JPS5852469A - デイ−ゼルエンジン用排気弁 - Google Patents
デイ−ゼルエンジン用排気弁Info
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- JPS5852469A JPS5852469A JP14962081A JP14962081A JPS5852469A JP S5852469 A JPS5852469 A JP S5852469A JP 14962081 A JP14962081 A JP 14962081A JP 14962081 A JP14962081 A JP 14962081A JP S5852469 A JPS5852469 A JP S5852469A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0403—Refractory metals, e.g. V, W
- F05C2201/0415—Zirconium
-
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- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0865—Oxide ceramics
- F05C2203/0895—Zirconium oxide
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
る排気弁に関し、特に耐食性と靭性に優れたシート面を
有する排気弁ｔ−提案せんとするものである。 ディーゼルエンジンに用いられる排気弁は排気によって
焼損を起こし易く％特に排気温度が比較的高い中高速デ
ィーゼル機関でしかも粗悪油を使用した場合にその度合
いが顕著となる。とのような焼損の問題は主に弁体及び
弁座のシート面の吹抜は焼損に代置されるものであり、
この九め従来では、第１図及び第２図に示す・ようにク
ロム系耐熱鋼やＮ１基超耐熱合金を弁体（１）、弁座（
２）の母材とし、そのシート面（ム） （２ａ）にＣｏ
基又はＮ１基の高硬度（ 、Ｓ Ｏ Ｏ〜７００Ｈｖ）
の耐食性合金を溶接肉感又は溶射内盛することによりシ
ート面（ｌｍ）（２ａ）の高温硬度性を高め、耐高温加
速酸化性を向上させて吹抜は焼損を防止するようＫして
いる□しかしながら、近年の燃料の粗悪化にともない、
上記のような耐食性合金を肉盛し穴だけのシート面で杜
、極めて早期に吹抜は焼損を生じてしまうという問題が
生起している。この九め、前記し７ｈＣｏ基又はＮ１基
合金中にセラミックスを分散させたものを母材に溶封し
てシート面を構成するという試みもなされているが、通
常の均一分散させたコーティング層では繰返し衝撃に対
する耐久性に乏しく、加えてこのような七２７ツクスを
分散させたコーティング層線その密度が低く、このなめ
高温加速酸化を促進させる低融点化合物が肉感層さらに
は母材中まで浸透し、却って吹抜は焼損を促進させると
いう結果を招いてしまう。 このような問題を解決するため、本発Ｆ！４１等社先に
４Ｉｊｍ昭５５−１１ｓ２２６４号として、シート面を
セラミックス濃度が表層側程高く且つ加圧加熱処理がな
された溶射層で構成するととＫよって、優れ良耐食性と
強靭性
有する排気弁ｔ−提案せんとするものである。 ディーゼルエンジンに用いられる排気弁は排気によって
焼損を起こし易く％特に排気温度が比較的高い中高速デ
ィーゼル機関でしかも粗悪油を使用した場合にその度合
いが顕著となる。とのような焼損の問題は主に弁体及び
弁座のシート面の吹抜は焼損に代置されるものであり、
この九め従来では、第１図及び第２図に示す・ようにク
ロム系耐熱鋼やＮ１基超耐熱合金を弁体（１）、弁座（
２）の母材とし、そのシート面（ム） （２ａ）にＣｏ
基又はＮ１基の高硬度（ 、Ｓ Ｏ Ｏ〜７００Ｈｖ）
の耐食性合金を溶接肉感又は溶射内盛することによりシ
ート面（ｌｍ）（２ａ）の高温硬度性を高め、耐高温加
速酸化性を向上させて吹抜は焼損を防止するようＫして
いる□しかしながら、近年の燃料の粗悪化にともない、
上記のような耐食性合金を肉盛し穴だけのシート面で杜
、極めて早期に吹抜は焼損を生じてしまうという問題が
生起している。この九め、前記し７ｈＣｏ基又はＮ１基
合金中にセラミックスを分散させたものを母材に溶封し
てシート面を構成するという試みもなされているが、通
常の均一分散させたコーティング層では繰返し衝撃に対
する耐久性に乏しく、加えてこのような七２７ツクスを
分散させたコーティング層線その密度が低く、このなめ
高温加速酸化を促進させる低融点化合物が肉感層さらに
は母材中まで浸透し、却って吹抜は焼損を促進させると
いう結果を招いてしまう。 このような問題を解決するため、本発Ｆ！４１等社先に
４Ｉｊｍ昭５５−１１ｓ２２６４号として、シート面を
セラミックス濃度が表層側程高く且つ加圧加熱処理がな
された溶射層で構成するととＫよって、優れ良耐食性と
強靭性
【得たディーゼルエンジン用排気弁を提案した。
しかしながら、本発明者等のその後の研究によれに、溶
