JPH08512343A - 固体潤滑剤と硬化可能な鋼から成る被覆系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃エンジンのシリンダボアーのような面を被覆するプラズマスプレー可能な粉末であって、この粉末は、（i）黒鉛、ＭｏＳ₂、ＢＮ、ＣａＦ₂およびＬｉＦからなる群から選ばれた複数の固体潤滑剤粒子、および（ii）固体潤滑剤粒子に隣接する溶融可能な成分を有してなる粒子の大きさの団塊を含んでなり、成分は摩擦を促進する使用によって空気中硬化可能であり、また潤滑剤および溶融可能成分は粒体内で低溶融点の媒体によって塊成される。高温に曝され、また湿潤潤滑される金属境界面に使用するための固体潤滑剤被覆系であって、これは（i）黒鉛、窒化ほう素、二硫化モリブデン、弗化リチウム、ＮａＦ、ＷＳ₂および弗化カルシウムからなる群から選ばれた固体潤滑剤粒子、および（ii）互いに溶融され、少なくともある交点で前記固体潤滑剤粒子と結合している鋼粒子よりなる粒子の団塊を含み、前記鋼粒子のある部分は被覆を高温の境界面に露出させることで空気中硬化されてなる。滑り摩耗に曝される耐摩擦被覆面を形成する方法であって、この方法は、（a）固体潤滑剤粒子、および鋼粒子のような空気中硬化可能で溶融可能な成分が塊成された粒体を形成し、粒子はワックスのような低溶融点の媒体で団塊とされ、（b）軽金属ベースの成分よりなる表面を形成し、（c）前記表面に上記粒体を１００〜２５０ミクロンの厚さ範囲で熱スプレーして、結合剤が実質的に存在しない被覆を形成するようになし（前記熱スプレーの温度がワックスを液化し、灰の出ない状態で燃焼させて排除する）、（d）溶融可能粒子の少なくとも一部を研磨して除去し、該粒子のエッジを露出させるようになし、および（e）露出された部分を空気中硬化させる（すなわち、利用可能な境界面の摩擦によって行う）、諸段階を含む。耐摩擦被覆の施された１つ以上のシリンダボアーを有するエンジンブロックであって、このブロックは、互いに且つまた前記ボアー壁に溶融した粒体でなるオイル吸引被覆を含んでなり、前記粒体は固体潤滑剤粒子および硬化された溶融粒子との団塊を含んでなり、固体潤滑剤粒子は黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ほう素、弗化リチウム、および弗化カルシウムからなる群から選択され、この被覆は仕上げ研磨されて溶融粒子の或る縁部を露出させるようになされている。

Description

【発明の詳細な説明】 固体潤滑剤と硬化可能な鋼から成る被覆系 発明の背景 技術分野 本発明は、流体潤滑される金属の摩耗境界面すなわち接触面技術に係わり、更 に詳しく言えば、高温で高い単位擦過（scraping）荷重すなわち単位支承荷重に 耐え、完全または部分的な湿潤潤滑により機能するように改良された前述の境界 面に対する耐摩耗性固体フィルム潤滑剤の使用に関する。従来技術の説明 軸受に関してある種の固体フィルム潤滑剤を使用することが知られている。米 国特許第１６５４５０９号（１９２７）は、金属結合剤（例えば、鉄、アルミニ ウム、青銅、錫、鉛、バビット、または銅）によって包まれすなわちカバーされ た粉末黒鉛を使用して厚い被覆を形成するようになすことを開示しており、この 金属は黒鉛を埋没させるすなわち覆い隠すために溶融法またはアークスプレー法 によって少なくとも熱可塑性の状態となるまで加熱される。この被覆は限られた 摩擦低減性を発現する。不都合なことに、（i）黒鉛は金属が大きく摩耗されな ければ露出せず、したがって重要な低摩擦を実現できず、（ii）黒鉛を包むすな わち埋設させる前に金属が溶融状態になって熱影響および熱歪みを生じてしまい 、（iii）金属の酸化物が主潤滑剤として働く。 従来技術はまた米国特許第５０８００５６号に記載されているようにエンジン のシリンダボアー面に固体フィルム潤滑剤としてアルミニウム青銅を熱スプレー （酸素−燃料）する利点を認識した。このような特許を付与された被覆の高温時 の潤滑性は満足できない。何故ならば、（i）通常は鋳鉄、モリブデン被覆鋳鉄 、またはメッキした硬質クロムを含むピストンリング材料との適合性に欠け、（ ii）冷却した部分の歪みを防止するために熱を素早く放散させるための精密な部 材加工（tooling）を必要とするほどの熱入力であるので、酸素・燃料による材 料の熱スプレーが望ましくないからである。 本件発明者は、高温で作用可能であるが、金属でないセラミックスと境界面を 形成するように設計されて、液体が存在しない状態で一般に小荷重の応用例のも のとされるか、油の存在しない環境で金属と境界面を形成するように設計された ある種の固体潤滑剤を既に開示した。開示した１つの固体フィルム潤滑剤は、ニ ッケルおよびクロム合金で構成されたシール支持部上に豊富に展開された高粘性 の熱可塑性ポリマー結合剤中の黒鉛および窒化ほう素を含んでなる。この処方は 、作動温度以上において、また乾燥状態でのみ機能されて、荷重のもとで表面に て軟化される硬質被覆を提供するために設計された。熱可塑性高分子ベースの公 式化は、実質的に改良されなければ、シリンダボアーのような高負荷エンジン部 材の要求に合わせるためには満足できない。何故ならば、境界面は湿潤潤滑され るようになされており、単位荷重はかなり大きく（５００ｐｓｉ（３５．１５ｋ ｇ／ｍｍ²）に近い）、表面温度は更に高く、擦過を生じるからである。開示さ れた他の固体フィルム潤滑剤は、ニッケル、銅またはコバルトから成る結合剤中 のハロゲン化物塩またはＭｏＳ₂（組み合わせ使用されない）であり、被覆は改 良されなければ内燃シリンダボアー壁用の安定した且つ耐久性のある摩擦防止被 覆を形成するうえで有効とはならない。何故ならば、この処方は乾燥状態でセラ ミックス（主にケイ酸リチウムアルミニウムおよびケイ酸マグネシウムアルミニ ウム）に対して作用するように設計されており、したがって正しいマトリックス が使用されておらず、固体フィルム潤滑剤の正しい組み合わせも使用されていな い。特に重要なことは、この処方においては、金属の部分的な酸化を通じてセラ ミック適合酸化物（例えば酸化銅または酸化ニッケル）を生じるように設計され たという事実である。これらの系はまた最大限３００〜５００ミクロンの摩耗を 許容するように設計された。本発明の下では、僅か５〜１０ミクロンの摩耗しか 許されない。 本発明の目的は、内燃エンジンのシリンダボアーに被覆を施すためのプラズマ スプレー可能な粉末を提供することであり、この粉末は様々な固体潤滑剤が塊成 された粒体を有し、団塊は高硬度の島状体（island）の形成を促進するために溶 融可能且つ空気中硬化可能（air-hardenable）な成分で取り囲まれている。 