JP7437607B2 - Thermal spray coatings and materials - Google Patents
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Description
本発明は、溶射被膜及び溶射材に係り、更に詳細には、アルミニウム又はアルミニウム合金製のシリンダブロックのシリンダボア内周面に配置された溶射被膜、及び溶射被膜の製造方法に用いる溶射材に関する。 The present invention relates to a thermal spray coating and a thermal spray material, and more particularly to a thermal spray coating disposed on the inner peripheral surface of a cylinder bore of a cylinder block made of aluminum or an aluminum alloy, and a thermal spray material used in a method for manufacturing the thermal spray coating.
従来、シリンダボア内周面に形成された被覆膜の損傷を抑制することのできるエンジンブロックの製造方法が提案されている（特許文献１参照。）。
このエンジンブロックの製造方法においては、被覆膜の耐摩耗性を向上させるために、溶射により形成された被覆膜の突起部を、被覆膜の構成材料の融点付近の温度まで高周波加熱装置により加熱することによって溶融させて、突起部の形状を滑らかにしている。
BACKGROUND ART Conventionally, a method for manufacturing an engine block has been proposed that can suppress damage to a coating film formed on the inner circumferential surface of a cylinder bore (see Patent Document 1).
In this engine block manufacturing method, in order to improve the wear resistance of the coating, the protrusions of the coating formed by thermal spraying are heated using a high-frequency heating device to a temperature close to the melting point of the constituent material of the coating. By heating it, it is melted and the shape of the protrusion is made smooth.
しかしながら、特許文献１のエンジンブロックの製造方法においては、優れた耐摩耗性を有する被覆膜を形成するためにタクトタイムが増加し、高周波加熱装置が別途必要になるという問題点があった。
However, the method for manufacturing an engine block disclosed in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、溶射被膜の製造においてタクトタイムが増加すること及び高周波加熱装置が必要になることなく、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜及び溶射被膜の製造方法に用いる溶射材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides excellent wear resistance without increasing takt time or requiring a high-frequency heating device in the production of thermal spray coatings. It is an object of the present invention to provide a thermal sprayed coating that can be realized and a thermal sprayed material used in a method for producing the thermal sprayed coating.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、鉄、炭素及び硫黄を所定の割合で含有する溶射材を用いた溶射によって溶射被膜を形成することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention achieved the above object by forming a thermal spray coating using a thermal spray material containing iron, carbon, and sulfur in a predetermined proportion. We have discovered that this can be done, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の溶射被膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金製のシリンダブロックのシリンダボア内周面に配置された溶射被膜である。この溶射被膜は、質量％で、鉄を５０％以上、炭素を０．００４％以上０．１５％以下、硫黄を０．０５２％以上０．０９９％未満含有する。 That is, the thermal spray coating of the present invention is a thermal spray coating disposed on the inner circumferential surface of a cylinder bore of a cylinder block made of aluminum or an aluminum alloy. This thermal spray coating contains, in mass percent, 50% or more of iron, 0.004% or more and 0.15% or less of carbon, and 0.052% or more and less than 0.099% of sulfur.
また、本発明の溶射材は、質量％で、鉄を５０％以上、炭素を０．００４％以上０．１５％以下、硫黄を０．０５２％以上０．０９９％未満含有する。 Further, the thermal spray material of the present invention contains iron in an amount of 50% or more, carbon in an amount of 0.004% or more and 0.15% or less, and sulfur in a mass % of 0.052% or more and less than 0.099%.
本発明によれば、鉄、炭素及び硫黄を所定の割合で含有する溶射材を用いた溶射によって溶射被膜を形成したため、溶射被膜の製造においてタクトタイムが増加すること及び高周波加熱装置が必要になることなく、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜及び溶射被膜の製造方法に用いる溶射材を提供できる。 According to the present invention, since the thermal spray coating is formed by thermal spraying using a thermal spray material containing iron, carbon, and sulfur in a predetermined ratio, the takt time increases and a high-frequency heating device is required in the production of the thermal spray coating. It is possible to provide a thermal sprayed coating and a thermal sprayed material for use in a method for producing a thermal sprayed coating that can achieve excellent wear resistance without any problems.
以下、本発明の一実施形態に係る溶射被膜及び溶射材について詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。 Hereinafter, a thermal spray coating and a thermal spray material according to an embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, in this specification, "%" shall represent mass percentage unless otherwise specified.
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る溶射被膜について詳細に説明する。本実施形態の溶射被膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金製のシリンダブロックのシリンダボア内周面に配置され、鉄（Ｆｅ）を５０％以上、炭素（Ｃ）を０．００４％以上０．１５％以下、硫黄（Ｓ）を０．０２１％以上０．０９９％未満含有する。
(First embodiment)
First, the thermal spray coating according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. The thermal spray coating of this embodiment is arranged on the inner circumferential surface of the cylinder bore of a cylinder block made of aluminum or an aluminum alloy, and contains 50% or more of iron (Fe) and 0.004% or more and 0.15% or less of carbon (C). Contains 0.021% or more and less than 0.099% of sulfur (S).