射層への上記加圧加熱処理は溶射層組織と緻密にするこ
とによってその耐食性と強靭性ｔ−増強しさらに溶射〜
と母材との密着性を改善するという大きな利点を有する
ものではあるが、上記の如く加圧加熱処理した溶射層で
なくても、つまシ溶射ままの溶射層によってシート面を
構成せしめても、ディーゼルエンジンの実用的見地から
いって十分な耐久性が得られ、またそのほうが製造も簡
単でコスト的にもはるかく有利であることを見い出し良
。 本発明はこのようなことから新たに提案されたもので、
その基本的特徴はシート１Ｉｆｆを構成すべき部分にセ
ラミックス濃度が表層側程高くなるようセラミックスと
金属とを溶射し、こＯ溶射まｔｏ溶射層によシシート面
管形成せしめた点にある。 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明するＯ 纂３図（＆）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の排気弁シー
ト面の断Ｗ１を示すものであシ、いずれも、弁体及び弁
座の母材（Ｂ） Ｋ形成されるシート間をセラミックス
濃度が表層儒程高い溶射層（Ａ）により構成せしめ良も
のであシ、これらの溶射層（Ａ）はいずれも溶射１１の
ものである。溶射層（Ａ）はセラミックス（３）及び金
属（主として合金、以下同様）（４）で構成され％聚層
儒程セラミックス濃度が高く、１にた深層側程セラミッ
クス＃Ｉ度が低く、従って金属の濃度が高くなっている
。 このうち第３図（＆）Ｋ示すもの社、溶射層（Ａ） ｔ
−セラミックス濃度が層深さ方向で連続的に変化し九単
層構造のものとして構成せしめたものであ夛、最表層部
がほとんどセラミックス（３）のみで、ｔ＋母材（Ｂ）
Ｋ近い最深要部がほとんど金属（４）のみで構成され、
中間層部が表層部ａＳセラミックス濃度が高く表るよう
セラミックス（３）と金属（４）が複合し、たもので構
成されている。 また、第３図（ｂ）に示すものは、溶射層（ム）をセラ
ミックス濃度がＲＮ的に変化する多層構造のものとして
構成せしめたものであＣ。 即ち、セラミックス濃度が異なる（Ａθ〜（ムＳ）の複
数層によル溶耐層（ム）１形成せしめ良ものである。こ
れによれに、最表層たるＡｓ Ｍｌ ｆｄ、ｆ’ｔトン
トセラミックス（３）のみで構成され、ｔｓ層たるＡ１
層はほとんど金属（４）のみで構成され、中間層たるＡ
１〜人４層は表層側の層程セラミックス濃度が高いセラ
ミックス（３）と金属（４）との複合層となっている。 このようＫして構成される溶射層（Ａ） Ｋ用いられる
セラミックス（３）としては、酸化物系、炭化物系、或
いは窒化物系等のものが用いられ、具体的にはｋＬ２０
Ｈ％Ｔｌ０ｔ、ＺｒＯｘ等適宜なものを採用する仁とが
できる。また、金属（４）としては、耐食性或いは強度
等の異なる特性を有する数種類の溶射用合金（例えば、
Ｎ１ＣｒＡｔ＊Ｎｉ ＣｒＣｏ ＋ ＮＩ ＣｒＭｏ等
）を採用し得るものでアル。 この場合例えば、溶射層（Ａ）の表層側には耐食性に優
れたもの（例えばＮ１ＣｒＡｔ） Ｙｒ％また深層側に
は強度的に＠れたもの（例えばＮｉＣ１Ｍｏ）を、そし
て中間層は耐食性１強度性ともに適度に備え良もの（例
えばＮ１ＣｒＣｏ） Ｙｒそれぞれ使用することが好ま
しい。 第３図（ａ） （ｂ）に示す溶射層では、いずれも中間
層部が金属とセラミックスとが複合したものとなってい
るが、これＫａ次のような意義がある。犀ち、シート面
の耐噛込み性を考縛すると表層のセラミックス層のよう
な硬い層をなるべく厚く付けておくことが望ましいが、
反面耐衝撃性（靭性）、耐剥離性を考慮すると、表層の
セラミックスの厚みはで龜゛るだけ小さくしたほうが望
ましいものであル、このようなことから、前記中間層部
管財噛込み性と耐衝撃性を適度に兼ね備えたセラミック
ス−金属複合層とし、上記２つの要請を同時に満足させ
た４のである。 ｔた以上の実施例において、最表層Ｓ＃ｉ耐食性の関係
でセラずツクス単層とすることが好ましいとと祉言うま
でもない。しかしながら、セラミックス、殊に酸化物系
セラミックス（例えばＺｒ０１）や窒化物系セラミック
ス（ＢＮ、８１Ｎ）の中には金属と複合化しなければ十
分な靭性を期待できない場合があ〉％この場合には最表
層部をセラミックスと金属とＯ複合層によって構成せし
めることが好ましい。 ［凱セラミックスと金属との複合層を構成せしめる場合
、金属で被覆され九セラミックス粉末を用いることがで
き、このような金属被覆セラずツクスと非被覆セラミッ
クス及び金属を使い分け１つの溶射層を形成せしめるこ
とができる。 なお、以上のようＫして構成される溶射層の′層厚につ
いて述べると、例えば、−耐層の最表層をセラミックス
単層で形成せしめる場合の該セラミックス単層の厚さは
、耐食性及び耐熱衝撃性の双方を満すべく３０〜ＳＯＯ
声の範囲で選定されるのが望ましい。但し、溶融酸化物
の母材側への浸透ｔはは適正に阻止するためには、実際
上最低でも７０声の厚さが必要であると考えられる。ま
た、上限の５００声は８００℃に加熱保持後水冷しても
シート面に割れが生じない値（但し、下層の金属層の厚
