JPH0361754B2 - - Google Patents
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- JPH0361754B2 JPH0361754B2 JP8202884A JP8202884A JPH0361754B2 JP H0361754 B2 JPH0361754 B2 JP H0361754B2 JP 8202884 A JP8202884 A JP 8202884A JP 8202884 A JP8202884 A JP 8202884A JP H0361754 B2 JPH0361754 B2 JP H0361754B2
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
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- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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-
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- 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
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- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
-
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、アルミ鋳物などの部品を局部的に耐
熱、耐摩耗面で補強する母材の強化層形成方法に
係り、特に、強化層としてのセラミツク被覆層の
亀裂や剥離を確実に防止することができる母材の
強化層形成方法に関する。
熱、耐摩耗面で補強する母材の強化層形成方法に
係り、特に、強化層としてのセラミツク被覆層の
亀裂や剥離を確実に防止することができる母材の
強化層形成方法に関する。
一般に、自動車部品であるシリンダヘツダや、
ピストンなどのように耐熱性、耐摩耗性を局部的
に特に要求される部品については、その部分のみ
にセラミツク被覆層乃至被覆膜を形成し、強度的
に補強することがすでに研究乃至実施されてい
る。この強化層形成方法は、母材である金属表面
に、溶射法などにより、セラミツクを直接コーテ
イングするものであり、薄い被覆層を幾層も積層
して厚くし、特性の向上を図つている。
ピストンなどのように耐熱性、耐摩耗性を局部的
に特に要求される部品については、その部分のみ
にセラミツク被覆層乃至被覆膜を形成し、強度的
に補強することがすでに研究乃至実施されてい
る。この強化層形成方法は、母材である金属表面
に、溶射法などにより、セラミツクを直接コーテ
イングするものであり、薄い被覆層を幾層も積層
して厚くし、特性の向上を図つている。
ところで、この種従来方法にあつては、本来的
に接合性の悪い金属とセラミツクとを直接的に接
合させていることから、セラミツク被覆層に亀裂
が発生したり、或いはこれらの熱膨張差に起因し
て剥離現象が生じたりし、耐用期間の長い強化層
を形成することは非常に困難であつた。
に接合性の悪い金属とセラミツクとを直接的に接
合させていることから、セラミツク被覆層に亀裂
が発生したり、或いはこれらの熱膨張差に起因し
て剥離現象が生じたりし、耐用期間の長い強化層
を形成することは非常に困難であつた。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これ
を有効に解決すべく創案されたものである。
を有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、強化層を形成すべき母材の表
面に強化用ウイスカ又は繊維の混入した複合材料
層を形成してこの繊維端を露出させ、その後この
被着面部にセラミツク被覆層を結合させて積層す
るようにし、もつてセラミツク被覆層を強固に結
合させることができる母材の強化層形成方法を提
供するにある。
面に強化用ウイスカ又は繊維の混入した複合材料
層を形成してこの繊維端を露出させ、その後この
被着面部にセラミツク被覆層を結合させて積層す
るようにし、もつてセラミツク被覆層を強固に結
合させることができる母材の強化層形成方法を提
供するにある。
本発明は、強化用ウイスカ又は繊維が混入され
た金属系複合材料が耐熱性、耐摩耗性に優れた特
性を有し、その熱膨張係数がセラミツクとアルミ
ニウム合金等との中間部に位置するという知見を
