JP2005325452A

JP2005325452A - シリンダバレル表面を形成する表面層、シリンダバレル表面に適した溶射粉末、及びシリンダバレル表面層を形成する方法

Info

Publication number: JP2005325452A
Application number: JP2005180905A
Authority: JP
Inventors: Gerard Barbezat; バルベザットヘラルト
Original assignee: Sulzer Metco AG
Current assignee: Oerlikon Metco AG
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2005-11-24
Also published as: CA2347980C; CH694664A5; EP1174524B1; PT1174524T; ES2619929T3; US20020011243A1; EP1174524A2; KR20010112649A; US6578539B2; CA2347980A1; JP2002047550A; EP1174524A3; KR100596124B1

Abstract

【課題】シリンダバレル表面を形成する表面層、シリンダバレル表面に適した溶射粉末、及びシリンダバレル表面層を形成する方法を提供する。
【解決手段】燃焼エンジンブロックのシリンダバレル壁を形成するための表面層を提案する。前記表面層は、残留物質の相から分離された、分離相の成分を有する。形成されるべき層の総ての成分を組み込んだ溶射粉末を含む鉄をプラズマ溶射することにより、前記表面相が形成される。前記表面層は、ピストンリングとして適用した場合の耐摩耗性、及び摩擦係数といった、層構成材料としての重要な特性を損なうことなく、簡易に塗布することができ、機械加工性を大きく改善する。前記溶射粉末の好ましい成分は、鉄に加えて、クロム、マンガン、硫黄、及び炭素である。さらに、前記粉末は、ヒ素、テルル、セレン、アンチモン、及び／又はビスマスを含むことができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、第一の側面において、残留表面物質の単一相、及び複数相からそれぞれ分離された成分の分離相を含み、燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した表面層に関する。第二の側面においては、本発明はこのような表面層を形成するのに適した溶射粉末に関し、第三の側面において、本発明は、シリンダバレル表面を形成するのに適した表面層を形成する方法にも関する。

プラズマ溶射手段によるシリンダバレル表面の熱塗布は、例えば、「塗布されたシリンダスリーブを有する燃焼エンジンブロック」なる名称の特許出願EP-B1-0,716,156などの従来技術において知られている。

シリンダバレル表面にプラズマ溶射で形成される表面層を、ホーニング加工、ラップ盤加工、又は研削盤加工で加工するとした場合、その被加工性は、現在に至って限界をむかえ、その結果、特に機械加工時間及び前記機械の寿命を考える限り、機械加工コストは比較的高くなってしまった。

このようなプラズマ溶射層の被加工性は、固体潤滑粒子、例えば六方晶系窒化ホウ素（BN）、MoS₂、又はWS₂を添加することにより、大きく向上した。しかし、前記窒化ホウ素、又は前記硫化物は周囲の空気中の酸素と反応したり、高温のプラズマ温度により腐蝕したりするために、前記層に対しては、決まった量までしか添加できない。従って、これらの添加粒子は高価な外囲器で保護しなければならない。

さらに、特許EP 99 81 1122.3は、プラズマ溶射プロセス中に酸素添加を制御することによりFeO-結晶（ウスタイト）及びFe₃O₄-結晶（マグネタイト）がプラズマ溶射層中に形成される、所謂「反応性溶射法」を開示している。これにより、摩擦係数と前記被加工性は向上する。

最後に、特許出願GB-A-2,297,053は、超共晶アルミニウム/シリコン‐合金から成る、シリンダバレルへの出し入れ可能なスリーブ部材を開示している。前記スリーブ部材は、その表面が最初は荒く次に細かく機械加工される場合に限って、エンジンブロックに挿入された後、機械加工にかけられる。機械加工の最終段階で、前記表面はホーニング加工される。前記ホーニング加工の後、前記合金母材の微細構造、即ち、特にシリコン結晶、及び金属間化合物よりも硬質な加工粒子が、前記スリーブ部材の本表面から幾分、突出する。これらの露出粒子により、耐摩耗性が改善されると言われている。