本実施形態の溶射被膜は、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）及び硫黄（Ｓ）を上述の割合で含有している。これにより、本実施形態の溶射被膜は、溶射被膜の製造においてタクトタイムが増加すること及び高周波加熱装置が必要になることなく、優れた耐摩耗性を実現できると考えられる。換言すれば、本実施形態の溶射被膜は、溶射被膜の製造におけるタクトタイムの短縮及び優れた耐摩耗性を実現できると考えられる。 The thermal spray coating of this embodiment contains iron (Fe), carbon (C), and sulfur (S) in the above-mentioned proportions. As a result, it is thought that the thermal sprayed coating of this embodiment can achieve excellent wear resistance without increasing the takt time or requiring a high-frequency heating device in the production of the thermal sprayed coating. In other words, the thermal spray coating of this embodiment is considered to be able to shorten the takt time and achieve excellent wear resistance in the production of the thermal spray coating.
以下、現時点において推測している溶射被膜における耐摩耗性向上のメカニズム及び溶射被膜の製造におけるメリットを説明する。 Below, we will explain the currently estimated mechanism of improving wear resistance in thermal sprayed coatings and the merits in the production of thermal sprayed coatings.
硫黄（Ｓ）含有量が小さい場合、溶射において基材に吹き付けられる液滴の表面張力が大きいので、液滴が基材に衝突したときに、液滴が小液滴に分かれて基材に付着することとなり、形成される溶射被膜が緻密になり難い。また、このように硫黄（Ｓ）含有量が小さい場合、液滴が基材に衝突したときに、液滴が小液滴に分かれて基材に付着することとなり、形成される溶射被膜の表面が凸凹になり易い。
これに対して、硫黄（Ｓ）含有量が大きい場合、溶射において基材に吹き付けられる液滴の表面張力が小さいので、液滴の濡れ性が向上し、液滴が基材に衝突したときに、液滴が小液滴に分かれず基材にディスク状に付着することとなり、形成される溶射被膜が緻密になり易い。また、このように硫黄（Ｓ）含有量が大きい場合、液滴が基材に衝突したときに、液滴が小液滴に分かれず基材にディスク状に付着することとなり、形成される溶射被膜の表面が平坦になり易い。
その結果、溶射被膜における耐摩耗性が向上すると考えられる。
When the sulfur (S) content is small, the surface tension of the droplets sprayed onto the substrate during thermal spraying is large, so when the droplets collide with the substrate, they break into small droplets and adhere to the substrate. As a result, it is difficult for the sprayed coating to be formed to be dense. In addition, when the sulfur (S) content is small in this way, when the droplets collide with the base material, the droplets will break up into small droplets and adhere to the base material, causing the surface of the sprayed coating to be formed. tends to become uneven.
On the other hand, when the sulfur (S) content is high, the surface tension of the droplets sprayed onto the substrate during thermal spraying is small, so the wettability of the droplets improves, and when the droplets collide with the substrate, In this case, the droplets are not separated into small droplets but adhere to the substrate in a disk shape, and the formed thermal spray coating tends to be dense. In addition, when the sulfur (S) content is high, when the droplets collide with the base material, the droplets do not break up into small droplets and adhere to the base material in a disk shape, resulting in thermal spray formation. The surface of the coating tends to become flat.
As a result, it is thought that the wear resistance of the sprayed coating is improved.
また、このような溶射被膜が形成される結果、溶射被膜の構成材料の融点付近の温度まで高周波加熱装置により加熱することによって溶融させて、突起部の形状を滑らかにする必要がない、即ち、溶射被膜の製造においてタクトタイムを短縮できるというメリットが得られる。 Furthermore, as a result of forming such a sprayed coating, there is no need to heat the constituent materials of the sprayed coating to a temperature near the melting point using a high-frequency heating device to melt the material and smooth the shape of the protrusion. The advantage is that takt time can be shortened in the production of thermal spray coatings.
但し、上述のようなメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。 However, it goes without saying that even if the above-mentioned effects are obtained by a mechanism other than the above-mentioned mechanism, it is still within the scope of the present invention.
シリンダブロックの構成材料であるアルミニウム合金としては、特に限定されないが、日本産業規格 アルミニウム合金ダイカスト（ＪＩＳ Ｈ ５３０２）に規定されるＡＤＣ１２Ｚを好適例として挙げることができる。 The aluminum alloy that is the constituent material of the cylinder block is not particularly limited, but ADC12Z specified in the Japanese Industrial Standards Aluminum Alloy Die Casting (JIS H 5302) can be cited as a suitable example.