さが１００声の場合）であるが、実際には１００μを限
度とし次はうが好ましいＯ １九下層の金属層の厚さは下地【母材】粗さＫも依存す
るが、熱衝撃や弁開閉時の衝撃を吸収するためＺｏｏ声
は必要であると考えられ、また経済的見地から１０００
声以下が適当である。 また溶射層全体の厚さにりいて社、１３０〜６０００μ
程度の範囲が考えられるが、実用的見地からすると３５
０〜２０００μが適当であシ、また上層がセラミックス
単層、下層が金属単層の場合、実際上２５０〜４００声
＠ｌＫが最適な厚さであると考えられる。 以上のように、本発明は弁体及び弁座の各シート面を表
層側根セラミックス濃度が高くなるようその濃度を連続
的又は段階的に変化づせて溶射せしめた溶射層（Ａ）と
して構成せしめたものであシ、この結果、溶射層（ム）
の表層部を主にセラミックスで構成せしめることで高温
硬度性及び耐食性に優れ九ものとし、従来の通常の排気
弁に較べ高温腐食量を１７２〜１／１ Ｇ程度にするこ
とが可能となる◎ま九中間層部も金属中にセラミックス
を分散せしめるととＫより強靭性に優れたものとし、さ
らに深層部を主に金属で構成せしめることで母材との密
着性に優れたものとしたものであゐ。 これを換言すれば、表層部を主として形成し且つ中間層
にも分散して含まれるセラミックスによシＶｚ ＯＳ−
ａ Ｎａ１８０４等の低融点酸化物の浸透を防止して−
これらによる母材及び溶射金属層の高温加速酸化の発生
を有効に抑止し、もってこれによる吹抜は焼損を防止す
ることができる。即ち、上記セラミックスｆｌ ＶｍＯ
ｉ ｅＮａｓ８０ａ勢の溶融酸化物との反応温度が９０
０℃と高く、このため、排気弁シート面におけるよりな
ｆ５０Ｇ〜７００℃の作動温度状態では、上記溶融酸化
物による高温腐食反応はほとんど、生じない。ま九シー
ト面表間がセラミックスによシ形成されるので燃焼残渣
等の有害物質のシート面表面への付着を防止することが
でき、さらに表層のセラミックス層の断熱効果により、
水冷等と組み合わせることでシート面近傍の温度を著し
く低下させることができ、これによっても吹抜は焼損を
抑止せしめることができる。また前記セラミックス層に
よシ−ト面近傍の高い硬Ｊ［を得ることができ。 このため硬性物質の噛み込みによるシート面の吹抜けを
防止することができる。さらに、本発明９溶射層（Ａ）
はセラミックスと金属との配合比を連続的又は段階酷に
変化させることＫよシ、溶射層（Ａ）の深場方向の強度
を連続的に変化させ、これＫよって溶射層全体を強靭性
に優れたものとし、シート面の耐久性を確保している。 このような本発明の具体的実施例を示せば以下の通ｐで
ある。 実施例 １゜ 中 セラミックス−Ａｊ４０ｓ （６０１６）＋Ｔｉ０
２（ａｏ＊）十ＺｒＯ鵞（１０％） ・金 属−ＮｉＣｒＡｔ合金（Ｃ６１ｍｏｎｏｙ ６）
・母材・・・Ｎｉｍｏｎｉｃ合金 このような材質のものを利用し、第３図葎）に示すよう
にセラミックス濃度を連続的に変化せしめるようにして
母材に溶射せしめた−のである。 第４図は、本実施例のセラミックスと金属との分布状態
を示し、溶射層（Ａ）のうち葎）はセラミックス、＜ｂ
）は金属の重量比をそれぞれ示す。溶射層（Ａ）はその
層厚が３０００μに形成され、そのうち表層側からθ〜
３０声の部分はセラミックス１００”％の層部、２００
０〜３０００μは金属１００％の層部として構成され、
３０〜２０００μの範囲では表層１ｌｌｌｌ！セラミッ
クス濃度が高いセラミックス−金属複合層部として構成
されている。 実施例 λ ・セラミックス、金属 ・母材・・・Ｎｌｍｏｎｌｃ合金 本実施例では以上のような材質を利用し、第３図（ｂ）
で示すように、溶射層（Ａ）をセラミックス濃度が異な
ゐ複数層から構成せしめるととによシセラミックス濃度
を段階的に変化せしめたものである。本実施例において
は１層厚３０００声の溶射層（Ａ）は計５層から構成さ
れ１表層側からＯ〜３０声の層がセラミックス１ｏｏＳ
、２０００〜３０００μの層が金属１００ｇ６として構
成され、中間の３層はそれぞれ表層側のもの程セラ建ツ
クス濃度が高いセラミックス−金属複合層として構成さ
れている。 実施例 ３゜ 下表に示すようないくつかの態様の本発明排気弁と単な
るセラミックス溶射層しか持危ない比較例の排気弁の特
性を調べた。下表に示されるもののうち、（１）〜（３
）は本発明の排気弁、（４）は比較例を示す。本発明の
うち、排気弁（１）は表層側がセラミックス単層。 深層側が金属単層で構成され、排気弁（２）は表層側が
セラミックスと金属との複合層、深層側が金属層で構成
され、さらに、排気弁（３）は表層側が重量比でθ〜７
５慢範囲に金属被覆された被覆セ乏ミックス層、深層側
が金属層で構成されている。ｔた比較例の排気弁（４）
は下“地処理の上にセラミックス単層管溶射しただけの
ものである。 上記表のうち溶射層がセラ建ツクス単層構造の排気弁（
４）は奥様試験において、１ｓＯＨｒで表層剥離が生じ
％ １４００１（ｒでセラミックス層全体が剥離した。 これに対し本発明の排気弁では排気弁（１）が２５００
〜３ＮＯ・ＯＨｒ＆排気弁（２）が３８００〜５０００
