WO2015004993A1 - 鉄系溶射被膜、これを用いた内燃機関用シリンダーブロック及び内燃機関用摺動機構 - Google Patents

鉄系溶射被膜、これを用いた内燃機関用シリンダーブロック及び内燃機関用摺動機構 Download PDF

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池田　明弘
匡哉 中島
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Definitions

  • the present invention relates to an iron-based thermal spray coating, more specifically, an iron-based thermal spray coating that coats the bore inner surface of a cylinder block for an internal combustion engine, by appropriately controlling the amount of pits, surface roughness, etc.
  • the present invention relates to an iron-based thermal spray coating capable of realizing excellent scuff resistance, a cylinder block for an internal combustion engine using the same, and a sliding mechanism for the internal combustion engine.
  • the thermal spray coating formed by spraying the iron-based alloy powder improves the wear resistance and scuff resistance against the piston ring and the piston.
  • the in-cylinder pressure is very high as in a recent high-power engine.
  • a repeated high load is applied to the sprayed coating by a high combustion pressure.
  • scuffing that is, seizure
  • film peeling occurs.
  • the occurrence of such a scuff is an important problem that is easily connected to engine damage and must be eliminated as much as possible.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is an iron-based coating capable of realizing excellent scuff resistance, and a cylinder block for an internal combustion engine using the same. And providing a sliding mechanism for an internal combustion engine.
  • the present inventor has found that the above object can be achieved by appropriately controlling the pit amount and the surface roughness of the sprayed coating, and has completed the present invention. It was.
  • the iron-based sprayed coating of the present invention is an iron-based sprayed coating that covers the bore inner surface of a cylinder block for an internal combustion engine.
  • the coating surface includes pits, the pit amount is in the range of 0.01 to 2.1%, and the average roughness Ra of the coating surface is in the range of 0.01 to 0.15 ⁇ m. To do.
  • the cylinder block for an internal combustion engine of the present invention is characterized by including a bore having the iron-based sprayed coating as described above on the inner surface and a cylinder block body having the bore.
  • the sliding mechanism for an internal combustion engine of the present invention is a sliding mechanism for an internal combustion engine that includes the above-described cylinder block for an internal combustion engine and a piston that slides with the bore of the cylinder block.
  • the piston has a piston ring, and the piston ring has a chromium (Cr) coating, a chromium nitride (CrN) coating, or a diamond-like carbon (DLC) coating on a sliding portion with the bore.
  • the pit amount and surface roughness of the thermal spray coating are appropriately controlled, an iron-based coating capable of realizing excellent scuffing resistance, a cylinder block for an internal combustion engine using the same, and an internal combustion engine A sliding mechanism can be provided.
  • the iron-based sprayed coating of the present invention is an iron-based sprayed coating that covers the bore inner surface of a cylinder block for an internal combustion engine.
  • the inner surface of the cylinder bore is primed to improve the adhesion of the thermal spray coating, and the inner surface of the cylinder bore is coated with iron A metal material is sprayed as droplets to form a sprayed coating.
  • an iron-based alloy powder may be used.
  • iron-based alloy wires are used.
  • powder method such as Patent Document 1
  • spherical particles overlap to form a film, which may be easily peeled off.
  • wire method particles larger than the above are overlapped while being stretched sideways, At the time of formation, they are bonded together while contracting in the length direction, so that a relatively strong and difficult-to-peel film can be obtained.
  • This iron-based sprayed coating includes pits, that is, open pores such as recesses on the coating surface, the pit amount is in the range of 0.01 to 2.1%, and the average roughness Ra of the coating surface is It is in the range of 0.01 to 0.15 ⁇ m.
  • the average roughness Ra exceeds 0.15 ⁇ m, low friction cannot be realized and the frictional heat increases, so that scuffing is likely to occur.
  • the average roughness Ra is less than 0.01, the sliding portion of the iron-based metal constituting the coating increases, and the retention of oil used for sliding, for example, lubricating oil, becomes poor. It tends to occur.
