JPH0144787B2 - - Google Patents
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- JPH0144787B2 JPH0144787B2 JP11817782A JP11817782A JPH0144787B2 JP H0144787 B2 JPH0144787 B2 JP H0144787B2 JP 11817782 A JP11817782 A JP 11817782A JP 11817782 A JP11817782 A JP 11817782A JP H0144787 B2 JPH0144787 B2 JP H0144787B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/73—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process
- C23C22/74—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process for obtaining burned-in conversion coatings
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般に内燃機関におけるシリンダーラ
イナーのように、金属円筒体内周面への断熱・耐
摩性被覆層の形成方法に関するものである。 最近、高い熱効率と燃焼効率の向上及び小型に
よる高出力等とに関連して、いわゆる“断熱エン
ジン”が種々研究開発の途上にあり、この研究開
発に併行してシリンダーライナーの内周面にセラ
ミツクの組織による断熱・耐摩性の被覆層を有す
るものが試用され始めてきた。 従来、この試用に供されるセラミツクの組織を
有する被覆層の形成方法としては、例えばプラズ
マ溶射法によるか、或いは高温焼結法が一般的で
あつた。 しかしながら、前者にあつては、溶射に要する
熱エネルギーが当然大となり、また均一な層厚を
得るための原材料としての微粉末材の調製（粒子
形状、粒度分布の均一性）が極めて困難であり、
更に剥離性に関連して多くの問題を残すものであ
つた。また、後者にあつては、高純度の原材料を
使用するために同様に極微粉末材の調製が必要と
なり、同時に焼結に前者と同じように高い熱エネ
ルギーを必要とすると共に、焼結されたセラミツ
ク筒体へのダイヤモンド工具による精密な切削加
工とその後の金属円筒体内側への焼嵌め操作とに
よつて、著しく製造工程が複雑となり、製造原価
の高価を招く等の問題を有するものであつた。 本発明の目的は上記した問題を比較的簡易に且
つ効果的に解決した形成方法を提供することで、
特に高純度の原材料を必要とせず、同時に原材料
の調製が容易であり、更に低温度での加熱処理に
より作業を簡易となしたものである。以下本発明
について詳述すれば、予め遠心装置の台上にセツ
トされた金属円筒体の内部に、先ず可溶性クロー
ム化合物として例えば三酸化クローム（CrO3）、
可溶性錯体クローム酸化物（xCrO3・yCr2O3・
zH2O）、クローム酸亜鉛（ZnCrO4，ZnCr2O7）
からなる、好ましくは比重1.45乃至1.70の範囲に
調製した濃水溶液中に、金属酸化物或いは加熱処
理において粒子表面が酸化物に変じ得る窒化物及
び炭化物からなる例えばジルコニア、シリカ、ア
ルミナ、チタニア、酸化クローム、酸化鉄、スピ
ネル、カオリン、ジルコネート、窒化珪素及び炭
化珪素等からなる好ましくは45μ程度以下の粒度
を有する１種または１種以上の非金属無機物質の
微粉末をもつて撹拌混成してなる懸濁液を充填し
て封着した状態をもつて回転駆動せしめる。この
ような回転駆動によつて、円筒体の内周面に前記
無機物質による一様な厚さに沈積付着した被覆層
を形成されると共に、分離された残部濃水溶液を
セツトした台壁底部より外部に排出除去する。そ
の後、円筒体を加熱炉中において好ましくは460
℃乃至670℃に加熱処理を施すことにより、該被
覆層を構成する粒子相互間及び円筒体内周面の金
属肌表面の相互間とにそれぞれ介在するクローム
化合物を、下記するように脱水、重合、 脱酸素等の反応、即ち溶液180℃ ―――→ CrO3O2 ―――→ 加熱 Cr3O8O2 ―――→ 加熱Cr2O5−O2 ―――→ 加熱CrO2460℃ ―――→ 加熱Cr2O3の変 化を経過して約460℃前後において略焼成変換し
た酸化クロームによつて化学結合された前記非金
属無機物質からなるセラミツクの組織層構造とな
さしめてなるものである。しかしながら、かかる
状態のまゝでは、セラミツクの組織層自体が20％
乃至30％の気孔率を有している状態にあるため