得ることによりなされたもので、母材の表面に強
化用ウイスカ又は繊維の混入した複合材料層を形
成し、この複合材料層の被着面部を酸化腐食させ
て繊維端を露出処理し、爾後、上記複合材料層の
被着面部にセラミツク被覆層を結合させて積層す
るようにしたことを要旨とするものである。
た金属系複合材料が耐熱性、耐摩耗性に優れた特
性を有し、その熱膨張係数がセラミツクとアルミ
ニウム合金等との中間部に位置するという知見を
得ることによりなされたもので、母材の表面に強
化用ウイスカ又は繊維の混入した複合材料層を形
成し、この複合材料層の被着面部を酸化腐食させ
て繊維端を露出処理し、爾後、上記複合材料層の
被着面部にセラミツク被覆層を結合させて積層す
るようにしたことを要旨とするものである。
以下に、本発明方法の実施例を添付図面に基づ
いて詳述する。
いて詳述する。
第１図は、本発明方法により強化層が形成され
た母材を示す平面図、第２図は強化層の形成過程
を説明するための説明図である。
た母材を示す平面図、第２図は強化層の形成過程
を説明するための説明図である。
図中、１は表面を強化すべき母材であり、例え
ばピストン、シリンダ等の自動車のエンジン部品
などが採用され、金属材料としてはアルミニウム
合金、チタン、鉄等が適用されるが、これらに限
定されるものでない。この母材１の表面に複合材
料層２を形成し、更にこの被着面部にセラミツク
被覆層３をコーテイングして積層している。上記
複合材料はアルミニウム（Al）合金、チタン
（Ti）合金、マグネシウム（Mg）合金、鉄など
の母金属に炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素
（Si3N4）等の強化用ウイスカまたはSiC，Al2O4
などの短繊維或いは長繊維をを混入させて形成し
たもので耐熱性、耐摩耗性などの点において非常
に優れた特性を有す。この複合材料層２の被着面
部２ａにセラミツク被覆層３をコーテイングする
に際しては、予め複合材料層２の被着面部２ａを
酸化腐食させて繊維端４を露出させておく。これ
により繊維端４がセラミツク被覆層３中に侵入す
ることとなり、複合材料層２とセラミツク被覆層
３との機械的接合強度、セラミツク強度が向す
る。
ばピストン、シリンダ等の自動車のエンジン部品
などが採用され、金属材料としてはアルミニウム
合金、チタン、鉄等が適用されるが、これらに限
定されるものでない。この母材１の表面に複合材
料層２を形成し、更にこの被着面部にセラミツク
被覆層３をコーテイングして積層している。上記
複合材料はアルミニウム（Al）合金、チタン
（Ti）合金、マグネシウム（Mg）合金、鉄など
の母金属に炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素
（Si3N4）等の強化用ウイスカまたはSiC，Al2O4
などの短繊維或いは長繊維をを混入させて形成し
たもので耐熱性、耐摩耗性などの点において非常
に優れた特性を有す。この複合材料層２の被着面
部２ａにセラミツク被覆層３をコーテイングする
に際しては、予め複合材料層２の被着面部２ａを
酸化腐食させて繊維端４を露出させておく。これ
により繊維端４がセラミツク被覆層３中に侵入す
ることとなり、複合材料層２とセラミツク被覆層
３との機械的接合強度、セラミツク強度が向す
る。
次に、第２図に基づいて強化層の形成方法を更
に詳しく説明する。
に詳しく説明する。
まず、第２図ａに示す如く母材１の表面に前述
の複合材料層２を形成する。具体的には、予め成
型した複合材料層２を鋳型内（図示せず）に設置
して、これを母材１で鋳包んで結合させる。この
際、複合材料の母金属は、これが結合される母材
１の金属との関係より決定され、接合の整合性の
よい金属材料を選ぶ。
の複合材料層２を形成する。具体的には、予め成
型した複合材料層２を鋳型内（図示せず）に設置
して、これを母材１で鋳包んで結合させる。この
際、複合材料の母金属は、これが結合される母材
１の金属との関係より決定され、接合の整合性の
よい金属材料を選ぶ。
例えば、母材１がアルミニウム合金により構成
されているならば、複合材料の母金属も同種のア
ルミニウム合金より構成する。
されているならば、複合材料の母金属も同種のア
ルミニウム合金より構成する。
また、複合材料層２を形成するに際して、鋳造
前の鋳型内の形成すべき複合材料層に相対応する
部分に、予め強化用ウイスカ又は繊維のみを載置
形成し、そして、この鋳型内に湯を流し込んで母
材の表面に複合材料層２を一体的に形成するよう
にしてもよい。この場合、湯を鋳型内へ適宜加圧
供給することにより、湯と強化用ウイスカ等との
混合を促進させることができる。
前の鋳型内の形成すべき複合材料層に相対応する