この従来技術を踏まえて、本発明は、前記層構成材料の他の重要な特性を損なうことなく極めて容易に機械加工でき、前記シリンダ表面に容易に適用できる、シリンダバレル表面を形成する表面層を提供することを一つの目的とする。特に、ピストンリングの前記材料、及び前記表面層の間の前記耐摩耗性と前記低摩擦係数を保持し、又は改善する。

また、本発明は、上記の特性を有する表面層を形成するための溶射粉末を提供することをさらなる目的とし、さらに、本発明は、前記特性を有する１つの表面層を応用する方法を提供することを、さらなる目的とする。

前記の目的、及び他の目的に対応するために、本発明は、燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面の形成に適した表面層を提供する。前記表面層は、前記残留表面物質の単一相、及び複数相からそれぞれ分離された成分の分離相を含む。前記表面層は、形成されるべき前記表面層の総ての成分を含有する溶射粉末を含有する鉄をプラズマ溶射することにより形成される。

前記表面層は、エンジンブロックのシリンダ壁に直接、又は前記エンジンブロックに挿入されるシリンダスリーブ部材の壁に、塗布することができる。

組成の大部分を占める鉄に加えて、前記塗布粉末の好ましいさらなる成分は、クロム、マンガン、硫黄、及び炭素である。ヒ素、アンチモン、ビスマス、鉛、テルル、及びセレンもまた、前記塗布粉末の成分として適している。前記の材料は、単体、又は化合物の形で添加できる。

前記の添加物は、プラズマ溶射を施した前記表面層を冷却すると、前記分離相を形成する。これにより、溶射処理を施された前記表面が前記溶射粉末と同じ成分を有することが理解できる。

燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面を形成するのに適した表面層を形成するための前記溶射粉末は、前記残留表面物質の単一相、及び複数相からそれぞれ分離された成分の分離相を含む。前記表面層は、回転プラズマトロンを用いて、前記溶射粉末をプラズマ溶射することにより形成され、従って、前記溶射粉末は、形成すべき前記表面層の総ての成分を含有する。

以下、本発明に従って、前記表面層に適用するために使用される前記溶射粉末の幾つかの例を、さらに記述する。

実施例１
以下に示す組成を有する溶射粉末は、気体を媒体として微粒化され、プラズマ溶射によって燃焼エンジンシリンダの内壁に塗布された。
クロム：0.1重量%−18.0重量%、
マンガン：0.1重量%−6.0重量%、
硫黄：0.01重量%−0.5重量%、
炭素：0.1重量%−1.2重量%、及び、
鉄：残部。

前記溶射粉末は、好ましくは、以下の組成を有する。
クロム：0.1重量%−3.0重量%、
マンガン：0.3重量%−1.5重量%、
硫黄：0.05重量%−0.3重量%、
炭素：0.8重量%−1.2重量%、及び、
鉄：残部。

実施例２
以下に示す組成を有する溶射粉末は、気体を媒体として微粒化され、プラズマ溶射によって燃焼エンジンシリンダの内壁に塗布された。
クロム：12.0重量%−15.0重量%、
マンガン：0.3重量%−1.5重量%、
硫黄：0.05重量%−0.3重量%、
炭素：0.35重量%−0.6重量%、及び、
鉄：残部。

このようにして形成された被覆物は、特に、硫酸、及びギ酸の影響下、即ち燃焼エンジン内で形成され得る凝集物質の影響下において、耐腐蝕性を示す。

上記提案された粉末、及び表面層は、燃焼エンジンブロック、特に軽合金製のエンジンブロックのシリンダ内壁に直接適用するのに特に良く適している。エンジンブロックの中に挿入されるべき、又は既に挿入されたシリンダスリーブに対しても、本発明で提案された表面層を遍用することができる。好ましくは、前記溶射粉末は、回転プラズマトロンを有するプラズマ溶射装置によって塗布される。