に、更に引続き円筒体を、例えば前記と同種のク
ローム化合物の濃水溶液に浸漬して点在する気孔
部への含浸処理を行わしめ、その後に乾燥し、続
いて４℃／minの昇温に続いて好ましくは460℃
乃至670℃の加熱処理をし、これら含浸処理と加
熱処理とを所望回数反復繰返すことにより、一層
緻密なセラミツク層の組織構造となして構成せし
めるものである。 なお、前記可溶性クローム化合物からなる濃水
溶液の比重については、1.45未満の場合にあつて
は強力な結合力、強度及び緻密性の賦与とに関連
して、含浸処理と加熱処理との反復繰返し操作を
数多く行わなければならず、従つて処理工程の煩
わしさを招き、又一方1.70をこえると、濃水溶液
の調製に多大の時間を必要とするとともに、高粘
度のため混入する微粉末の極微小粒子及び比較的
比重の小なる原材料使用時の堆積、分離が困難と
なるためである。 また、非金属無機物質とクローム化合物の濃水
溶液との混成割合は、原材料としての無機物質の
種類、粒子のサイズ、円筒体の内径及び形成する
被覆層の厚さ等によつて決定されることは勿論で
ある。更に前記含浸処理と加熱処理の反復回数に
ついては、通常４回乃至５回の繰返し操作によつ
て気孔率を10％以内に減少し、７回乃至10回程度
によつて更に1.5％程度に減少して緻密なセラミ
ツクの組織構造を構成することができる。 又含浸処理を最も効果的に行うために、好まし
くは３Kg／cm2乃至６Kg／cm2の範囲内の加圧状態
下、若くは10-1mmHg以下の減圧状態下で行うこ
とが望ましい。 以上の通り本発明によれば、高純度の原材料を
必要とせず、且つこの原材料としてのセラミツク
材の調製を容易とし、更に低温度での加熱処理に
伴う簡便な作業性とによつて断熱・耐摩性の被覆
層を構成することができるため、極めて有用な形
成方法のものである。 以下本発明の実施例について示せば下記の通り
である。 実施例 １ ●金属円筒体…材質；機械構造用炭素鋼々材
（S45C）、内径120mm、肉厚３mm、製品長240mm。 ●懸濁液…三酸化クローム（CrO3）を水に溶解
して比重1.70の濃水溶液を調製し、該濃水溶液
2000mlに平均粒子径6μのジルコニア粉末
1320grを添加して撹拌混成した。 ●被覆層の形成…金属円筒体内部に懸濁液を充填
封着して台上にセツトした自社製遠心装置をも
つて5000r.p.m／min、10分間に亘り回転駆動
せしめ、回転停止に引続いて台壁底部側より分
離した濃水溶液を外部に排出除去することによ
り、層厚約４mmからなる沈積付着した被覆層を
形成した。 ●加熱処理(1)…電気炉内で180℃まで除々に昇温
して20分間の乾燥を行つた後、引続き４℃／
minの割合で昇温せしめ、最高温度660℃で停
止、その後放冷することによりセラミツクの組
織層を構成した。 ●含浸処理…比重1.65からなるクローム酸溶液を
用い、６Kg／cm2の加圧状態下の容器内で10分間
行つた。 ●加熱処理(2)…電気炉内で180℃で20分間の乾燥
を行つた後に、引続き４℃／minの割合で昇温
せしめ、最高温度670℃で停止、その後放冷し
た。 ●反復操作…上記含浸処理と加熱処理(2)とを７回
繰返し行うことによつて、層厚約４mmからなる
一層緻密なセラミツクの組織層構造のものを得
た。なお気孔率は0.51％であつた。 実施例 ２ ●金属円筒体…実施例１と同じ（但し内径160mm、
肉厚５mm、製品長300mm） ●懸濁液…三酸化クローム（CrO3）を水に溶解
して比重1.60の濃水溶液に、更に水酸化クロー
ム（CrCOH）3の小量を添加溶解して比重1.70
の濃水溶液を調製し、該濃水溶液5360mlに粒径
44μ以下のジルコニア粉末800gr、10μ以下の酸
化クローム粉160gr及び5μ以下のシリカ320gr
をそれぞれ添加して撹拌混成した。 ●被覆層の形成…実施例１と同じ、層厚約３mmか
らなる沈積付着した被覆層を形成した。 ●加熱処理(1)…実施例１と同じ（但し最高温度
670℃で停止、その後放冷することによりセラ
ミツクの組織層を構成した） ●含浸処理…比重1.65からなるクローム酸溶液を
用い、大気圧状態下で20分間行つた。 ●加熱処理(2)…実施例１と同じ ●反復処理…上記含浸処理と加熱処理(2)とを10回
繰返し行うことによつて、層厚約３mmからなる
一層緻密なセラミツク層の組織構造のものを得
た。 なお気孔率は0.27％であつた。 実施例 ３ ●金属円筒体…実施例１と同じ（但し内径60mm、
肉厚1.5mm、製品長180mm） ●懸濁液…三酸化クローム（CrO3）を水に溶解
して比重1.45の濃水溶液を調製し、該濃水溶液
342mlに平均粒子5μの酸化クローム粉末190gr
を添加して撹拌混成した。 ●被覆層の形成…実施例１と同じ（但し10.000r.
