JPH1053856A - アルミニウム材料への溶射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、従来の処理方法と比べて基材に対
する溶射皮膜の密着強さを向上させ、信頼性が高い溶射
皮膜を得ることが可能なアルミニウム材料への溶射方法
を提供することにある。 【解決手段】 本発明のアルミニウム材料への溶射方法
では、アルミニウム基材２の表面にＺｎハンダ層３を超
音波ハンダ付法によって形成し、その後、このＺｎハン
ダ層３の表面に溶射材料を溶射して溶射皮膜４を形成し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ン、シリンダその他アルミニウム材料により作られてい
る製品に溶射皮膜（特にアルミニウムを主成分とした合
金もしくはアルミニウムを主成分としてセラミックスを
分散させたもの）を形成する場合に適用されるアルミニ
ウム材料への溶射方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、耐摩耗性などが要求されるア
ルミニウム材料の表面に各種の溶射法によって硬質層の
溶射皮膜を形成する表面改質方法が提案されている。こ
の溶射皮膜は、主にアンカー効果でアルミニウム材料と
の密着強さを確保しており、溶射皮膜の密着強さを向上
させるため、アルミニウム材料表面を溶射前に粗面化し
ている。

【０００３】このような溶射の前処理としては、ブラス
ト処理法や化学的腐食法により、アルミニウム基材の表
面を粗面化する処理方法が用いられている。その中で
も、ブラスト処理法は、図１２に示す如く、ブラストノ
ズル５１から所定圧の圧縮空気でブラスト材５２をアル
ミニウム基材５３の表面に吹き付けることにより、当該
アルミニウム基材５３の表面を粗らしている。

【０００４】また、図１３に示す如く、ブラスト処理法
や化学的腐食法によりアルミニウム基材５３の表面を粗
面化した後、溶射ガン５４にて溶射材料を溶射して溶射
皮膜５５を形成する場合、通常、溶射フレーム５６がア
ルミニウム基材５３の表面に対して垂直となるように溶
射した時に密着強さが最大となり、角度をつけるに従っ
て密着強さは低下する。しかし、図１４に示すようなシ
リンダスリーブ５７に溶射皮膜５８を形成する場合、円
筒径によっては十分な溶射距離が得られなかったり、溶
射フレーム６０で直接基材表面をあぶることになって、
基材への入熱が過度になされるため、皮膜の密着強さは
低下するが、従来の溶射法では、出力を低くしたり、あ
るいは内径溶射ガン５９でも角度θをつけて溶射されて
いる。特に、アルミニウム合金を基材とする場合には、
鉄系基材に自溶合金を溶射した後に拡散処理し、密着強
さを向上させるような効果的な後処理が無かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アルミニウ
ム材料は、その表層に酸化膜が形成されるため、溶射皮
膜との界面において反応等による強固な密着が望めず、
アンカー効果による密着強さのみとなり、溶射皮膜が基
材表面より剥がれやすかった。一方、図１２のブラスト
処理法で粗面化したアルミニウム基材５３の表面に溶射
皮膜５５を形成する場合にあっては、図１５および図１
６で示す如く、ブラスト材５２がアルミニウム基材５３
の表面にささり込んだり、あるいは隙間６１が生じたり
するので、溶射皮膜５５の密着強さが低下するという不
具合を有していた。また、図１４のシリンダスリーブ５
７に溶射皮膜５８を形成する場合にあっては、使用する
内径溶射ガン５９に角度θをつけたり、出力を低く抑え
て溶射すると、溶融粒子が基材にぶつかる力が弱くなる
ので、溶射皮膜５８の密着強さが低下してしまい、それ
により溶射皮膜５８の信頼性が劣っていた。

【０００６】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、従来の処理方法と比べて基
材に対する溶射皮膜の密着強さを向上させ、信頼性が高
い溶射皮膜を得ることが可能なアルミニウム材料への溶
射方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、請求項１の発明の要旨は、アルミ
ニウム基材の表面にハンダ層を超音波ハンダ付法によっ
て形成し、その後、このハンダ層の表面に溶射材料を溶
射して溶射皮膜を形成するアルミニウム材料への溶射方
法にある。

