JPH1172042A - 内燃機関のピストン - Google Patents

内燃機関のピストン

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JPH1172042A
JPH1172042A JP23347597A JP23347597A JPH1172042A JP H1172042 A JPH1172042 A JP H1172042A JP 23347597 A JP23347597 A JP 23347597A JP 23347597 A JP23347597 A JP 23347597A JP H1172042 A JPH1172042 A JP H1172042A
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JP
Japan
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alloy
piston
peripheral surface
combustion engine
internal combustion
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Pending
Application number
JP23347597A
Other languages
English (en)
Inventor
Masato Sasaki
正登 佐々木
Kazuo Izumi
和男 泉
Takae Suzuki
孝枝 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Unisia Jecs Corp
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Publication date
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Publication of JPH1172042A publication Critical patent/JPH1172042A/ja
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Landscapes

  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストン本体の外周面に形成されたNi−P
合金皮膜層の均一な厚さを確保しつつ、強靭性を得て、
大きな熱負荷による亀裂の発生を防止する。 【構成】 アルミニウム合金製ピストン本体1のリング
溝2,3の内周面を含む外周面全体に、無電解めっき処
理によってNi−P合金の皮膜層4を形成する。前記N
i−P合金のP含有量を0.2〜5重量%に設定して、
大きな熱負荷時におけるNi3Pの析出を防止した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用内
燃機関に用いられるピストン、とりわけアルミニウム合
金材で成形されたピストン本体のリング溝の内周面から
ピストンリングの外周面へのアルミニウム合金の凝着を
防止する内燃機関のピストンに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、自動車用内燃機関にあっ
ては、高性能化,高出力化の要請に伴い熱負荷が極めて
高くなっており、斯かる苛酷な条件下で作動するアルミ
ニウム合金材のピストンは、そのリング溝の内周面から
ピストンリングの外周面にアルミニウム合金の凝着が発
生し易くなっている。
【0003】そこで、前記凝着の発生を防止するために
種々の提案がなされており、その一つとしてピストンリ
ングの外周面にクロム電着層を形成することも考えられ
ているが、この手段では、大きな熱負荷や油温の高い苛
酷な条件下での使用に十分に耐えられない場合がある。
また、電気めっき方法による場合は、リング溝の内周面
に一様な電場が形成されず、均一厚さのめっき層を形成
することができないおそれがある。
【0004】このため、例えば特開昭57−2443号
公報等に記載されている技術のように、アルミニウム合
金製ピストン本体の冠部外周にリング溝を形成すると共
に、該ピストン本体の外周面に無電解めっき処理を行っ
て皮膜層を形成する、つまり無電解めっき浴として、カ
ニゼン社製ブルーシューマを用いて、浴温85℃,PH
=5.5の溶中に1時間保持し、これによってリング溝
の内周面を含めたピストン本体の外周面にNi−P合金
の均一な皮膜層を形成することも提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記公報記
載の従来例にあっては、無電解めっき浴のPH値が5.
5になっており、このPH値では、Ni−P合金に含有
されるP量(リン含有量)が6〜12重量%になってい
ると考えられる。そして、6〜12重量%のP含有量で
は、前述のような大きな熱負荷等の苛酷な条件下におい
てはNi3Pの析出によって皮膜層が硬化し、靭性が低
下する。即ち、ピストン本体の冠部は、一般に燃焼ガス
によって高熱に晒され、冠面が約250℃〜300℃,
トップリング溝の内周面付近では220℃〜280℃の
高熱になる。このため、該高熱によりNi3Pが皮膜層
中に析出されて硬化が進み、皮膜層の靭性が低下してし
まう。