p.m／min、12分間）層厚約1.5mmからなる沈積
付着した被覆層を形成した。 ●加熱処理(1)…実施例１と同じ ●含浸処理…比重1.55からなるクローム酸溶液に
約５％のカオリオンを混入した溶液を用い、
10-1mmHgの減圧状態下の容器内で10分間行つ
た。 ●加熱処理(2)…実施例１と同じ ●反復処理…上記含浸処理と加熱処理とを７回繰
返し行うことによつて、層厚約1.5mmからなる
一層緻密なセラミツク層の組織構造のものを得
た。 なお気孔率は0.30％であつた。 上記した本発明実施例による製品と従来の試用
製品との主たる特性を比較すれば下記表の通りで
ある。 【表】
イナーのように、金属円筒体内周面への断熱・耐
摩性被覆層の形成方法に関するものである。 最近、高い熱効率と燃焼効率の向上及び小型に
よる高出力等とに関連して、いわゆる“断熱エン
ジン”が種々研究開発の途上にあり、この研究開
発に併行してシリンダーライナーの内周面にセラ
ミツクの組織による断熱・耐摩性の被覆層を有す
るものが試用され始めてきた。 従来、この試用に供されるセラミツクの組織を
有する被覆層の形成方法としては、例えばプラズ
マ溶射法によるか、或いは高温焼結法が一般的で
あつた。 しかしながら、前者にあつては、溶射に要する
熱エネルギーが当然大となり、また均一な層厚を
得るための原材料としての微粉末材の調製（粒子
形状、粒度分布の均一性）が極めて困難であり、
更に剥離性に関連して多くの問題を残すものであ
つた。また、後者にあつては、高純度の原材料を
使用するために同様に極微粉末材の調製が必要と
なり、同時に焼結に前者と同じように高い熱エネ
ルギーを必要とすると共に、焼結されたセラミツ
ク筒体へのダイヤモンド工具による精密な切削加
工とその後の金属円筒体内側への焼嵌め操作とに
よつて、著しく製造工程が複雑となり、製造原価
の高価を招く等の問題を有するものであつた。 本発明の目的は上記した問題を比較的簡易に且
つ効果的に解決した形成方法を提供することで、
特に高純度の原材料を必要とせず、同時に原材料
の調製が容易であり、更に低温度での加熱処理に
より作業を簡易となしたものである。以下本発明
について詳述すれば、予め遠心装置の台上にセツ
トされた金属円筒体の内部に、先ず可溶性クロー
ム化合物として例えば三酸化クローム（CrO3）、
可溶性錯体クローム酸化物（xCrO3・yCr2O3・
zH2O）、クローム酸亜鉛（ZnCrO4，ZnCr2O7）
からなる、好ましくは比重1.45乃至1.70の範囲に
調製した濃水溶液中に、金属酸化物或いは加熱処
理において粒子表面が酸化物に変じ得る窒化物及
び炭化物からなる例えばジルコニア、シリカ、ア
ルミナ、チタニア、酸化クローム、酸化鉄、スピ
ネル、カオリン、ジルコネート、窒化珪素及び炭
化珪素等からなる好ましくは45μ程度以下の粒度
を有する１種または１種以上の非金属無機物質の
微粉末をもつて撹拌混成してなる懸濁液を充填し
て封着した状態をもつて回転駆動せしめる。この
ような回転駆動によつて、円筒体の内周面に前記
無機物質による一様な厚さに沈積付着した被覆層
を形成されると共に、分離された残部濃水溶液を
セツトした台壁底部より外部に排出除去する。そ
の後、円筒体を加熱炉中において好ましくは460
℃乃至670℃に加熱処理を施すことにより、該被
覆層を構成する粒子相互間及び円筒体内周面の金
属肌表面の相互間とにそれぞれ介在するクローム
化合物を、下記するように脱水、重合、 脱酸素等の反応、即ち溶液180℃ ―――→ CrO3O2 ―――→ 加熱 Cr3O8O2 ―――→ 加熱Cr2O5−O2 ―――→ 加熱CrO2460℃ ―――→ 加熱Cr2O3の変 化を経過して約460℃前後において略焼成変換し
た酸化クロームによつて化学結合された前記非金
属無機物質からなるセラミツクの組織層構造とな
さしめてなるものである。しかしながら、かかる
状態のまゝでは、セラミツクの組織層自体が20％
乃至30％の気孔率を有している状態にあるため
に、更に引続き円筒体を、例えば前記と同種のク
ローム化合物の濃水溶液に浸漬して点在する気孔
部への含浸処理を行わしめ、その後に乾燥し、続
いて４℃／minの昇温に続いて好ましくは460℃
乃至670℃の加熱処理をし、これら含浸処理と加
熱処理とを所望回数反復繰返すことにより、一層
緻密なセラミツク層の組織構造となして構成せし
めるものである。 なお、前記可溶性クローム化合物からなる濃水
溶液の比重については、1.45未満の場合にあつて
は強力な結合力、強度及び緻密性の賦与とに関連
して、含浸処理と加熱処理との反復繰返し操作を