部分に、予め強化用ウイスカ又は繊維のみを載置
形成し、そして、この鋳型内に湯を流し込んで母
材の表面に複合材料層２を一体的に形成するよう
にしてもよい。この場合、湯を鋳型内へ適宜加圧
供給することにより、湯と強化用ウイスカ等との
混合を促進させることができる。
次に第２図ｂに示す如く、母材１の表面に結合
された複合材料層２の被着面部２ａを酸化処理し
て母金属のみで腐食させて、繊維端４のみを適宜
長さだけ例えば数ミリメートル程度だけ露出させ
る。酸化腐食剤としては塩酸、硫酸のごとき酸或
いは水酸化ナトリウムのごときアルカリでもよく
何ら限定されるものでない。例えば複合材料の母
金属がアルミニウム合金の場合には、酸化腐食剤
として水酸化ナトリウム（NaOH）溶液を使用
し、具体的には温度60〜70℃、濃度５％水酸化ナ
トリウム水溶液に、複合材料層２の被着面部２ａ
を２〜３分浸漬させる。尚、酸化腐食剤の濃度、
温度、浸漬時間はそれに限定されない。
された複合材料層２の被着面部２ａを酸化処理し
て母金属のみで腐食させて、繊維端４のみを適宜
長さだけ例えば数ミリメートル程度だけ露出させ
る。酸化腐食剤としては塩酸、硫酸のごとき酸或
いは水酸化ナトリウムのごときアルカリでもよく
何ら限定されるものでない。例えば複合材料の母
金属がアルミニウム合金の場合には、酸化腐食剤
として水酸化ナトリウム（NaOH）溶液を使用
し、具体的には温度60〜70℃、濃度５％水酸化ナ
トリウム水溶液に、複合材料層２の被着面部２ａ
を２〜３分浸漬させる。尚、酸化腐食剤の濃度、
温度、浸漬時間はそれに限定されない。
この場合、強化用ウイスカ等は耐腐食性が大き
いため耐腐食性の小さい母金属のみが酸化され、
繊維端４が数ミリメートル露出することになる。
いため耐腐食性の小さい母金属のみが酸化され、
繊維端４が数ミリメートル露出することになる。
次に、上述の処理により繊維端４の露出された
複合材料層２の被着面部２ａに第２図ｃに示す如
くセラミツクを溶射処理し、セラミツク被覆層３
を結合させて積層する（図中破線で示す）。これ
により、第１図にも示す如く露出した繊維端４が
セラミツク被覆層３中に侵入した状態となり、セ
ラミツク被覆層３を複合材料層２に強固に接合さ
せることができる。従つて、セラミツク被覆層３
を複合材料層２を介して母材１側に確実に結合さ
せることができる。尚、複合材料層２は前述の如
く母材１に鋳包まれているので、これらが分離す
ることはない。
複合材料層２の被着面部２ａに第２図ｃに示す如
くセラミツクを溶射処理し、セラミツク被覆層３
を結合させて積層する（図中破線で示す）。これ
により、第１図にも示す如く露出した繊維端４が
セラミツク被覆層３中に侵入した状態となり、セ
ラミツク被覆層３を複合材料層２に強固に接合さ
せることができる。従つて、セラミツク被覆層３
を複合材料層２を介して母材１側に確実に結合さ
せることができる。尚、複合材料層２は前述の如
く母材１に鋳包まれているので、これらが分離す
ることはない。
また、セラミツク被覆層３と母材１との間に挟
まれる如く形成された複合材料層２の熱膨張係数
はセラミツクと母材１を構成する金属とのそれぞ
れの熱膨張係数のほぼ中間部に位置するため、複
合材料層２が母材１とセラミツク被覆層３との間
に生ずる熱膨張差を緩衝することになる。従つ
て、セラミツク被覆層３に大きな歪が生ずること
もなく、この強度を可及的に向上させることがで
きるばかりでなく耐剥離性も向上させることがで
きる。
まれる如く形成された複合材料層２の熱膨張係数
はセラミツクと母材１を構成する金属とのそれぞ
れの熱膨張係数のほぼ中間部に位置するため、複
合材料層２が母材１とセラミツク被覆層３との間
に生ずる熱膨張差を緩衝することになる。従つ
て、セラミツク被覆層３に大きな歪が生ずること
もなく、この強度を可及的に向上させることがで
きるばかりでなく耐剥離性も向上させることがで
きる。
次に、第３図に基づいて、母材としてアルミニ
ウム合金よりなるピストンヘツドにセラミツクよ
りなる強化層を形成する場合について説明する。
ウム合金よりなるピストンヘツドにセラミツクよ
りなる強化層を形成する場合について説明する。
ピストンヘツドはエンジンにおいて特に耐熱
性、耐摩耗性を要求される部分であり、この部分
における強度向上が大きな課題となつている。
性、耐摩耗性を要求される部分であり、この部分
における強度向上が大きな課題となつている。
まず、第３図ａに示す如く、ピストンヘツド部
の平坦面に合致させて所定の厚さをもつて成型し
た前述の複合材料層２を、アルミニウム合金を母
材として鋳包み、ピストン本体５の外形を形成す
る。この場合、通常ピストンはアルミニウム合金
により構成されるので、接合の整合性を良好にす
るため複合材料層２の母金属としてアルミニウム