【0006】これは、本願発明者が、公報記載のピスト
ンを4サイクル4気筒2,000ccの内燃機関に組み込
んで、6000rpmで100時間の運転を行ったとこ
ろ、めっき皮膜層の硬度が皮膜層形成時点のHv500
からHv1050に上昇し、トップリング溝の内周面に
多数の亀裂が認められた。斯かる現象は、明らかに高熱
によりNi3Pが析出するためであると考えられる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の無
電解めっき処理による問題点に鑑みて案出されたもの
で、請求項1記載の発明は、アルミニウム合金材で成形
されたピストン本体の上端部外周にリング溝を形成する
と共に、ピストン本体の外周面に無電解めっき処理によ
るNi−P合金の皮膜層を形成してなる内燃機関のピス
トンにおいて、前記皮膜層中のNi−P合金のP含有量
を0.2〜5重量%に設定したことを特徴としている。
【0008】請求項2記載の発明は、アルミニウム合金
材で成形されたピストン本体の上端部外周にリング溝を
形成すると共に、該ピストン本体の外周面に無電解めっ
き処理によるNi−P−Mo合金の皮膜層を形成してな
る内燃機関のピストンにおいて、前記皮膜層中のNi−
P−Mo合金のP含有量を0.2〜5重量%に設定した
ことを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】本願発明は、めっき皮膜層の組成
と加熱による硬度上昇との関係を、前記従来例をベース
として詳細に実験研究した結果、Ni−PあるいはNi
−P−Mo合金の皮膜層中のP含有量が少なくなればな
る程、加熱による硬度上昇が小さくなる、つまり加熱し
ても靭性が低下しないことを見い出した。
【0010】図2は熱処理におけるNi−PあるいはN
i−P−Mo合金皮膜の硬度変化とリン(P)量との関係
を実験した結果を示し、この実験結果から明らかなよう
に、加熱前の初期硬度はP量が12重量%まではNi−
P合金皮膜は低リン側で最高硬度を示し約HV600で
ある。その後リン量の増加と共に初期硬度は低下し、5
重量%を超えると一定値約HV550を示す。Ni−P
−Mo合金皮膜については、低リン側で最低硬度を示し
約HV400である。その後、リン量の増加とともに初
期硬度は増加し、5重量%を超えると一定値約HV55
0を示す。しかし、280°×100時間加熱後におい
ては、リン量が約5重量%以上ではNi−P合金皮膜に
おいては約HV1050となり、Ni−P−Mo合金皮
膜においては、約HV900と十分に高くなるのに対し
て、0.2重量%〜5重量%に設定するとNi−P合金
皮膜の場合は約HV850から1050、Ni−P−M
o合金皮膜の場合は約HV600〜900までと急激に
硬度が低下する。尚、Ni−P−Moの合金皮膜のほう
がNi−P合金皮膜に比べて硬度上昇が小さい。
【0011】したがって、リン含有量を0.2から5重
量%に設定すれば、220℃以上の熱負荷の高い場合で
も硬度の過上昇が抑制されて、強靭性を確保できるので
ある。
【0012】もちろん、Ni−P合金皮膜に比べてNi
−P−Mo合金皮膜のほうが強靭性の確保に優れてい
る。
【0013】尚、リン含有量を0.2重量%以下に含有
させることはニッケル塩次亜リン酸型無電解めっきの場
合不可能である。
【0014】
【実施例】以下、本発明に係る内燃機関のピストンの一
実施例1を図1に基づいて説明する。
【0015】この実施例では、無電解めっき浴としてカ
ニゼン社製S−795を用いた。
【0016】即ち、まず、アルミニウム合金(AC8A
材)で溶湯鋳造したピストン本体1を、通常のジンケー
ト処理後、前記S−795のめっき溶に1時間浸漬し
た。この浴温は90±1℃に設定し、PHは6±0.1
に設定した。この浴温及びPHの条件下によってリン
(P)含有量が1.5±0.5重量%に設定されている。
【0017】めっき処理後、150℃で1時間のペーキ
ング処理を行った。
【0018】かかる処理行程によって、ピストン本体1
の各リング溝2,3の内周面を含む外周面全体に、厚さ
約18μのNi−P合金でなる均一なめっき皮膜層4が
形成された。
【0019】そして、前記のように、めっき皮膜層4が
形成されたリング溝2,3に夫々ピストンリング5,6
を嵌着したピストン本体1を、4サイクル4気筒2,0
00ccの内燃機関に組み込み、6000rpmで100時
間の実験運転を行った。この結果、めっき処理後の硬度
はHv500であったが、運転後にはHv700にな
り、僅かに上昇したものの過上昇が十分に抑制され、ト
ップリング溝2の内周面に施されためっき皮膜層4には
亀裂の発生が認められなかった。
【0020】これは、前述のように皮膜層4中のリン
(P)含有量が1.5重量%に設定したことにより、Ni3
Pの析出が防止されて硬度の上昇が抑制されたため、強
靭性が確保されたことによる。
【0021】また、ピストン本体1の冠面1a上にも、
前記めっき皮膜層4が形成されており、したがって、該
冠面1a上の皮膜層4も熱負荷による亀裂の発生が防止
される。
【0022】他の実施例としては、無電解めっき浴とし
て、表1に示すNi−Mo−Pの3元系のめっき浴を用
いた。
【0023】
【表1】
【0024】このめっき浴のモリブデン酸ナトリウムと
次亜燐酸の量を適宜変えることによりNi中のMo量と
P量を変化させることができる。得られたNi−P−M
o合金めっき皮膜について、そのNi中のMo量とP量
