鐵系噴鍍覆膜、使用了該鐵系噴鍍覆膜的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體以及內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵系噴鍍覆膜,更詳細(xì)而言,涉及覆蓋在內(nèi)燃機(jī)用汽缸體的缸孔內(nèi)表 面上的鐵系噴鍍覆膜,涉及通過(guò)恰當(dāng)?shù)乜刂瓢伎恿?、表面粗糙度等能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的耐劃傷 性的鐵系噴鍍覆膜、使用該鐵系噴鍍覆膜的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體以及內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在以往的汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)用汽缸體中,主流的是鑲鑄作為缸孔面的鑄鐵制襯套而形成 的鋁合金制汽缸體,但是,從發(fā)動(dòng)機(jī)部件輕量化的觀點(diǎn)來(lái)看,正在對(duì)代替鑄鐵制襯套而鑲鑄 鋁制襯套的類(lèi)型的汽缸體、完全廢棄了鑄鐵制襯套的鋁合金制單體進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
[0003] 但是,在鋁制襯套、鋁合金制單體中,在耐磨性、耐劃傷性方面存在問(wèn)題,對(duì)此,也 存在有施加鍍鎳等的鍍處理的情況,但是,可以說(shuō)對(duì)耐磨性、耐劃傷性并不充分。
[0004] 另外,代替上述的方法,還采用有通過(guò)利用等離子火焰向缸孔內(nèi)表面噴射噴鍍粉 末而形成噴鍍覆膜、從而提高耐磨性、耐劃傷性的方法。例如,在專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的發(fā)明 中,通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)用汽缸體的缸孔表面噴鍍鐵系合金粉末,從而謀求提高相對(duì)于活塞環(huán)和 活塞的耐磨性以及耐劃傷性。
[0005]現(xiàn)有摶術(shù)f獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利f獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本國(guó)特開(kāi)2003-138366號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009] 然而,上述通過(guò)噴鍍鐵系合金粉末而形成的噴鍍覆膜提高了相對(duì)于活塞環(huán)和活塞 的耐磨性以及耐劃傷性,但是,例如在像最近的高功率發(fā)動(dòng)機(jī)那樣作用有非常高的缸內(nèi)壓 力的汽缸體中,因較高的燃燒壓力而使噴鍍覆膜反復(fù)負(fù)荷高載荷。
[0010] 因此,實(shí)際上有時(shí)發(fā)生劃傷、即燒結(jié)的情況,而且,還明確了會(huì)引起覆膜剝離。這樣 的劃傷的發(fā)生容易直接引起發(fā)動(dòng)機(jī)破損,因而是必須盡可能排除的重要的問(wèn)題。
[0011] 本發(fā)明即是鑒于具有這樣的以往技術(shù)的課題而做成的,其目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn) 優(yōu)異的耐劃傷性的鐵系噴鍍覆膜、使用了該鐵系噴鍍覆膜的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體以及內(nèi)燃機(jī)用 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0012]用于解決問(wèn)題的方案
[0013] 為了達(dá)成上述目的,本發(fā)明人反復(fù)進(jìn)行了深刻研究,其結(jié)果,發(fā)現(xiàn)通過(guò)恰當(dāng)?shù)乜刂?噴鍍覆膜的凹坑量、表面粗糙度從而能夠達(dá)成上述目的,以至于完成了本發(fā)明。
[0014]S卩,本發(fā)明的鐵系噴鍍覆膜為一種覆蓋內(nèi)燃機(jī)用汽缸體的缸孔內(nèi)表面的鐵系噴鍍 覆膜。
[0015] 本發(fā)明的鐵系噴鍍覆膜的特征在于,該鐵系噴鍍覆膜在覆膜表面包含凹坑,凹坑 量在0. 01 %~2. 1 %的范圍內(nèi),且該覆膜表面的平均粗糙度Ra在0. 01μm~0. 15μm的范 圍內(nèi)。