【０００８】また、請求項２の発明の要旨は、アルミニ
ウム基材の表面にハンダ層を超音波ハンダ付法によって
形成し、次いで、このハンダ層を形成したアルミニウム
基材を予熱し、その後、このハンダ層の表面に溶射材料
を溶射して溶射皮膜を形成するアルミニウム材料への溶
射方法にある。

【０００９】さらに、請求項３の発明の要旨は、アルミ
ニウム基材の表面にハンダ層を超音波ハンダ付法によっ
て形成し、次いで、このハンダ層の表面に溶射材料を溶
射して溶射皮膜を形成し、その後、ハンダ層および溶射
皮膜を形成したアルミニウム基材に熱処理を施すアルミ
ニウム材料への溶射方法にある。

【００１０】また、請求項４の発明の要旨は、上記ハン
ダ層を形成するハンダが、ＡＨ−Ｚ９５Ａ（Ｚｎー５ｗ
ｔ％Ａｌ）である請求項１〜請求項３のいずれか一に記
載のアルミニウム材料への溶射方法にある。

【００１１】さらに、請求項５の発明の要旨は、上記ハ
ンダ層が１００μｍ以下の厚さに形成されている請求項
１〜請求項３のいずれか一に記載のアルミニウム材料へ
の溶射方法にある。

【００１２】また、請求項６の発明の要旨は、上記溶射
皮膜が、ＡｌーＳｉ系、ＡｌーＡｇ系、ＡｌーＣｕ系お
よびその複合系材料を用いて形成されている請求項１〜
請求項３のいずれか一に記載のアルミニウム材料への溶
射方法にある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明に係る実施の形態のアルミ
ニウム材料への溶射方法を示している。同図のアルミニ
ウム材料から作られる製品１は、アルミニウム基材２の
表面にＺｎハンダ層３が超音波ハンダ付法によって形成
されているとともに、該Ｚｎハンダ層３の表面に溶射皮
膜４がプラズマ溶射法（この溶射法に限定されない）な
どによって形成された三層構造となっている。

【００１５】超音波ハンダ付法には、図２に示すような
超音波ハンダ付装置５を使用した。この超音波ハンダ付
装置５は、超音波振動子６にて発生させた超音波を超音
波ホーン７および振動板８を介してタンク９内のハンダ
１０浴中に伝達して印加するように構成されている。

【００１６】上記溶射皮膜４は、次の各工程を経てアル
ミニウム基材２に形成される。 （１） まず、製品１を構成するアルミニウム基材２を
用意する。そして、このアルミニウム基材２を超音波ハ
ンダ付装置５のタンク９内のハンダ１０浴中に浸漬す
る。この状態で、超音波振動子６等によってハンダ１０
浴中に超音波を印加させると、該超音波にて引き起こさ
れるキャビテーションが、ハンダ１０浴中に浸漬された
アルミニウム基材２の表面の酸化皮膜を破壊して、活性
な金属表面とハンダ１０とが速やかに合金化し、当該ア
ルミニウム基材２の表面にＺｎハンダ層３を形成させて
いる。使用したＺｎハンダは、ＪＩＳのアルミニウム用
ハンダＡＨ−Ｚ９５Ａ（Ｚｎー５ｗｔ％Ａｌ）である
が、その他にアルミニウム用ハンダとしてＺｎーＣｄ
系、ＺｎーＳｎ系、ＣｄーＳｎ系等を用いても構わな
い。上記超音波ハンダ付けは、温度４１０゜Ｃに保持し
たハンダ１０浴中に温度２５０゜Ｃに予熱した試料（後
述する）を浸漬して３０秒間にわたりハンダ１０浴中で
さらに予熱した後、発振周波数が１８．６ＫＨｚで２０
０Ｗの超音波を５秒間以上印加するという条件で行っ
た。この条件で超音波ハンダ付けを行うと、アルミニウ
ム基材２の表面に５０μｍの厚さのＺｎハンダ層３が形
成された。

