WO2022049667A1 - 溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法 - Google Patents

溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022049667A1
WO2022049667A1 PCT/JP2020/033233 JP2020033233W WO2022049667A1 WO 2022049667 A1 WO2022049667 A1 WO 2022049667A1 JP 2020033233 W JP2020033233 W JP 2020033233W WO 2022049667 A1 WO2022049667 A1 WO 2022049667A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermal spray
spray coating
plastic flow
coating
sprayed
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/033233
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勇人 平山
毅 樋口
貴人 内海
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to EP20952407.3A priority Critical patent/EP4209669A4/en
Priority to CN202080103221.5A priority patent/CN116075631A/zh
Priority to PCT/JP2020/033233 priority patent/WO2022049667A1/ja
Priority to JP2022546775A priority patent/JP7435803B2/ja
Priority to US18/041,956 priority patent/US11965252B2/en
Publication of WO2022049667A1 publication Critical patent/WO2022049667A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04—Running faces; Liners

Definitions

  • the present invention relates to a thermal spray coating and a method for producing the thermal spray coating, and more particularly to a thermal spray coating formed on the inner peripheral surface of a cylinder bore of an internal combustion engine and a method for producing the thermal spray coating.
  • the cylinder bore of an internal combustion engine such as an automobile is required to have wear resistance and low friction, and has an iron-based thermal spray coating having a hardness higher than that of the metal material constituting the cylinder block body.
  • the sprayed coating is formed by preheating a cylinder block whose inner peripheral surface of the bore is ground-processed and spraying sprayed droplets of an iron-based metal material onto the inner peripheral surface of the bore.
  • the sprayed coating has pores formed between the sprayed droplets and has fine pores on the surface even when mirrored. Since oil can enter the pores and prevent seizure, it is possible to reduce friction by mirroring the surface, but the oil that has entered the pores burns and consumes the oil.
  • Patent Document 1 by removing fine particles that are not integrated with the thermal spray coating in advance, damage to the cylinder bore due to the fall of the fine particles is prevented, low friction is achieved by mirroring, and oil consumption is reduced. It is disclosed that it can be done.
  • the thermal spray coating originally has pores, even if the surface is polished to a mirror surface, internal pores newly appear on the surface, and therefore, depending on the polishing, the pores exposed on the surface of the thermal spray coating. It is difficult to further reduce the area ratio (number and size of pores).
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to reduce the area ratio of pores exposed on the surface of the mirrored thermal spray coating, and to consume oil. It is an object of the present invention to provide a thermal spray coating capable of reducing the above-mentioned effects and a method for producing the thermal spray coating.
  • the present inventor has found that the above object can be achieved by plastically flowing the surface of the mirrored sprayed coating and filling the exposed pores on the surface of the sprayed coating.
  • the present invention has found and completed the present invention.
  • the thermal spray coating of the present invention is an iron-based thermal spray coating formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore of a cylinder block made of aluminum or an aluminum alloy. Further, it is characterized by having a plastic flow portion on the surface of the coating film.
  • the method for producing a thermal spray coating of the present invention is a method of forming an iron-based thermal spray coating on the inner peripheral surface of a cylinder block made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the finishing step includes a thermal spraying step of forming a thermal spray coating, a mirroring step of mirroring the surface of the thermal spray coating, and a finishing step of plastically flowing the surface of the thermal spray coating to form a plastic flow portion.
  • the grindstone used in the above is a honing grindstone in which diamond abrasive grains are bound with a Cu—Sn alloy having a hardness of 380 HV to 480 HV.
  • the surface of the mirrored sprayed coating is plastically flowed, the pores on the surface of the sprayed coating are reduced, and a method for producing the sprayed coating and the method for producing the sprayed coating can be provided. be able to.
  • FIG. 3 is a surface SEM image of the thermal spray coating of Example 3.
  • 6 is a surface SEM image of the thermal spray coating of Example 5.
  • the thermal spray coating of the present invention will be described in detail.
  • the thermal spray coating is an iron-based thermal spray coating formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore of a cylinder block made of aluminum or an aluminum alloy, and has a plastic flow portion on the surface thereof.
  • the plastic flow part is a region where the structure of the metal material constituting the thermal spray coating flows and is plastically deformed by strongly rubbing the surface of the thermal spray coating.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional SEM image of the thermal spray coating of the present invention
  • FIG. 2 shows an EBSD (Electron Backscatter Diffraction Patterns) image of a portion surrounded by a broken line in FIG.
  • EBSD Electro Backscatter Diffraction Patterns
  • the thermal spray coating of the present invention has a metal structure different from the inside on the surface portion. Further, from FIG. 2, it can be seen that the surface portion is brightly reflected and is strongly rubbed to accumulate strain.
  • the metal material has a plastic flow portion formed by plastic deformation, and the metal material around the pores flows to fill the pores, so that the area ratio of the pores exposed on the surface is reduced. , Oil consumption can be reduced.
  • the area ratio of the plastic flow portion is preferably 4.6% or more, and more preferably 6.0% or more.
  • the oil consumption can be reduced to a desired range.