Ｈｒ％排気弁（３）が５０００〜７０００Ｈｒでそれぞ
れセラミックス剥離が生じ次。１＆耐噛込性について、
ビッカース硬度計を用い、シート面に割れが生ず１加重
値を測定し次。この結果、排気弁（４）が３００〜５０
０ｖ以上の圧痕で割れが発生したのに対し、本発明の排
気弁では、排気弁（１）が３００〜５０（１以上の圧痕
で割れが発生したものの、排気弁（２）がｌＫＦ以上、
排気弁（３）が１〜５Ｋｆ以上の圧痕で割れが発生する
という良結果が得られた。篤３図はこれら各排気弁と通
常の排気弁（溶接肉盛弁）の耐熱衝撃性（割れ、剥離が
生ずる焼入温度）を示したものであるみこの図からも明
らかなように、排気弁（４）は通常の排気弁よシは曳好
な耐熱衝撃性を示してはいるが、セラミックス層と母材
との熱膨張差による熱衝撃を十分吸収し切れず、３００
℃の焼入温度で割れ剥離を生じている。これに対し本発
明の排気弁（１）〜（３）はこの排気弁（４）ヲ大きく
上回る耐熱衝撃性を示している。 このようなシート面の形成工程の一例を簡単Ｋｌ！明す
ると、排気弁本体のシート面を構成すべき部分ｔアンダ
ーカットし、この部分ｔホワイトアルミナによ）プラス
トし、さらにドライエアーによるプラスト粉の除去管行
う。 次いでこの部分の脱脂を行い、しかる後溶射を行うもの
である。この溶射拡プラズｉ法或いはサーモスプレー法
等適宜な方法が採られ、セラ建ツクス金属（合金）の各
粉末を連続的。 段階的に使い分けるととＫよシ前記した如き溶射層（Ａ
） ’ｉ影形成しめる。 またかかる溶射において、特性（耐食性、強度等）の異
なる数種類の金属（合金）を連続的又は段階的Ｋ（ｌ！
ｈ分けるととによ）、前記した如く、例えば衣層１ＩＩ
ＶＣ耐食性に優れた金属を、また中層部以下に強度的に
優れ良金属を配することができる。 以上述べ九本発明によれば、シート面を構成する溶射層
の層高方向のセラミックス濃度を変化させることによっ
て、シート面表面の耐食性、耐衝撃性を確保するととも
に１シ一ト面全体の靭性、高密度性及び母材との密着性
を確保し、これによって低融点酸化物の浸入による吹抜
は焼損や衝１１による剥離等を有効に防止することがで
き、その寿命を従来のものに比して大きく向上せしめる
ことができるものであｎ、ｔ＋、その製造もシート面管
構成すべき部分への溶射だけで済むことから極めて簡単
で、且つ低コストで済み、このようなことから、工業的
価値が高い発明であるということができる。
射層への上記加圧加熱処理は溶射層組織と緻密にするこ
とによってその耐食性と強靭性ｔ−増強しさらに溶射〜
と母材との密着性を改善するという大きな利点を有する
ものではあるが、上記の如く加圧加熱処理した溶射層で
なくても、つまシ溶射ままの溶射層によってシート面を
構成せしめても、ディーゼルエンジンの実用的見地から
いって十分な耐久性が得られ、またそのほうが製造も簡
単でコスト的にもはるかく有利であることを見い出し良
。 本発明はこのようなことから新たに提案されたもので、
その基本的特徴はシート１Ｉｆｆを構成すべき部分にセ
ラミックス濃度が表層側程高くなるようセラミックスと
金属とを溶射し、こＯ溶射まｔｏ溶射層によシシート面
管形成せしめた点にある。 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明するＯ 纂３図（＆）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の排気弁シー
ト面の断Ｗ１を示すものであシ、いずれも、弁体及び弁
座の母材（Ｂ） Ｋ形成されるシート間をセラミックス
濃度が表層儒程高い溶射層（Ａ）により構成せしめ良も
のであシ、これらの溶射層（Ａ）はいずれも溶射１１の
ものである。溶射層（Ａ）はセラミックス（３）及び金
属（主として合金、以下同様）（４）で構成され％聚層
儒程セラミックス濃度が高く、１にた深層側程セラミッ
クス＃Ｉ度が低く、従って金属の濃度が高くなっている
。 このうち第３図（＆）Ｋ示すもの社、溶射層（Ａ） ｔ
−セラミックス濃度が層深さ方向で連続的に変化し九単
層構造のものとして構成せしめたものであ夛、最表層部
がほとんどセラミックス（３）のみで、ｔ＋母材（Ｂ）
Ｋ近い最深要部がほとんど金属（４）のみで構成され、
中間層部が表層部ａＳセラミックス濃度が高く表るよう
セラミックス（３）と金属（４）が複合し、たもので構
成されている。 また、第３図（ｂ）に示すものは、溶射層（ム）をセラ
ミックス濃度がＲＮ的に変化する多層構造のものとして
構成せしめたものであＣ。 即ち、セラミックス濃度が異なる（Ａθ〜（ムＳ）の複
数層によル溶耐層（ム）１形成せしめ良ものである。こ
れによれに、最表層たるＡｓ Ｍｌ ｆｄ、ｆ’ｔトン
トセラミックス（３）のみで構成され、ｔｓ層たるＡ１
層はほとんど金属（４）のみで構成され、中間層たるＡ
１〜人４層は表層側の層程セラミックス濃度が高いセラ
ミックス（３）と金属（４）との複合層となっている。 このようＫして構成される溶射層（Ａ） Ｋ用いられる
セラミックス（３）としては、酸化物系、炭化物系、或