【００１７】（２） しかる後、上記Ｚｎハンダ層３の
表面に金属又は金属酸化物の溶射材料を溶射法により溶
射して溶射皮膜４を形成した。溶射法としてはプラズマ
溶射法を用い、下記の表１で示す条件により溶射を行っ
た。プラズマ溶射は、陰極とノズル陽極の間の直流アー
クによって、送給される作動ガスが熱せられて、プラズ
マジェットとなって、ノズルから噴出する。溶射材料の
粉末粒子はプラズマジェットによって加熱ー加速され
て、基材表面に吹き付けられ、皮膜となる。また、溶射
皮膜４の密着強さを調査するため、Ａｌ系材料としてＡ
ｌーＳｉ溶射皮膜を形成し、Ｆｅ系材料としてＦｅーＣ
ｒ溶射皮膜を形成した。その他に、Ｎｉ系、セラミック
ス、サーメット等の耐摩耗性が高い材料を溶射すること
ができる。なお、本実施の形態の溶射方法では、Ｚｎハ
ンダ層３を形成したアルミニウム基材２に対して直ちに
溶射を施したが、予熱をしてから溶射すれば、Ｚｎハン
ダ層３が軟化して密着性をさらに向上させることが可能
になる。

【００１８】

【表１】

【００１９】超音波ハンダ付けによるＺｎハンダ層３の
効果を調査するため、６種類の試料を作製した。図３、
図５および図７はフッ酸でエッチングしてある。 ・試料１（図３および図４参照）： ＡＣ４Ｃ基材２ａ
＋超音波ハンダ付けによるＺｎハンダ層３ａ（超音波印
加時間が５秒間）＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４ａ ・試料２（図５および図６参照）： ＡＣ４Ｃ基材２ｂ
＋超音波ハンダ付けによるＺｎハンダ層３ｂ（超音波印
加時間が１０秒間）＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４ｂ ・試料３（図７および図８参照）： ＡＣ４Ｃ基材２ｃ
＋超音波ハンダ付けによるＺｎハンダ層３ｃ（超音波印
加時間が１５秒間）＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４ｃ ・試料４（図１５および図１６参照）： ＡＣ４Ｃ基材
５３＋ブラスト処理（＃４６アルミナグリッド、３ｋｇ
ｆ／ｃｍ² ）＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜５５ ・試料５： ＡＣ４Ｃ基材＋超音波ハンダ付けによるＺ
ｎハンダ層（超音波印加時間が１０秒間）＋ＦｅーＣｒ
溶射皮膜 ・試料６： ＡＣ４Ｃ基材＋ブラスト処理（＃４６アル
ミナグリッド、３ｋｇｆ／ｃｍ² ）＋ＦｅーＣｒ溶射皮
膜

【００２０】好ましい超音波印加時間は、超音波出力や
ワークの形状および大きさその他の因子によって変化す
る。以下に、本実施の形態の溶射方法での超音波印加時
間による皮膜性状の違いを試料１〜３によって示す。図
３および図４で示す印加時間５秒のＺｎハンダ層３ａ
は、ＡＣ４Ｃ基材２ａの表面の酸化膜の破壊が不十分で
あり、密着強さ試験においても、一部基材２ａとＺｎハ
ンダ層３ａとの界面で剥離した。図５〜図８で示す印加
時間１０秒，１５秒のＺｎハンダ層３ｂ，３ｃは、ＡＣ
４Ｃ基材２ｂ，２ｃの表面の酸化膜を破壊し、ＡＣ４Ｃ
基材２ｂ，２ｃに深く入り込んでいる。密着強さ試験で
は、ＡＣ４Ｃ基材２ｂ，２ｃとＺｎハンダ層３ｂ，３ｃ
との界面で剥離するものはなく、Ｚｎハンダ層３ｂ，３
ｃとＡｌーＳｉ溶射皮膜４ｂ，４ｃとの界面で剥離し
た。試料１では、ＺｎハンダによるＡＣ４Ｃ基材２ａの
表面の酸化膜の破壊が不十分であっても、後述の表２か
ら判るように、試料４よりも溶射皮膜４ａの密着強さが
高いことから、溶射皮膜４の密着強さを向上させるに
は、超音波Ｚｎハンダ付け時の超音波印加時間ｔがｔ≧
５秒であれば良いことになる。しかし、アルミニウム基
材２の表面における酸化層の破壊状況および密着強さの
結果から考えると、好ましくはｔ≧１０秒と言える。な
お、超音波印加時間の上限は特にないが、長い時間印加
しても別段効果が良くなるわけではないので、経済性を
考慮する必要がある。

