JPS60231565A - 母材金属の強化層形成方法 - Google Patents

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。

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
耗層で補強する母材金属の強化層形成方法に係り、特に
、セラミック材などよりなる強化層の結合性を向上させ
て剥離を防止することができる母材金属の強化層形成方
法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に自動車部品であるシリンダヘッドや、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、その部分に例えばセラミック材よりな
る強化層を溶射等により形成し、補強することがすでに
研究乃至実施されている。

ところで、母材金属とこの表面に形成される強化層との
熱膨張差があまり大きくない場合には問題とならないが
、例えば金属とセラミックのように熱膨張差が大きい場
合には加熱冷却の繰り返しに伴なう熱衝撃により母材金
属とセラミックとの境界面が剥離する現象が生じていた
。これは、セラミックの熱変化にともなう金属との相対
子から生ずる応力よりも接着力の方が小さいということ
に起因するものである。

これを具体的に第８図乃至第１１図に基づいて説明する
。第８図は強化層の形成されたピストンを示す平面図、
第９図乃至第１１図は従来の強化層形成方法を説明する
ための説明図である。

第８図に示す如く、例えばＡβ（アルミニウム）合金な
どよりなるピストン１のヘッド部に例えばジルコニアよ
りなるセラミック材の強化層２を溶射して形成するもの
であるが、被着面３に直接溶射すると急冷などの熱衝撃
により第９図（ａ）。

（ｂ）のように強化層３が剥離する場合がある（第９図
は第８図中Ｂ部拡大図を示す）。

そこで、第１０図（ａ）、（ｂ）に示す如くセラミック
材を溶射する前に、予め母材金属（例えばアルミニウム
）とセラミック材との両方に接着性良好な無機性の中間
物質４を薄く溶射し、この上から更にセラミックを溶射
して強化層２を形成することも実施されてはいるが、こ
の場合にも熱衝撃に対して十分な強度を保持し得ず、強
化層２の剥離を防止し得ない。その他の方法として第１
１図に示す如く母材金属たるピストン１の被着面３をシ
ョツトブラスト等により予め粗面加工しておき、これに
セラミック溶射を施すことも行なわれているが、この場
合にも十分な接着力を発揮し得ず根本的に解決するまで
には至っていない。

一方、最近開発された方法としてレラミツクに強化用ウ
ィスカ（単結晶）を添加して全体の強度向上を図る試み
もなされてはいるが、この方法によればセラミック自体
の強度向上を図ることができても、依然として接着力の
向上を図・ることができず、剥離の防止対策に十分な効
果を発揮するまでに至っていない。

［発明の目的１ 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。

本発明の目的は、セラミック材などよりなる強化層の結
合性を向上させて剥離を防止することができる母材金属
の強化層形成方法を提供するにある。

［発明の概要］ 本発明は、５ｔｃ（炭化ケイ素）、５ＩＣＮ４（窒化ケ
イ素）等のウィスカが耐熱性、耐摩耗性等に非常に優れ
た特性を有することに着目してなされたものであり、母
材金属の被着面に、上記ウィスカ等の結合性向上物を鋳
包んで突出させて形成し、そして、この被着面に上記結
合性向上物を埋没させて強化層を形成することにより接
着力の向上を図るようにしたことを要旨とするものであ
る。

［発明の実施例］ 以下に、本発明方法を添付図面に基づいて詳述する。

本発明は、母材金属としてピストンを用いてこれに強化
層を形成する場合について説明するが、母材金属として
ピストンに限定されないのは勿論である。

第１図乃至第７図は本発明方法を説明するための説明図
である。

第１の工程どして母材金属たるピストン本体の被着面す
なわちピストンヘッドにウィスカ等の剣状の結合性向上
物を鋳包む工程を行なう。このため、第１図乃至第２図
に示す如くピストン型状の鋳物型５（鋳物砂型でもよい
）のピストンヘッド（被着面）を成型する部分全体にウ
ィスカ等からなる結合性向上物６が混在する塗膜７を形
成する〈図示例にあっては簡単のためピストンヘッドの
部分のみ記載する）。ここで、使用する結合性向上物６
としてはＳｆ　Ｃ，Ｓｉ　３　Ｎ４　、ＡＩ！２０３　
。