いは窒化物系等のものが用いられ、具体的にはｋＬ２０
Ｈ％Ｔｌ０ｔ、ＺｒＯｘ等適宜なものを採用する仁とが
できる。また、金属（４）としては、耐食性或いは強度
等の異なる特性を有する数種類の溶射用合金（例えば、
Ｎ１ＣｒＡｔ＊Ｎｉ ＣｒＣｏ ＋ ＮＩ ＣｒＭｏ等
）を採用し得るものでアル。 この場合例えば、溶射層（Ａ）の表層側には耐食性に優
れたもの（例えばＮ１ＣｒＡｔ） Ｙｒ％また深層側に
は強度的に＠れたもの（例えばＮｉＣ１Ｍｏ）を、そし
て中間層は耐食性１強度性ともに適度に備え良もの（例
えばＮ１ＣｒＣｏ） Ｙｒそれぞれ使用することが好ま
しい。 第３図（ａ） （ｂ）に示す溶射層では、いずれも中間
層部が金属とセラミックスとが複合したものとなってい
るが、これＫａ次のような意義がある。犀ち、シート面
の耐噛込み性を考縛すると表層のセラミックス層のよう
な硬い層をなるべく厚く付けておくことが望ましいが、
反面耐衝撃性（靭性）、耐剥離性を考慮すると、表層の
セラミックスの厚みはで龜゛るだけ小さくしたほうが望
ましいものであル、このようなことから、前記中間層部
管財噛込み性と耐衝撃性を適度に兼ね備えたセラミック
ス−金属複合層とし、上記２つの要請を同時に満足させ
た４のである。 ｔた以上の実施例において、最表層Ｓ＃ｉ耐食性の関係
でセラずツクス単層とすることが好ましいとと祉言うま
でもない。しかしながら、セラミックス、殊に酸化物系
セラミックス（例えばＺｒ０１）や窒化物系セラミック
ス（ＢＮ、８１Ｎ）の中には金属と複合化しなければ十
分な靭性を期待できない場合があ〉％この場合には最表
層部をセラミックスと金属とＯ複合層によって構成せし
めることが好ましい。 ［凱セラミックスと金属との複合層を構成せしめる場合
、金属で被覆され九セラミックス粉末を用いることがで
き、このような金属被覆セラずツクスと非被覆セラミッ
クス及び金属を使い分け１つの溶射層を形成せしめるこ
とができる。 なお、以上のようＫして構成される溶射層の′層厚につ
いて述べると、例えば、−耐層の最表層をセラミックス
単層で形成せしめる場合の該セラミックス単層の厚さは
、耐食性及び耐熱衝撃性の双方を満すべく３０〜ＳＯＯ
声の範囲で選定されるのが望ましい。但し、溶融酸化物
の母材側への浸透ｔはは適正に阻止するためには、実際
上最低でも７０声の厚さが必要であると考えられる。ま
た、上限の５００声は８００℃に加熱保持後水冷しても
シート面に割れが生じない値（但し、下層の金属層の厚
さが１００声の場合）であるが、実際には１００μを限
度とし次はうが好ましいＯ １九下層の金属層の厚さは下地【母材】粗さＫも依存す
るが、熱衝撃や弁開閉時の衝撃を吸収するためＺｏｏ声
は必要であると考えられ、また経済的見地から１０００
声以下が適当である。 また溶射層全体の厚さにりいて社、１３０〜６０００μ
程度の範囲が考えられるが、実用的見地からすると３５
０〜２０００μが適当であシ、また上層がセラミックス
単層、下層が金属単層の場合、実際上２５０〜４００声
＠ｌＫが最適な厚さであると考えられる。 以上のように、本発明は弁体及び弁座の各シート面を表
層側根セラミックス濃度が高くなるようその濃度を連続
的又は段階的に変化づせて溶射せしめた溶射層（Ａ）と
して構成せしめたものであシ、この結果、溶射層（ム）
の表層部を主にセラミックスで構成せしめることで高温
硬度性及び耐食性に優れ九ものとし、従来の通常の排気
弁に較べ高温腐食量を１７２〜１／１ Ｇ程度にするこ
とが可能となる◎ま九中間層部も金属中にセラミックス
を分散せしめるととＫより強靭性に優れたものとし、さ
らに深層部を主に金属で構成せしめることで母材との密
着性に優れたものとしたものであゐ。 これを換言すれば、表層部を主として形成し且つ中間層
にも分散して含まれるセラミックスによシＶｚ ＯＳ−
ａ Ｎａ１８０４等の低融点酸化物の浸透を防止して−
これらによる母材及び溶射金属層の高温加速酸化の発生
を有効に抑止し、もってこれによる吹抜は焼損を防止す
ることができる。即ち、上記セラミックスｆｌ ＶｍＯ
ｉ ｅＮａｓ８０ａ勢の溶融酸化物との反応温度が９０
０℃と高く、このため、排気弁シート面におけるよりな
ｆ５０Ｇ〜７００℃の作動温度状態では、上記溶融酸化
物による高温腐食反応はほとんど、生じない。ま九シー
ト面表間がセラミックスによシ形成されるので燃焼残渣
等の有害物質のシート面表面への付着を防止することが
でき、さらに表層のセラミックス層の断熱効果により、
水冷等と組み合わせることでシート面近傍の温度を著し
く低下させることができ、これによっても吹抜は焼損を
抑止せしめることができる。また前記セラミックス層に
よシ−ト面近傍の高い硬Ｊ［を得ることができ。 このため硬性物質の噛み込みによるシート面の吹抜けを
防止することができる。さらに、本発明９溶射層（Ａ）
はセラミックスと金属との配合比を連続的又は段階酷に
変化させることＫよシ、溶射層（Ａ）の深場方向の強度
を連続的に変化させ、これＫよって溶射層全体を強靭性
に優れたものとし、シート面の耐久性を確保している。 このような本発明の具体的実施例を示せば以下の通ｐで