  • the upper limit of the area ratio of the plastic flow part is not particularly limited, but if the area ratio of the plastic flow part is excessively increased, the surface pores that become oil pools are reduced and seizure may occur. Further, it is preferably 11.4% or less from the viewpoint of improving productivity and saving cost.
  • the hardness of the sprayed coating is preferably 3.9 GPa to 9.1 GPa, and more preferably 5.0 GPa to 8.0 GPa. If it is less than 3.9 GPa, the desired wear resistance may not be obtained, and if it exceeds 9.1 GP, it may be difficult to reduce friction.
  • the sprayed coating has a surface roughness (Ra) mirrored to 0.1 ⁇ m or less. Friction is reduced when the surface roughness is 0.1 ⁇ m or less.
  • the method for producing the thermal spray coating includes a thermal spraying step of forming the thermal spray coating, a mirroring step of mirroring the surface of the thermal spray coating, and a finishing step of plastically flowing the surface of the thermal spray coating to form a plastic flow portion.
  • the finishing step is a step of forming a plastic flow portion on the sprayed coating film mirrored by polishing.
  • the plastic flow portion can be formed by strongly rubbing the surface of the thermal spray coating instead of grinding and polishing it.
  • a honing grindstone in which the abrasive grains are hard to fall off in other words, a honing grindstone in which the abrasive grains are hard to be updated and the corners of the abrasive grains are appropriately rounded, is pressed against the sprayed coating to perform honing. Can be formed.
  • a grindstone in which diamond abrasive grains are bound with a Cu—Sn alloy having a hardness of 380 HV to 480 HV is used.
  • the hardness of the bond material that binds the diamond abrasive grains is less than 380 HV, the diamond abrasive grains on the surface of the grindstone will fall off and the diamond abrasive grains inside will appear on the surface, so the surface of the thermal spray coating will be ground and polished, and plastic flow will occur. It is difficult to form a part.
  • the area ratio of the plastic flow part can be adjusted by the number of strokes of the grindstone in the finishing process, the grindstone load, and the grindstone hardness.
  • the hardness of the thermal spray coating can be adjusted by the composition of the thermal spray wire (thermal spray coating) used in addition to the grindstone load and the hardness of the grindstone in the finishing process.
  • the composition of the thermal spray wire those conventionally used for thermal spraying of a cylinder bore can be used, but the carbon (C) content is preferably 0.05% by mass or less, and further 0.01% by mass. The following is preferable.
  • the thermal spray coating is work-hardened by forming a plastic flow part in the finishing process.
  • the hardness of the sprayed coating before the finishing step is 2.0 GPa to 3.3 GPa, the plastic flow portion can be easily formed.
  • an iron-based sprayed wire (outer diameter ⁇ 1,58 mm) having the following composition was electroplated with copper (Cu).
  • Thermal spraying conditions After preheating the cylinder block to 120 ° C., a nozzle was inserted into the cylinder bore at room temperature, and nitrogen gas was used to disperse the sprayed droplets, and the sprayed droplets were sprayed at 1200 L / min.
  • the thermal spray coating was cut out as a cylinder block with a thermal spray coating (length 10 mm ⁇ width 10 mm ⁇ thickness 5 mm) to obtain a cylinder block test piece with a thermal spray coating.
  • An SEM image of a test piece was obtained by measuring a reflected electron composition image at a magnification of 500 times that of an SEM (scanning electron microscope: Hitachi S-3400N).
  • the surface SEM image of the thermal spray coating of Example 1 is shown in FIG. 3, the surface SEM image of the thermal spray coating of Example 3 is shown in FIG. 4, and the surface SEM image of the thermal spray coating of Example 5 is shown in FIG.
  • the acquired SEM image is binarized by image processing, the pores (dark part) and other parts (bright part) are separated, and the bright part is binarized by image processing, and the plastic flow part (dark part) and the other parts are binarized.
  • the plastic flow part was measured separately in the part (bright part), the visual field area was divided by the area of the plastic flow part, and the average value of 10 points was taken as the area ratio of the plastic flow part.
  • Area of one plastic flow part A1, A2, A3
  • Area of plastic flow part ⁇ A (A1 + A2 + A3 ...)
  • Area ratio of plastic flow part ⁇ A / S
  • a cylinder block with a thermal spray coating is cut into a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 2 mm, and the cross section is polished with a cross section polisher. After masking the surface of the sample with a shielding plate in a vacuum, the sample is mirror-polished in cross section by irradiating the sample with Ar ions (Ar ion acceleration voltage: 3 to 6 kV, processing speed: about 100 ⁇ m / h). A cross section with no chipping and no dripping at the edges was made.
  • a diamond indenter was driven at a depth of 1 um from the outermost surface, and the hardness of the sprayed coating under the following conditions was measured.
  • Measuring device Nano Insider G200 The hardness H (Pmax / A) was measured from the maximum press-fitting load (Pmax) and the indentation projected area (A).
  • the area ratio of the plastic flow part of the sprayed coating was confirmed and buffed with 3um diamond abrasive grains. Further, buffing with 1um diamond abrasive grains while confirming the area ratio of the plastic flow part with an SEM image so that the area ratio of the plastic flow part becomes about 6%, and mirror surface with a surface roughness Ra of 0.1 ⁇ m or less. A plasticized sprayed coating was formed.
  • the cylinder block on which the thermal spray coating was formed was cut out (length 15 mm ⁇ width 20 mm ⁇ thickness 5 mm) and used as a test piece.
  • a piston ring test piece (length 3 mm ⁇ width 15 mm) was cut out from a piston ring having a hard carbon film having a surface roughness Ra of 0.1 ⁇ m or less on the surface.
  • Example 18 the grindstone was frequently replaced and was not productive, so that it could not be put into practical use. From Table 3, it can be seen that when the honing grindstone (bond material) becomes hard, the area ratio of the plastic flow portion increases, and the plastic flow portion can be efficiently formed in the range of 380 HV to 480 HV.

