッ
ク溶射層３の上にアルミナ、チタニア、スピネルの１種
または２種以上からなる第２セラミック溶射層４を形成
しておくこによって外気の侵入を防止し、下地溶射層の
酸化、腐食に起因するセラミック溶射層の剥離を防止し
ている。

また第２発明のセラミック溶射部材は、例えば第２図に
示すように、金属からなる母材１の表面にセラミックと
の密着性が良好なＮｉ基合金等の金属かうなる下地溶射
層２が形成され、その下地溶射層２の上にジルコニアか
らなる第１セラミツク溶９Ａ層３が形成され、ざらにそ
の第１セラミツク溶９ＩＪ＠３の上に、ジルコニアと、
アルミナ、チタニアもしくはスピネルの１種または２種
以上とからなりかつ第１セラミック溶射層の側から表面
側へ向けてジルコニアの含有量が減少するグレーテッド
溶射層５が形成され、ざらにそのグレーテッド溶射層５
の上にアルミナ、チタニアもしくはスピネルの１種また
は２種以上からなる第２セラミツク溶剣層４が形成され
たものであって、このようにグレーテッド溶射層５を形
成しておくことによって、第１発明のセラミック溶射部
材の場合よりも一層確実にセラミック溶射層の剥離を防
止し得るようにされている。

作　　　用第１発明のセラミック溶射部材は、第１図に例示してい
るように、ジルコニアからなる第１セラミック溶射層３
の上に、アルミナ、チタニア、スピネルのうちから選ば
れた１種または２種以上からなる第２セラミック溶射層
４が形成されている。

したがってジルコニアからなる第１溶射層３は直接外気
に触れないことになる。

ここで、第２セラミック溶射層４を構成しているセラミ
ック材料でおるアルミナ、チタニア、スピネルは、その
熱膨張係数がアルミナでは７×１０モ／℃、チタニアで
は７ｘ　１０−６　／　’Ｃ、スピネルでは８ｘｌＯ−
６／’Ｃと、いずれも第１セラミック溶射層３の構成セ
ラミック材料であるジルコニアの熱膨張係数１０８１０
″６／’Ｃよりも小ざい。したがって第２セラミック溶
射層４のセラミック材料を溶射するにあたっては、アル
ミナ、チタニアもしくスピネルからなる溶融セラミック
粒子が先に形成されている溶射層に衝突・付着して凝固
する際に、凝固→冷却の過程で生じる収縮量がジルコニ
アからなる粒子の凝固→収縮過程での収縮量に比べて少
なくなる。そのため第２セラミック溶射層４における凝
固後のセラミック粒子に生じるマイクロクラックは、ジ
ルコニアの場合と比べて少なくなり、またそのマイクロ
クラックの割れ幅も小さくなる。−例として、アルミナ
からなる溶射粒子の凝固後の断面を第４図に示す。既に
説明した第５図のジルコニア溶射粒子の場合と比較すれ
ば、アルミナ溶射粒子の内部のマイクロクラックが少な
くかつその幅も狭いことが明らかである。このようにア
ルミナ、チタニアもしくはスピネルからなる第２セラミ
ツク溶躬層４はその内部のマイクロクラックが少なくか
つマイクロクラックの幅も狭いため、通気性がジルコニ
アからなる溶射層よりも格段に低く、そのため外気がセ
ラミック層の内部へ侵入しにくいことになる。

既に述べたように下地溶射層の上にジルコニア溶射層の
みを形成した従来のセラミック溶射部材では、酸化性雰
囲気や腐食性雰囲気で使用した場合に外部の酸化性ガス
もしくは腐食性ガスがジルコニア溶射層を透過して容易
に下地溶射層に到達するところから、下地溶射層の酸化
や腐食が早期に進行していたが、この発明のセラミック
溶銅部材の場合は上述のように最外表面に存在する第２
セラミツク溶躬層４の通気性が低いため、外部の酸化性
ガスもしくは腐食性ガスがセラミック溶射層内部まで侵
入して下地溶射層に到達することが有効に抑制され、そ
のため下地溶ｔＡ層の酸化や腐食が防止されるところか
ら、下地溶射層の酸化や腐食によりその下地溶射層と第
１セラミック溶射層との界面にあけ結合力が低下するこ
とが防止され、セラミック溶射層の剥離や脱落が生じに
くくなるのである。