ある。 実施例 １゜ 中 セラミックス−Ａｊ４０ｓ （６０１６）＋Ｔｉ０
２（ａｏ＊）十ＺｒＯ鵞（１０％） ・金 属−ＮｉＣｒＡｔ合金（Ｃ６１ｍｏｎｏｙ ６）
・母材・・・Ｎｉｍｏｎｉｃ合金 このような材質のものを利用し、第３図葎）に示すよう
にセラミックス濃度を連続的に変化せしめるようにして
母材に溶射せしめた−のである。 第４図は、本実施例のセラミックスと金属との分布状態
を示し、溶射層（Ａ）のうち葎）はセラミックス、＜ｂ
）は金属の重量比をそれぞれ示す。溶射層（Ａ）はその
層厚が３０００μに形成され、そのうち表層側からθ〜
３０声の部分はセラミックス１００”％の層部、２００
０〜３０００μは金属１００％の層部として構成され、
３０〜２０００μの範囲では表層１ｌｌｌｌ！セラミッ
クス濃度が高いセラミックス−金属複合層部として構成
されている。 実施例 λ ・セラミックス、金属 ・母材・・・Ｎｌｍｏｎｌｃ合金 本実施例では以上のような材質を利用し、第３図（ｂ）
で示すように、溶射層（Ａ）をセラミックス濃度が異な
ゐ複数層から構成せしめるととによシセラミックス濃度
を段階的に変化せしめたものである。本実施例において
は１層厚３０００声の溶射層（Ａ）は計５層から構成さ
れ１表層側からＯ〜３０声の層がセラミックス１ｏｏＳ
、２０００〜３０００μの層が金属１００ｇ６として構
成され、中間の３層はそれぞれ表層側のもの程セラ建ツ
クス濃度が高いセラミックス−金属複合層として構成さ
れている。 実施例 ３゜ 下表に示すようないくつかの態様の本発明排気弁と単な
るセラミックス溶射層しか持危ない比較例の排気弁の特
性を調べた。下表に示されるもののうち、（１）〜（３
）は本発明の排気弁、（４）は比較例を示す。本発明の
うち、排気弁（１）は表層側がセラミックス単層。 深層側が金属単層で構成され、排気弁（２）は表層側が
セラミックスと金属との複合層、深層側が金属層で構成
され、さらに、排気弁（３）は表層側が重量比でθ〜７
５慢範囲に金属被覆された被覆セ乏ミックス層、深層側
が金属層で構成されている。ｔた比較例の排気弁（４）
は下“地処理の上にセラミックス単層管溶射しただけの
ものである。 上記表のうち溶射層がセラ建ツクス単層構造の排気弁（
４）は奥様試験において、１ｓＯＨｒで表層剥離が生じ
％ １４００１（ｒでセラミックス層全体が剥離した。 これに対し本発明の排気弁では排気弁（１）が２５００
〜３ＮＯ・ＯＨｒ＆排気弁（２）が３８００〜５０００
Ｈｒ％排気弁（３）が５０００〜７０００Ｈｒでそれぞ
れセラミックス剥離が生じ次。１＆耐噛込性について、
ビッカース硬度計を用い、シート面に割れが生ず１加重
値を測定し次。この結果、排気弁（４）が３００〜５０
０ｖ以上の圧痕で割れが発生したのに対し、本発明の排
気弁では、排気弁（１）が３００〜５０（１以上の圧痕
で割れが発生したものの、排気弁（２）がｌＫＦ以上、
排気弁（３）が１〜５Ｋｆ以上の圧痕で割れが発生する
という良結果が得られた。篤３図はこれら各排気弁と通
常の排気弁（溶接肉盛弁）の耐熱衝撃性（割れ、剥離が
生ずる焼入温度）を示したものであるみこの図からも明
らかなように、排気弁（４）は通常の排気弁よシは曳好
な耐熱衝撃性を示してはいるが、セラミックス層と母材
との熱膨張差による熱衝撃を十分吸収し切れず、３００
℃の焼入温度で割れ剥離を生じている。これに対し本発
明の排気弁（１）〜（３）はこの排気弁（４）ヲ大きく
上回る耐熱衝撃性を示している。 このようなシート面の形成工程の一例を簡単Ｋｌ！明す
ると、排気弁本体のシート面を構成すべき部分ｔアンダ
ーカットし、この部分ｔホワイトアルミナによ）プラス
トし、さらにドライエアーによるプラスト粉の除去管行
う。 次いでこの部分の脱脂を行い、しかる後溶射を行うもの
である。この溶射拡プラズｉ法或いはサーモスプレー法
等適宜な方法が採られ、セラ建ツクス金属（合金）の各
粉末を連続的。 段階的に使い分けるととＫよシ前記した如き溶射層（Ａ
） ’ｉ影形成しめる。 またかかる溶射において、特性（耐食性、強度等）の異
なる数種類の金属（合金）を連続的又は段階的Ｋ（ｌ！
ｈ分けるととによ）、前記した如く、例えば衣層１ＩＩ
ＶＣ耐食性に優れた金属を、また中層部以下に強度的に
優れ良金属を配することができる。 以上述べ九本発明によれば、シート面を構成する溶射層
の層高方向のセラミックス濃度を変化させることによっ
て、シート面表面の耐食性、耐衝撃性を確保するととも
に１シ一ト面全体の靭性、高密度性及び母材との密着性
を確保し、これによって低融点酸化物の浸入による吹抜
は焼損や衝１１による剥離等を有効に防止することがで
き、その寿命を従来のものに比して大きく向上せしめる
ことができるものであｎ、ｔ＋、その製造もシート面管
構成すべき部分への溶射だけで済むことから極めて簡単
で、且つ低コストで済み、このようなことから、工業的
価値が高い発明であるということができる。
第１図線従来の排気弁機構を示す説明図、第２図は第１
図中（イ）部分の拡大図である。 第３図（ａ）及び（ｂ）は本発Ｆ！ＡＫよる排気弁シー