合金を採用するのがよい。また軽量化を目的とす
るならば、チタニウム或いはマグネシウム合金な
どを採用してもよい。複合材料層２の厚さは、こ
れに混入される強化用ウイスカ等が非常に高価な
ことから結合強度が低下しない範囲でできるだけ
薄くする。
の平坦面に合致させて所定の厚さをもつて成型し
た前述の複合材料層２を、アルミニウム合金を母
材として鋳包み、ピストン本体５の外形を形成す
る。この場合、通常ピストンはアルミニウム合金
により構成されるので、接合の整合性を良好にす
るため複合材料層２の母金属としてアルミニウム
合金を採用するのがよい。また軽量化を目的とす
るならば、チタニウム或いはマグネシウム合金な
どを採用してもよい。複合材料層２の厚さは、こ
れに混入される強化用ウイスカ等が非常に高価な
ことから結合強度が低下しない範囲でできるだけ
薄くする。
次に上述の如くピストンヘツド部に鋳包んだ上
記複合材料層２の上面である被着面部２ａを例え
ば前述と同様なNaOH溶液に浸漬して酸化腐食
させ、第３図ｂに示す如く繊維端４を露出させ
る。この露出した繊維端４の長さはこれに被覆さ
れることになるセラミツクの厚さにより決定さ
れ、例えば数ミリメートル程度とする。酸化腐食
剤の種類、濃度、温度、浸漬時間等は複合材料層
２の母金属に存在して適宜最適なものを選定す
る。
記複合材料層２の上面である被着面部２ａを例え
ば前述と同様なNaOH溶液に浸漬して酸化腐食
させ、第３図ｂに示す如く繊維端４を露出させ
る。この露出した繊維端４の長さはこれに被覆さ
れることになるセラミツクの厚さにより決定さ
れ、例えば数ミリメートル程度とする。酸化腐食
剤の種類、濃度、温度、浸漬時間等は複合材料層
２の母金属に存在して適宜最適なものを選定す
る。
次に、繊維端４の露出した複合材料層２の表面
である被着面部２ａにセラミツクコーテイング処
理を施し、セラミツク被覆層３を結合させて積層
し、第３図ｃに示す如くピストンを完成する。
尚、第３図ｃはピストンの拡大図を示す。
である被着面部２ａにセラミツクコーテイング処
理を施し、セラミツク被覆層３を結合させて積層
し、第３図ｃに示す如くピストンを完成する。
尚、第３図ｃはピストンの拡大図を示す。
これにより、複合材料層３とセラミツク被覆層
２とが強固に結合され、セラミツク被覆層２をピ
ストン本体側へ強固に結合させることができ、亀
裂発生の防止、耐剥離性の向上を図ることができ
る。
２とが強固に結合され、セラミツク被覆層２をピ
ストン本体側へ強固に結合させることができ、亀
裂発生の防止、耐剥離性の向上を図ることができ
る。
従つて、上述の方法をピストンの強化層形成方
法に採用することによりピストンの耐熱性、耐摩
耗性及び耐久性を可及的に向上させることができ
る。
法に採用することによりピストンの耐熱性、耐摩
耗性及び耐久性を可及的に向上させることができ
る。
尚、上記実施例にあつては、強化層であるセラ
ミツク被覆層をピストンヘツドに結合させる場合
について説明したが、これに限定されるものでな
くセラミツク強化層を形成するどのような部材に
も適用し得る。
ミツク被覆層をピストンヘツドに結合させる場合
について説明したが、これに限定されるものでな
くセラミツク強化層を形成するどのような部材に
も適用し得る。
また、複合材料層を母材に鋳包むに際しても、
母材に鋳包まれることになる複合材料層の面部を
予め前述したと同様に酸化腐食処理して繊維端を
露出させておくことにより、母材と複合材料層と
の結合強度も向上させることができる。
母材に鋳包まれることになる複合材料層の面部を
予め前述したと同様に酸化腐食処理して繊維端を
露出させておくことにより、母材と複合材料層と
の結合強度も向上させることができる。
以上要するに、本発明よれば次のような優れた
効果を発揮することができる。
効果を発揮することができる。
(1) 繊維端の露出された複合材料層の被着面部に
セラミツク被覆層を形成するようにしたので、
この被覆層を母材に強固に結合させることがで
き、機械的強度を向上させて亀裂発生の防止を
図ることができる。
セラミツク被覆層を形成するようにしたので、
この被覆層を母材に強固に結合させることがで
き、機械的強度を向上させて亀裂発生の防止を
図ることができる。
(2) また、複合材料の熱膨張係数は母材とセラミ
ツクの熱膨張係数の中間部に位置するので、熱
膨張差を吸収してセラミツクの耐剥離性を向上
させることができる。
ツクの熱膨張係数の中間部に位置するので、熱
膨張差を吸収してセラミツクの耐剥離性を向上
させることができる。
第１図は本発明方法によりセラミツク強化層が
形成された母材を示す平面図、第２図は強化層の
形成過程を説明するために説明図、第３図は母材
としてピストンに強化層を形成する過程を説明す