Abstract

本発明の溶射被膜は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のシリンダーブロックのシリンダーボアの内周面に形成された鉄系の溶射被膜であり、その表面に塑性流動部を有することとしたため、溶射被膜の表面の気孔が減少し、オイル消費量を低減できる。

Description

溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法
　本発明は、溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法に係り、更に詳細には、内燃機関のシリンダーボアの内周面に形成された溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法に関する。
　自動車などの内燃機関のシリンダーボアは、耐摩耗性や低摩擦性が要求され、シリンダーブロック本体を構成する金属材料よりも硬度が高い鉄系の溶射被膜を有する。
　上記溶射被膜は、ボアの内周面を下地加工したシリンダーブロックを予熱し、上記ボアの内周面に鉄系金属材料の溶射液滴を吹き付けることで形成される。
　溶射被膜は、溶射液滴間に気孔が形成され、鏡面化しても表面に微細な気孔を有する。
　この気孔にオイルが入り込んで焼き付きを防止できるため、鏡面化による低フリクション化が可能である一方で、上記気孔に入ったオイルは燃焼してしまうのでオイルを消費してしまう。
　特許文献１には、溶射被膜と一体化していない微粒子を予め除去することで、上記微粒子の落下によるシリンダーボアの傷つきを防止し、鏡面化による低フリクション化と、オイル消費量の低減とを達成できる旨が開示されている。
日本国特開２０１６－１６９７２５号公報
　しかしながら、溶射被膜は、元来、気孔を有するものであるため、表面を研磨して鏡面化したとしても、内部の気孔が新たに表面に現れるので、研磨によっては、溶射被膜表面に露出した気孔の面積率（気孔の数や大きさ）をさらに低減することは困難である。
　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、鏡面化された溶射被膜の表面に露出する気孔の面積率を低減し、オイル消費量を低減できる溶射被膜、及び該溶射被膜の製造方法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、鏡面化された溶射被膜の表面を塑性流動させ、溶射被膜の表面に露出した気孔を埋めることにより、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、本発明の溶射被膜は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のシリンダーブロックのシリンダーボアの内周面に形成された鉄系の溶射被膜である。
　そして、被膜表面に塑性流動部を有することを特徴とする。
　また、本発明の溶射被膜の製造方法は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のシリンダーブロック内周面に鉄系の溶射被膜を形成する方法である。
　そして、溶射被膜を形成する溶射工程と、上記溶射被膜の表面を鏡面化する鏡面化工程と、上記溶射被膜の表面を塑性流動させ塑性流動部を形成する仕上げ工程と、を含み、上記仕上げ工程で使用する砥石が、硬さ３８０ＨＶ～４８０ＨＶのＣｕ－Ｓｎ合金でダイヤモンド砥粒を結着したホーニング加工用砥石であることを特徴とする。
　本発明によれば、鏡面化された溶射被膜の表面を塑性流動させることとしたため、溶射被膜の表面の気孔が減少し、オイル消費量を低減できる溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法を提供することができる。
本発明の溶射被膜の断面ＳＥＭ像である。 本発明の溶射被膜の断面のＥＢＳＤ像である。 実施例１の溶射被膜の表面ＳＥＭ像である。 実施例３の溶射被膜の表面ＳＥＭ像である。 実施例５の溶射被膜の表面ＳＥＭ像である。
＜溶射被膜＞
　本発明の溶射被膜について詳細に説明する。
　上記溶射被膜は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のシリンダーブロックのシリンダーボアの内周面に形成された鉄系の溶射被膜であり、その表面に塑性流動部を有する。
　上記塑性流動部は、溶射被膜の表面を強く擦ることで溶射被膜を構成する金属材料の組織が流れて塑性変形した領域である。