  • the amount of pits existing on the coating surface is within the range of 0.01 to 2.1% in order to further improve the oil retaining property of the sprayed coating.
  • the amount of pits means the sum (ratio) of the area occupied by all pits existing on the unit coating surface area when the sprayed coating is observed on a plane, and is measured from the surface photograph of the sprayed coating. it can.
  • the iron-based sprayed coating of the present invention may contain pores (closed pores) as shown in FIG. 1, and such pores also contribute to improving oil retention.
  • the abundance ratio of the pores in the cross section of the coating will be referred to as “cross section porosity”.
  • This cross sectional porosity is all present in the unit coating cross section when the thermal spray coating is observed in cross section as shown in FIG. This means the total (ratio) of the area occupied by the pores, and the pores confirmed in the cross-sectional photograph of the sprayed coating can be quantified and calculated by image analysis.
  • the cross-sectional porosity is preferably in the range of 0.01 to 2.1%. If the cross-sectional porosity exceeds 2.1%, the strength of the sprayed coating may be weakened and the coating may peel off. On the other hand, when the cross-sectional porosity is less than 0.01%, oil retention may be reduced and scuffing may occur.
  • the average hardness of the iron-based sprayed coating is preferably in the range of HV280-500.
  • HV280 wear of the sprayed coating is increased, clearance may be increased, and oil consumption may be increased.
  • HV500 the aggressiveness to the mating piston ring or piston becomes high, and the wear of the piston ring or piston may increase. Excessive piston ring wear and piston wear can lead to scuffing and should be avoided.
  • the thermal spray coating of the present invention described above contains iron (Fe) as a main component, but preferably contains 0.05 to 0.25% by mass of carbon (C). If the amount of carbon is less than 0.05% by mass, the hardness is lowered, the strength of the sprayed coating is lowered, and the coating may be peeled off. On the other hand, if the amount of carbon exceeds 0.25% by mass, the hardness becomes high and the opponent's aggression becomes high, which may cause excessive wear of the piston ring or piston that is the sliding partner.
  • Fe iron
  • C carbon
  • the cylinder block for an internal combustion engine of the present invention includes the bore having the iron-based sprayed coating described above on the inner surface and the cylinder block body having the bore.
  • the iron-based thermal spray coating may be coated on the entire inner surface of the bore, or may be coated on the inner surface of the bore that slides with the piston according to the stroke of the piston to be used.
  • the cylinder block body may be made of cast iron or the like, but is preferably made of an aluminum alloy or a magnesium alloy, which can reduce the weight of the internal combustion engine.
  • this cylinder block for an internal combustion engine it is also possible to arrange another metal liner such as a cast iron or aluminum alloy liner in the bore and coat the inner surface of the liner with the above-mentioned iron-based spray coating. is there.
  • the sliding mechanism for an internal combustion engine of the present invention includes the above-described cylinder block for an internal combustion engine and the piston that slides with the bore of the cylinder block.
  • the piston has a piston ring, and this piston ring has a chromium (Cr) coating, a chromium nitride (CrN) coating, or a diamond-like carbon (DLC) coating on at least a sliding portion with the bore.
  • Cr chromium
  • CrN chromium nitride
  • DLC diamond-like carbon
  • the sliding mechanism for an internal combustion engine has a bore whose inner surface is coated with the iron-based spray coating described above, and exhibits excellent scuff resistance and low friction performance.
  • the sliding mechanism for an internal combustion engine has a bore whose inner surface is coated with the iron-based spray coating described above, and exhibits excellent scuff resistance and low friction performance.
  • the piston has a resin coat containing a graphite-based or molybdenum-based solid lubricant on the piston skirt portion.
  • the lubricating oil used in the sliding mechanism for an internal combustion engine of the present invention is not particularly limited, and commercially available lubricating oil can be used, and further, molybdenum (Mo) is blended as an additive. If used in combination with a lubricating oil, a further excellent low friction performance can be exhibited.