【００２１】Ｚｎハンダ層３の厚さは、ハンダ１０浴中
から試料を引き抜く速度によって制御することが可能で
ある。このＺｎハンダ層３の厚さは、アルミニウム基材
２とＺｎハンダ層３の密着強さおよびＺｎハンダ層３と
溶射皮膜４の密着強さには影響を及ぼさないが、Ｚｎハ
ンダ層３があまり厚いと経済性が悪くなり、全体の強度
も低下するため、１００μｍ以下が好ましい。Ｚｎハン
ダ層３は、最低でも数μｍの厚さに形成される。この数
μｍから１０数μｍ程度あれば、溶射皮膜４等の密着強
さに十分効果がある。すなわち、Ｚｎハンダ層３の厚さ
を１００μｍ以下にすると、必要以上のハンダの持ち出
しや熱処理時間を抑えることができ、コストダウンが図
れる。

【００２２】上記試料１〜６の密着強さを調査した結果
を下記の表２に示す。表２より、超音波ハンダ付けによ
るＺｎハンダ層を設けたＡｌーＳｉ溶射皮膜およびＦｅ
ーＣｒ溶射皮膜の試料１〜３、５は、ブラスト処理を行
ったＡｌーＳｉ溶射皮膜およびＦｅーＣｒ溶射皮膜の試
料４、６に対して、密着強さが大きく改善されているこ
とが判る。その中でも、ＦｅーＣｒ溶射皮膜のように、
ＡＣ４Ｃ基材と熱膨張係数の違う材料に対しては、その
効果が大きかった。したがって、上記溶射皮膜４が表面
に形成されたアルミニウム基材２に対し、所定の表面研
磨加工などを施せば、耐摩耗性を向上させた製品１が得
られることになる。

【００２３】

【表２】

【００２４】図９は、他の本発明に係る実施の形態のア
ルミニウム材料への溶射方法を示している。本実施の形
態のアルミニウム材料への溶射方法においては、Ｚｎハ
ンダ層３を形成したアルミニウム基材２を１５０゜Ｃ以
上に予熱し、その後に、溶射ガン１１から溶射フレーム
１２をアルミニウム基材２およびＺｎハンダ層３の表面
に対して所定の角度θで溶射して溶射皮膜４を形成する
点と、溶射皮膜４がＡｌーＳｉ系の他にＡｌーＡｇ系、
ＡｌーＣｕ系およびその複合系材料を用いた点を除き、
上記発明の実施の形態とほぼ同様であり、説明を省略す
る。