本発明の他の目的は、高温の応用例に対して、特に、オイル潤滑が失われたと き、またはオイル漏れが生じているときに（従来のまたは改良されたピストンリ ングの負荷荷重に十分対抗できるが）、６００°Ｆ（３１４°Ｃ）を超える温度 のシリンダボアー壁に沿う、摩擦を経済的に低減する被覆組成を提供することで ある。 他の目的は、優れた付着と正確な被着を達成しながら、ボアー壁の狭いまたは 選択された領域にプラズマスプレーして被覆を迅速に付与することで被覆シリン ダ壁を形成し、また最終ボアー面の粗加工と仕上げ加工の少ない方法を提供する ことである。 本発明の更に他の目的は、エンジン用の被覆されたアルミニウム合金シリンダ 壁製品を提供することであり、この製品は、（i）全体でガソリン燃料車両の２ 〜４％の燃料経済性の向上をもたらすことになるピストン系統の摩擦減少および ピストンブローバイの減少の達成を助け、（ii）炭化水素放出量を減少し、（ii i）中間速度（すなわち１０００〜３０００ｒｐｍ）において広スロットル開度 状態で少なくとも２０％ほどエンジン振動を減少させる。 発明の概要 本発明は第１の概念においては、内燃エンジンのシリンダボアーのような面を 被覆する熱スプレー（特にプラズマによる）可能な粉末である。この粉末は、（ i）黒鉛、ＭｏＳ₂、ＢＮ、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、およびＬｉＦ／ＣａＦ₂またはＬｉ Ｆ／ＮａＦ₂の共晶混合物から選択された複数の固体潤滑剤粒子、および（ii） 固体潤滑剤粒子に隣接する溶融可能な成分から成る粒子サイズの団塊を含み、前 記成分は摩擦を促進する使用の際に空気中硬化可能であり、また潤滑剤と溶融可 能成分は粒体中の低融点媒体によって塊成されている。 本発明は第２の概念において、高温に曝される金属境界面に使用するための固 体潤滑剤被覆系を含む。この被覆系は金属基体すなわち境界面に付着した粒体を 形成する塊成された粒子を含み、前記粒子は、（i）黒鉛、六方晶窒化ほう素（ ＢＮ）、二硫化モリブデン、弗化リチウム、弗化カルシウム、およびＬｉＦ／Ｃ ａＦ₂またはＬｉＦ／ＮａＦ₂の共晶混合物から選択された固体潤滑剤粒子、およ び（ii）互いに溶融され、少なくともある交点で前記固体潤滑剤粒子と結合して いる鋼粒子を含み、前記鋼粒子のある部分は、被覆が高温の境界面に露出される 際に空気中硬化される。鋼粒子は、好ましくは、７０％の鉄、１５〜２４％のク ロムおよび約８％のニッケルから成るステンレス鋼であることが望ましい。団塊 は、体積で１５〜２５％の固体潤滑剤粒子および７４〜８４％のステンレス鋼を 含むことが好ましい。鋼の空気中硬化硬度は約Ｒｃ６０であり、この被覆系で得 られる摩擦係数は乾燥時約０．１４、また部分的に濡れた潤滑状態で０．０６〜 ０．０８である。 本発明の他の概念は、滑り摩耗に曝される摩擦防止被覆面を形成する方法であ る。この方法は、（a）固体潤滑剤粒子、および鋼粒子のような空気中硬化可能 で溶融可能な成分が塊成された粒体を形成し、前記粒子は低溶融点の容易に燃焼 される灰の形成されないワックスのような結合剤すなわち媒体で塊成され、（b ）軽金属ベース（基）の部品表面を用意し、（c）前記表面に上記粒体を１００ 〜２５０ミクロンの厚さ範囲で熱スプレーして、結合剤が実質的にない被覆を形 成するようになし（前記熱スプレーの温度がワックスを灰の生じない状態で燃焼 させて排除する）、（d）溶融可能粒子の少なくとも一部を研磨して除去し、該 粒子のエッジを露出させるようになし、および（e）露出された部分を空気中硬 化させる（すなわち、熱スプレー被着処理で生じる境界摩擦の利用によって行う ）、以上の各段階を含む。 本発明の更に他の目的は、耐摩擦被覆の施された１つ以上のシリンダボアーを 有するエンジンブロックである。このブロックは、（a）少なくとも１つのシリ ンダボアー壁を有する鋳造アルミニウム基シリンダブロック、および（b）相互 間でも、また前記ボアー壁とも溶融し合った粒体から成るオイル吸引被覆を含む 。前記粒体は、固体潤滑剤粒子と溶融し硬化した粒子との団塊を含み、固体潤滑 剤粒子は、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ほう素、弗化リチウム、弗化カルシウ ム、およびＬｉＦ／ＣａＦ₂またはＬｉＦ／ＮａＦ₂の共晶混合物からなる群から 選ばれ、この被覆は仕上げ研磨されて溶着粒子のある縁部を露出させるようにな されている。 図面の簡単な説明 第１図は本発明の原理を具現する被覆系の顕微鏡用薄片の概略図、 第２図は本発明の粉末粒体の拡大断面図、 第３図は第２図に類似するが代替的な粉末粒体の組織を示す図、 第３ａ図は第３図の粒体の一部を形成する１つの種類の粒子を更に拡大した図 、 第３ｂ図は第３図の一部を形成する他の種類の粒子の更に拡大した図、 第４図は新たに被着されたプラズマスプレー被覆の顕微鏡用薄片の著しく拡大 した概略図、 第５図はクーロン摩擦に作用する力の概略図、 第６図はクーロン摩擦に影響する正規面の不規則性を示す境界面の横断面の極 めて拡大した顕微鏡観察図、 第７図はクーロン摩擦に影響する境界面上の固体フィルムの付与を示す第６図 に類似の図、 第８図は応力および温度の関数としての表面フィルムの塑性流れの立ち上がり を示すグラフ、 第９図は表面フィルムの温度の関数としての表面エネルギー（硬度）のグラフ 、 第１０図は時間の関数としての黒鉛ブロックの摩擦係数を示すグラフ、 第１１図は５００°Ｆ（２００°Ｃ）の温度で試験した本発明の被覆系に関す る摩擦係数、また時間の関数としての摩耗を示すグラフ、 第１２図は本発明の被覆された部材を製造する方法に必要な段階を概略的に示 すブロック線図、 第１３図はシリンダブロックボアー内への装着および本発明に必要な被覆の実 施のために所定位置とされたライナーの一部の拡大断面図、 第１４図はシリンダボアーへの被覆系の負荷を促進するピストンリングの移動 を示す、シリンダボアー内でのピストンの往復動作に必要な機構の概略図、 第１５図は横断面で示されたシリンダボアーにプラズマ金属に基づく被覆を高 温で被着する被覆装置の図、および 第１６図はエンジンの全体的な摩擦、摺動およびこのエンジンの燃料消費量を 減少させる環境にある１つの被覆されたシリンダボアーを示す、本発明の製品を 含む内燃エンジンの横断面図である。詳細な説明および最良の形態 少なくとも１０ｐｓｉ（０．７０３ｋｇ／ｍｍ²）の荷重を受ける通常のオイ ル浴を付与される金属接触面間の高温時の摩擦係数を大幅に減少させるために、 本発明被覆系は、黒鉛またはそれ自体潤滑性の他のいずれのものにも依存するこ とはできず、むしろ滑らかな境界面となるように研磨されるときに耐摩耗性の摩 擦防止軸受面として機能する空気中硬化可能な金属基枠材に含まれる固体潤滑剤 の特殊な組み合わせに依存できる。 