  • Examples 1 to 10 Comparative Examples 1 to 7
  • an iron-based sprayed coating was formed on the surface of an aluminum alloy as a base material by a plasma spraying method, and then test specimens for evaluation of each example used for various performance evaluations were cut out.
  • Table 1 shows the thermal spray coating properties of each example.
  • Friction evaluation test method with piston ring As a friction evaluation method for thermal spray coating, the test specimens for evaluation in each example were subjected to a reciprocating frictional wear tester shown in FIG. 2 to measure the friction value during sliding. The test conditions are the following specifications, and the test results obtained are shown in Table 2.
  • ⁇ Outline of testing machine Fig. 2 ⁇ Sliding speed: 0.5m / s ⁇ Temperature: 25 °C ⁇ Pressing load: 10kgf ⁇ Test time: 1 hour ⁇ Lubricant: 5W30SL -Partner material (equivalent to piston ring): Carbon steel is used as the base material, and the sliding surface is coated with CrN. Described as “ring specimen” in FIG.
  • Test specimen shape 50 ⁇ 50 mm (5 mm thick) ⁇ Blasting particles: Alumina particles ⁇ Irradiation amount: 50 g / time, total 5 times (250 g) ⁇ Measurement method: Alumina particles are irradiated onto the sprayed surface, and the weight of the sprayed specimen before and after the test is measured.
  • the friction test results are expressed with the friction value of Example 1 as the reference value 1.0.
  • the smaller the value the better the friction value.
  • the scuff test result was defined as the scuffing load (kg) at which the scuffing occurred. The larger the value, the better the scuff resistance.
  • the results of the wear test are expressed with the wear amount of Example 1 as a reference value of 1.0. The smaller the numerical value is, the smaller the numerical value is, and the smaller the numerical value is, the smaller the numerical value is, the smaller the wear amount of the mating ring material is. Is shown.
  • the peel test results are expressed with the weight reduction amount of Example 1 as a reference value of 1.0. The smaller the value, the better the peel resistance.
  • Examples 1 to 4 belonging to the scope of the present invention have superior friction characteristics and superior scuff resistance than Comparative Example 1 that is outside the scope of the present invention.
  • Examples 5 and 6 belonging to the scope of the present invention have better scuff resistance than Comparative Example 2 in which the cross-sectional porosity is outside the preferred range, and more excellent in peel resistance than Comparative Example 3.
  • Example 7 and Example 8 belonging to the scope of the present invention are more excellent in wear resistance than Comparative Example 4 in which HV is outside the preferred range, and better in attack resistance against the opponent than Comparative Example 5.
  • Examples 9 and 10 belonging to the scope of the present invention are more excellent in wear resistance and peeling resistance than Comparative Example 6 in which the carbon content is outside the preferred range, and are more resistant to the counterpart than Comparative Example 7. It turns out that it is excellent in aggression.
  • the iron-based thermal spray coating of the present invention exhibits excellent scuffing resistance in principle due to low friction and good oil retention, but it also has extremely excellent wear resistance by controlling the Vickers hardness and component ratio. , Peeling resistance and low opponent attack can be exhibited. Therefore, sufficient reliability can be provided even in a high load environment such as a high output engine in the recent automobile industry.
  • the occurrence of low friction in a high-power engine or the like realizes further improvement in fuel efficiency in such a high-performance engine, which contributes to energy saving.
  • the iron-based thermal spray coating of the present invention realizes a cast iron linerless aluminum alloy mono-cylinder block having excellent scuff performance, and further promotes weight reduction of the cylinder block particularly in a high-performance engine. It also promotes energy saving.
  • the technical outline of the present invention can be applied not only to the automobile industry but also to other industries using an internal combustion engine.

