JPS6334311B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、共晶珪素の平均粒径が3μｍより大
きい特に鋳造したAl−Si合金から成る、ヘツド
に硬質酸化物層が施されている特に燃料をピスト
ンヘツドに直接噴射する内燃機関用のピストンに
関する。

内燃機関用ピストンのヘツド上の硬質酸化物層
は、燃焼ガスに曝されるピストンのヘツド区域中
のピストン材料の温度変化強さを高める目的を有
する。この点で、従来一般に施された硬質酸化物
層は実質的にまさに満足すべきものであることが
明らかになつた。

しかしたいていの場合、従来Al−Si合金製ピ
ストンヘツド上に施した硬質酸化物層の浸蝕安定
性は不満足なものである。特に直接噴射モータで
は燃料の噴射流が当るピストンヘツドの区域中で
認容し得ない程著しい浸蝕が起り得る。

本発明の課題は硬質酸化物層の浸蝕挙動を改良
することである。

この課題は、Al−Si合金から成るピストンベ
ース物質のうち硬質酸化物層に変換される区域を
予め局所的に微細化して3μｍより小さい共晶珪
素の平均粒径にすることにより解決される。それ
故に、硬質酸化物に変換されるピストンベース物
質ができる限り微粒状の組織を有することが重要
である。常用の鋳造したAl−Siピストン合金は
平均粒径約５〜8μｍの共晶珪素を有する組織で
ある。実際に、次いで常法で施した硬質酸化物層
は内燃機関用ピストンで使用するのに必要な浸蝕
安定性を有し得ない。特に、このことは直接噴射
モータ用ピストンのヘツドに使用する際に該当す
る。この用途では、比較的短い駆動時間後でも浸
蝕により施された硬質酸化物層が殆んど完全に破
壊される。ところで本発明により同じピストンベ
ース工材で、硬質酸化物層に変換される工材区域
の粒子組織を共晶珪素の平均粒径が少なくとも
3μｍより小さくなるように変える際に層の浸蝕
挙動が全く著しく改良される。当該粒径が小さく
調節される程この改良の程度は大きくなる。前記
の粒径が2.5μｍを下回る場合に殆んど最適な結果
が得られる。本発明による結果を達成するには、
実際に施されるべき硬質酸化物層に変換されるピ
ストンベース物質の区域だけをそのように微細化
するだけで十分である。

Si粒子は酸化物層の形成の際に変化することは
なく、つまりそれは硬質酸化物層において実際に
は層構造を緩める結果になる欠損箇所を形成し、
それ故Si粒子が小さい程、層構造は破壊されにく
く、層構造の欠損が少ない程、層の浸食安定性は
有利になる。

微細化は局所再溶融処理により行なうことがで
き、それには特に例えばアーク又は電子線のよう
な荷電粒子線が好適である。

浸蝕安定性をピストンヘツドの硬質酸化物層の
個別的な区域だけで改良すべき場合には、これら
の区域だけを局所限定して組織に応じて微細化す
れば十分である。ピストンベース物質の再溶融に
よる粒子の微細化は、ベース物質の表面から出発
して、硬質酸化物層が形成される深さにおいて局
所的に溶融し、かつ引続いてその溶液を固化する
ことにより行なわれる。固化する際に放熱は主と
して溶融しなかつた合金材料を介して行なわれ
る。これにより達成される迅速な固化速度によ
り、共晶析出する珪素の所望の小さな粒径が達成
される。

本発明を添付図面の実施例につき詳説する。

添付図面は燃焼凹所１を備えたピストンヘツド
を示す。ピストンベース物質は次の組成（重量
％）のAl−Si合金である。：Si11〜13；Cu0.8〜
1.5；Mg0.8〜1.3；Ni1.3まで；Fe0.7まで；Ti0.2
まで；Mn0.3まで、Zn0.3まで；残分Al。ピスト
ンの生型への材料の加工は鋳造により行なう。物
質の組織の特徴は共晶珪素の平均粒径約５〜8μ
ｍである。硬質酸化物層を施す前にピストンヘツ
ドを切削加工する。最終ピストンでは従来の方法
で施した硬質酸化物層は燃焼室凹所を含めてピス
トンヘツド全体を覆う。硬質酸化物層の厚さは50
〜90μｍである。本発明による微細化は直接燃料
の流れが衝突する区域２に限定される。微細化は
ピストンベース物質の再溶融により達成する。微
細化は深さに関してはベース物質が硬質酸化物層
に変換される深さ区域よりも多少深く行なう。共
晶珪素の平均粒径は微細化された区域で2μｍよ
り大きく、2.5μｍより小さい。再溶融は、タング
ステン−不活性ガス溶接法で一般に行なわれるよ
うにタングステン電極と工作物との間で発生させ
るアークにより行なう。溶融池は大気に対して保
護ガスアルゴンにより遮蔽する。

浸蝕挙動を試験するために、常用の燃料噴射ポ
ンプからデイーゼル燃料を室温で検体に吹付ける
実験を行なつた。浸蝕に関する基準として一定の
単位時間後に測定した損失量を採用した。それに
よれば、微細化しなかつたAl−Si共晶の平均粒
径５〜8μｍを有する鋳造組織では物質損失は6.5
mgであり、一方２〜2.5μｍに微細化した組織では
０mgであつた。

微細化しなかつた常用の組織の場合にはたいて
いの場合にその上に生成される硬質酸化物層の厚
さが著しく変動するが、本発明により微細化した
組織ではその厚さが狭い許容誤差内に維持される
という利点も有する。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による実施例であり、燃焼凹
所を有するピストンヘツドの正面図である。 １……燃焼凹所、２……微細化区域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共晶珪素の平均粒径が3μｍより大きいAl−
   Si合金から成り、ヘツドに硬質酸化物層が施され
   ている内燃機関用のピストンにおいて、Al−Si
   合金から成るピストンベース物質のうちの硬質酸
   化物層に変換される区域を予め局所的に3μｍよ
   り小さい共晶珪素の平均粒径に微細化することを
   特徴とする酸化硬化されたヘツドを有するアルミ
   ニウム製ピストン。 ２ ピストンベース物質の共晶珪素の平均粒径が
   2.5μｍより小さい特許請求の範囲第１項記載のピ
   ストン。 ３ 微細化を荷電粒子線を用いてピストンベース
   物質を局所的に再溶融することにより行なう特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載のピストン。 ４ 特に微粒状に形成すべき鋳造物の範囲を、融
   液により完全には溶解されないが、鋳造物とは金
   属間結合しかつ鋳造物からは破壊することにより
   分離可能である薄壁の鋳型壁部を介して冷却する
   鋳造法により微細化が行なわれる特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載のピストン。 ５ 微細化がピストンベース物質の酸化すべき表
   面のうち局所限定された個別的な区域２に限定さ
   れている特許請求の範囲第１項から第４項までの
   いずれか１項に記載のピストン。