【００２５】溶射法としては、上記発明の実施の形態と
同様、プラズマ溶射を用い、下記の表３で示す条件によ
り溶射を行った。

【００２６】

【表３】

【００２７】また、溶射皮膜４の密着強さを調査するた
め、ＡｌーＳｉ溶射皮膜を形成した以下の試料を作製し
た。ここで、基材２の表面と溶射フレーム１２との角度
をθとする。 ・試料１： ＡＣ４Ｃ基材２＋超音波ハンダ付けによる
Ｚｎハンダ層３＋予熱＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４（θ＝４
５ｄｅｇ） ・試料２： ＡＣ４Ｃ基材２＋超音波ハンダ付けによる
Ｚｎハンダ層３＋予熱＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４（θ＝４
５ｄｅｇ）＋熱処理 ・比較試料３： ＡＣ４Ｃ基材＋ブラスト処理（＃４６
アルミナグリッド、３ｋｇｆ／ｃｍ² ）＋ＡｌーＳｉ溶
射皮膜（θ＝４５ｄｅｇ） ・比較試料４： ＡＣ４Ｃ基材２＋超音波ハンダ付けに
よるＺｎハンダ層３＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４（θ＝９０
ｄｅｇ） ・比較試料５： ＡＣ４Ｃ基材２＋超音波ハンダ付けに
よるＺｎハンダ層３＋予熱＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４（θ
＝９０ｄｅｇ） ・比較試料６： ＡＣ４Ｃ基材＋ブラスト処理（＃４６
アルミナグリッド、３ｋｇｆ／ｃｍ² ）＋ＡｌーＳｉ溶
射皮膜（θ＝９０ｄｅｇ）

【００２８】上記試料１では、溶射角度θが４５ｄｅｇ
となっているため、予熱なしでは溶融粒子がＺｎハンダ
層３に打ち込まれず、溶射皮膜が形成されなかった。と
ころが、ＡＣ４Ｃ基材２を１５０゜Ｃ以上に予熱した後
に溶射すると、溶射皮膜４が形成された。これは、Ｚｎ
ハンダが熱により軟化し、溶融粒子が打ち込みやすくな
ったからである。比較試料４は、溶射角度θが９０ｄｅ
ｇとなっているため、ＡＣ４Ｃ基材２への熱の伝導性も
良く、溶融粒子も打ち込まれやすい。したがって、予熱
なしでも十分に溶射皮膜４を形成できた。

【００２９】また、上記試料２では、溶射皮膜４の形成
後、皮膜側へのハンダの拡散を促すために熱処理を行っ
た。この熱処理では、３７０゜Ｃで４時間保持した後に
空冷を行っている。本熱処理条件は、あらかじめ予備実
験を行って選定した。この予備実験によると、ハンダの
融点以上で熱処理すると、当該ハンダの溶融により、Ｚ
ｎハンダ層３に気孔が発生した。気孔の発生は、強度低
下をもたらす要因として好ましくない。したがって、熱
処理は融点以下で行うこととし、本実験ではＺｎー５ｗ
ｔ％Ａｌハンダの融点３８１゜Ｃ以下の３７０゜Ｃで行
った。ＡＣ４Ｃ基材にＴ６処理を行う場合、あらかじめ
熱処理によりハンダ層を拡散させて消失させた後に行う
必要がある。これはハンダ層が残っていると、前述した
ように、ハンダ層に気孔が生じるからである。熱処理時
間は、拡散の度合いを支配する因子であるが、要求する
密着性能およびハンダ層の厚さによって決定する。ＡＣ
４Ｃ基材にＴ６処理を行わない場合、ハンダ層をすべて
拡散させる必要はなく、要求性能に応じて皮膜内にハン
ダ層が存在してもよい。

【００３０】なお、Ｚｎハンダ層３の厚さは、上記発明
の実施の形態で説明したと同様の理由から１００μｍ以
下が好ましい。また、熱処理によりＺｎハンダ層３をす
べて拡散させたい場合、ハンダ層が厚いと長い時間熱処
理する必要があり、経済性および生産性が低くなり、好
ましくない。さらに、本実施の形態では、アルミニウム
合金基材に超音波Ｚｎハンダ付けをし、ＡｌーＳｉ溶射
皮膜を形成する場合について説明したが、ハンダの種類
はＺｎ以外にもＺｎ−Ｃｄ系、Ｚｎ−Ｓｎ系、Ｃｄ−Ｓ
ｎ系等のアルミニウム用ハンダを用いてもよく、基材や
皮膜によって他のハンダ層を選択しても良い。それに伴
って、予熱・熱処理条件なども種々に変えることができ
る。