は図3に示す決まった割合を含有することがわかった。
また、析出速度もP量によって一義的に決まることがわ
かった。P量が少なくなるほど析出速度が低下する次に
処理方法を示す。
【0025】通常ジンケート処理後、まず実施例1で示
したあるいは表1に示したNi−Pめっきを3ミクロン
メートルの厚さに処理する。その後、直ちにNi−Mo
−Pめっきを表1に示す処理条件で処理を行い、厚さが
約15ミクロンとなるよう図3に示す析出速度を参考に
処理時間を決める。
【0026】例えば次亜燐酸ナトリウム0.1M/lと
モリブデン酸ナトリウム0.003M/lとするとリン
量0.7重量%、モリブデン量28重量%含有したニッ
ケルめっきが得られる。ピストンに処理後、実施例1と
同様に内燃機関に組み込み実験運転をおこなった。この
結果、めっき処理後の硬度はHV450で実機運転後は
HV600とわずかな硬度上昇にとどめることができ
た。また、トップリング溝2の内面側に施されためっき
層4には亀裂は認められなかった。
【0027】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る内燃機関のピストンによれば、アルミニウム合金材
のピストン本体の外周面に無電解めっき処理によるNi
−P合金あるいはNi−P−Mo合金の皮膜層を形成す
ると共に、該Ni−P合金あるいはNi−P−Mo合金
のP含有量を0.2〜5重量%に設定したため、凝着を
防止する均一の厚さの皮膜層が得られることは勿論のこ
と、例えば220℃以上の高熱負荷の条件下において
も、皮膜層中のNi3Pの析出が防止されて硬度の過上
昇を抑制できる。この結果、皮膜層の靭性が向上して亀
裂の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたピストンの要部断面図。
【図2】熱処理における皮膜層の硬度変化とリン濃度の
関係を示すグラフ。
【図3】堆積レートに対するリン含有による効果とNi
−Mo−P合金皮膜層のモリブデン含有量を示す特性
図。
【符号の説明】
1…ピストン本体 2,3…リング溝 4…Ni−P合金のめっき皮膜層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F16J 1/01 F16J 1/01 9/00 9/00 A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム合金材で成形されたピスト
    ン本体の上端部外周にリング溝を形成すると共に、該ピ
    ストン本体の外周面に無電解めっき処理によるNi−P
    合金の皮膜層を形成してなる内燃機関のピストンにおい
    て、 前記皮膜層中のNi−P合金のP含有量を0.2〜5重
    量%に設定したことを特徴とする内燃機関のピストン。
  2. 【請求項2】 アルミニウム合金材で成形されたピスト
    ン本体の上端部外周にリング溝を形成すると共に、該ピ
    ストン本体の外周面に無電解めっき処理によるNi−P
    −Mo合金の皮膜層を形成してなる内燃機関のピストン
    において、 前記皮膜層中のNi−P−Mo合金のP含有量を0.2
    〜5重量%に設定したことを特徴とする内燃機関のピス
    トン。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007157940A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置および発光装置の製造方法
DE102015209887A1 (de) 2015-05-29 2016-12-01 Mahle International Gmbh Kolben für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine
EP3460096A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-27 Valeo Japan Co., Ltd Sliding member for compressor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007157940A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置および発光装置の製造方法
DE102015209887A1 (de) 2015-05-29 2016-12-01 Mahle International Gmbh Kolben für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine
WO2016192864A1 (de) 2015-05-29 2016-12-08 Mahle International Gmbh Kolben für einen zylinder einer brennkraftmaschine
EP3460096A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-27 Valeo Japan Co., Ltd Sliding member for compressor

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