数多く行わなければならず、従つて処理工程の煩
わしさを招き、又一方1.70をこえると、濃水溶液
の調製に多大の時間を必要とするとともに、高粘
度のため混入する微粉末の極微小粒子及び比較的
比重の小なる原材料使用時の堆積、分離が困難と
なるためである。 また、非金属無機物質とクローム化合物の濃水
溶液との混成割合は、原材料としての無機物質の
種類、粒子のサイズ、円筒体の内径及び形成する
被覆層の厚さ等によつて決定されることは勿論で
ある。更に前記含浸処理と加熱処理の反復回数に
ついては、通常４回乃至５回の繰返し操作によつ
て気孔率を10％以内に減少し、７回乃至10回程度
によつて更に1.5％程度に減少して緻密なセラミ
ツクの組織構造を構成することができる。 又含浸処理を最も効果的に行うために、好まし
くは３Kg／cm2乃至６Kg／cm2の範囲内の加圧状態
下、若くは10-1mmHg以下の減圧状態下で行うこ
とが望ましい。 以上の通り本発明によれば、高純度の原材料を
必要とせず、且つこの原材料としてのセラミツク
材の調製を容易とし、更に低温度での加熱処理に
伴う簡便な作業性とによつて断熱・耐摩性の被覆
層を構成することができるため、極めて有用な形
成方法のものである。 以下本発明の実施例について示せば下記の通り
である。 実施例 １ ●金属円筒体…材質；機械構造用炭素鋼々材
（S45C）、内径120mm、肉厚３mm、製品長240mm。 ●懸濁液…三酸化クローム（CrO3）を水に溶解
して比重1.70の濃水溶液を調製し、該濃水溶液
2000mlに平均粒子径6μのジルコニア粉末
1320grを添加して撹拌混成した。 ●被覆層の形成…金属円筒体内部に懸濁液を充填
封着して台上にセツトした自社製遠心装置をも
つて5000r.p.m／min、10分間に亘り回転駆動
せしめ、回転停止に引続いて台壁底部側より分
離した濃水溶液を外部に排出除去することによ
り、層厚約４mmからなる沈積付着した被覆層を
形成した。 ●加熱処理(1)…電気炉内で180℃まで除々に昇温
して20分間の乾燥を行つた後、引続き４℃／
minの割合で昇温せしめ、最高温度660℃で停
止、その後放冷することによりセラミツクの組
織層を構成した。 ●含浸処理…比重1.65からなるクローム酸溶液を
用い、６Kg／cm2の加圧状態下の容器内で10分間
行つた。 ●加熱処理(2)…電気炉内で180℃で20分間の乾燥
を行つた後に、引続き４℃／minの割合で昇温
せしめ、最高温度670℃で停止、その後放冷し
た。 ●反復操作…上記含浸処理と加熱処理(2)とを７回
繰返し行うことによつて、層厚約４mmからなる
一層緻密なセラミツクの組織層構造のものを得
た。なお気孔率は0.51％であつた。 実施例 ２ ●金属円筒体…実施例１と同じ（但し内径160mm、
肉厚５mm、製品長300mm） ●懸濁液…三酸化クローム（CrO3）を水に溶解
して比重1.60の濃水溶液に、更に水酸化クロー
ム（CrCOH）3の小量を添加溶解して比重1.70
の濃水溶液を調製し、該濃水溶液5360mlに粒径
44μ以下のジルコニア粉末800gr、10μ以下の酸
化クローム粉160gr及び5μ以下のシリカ320gr
をそれぞれ添加して撹拌混成した。 ●被覆層の形成…実施例１と同じ、層厚約３mmか
らなる沈積付着した被覆層を形成した。 ●加熱処理(1)…実施例１と同じ（但し最高温度
670℃で停止、その後放冷することによりセラ
ミツクの組織層を構成した） ●含浸処理…比重1.65からなるクローム酸溶液を
用い、大気圧状態下で20分間行つた。 ●加熱処理(2)…実施例１と同じ ●反復処理…上記含浸処理と加熱処理(2)とを10回
繰返し行うことによつて、層厚約３mmからなる
一層緻密なセラミツク層の組織構造のものを得
た。 なお気孔率は0.27％であつた。 実施例 ３ ●金属円筒体…実施例１と同じ（但し内径60mm、
肉厚1.5mm、製品長180mm） ●懸濁液…三酸化クローム（CrO3）を水に溶解
して比重1.45の濃水溶液を調製し、該濃水溶液
342mlに平均粒子5μの酸化クローム粉末190gr
を添加して撹拌混成した。 ●被覆層の形成…実施例１と同じ（但し10.000r.
p.m／min、12分間）層厚約1.5mmからなる沈積
付着した被覆層を形成した。 ●加熱処理(1)…実施例１と同じ ●含浸処理…比重1.55からなるクローム酸溶液に
約５％のカオリオンを混入した溶液を用い、
10-1mmHgの減圧状態下の容器内で10分間行つ
た。 ●加熱処理(2)…実施例１と同じ ●反復処理…上記含浸処理と加熱処理とを７回繰
返し行うことによつて、層厚約1.5mmからなる