第１図に示されるように、本発明の系は金属基体すなわち壁１０に付着された 粉末粒体の層Ａを含み、各粒体はオイル吸着固体潤滑粒子と固体潤滑剤粒子の各 各を取り囲む空気中硬化可能で溶融可能な成分から成る団塊を含む。オイル吸着 固体潤滑剤粒子は黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ほう素、二弗化カルシウム、弗 化リチウム、およびＬｉＦ／ＣａＦ₂またはＬｉＦ／ＮａＦ₂の共晶混合物からな る群から選ばれる。溶融可能で空気中硬化可能な成分とは、約４〜２４％のクロ ム、使用されるならば６〜１２％のニッケル、使用されるならば４〜６％のマン ガン、０〜４％のＡｌ、および残部としての鉄を含んでなるステンレス鋼である ことが好ましい。固体潤滑剤は６００〜８００°Ｆ（３１４〜４４３°Ｃ）で安 定で、内燃エンジンのシリンダボアー内に使用することに対して被覆の高温安定 性を与える。溶融可能な粒子のシェル１２が熱スプレーの結果として軟化された ときに、粒体は溶融して基体に密着される。空気中硬化可能な粒子の未溶融部分 １３は固体潤滑剤を含有するコアの包み込みを部分的に形成する。 この被覆系を作り出す原料として有用な粉末は第２図に示されたような粉末粒 体で構成され、本明細書では窒化ほう素１５ａ、二硫化モリブデン１５ｂ、黒鉛 １５ｃ、二弗化カルシウム１５ｄ、および弗化リチウム１５ｅである固体潤滑剤 粒子１５の団塊１１である。このような固体潤滑剤粒子は空気中硬化可能鋼粒子 １６を散在され、これらはワックス１７のような低融点媒体すなわち結合剤によ って互いに保持される。鋼粒子は、（i）８〜２０％のＣｒおよび１〜４％のＡ ｌ、（ii）４〜２０％のＣｒ、４〜６％のＭｎおよび６〜１２％のＮｉ、および （iii）１５〜２４％のＣｒおよび８％のＮｉを有するステンレス鋼を含む鉄合 金から選択される。ワックス結合剤は下記組成を有するワックスとすることがで きる。すなわち、０．５〜２．０％の通常のカルボ（炭素）ワックス、アラビア ゴム、およびポリビニルアルコールである。固体潤滑剤粒子は５〜４０ミクロン の範囲の 寸法を有することが好ましく、鋼粒子は２０〜５０ミクロンの範囲の初期平均粒 子寸法を有する。団塊粒子（ワックス中の結合剤）は４０〜５５ミクロンの範囲 の寸法を有する粒体を形成する。このような粒子および粒体寸法は重要である。 何故ならば、その寸法が熱スプレー溶着法に流れ可能な粉末の使用を有効にする からである。この寸法が実質的に４０ミクロン未満であると、粉末は自由な流れ を生じることがなく、５５ミクロンを大きく上回ると異なる粒子の層状化が生じ ることになる。固体潤滑剤の粒子は各粒体の１５〜２５％の比率になければなら ず、鋼粒子は体積で７４〜８４％でなければならず、ワックス結合剤は粒体の４ ％未満を構成するものでなければならないとされることが好ましい。しかしなが ら、ワックス結合剤は熱スプレー時に焼失される。 代替的に、金属包み込みは湿式精錬によって与えられることができ、これによ れば固体フィルム潤滑剤粒子は高温高圧で容易に分解される金属塩の溶液に懸濁 され、その金属が粒子表面に析出する。 第３図に示されるように、代替的に固体潤滑剤粒子１５はワックスで塊成され る前に金属シェル１８内部に包み込まれ、シェル金属または合金はニッケル、銅 、鉄およびコバルトからなる群から選ばれる。このような包み込まれた粒子は先 行処理により作り出され、これにおいて固体潤滑剤金属の溶融浴中に配置されて 撹拌され、次にスラリーが粉砕されて包み込まれた潤滑剤粒子２０（第３ａ図） を形成するようになされる。同様に、鋼粒子１６は同形式のシェル１８の中に同 様方法で包み込まれて、粒子２１（第３ｂ図）を形成するようになされる。包み 込まれた粒子はその後互いにワックスで結合されて前述したような粒体を形成す るようになされる（第３図参照）。他の硬質粒子１９は、包み込まれた粒子とと もに組み込まれる。選択成分としての硬質粒子または包み込まれた粒子は、硬質 荷重支持面または被覆全体に均一に分散した沈殿物を促進させる。代替的に、粉 末はスプレー乾燥によって作ることもできる。このために、非常に微小な粒子の 水気（ベース）スラリーが準備される（この粒子は固体潤滑剤および軟質金属（ Ｎｉ、Ｃｕなど））。このスラリーは０．５〜１．５重量％のアラビアゴムおよ び（または）ポリビニルアルコールまたはカルボ（炭素）ワックスのような水溶 性有機結合剤と混合される。混合されたスラリーは次に約３００°Ｆ（１４９° Ｃ） の高温循環空気室内へ霧化される。 運転使用時に、第４図に示されるように、好ましい被覆はエンジンの初期使用 の結果として光沢付与または研磨された外面６０を有し、かつ研磨の結果として 、露出されたニードル軸受に極めてよく似た機能を果たす鋼粒子網目６２のエッ ジ６１を被覆内に有することになる。被覆は追加潤滑のために流体オイルを保持 する極めて有用な気孔を有する。 オイル浴環境での摩擦は部分的に流体摩擦およびオイルフィルム（何れも流体 力学的摩擦と称されるが、様々な速度で分割された粒体の層）により、更に詳し くは、接触する硬質固体物体間の乾燥すなわちクーロン摩擦（これも境界摩擦と 称される）による。乾燥摩擦は滑り相互係合の接線方向且つ反対方向に生じる。 第５図に示されるように、摩擦の機械的作用が視覚化されている。ブロックの重 量（または付与荷重）がテーブルＣにかかる法線方向の力Ｎを与え、これは互い に係合する各突端２２で幾つかの荷重力Ｎ−１に分散される（第６図を参照）。 互いに係合する各突端２２での小さな反作用力Ｆ−１の全ての接線方向の成分の 合成値が全摩擦力Ｆになる。突端は顕微鏡的尺度で見れば何れの面においても本 来的に不規則で、粗い。相互係合面が相対的に移動するとき、この接触は突端頂 部にほぼ沿って起こり、それ故に接線方向の反作用力は小さくなる。物体が静止 しているときは、摩擦係数は大きくなる。摩擦は表面の不規則性の変形または引 き裂け、相互係合面の硬さ、および酸化物やオイルのような表面フィルムの存在 によって影響される。結果的に、実際の摩擦は理想的な完全な接触による摩擦と は異なり、不規則な係合面のせん断および降伏応力の間の比率によって決まる。 したがって、相互係合面（第７図参照）の各々におけるフィルムの存在が、その フィルムのせん断および降伏応力容量およびそれらの相対的硬さに依存して摩擦 係数を変化させるように作用する。 摩擦はまた、局部温度が接点における接合に影響を与え得るので、温度により 大きく影響される。第８図に示されるように、温度が上昇するにつれて、滑りの 臨界応力が低下し、滑りに対して更に大きな表面が露出し、これによって摩擦が 増大する。第９図に示されるように、温度が融点に達すると、硬さ（Ｅ）は低下 し、かじりおよび引っかきが生じる。