【００３１】上記試料１〜６の密着強さを調査した結果
を下記の表４に示す。溶射角度による密着強さの低下に
ついて、表４より比較試料６と比較試料３を比べると、
９０ｄｅｇでは３．６ｋｇｆ／ｍｍ² であったのが、４
５ｄｅｇでは１．５ｋｇｆ／ｍｍ² と半分以下になって
いることが判る。ハンダ層の効果について、試料１は、
ブラスト処理した比較試料３および比較試料６と比べて
密着強さが高く、９０ｄｅｇで溶射した比較試料６の密
着強さの約１．５倍の密着強さを示した。予熱の効果に
ついて、比較試料４と比較試料５を比べると、予熱を加
えた比較試料５より密着強さは劣るが、予熱なしの比較
試料４と同等であり、予熱することによって溶射角度の
影響を低く抑えることができることが判った。熱処理の
効果について、試料１と試料２を比較すると、さらに熱
処理により密着強さが向上していることが判る。このと
き、試料１では、剥離がＺｎハンダ層３と溶射皮膜４の
界面であったが、熱処理すると溶射皮膜内での剥離とな
ったことから、Ｚｎハンダ層３の溶射皮膜４への拡散等
によりＺｎハンダ層３と溶射皮膜４の界面での密着強さ
が向上したことが判る。

【００３２】

【表４】

【００３３】本発明は、ハンダが付く基材を用いれば、
溶射皮膜の材質は問わずに密着強さ向上の効果を有する
が、本実施の形態で示したようなアルミニウム合金系基
材２に対して超音波ハンダ付けによりＺｎハンダ層３を
形成し、その後にアルミニウムを主成分とする溶射皮膜
４を形成すれば、その効果が大きくなる。また、本実施
の形態では、アルミニウム基材上にＡｌ系皮膜を形成し
たが、耐摩耗の用途で用いられる部材・部位では、多く
の場合にビッカース硬さで２００〜３００ＨＶ位の中程
度の硬さ、すなわちＪＩＳ ＡＣ４ＣやＡＣ８Ａ等の実
用アルミニウムの硬さを少し上回る程度で十分であり、
必ずしもセラミックスや金属間化合物、高融点金属等の
高硬度および高耐熱性を必要としない場合も多い。その
ような場合、ＪＩＳ ＡＣ４ＣやＡＣ８Ａ、ＡＤＣ材等
の実用アルミニウム表面にＡｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ａｇ
系、Ａｌ−Ｃｕ系等の皮膜を形成することによって、実
用に耐える部材となり得る。

【００３４】図１０および図１１は、さらに他の本発明
に係る実施の形態のアルミニウム材料への溶射方法を示
している。本実施の形態のアルミニウム材料への溶射方
法では、Ｚｎハンダ層３の表面にアルミニウムを主成分
とする合金もしくはセラミックスを分散させた溶射皮膜
４を形成する点と、該溶射皮膜４を形成した後に熱処理
を施すことによりハンダを溶射皮膜４側にも拡散させて
いる点を除き、上記発明の実施の形態とほぼ同様であ
り、説明を省略する。なお、図１０において、１３ａは
皮膜側へのハンダ拡散層、１３ｂは基材側へのハンダ拡
散層を示している。また、図１１において、Ｋはハンダ
層が消失した拡散領域であり、Ｋ₁ は皮膜側拡散領域、
Ｋ₂ は基材側拡散領域を示している。