一層緻密なセラミツク層の組織構造のものを得
た。 なお気孔率は0.30％であつた。 上記した本発明実施例による製品と従来の試用
製品との主たる特性を比較すれば下記表の通りで
ある。 【表】
Claims (1)
- １ 予め遠心装置の台上にセツトされた金属円筒
体の内部に、可溶性クローム化合物からなる濃水
溶液中に１種以上の非金属無機物質の微粉末をも
つて撹拌混成してなる懸濁液を充填して封着した
状態をもつて回転駆動せし、前記円筒体の内周面
に前記無機物質による沈積付着した被覆層を形成
せしめると共に、分離された残部濃水溶液を外部
に排出除去し、その後、円筒体を加熱処理を施す
ことにより、前記被覆層を、該被覆層を構成する
粒子相互間及び円筒体内周面の金属肌表面の相互
間とにそれぞれ介在するクローム化合物の焼成変
換した酸化クロームによつて化学結合された前記
非金属無機物質からなるセラミツクの組織構造と
し、続いて円筒体をクローム化合物の濃水溶液に
浸漬してセラミツクの組織層に点在する気孔部へ
の含浸処理を行い、しかる後に再度加熱処理し、
その後これら含浸処理と加熱処理とを所望回数反
復繰返し行うことを特徴とする金属円筒体におけ
る内周面への断熱・耐摩性被覆層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11817782A JPS599171A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 金属円筒体における内周面への断熱・耐摩性被覆層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11817782A JPS599171A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 金属円筒体における内周面への断熱・耐摩性被覆層の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS599171A JPS599171A (ja) | 1984-01-18 |
| JPH0144787B2 true JPH0144787B2 (ja) | 1989-09-29 |
Family
ID=14730034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11817782A Granted JPS599171A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 金属円筒体における内周面への断熱・耐摩性被覆層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS599171A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5360634A (en) * | 1988-12-05 | 1994-11-01 | Adiabatics, Inc. | Composition and methods for densifying refractory oxide coatings |
| US6805968B2 (en) | 2001-04-26 | 2004-10-19 | Tocalo Co., Ltd. | Members for semiconductor manufacturing apparatus and method for producing the same |
| JP2013153029A (ja) | 2012-01-25 | 2013-08-08 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| WO2017137500A1 (de) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | Oerlikon Surface Solutions Ag, Päffikon | Tribologisches system eines verbrennungsmotors mit beschichtung |
-
1982
- 1982-07-07 JP JP11817782A patent/JPS599171A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS599171A (ja) | 1984-01-18 |
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