なおここで第１セラミック溶射層としてはジルコニアを
用いているが、ジルコニアは既に述べたように熱膨張係
数が母材ヤ下地溶射層の金属の熱膨張係数に近く、した
がって熱膨張差に起因する応力は比較的小さい。したが
ってこの発明のセラミック溶射部材では、最外表面に通
気性の低い第２セラミック溶射層が存在することと、第
１セラミツク溶Ｄｊ層と母材や下地溶射層との熱膨張係
数差が小さく熱膨張差による応力が小ざいこととが相俟
って、著しく優れたセラミック溶射層の剥離防止効果を
得ることができるのでおる。換言すれば、この発明では
、母材や下地溶射層との熱膨張差が小さい点では有利な
ジルコニアを用いつつ、その欠点でおるマイクロクラッ
ク（通気性）による不利を第２セラミック溶射層によっ
て補って、耐剥離性を改善したものと言うことができる
。

またこの発明のセラミック溶射部材は、セラミック層剥
離の問題に対し次のような点からも有利でおる。すなち
、一般にセラミック層は断熱性が著しく高いため高温雰
囲気で使用すればその層内に厚み方向に大きな温度勾配
が生じ、これによって外側では熱膨張が大ぎく内側では
熱膨張が小さくなって、層内でも熱応力が発生し、層内
での破壊が生じるおそれが必る。しかしながらこの発明
のセラミック溶射部材の場合、外側（外表面側）の部分
をジルコニアよりも熱膨張係数の小さいアルミナ、チタ
ニアもしくはスピネルからなる第２セラミック溶射層で
置換することによって、温度が高い外側でも熱膨張が小
さくなり、その結果セラミック層内で発生する熱応力も
小さくなって、層内での亀裂発生が生じにくくなり、層
内亀裂発生による剥離も生じにくくなっているのである
。

次に第２発明のセラミック溶射部材について説明すると
、第２発明のセラミック溶射部材が第１発明のセラミッ
ク溶射部材と異なる点は、第２図に例示しているように
、ジルコニアからなる第１セラミック溶射層３と最外表
面のアルミナ、チタニアもしくはスピネルの１種または
２種以上からなる第２セラミック溶射層４との間に、グ
レーテッド溶射層５が形成されている点である。このグ
レーテッド溶＠層５は、第１セラミック溶射層３の構成
材料であるジルコニアと、第２セラミック溶射層４の構
成材料でおるアルミナ、チタニア、スピネルの１種また
は２種以上とからなり、かつジルコニアの含有量が第１
セラミツク溶！）１層３の側から第２セラミック溶射層
４の側へ向けて段階的に減少もしくは漸減するように構
成されたもので、このようなグレーテッド溶射層５を介
在させることによって第１セラミック溶射層３と第２セ
ラミック溶射層４との熱膨張係数の差に起因する応力を
緩和することができるとともに、第１および第２セラミ
ック溶射層３．４の間の密着強度を高めることができ、
したがって第１および第２セラミック溶射層３．４の間
で剥離が生じたりすることを有効に防止できる。なお第
２図においては第１セラミック溶射層３とグレーテッド
溶射層５との境界およびグレーテッド溶射層５と第２セ
ラミック溶射層４との境界がそれぞれ明確にあられれて
いるように示したが、実際上はこれらの境界は明確に必
られれないのが通常である。

なお以上のような第１発明および第２発明のセラミック
溶射部材において、下地溶射層２としては、第１セラミ
ック溶射層３を構成しているジルコニアに対する密着性
が良好でしかもアルミニウム合金等の母材１の金属とジ
ルコニアとの中間の熱膨張係数を有する金属、例えばＮ
ｒ−Ａｘ金合金Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎ　＋−ｃｒ−Ａｇ合
金、Ｎｉ−Ｃｒ−１’−Ｙ合金、Ｎ　ｉ　−Ｃｏ−Ｃｒ
−ＡＪ２−Ｙ合金等を用いれば良く、またその厚みは特
に限定しないが、通常は０．０５〜０．１ｓ程度とすれ
ば良い。

また第１セラミック溶射層３を構成するジルコニアとし
ては、Ｙ２Ｏ３ヤＣａＯ１ＭＣｌ０などによって安定化
したものを用いることが望ましい。

この第１セラミック溶射層３の厚みは特に限定しないが
、この発明のセラミック溶射部材の場合、断熱層として
の機能や強度等を主として担うのは第２セラミック溶射
層４ではなく第１セラミック溶射層３であり、その観点
から通常は０．１〜１　ｍｍ程度の厚さとする。