Abstract

　内燃機関用シリンダーブロックのボア内面を被覆する鉄系溶射被膜である。被膜表面にピットを含み、ピット量が０．０１～２．１％の範囲内にあり、且つこの被膜表面の平均粗さＲａが０．０１～０．１５μｍの範囲内にある。　内燃機関用シリンダーブロックは、この鉄系溶射被膜を内面に有するボアと、ボアを有するシリンダーブロック本体を備える。内燃機関用摺動機構は、この内燃機関用シリンダーブロックと、このシリンダーブロックのボアと摺動するピストンを備える。ピストンがピストンリングを有し、ピストンリングがボアとの摺動部にクロム被膜、窒化クロム被膜又はダイヤモンドライクカーボン被膜を有する。

Description

鉄系溶射被膜、これを用いた内燃機関用シリンダーブロック及び内燃機関用摺動機構
　本発明は、鉄系溶射被膜に係り、更に詳細には、内燃機関用シリンダーブロックのボア内面に被覆する鉄系溶射被膜であって、ピット量や表面粗さなどを適切に制御することにより、優れた耐スカッフ性を実現し得る鉄系溶射被膜、これを用いた内燃機関用シリンダーブロック及び内燃機関用摺動機構に関する。
　従来の自動車内燃機関用シリンダーブロックにおいては、ボア面として鋳鉄製ライナーを鋳包んだアルミ合金製シリンダーブロックが主流であるが、エンジン部品軽量化の観点から、鋳鉄製ライナーの代わりにアルミ製ライナーを鋳包んだタイプのシリンダーブロックや、完全に鋳鉄製ライナーを廃止したアルミ合金製モノブロックの開発が進められている。
　しかし、アルミ製ライナーやアルミ合金製モノブロックでは、耐摩耗性や耐スカッフ性に問題があり、これに対し、ニッケルメッキ等のメッキ処理が施される場合もあるが、耐摩耗性や耐スカッフ性に関しては十分とはいえない。
　また、上記の手法の代わりとして、プラズマ火炎によって溶射粉末をシリンダーボア内面に噴き付けて溶射被膜を形成することにより、耐摩耗性や耐スカッフ性を向上させた方策も採られている。例えば、特許文献１に記載されている発明では、エンジン用シリンダーブロックのボア表面に鉄系合金粉末を溶射することによって、ピストンリング及びピストンに対する耐摩耗性及び耐スカッフ性の向上を図っている。
日本国特開２００３－１３８３６６号公報
　ところで、上記の鉄系合金粉末を溶射して形成した溶射被膜は、ピストンリング及びピストンに対する耐摩耗性及び耐スカッフ性を向上させるが、例えば、最近の高出力エンジンのように非常に高い筒内圧がかかるシリンダーブロックにおいては、高い燃焼圧によって溶射被膜に繰り返しの高荷重が負荷される。
　このため、実際にはスカッフ、即ち焼き付きが発生することがあり、さらには被膜剥離を起こすことも判明した。このようなスカッフの発生はエンジン破損に直結し易く、できる限り排除しなければならない重要な問題である。
　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、優れた耐スカッフ性を実現し得る鉄系被膜、これを用いた内燃機関用シリンダーブロック及び内燃機関用摺動機構を提供することにある。
　本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、溶射被膜のピット量や表面粗さを適切に制御することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　即ち、本発明の鉄系溶射被膜は、内燃機関用シリンダーブロックのボア内面を被覆する鉄系溶射被膜である。
　被膜表面にピットを含み、ピット量が０．０１～２．１％の範囲内にあり、且つこの被膜表面の平均粗さＲａが０．０１～０．１５μｍの範囲内にあることを特徴とする。
　また、本発明の内燃機関用シリンダーブロックは、上述のような鉄系溶射被膜を内面に有するボアと、このボアを有するシリンダーブロック本体を備えることを特徴とする。
　更に、本発明の内燃機関用摺動機構は、上述のような内燃機関用シリンダーブロックと、このシリンダーブロックのボアと摺動するピストンを備える内燃機関用摺動機構である。
