JPH03267553A - 内燃機関用アルミニウム合金製ピストン - Google Patents

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〕 本発明は内燃機関に用いられるアルミニウム合金製ピス
トンに関し、特にピストンのリング溝表面からピストン
リング表面へのアルミニウム合金の転移、凝着を防止し
た内燃機関用アルミニウム合金製ピストンに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕近年、
自動車等の内燃機関は高出力化及び高速回転化の傾向に
あり、このた狛内燃機関の熱負荷が増大し、油温も上昇
している。このような苛酷な条件下でアルミニウム合金
製ピストンを作動させると、ピストンのリング溝表面か
らピストンリング表面へアルミニウム合金が凝着する現
象が生じる。この凝着現象は、ピストンのリング溝の局
部的摩耗、ピストンリングの焼付き及び折損を弓き起し
、エンジントラブルの原因となっている。

そこで、ピストンリングの表面に二硫化モリブデン−熱
硬化型有機樹脂を塗布した後焼成することにより耐熱耐
摩耗性層を形成し、これによりエンジントラブルの原因
となるアルミニウム合金の凝着現象を防止することが提
案された（実開昭６０８２５５２号）。このような二硫
化モリブデン−熱硬化型有機樹脂の焼成膜を有するピス
トンリングは、エンジントラブルの解消に一定の成果が
あるが、熱負荷が大きくて油温か高いといった苛酷な使
用条件下においては、耐摩耗性及び寿命の面でまだ不十
分である。

また耐摩耗性を向上するために、ピストンのリング溝表
面に硬質アルマイト処理により高硬度の酸化アルミニウ
ム膜を形成することが一部で行われているが、上記酸化
アルミニウム膜は面粗度が大きく、クラックが発生しや
すいため、このようなピストンを自動車等の内燃機関に
用いると、初期オイル消費量の増大及びブローパイの増
加による内燃機関の出力低下といった問題があり、一般
に広く採用されていない。

さらに、ピストンのリング溝の耐摩耗性を向上するため
に、ピストンに耐摩環を鋳ぐるみ、前記耐摩環にリング
溝を形成することも一部で行われているが、ピストンの
リングランドスペースの短いガソリンエンジン用等の小
型ピストンには一般に採用されていない。

さらに、ピストンのリング溝の耐摩耗性を向上するため
に、炭化珪素ウィスカー等を分散させた分散強化型アル
ミニウム合金によりピストンを製造することも一部で行
われているが、コスト高となる上、ピストンリング表面
の摩耗が大きい等の問題があり、一般に採用されていな
い。

さらに、ピストンのリング溝の耐摩耗性を向上するため
、及びピストンリングのアルミニウム凝着を防止するた
約に、ピストンのリング溝の表面に無電解めっき法によ
って、ニッケルー燐めつき（いわゆるカニゼンｔつき）
を施すことも一部では行われているが、この方法では十
分な硬度のめっき層が得られず、また熱硬化処理を施す
ことができないため、耐摩耗性及び耐久性の面で不十分
である。

従って本発明の目的は、ピストンのリング溝の表面から
ピストンリング表面へのアルミニウム合金の凝着を防止
することができる内燃機関用アルミニウム合金製ピスト
ンを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に２み鋭意研究の結果、本発明者は、内燃機関
用アルミニウム合金製ピストンのリング溝表面に、ニッ
ケルとタングステンとボロンとからなるアルミニウムよ
り硬質で高強度のめっき層を、無電解めっき法により形
成することによって、熱硬化処理を施さずに、ピストン
のリング溝表面からピストンリング表面へのアルミニウ
ム合金の凝着、及びリング溝の摩耗を防止することがで
きることを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の内燃機関用アルミニウム合金製ピス
トンは、ピストン外周のリング溝の表面に、ニッケルと
タングステンとボロンとからなる合金めっき層が無電解
めっき法により形成されていることを特徴とする。

〔実施例及び作用〕

第１図は、本発明の内燃機関用アルミニウム合金製ピス
トンのリング溝の近傍を詳細に示す断面図である。アル
ミニウム合金製ピストン１は外周囲面に複数のリング溝
２．２′を有し、各リング溝２．２′にはピストンリン
グ３．３′が収容されている。各ピストンリング３．３
′はシリンダ４の内壁に摺接している。