さらに第２セラミック溶射層４は、前述のようにアルミ
ナ、チタニアもしくはスピネルからなるものでおって、
そのうちの１種を単独で用いても、また２種以上を複合
して用いても良い。その第２セラミック溶射層４の厚み
は、要は第１セラミック溶射層３への外気の侵入を阻止
し得る程度とすれば足り、実際上は０．０５　Ｍ〜０．
５＃程度とすれば良い。またグレーテッド溶射層５を形
成する場合は、グレーテッド溶射層５と第２セラミツク
溶！）Ｊ層４の合計厚みを０．１ｍ〜０，５緬程度とす
るのが好ましい。

実施例［実施例１］純アルミニウム（ＪＩＳ　１１００）からなる５０Ｘ　
５０Ｘ１０ｍの平板の一面に、スチールグリッドによる
ショツトブラスト処理を施した後、その面に下地溶射層
としてＮ１Ａｉｌ＋合金をＯ，ｌａｌ＋の厚さで溶射し
、さらにその下地溶射層の上に第１セラミック溶射層と
してＺｒＯ２・８Ｙ２０３を０．４．の厚ざで溶射し、
次いでその第１セラミック溶射層の上に第２セラミック
溶射層としてＡｌ１２０３を０．１ｍの厚さで溶射して
、この発明によるセラミック溶射部材を作成した。

［比較例１］純アルミニウムからなる５０ｘ　５０Ｘ　１０ｍの平板
の一面に下地溶射層としてＮｌＡｆ合金を０．１＃の厚
ざで溶射した後、その下地溶射層の上にセラミック溶射
層としてＺｒＯ２・８Ｙ２０３を０．５ｍ厚で溶射して
、比較例１のセラミック溶射部材とした。この比較例１
にあけるセラミック溶Ｉ１層の厚みは、実施例１におけ
る第１セラミツク溶躬層、第２セラミック溶射層の合計
厚みと同じである。

以上の実施例１および比較例１の各セラミック溶射部材
について、次のような熱サイクル試験を行なった。すな
わち、アセチレン−酸素ガスバーナにより６０秒間セラ
ミック溶射層の中央部を加熱した後、５０℃に保持した
水中に入れて急冷し、６０秒間保持する加熱−冷却のサ
イクルを５０００サイクル繰返した。その結果、従来の
比較例１のセラミック溶射部材では、１１００サイクル
でセラミック層の剥離が生じたが、この発明による実施
例１のセラミック溶射部材では５０００サイクル後もセ
ラミック溶射層に異常が認められなかった。

また上述の熱サイクル試験後の実施例１および比較例１
のセラミック溶射部材について、下地溶ｆＪＪ層の上面
（セラミック溶射層と接する面）のＥＰＭＡ分析を行な
ったところ、比較例１の場合は下地溶射層の全面に酸化
が認められたのに対し、実施例１の場合は酸化は気孔の
周囲の部分しか認められなかった。

［実施例２］第３図に示すようにピストン頂部６にカップ状の燃焼室
７を有するディーゼルエンジン用ピストン８を製造する
に市たって、その燃焼室７の母材内壁面に次のように溶
射層を形成した。すなわち先ずアルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ　　ＡＣ８Ａ）によって母材（ピストン本体）を常法
にしたがって鋳造し加工した後、燃焼室７の内壁面にス
チールグリッドによるショツトブラスト処理を施し、次
いで燃焼室７の内壁面に下地溶射層としてＮｉＡ１合金
を０．１ｍの厚さで溶射した。次にその下地溶射層の上
に第１セラミック溶射層としてＺｒＯ２・８Ｙ２０３を
０．３ｍの厚さで溶射し、続いてＺｒＯ２・８Ｙ２０３
とＴｉＯ２をその成分比（ＺｒＯ２・８Ｙ２０３　／Ｔ
　ｉ０２比）が表面へ向って段階的に小さくなるように
溶射してグレーテッド溶射層を形成し、そのグレーテッ
ド溶射層の表面にはＴｆＯ２が１００％の第２セラミッ
ク溶射層を形成した。なおこれらのグレーテッド溶射層
と第２セラミック溶射層の合計厚みは０２２＃とじた。

［比較例２］実施例２と同様にＪＩＳ　　ＡＣａＡ製のピストン本体
を鋳造し、その燃焼室内壁面にスチールグリッドによる
ショツトブラスト処理を施した後、下地溶射層としてＮ
ｉＡ２合金をＯ，Ｉｍの厚さで溶射した。次いでその下
地溶射層の上にＺｒＯ２・８Ｙ２０３を０．５ｍの厚さ
で溶射して、比較例２のピストンとした。このＺｒＯ２
・８Ｙ２０３の溶射厚みは、実施例２における第１セラ
ミック溶射層子グレーテッド溶射居士第２セラミック溶
射層の合計厚みと同じである。