　本発明の溶射被膜の断面ＳＥＭ像を図１、図１中破線で囲んだ箇所のＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂａｃｋ　Ｓｃａｔｔｅｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｐａｔｔｅｒｎｓ）像を図２に示す。
　図１より、本発明の溶射被膜は表面部に内部とは異なる金属組織を有することを確認できる。また、図２より、上記表面部は明るく写っており、強く擦られて歪が蓄積されていることがわかる。
　本発明においては、金属材料が塑性変形することで形成された塑性流動部を有し、気孔の周囲の金属材料が流動して該気孔を埋めるので、表面に露出する気孔の面積率が低減し、オイル消費量を低減できる。
　上記塑性流動部の面積率は、４．６％以上であることが好ましく、さらに６．０％以上であることが好ましい。塑性流動部の面積率が４．６％以上であることで、オイル消費量を所望の範囲に低減できる。
　また、塑性流動部の面積率の上限は特に制限はないが、塑性流動部の面積率が過度に増加すると、油溜まりになる表面気孔が減少して、焼付きが発生する可能性があり、また、生産性向上、省コスト化の観点から１１．４％以下であることが好ましい。
　上記溶射被膜の硬さは、３．９ＧＰａ～９．１ＧＰａであることが好ましく、さらに５．０ＧＰａ～８．０ＧＰａであることが好ましい。
　３．９ＧＰａ未満では、所望の耐摩耗性を得られないことがあり、また、９．１ＧＰを超えると、低フリクション化が困難になることがある。
　また、上記溶射被膜は、表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下に鏡面化されたものであることが好ましい。表面粗さが０．１μｍ以下であることで低フリクション化される。
＜溶射被膜の製造方法＞
　上記溶射被膜の製造方法は、溶射被膜を形成する溶射工程と、上記溶射被膜の表面を鏡面化する鏡面化工程と、上記溶射被膜の表面を塑性流動させ塑性流動部を形成する仕上げ工程と、を有する。
（仕上げ工程）
　仕上げ工程は、研磨により鏡面化された溶射被膜に対し塑性流動部を形成する工程である。上記塑性流動部は、溶射被膜の表面を研削・研磨するのではなく、強く擦ることで形成できる。
　具体的には、砥粒が脱落し難いホーニング加工用砥石、換言すれば、砥粒が更新され難く砥粒の角が適度に丸まったホーニング加工用砥石を溶射被膜に押し付けてホーニング加工することで形成できる。
　上記ホーニング加工用砥石としては、硬さ３８０ＨＶ～４８０ＨＶのＣｕ－Ｓｎ合金でダイヤモンド砥粒を結着した砥石を使用する。
　ダイヤモンド砥粒を結着するボンド材の硬さが３８０ＨＶ未満では、砥石表面のダイヤモンド砥粒が脱落し、内部のダイヤモンド砥粒が表面に現れるため、溶射被膜の表面が研削・研磨され、塑性流動部の形成が困難である。
　また、上記ボンド材の硬さが４８０ＨＶを超えると、ボンド材が摩耗しても砥粒が更新され難く、突出した砥粒により溶射被膜の表面が抉り取られ、傷が発生し易くなる。
　塑性流動部の面積率は、仕上げ工程における砥石のストローク回数、砥石荷重、砥石硬さにより調節することができる。
　また、溶射被膜の硬さは、仕上げ工程における砥石荷重や砥石硬さの他、使用する溶射ワイヤー（溶射被膜）の組成により調節することができる。
　溶射ワイヤーの組成としては、従来からシリンダーボアの溶射に使用されているものを使用できるが、炭素（Ｃ）の含有量が０．０５質量％以下であることが好ましく、さらに０．０１質量％以下であることが好ましい。
　炭素の含有量が多くなると、塑性流動部を形成する前の溶射被膜が硬すぎて、塑性流動部の形成が困難になる。
　溶射被膜は、仕上げ工程で塑性流動部を形成することで加工硬化する。仕上げ工程前の溶射被膜の硬さが、２．０ＧＰａ～３．３ＧＰａであることで容易に塑性流動部を形成することができる。
　以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
＜溶射工程＞
　シリンダーボア内周面が深さ約８５μｍの溝で下地加工されたアルミニウム合金（ＡＤＣ１２Ｚ）製ガソリンエンジン用シリンダーブロックに対し、アーク溶射方式により、下記の溶射条件で溝底部からの膜厚が２７０μｍの溶射被膜を形成し、内径が約８０ｍｍ全長約１２０ｍｍのシリンダーボアを作製した。
　溶射ワイヤーは、下記組成の鉄系の溶射ワイヤー（外径Φ１，５８ｍｍ）に銅（Ｃｕ）電気メッキ処理を行ったものを用いた。