本実施例においては、リング溝２．２′の表面を含むピ
ストン１の表面に、無電解めっき法によりニッケルータ
ングステン−ボロン合金めっき層５が形成されている。

このニッケルータングステン−ボロン合金めっき層５は
、せん断強さに優れたニッケルと、耐熱性及び耐食性に
優れたタングステンと、耐摩耗性及び耐スカツフ性に優
れたボロンとから構成された合金めっき層であるため、
アルミニウムの凝着現象を防止するのに十分な、せん断
強さ、耐摩耗性、耐食性及び耐スカツフ性を有する。ま
たニッケルータングステン−ボロン合金めっき層５は、
析出状態におけるビッカース硬度を８００以上に確保可
能であるため、熱硬化処理を施さなくても十分な硬度が
得られる。さらにニッケルータングステン−ボロン合金
めっき層５は優れた耐熱性を有する。また本実施例にお
ける無電解めっき法によるニッケルータングステンボロ
ン合金のめっき方法が、均一電着性に優れているため、
ニッケルータングステン−ボロン合金めっき層５が均一
な厚さに形成される。従って、リング溝２．２′の表面
からピストンリング３．３′の表面へのアルミニウム合
金の凝着を防止する耐久性の高いニッケルータングステ
ン−ボロン合金めっき層５を有するアルミニウム合金製
ピストンが得られる。

無電解めっき法により形成されるニッケルータングステ
ン−ボロン合金めっき層５の中に含まれるタングステン
は、ニッケルータングステン−ボロン合金めっき層５の
耐熱性及び耐食性を向上する。タングステンの量が３重
量％未満では、耐熱性及び耐食性の効果はない。また５
０重量％を超えても耐熱性及び耐食性に著しい向上は見
られず、経済性の観点から見ると不利である。従ってタ
ングステンの量は３〜５０重量％とするのが好ましい。

特に好ましいタングステンの量は５〜４５重量％である
。

また、無電解めっき法により形成されるニッケルータン
グステン−ボロン合金めっき層５の中に含まれるボロン
は、タングステンとともにニッケルータングステン−ボ
ロン合金めっき層５の耐食性及び耐熱性の向上に優れた
効果を発揮する。ボロンハサらに、ニッケルータングス
テン−ボロン合金めっき層５の硬度を高め、耐摩耗性、
耐スカツフ性の向上に優れた効果を発揮する。ボロンの
量が０．５重量％未満では十分な硬度が得られず、耐摩
耗性向上の効果も小さい。また１０重量％を超えると硬
度は増すが脆くなり、衝撃強度も低下する。従って、ボ
ロンの量は０．５〜１０重量％とするのが好ましい。特
に好ましいボロンの量は１〜５重量％である。

ニッケルータングステン−ボロン合金めっき層５の残部
は、実質的にニッケルである。従って、ニッケルの量は
４０〜９６．５重量％が好ましく、特に好ましいニッケ
ルの量は５０〜９４重量％である。

本実施例においては、アルミニウム合金製ピストンのリ
ング溝表面に、ニッケルータングステン−ボロン合金め
っき層が無電解めっき法により形成された例について示
したが、本発明はこれに限定されず、ニッケルータング
ステン−ボロン合金めっき層中に、向上させるべき機能
性に合わせた粒子が複合分散されている場合においても
、良好な効果を発揮する。例えば、耐摩耗性及び耐凝着
性をより一層向上するために、ニッケルータングステン
−ボロン合金めっき層中に硬質粒子、固体潤滑粒子が複
合分散されている場合においても、良好な効果を発揮す
る。

さらに本実施例においては、アルミニウム合金製ピスト
ンのリング溝表面に、ニッケルータングステン−ボロン
合金めっき層が無電解めっき法により形成された例につ
いて示したが、本発明はこれに限定されず、ニッケルー
タングステン−ボロン合金めっき層の上に、向上させる
べき機能性に合わせた他のめっき層が形成されている場
合においても、良好な効果を発揮する。例えば、ピスト
ンのスカート面の耐久性を向上させるために、ニッケル
ータングステン−ボロン合金めっき層の上に、Ｆｅ系ま
たはＮｌ系合金袷っき層、あるいは分散粒子を複合させ
た分散複合めっき層が形成されている場合においても、
良好な効果を発揮する。