以上の実施例２のピストンおよび比較例２のピストンを
各２個用意し、これらを４気筒デイーゼルエンジンに組
込んで３００時間の実機耐久試験を行なった。エンジン
条件は、回転数４００Ｏｒｐｍ　、過給圧５５０ｓＨＬ
馬力８５ＨＰである。

この耐久試験による３００時間後の各ピストンを観察し
たところ、比較例２のピストンではそれぞれ６．４ｃｆ
ｆｌ、３．９ｃｉの面積でセラミック層が剥離していた
のに対し、実施例２によるピストンでは剥離が全く認め
られなかった。

発明の効果以上の実施例からも明らかなように、この発明のセラミ
ック溶射部材はジルコニアからなる第１セラミック溶射
層の上に、ジルコニアよりも熱膨張係数が小さいアルミ
ナ、チタニアもしくはスピネルの１種または２種以上か
らなる第２セラミック溶射層が形成されたものであり、
この第２セラミック溶射層はマイクロクラックが少なく
かつそのマイクロクランクの幅も小さいため通気性が低
く、したがって外部の酸化性もしくは腐食性のガスがセ
ラミック層を透過して下地溶射層に達することを防止で
き、そのため下地溶射層が酸化もしくは腐食してセラミ
ックとの界面の結合力が低下するような事態を有効に防
止でき、また高温雰囲気で使用した場合に最も高温とな
る最外表面の第２セラミック溶射層の熱膨張係数が内側
の第１セラミック溶射層より小さいため、セラミック層
内での厚み方向の温度勾配によるセラミック層内厚み方
向の熱膨張量の差が少なく、そのためセラミック層内で
生じる熱応力も小さく、ざらに母材や下地溶射層に近い
第１セラミック溶射層のジルコニアはその熱膨張係数が
母材や下地溶射層の熱膨張係数に近いため、母材や下地
溶射層と第１セラミック溶射層との間の熱膨張の差も小
さいから、その間での熱応力も少なく、したがってこれ
らが総合的に機能して、セラミック層の剥離・脱落が有
効に防止される。したがってこの発明のセラミック溶射
部材は、高温酸化性雰囲気、高温腐食性雰囲気での加熱
と冷却が繰返される部材、例えば内燃機関のピストン等
に適用すれば、耐久性を従来よりも格段に向上させて、
優れた断熱性、耐熱性を長期間発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明のセラミック溶射部材の一例を模式的
に示す縦断面図、第２図は第２発明のセラミック溶射部
材の一例を模式的に示す縦断面図、第３は実施例２にお
いて用いたピストン本体の部分切欠正面図、第４図はア
ルミナ（Ａｊｉ’２０３）の溶射粒子の断面金属組織写
真（倍率ｉ　ｏｏｏ倍）、第５図はＹ２Ｏ３安定化ジル
コニウム（Ｚｒ０２・８Ｙ２０３＞の溶射粒子の断面金
属組織写真（倍率１０００倍）である。１・・・母材、　２・・・下地溶射層、　３・・・第１
セラミック溶射層、４・・・第２セラミック溶射層、　
５・・・グレーテッド溶射層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属母材の表面に、セラミックとの密着性が良好
な金属からなる下地溶射層が形成され、その下地溶射層
の上にジルコニアからなる第１セラミック溶射層が形成
され、その第１セラミック溶射層の上に、アルミナ、チ
タニアもしくはスピネルのうちの１種または２種以上か
らなる第２セラミック溶射層が形成されていることを特
徴とするセラミック溶射部材。
（２）金属母材の表面に、セラミックとの密着性が良好
な金属からなる下地溶射層が形成され、その下地溶射層
の上にジルコニアからなる第１セラミック溶射層が形成
され、その第１セラミック溶射層の上に、アルミナ、チ
タニアもしくはスピネルのうちの１種または２種以上と
ジルコニアとからなりかつ表面に向つてジルコニアの混
合比が減少するグレーテッド溶射層が形成され、さらに
そのグレーテッド溶射層の上に、アルミナ、チタニアも
しくはスピネルのうちの１種または２種以上からなる第
２セラミック溶射層が形成されていることを特徴とする
セラミック溶射部材。