【００３５】次に、熱処理の効果を調査するため、以下
の試料を作製した。溶射皮膜４は、下記の表５で示した
条件により、Ａｌ系材料としてＡｌ−Ｓｉ溶射皮膜を形
成した。その他の溶射皮膜に関連する事項は、図９で示
す発明の実施の態様と同様である。また、熱処理として
は、既述した理由から３７０゜Ｃで４時間保持した後に
空冷を行った。これにより、Ｚｎハンダ層３は、図１０
中のハンダ拡散層１３ｂ，１３ａに示す如く、基材側と
皮膜側にすべて拡散した。 ・試料１： ＡＣ４Ｃ基材２＋超音波ハンダ付けによる
Ｚｎハンダ層３＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４＋熱処理 ・試料２： ＡＣ４Ｃ基材２＋超音波ハンダ付けによる
Ｚｎハンダ層３＋ＡｌーＳｉ溶射皮膜４ ・比較試料３： ＡＣ４Ｃ基材＋ブラスト処理（＃４６
アルミナグリッド、３ｋｇｆ／ｃｍ² ）＋ＡｌーＳｉ溶
射皮膜

【００３６】

【表５】

【００３７】本熱処理条件は、既述の理由から、熱処理
を融点以下で行うこととしたが、熱処理温度を下げる
と、拡散させるための時間が長くなるので、ハンダの融
点以下でなるべく高い温度がよい。ＡＣ４Ｃ基材にＴ６
処理を行う場合、図１１に示す如く、あらかじめ熱処理
によりハンダ層を拡散させて消失させた後に行う必要が
ある。これはハンダ層が残っていると、前述したよう
に、ハンダ層に気孔が生じるからである。熱処理時間
は、拡散の度合いを支配する因子であるが、要求する密
着性能およびハンダ層の厚さによって決定する。特に限
定されない。ＡＣ４Ｃ基材にＴ６処理を行わない場合、
ハンダ層をすべて拡散させる必要はなく、要求性能に応
じて皮膜内にハンダ層が存在してもよい。

【００３８】上記試料１〜３の密着強さを調査した結果
を下記の表６に示す。表６より、試料１は、試料２、試
料３に比べて、ＡｌーＳｉ溶射皮膜４の密着強さが向上
していることが判る。これは、熱処理によりＺｎハンダ
層３のハンダが皮膜側にも拡散したためである。

【００３９】

【表６】

【００４０】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能で
ある。

【００４１】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係るアルミニウム
材料への溶射方法は、アルミニウム基材の表面にハンダ
層を超音波ハンダ付法によって形成し、その後、このハ
ンダ層の表面に溶射材料を溶射して溶射皮膜を形成して
いるので、ブラスト処理を施した従来の方法よりもアル
ミニウム基材に対して高い皮膜の密着強さが得られ、こ
の密着強さの向上によって溶射皮膜の信頼性を高めるこ
とができる。このため、本発明の溶射方法により表面に
溶射皮膜が形成されているアルミニウム基材は、優れた
耐摩耗性を有しているので、シリンダスリーブなどのエ
ンジン部品に適用することができる。

【００４２】また、他の本発明に係るアルミニウム材料
への溶射方法は、アルミニウム基材の表面にハンダ層を
超音波ハンダ付法によって形成し、次いで、このハンダ
層を形成したアルミニウム基材を予熱し、その後、この
ハンダ層の表面に溶射材料を溶射して溶射皮膜を形成し
ているので、より一層溶射皮膜の密着強さの向上を図る
ことができるとともに、径の大きさや深さによりブラス
ト処理が難しく、安定した品質を保ちにくい円筒形状等
のアルミニウム基材の場合でも、超音波ハンダ付工程を
管理にすることで再現性良く処理できる。

【００４３】さらに、他の本発明に係るアルミニウム材
料への溶射方法は、アルミニウム基材の表面にハンダ層
を超音波ハンダ付法によって形成し、次いで、このハン
ダ層の表面に溶射材料を溶射して溶射皮膜を形成し、そ
の後、ハンダ層および溶射皮膜を形成したアルミニウム
基材に熱処理を施しているので、ハンダを溶射皮膜に拡
散させてアルミニウム基材に対する溶射皮膜の密着強さ
をより一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る溶射方法により、ア
ルミニウム基材に形成された溶射皮膜を示す断面図あ
る。