　炭素（Ｃ）含有量　　　　：０．００９％
　マンガン（Ｍｎ）含有量　：０．３５％
　ニッケル（Ｎｉ）含有量　：０．２２％
　クロム（Ｃｒ）含有量　　：１２．３４％
　モリブデン（Ｍｏ）含有量：０．０９％
　ケイ素（Ｓｉ）含有量　　：０．４２％
　鉄（Ｆｅ）含有量　　　　：残部
（溶射条件）
　上記シリンダーブロックを１２０℃に予熱した後、室温中でシリンダーボア内部にノズルを挿入して、溶射液滴の飛散用として窒素ガスを用い、１２００Ｌ／ｍｉｎで溶射液滴を吹き付けた。
＜鏡面化工程＞
　上記シリンダーボアに砥石を押し付け、回転させながらシリンダーボアの上下方向にストロークさせてホーニング加工を行い、シリンダーボアの内表面を鏡面加工（表面粗さＲａが０．１μｍ以下）した。
［実施例１～実施例８］
＜仕上げ工程＞
　鏡面加工したシリンダーボアに、ホーニング加工用砥石（ダイヤモンド砥粒が４３０（ＨＶ）のＣｕ－Ｓｎ合金で結着された砥石；砥粒とボンド材の体積比＝２０：８０）を押し付け、表１に示す条件で回転（時計回り、２０００ｒｐｍ）させながらシリンダーボアの上下方向にストロークさせる回数を変化させてホーニング加工を行い、シリンダーボアの内表面を塑性流動させ、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の鏡面化された溶射被膜を形成した。
（塑性流動部の面積率の測定）
　溶射被膜を溶射被膜付きシリンダーブロック（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）として切り出して、溶射被膜付きシリンダーブロック試験片とした。
　ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：日立Ｓ－３４００Ｎ）の５００倍で反射電子組成像測定により試験片のＳＥＭ像を取得した。
　実施例１の溶射被膜の表面ＳＥＭ像を図３、実施例３の溶射被膜の表面ＳＥＭ像を図４、実施例５の溶射被膜の表面ＳＥＭ像を図５に示す。
　取得したＳＥＭ像を画像処理により２値化し、気孔（暗部）とそれ以外の部分（明部）を分け、さらに上記明部について、画像処理により２値化し、塑性流動部（暗部）とそれ以外の部分（明部）に分けて塑性流動部を測定し、視野面積を塑性流動部の面積で割り、１０点の平均値を塑性流動部の面積率とした。