　上記ピストンがピストンリングを有し、このピストンリングが、上記ボアとの摺動部にクロム（Ｃｒ）被膜、窒化クロム（ＣｒＮ）被膜又はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜を有することを特徴とする。
　本発明によれば、溶射被膜のピット量や表面粗さを適切に制御することとしたため、優れた耐スカッフ性を実現し得る鉄系被膜、これを用いた内燃機関用シリンダーブロック及び内燃機関用摺動機構を提供することができる。
ワイヤー法によって得られる溶射被膜の一例を示す断面写真である。 溶射被膜のフリクション試験機を示す概略斜視図である。 溶射被膜のスカッフ試験機を示す概略斜視図である。 溶射被膜の剥離試験機を示す概略側面図である。
　以下、本発明の鉄系溶射被膜の実施形態について詳細に説明する。
　上述の如く、本発明の鉄系溶射被膜は、内燃機関用シリンダーブロックのボア内面を被覆する鉄系溶射被膜である。
　この鉄系溶射被膜の典型的な製造においては、シリンダーブロックを鋳造成型した後、溶射被膜の密着性を高めるためにシリンダーボア内表面を下地加工し、下地加工後のシリンダーボア内面に、鉄系金属材料を液滴として溶射し、溶射被膜を形成する。
　ここで、鉄系金属材料を液滴とする際には、特許文献１（特開２００３－１３８３６６号公報）に記載されているように、鉄系合金粉末を使用することもあるが、本発明においては、基本的に鉄系合金製のワイヤーを使用する。
　特許文献１のようないわゆる粉末法では、球状の粒子が重なり合って被膜を形成するので剥離し易くなることがあるが、いわゆるワイヤー法では、上記よりも大きな粒子が横に伸ばされながら重なり合い、被膜形成時にはこれらが長さ方向に収縮しながら相互に結合するので、比較的強固で剥離しにくい被膜が得られる。
　かかるワイヤー法においては、円筒体の中心孔に挿入された溶射ガンを一端側から他端側へと移動させながら、燃焼炎によって溶融させた溶射ワイヤーの溶滴を溶射フレームとして溶射ガン先端よりボア内面に噴き付けて溶射被膜を形成する。
　ワイヤー法によって得られる溶射被膜の断面写真の一例を図１に示すが、被膜内部に気孔２、即ち閉じ込められた気孔である閉気孔を含むことが多い。また、溶射被膜表面には、開放された部分を有する開気孔であるピット１が形成される。
　次に、本発明の鉄系溶射被膜の性状やその限定理由について説明する。
　この鉄系溶射被膜は、被膜表面にピット、即ち凹所のような開気孔を含み、ピット量が０．０１～２．１％の範囲内にあり、且つこの被膜表面の平均粗さＲａが０．０１～０．１５μｍの範囲内にある。
　ここで、平均粗さＲａが０．１５μｍを超えると、低フリクションが実現できず摩擦熱が高くなるため、スカッフが発生し易くなる。一方、平均粗さＲａが０．０１未満では、被膜を構成する鉄系金属の摺動部分が増大して、摺動に供される油、例えば潤滑油の保持性が悪くなるため、スカッフが発生し易くなる。
　また、ピットはいわば凹所であり油保機能を有するので、溶射被膜の油保持性を更に向上させるべく、被膜表面に存在するピット量を０．０１～２．１％の範囲内にしている。
　なお、このピット量は、溶射被膜を平面観察した場合に、単位被膜表面積に存在する全てのピットが占有する面積の総和（割合）を意味しており、当該溶射被膜の表面写真から計測することできる。
　本発明の鉄系溶射被膜は、図１に示したように気孔（閉気孔）を含むことがあり、このような気孔も油保持性の向上に寄与する。
　かかる気孔の被膜断面における存在率を「断面気孔率」と称することにするが、この断面気孔率は当該溶射被膜を図１に示すように断面観察した場合に、単位被膜断面積に存在する全ての気孔が占有する面積の総和（割合）を意味しており、溶射被膜断面写真において確認される気孔を画像解析によって数値化し、算出することができる。