これは摩擦式すなわち 「ｆはｌ／（Ｔｓ−Ｔ）に比例する」で説明される。Ｔｓは表面温度、 およびＴは滑り部品の全体（bulk）温度である。 温度の影響は第１０図に示すように黒鉛では特に明白である。黒鉛ブロックの 摩擦係数は５００°Ｆ（２６０°Ｃ）で０．４を超え、８００°Ｆ（４２７°Ｃ ）で０．５を超え、１０００°Ｆ（５３８°Ｃ）でも尚高くまで迅速に上昇する 。４００°Ｆ（２０４°Ｃ）またはそれ未満では黒鉛の摩擦係数は通常は０．０ ５未満で一様になる。本発明の被覆系の摩擦係数性能および摩耗性能との対比が 第１１図に示されている。摩擦係数は一般に一様に０．１未満の値をとるが、摩 耗は一般に５００°Ｆ（２６°Ｃ）で約０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ） ／１００時間で一様なことが注目されるであろう。第１１図の被覆は黒鉛、窒化 ほう素、および熱硬化性ポリマーの粒子だけを含んでなる。 少なくとも２つの異なる固体潤滑剤粒子が粉末粒体に存在されねばならない。 選択されたならば黒鉛は固体潤滑剤の２０〜７０重量％の量で存在しなければな らない。先に説明したように黒鉛は温度４００°Ｆ（２０４°Ｃ）近傍までしか 有効ではなく、黒鉛自体に対するピストンリングの擦過作用すなわちオイルかき 作用によって試験されたときと同様に非常に小さな荷重支持能力を有する。選択 されたならば二硫化モリブデンは固体潤滑剤の２０〜７０重量％の量で存在しな ければならず、更に重要なことに、少なくとも５８０°Ｆ（３０４°Ｃ）の温度 まで混合物の低い摩擦安定性の温度を上昇させるのと同様に荷重支持容量を増大 させることに有効であるが、空気中または非還元雰囲気中では５８０°Ｆ（３０ ４°Ｃ）を超える温度においてモリブデンおよび硫黄に分解する。二硫化モリブ デンはオイルのない、またはオイルのある状態で摩擦を低減し、最も重要なこと は、このような高温において少なくとも０．７０３ｋｇ／ｍｍ² （１０ｐｓｉ ）の荷重を支持する。二硫化モリブデンはまたオイル吸引材であり、本発明に非 常に有用である。選択されたならば窒化ほう素は固体潤滑剤の５〜４０重量％の 量で存在しなければならず、７００°Ｆ（３７１°Ｃ）ほどの高温度まで混合物 の安定性を増大させると同時に、二硫化モリブデンおよび黒鉛の成分に関する低 摩擦の温度限界を安定させる。窒化ほう素もまたオイル吸引材として有効である 。二弗化カルシウムおよび弗化リチウムはオイル吸引材であり、それぞれ１５ ００°Ｆ（８１６°Ｃ）および１２００°Ｆ（６４９°Ｃ）の温度まで安定で、 少なくとも０．７０３ｋｇ／ｍｍ²（１０ｐｓi）の荷重に耐える。被覆Ａは第４ 図に示されるように孔容積２３が少なくとも約２〜１０％の多孔性でなければな らない。多孔性であることはエンジンの運転中に流体オイルを被覆の成分として その孔内に保持させるようにする。このような温度安定性は重要である。何故な らば、典型的なエンジンシリンダボアー壁はその幾つかの部分において、またた とえ燃焼室のシリンダボアー表面の最高温度部分における正常運転時の温度が約 ５４０°Ｆ（２８２°Ｃ）を過ぎるとしても、冷却液またはオイル用のポンプが 故障したときのようなある種の運転状態において、７００°Ｆ（３７１°Ｃ）ほ どの温度になるからである。最適混合物は、８００°Ｆ（４２７°Ｃ）ほどの温 度までの温度安定性、少なくとも０．７０３ｋｇ／ｍｍ²（１０ｐｓi）の荷重支 持能力、および優れたオイル吸引能力を与えるこれらの全ての固体潤滑剤成分を 含んでなる。被着状態での粒体の摩擦係数は室温で０．０７〜０．０８の範囲と なり、７００°Ｆ（３７１°Ｃ）では０．０３と摩擦係数が小さい。被覆面を形成する方法 第１２図に示されるように、シリンダボアー壁のような被覆面を形成する理解 される本発明による方法は、一連の段階、すなわち（a）固体潤滑剤および空気 中硬化可能金属を含む団塊粒子で作られる粒体を形成し、（b）アルミニウム、 マグネシウム、けい素およびチタンからなる群から選ばれた軽金属または軽金属 合金の表面を形成し、（c）その表面に団塊粒子を熱スプレーし、シリンダ面が シリンダブロックの母（親）孔面とされ、（d）表面上のスプレー被覆を所定の 厚さ且つ滑らかさとなるように研磨して被覆の溶融した金属の網状体のエッジを 露出させるとともにその研磨面全体に固体潤滑剤を塗布し、（e）被覆における 粒体の金属含有物の少なくともある部分を硬化させるために摩擦使用せしめる、 以上の各段階を含む。 この方法は、以下に述べる幾つかの新しい特徴を有する。プラズマスプレーさ れる粉末が、（i）湿潤オイルが進入するように調整された多孔性を形成し、（i i）包み込まれた粉末粒体が表面に粗さを形成し、研磨されたときにその金属殻 （シェル）のエッジが硬い支持粗面に小さな局部面積部分を形成して、境界層の せん 断が塗布した固体潤滑剤の中に生じて更に摩擦を低減し（微細な溝形成と類似す る）、（iii）プラズマスプレー時に軟質金属の外皮だけを溶融する結果として 付着性金属の網状体が形成される。 第１３図に示されるように、ライナー１４が被覆される表面に使用されるなら ば、このライナー１４は親ボアー面１５と同じ材料で構成されることが好ましい 。しかしながら、ライナーは親ボアー壁の金属のような高強度を有するいずれか の金属であってよく、これはしばしば親ボアー壁に使用されている金属の合金を 作ることで達成することができる。例えば、ライナー用のＣ−３５５またはＣ− ３５６アルミニウム合金はアルミニウムエンジンブロックに通常使用されている ３１９アルミニウム合金よりも強力である。一般にライナーはブロックと基本的 に同じ熱伝導性および熱膨張特性を有していなければならない。以下に説明する ようにライナーだけが１８で内面を被覆されることが好ましく、ライナーはその 後、ほぼ−４０°Ｆ（−４．４°Ｃ）まで冷却する一方、親ボアーを室温に維持 することによるか、親ボアーを２７０°Ｆ（１３２°Ｃ）に加熱する一方、ライ ナーを室温に維持することによって、親ボアーに組み付けられる。何れの場合も 、親ボアー１５の内部でこのような温度差条件のもとにライナーが置かれること で締まり嵌めが得られる。ライナーは１７で外面１６を銅薄片エポキシ混合物（ ７０〜９０％の銅片）により被覆され、このエポキシは被覆に使用するように説 明される形式のものである。このエポキシ被覆内部の銅薄片は、ライナーと軽金 属親ボアーとの間の強力な固体結合を保証するのみならず、顕微鏡的尺度での両 者間の熱伝導を増大させる。ライナーはブロックまたはボアー壁が形成されると きに所定位置に鋳込まれることができ、このライナーはその後親ボアー面として 処理される。この場合、ライナーは固体フィルム潤滑剤および空気中硬化可能な 金属粉末組織からも作られることができ、また従来の粉末金属成形および焼結技 術でライナー形状となるように形成されることができる。 