本発明において、他に様々な変形例が可能なことは言うまでもない。従って、本発明の真の精神、及び範囲内に存在する変形例は、総て特許請求の範囲に含まれるものである。

Claims

燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面を形成するのに適し、残留表面物質の単一相、及び複数相からそれぞれ分離された成分の分離相を含む表面層であって、形成すべき前記表面層の総ての成分を含有する溶射粉末を含有する鉄をプラズマ溶射することにより前記表面層が形成されることを特徴とする、燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した表面層。
前記表面層は、前記シリンダ壁に直接塗布されることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した表面層。
前記表面層は、エンジンブロックのシリンダボア中に挿入されるべき又は既に挿入されているシリンダスリーブ手段に塗布されることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した表面層。
前記表面層は、鉄に加えて、クロム、マンガン、硫黄、及び炭素も含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した表面層。
前記表面層は、クロム：0.1重量%−18.0重量%、マンガン：0.1重量%−6.0重量%、硫黄：0.01重量%−0.5重量%、炭素：0.1重量%−1.2重量%、及び、鉄：残部、なる組成を有することを特徴とする、請求項４に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した表面層。
前記表面層は硫酸、及びギ酸の影響下で耐腐蝕性を有し、クロム：12.0重量%−15.0重量%、マンガン：0.3重量%−1.5重量%、硫黄：0.05重量%−0.3重量%、炭素：0.35重量%−0.6重量%、及び、鉄：残部、なる組成を有することを特徴とする、請求項１に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した表面層。
残留表面物質の単一相、及び複数相からそれぞれ分離された成分の分離相を含み、溶射粉末のプラズマ溶射で形成する、燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成に適した前記表面層を形成するための前記溶射粉末は、形成すべき前記表面層の総ての成分を含むことを特徴とする、燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成のための溶射粉末。
前記溶射粉末は、鉄、クロム、マンガン、硫黄、及び炭素を含有することを特徴とする、請求項７に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成のための溶射粉末。
前記溶射粉末は、クロム：0.1重量%−18.0重量%、マンガン：0.1重量%−6.0重量%、硫黄：0.01重量%−0.5重量%、炭素：0.1重量%−1.2重量%、及び、鉄：残部、なる組成を有することを特徴とする、請求項８に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成のための溶射粉末。
前記溶射粉末は、硫酸、及びギ酸の影響下で耐腐蝕性を有する表面層を形成するための溶射粉末であって、クロム：12.0重量%−15.0重量%、マンガン：0.3重量%−1.5重量%、硫黄：0.05重量%−0.3重量%、炭素：0.35重量%−0.6重量%及び、鉄：残部、なる組成を有することを特徴とする、請求項９に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成のための溶射粉末。
前記溶射粉末は、5 μmから60 μmの粒子サイズを有することを特徴とする、請求項７に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成のための溶射粉末。
前記溶射粉末は、10 μmから45 μmの粒子サイズを有することを特徴とする、請求項１１に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成のための溶射粉末。
前記溶射粉末は、ヒ素：0.001重量%−0.1重量%、テルル：0.001重量%−0.1重量%、セレン：0.001重量%−0.1重量%、アンチモン：0.001重量%−0.1重量%、及び、ビスマス：0.001重量%−0.1重量%、なる成分の１つ又は２つ以上をさらに含むことを特徴とする、請求項７から１２までのいずれか１つに記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成のための溶射粉末。
前記溶射粉末は、0.01重量%から0.5重量%までの範囲で、鉛をさらに含むことを特徴とする、請求項８から１４までのいずれか１つに記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面を形成するための溶射粉末。
燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面を形成するのに適し、残留表面物質の単一相、及び複数相からそれぞれ分離された成分の分離相を含む、表面層の形成方法であって、回転プラズマトロンを使ったプラズマ溶射により形成すべき前記表面層の総ての成分を含有する鉄を塗布する工程を含む燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面形成方法。
前記溶射粉末を気体を媒体として微粒化することを特徴とする、請求項１５に記載の燃焼エンジンシリンダブロックのシリンダバレル表面層形成方法。