　本発明の鉄系溶射被膜においては、この断面気孔率が０．０１～２．１％の範囲内にあることが好ましい。
　断面気孔率が２．１％を超えると、溶射被膜の強度が弱くなって被膜剥離が生じることがある。一方、断面気孔率が０．０１％未満の場合には、油保持性が低下してスカッフが発生することがある。
　また、本発明において、この鉄系溶射被膜の平均硬度はＨＶ２８０～５００の範囲内にあることが好ましい。
　平均硬度がＨＶ２８０未満では、溶射被膜の摩耗が大きくなり、クリアランスが増加して油（オイル）消費が増加することがある。一方、平均硬度がＨＶ５００を超えると、相手ピストンリングやピストンへの攻撃性が高くなり、ピストンリングやピストンの摩耗が大きくなることがある。過度なピストンリング摩耗やピストン摩耗はスカッフ発生につながる可能性があるため回避することが望ましい。
　以上に説明した本発明の溶射被膜のは鉄（Ｆｅ）を主成分としているが、０．０５～０．２５質量％の炭素（Ｃ）を含むことが好ましい。
　炭素量が０．０５質量％未満では、硬度が低くなって溶射被膜の強度が低下し、被膜剥離が発生することがある。一方、炭素量が０．２５質量％を超えると、硬度が高くなって相手攻撃性が高くなり、摺動相手であるピストンリングやピストンの過度な摩耗を引き起こすことがある。
　次に、本発明の内燃機関用シリンダーブロックについて説明する。
　上述の如く、本発明の内燃機関用シリンダーブロックは、以上に説明した鉄系溶射被膜を内面に有するボアと、このボアを有するシリンダーブロック本体を備える。
　ここで、鉄系溶射被膜は、ボアの内面全体に被覆されていてもよいが、使用するピストンのストロークに応じてピストンと摺動するボア内面部分に被覆されていてもよい。
　シリンダーブロック本体は、鋳鉄製などであってもよいが、アルミニウム合金又はマグネシウム合金から成ることが好ましく、これにより内燃機関の軽量化を図ることができる。
　なお、この内燃機関用シリンダーブロックでは、ボアに他の金属製のライナー、例えば鋳鉄製やアルミニウム合金製のライナーを配置し、このライナー内表面を上記の鉄系溶射被膜で被覆することも可能である。
　次に、本発明の内燃機関用摺動機構について説明する。
　上述の如く、本発明の内燃機関用摺動機構は、以上に説明した内燃機関用シリンダーブロックと、このシリンダーブロックのボアと摺動するピストンを備える。
　そして、この摺動機構では、ピストンがピストンリングを有し、このピストンリングがボアとの少なくとも摺動部にクロム（Ｃｒ）被膜、窒化クロム（ＣｒＮ）被膜又はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜を有するものである。
　上述のように、この内燃機関用摺動機構は、上記の鉄系溶射被膜で内面を被覆したボアを有し、優れた耐スカッフ性や低摩擦性能を発揮するが、上記被膜を有するピストンリングを有するピストンと併用すれば、更に優れた耐スカッフ性や低摩擦性能を発揮させることができる。
　また、本発明の内燃機関用摺動機構においては、ピストンが、そのピストンスカート部にグラファイト系又はモリブデン系の固体潤滑材を含有する樹脂コートを有することが好ましい。
　これにより、本発明の内燃機関用摺動機構においては、上記樹脂コートを有するピストンと併用すれば、更に優れた耐スカッフ性や低摩擦性能を発揮させることができる。
　なお、本発明の内燃機関用摺動機構に使用する潤滑油としては、特に限定されず、市販されている潤滑油を使用することができるが、更に、モリブデン（Ｍｏ）を添加剤として配合された潤滑油と併用すれば、更に優れた低摩擦性能を発揮させることができる。
　以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１～１０、比較例１～７）
　成分の異なる鉄系ワイヤー材を用い、基材であるアルミニウム合金表面に、鉄系溶射被膜をプラズマ溶射法によって形成した後、各種の性能評価に供する各例の評価用試験片を切り出した。各例の溶射被膜性状などを表１に示す。