流れ可能な粉末のプラズマスプレーはボアー壁または表面に粉末粒体の付着性 の多孔質層形成するために実施されるのであり、この粉末は黒鉛、二硫化モリブ デン、窒化ほう素、二弗化カルシウムおよび弗化リチウムからなる群から選ばれ た固体潤滑剤の粒子で構成される。流れ可能な粉末は固体フィルム潤滑剤と、ス プレー乾燥によって生じた軟質金属粉末との混合物とされることができ、またし ばしばそうされるのであり、可燃性の灰を出さない有機結合剤（１％のカルボ（ 炭素）ワックスのような）および（または）０．５％のアラビアゴムがスプレー 乾燥粉末を生じるスラリーを作るために使用される。被覆はまた粒体金属含有物 の少なくとも一部を硬化させるために高温での摩擦使用に供される。 ニッケルのような軟質金属シェルに包まれた固体潤滑剤の粉末粒体を有するだ けでなく、ＦｅＣｒＭｎまたはＦｅＭｎのような固体の硬質金属の粉末粒体も有 する。これらの２つの異なる粒体の外側シェルは、プラズマスプレー時に溶融し て合金化溶融し、ＦｅＣｒＮｉＭｎまたはＦｅＮｉＭｎのような更に硬質の合金 網状体を作る。 或る場合には、シリンダボアー面１５の全体のセグメント２５だけに被覆する ことができる。第１４図に示されるように、通常の滑りピストンリング２６の位 置は、ボアー壁に粗って距離２７を直線的に移動する。被覆と接触するピストン リングの位置は、クランク運動の約６０°の角度の間にクランクアーム２８で移 動される。この距離は約ピストンリングの全移動距離（上死点（ＴＤＣ）と下死 点（ＢＤＣ）との間）の約３分の１である。この距離はボアー壁の高温部分を表 し、そこでは潤滑は変化し、ボアー壁は最も引張り且つピストンスラップ（slap ）を受けやすく、これはエンジンの摩擦損失の大きな部分の原因であり、また湿 潤潤滑の故障した場合のボアー壁の擦り傷の原因でもある。セグメント２５はア ンダーカットされて、すなわちそのアンダーカットを充満する厚さに熱スプレー 被覆を受け入れるようになされることが望ましい。その後、充満されたアンダー カットおよび接合されたボアー壁の両方を同時に研磨することで、ピストンリン グのための円滑面が形成される。 プラズマスプレーは第１５図に示されるような装置で実施でき、この装置は１ 対の内部電極３０ａおよび３０ｂを有するスプレーガンを使用しており、これら の電極がアークを発生させてその中を粉末金属および不活性ガスが導かれてプラ ズマを形成するようになされる。粉末はスリップリング３２に連結された供給ラ イン３１を通して導入され、スリップリング３２は粉末チャンネル３３に連結さ れ、このチャンネル３３がノズル３４へ導かれている。プラズマは粉末のみのシ ェルに沿って一緒に運ばれる粉末を加熱する。ガンは関節アーム３５に担持され 、関節アーム３５は偏心位置決め装置３７に担持された軸承３６により円形およ び直線の組み合わされた運動にて移動され、この位置決め装置３７はモーター３ ９で駆動される回転ディスク３８に担持されている。ガンのノズル３４は固定さ れた旋回軸承４０に装着され、ガンの関節運動の結果としてスプレーパターン４ １が環状的および直線的にボアー面１５上を昇降移動するようになされる。 強磁性クロムまたは強磁性マンガンのような硬質粒子とともに、ニッケルまた はコバルトを包み込んだ固体潤滑剤で構成される混合粒子によって様々なプラズ マスプレー被覆を得ることができる。硬質粒子は、金属間化合物を生じるように 高温プラズマ炎内でニッケルと相互作用して合金化することで、非常に硬質なマ トリックス付着物を生じる。これは摩擦を増大させないで摩耗を低減させるため の非常に望ましい状況である。この場合、非常に薄い上側の固体フィルム潤滑剤 被覆だけが必要とされる。 被覆の厚さは約１２０〜１４０ミクロンに調整されねばならず、この厚さはそ の後の研磨による約１００ミクロンの除去を可能にする。研磨は被覆に化学的影 響を与えないように通常の研磨石で実施されるべきである。 粉末材料における粒子の金属含有物の適当な選択が本発明の重要な特徴を可能 にするのであって、これはその金属含有物の一部を非常に硬い状態となるように 空気中硬化させる一方、他の金属部分は被覆内部のそれ自体の本来の状態に置か れるようにすることである。このために、被覆はエンジンの運転のような高温で の摩擦使用に供され、これにより燃焼ガスおよびピストンリングの摩擦的な擦過 （スクレーピング）作用が被覆の露出した部分を、露出した鋼自体の内部に硬化 を引き起こすような熱および圧力に曝すようにする。このような硬化を引き起こ す可能性のあるものは、ＦｅＣｒおよび固体フィルム潤滑剤における炭素である 。硬度の変化は以下のように表される。すなわち、溶融粒子は溶融点および凝固 点を通過する冷却時に、ハッドフィールドマンガン鋼のような空気中硬化可能な 鋼組成を作る。 本発明の他の概念はこの方法における粒子、および本明細書に記載の化学物質 を使用して生じた完成品である。第１６図に示されるように、この製品は、少な くとも１つの摩擦防止被覆を施したシリンダボアーを有するエンジンブロックで ある。この製品は（a）少なくとも１つのシリンダボアー壁を有する鋳造アルミ ニウム合金基シリンダブロック、（b）該壁上の硬質の荷重支持面、および（c） 前記面上の付着性の混合物であって、オイル吸着性の固体潤滑剤粒子および溶着 された空気中硬化可能な鋼粒子を含み、安定とされる温度の６００〜８００°Ｆ （３１４〜４４３°Ｃ）で少なくとも０．７０３ｋｇ／ｍｍ²（１０ｐｓｉ）の 荷重を支持し、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ほう素、二弗化カルシウム、弗化 ナトリウム、二硫化タングステン、および弗化リチウムから選択された少なくと も２つの元素を有する混合物、を含んでなる。 この製品は、エンジンをほぼ零のピストン／シリンダボアー間隙で運転可能に し、同様に機械的な境界摩擦を低減することから、少なくとも２５％のピストン 系統の摩擦を低減させてエンジン摩擦を低減することを特徴とする。更に、この 製品は同時出願した特許出願に開示されたピストンリング設計の応用によって少 なくとも２５％ほどエンジンからの炭化水素の放出を減少させ、これにより頂部 ランドの隙間容積を減少させる。ほぼ零のクリアランスが今挙げたピストンリン グ設計に組み合わされるので、このエンジンのブローバイ（燃焼ガスがピストン リングを超えて流れる）もまた２５％ほど減少される。更に、エンジンの適正温 度を維持するために使用される冷却液の温度は２０°Ｆ（１１°Ｃ）ほど低下さ れる。何故ならば、かなり粘性の低いオイルがこの変化によって使用されるから である。燃焼室面にタールが付着形成することを回避することと関連させた場合 に、オイル温度は少なくとも５０°Ｆ（２７．