溶射被膜は、鉄（Ｆｅ）含有量が５０％以上、炭素（Ｃ）含有量が０．００４％以上０．１５％以下、硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％以上０．０９９％未満であれば、特に限定されない。 The thermal spray coating has an iron (Fe) content of 50% or more, a carbon (C) content of 0.004% or more and 0.15% or less, and a sulfur (S) content of 0.021% or more and less than 0.099%. If so, there are no particular limitations.
耐摩耗性がより優れた溶射被膜をより低温で形成できるという観点からは、溶射被膜においては、鉄（Ｆｅ）含有量が６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、８０％以上であることが更に好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。溶射被膜における鉄（Ｆｅ）含有量が５０％未満では、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。 From the viewpoint of being able to form a thermal sprayed coating with better wear resistance at a lower temperature, the iron (Fe) content in the thermal sprayed coating is preferably 60% or more, more preferably 70% or more. , more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more. If the iron (Fe) content in the thermal spray coating is less than 50%, a thermal spray coating that can achieve excellent wear resistance cannot be formed.
溶射被膜における炭素（Ｃ）含有量が０．００４％未満では、溶射被膜の硬度が低くなって溶射被膜の強度が低下し、溶射被膜の剥離が発生することがある。その結果、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。一方、溶射被膜における炭素（Ｃ）含有量が０．１５％を超えると、溶射被膜の相手攻撃性が高くなるという理由から、０．１５％以下であることを要する。 When the carbon (C) content in the sprayed coating is less than 0.004%, the hardness of the sprayed coating decreases, the strength of the sprayed coating decreases, and peeling of the sprayed coating may occur. As a result, it is not possible to form a thermally sprayed coating that can achieve excellent wear resistance. On the other hand, if the carbon (C) content in the sprayed coating exceeds 0.15%, the aggressiveness of the sprayed coating increases, so it is required to be 0.15% or less.
耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射被膜においては、硫黄（Ｓ）含有量が０．０５２％以上０．０９９％未満であることが好ましく、０．０５２％以上０．０７６％以下であることがより好ましい。また、耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射被膜においては、硫黄（Ｓ）含有量が、０．０２１％以上０．０７６％以下であることも好ましい。溶射被膜における硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％未満では、溶射被膜が緻密になり難い。また、溶射被膜における硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％未満では、溶射被膜の表面が平坦になり難い。その結果、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。一方、溶射被膜における硫黄（Ｓ）含有量が０．０９９％以上となると、溶射被膜を形成する際に好適に用いることができるワイヤ状の形状を有する溶射材を作製できない。その結果、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。 From the viewpoint of being able to form a thermal sprayed coating with better wear resistance, the sulfur (S) content in the thermal sprayed coating is preferably 0.052% or more and less than 0.099%, and 0.052% or more. More preferably, it is 0.076% or less. Further, from the viewpoint of forming a thermal sprayed coating with better wear resistance, it is also preferable that the sulfur (S) content in the thermal sprayed coating is 0.021% or more and 0.076% or less. When the sulfur (S) content in the thermal spray coating is less than 0.021%, the thermal spray coating is difficult to become dense. Furthermore, if the sulfur (S) content in the thermal spray coating is less than 0.021%, the surface of the thermal spray coating will be difficult to flatten. As a result, it is not possible to form a thermally sprayed coating that can achieve excellent wear resistance. On the other hand, if the sulfur (S) content in the thermal spray coating is 0.099% or more, a thermal spray material having a wire-like shape that can be suitably used when forming the thermal spray coating cannot be produced. As a result, it is not possible to form a thermally sprayed coating that can achieve excellent wear resistance.
溶射被膜は、他の元素を含んでいないことが好ましいが、他の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）などを挙げることができる。特に限定されないが、耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射被膜におけるマンガン（Ｍｎ）含有量が０．６％以下、ケイ素（Ｓｉ）含有量が０．５％以下若しくはリン（Ｐ）含有量が０．０３％以下、又はこれらの任意の組み合わせであることが好ましい。また、溶射被膜において、銅（Ｃｕ）を０．７５％以下含有していることが好ましく、０．４０％以下含有していることがより好ましい。 The thermal spray coating preferably does not contain other elements, but may contain other elements. Examples of other elements include manganese (Mn), silicon (Si), and phosphorus (P). Although not particularly limited, from the viewpoint of forming a thermal sprayed coating with better wear resistance, the manganese (Mn) content in the thermal sprayed coating should be 0.6% or less, and the silicon (Si) content should be 0.5% or less. Alternatively, the phosphorus (P) content is preferably 0.03% or less, or any combination thereof. Further, the thermal spray coating preferably contains copper (Cu) in an amount of 0.75% or less, more preferably 0.40% or less.
