JP2010274386A - Si粒子含有Al−Si系合金摺動材及び摺動面の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】17〜35質量%のSiを少なくとも含むと共に、研削加工により形成された潤滑油保持が可能な溝部と塑性加工が施された平坦部とを有し、少なくとも前記平坦部の表面からSi粒子の一部が突出した摺動面を備えている。
【選択図】図4
Description
本発明によれば、摺動時のスカッフィング(特に低温でのスカッフィング)の発生が防止された摺動面を形成することができる摺動面の形成方法を提供することができる。
合金中の成分のうち、Siの合金中における含有割合は、Al−Si合金の全質量に対して、17〜35質量%の範囲とする。Siの含有割合は、17質量%未満であると、Si粒子の突出頻度が少なくなり、スカッフィングの発生を充分に抑えられず、また、35質量%を超えると、相手部材の摩耗を抑制することができない。中でも、低温での耐スカッフィング性をより向上させる観点から、20〜30質量%の範囲が好ましい。
溝の形状は、線形に限られず、点や矩形等の形状で窪みを設けて形成されてもよい。
以下、各工程ごとに説明することとする。
溝部形成工程では、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容され、ピストンリングが摺動する摺動面をなす表面を有するボア孔を備えた粗幾何形状の加工が施されたSi粒子含有Al−Si系合金の該ボア孔の内壁面にホーニング加工を施すことにより、シリンダボアの摺動方向に対して傾斜する傾斜角を有する線形状の溝5を潤滑油の保持が可能なように形成する。
このように、ホーニング加工等を施すと、図3に示すように、孔の壁面に潤滑油保持用の溝5aとともに先端の尖った突起部7aが形成され、溝5aを網目状に形成できる。
平坦化処理工程では、前記溝部形成工程で溝5aと突起部7aとが形成された孔の壁面にロールバニッシュ加工を施すことにより、ボア孔の表面を平坦化処理する。
粒子突出工程では、前記平坦化処理工程で平坦化処理された内壁面をバフ研磨し、シリンダボアの孔(ボア孔)の表面からSi粒子を突出させる。これにより、エンジン停止後に再始動した際の油切れとなりやすい場合に、ピストンリングはボア孔内壁のSi粒子と摺動し、スカッフィングの発生を防止できる。
砥粒の体積平均粒径は、Si粒子の体積平均粒径の1/2以下が好ましく、1/20〜1/2がより好ましい。Si粒子の体積平均粒径が1/2以下であると、Si粒子の破壊をより抑制して処理できる。体積平均粒径は、レーザ回折・散乱法などにより測定される値である。
(評価サンプルの作製1)
A390合金(Al−17Si、Si粒子の体積平均粒径80μm;昭和電工(株)製)の平板を試験片として用意し、下記条件にて下記表1に示す評価サンプル1(TP1)を作製した。
<条件>
・粗幾何形状加工:試験片の表面を#2000の研磨紙〔(株)ノリタケコーデッドアブレーシブ製〕で研磨
・溝部形成工程
(1)工具 :#80、#120、#400の研磨紙〔(株)ノリタケコーデッドアブレーシブ製〕
(2)研削方向角 :30°
(3)手加工で水研
・平坦化処理工程(ローラがけ)
(1)装置 :ローラ圧延機、YOSHIDA(株)製
(2)無添加鉱油を使用
(3)加工圧:圧下率1%
・粒子突出工程:バフ研磨による平坦化及びSiレベリング
(1)バフの種類:コットン
(2)研磨剤 :アルミナ粒子(体積平均粒径=0.3μm)+水道水
(3)Si粒子の突出距離d :0.2μm
A390合金(Al−17Si、Si粒子の体積平均粒径80μm;昭和電工(株)製)の平板に対し、下記表1に示すようにバフ研磨とECM処理(電解研磨法)を施し、耐スカッフィング性を評価する基準材となる基準サンプルとした。
なお、ECM処理は、電解質溶液:120g/lの硝酸ナトリウム水溶液、電流密度:15A/dm2、液温:60℃の条件にて白金板を対極として実施した。
溶融アルミの入ったアルミナるつぼ中に、ふるい分けしたSiO2粒子を入れて均一になるように撹拌し、金型に注湯して凝固させて作製した合金を切削加工して平板を試験片として用意し、上記加工条件にて下記表1に示す評価サンプル2(TP2)を作製した。
上記で得られた評価サンプル及び基準サンプルに対し、窒化処理ステンレス鋼製のピストントップリングの切り出し材を相手材として耐スカッフィング性を評価した。具体的には、図7に示すように、評価サンプル又は基準サンプルを試料とし、これにピストントップリングを下記の評価条件にて矢印方向に往復動させ、焼付きが発生して摩擦が急激に増加するまでの時間(耐スカッフ時間)を計測し、その計測値の長さを指標に評価した。このとき、一定量の油を試料表面に塗布するだけで試験途中での給油は行なわなかった。評価結果は、図8に示す。
・荷重:19.6N
・面圧:530MPa(鉄換算)
・往復回数:500cpm
・往復振幅:40mm
・温度70℃
・塗布油量:0.13mg/cm2
・油種:5W−30油(東燃ゼネラル石油(株)製)
さらに、Si濃度の低い比較例1では、耐スカッフィング性が低く、Si濃度が39質量%の比較例2では、相手リングの摩耗が極めて大きくなった。
3・・・ピストン
4・・・ピストンリング
5・・・溝
7・・・平坦部
8・・・Si粒子
Claims (7)
- 17〜35質量%のSiを少なくとも含むと共に、
研削加工により形成された潤滑油保持が可能な溝部と塑性加工が施された平坦部とを有し、少なくとも前記平坦部の表面からSi粒子の一部が突出した摺動面を備えたSi粒子含有Al−Si系合金摺動材。 - 前記溝部は、摺動方向に対して傾斜角を有する線形に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のSi粒子含有Al−Si系合金摺動材。
- 前記摺動面は、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容される孔を備え、前記ピストンの外周と前記孔の表面との間に油膜が形成されるシリンダボアの前記孔の表面であって、前記孔の表面に前記溝部及び前記平坦部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のSi粒子含有Al−Si系合金摺動材。
- 17〜35質量%のSiを含み、摺動面をなす表面を有する粗幾何形状の加工が施されたSi粒子含有Al−Si系合金の前記表面に研削加工を施し、潤滑油を保持するための溝部を形成する溝部形成工程と、
前記溝部が形成された前記表面に塑性加工を施して平坦化処理する平坦化処理工程と、
平坦化処理された前記表面を弾性基材を用いて研磨し、前記表面からSi粒子を突出させる粒子突出工程と、
を有する摺動面の形成方法。 - 前記粒子突出工程は、バフ及び研磨剤を用いてバフ研磨することを特徴とする請求項4に記載の摺動面の形成方法。
- 前記研磨剤は、体積平均径が前記Si粒子の体積平均径以下の砥粒を含むことを特徴とする請求項5に記載の摺動面の形成方法。
- 前記Si粒子含有Al−Si系合金は、ピストンリングを有するピストンが往復動可能に収容される孔を備え、前記ピストンの外周と前記孔の表面との間に油膜が形成されるシリンダボアであって、
前記溝部形成工程は、前記孔の表面に前記溝部を、前記ピストンの摺動方向に対して傾斜角を有する線形に形成することを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載の摺動面の形成方法。
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