８°Ｃ）低下でき、また少なくと もエンジン圧縮比を１だけ増大することで燃料経済性および出力の付随的な向上 が得られる。 本発明の被覆ブロックの他の重要な概念は、融通性のあるメタノール含有燃料 を使用することで蟻酸形成に対抗できることである。典型的に、エンジンはこの ような融通性のある燃料とエンジン状態との特定な組み合わせのもとで蟻酸を形 成する結果として、３２０００ｋｍ（２００００マイル）以上で表面が劣化する 。本明細書に記載したような被覆ボアー壁の使用により、蟻酸による腐食は解消 される。更に、この被覆製品は従来のリングがシリンダボアーに追従するのと同 様 にシリンダボアー内の丸みに高い精度を得るものであり、先に説明したようにブ ローバイの低減に寄与する。 被覆ブロックはエンジンの運転効率の全体に重要な役割を果たす。第１６図に 示されるように、ブロックは側面に沿って内部に冷却ジャケット４５を有し、こ れと協動して、カムシャフト５２で作動されるバルブ列５１により作動される吸 入および排気バルブ４９，５０によって開閉される吸入および排出通路４７，４ ８を有するヘッド４６を受け入れる。燃焼ガスは燃焼室５４の中央に配置された 火花点火プラグ５３で点火されてピストン５５を移動させ、ピストン５５は連結 ロッド５６を作動させてクランクシャフト５７をクランクケース５８の中で回転 させる。オイルはクランクケース５８から引き出され、ピストン５５の往復移動 の間にブロック内部で飛散されてピストン５５を潤滑するとともにオイル浴に浸 す。冷却液はシリンダボアー壁のまわりを潤滑して熱を奪い、これが吸入行程に おける吸入空気／燃料に対する熱入力を低減してエンジン効率に影響し、容積効 率ならびに出力および燃料経済性を高める。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年７月１７日 【補正内容】 明細書 固体潤滑剤と硬化可能な鋼から成る被覆系 本発明は、流体潤滑される金属の摩耗境界面すなわち接触面技術に係わり、更 に詳しく言えば、高温で高い単位擦過（scraping）荷重すなわち単位支承荷重に 耐え、完全または部分的な湿潤潤滑により機能するように改良された前述の境界 面に対する耐摩耗性固体フィルム潤滑剤の使用に関する。 軸受に関してある種の固体フィルム潤滑剤を使用することが知られている。米 国特許第１６５４５０９号（１９２７）は、金属結合剤（例えば、鉄、アルミニ ウム、青銅、錫、鉛、バビット、または銅）によって包まれすなわちカバーされ た粉末黒鉛を使用して厚い被覆を形成するようになすことを開示しており、この 金属は黒鉛を埋没させるすなわち覆い隠すために溶融法またはアークスプレー法 によって少なくとも熱可塑性の状態となるまで加熱される。この被覆は限られた 摩擦低減性を発現する。不都合なことに、（i）黒鉛は金属が大きく摩耗されな ければ露出せず、したがって重要な低摩擦を実現できず、（ii）黒鉛を包むすな わち埋設させる前に金属が溶融状態になって熱影響および熱歪みを生じてしまい 、（iii）金属の酸化物が主潤滑剤として働く。 従来技術はまた米国特許第５０８００５６号に記載されているようにエンジン のシリンダボアー面に固体フィルム潤滑剤としてアルミニウム青銅を熱スプレー （酸素−燃料）する利点を認識した。このような特許を付与された被覆の高温時 の潤滑性は満足できない。何故ならば、（i）通常は鋳鉄、モリブデン被覆鋳鉄 、またはメッキした硬質クロムを含むピストンリング材料との適合性に欠け、（ ii）冷却した部分の歪みを防止するために熱を素早く放散させるための精密な部 材加工（tooling）を必要とするほどの熱入力であるので、酸素・燃料による材 料の熱スプレーが望ましくないからである。 米国特許第３９３５７９７号には、摩耗および焼付きに対する抵抗性を向上さ せるために、プラズマスプレーによりアルミニウム合金ピストンに対する被覆と して、鉄に多くとも０．３重量％の黒鉛を混合した粉末を適用することが提案さ れた。 ヨーロッパ特許第Ａ０４８７２７３号は、例えば軸流ガスタービンの回転部品 用の研磨性シールを製造するための熱スプレー粉末を開示しており、これはマト リックス形成要素（例えば金属）、固体潤滑剤（例えばフッ化物または窒化ほう 素）および通常は被覆の一部として残るプラスチックを含んでなる。このような シールは他の方法で潤滑されない。 本件発明者は、高温で作用可能であるが、金属でないセラミックスと境界面を 形成するように設計されて、液体が存在しない状態で一般に小荷重の応用例のも のとされるか、油の存在しない環境で金属と境界面を形成するように設計された ある種の固体潤滑剤を既に開示した。開示した１つの固体フィルム潤滑剤は、ニ ッケルおよびクロム合金で構成されたシール支持部上に豊富に展開された高粘性 の熱可塑性ポリマー結合剤中の黒鉛および窒化ほう素を含んでなる。この処方は 、作動温度以上において、また乾燥状態でのみ機能されて、荷重のもとで表面に て軟化される硬質被覆を提供するために設計された。熱可塑性高分子ベースの公 式化は、実質的に改良されなければ、シリンダボアーのような高負荷エンジン部 材の要求に合わせるためには満足できない。何故ならば、境界面は湿潤潤滑され るようになされており、単位荷重はかなり大きく（５００ｐｓｉ（３５．１５ｋ ｇ／ｍｍ²）に近い）、表面温度は更に高く、擦過を生じるからである。開示さ れた他の固体フィルム潤滑剤は、ニッケル、銅またはコバルトから成る結合剤中 のハロゲン化物塩またはＭｏＳ₂（組み合わせ使用されない）であり、被覆は改 良されなければ内燃シリンダボアー壁用の安定した且つ耐久性のある摩擦防止被 覆を形成するうえで有効とはならない。何故ならば、この処方は乾燥状態でセラ ミックス（主にケイ酸リチウムアルミニウムおよびケイ酸マグネシウムアルミニ ウム）に対して作用するように設計されており、したがって正しいマトリックス が使用されておらず、固体フィルム潤滑剤の正しい組み合わせも使用されていな い。特に重要なことは、この処方においては、金属の部分的な酸化を通じてセラ ミック適合酸化物（例えば酸化銅または酸化ニッケル）を生じるように設計され たという事実である。これらの系はまた最大限３００〜５００ミクロンの摩耗を 許容するように設計された。本発明の下では、僅か５〜１０ミクロンの摩耗しか 許さ れない。 本発明の目的は、内燃エンジンのシリンダボアーのような高温で滑り摩擦を受 けるオイル潤滑される軽金属または軽金属合金基体用の改良された固体潤滑剤被 覆系を提供することである。 請求の範囲第１項に記載されたかかる本発明被覆系は、高温の応用例に対して 、特に、オイル潤滑が失われたとき、またはオイル漏れが生じているときに（従 来のまたは改良されたピストンリングの負荷荷重に十分対抗できるが）、６００ °Ｆ（３１４°Ｃ）を超える温度のシリンダボアー壁に沿う、摩擦を経済的に低 減化することである。 