特に限定されないが、耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射被膜の表面粗さＲａが、０．１μｍ以下であることが好ましい。 Although not particularly limited, it is preferable that the surface roughness Ra of the thermal sprayed coating is 0.1 μm or less from the viewpoint of forming a thermal sprayed coating with better wear resistance.
特に限定されないが、耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射被膜の厚み方向に沿った断面における断面気孔率が、１０面積％以下であることが好ましい。また、溶射被膜がある程度の気孔を有することによって溶射被膜においてクッション性が発現することがある。そのため、耐摩耗性が更に優れた溶射被膜を形成できると共に、溶射被膜の製造においてタクトタイムをより小さくすることができるという観点からは、溶射被膜の厚み方向に沿った断面における断面気孔率が、３面積％以上であることが好ましく、４面積％以上であることがより好ましく、８面積％以下であることが好ましく、７面積％以下であることがより好ましい。 Although not particularly limited, from the viewpoint of being able to form a thermal sprayed coating with better wear resistance, the cross-sectional porosity in the cross section along the thickness direction of the thermal sprayed coating is preferably 10 area % or less. In addition, the thermal sprayed coating may exhibit cushioning properties if the thermal sprayed coating has a certain amount of pores. Therefore, from the viewpoint of being able to form a sprayed coating with even better wear resistance and reducing the takt time in manufacturing the sprayed coating, the cross-sectional porosity in the cross section along the thickness direction of the sprayed coating is It is preferably 3 area % or more, more preferably 4 area % or more, preferably 8 area % or less, and more preferably 7 area % or less.
上述の溶射被膜の製造方法について、一例を挙げて説明する。但し、本発明の溶射被膜は、このような製造方法によって得られるものに限定されない。 The method for manufacturing the above-mentioned thermal spray coating will be explained by giving an example. However, the thermal spray coating of the present invention is not limited to that obtained by such a manufacturing method.
まず、アルミニウム合金製のシリンダブロックを準備する。例えば、鋳造によりアルミニウム合金製のシリンダブロックを作製する。次いで、必要に応じて、シリンダボア内周面を粗面化する下地加工をする。しかる後、シリンダブロックを予熱した状態で、シリンダボア内周面に溶射材をアーク電流で液滴とした液滴粉末を飛散させ、シリンダボア内周面に溶射被膜を形成する。 First, an aluminum alloy cylinder block is prepared. For example, a cylinder block made of aluminum alloy is produced by casting. Next, if necessary, surface processing is performed to roughen the inner circumferential surface of the cylinder bore. Thereafter, with the cylinder block preheated, droplet powder of the sprayed material is scattered on the inner peripheral surface of the cylinder bore using an arc current to form a sprayed coating on the inner peripheral surface of the cylinder bore.
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る溶射材について詳細に説明する。本実施形態の溶射材は、鉄（Ｆｅ）を５０％以上、炭素（Ｃ）を０．００４％以上０．１５％以下、硫黄（Ｓ）を０．０２１％以上０．０９９％未満含有する。
(Second embodiment)
Next, a thermal spray material according to a second embodiment of the present invention will be described in detail. The thermal spray material of this embodiment contains iron (Fe) at 50% or more, carbon (C) at 0.004% or more and 0.15% or less, and sulfur (S) at 0.021% or more and less than 0.099%. .
本実施形態の溶射材は、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）及び硫黄（Ｓ）を上述の割合で含有している。これにより、本実施形態の溶射材は、溶射被膜の製造においてタクトタイムが増加すること及び高周波加熱装置が必要になることなく、優れた耐摩耗性の溶射被膜を実現できる溶射材として用いることができると考えられる。換言すれば、本実施形態の溶射材は、溶射被膜の製造におけるタクトタイムの短縮及び溶射被膜の優れた耐摩耗性を実現できると考えられる。つまり、本発明の溶射材は、本発明の溶射被膜の製造において好適に用いることができる。なお、現時点において推測している溶射被膜における耐摩耗性向上のメカニズム及び溶射被膜の製造におけるメリットは、上述した通りである。 The thermal spray material of this embodiment contains iron (Fe), carbon (C), and sulfur (S) in the above-mentioned proportions. As a result, the thermal spray material of this embodiment can be used as a thermal spray material that can realize a thermal spray coating with excellent wear resistance without increasing the takt time or requiring a high-frequency heating device in the production of the thermal spray coating. It seems possible. In other words, the thermal spray material of this embodiment is considered to be able to shorten the takt time in producing a thermal spray coating and achieve excellent wear resistance of the thermal spray coating. That is, the thermal spray material of the present invention can be suitably used in the production of the thermal spray coating of the present invention. The mechanism of improving wear resistance in thermal sprayed coatings and the advantages in the production of thermal sprayed coatings that are currently estimated are as described above.