　塑性流動部の１本の面積 ：Ａ１，Ａ２，Ａ３
　塑性流動部の面積 ：ΣＡ（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３・・・・）
　塑性流動部の面積率 ：ΣＡ／Ｓ
（表面粗さの測定）
　表面粗さ（Ｒａ）をＪＩＳ　Ｂ０６０１に規定される方法で測定した。
（溶射被膜の硬さの測定）
　ＩＳＯ１４５７７微小硬さ測定法に準拠し、溶射被膜付きシリンダーブロックを縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ２ｍｍに切り出し、断面をクロスセクションポリッシャで研磨する。
　真空中で、試料表面に対象部位以外を遮蔽版でマスキング後、試料にＡｒイオン照射（Ａｒイオン加速電圧：３～６ｋＶ、加工速度：約１００μｍ／ｈ）することで断面を鏡面研磨し、試料の欠け、端部のだれのない断面を作製した。
  その後、断面をエッチング処理により溶射組織を確認した後、最表面から１ｕｍ深さ位置にダイヤモンド圧子を打ちこみ、以下の条件溶射被膜の硬さを測定した。

　測定装置：Ｎａｎｏ　Ｉｎｄｅｎｔｅｒ　Ｇ２００
　最大圧入荷重（Ｐｍａｘ）と圧痕投影面積（Ａ）から硬度Ｈ（Ｐｍａｘ／Ａ）を測定した。
（オイル消費量の測定）
　上記溶射被膜を形成したシリンダーブロックを用いて４気筒エンジンを組み立て、ＳＡＥ　Ｊ３００　で規定される　０Ｗ－２０を用いて、６，０００　ｒｐｍ、全負荷（ＷＯＴ：　Ｗｉｄｅ　Ｏｐｅｎ　Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）の条件で、連続重量測定法によりオイル消費量を測定した。
　測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から、仕上げ工程におけるホーニング加工のストローク回数の増加に伴って塑性流動部の面積率が増加し、塑性流動部の面積率の増加に伴ってオイル消費量が低減されることがわかる。また、塑性流動部の面積率が４．６％以上であると、オイル消費量を５０ｇ／ｈ以下に低減できることがわかる。
［実施例９～実施例１４］
＜仕上げ工程＞
　鏡面加工したシリンダーボアに、ホーニング加工用砥石（ダイヤモンド砥粒が４３０（ＨＶ）のＣｕ－Ｓｎ合金で結着された砥石；砥粒とボンド材の体積比＝２０：８０）を押し付ける砥石荷重を変化させ、表２に示す条件で回転（時計回り、２０００ｒｐｍ）させながらシリンダーボアの上下方向にストロークさせてホーニング加工を行い、シリンダーボアの内表面を塑性流動させて、塑性流動部の面積率、及び硬さが異なる溶射被膜を形成した。
　その後、溶射被膜の塑性流動部の面積率を確認して３ｕｍダイヤ砥粒でバフ研磨した。
　さらに、塑性流動部の面積率が約６％になるように、ＳＥＭ像で塑性流動部の面積率を確認しながら１ｕｍダイヤ砥粒でバフ研磨し、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の鏡面化された溶射被膜を形成した。
（摩擦係数と摩耗量の測定）
　上記溶射被膜の摩擦係数と摩耗量を以下の条件で測定した。
　測定結果を表２に示す。
　上記溶射被膜を形成したシリンダーブロックを（縦１５ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）切り出して試験片とした。
　一方、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の硬質炭素膜を表面に有するピストンリングからピストンリング試験片（縦３ｍｍ×横１５ｍｍ）を切り出した。
　これらを下記条件下で摺動させて、摩擦係数と試験後の摩耗深さを測定した。
（試験条件）
・装置 ：ＳＲＶ摩擦試験機　＊（Ｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｓ　Ｒｅｉｈｕｎｇｕｎｄ　Ｖｅｒｓｃｈｌｅｉｓｓ）
・温度　　　　：室温（２５℃）
・荷重　　　　：３００Ｎ
・振幅　　　　：３ｍｍ
・周波数　　　：２５Ｈｚ
・試験時間　　：６０分間
・使用潤滑油　：１００℃の動粘度が４ｃＳｔのポリ－α－オレフィン（ＰＡＯ）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果から、砥石荷重の増加に伴って溶射被膜が硬くなり、溶射被膜の硬さが３．９ＧＰａ～９．１ＧＰａであると、耐摩耗性と低フリクション化を両立できることがわかる。
［実施例１５～実施例１８、比較例１］
＜仕上げ工程＞
　鏡面加工したシリンダーボアに、ボンド材の硬さが異なるホーニング加工用砥石を用いて、表３に示す条件で回転（時計回り、２０００ｒｐｍ）させながらシリンダーボアの上下方向にストロークさせてホーニング加工を行い、シリンダーボアの内表面を塑性流動させた。塑性流動部の面積率が異なる溶射被膜を形成した。
　溶射被膜表面のＳＥＭ像により傷の有無を確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例１８は、砥石の交換頻度が大きく、生産性がないため実用に耐えなかった。
　表３から、ホーニング加工用砥石（ボンド材）が硬くなると、塑性流動部の面積率が増加し、３８０ＨＶ～４８０ＨＶの範囲で塑性流動部を効率よく形成できることがわかる。