るための説明図である。 尚、図中、１は母材、２は複合材料層、２ａは
被着面部、３はセラミツク被覆層、４は繊維端で
ある。
形成された母材を示す平面図、第２図は強化層の
形成過程を説明するために説明図、第３図は母材
としてピストンに強化層を形成する過程を説明す
るための説明図である。 尚、図中、１は母材、２は複合材料層、２ａは
被着面部、３はセラミツク被覆層、４は繊維端で
ある。
Claims (1)
- １ 母材の表面に強化層を形成するに際して、上
記母材の表面に、強化用ウイスカ又は繊維の混入
した複合材料層を形成し、該複合材料層の被着面
部を酸化腐食させて繊維端を露出処理し、爾後、
上記複合材料層の被着面部にセラミツク被覆層を
結合させて積層するようにしたことを特徴とする
母材の強化層形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8202884A JPS60228663A (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 母材の強化層形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8202884A JPS60228663A (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 母材の強化層形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60228663A JPS60228663A (ja) | 1985-11-13 |
| JPH0361754B2 true JPH0361754B2 (ja) | 1991-09-20 |
Family
ID=13763069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8202884A Granted JPS60228663A (ja) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | 母材の強化層形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60228663A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6293360A (ja) * | 1985-10-17 | 1987-04-28 | Toyota Motor Corp | 溶射層の形成方法 |
| JP2595946B2 (ja) * | 1986-12-15 | 1997-04-02 | いすゞ自動車株式会社 | 複合材ピストン及びその製造方法 |
| JPS6445780A (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-20 | Shinagawa Refractories Co | Method for bonding material having different thermal expansion coefficients |
| JPH02270954A (ja) * | 1989-04-10 | 1990-11-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 成形体 |
| DE69431909T2 (de) * | 1993-04-30 | 2003-11-06 | Foster-Miller, Inc. | Ein verstärktes verbindungselement von verbundstrukturen und verfahren zum verbinden von verbundteilen |
| JP6057330B2 (ja) * | 2013-01-17 | 2017-01-11 | 日本発條株式会社 | 複合材及び複合材の製造方法 |
| CN105441860A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-03-30 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层及其制备方法 |
-
1984
- 1984-04-25 JP JP8202884A patent/JPS60228663A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60228663A (ja) | 1985-11-13 |
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