溶射材は、鉄（Ｆｅ）含有量が５０％以上、炭素（Ｃ）含有量が０．００４％以上０．１５％以下、硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％以上０．０９９％未満であれば、特に限定されない。 Thermal spray material has an iron (Fe) content of 50% or more, a carbon (C) content of 0.004% or more and 0.15% or less, and a sulfur (S) content of 0.021% or more and less than 0.099%. If so, there are no particular limitations.
耐摩耗性がより優れた溶射被膜をより低温で形成できるという観点からは、溶射材においては、鉄（Ｆｅ）含有量が６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、８０％以上であることが更に好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。溶射材における鉄（Ｆｅ）含有量が５０％未満では、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。 From the viewpoint of being able to form a sprayed coating with better wear resistance at a lower temperature, the iron (Fe) content of the sprayed material is preferably 60% or more, more preferably 70% or more. , more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more. If the iron (Fe) content in the thermal spray material is less than 50%, a thermal spray coating that can achieve excellent wear resistance cannot be formed.
溶射材における炭素（Ｃ）含有量が０．００４％未満では、溶射被膜の硬度が低くなって溶射被膜の強度が低下し、溶射被膜の剥離が発生することがある。その結果、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。一方、溶射材における炭素（Ｃ）含有量が０．１５％を超えると、溶射被膜の相手攻撃性が高くなるという理由から、０．１５％以下であることを要する。 If the carbon (C) content in the thermal spray material is less than 0.004%, the hardness of the thermal sprayed coating decreases, the strength of the thermal sprayed coating decreases, and peeling of the thermal sprayed coating may occur. As a result, it is not possible to form a thermally sprayed coating that can achieve excellent wear resistance. On the other hand, if the carbon (C) content in the thermal spray material exceeds 0.15%, the aggressiveness of the thermal spray coating increases, so it is required to be 0.15% or less.
耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射材においては、硫黄（Ｓ）含有量が０．０５２％以上０．０９９％未満であることが好ましく、０．０５２％以上０．０７６％以下であることがより好ましい。また、耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射材においては、硫黄（Ｓ）含有量が、０．０２１％以上０．０７６％以下であることも好ましい。溶射材における硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％未満では、溶射被膜が緻密になり難い。また、溶射材における硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％未満では、溶射被膜の表面が平坦になり難い。その結果、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。一方、溶射材における硫黄（Ｓ）含有量が０．０９９％以上となると、ワイヤ状の形状を有する溶射材を作製できない。その結果、優れた耐摩耗性を実現し得る溶射被膜を形成できない。 From the viewpoint of being able to form a sprayed coating with better wear resistance, the sulfur (S) content of the sprayed material is preferably 0.052% or more and less than 0.099%, and 0.052% or more. More preferably, it is 0.076% or less. Further, from the viewpoint of forming a thermal sprayed coating with better wear resistance, the thermal spray material preferably has a sulfur (S) content of 0.021% or more and 0.076% or less. When the sulfur (S) content in the thermal spray material is less than 0.021%, it is difficult for the thermal spray coating to become dense. Furthermore, if the sulfur (S) content in the thermal spray material is less than 0.021%, the surface of the thermal spray coating will be difficult to flatten. As a result, it is not possible to form a thermally sprayed coating that can achieve excellent wear resistance. On the other hand, if the sulfur (S) content in the thermal spray material is 0.099% or more, a thermal spray material having a wire-like shape cannot be produced. As a result, it is not possible to form a thermally sprayed coating that can achieve excellent wear resistance.
溶射材は、他の元素を含んでいないことが好ましいが、他の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）などを挙げることができる。特に限定されないが、耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射材におけるマンガン（Ｍｎ）含有量が０．６％以下、ケイ素（Ｓｉ）含有量が０．５％以下若しくはリン（Ｐ）含有量が０．０３％以下、又はこれらの任意の組み合わせであることが好ましい。 The thermal spray material preferably does not contain other elements, but may contain other elements. Examples of other elements include manganese (Mn), silicon (Si), and phosphorus (P). Although not particularly limited, from the viewpoint of forming a sprayed coating with better wear resistance, the manganese (Mn) content in the thermal spray material is 0.6% or less, and the silicon (Si) content is 0.5% or less. Alternatively, the phosphorus (P) content is preferably 0.03% or less, or any combination thereof.
特に限定されないが、耐摩耗性がより優れた溶射被膜を形成できるという観点からは、溶射材が、ワイヤ状の形状を有し、表面に銅メッキ層を有することが好ましい。表面に銅メッキ層を有するワイヤ状溶射材は、優れた耐摩耗性を有する溶射被膜をシリンダボア内表面に形成するための溶射材として好適に用いることができる。 Although not particularly limited, it is preferable that the thermal spray material has a wire-like shape and has a copper plating layer on the surface from the viewpoint of being able to form a thermal spray coating with better wear resistance. A wire-shaped thermal spray material having a copper plating layer on its surface can be suitably used as a thermal spray material for forming a thermal spray coating having excellent wear resistance on the inner surface of a cylinder bore.