Claims (6)

  1. 　アルミニウム製又はアルミニウム合金製のシリンダーブロックのシリンダーボアの内周面に形成された鉄系の溶射被膜であって、
    　被膜表面に塑性流動部を有することを特徴とする溶射被膜。
  2. 　上記塑性流動部の面積率が４．６％以上であることを特徴とする請求項１記載の溶射被膜。
  3. 　硬さが３．９ＧＰａ～９．１ＧＰａであることを特徴とする請求項１又は２記載の溶射被膜。
  4. 　表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の溶射被膜。
  5. 　アルミニウム製又はアルミニウム合金製のシリンダーブロックの内周面に鉄系の溶射被膜を形成する溶射被膜の製造方法であって、
    　溶射被膜を形成する溶射工程と、
    　上記溶射被膜の表面を鏡面化する鏡面化工程と、
    　上記溶射被膜の表面を塑性流動させ塑性流動部を形成する仕上げ工程と、を含み、
    　上記仕上げ工程で使用する砥石が、硬さ３８０ＨＶ～４８０ＨＶのＣｕ－Ｓｎ合金でダイヤモンド砥粒を結着したホーニング加工用砥石であることを特徴とする溶射被膜の製造方法。
  6. 　上記仕上げ工程を、塑性流動部の面積率が１１．４％を超えて行わないことを特徴とする請求項５に記載の溶射被膜の製造方法。
PCT/JP2020/033233 2020-09-02 2020-09-02 溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法 WO2022049667A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20952407.3A EP4209669A4 (en) 2020-09-02 2020-09-02 SPRAY COATING AND METHOD FOR MANUFACTURING SPRAY COATING
CN202080103221.5A CN116075631A (zh) 2020-09-02 2020-09-02 喷镀覆膜及该喷镀覆膜的制造方法
PCT/JP2020/033233 WO2022049667A1 (ja) 2020-09-02 2020-09-02 溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法
JP2022546775A JP7435803B2 (ja) 2020-09-02 2020-09-02 溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法
US18/041,956 US11965252B2 (en) 2020-09-02 Sprayed coating and sprayed-coating manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/033233 WO2022049667A1 (ja) 2020-09-02 2020-09-02 溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022049667A1 true WO2022049667A1 (ja) 2022-03-10