[0016] 另外,本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體的特征在于,該內(nèi)燃機(jī)用汽缸體包括內(nèi)表面具有 上述這樣的鐵系噴鍍覆膜的缸孔、和具有該缸孔的汽缸體主體。
[0017] 另外,本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)為包括上述這樣的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體、和與該汽 缸體的缸孔相對(duì)滑動(dòng)的活塞的內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0018] 該內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征在于,上述活塞具有活塞環(huán),該活塞環(huán)在其與上述缸 孔之間的滑動(dòng)部具有鉻(Cr)覆膜、氮化鉻(CrN)覆膜或類(lèi)金剛石(DLC)覆膜。
[0019] 發(fā)明的效果
[0020] 采用本發(fā)明,由于設(shè)定為恰當(dāng)?shù)乜刂茋婂兏材さ陌伎恿?、表面粗糙度,因此,能?提供可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的耐劃傷性的鐵系覆膜、使用了該鐵系覆膜的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體以及內(nèi)燃機(jī) 用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是表示利用金屬絲法獲得的噴鍍覆膜的一例子的截面照片。
[0022] 圖2是表示噴鍍覆膜的摩擦試驗(yàn)機(jī)的概略立體圖。
[0023] 圖3是表示噴鍍覆膜的劃傷試驗(yàn)機(jī)的概略立體圖。
[0024] 圖4是表示噴鍍覆膜的剝離試驗(yàn)機(jī)的概略側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下,詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的鐵系噴鍍覆膜的實(shí)施方式。
[0026] 如上所述,本發(fā)明的鐵系噴鍍覆膜為覆蓋內(nèi)燃機(jī)用汽缸體的缸孔內(nèi)表面的鐵系噴 鍍覆膜。
[0027] 在該鐵系噴鍍覆膜的典型的制造過(guò)程中,在鑄造成型了汽缸體之后,為了提高噴 鍍覆膜的密合性,對(duì)缸孔內(nèi)表面進(jìn)行基底加工,將噴射鐵系金屬材料做成液滴并噴射在基 底加工后的缸孔內(nèi)表面上,從而形成噴鍍覆膜。
[0028] 在此,在將鐵系金屬材料做成液滴時(shí),如專(zhuān)利文獻(xiàn)1 (日本特開(kāi)2003-138366號(hào)公 報(bào))所記載的那樣,還存在有使用鐵系合金粉末的情況,但是,在本發(fā)明中,基本上使用鐵 系合金制的金屬絲(日文亇一)。
[0029] 在專(zhuān)利文獻(xiàn)1那樣的所謂的粉末法中,由于通過(guò)球狀的粒子重疊而形成覆膜,因 此,有時(shí)容易剝離,但是,在所謂的金屬絲法(日文個(gè)一法)中,由于使大于上述粒子 的粒子在沿橫向伸長(zhǎng)的同時(shí)重疊,且在形成覆膜時(shí)該粒子在沿長(zhǎng)度方向收縮的同時(shí)相互結(jié) 合,因此,能夠獲得比較堅(jiān)固且難以剝離的覆膜。
[0030] 在該金屬絲法中,通過(guò)在使插入于圓筒體的中心孔內(nèi)的噴鍍槍自一端側(cè)向另一端 側(cè)移動(dòng)的同時(shí),將利用燃燒火焰熔融而成的噴鍍金屬絲的熔滴作為噴鍍火焰自噴鍍槍頂端 噴射到缸孔內(nèi)表面上,從而形成噴鍍覆膜。
[0031] 圖1表示利用金屬絲法獲得的噴鍍覆膜的截面照片的一例子,但是,大多數(shù)情況 為在覆膜內(nèi)部包含孔隙2、也就是被封住的孔隙即密閉孔隙。另外,在噴鍍覆膜表面上形成 有具有敞開(kāi)的部分的敞開(kāi)孔隙即凹坑1。
[0032] 接著,說(shuō)明本發(fā)明的鐵系噴鍍覆膜的性狀、其限定理由。
[0033] 該鐵系噴鍍覆膜在覆膜表面上包括凹坑、即像凹部那樣的敞開(kāi)孔隙,凹坑量在 0. 01 %~2. 1 %的范圍內(nèi),且該覆膜表面的平均粗糙度Ra在0.Ο?μπι~0. 15μπι的范圍內(nèi)。
[0034] 在此,當(dāng)平均粗糙度Ra超過(guò)0. 15 μ m時(shí),由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)低摩擦而使摩擦熱升高,因 此,容易發(fā)生劃傷。另一方面,當(dāng)平均粗糙度Ra低于0. 01時(shí),由于構(gòu)成覆膜的鐵系金屬的 滑動(dòng)部分增大、且供滑動(dòng)的油、例如潤(rùn)滑油的保持性劣化,因此,容易發(fā)生劃傷。