ト面の断面を示す説明図である。第４図は実施例１にお
けるセラミックスと合金との溶射層・層方向での重量比
分布を示すものである。第５図は実施例３Ｋｓ？ける排
気弁の耐熱衝撃性を通常の排気弁と比較して示すもので
ある。 図において、（３）はセラミックス、（４）は金属、（
Ａ） （ＡＩ） （Ａ２） （Ａｘ） （Ａｎ） （Ａ
ｓ）は溶射層を各示す。 ｌ＃Ｗｌｆａ！願人 日本鋼管株式会社発 明 者
山 １） 武 海開
岡 本 寛 部同 佐
藤 玉 太 部門 水
晶 正 昭・、第 １ 目 第４図 窪 立 （７／） 第３図 （０ 第５図
図中（イ）部分の拡大図である。 第３図（ａ）及び（ｂ）は本発Ｆ！ＡＫよる排気弁シー
ト面の断面を示す説明図である。第４図は実施例１にお
けるセラミックスと合金との溶射層・層方向での重量比
分布を示すものである。第５図は実施例３Ｋｓ？ける排
気弁の耐熱衝撃性を通常の排気弁と比較して示すもので
ある。 図において、（３）はセラミックス、（４）は金属、（
Ａ） （ＡＩ） （Ａ２） （Ａｘ） （Ａｎ） （Ａ
ｓ）は溶射層を各示す。 ｌ＃Ｗｌｆａ！願人 日本鋼管株式会社発 明 者
山 １） 武 海開
岡 本 寛 部同 佐
藤 玉 太 部門 水
晶 正 昭・、第 １ 目 第４図 窪 立 （７／） 第３図 （０ 第５図
Claims (3)
- （１） シート面を構成すべき部分にセラミックス濃
度が表層ＩＩ＠高くなるようセラミックスと金属とを溶
射してシート面を形成せしめてなるディーゼルエンジン
用・排気弁。 - （２）溶射層がセラミックス濃ｆｆ１７ｆｉ表層ａｍ高
い単一層からなる咎許請求の範囲（１）記載のディーゼ
ルエンジン用排気弁。 - （３） 溶射層がセラばツクス濃度が異なる複数の溶
射層からなる今許請求の範囲（１）記載のディーゼルエ
ンジン用排気弁。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14962081A JPS5852469A (ja) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | デイ−ゼルエンジン用排気弁 |
| US06/315,666 US4530322A (en) | 1980-10-31 | 1981-10-28 | Exhaust valve for diesel engine and production thereof |
| DE8181109361T DE3175312D1 (en) | 1980-10-31 | 1981-10-30 | Method for making an exhaust valve for a diesel engine |
| EP81109361A EP0051300B1 (en) | 1980-10-31 | 1981-10-30 | Method for making an exhaust valve for a diesel engine |
| US06/705,216 US4554897A (en) | 1980-10-31 | 1985-02-25 | Exhaust valve for Diesel engine and production thereof |
| US06/705,324 US4556022A (en) | 1980-10-31 | 1985-02-25 | Exhaust valve for diesel engine and production thereof |
| US06/705,323 US4554898A (en) | 1980-10-31 | 1985-02-25 | Exhaust valve for diesel engine and production thereof |
| US06/839,088 US4661371A (en) | 1980-10-31 | 1986-03-13 | Method of producing an exhaust valve for diesel engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14962081A JPS5852469A (ja) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | デイ−ゼルエンジン用排気弁 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5852469A true JPS5852469A (ja) | 1983-03-28 |
Family
ID=15479191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14962081A Pending JPS5852469A (ja) | 1980-10-31 | 1981-09-24 | デイ−ゼルエンジン用排気弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5852469A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS613875A (ja) * | 1984-06-08 | 1986-01-09 | ユナイテツド・テクノロジーズ・コーポレイシヨン | 被覆された物品及び被覆方法 |