請求の範囲第８項に記載された本発明方法は、優れた付着と正確な被着を達成 しながら、ボアー壁の狭いまたは選択された領域にプラズマスプレーして被覆を 迅速に付与することで被覆シリンダ壁を形成する一方、また最終ボアー面の粗加 工と仕上げ加工の少ない方法である。 本発明の被覆組成物で被覆されたエンジンのアルミニウム合金シリンダー壁は 、エンジン用の被覆されたアルミニウム合金シリンダ壁製品を提供することであ り、この製品は、（i）全体でガソリン燃料車両の２〜４％の燃料経済性の向上 をもたらすことになるピストン系統の摩擦減少およびピストンブローバイの減少 の達成を助け、（ii）炭化水素放出量を減少し、（iii）中間速度（すなわち１ ０００〜３０００ｒｐｍ）において広スロットル開度状態で少なくとも２０％ほ どエンジン振動を減少させる。 発明の概要 本発明の他の特徴は、従属請求項の主題である。 本発明の一実施形態では、金属製エンジンで使用される固体潤滑剤被覆系を包 含する。この粉末は、（i）黒鉛、ＭｏＳ₂、ＢＮ、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、およびＬ ｉＦ／ＣａＦ₂またはＬｉＦ／ＮａＦ₂の共晶混合物から選択された複数の固体潤 滑剤粒子、および（ii）固体潤滑剤粒子に隣接する溶融可能な成分から成る粒子 サイズの団塊を含み、前記成分は摩擦を促進する使用の際に空気中硬化可能であ り、また潤滑剤と溶融可能成分は粒体中の低融点媒体によって塊成されている。 本発明は第２の概念において、高温に曝される金属境界面に使用するための固 体潤滑剤被覆系を含む。この被覆系は金属基体すなわち境界面に付着した粒体を 形成する塊成された粒子を含み、前記粒子は、（i）黒鉛、六方晶窒化ほう素（ ＢＮ）、二硫化モリブデン、弗化リチウム、弗化カルシウム、およびＬｉＦ／Ｃ ａＦ₂またはＬｉＦ／ＮａＦ₂の共晶混合物から選択された固体潤滑剤粒子、およ び（ii）互いに溶融され、少なくともある交点で前記固体潤滑剤粒子と結合して いる鋼粒子を含み、前記鋼粒子のある部分は、被覆が高温の境界面に露出される 請求の範囲 １．高温で滑り摩擦を受けるオイル潤滑される軽金属または軽金属合金基体（ １０）を含み、固体潤滑剤（１５）の粒子および溶融金属粒子（１６）が集塊し てなる粒体の層（Ａ）を含む多孔質の被覆を有し、前記粒体が前記基体に熱溶着 されている固体潤滑剤被覆系であって、前記粒体が、 ｉ） 黒鉛、二硫化モリブデンおよび窒化ほう素、弗化カルシウム、弗化ナト リウム、弗化リチウムおよび二硫化タングステンからなる群から選ばれた少なく とも２つの異なるオイル吸引固体潤滑剤、 ii） 網状体（６２）として互いに溶融し、エッジ（６１）を露出した空気中 硬化可能な金属の硬化粒子から成ることを特徴とする固体潤滑剤被覆系。 ２．固体潤滑剤が黒鉛、二硫化モリブデンおよび窒化ほう素、弗化カルシウム および弗化リチウムからなる群から選ばれた請求項１による固体潤滑剤被覆系。 ３．空気中硬化可能な金属が鋼である請求項１または請求項２による固体潤滑 剤被覆系。 ４．前記固体潤滑剤粒子が体積で前記粒体の１５〜２５％、また前記鋼粒子が ７４〜８５％を有してなる請求項３による固体潤滑剤被覆系。 ５．前記鋼が１５〜２４％のＣｒおよび約８％のＮｉ、残部としてのＦｅを含 むステンレス鋼である請求項３または請求項４による固体潤滑剤被覆系。 ６．前記鋼が８〜２０％のＣｒ、２〜８％のＭｎおよび８〜１６％のＮｉを含 むステンレス鋼である請求項３または請求項４による固体潤滑剤被覆系。 ７．前記鋼が４〜８％のＭｎ、４〜２０％のＣｒ、２〜４％のＮｉおよび０． １〜０．４％のＣを含む合金鋼である請求項３または請求項４による固体潤滑剤 被覆系。 ８．基体が内燃エンジンのシリンダボアーまたはシリンダライナーの壁（１５ 、１８）である請求項１から請求項７までの何れか１項による固体潤滑剤被覆系 。 ９．（a） 少なくとも２つの異なる固体潤滑剤の粒子、および溶融可能な金 属粒子が塊成された粒体を形成し、前記粒子が低溶融点の媒体で熱除去される媒 体により団塊内で互いに結合され、 （b） 粒体を前記表面１２０〜２５０ミクロンの厚さで熱スプレーして、媒 体の実質的に存在しない被覆を形成するようになし、これにおいて隣接する溶融 可能な粒子は互いに溶融して空気中硬化可能な金属の隣接する網状体を形成する ようになされ、 （c） 溶融粒子の一部を除去して前記粒子の端縁を露出させ、 （d） 露出した端縁を空気中硬化させる、以上の各段階を含む請求項１から 請求項８までの何れか１項による固体潤滑剤被覆系を付与する方法。 10．低融点媒体がワックスまたは熱除去可能な熱可塑性高分子材料である請求 項９による固体潤滑剤被覆系を付与する方法。 11．２〜１０％の気孔率を有する被覆を被着するために、熱スプレーがプラズ マスプレーで行われる請求項９または請求項１０による固体潤滑剤被覆系を付与 する方法。 12．粒体内の固体潤滑剤粒子および（または）溶融可能な金属粒子がニッケル 、コバルトまたは銅、および熱スプレー時の粒子の溶融により生じた空気中硬化 可能合金で包み込まれた請求項９から請求項１１までの何れか１項による固体潤 滑剤被覆系を付与する方法。 13．粒体が硬質粒体も含み、硬質粒子もまた包み込まれている請求項１２によ る固体潤滑剤被覆系を付与する方法。 14．前記粒体が１５〜２０ミクロンの範囲の粒子寸法を有する請求項９から請 求項１３までの何れか１項による固体潤滑剤被覆系を付与する方法。 15．段階（c）が研磨によって行われる請求項９から請求項１４までの何れか １項による固体潤滑剤被覆系を付与する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ１０Ｍ 103:06 125:04） Ｃ１０Ｎ 10:02 10:04 10:12 20:00 20:06 30:08 40:25 50:08 【要約の続き】 可能な成分が塊成された粒体を形成し、粒子はワックス のような低溶融点の媒体で団塊とされ、（b）軽金属ベ ースの成分よりなる表面を形成し、（c）前記表面に上 記粒体を１００〜２５０ミクロンの厚さ範囲で熱スプレ ーして、結合剤が実質的に存在しない被覆を形成するよ うになし（前記熱スプレーの温度がワックスを液化し、 灰の出ない状態で燃焼させて排除する）、（d）溶融可 能粒子の少なくとも一部を研磨して除去し、該粒子のエ ッジを露出させるようになし、および（e）露出された 部分を空気中硬化させる（すなわち、利用可能な境界面 の摩擦によって行う）、諸段階を含む。