＜性能評価＞
（１）ピストンリングとのフリクション評価試験法
　溶射被膜のフリクション評価法として、各例の評価用試験片を図２に示す往復動摩擦摩耗試験機に供し、摺動時のフリクション値を測定した。試験条件は下記仕様とし、得られた試験結果を表２に示す。
　・試験機概要：図２
　・摺動速度：０．５ｍ／ｓ
　・温度：２５℃
　・押付け加重：１０ｋｇｆ
　・試験時間：１時間
　・潤滑油：５Ｗ３０ＳＬ
　・相手材（ピストンリング相当）：炭素鋼を基材とし、摺動面にＣｒＮを被覆。図２中「リング試験片」と記載
（２）ピストンリングとのスカッフ評価試験法
　溶射被膜のスカッフ評価として、各例の評価用試験片を図３に示す摺動試験機に供し、各試験片の耐スカッフ荷重を測定した。試験条件は下記仕様とし、得られた試験結果を表２に示す。
　・試験機概要：図３
　・測定方法：１０ｋｇｆづつ荷重を与え、摩擦力急増点をリングスカッフ荷重とする
　・摺動速度：０．２ｍ／ｓ
　・温度：２５℃
　・潤滑油：５Ｗ３０ＳＬ（初期塗布のみ）
　・相手摺動材（ピストンリング相当）：炭素鋼を基材とし、摺動面にＣｒＮを被覆。図３中「リング試験片」と記載
（３）ピストンリングとの摩耗評価試験法
　溶射被膜のフリクション評価法として、各例の評価用試験片を図２に示す往復動摩擦摩耗試験機に供し、溶射試験材と相手ピストンリング材（またはピストン材）の摩耗量を測定した（形状測定器を用いて摩耗減肉量を計測）。試験条件は下記仕様とし、得られた試験結果を表２に示す。
　・試験機概要：図２
　・摺動速度：０．５ｍ／ｓ
　・温度：２５℃
　・押付け加重：１０ｋｇｆ
　・試験時間：１時間
　・潤滑油：５Ｗ３０ＳＬ
　・相手材（ピストンリング相当）：炭素鋼を基材とし、摺動面にＣｒＮを被覆。図２中「リング試験片」と記載
（４）溶射被膜の剥離評価法
　溶射被膜の剥離評価として、各例の評価用試験片を図４に示すブラスト試験機に供し、ブラスト試験前後の溶射試験片の重量を測定し、溶射被膜の減少量（剥離量）を耐剥離性の指標とした。試験条件は下記仕様とし、得られた試験結果を表２に示す。
　・試験機概要：図４
　・試験片形状：５０×５０ｍｍ（肉厚５ｍｍ）
　・ブラスト粒：アルミナ粒子
　・照射量：５０ｇ／回で、計５回（２５０ｇ）
　・測定方法：アルミナ粒子を溶射面に照射し、試験前後の溶射試験片の重量を測定
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１中、表面ピット率は各例の溶射被膜の表面写真から計測し、断面気孔率は各例の溶射被膜の断面写真から計測した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、表２中、フリクション試験結果は、実施例１のフリクション値を基準値１．０として表記した。数値が小さいほどフリクション値が良好であることを示している。
　また、スカッフ試験結果は、スカッフが発生した押し付け荷重（ｋｇ）をスカッフ荷重とした。数値が大きいほど耐スカッフ性に優れていることを示している。
　摩耗試験結果は、実施例１の摩耗量を基準値１．０として表記した。「溶射摩耗量」は数値が小さいほど溶射被膜自身の摩耗が小さいことを示しており、「リング摩耗量」は数値が小さいほど相手リング材の摩耗量が小さく、相手攻撃性の問題が無いことを示している。
　更に、剥離試験結果は、実施例１の重量減少量を基準値１．０として表記した。数値が小さいほど耐剥離性が良好であることを示している。
　表１及び表２より、本発明の範囲に属する実施例１～実施例４は、本発明の範囲外である比較例１よりもフリクション特性に優れており、かつ耐スカッフ性に優れていることがわかる。
　また、本発明の範囲に属する実施例５と実施例６は、断面気孔率が好適範囲外である比較例２よりも耐スカッフ性に優れており、比較例３よりも耐剥離性に優れていることがわかる。