ＳｉＯ２などの単結晶すなわちウィスカを針状に数ミリ
メートル成長させたものを使用・し、これを適当な液剤
例えばアルコール、水などに混入させて上述の如く塗布
する。この場合、接着性を向上させるために鋳物型５の
ピストンヘッドを形成する部分全体に結合性向上物６を
塗布したが、これに限らず点在する如（塗布しても□よ
い。また、結合性向上物を液剤に混入させて塗布するこ
となくこの結合性向上物を鋳物型５内に直接セットする
ようにしてもよい。

このようにして、鋳物型５内に結合性向上物をセットし
たならば第３図に示す如くこの中に例えばアルミニウム
合金などの溶融金属を流し込んで上記結合性向上物を鋳
包み母材金属としてのピストン本体８を鋳造成型する。

これにより、第４図に示す如くピストン本体８の被着面
９すなわちピストンヘッド全域にわたり上記結合性向上
物６があたかも植え付けられたかの如く突出して形成さ
れることになる。第５図はその突出状態を示すための第
４図中Ａ部拡大図である。尚、剣状の結合性向上物の一
部には、被着面９上に水平になってしまい、充分に突出
形成されない場合もあるが、この結合性向上物６は多数
或いは多量に使用されるため、全体として捉えれば後述
する如く接着力の向上に充分寄与できる。

このように、第４図に示す如く、母材金属（ピストン本
体）の被着面９に結合性向上物を突出させて形成したな
らば、次に第２の工程に移行する。

すなわち、第６図に示す如く、通常の方法によりピスト
ン本体８の被着面９にジルコニア等のセラミック材を溶
射処理し、強化層１０を形成する。

第７図は第６図中Ｃ部拡大図を示すものであり、セラミ
ック溶射により上記結合性向上物６の上端部は溶射され
たセラミック材中に埋没されることになり、この結果セ
ラミック材すなわち強化層１０と結合性向上物６の上端
部とが強くからみ合いこれらの接着力の向上を図ること
ができる。

このように、母材金属の鋳造時に、この被着面にウィス
カ等の針状の結合性向上物を鋳包んで突出させで形成し
、その後、この被着面に上記結合性向上物を埋設させて
セラミック材などの強化層を形成するようにしたので強
化層と結合性向上物とがからみ合い境界面での接着力を
強（することができる。従って、加熱冷却の繰り返しに
よる熱衝撃によって生ずる金属と強化層との相対歪応力
に対して、これを吸収するだ【）の−（分な接着力を発
揮することができ、強化層が剥離することを確実に防止
することができる。

尚、上記実施例にあっては、ピストンに強化層を形成す
る場合について説明したが、それに限定されることなく
鋳物の表面に耐熱性或いは耐摩耗性に１ねたセラミック
などの強化層を形成する場合について全て適用し得る。

また、強化層もセラミック材に限定されないのは勿論で
ある。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明方法によれば、ウィスカ等の針状
の結合性向上物を介在させて母材金属の被着面に強化層
を形成するようにしたので、この接着力を可及的に向上
させることができ、従って熱衝撃にともなって相対子が
生じても強化層の剥離を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明方法を説明するための説明図
であり、特に第５図は第４図中のＡ部拡大図、第７図は
第６図中のＣ部拡大図、第８図は強化層の形成されたピ
ストンを示す平面図、第９図乃至第１１図は従来の強化
層形成方法を説明するための説明図である。 尚、図中５は鋳物型、６は結合性向上物、８は母材金属
としてのピストン本体、９は被着面、１０は強化層であ
る。 特許出願人　いすず自動車株式会社 代理人弁理士　絹　谷　信　雄 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図 第９図 第１０図 第１１図 日日イ 手続ンＦＪｆｆ　ｉ［氾Ｔ＋　（方式）％式％ １、事件の表示　特願ＲＢ５９−８６６９７月２、発明
の名称　母材金属の強化層形成方法３、補正をする者 事イ１との関係　特許出願人 （０１７）いすず自動車株式会社 ４、代理人 郵便番号　１０５ 東京都港区愛宕１丁目６番７号 愛宕山弁護士ピル ８、う＃工。、　゛但６゛“前凌肚力 （１）図　面　１通

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 母材金属にセラミック材等の強化層を形成するに際して
   、上記母材金属の被着面に、ウィスカ等の針状の結合性
   向上物を鋳包んで突出させて形成し、次いで、上記母材
   金属の被着面に、上記結合性向上物を埋没させて上記強
   化層を形成するようにしたことを特徴とする母材金属の
   強化層形成方法。