【図２】上記アルミニウム基材の表面にＺｎハンダ層を
形成する超音波ハンダ付装置を示す概略図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る溶射方法において、
超音波印加時間が５秒でのアルミニウム基材に形成され
た溶射皮膜を示す断面図である。

【図４】図３における溶射皮膜の状態を説明する１００
倍の顕微鏡写真である。

【図５】本発明の実施の形態に係る溶射方法において、
超音波印加時間が１０秒でのアルミニウム基材に形成さ
れた溶射皮膜を示す断面図である。

【図６】図５における溶射皮膜の状態を説明する１００
倍の顕微鏡写真である。

【図７】本発明の実施の形態に係る溶射方法において、
超音波印加時間が１５秒でのアルミニウム基材に形成さ
れた溶射皮膜を示す断面図である。

【図８】図５における溶射皮膜の状態を説明する１００
倍の顕微鏡写真である。

【図９】他の本発明の実施の形態に係る溶射方法によ
り、アルミニウム基材に溶射フレームを溶射している状
態を示す断面図である。

【図１０】さらに他の本発明の実施の形態に係る溶射方
法により、アルミニウム基材に形成された溶射皮膜を示
す断面図ある。

【図１１】図１０におけるハンダ層を消失させたアルミ
ニウム基材に形成された溶射皮膜を示す断面図ある。

【図１２】従来の溶射方法において、アルミニウム基材
の表面をブラストによって粗面化している状態を示す断
面図である。

【図１３】従来の溶射方法によって、粗面化したアルミ
ニウム基材の表面に溶射フレームを溶射している状態を
示す断面図である。

【図１４】従来の溶射方法において、内系溶射ガンから
溶射フレームをシリンダスリーブの内周面に溶射してい
る状態を示す断面図である。

【図１５】図１２において、粗面化したアルミニウム基
材の表面に溶射フレームを溶射して溶射皮膜を形成した
状態を示す断面図である。

【図１６】図１５における溶射皮膜の状態を説明する１
００倍の顕微鏡写真である。

【符号の説明】

２ アルミニウム基材 ３ Ｚｎハンダ層 ４ 溶射皮膜 ５ 超音波ハンダ付装置 １１ 溶射ガン １２ 溶射フレーム １３ａ，１３ｂ ハンダ拡散層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 晴信 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 (72)発明者 木俣 文和 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 (72)発明者 四谷 剛毅 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム基材の表面にハンダ層を超
   音波ハンダ付法によって形成し、その後、このハンダ層
   の表面に溶射材料を溶射して溶射皮膜を形成することを
   特徴とするアルミニウム材料への溶射方法。
2. 【請求項２】 アルミニウム基材の表面にハンダ層を超
   音波ハンダ付法によって形成し、次いで、このハンダ層
   を形成したアルミニウム基材を予熱し、その後、このハ
   ンダ層の表面に溶射材料を溶射して溶射皮膜を形成する
   ことを特徴とするアルミニウム材料への溶射方法。
3. 【請求項３】 アルミニウム基材の表面にハンダ層を超
   音波ハンダ付法によって形成し、次いで、このハンダ層
   の表面に溶射材料を溶射して溶射皮膜を形成し、その
   後、ハンダ層および溶射皮膜を形成したアルミニウム基
   材に熱処理を施すことを特徴とするアルミニウム材料へ
   の溶射方法。
4. 【請求項４】 上記ハンダ層を形成するハンダが、ＡＨ
   −Ｚ９５Ａ（Ｚｎー５ｗｔ％Ａｌ）であることを特徴と
   する請求項１〜請求項３のいずれか一に記載のアルミニ
   ウム材料への溶射方法。
5. 【請求項５】 上記ハンダ層が１００μｍ以下の厚さに
   形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の
   いずれか一に記載のアルミニウム材料への溶射方法。
6. 【請求項６】 上記溶射皮膜が、ＡｌーＳｉ系、Ａｌー
   Ａｇ系、ＡｌーＣｕ系およびその複合系材料を用いて形
   成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のい
   ずれか一に記載のアルミニウム材料への溶射方法。