特に限定されないが、銅メッキ層の厚みは、０．３μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。銅メッキ層の厚みが０．３μｍ未満では、アーク溶射の際の通電性が低く、低い電圧において安定的にアーク溶射することが困難になることがある。一方、銅メッキ層の厚みが１．２μｍを超えると、ワイヤ状溶射材送給機構にメッキかすが詰まり、ワイヤ状溶射材送給機構の作動が困難になることがある。 Although not particularly limited, the thickness of the copper plating layer is preferably 0.3 μm or more and 1.2 μm or less. When the thickness of the copper plating layer is less than 0.3 μm, conductivity during arc spraying is low, and it may be difficult to stably perform arc spraying at a low voltage. On the other hand, if the thickness of the copper plating layer exceeds 1.2 μm, the wire-shaped thermal spray material feeding mechanism may become clogged with plating scum, making it difficult to operate the wire-shaped thermal spraying material feeding mechanism.
上述の溶射材の製造方法について、一例を挙げて説明する。本発明の溶射材は、このような製造方法によって得られるものに限定されるものではない。 The method for manufacturing the above-mentioned thermal spray material will be explained by giving an example. The thermal spray material of the present invention is not limited to that obtained by such a manufacturing method.
溶解炉において、溶射材の芯部における炭素（Ｃ）含有量が０．００４％以上０．１５％以下、硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％以上、０．０９９％未満となるように鉄（Ｆｅ）に炭素（Ｃ）及び硫黄（Ｓ）を添加し、成分調整した溶湯から、分塊圧延によって、直径３～９ｍｍ程度の鋼棒を作製する。次いで、得られた鋼棒に対して冷間伸線を繰り返し、ワイヤ状の形状を有する直径１．５～３ｍｍ程度の溶射材を作製する。しかる後、必要に応じて、得られたワイヤ状の形状を有する溶射材に対して長さ２０ｍを１ロットとして、硫酸銅溶液に浸漬し、液温４０℃、電圧３～７Ｖ、電流密度１～８Ａ／ｄｍ２で、銅メッキ層の厚みが０．３～１．２μｍ程度になるまで銅メッキ処理を実行して、溶射材を作製する。 In the melting furnace, the carbon (C) content in the core of the sprayed material is 0.004% or more and 0.15% or less, and the sulfur (S) content is 0.021% or more and less than 0.099%. A steel rod with a diameter of approximately 3 to 9 mm is produced by blooming from a molten metal whose composition has been adjusted by adding carbon (C) and sulfur (S) to iron (Fe). Next, cold wire drawing is repeated on the obtained steel rod to produce a wire-shaped thermal sprayed material with a diameter of about 1.5 to 3 mm. After that, if necessary, one lot of the obtained wire-shaped thermal spray material is immersed in a copper sulfate solution at a temperature of 40°C, a voltage of 3 to 7V, and a current density of 1. Copper plating is performed at ~8 A/dm 2 until the thickness of the copper plating layer becomes approximately 0.3 to 1.2 μm to produce a thermal sprayed material.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
（参考例１）
＜溶射材の作製＞
溶解炉において、溶射材の芯部における炭素（Ｃ）含有量が０．０８％、硫黄（Ｓ）含有量が０．０２１％となるように鉄に炭素及び硫黄を添加し、成分調整した溶湯から、分塊圧延によって、鋼棒（直径：３ｍｍ）を作製した。
次いで、得られた鋼棒に対して冷間伸線を繰り返し、ワイヤ状の形状を有する溶射材（直径：１．５ｍｍ）を作製した。
しかる後、得られたワイヤ状の形状を有する溶射材に対して長さ２０ｍを１ロットとして、硫酸銅溶液に浸漬し、液温４０℃、電圧５Ｖ、電流密度４Ａ／ｄｍ２で、銅メッキ層の厚みが０．６μｍになるまで銅メッキ処理を実行して、本例の溶射材を得た。ここでの、通電時間は約２０分間であった。
( Reference example 1 )
<Preparation of thermal spray material>
In a melting furnace, carbon and sulfur are added to iron to adjust the composition so that the carbon (C) content in the core of the thermal spray material is 0.08% and the sulfur (S) content is 0.021%. From this, a steel bar (diameter: 3 mm) was produced by blooming rolling.
Next, cold wire drawing was repeated on the obtained steel rod to produce a wire-shaped thermal sprayed material (diameter: 1.5 mm).