本発明を以下の実施例によりさらに具体的に説明する。

実施例１ 外周にリング溝を有するアルミニウム合金　（ＡＣ８人
材）製のピストンを用い、前処理として通常のジンケー
ト処理を施した。

無電解めっき浴としてＮＩＢＯＦＲＡＭ　にボッラム：
ワールドメタル■製）を用いて浴温６０℃、ＰＨ６，７
に調整し、上記めっき浴中に上記アルミニウム合金製ピ
ストンを浸漬し、４０分間の無電解めっき処理を行った
。めっき処理後、１５０℃で１時間ベーキング処理を行
った。アルミニウム合金製ピストン上に形成されたニッ
ケルータングステン−ボロン合金めっき層の厚さはほぼ
均一であり、リング溝の表面においては厚さ　４．０ｕ
ｎ、ピストンスカート部においては厚さ　４．２ｕｒａ
であった。

このようにして得られたピストンを水冷４サイクル、４
気筒（１６００ｃｃ）のエンジンに組み込み、回転数６
４０Ｏｒｐｍ　、負荷４／４の運転条件で、１０時間耐
久テストを行った。テスト後、ピストンのリング溝の表
面からピストンリング表面へのアルミニウム合金の凝着
の有無を調べたところ、アルミニウム合金の凝着は、全
く認められなかった。また、リング溝及びピストンリン
グ表面の摩耗もほとんど認められなかった。

比較例１ 実施例１と同様のアルミニウム合金（Ａ［１，８Ａ材）
製ピストンをそのままエンジンに組み込み、実施例１と
同様のテストを行った。テスト後、ピストンリング表面
には、リング溝の表面からのアルミニウム合金の凝着が
顕著に認められた。

比較例２ 実施例１と同様のアルミニウム合金（ＡＣＢＡ材）製の
ピストンを用い、前処理として通常のジンケート処理を
施した。

無電解めっき浴としてニッケルー燐合金めっきであるシ
ューマ（日本カニゼン■製）を用いて、上記アルミニウ
ム合金製ピストンのリング溝部及びスカート部表面に厚
さ５即のめっき層を形成した。ｔつき処理後、　１５０
℃で１時間ベーキング処理を行った。

このようにして得られたアルミニウム合金製ピストンに
、実施例１と同様のテストを行ったところ、テスト後に
おいて、ピストンリング表面には、局部的にリング溝の
表面からのアルミニウム合金の凝着が４気筒ともに認め
られた。またリング溝部に形成しためっき層の厚さが、
テスト前後で５虜からＯｔａ〜２．０謝に減少しており
、部分的にピストンのリング溝の摩耗が認められた。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明のアルミニウム合金製ピ
ストンは、リング溝の表面に高硬度であり、かつせん断
強さ、耐熱性、耐摩耗性、耐食性、耐スカツフ性に優れ
たニッケルータングステンボロン合金めっき層が無電解
めっき法により形成されている。これにより、ピストン
のリング溝の表面からピストンリング表面へのアルミニ
ウム合金の凝着を防止することができる。よって、本発
明のピストンを自動車等の内燃機関に組み込むことによ
り、ピストンのリング溝の局部的摩耗、ピストンリング
の焼付及び折損等に起因するエンジントラブルの発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピストンのリング溝の近傍を詳細に示
す部分断面図である。 １・・・・アルミニウム合金製ピストン２．２′　・リ
ング溝 ３．３′　・ピストンリング ４・　・・シリンダ ５・・・・ニッケルータングステン −ボロン合金めっき層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関用アルミニウム合金製ピストンにおいて
   、前記ピストン外周のリング溝の表面に、ニッケルとタ
   ングステンとボロンとからなる合金めっき層が無電解め
   っき法により形成されていることを特徴とするアルミニ
   ウム合金製ピストン。
2. （２）請求項１に記載の内燃機関用アルミニウム合金製
   ピストンにおいて、前記合金めっき層が、３〜５０重量
   ％のタングステンと、０．５〜１０重量％のボロンと、
   ４０〜９６．５重量％のニッケルとからなることを特徴
   とするアルミニウム合金製ピストン。