| US4612256A (en) * | 1983-04-29 | 1986-09-16 | Goetze Ag | Wear-resistant coating |
| JPS6241908A (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-23 | Yamaha Motor Co Ltd | エンジンのバルブ |
| EP0217991A1 (en) * | 1985-10-04 | 1987-04-15 | Repco Limited | Ceramic material coatings |
| JPS62197611A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-01 | Honda Motor Co Ltd | チタン製排気バルブ |
| JPS6349500U (ja) * | 1986-09-19 | 1988-04-04 | ||
| WO1999051790A1 (en) * | 1998-04-08 | 1999-10-14 | Caterpillar Inc. | A process for applying a functional gradient material coating to a component for improved performance |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5354214A (en) * | 1976-10-27 | 1978-05-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ceramics coating method |
| JPS5445637A (en) * | 1977-07-05 | 1979-04-11 | Union Carbide Corp | Method of forming hard wearrresistant coating and coating product using same |
-
1981
- 1981-09-24 JP JP14962081A patent/JPS5852469A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5354214A (en) * | 1976-10-27 | 1978-05-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ceramics coating method |
| JPS5445637A (en) * | 1977-07-05 | 1979-04-11 | Union Carbide Corp | Method of forming hard wearrresistant coating and coating product using same |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4612256A (en) * | 1983-04-29 | 1986-09-16 | Goetze Ag | Wear-resistant coating |
| JPS613875A (ja) * | 1984-06-08 | 1986-01-09 | ユナイテツド・テクノロジーズ・コーポレイシヨン | 被覆された物品及び被覆方法 |
| JPS6241908A (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-23 | Yamaha Motor Co Ltd | エンジンのバルブ |
| EP0217991A1 (en) * | 1985-10-04 | 1987-04-15 | Repco Limited | Ceramic material coatings |
| JPS62197611A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-01 | Honda Motor Co Ltd | チタン製排気バルブ |
| JPS6349500U (ja) * | 1986-09-19 | 1988-04-04 | ||
| WO1999051790A1 (en) * | 1998-04-08 | 1999-10-14 | Caterpillar Inc. | A process for applying a functional gradient material coating to a component for improved performance |
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