Thereafter, each lot of the obtained wire-shaped thermal spray material was immersed in a copper sulfate solution, and copper plated at a temperature of 40°C, a voltage of 5V, and a current density of 4A/ dm2 . Copper plating treatment was performed until the layer thickness reached 0.6 μm to obtain the thermal sprayed material of this example. The current application time here was about 20 minutes.
ここで、「銅メッキ層の厚さ」は、日本産業規格 めっきの厚さ試験方法（ＪＩＳ Ｈ ８５０１）に準拠して測定して得た。 Here, the "thickness of the copper plating layer" was obtained by measuring in accordance with the Japanese Industrial Standards Plating Thickness Test Method (JIS H 8501).
＜溶射被膜の作製＞
アルミニウム合金製のシリンダブロックを鋳造し、溶射被膜の密着性を高めるためにシリンダボア内周面を下地加工して、本例で用いるシリンダブロック基材を用意した。
次いで、用意したシリンダブロック基材を１２０℃に予熱した状態で、溶射機（ヘラー社製、ツインアークワイヤ溶射機）を用い、シリンダボア内に挿入した溶射ガンを一端側から他端側へ移動させながら、溶射ガン先端のアークにより溶融させた本例の溶射材の液滴を溶射フレームとして、シリンダボア内周面に吹き付けて、シリンダボア内周面に形成した本例の溶射被膜（厚さ：３００μｍ、表面粗さＲａ：０．０６μｍ、断面気孔率：６．９面積％）を得た。本例の溶射材及び溶射被膜の仕様の一部を表１に示す。
<Preparation of thermal spray coating>
A cylinder block base material used in this example was prepared by casting an aluminum alloy cylinder block and subjecting the inner circumferential surface of the cylinder bore to surface treatment in order to improve the adhesion of the thermally sprayed coating.
Next, with the prepared cylinder block base material preheated to 120°C, a thermal spray gun inserted into the cylinder bore was moved from one end to the other using a thermal spraying machine (Heller Co., Ltd., twin arc wire thermal spraying machine). Meanwhile, droplets of the thermal spray material of this example melted by the arc at the tip of the thermal spray gun were used as a thermal spray frame to spray onto the inner peripheral surface of the cylinder bore to form the thermal spray coating of this example (thickness: 300 μm, Surface roughness Ra: 0.06 μm, cross-sectional porosity: 6.9 area %) were obtained. Table 1 shows some specifications of the thermal spray material and thermal spray coating of this example.
ここで、「表面粗さＲａ」は、日本産業規格 製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）－表面性状：輪郭曲線方式－用語、定義及び表面性状パラメータ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）に準拠し、測定して得た。 Here, "Surface roughness Ra" is obtained by measurement in accordance with the Japanese Industrial Standard Product Geometrical Characteristics Specification (GPS) - Surface Texture: Contour Curve Method - Terminology, Definitions and Surface Texture Parameters (JIS B 0601). Ta.
また、「断面気孔率」は、本例の溶射被膜を溶射被膜付きシリンダブロック（縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）として切り出し、切り出した溶射被膜部分の切断面を光学顕微鏡で観察し、得られた顕微鏡写真を画像解析により２値化処理し、数値化して得た。 In addition, the "cross-sectional porosity" can be determined by cutting out the sprayed coating of this example as a cylinder block with a sprayed coating (20 mm long x 20 mm wide x 5 mm thick), and observing the cut surface of the cut out sprayed coating part with an optical microscope. The obtained micrographs were binarized by image analysis and digitized.
（実施例２及び実施例３、比較例１及び比較例２）
溶射材の作製において、硫黄（Ｓ）含有量を表１に示した値に変更し、その分を鉄（Ｆｅ）含有量で調製したこと以外は、参考例１と同様の操作を繰り返して、各例の溶射材及び溶射被膜を得た。各例の溶射材及び溶射被膜の仕様の一部を表１に示す。
なお、比較例２においては、他の例と同様の伸線ができず、溶射材及び溶射被膜を得られなかった。
(Example 2 and Example 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
In preparing the thermal spray material, the same operation as in Reference Example 1 was repeated, except that the sulfur (S) content was changed to the value shown in Table 1, and the iron (Fe) content was adjusted accordingly. A thermal spray material and a thermal spray coating were obtained for each example. Table 1 shows part of the specifications of the thermal spray materials and thermal spray coatings for each example.
In addition, in Comparative Example 2 , the same wire drawing as in the other examples could not be performed, and a thermal sprayed material and a thermal sprayed coating could not be obtained.