Family

ID=80490724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/033233 WO2022049667A1 (ja) 2020-09-02 2020-09-02 溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4209669A4 (ja)
JP (1) JP7435803B2 (ja)
CN (1) CN116075631A (ja)
WO (1) WO2022049667A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63195255A (ja) * 1987-02-09 1988-08-12 Toyota Motor Corp シリンダライナ−
JP2003340565A (ja) * 2002-05-24 2003-12-02 Daihatsu Motor Co Ltd 鋳造体強化方法、およびそれに使用される工具
JP2009115037A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Toyota Motor Corp エンジンブロックの製造方法
JP2016169725A (ja) 2015-03-09 2016-09-23 トヨタ自動車株式会社 溶射シリンダブロックの製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283291A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Nippon Piston Ring Co Ltd シリンダライナ
JP2002364455A (ja) 2001-06-11 2002-12-18 Nissan Motor Co Ltd シリンダブロックとその成形方法及び装置
CH695339A5 (de) * 2002-02-27 2006-04-13 Sulzer Metco Ag Zylinderlaufflächenschicht für Verbrennungsmotoren sowie Verfahren zu deren Herstellung.
JP4199500B2 (ja) * 2002-09-12 2008-12-17 トヨタ自動車株式会社 シリンダブロック
JP4281368B2 (ja) 2003-01-30 2009-06-17 川崎重工業株式会社 耐摩耗溶射皮膜
JP2006123068A (ja) 2004-10-28 2006-05-18 Fuji Heavy Ind Ltd シリンダブロックのホーニング加工装置
JP2011220150A (ja) * 2010-04-06 2011-11-04 Honda Motor Co Ltd シリンダボアおよびその製造方法
CN110093578A (zh) * 2013-07-09 2019-08-06 日产自动车株式会社 铁系喷镀覆膜、内燃机用汽缸体以及内燃机用滑动机构
JP6168034B2 (ja) * 2014-11-21 2017-07-26 トヨタ自動車株式会社 溶射皮膜、これを有したエンジン、および溶射皮膜の成膜方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63195255A (ja) * 1987-02-09 1988-08-12 Toyota Motor Corp シリンダライナ−
JP2003340565A (ja) * 2002-05-24 2003-12-02 Daihatsu Motor Co Ltd 鋳造体強化方法、およびそれに使用される工具
JP2009115037A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Toyota Motor Corp エンジンブロックの製造方法
JP2016169725A (ja) 2015-03-09 2016-09-23 トヨタ自動車株式会社 溶射シリンダブロックの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4209669A4

Also Published As

Publication number Publication date
JP7435803B2 (ja) 2024-02-21
EP4209669A4 (en) 2023-11-08
US20230265551A1 (en) 2023-08-24
EP4209669A1 (en) 2023-07-12
CN116075631A (zh) 2023-05-05
JPWO2022049667A1 (ja) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5352877B2 (ja) Ｄｌｃコーティング部材及びその製造方法
JP4503097B2 (ja) Ｄｌｃ被覆摺動部材及びその製造方法
KR102134742B1 (ko) 주철제 실린더 라이너 및 내연 기관
JP4736920B2 (ja) 摺動材料
WO2016042945A1 (ja) 被覆摺動部材
JP4293370B2 (ja) バルブリフター
JP5903085B2 (ja) シリンダボアとピストンリングの組合せ
CN112469930B (zh) 活塞环
JP2006275269A (ja) 組合せ摺動部材
JPH0765683B2 (ja) シリンダとピストンリングとの組合わせ
Hwang et al. Correlation of microstructure and wear resistance of ferrous coatings fabricated by atmospheric plasma spraying
WO2022049667A1 (ja) 溶射被膜及び該溶射被膜の製造方法
WO2007116852A1 (ja) 摺動材料及びその摺動材料を用いた摺動部材
US11965252B2 (en) Sprayed coating and sprayed-coating manufacturing method
WO2021161728A1 (ja) 摺動機構
JP7343843B2 (ja) 摺動機構
JP2004060619A (ja) 内燃機関用ピストンリングの組合せ
CN116324233B (zh) 滑动构件
JP2006214314A (ja) バルブリフター及びシムの製造方法
JP2004176848A (ja) 非晶質硬質炭素被覆部材と鉄系部材の組み合わせ
CN116324232A (zh) 滑动构件
JPH01141230A (ja) 摺動部材の製造方法
JPH03247795A (ja) 内燃機関のシリンダ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20952407

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022546775

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020952407

Country of ref document: EP

Effective date: 20230403