耐摩擦被覆の施 された１つ以上のシリンダボアーを有するエンジンブロ ックであって、このブロックは、互いに且つまた前記ボ アー壁に溶融した粒体でなるオイル吸引被覆を含んでな り、前記粒体は固体潤滑剤粒子および硬化された溶融粒 子との団塊を含んでなり、固体潤滑剤粒子は黒鉛、二硫 化モリブデン、窒化ほう素、弗化リチウム、および弗化 カルシウムからなる群から選択され、この被覆は仕上げ 研磨されて溶融粒子の或る縁部を露出させるようになさ れている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（i）黒鉛、ＭｏＳ₂、ＢＮ、ＣａＦ₂、ＮａＦ、ＷＳ₂およびＬｉＦからな る群から選ばれた固体潤滑剤粒子、 （ii）前記固体潤滑剤粒子全体に分散された溶融可能粒子であって、その粉末 を摩擦促進する使用に供することよって少なくとも６０Ｒｃの硬度にまで空気中 硬化可能な前記溶融可能粒子、および （iii）前記固体潤滑剤粒子と溶融可能粒子とを塊成された粒体内で結合する 低融点媒体を含む熱スプレー可能な粉末。 ２．前記溶融可能粒子が鋼粒子であり、前記熱スプレーがプラズマによる請求 項１に記載の熱スプレー可能な粉末。 ３．前記鋼粒子が８〜２０％のＣｒ、２〜８％のＭｎおよび８〜１６％のＮｉ を含むステンレス鋼である請求項２に記載の熱スプレー可能な粉末。 ４．前記鋼粒子が４〜８％のＭｎ、４〜２０％のＣｒ、２〜４％のＮｉおよび ０．１〜０．４％のＣ（炭素）を含む合金鋼である請求項２に記載の粉末。 ５．前記溶融可能粒子が重量で７４〜７８％の量で前記粒体中に存在する請求 項１に記載の熱スプレー可能な粉末。 ６．前記固体潤滑剤粒子が重量で４〜２５％の量で前記粒体中に存在し、前記 媒体が重量で１〜２％の量で存在する請求項１に記載の熱スプレー可能な粉末。 ７．前記媒体がワックスまたは加熱除去可能な熱可塑性ポリマーである請求項 １に記載の熱スプレー可能な粉末。 ８．前記固体潤滑剤粒子がニッケル、コバルトおよび銅からなる群から選ばれ た薄い軟質金属殻内に包み込まれた請求項１に記載の熱スプレー可能な粉末。 ９．前記媒体が２００°Ｆ（９３°Ｃ）より高い温度で溶融する請求項１に記 載の熱スプレー可能な粉末。 10．（a）固体潤滑剤粒子、および空気中硬化可能で溶融可能な金属粒子が塊 成されて成る粒体を形成し、前記粒子は低溶融点の媒体で互いに結合され、（b ）軽金属基成分よりなる表面を形成し、（c）前記表面に前記粒体を１２０〜２ ５０ミクロンの厚さに熱スプレーして、媒体が実質的に存在せず且つ限定された 気孔率 を有する被覆を形成するようになし、（d）溶融可能粒子の少なくとも一部を除 去し、該粒子のエッジを露出させるようになし、および（e）露出された部分を 空気中硬化させる、以上の各段階を含む、滑り摩耗に曝される耐摩擦被覆面を形 成する方法。 11．前記固体潤滑剤粒子が、黒鉛、ＭｏＳ₂およびＢＮ、ＣａＦ₂、ＬｉＦ、Ｎ ａＦおよびＷＳ₂からなる群から選ばれ、また前記軽金属ベースの成分がアルミ ニウム、マグネシウム、亜鉛、チタンおよびけい素からなる群から選ばれる請求 項１０に記載の摩擦防止被覆面を形成する方法。 12．前記低融点媒体がワックスである請求項１０に記載の摩擦防止被覆面を形 成する方法。 13．前記媒体が２００°Ｆ（９３°Ｃ）を超える温度で溶融する請求項１０に 記載の摩擦防止被覆面を形成する方法。 14．段階（c）が２〜１０％の気孔率を有する被覆を被着させるために、プラ ズマスプレーで行われる請求項１０に記載の耐摩擦被覆面を形成する方法。 15．段階（d）が研磨で行われる請求項１０に記載の耐摩擦被覆面を形成する 方法。 16．熱スプレー時に粒子の溶融の結果として空気中硬化する合金が生じる請求 項１０に記載の耐摩擦被覆面を形成する方法。 17．段階（c）が結合した網状体を形成するために隣接する鋼粒子の溶融を含 む請求項１０に記載の耐摩擦被覆面を形成する方法。 18．前記粒体が１５〜２０ミクロンの範囲の粒子の寸法を有する請求項１０に 記載の耐摩擦被覆面を形成する方法。 19．（a）軽金属ベースの基体、 （b）塊成された粒子が前記基体に熱溶着した粒体であって、（i）黒鉛、Ｍｏ Ｓ₂、ＢＮ、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、ＮａＦおよびＷＳ₂からなる群から選ばれた固体 潤滑剤、および（ii）網状体として互いに溶融空気中硬化可能な金属粒子から成 る前記粒体を含む固体潤滑剤被覆系。 20．前記軽金属がアルミニウム、マグネシウム、チタンおよびけい素からなる 群から選ばれた請求項１９に記載の固体潤滑剤被覆系。 21．前記空気中硬化可能な金属粒子がステンレス鋼である請求項１９に記載の 固体潤滑剤被覆系。 22．前記ステンレス鋼粒子が１２〜２０％のＣｒ、２〜８％のＭｎおよび８〜 ２２％のＮｉを含む請求項２１に記載の固体潤滑剤被覆系。 23．前記固体潤滑剤粒子が体積で前記粒体の１５〜２５％を含み、前記鋼粒子 が７４〜８５％を含む請求項１９に記載の固体潤滑剤被覆系。 24．前記鋼粒子の端縁だけが露出した請求項２１に記載の固体潤滑剤被覆系。 25．７００°Ｆ（３７１°Ｃ）における前記系の摩擦係数が約０．０３〜１２ を超えない請求項２４に記載の固体潤滑剤被覆系。 26．（a）少なくとも１つのシリンダボアー壁を有する鋳造アルミニウム基（ ベース）シリンダブロック、および （b）互いに溶融し合い且つ前記ボアー壁に溶着した粒体から成るオイル吸引 被覆、を含み、前記粒体が、固体潤滑剤粒子と硬化された溶融粒子との団塊を含 んでなり、固体潤滑剤粒子が、黒鉛、ＭｏＳ₂、ＢＮ、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、ＮａＦ 、およびＷＳ₂からなる群から選ばれ、この被覆は仕上げ研磨されて前記硬化さ れた溶融粒子の端縁を露出させるようになされているエンジンブロック。 27．前記ボアー壁が要素（b）と同じ粒体で構成された所定位置に鋳造された ライナーによって与えられる請求項２６に記載のエンジンブロック。 28．前記ボアー壁が前記ブロックのシリンダボアー内に本質的にボアーを変形 させずに挿入された金属ライナーで与えられる請求項２６に記載のエンジンブロ ック。 29．前記ライナーおよびブロックがそれぞれ類似の、アルミニウム、マグネシ ウム、チタンおよびけい素からなる群から選ばれた軽金属で構成されている請求 項２７に記載のエンジンブロック。 30．実質的に零間隙である前記ピストンの作用により、内部を作動されるピス トンの丸さに正確に被覆が滑らかに仕上げられる請求項２６に記載のエンジンブ ロック。 31．前記被覆が２〜１０の気孔率を有し、７００°Ｆ（３７１°Ｃ）における 摩擦係数が約０．０３を超えず、硬化したレース状の網状体で少なくともＲｃ５ ０の硬度を維持する請求項２６に記載のエンジンブロック。