［耐摩耗性評価試験］
各例の溶射被膜を溶射被膜付きシリンダブロック（縦１５ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）として切り出して、各例の溶射被膜付きシリンダブロック試験片とした。一方、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の硬質炭素膜を表面に有するピストンリングから各例の硬質炭素膜付きピストンリング試験片（縦３ｍｍ×横１５ｍｍ）を切り出した。これらを下記条件下で摺動させて、摩耗深さを測定した。得られた結果を表１に併記する。
[Abrasion resistance evaluation test]
The thermal sprayed coating of each example was cut out as a cylinder block with a thermal sprayed coating (length 15 mm x
（試験条件）
・温度 ：室温（２５℃）
・荷重 ：３００Ｎ
・振幅 ：３ｍｍ
・周波数 ：２５Ｈｚ
・試験時間 ：６０分間
・使用潤滑油：１００℃の動粘度が４ｃＳｔのポリ－α－オレフィン（ＰＡＯ）
(Test condition)
・Temperature: Room temperature (25℃)
・Load: 300N
・Amplitude: 3mm
・Frequency: 25Hz
・Test time: 60 minutes ・Lubricating oil used: Poly-α-olefin (PAO) with a kinematic viscosity of 4 cSt at 100°C
図１は、耐摩耗性評価試験の概要を示す斜視説明図である。同図に示すように、シリンダブロック基材１１と溶射被膜１２からなる溶射被膜付きシリンダブロック試験片１０の上にピストンリング基材２１と硬質炭素膜２２からなる硬質炭素膜付きピストンリング試験片２０が配置されている。矢印Ａは耐摩耗性評価試験において加えられる加重方向（上方から下方）、矢印Ｂは硬質炭素膜付きピストンリング試験片２０が溶射被膜付きシリンダブロック試験片１０の面上を摺動する方向（水平方向）を示す。
FIG. 1 is a perspective explanatory view showing an outline of the wear resistance evaluation test. As shown in the figure, a piston
表１より、本発明外の参考例１、本発明の範囲に属する実施例２、実施例３は、本発明外の比較例１よりも溶射被膜の摩耗深さが小さいので、優れた耐摩耗性を実現できることが分かる。これは、参考例１、実施例２、実施例３の溶射被膜及び溶射材の芯部が、鉄（Ｆｅ）を５０％以上、炭素（Ｃ）を０．００４％以上０．１５％以下、硫黄（Ｓ）を０．０２１％以上０．０９９％未満含有するためと考えられる。 From Table 1, it can be seen that Reference Example 1 outside the present invention, Example 2, and Example 3 falling within the scope of the present invention have a smaller wear depth of the sprayed coating than Comparative Example 1 outside the present invention, so they have excellent wear resistance. I know that I can realize my sexuality. This means that the core of the thermal spray coating and thermal spray material of Reference Example 1, Example 2, and Example 3 contains 50% or more of iron (Fe) and 0.004% or more and 0.15% or less of carbon (C). This is thought to be because it contains 0.021% or more and less than 0.099% of sulfur (S).
また、表１より、実施例２及び実施例３は、参考例１よりも溶射被膜の摩耗深さが小さいので、優れた耐摩耗性を実現できることが分かる。これは、実施例２及び実施例３の溶射被膜及び溶射材の芯部が、鉄（Ｆｅ）を５０％以上、炭素（Ｃ）を０．００４％以上０．１５％以下、硫黄（Ｓ）を０．０５２％以上０．０９９％未満含有するためと考えられる。 Furthermore, from Table 1, it can be seen that in Examples 2 and 3, the abrasion depth of the thermally sprayed coatings is smaller than that in Reference Example 1 , so that excellent abrasion resistance can be achieved. This means that the core of the thermal spray coating and thermal spray material of Example 2 and Example 3 contains 50% or more of iron (Fe), 0.004% or more of carbon (C) and 0.15% or less of sulfur (S). This is thought to be due to the content of 0.052% or more and less than 0.099%.
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to some embodiments and examples, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
１０ 溶射被膜付きシリンダブロック試験片
１１ シリンダブロック基材
１２ 溶射被膜
２０ 硬質炭素膜付きピストンリング試験片
２１ ピストンリング基材
２２ 硬質炭素膜
10 Cylinder block test piece with thermal spray coating 11 Cylinder block base material 12
Claims (6)
前記溶射被膜が、質量％で、鉄を５０％以上、炭素を０．００４％以上０．１５％以下、硫黄を０．０５２％以上０．０９９％未満含有する
ことを特徴とする溶射被膜。 A thermal spray coating disposed on the inner peripheral surface of a cylinder bore of a cylinder block made of aluminum or aluminum alloy,
A thermal sprayed coating characterized in that the thermal sprayed coating contains, in mass percent, 50% or more of iron, 0.004% or more and 0.15% or less of carbon, and 0.052% or more and less than 0.099% of sulfur.
表面に銅メッキ層を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の溶射材。 It has a wire-like shape,
The thermal spray material according to claim 4, having a copper plating layer on the surface.
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