　また、本発明の範囲に属する実施例７と実施例８は、ＨＶが好適範囲外である比較例４よりも耐摩耗性に優れており、比較例５よりも耐相手攻撃性に優れていることがわかる。
　さらにまた、本発明の範囲に属する実施例９と実施例１０は、炭素量が好適範囲外である比較例６よりも耐摩耗性・耐剥離性に優れており、比較例７よりも耐相手攻撃性に優れていることがわかる。
　以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
　本発明の鉄系溶射被膜は、低フリクション性及び良好な油保持性から、原則として優れた耐スカッフ性を発揮するが、更にビッカース硬度や成分比を制御することにより、極めて優れた耐摩耗性、耐剥離性及び低い相手攻撃性を発揮させることができる。
　よって、近年の自動車業界における高出力エンジン等の高い負荷環境においても十分な信頼性を提供することができる。
　また、高出力エンジン等における低フリクションの発現は、このような高性能エンジンにおける更なる燃費向上をも実現するものであり、省エネルギーに資するものである。
　更にまた、本発明の鉄系溶射被膜は、優れたスカッフ性能等を有する鋳鉄製ライナーレスのアルミ合金製モノシリンダーブロックを実現するものであり、特に高性能エンジンにおけるシリンダーブロックの軽量化を更に促進するもので、省エネルギー化も促進するものである。
　また、本発明の技術的骨子は、自動車業界のみならず内燃機関を用いる他の業界にも応用可能である。
　１　ピット
　２　気孔（閉気孔）

Claims (8)

  1. 　内燃機関用シリンダーブロックのボア内面を被覆する鉄系溶射被膜であって、
    　被膜表面にピットを含み、ピット量が０．０１～２．１％の範囲内にあり、且つこの被膜表面の平均粗さＲａが０．０１～０．１５μｍの範囲内にあることを特徴とする鉄系溶射被膜。
  2. 　気孔を含み、断面気孔率が０．０１～２．１％の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の鉄系溶射被膜。
  3. 　平均硬度がＨＶ２８０～５００の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄系溶射被膜。
  4. 　鉄を主成分とし、さらに０．０５～０．２５質量％の炭素を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つの項に記載の鉄系溶射被膜。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つの項に記載の鉄系溶射被膜を内面に有するボアと、このボアを有するシリンダーブロック本体を備えることを特徴とする内燃機関用シリンダーブロック。
  6. 　上記シリンダーブロック本体がアルミニウム合金又はマグネシウム合金から成ることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用シリンダブロック。
  7. 　請求項５又は６に記載の内燃機関用シリンダーブロックと、このシリンダーブロックのボアと摺動するピストンを備える内燃機関用摺動機構であって、
    　上記ピストンがピストンリングを有し、
    　このピストンリングが、上記ボアとの摺動部にクロム（Ｃｒ）被膜、窒化クロム（ＣｒＮ）被膜又はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜を有することを特徴とする内燃機関用摺動機構。
  8. 　上記ピストンが、そのピストンスカート部にグラファイト系又はモリブデン系の固体潤滑材を含有する樹脂コートを有することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関用摺動機構。
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