[0035] 另外,由于凹坑可以說(shuō)為凹部,且具有保油功能,因此,為了進(jìn)一步提高噴鍍覆膜 的油保持性,將存在于覆膜表面上的凹坑量設(shè)定在〇.〇1 %~2. 1 %的范圍內(nèi)。
[0036] 另外,該凹坑量是指在平面觀察噴鍍覆膜的情況下單位覆膜表面積中存在的所有 的凹坑所占有的面積的總和(比例),該凹坑量能夠根據(jù)該噴鍍覆膜的表面照片測(cè)量。
[0037] 如圖1所示,本發(fā)明的鐵系噴鍍覆膜有時(shí)包含孔隙(密閉孔隙),這樣的孔隙也有 助于提尚油保持性。
[0038] 將該孔隙在覆膜截面中的存在率稱(chēng)為"截面孔隙率",但是,該截面孔隙率是指在 如圖1所示地截面觀察該噴鍍覆膜的情況下單位覆膜截面積中存在的所有的孔隙所占有 的面積的總和(比例),能夠通過(guò)利用圖像分析將在噴鍍覆膜截面照片中可確認(rèn)的孔隙數(shù) 值化來(lái)計(jì)算出。
[0039] 在本發(fā)明的鐵系噴鍍覆膜中,優(yōu)選的是,該截面孔隙率在0.01%~2. 1%的范圍 內(nèi)。
[0040] 當(dāng)截面孔隙率超過(guò)2. 1%時(shí),有時(shí)導(dǎo)致噴鍍覆膜的強(qiáng)度變?nèi)醵垢材冸x。另一方 面,在截面孔隙率低于0. 01 %的情況下,有時(shí)導(dǎo)致油保持性下降而產(chǎn)生劃傷。
[0041] 另外,在本發(fā)明中,優(yōu)選的是,該鐵系噴鍍覆膜的平均硬度在280HV~500HV的范 圍內(nèi)。
[0042] 當(dāng)平均硬度低于280HV時(shí),噴鍍覆膜的磨損變大,有時(shí)導(dǎo)致間隙增加而使油(oil) 耗增加。另一方面,當(dāng)平均硬度超過(guò)HV500時(shí),相對(duì)于對(duì)方活塞環(huán)、活塞的攻擊性升高,而有 時(shí)導(dǎo)致活塞環(huán)、活塞的磨損變大。過(guò)度的活塞環(huán)磨損、活塞磨損可能導(dǎo)致產(chǎn)生劃傷,因此,期 望避免過(guò)度的活塞環(huán)磨損、活塞磨損。
[0043] 以上說(shuō)明的本發(fā)明的噴鍍覆膜優(yōu)選的是,以鐵(Fe)為主要成分,并且包含0. 05質(zhì) 量%~0.25質(zhì)量%的碳(C)。
[0044] 當(dāng)碳含量低于0. 05質(zhì)量%時(shí),硬度降低且噴鍍覆膜的強(qiáng)度下降,而有時(shí)導(dǎo)致發(fā)生 覆膜剝離。另外,當(dāng)碳含量超過(guò)〇. 25質(zhì)量%時(shí),硬度升高且對(duì)方攻擊性升高,而有時(shí)引起作 為相對(duì)滑動(dòng)構(gòu)件的活塞環(huán)、活塞的過(guò)度的磨損。
[0045] 接著,說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體。
[0046] 如上所述,本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體包括內(nèi)表面具有以上說(shuō)明的鐵系噴鍍覆膜的 缸孔、和具有該缸孔的汽缸體主體。
[0047] 在此,鐵系噴鍍覆膜可以覆蓋于缸孔的內(nèi)表面整體,也可以根據(jù)所使用的活塞的 行程而覆蓋于與活塞相對(duì)滑動(dòng)的缸孔內(nèi)表面部分。
[0048] 汽缸體主體可以是鑄鐵制等,但是優(yōu)選由鋁合金或鎂合金構(gòu)成,由此,能夠謀求內(nèi) 燃機(jī)的輕量化。
[0049] 另外,在該內(nèi)燃機(jī)用汽缸體中,還能夠在缸孔上配置其他的金屬制的襯套,例如鑄 鐵制、鋁合金制的襯套,并利用上述的鐵系噴鍍覆膜覆蓋該襯套內(nèi)表面。
[0050] 接著,說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0051] 如上所述,本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)包括以上說(shuō)明的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體、和與該 汽缸體的缸孔相對(duì)滑動(dòng)的活塞。
[0052] 而且,在該滑動(dòng)機(jī)構(gòu)中,活塞具有活塞環(huán),該活塞環(huán)至少在其與缸孔之間的滑動(dòng)部 具有鉻(Cr)覆膜、氮化鉻(CrN)覆膜或類(lèi)金剛石(DLC)覆膜。
[0053] 如上所述,該內(nèi)燃機(jī)用滑動(dòng)機(jī)構(gòu)具有利用上述的鐵系噴鍍覆膜覆蓋了內(nèi)表面的缸 孔,而發(fā)揮優(yōu)異的耐劃傷性、低摩擦性