(57)【要約】【課題】アルミニウム合金製シリンダブロックとの相互の界面での密着性をより安定的に向上させ、且つ熱伝導効率を向上させるアルミニウム合金等で鋳包みに使用される鋳鉄製のシリンダライナ等に適用可能な溶射皮膜付鋳鉄部材の提供を目的とする。【解決手段】上記課題を達成するため、当該鋳鉄部材は、炭素が３．２〜４．４ｗｔ％、ケイ素が０．８〜２．６ｗｔ％、マンガンが０．１〜２．４ｗｔ％、硫黄が０．００１〜０．２ｗｔ％、リンが０．０１〜０．６ｗｔ％残部が鉄及び不可避的不純物からなる組成の鋳鉄部材で構成され、この鋳鉄部材の表面に、厚さ５μｍ〜１６０μｍの溶射皮膜を備え、且つ、当該溶射皮膜形成後の溶射面の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍとして、アルミニウム材マトリックスとの密着性及び熱伝導性を向上させたことを特徴とした鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材を採用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧アルミニウムダイキャスト法を用いた鋳包み加工に供する鋳包み用鋳鉄部材であって、
当該鋳包み用鋳鉄部材は、以下に記載の組成の鋳鉄部材の表面に、厚さ５μｍ〜１６０μｍの溶射皮膜を備え、且つ、当該溶射皮膜形成後の溶射面の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍとして、アルミニウム材マトリックスとの密着性及び熱伝導性を向上させたことを特徴とする鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材。
［鋳鉄部材の組成］
炭素        ：３．２〜４．４ｗｔ％
ケイ素      ：０．８〜２．６ｗｔ％
マンガン    ：０．１〜２．４ｗｔ％
硫黄        ：０．００１〜０．２ｗｔ％
リン        ：０．０１〜０．６ｗｔ％
残部        ：鉄及び不可避的不純物
【請求項２】
前記鋳鉄部材は、更に以下に記載する、クロム、銅、アルミニウム、錫又は／及びアンチモン、ホウ素の内、一種以上の元素を含む請求項１に記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材。
［鋳鉄部材の含有元素］
クロム      ：０．０１〜０．６ｗｔ％
銅          ：０．０１〜１．０ｗｔ％
アルミニウム：０．０５〜１．０ｗｔ％
錫          ：０．００１〜０．３ｗｔ％
アンチモン  ：０．００１〜０．２ｗｔ％
ホウ素      ：０．０１〜２．０ｗｔ％
【請求項３】
前記鋳鉄部材の溶射皮膜形成前の表面粗さＲａは４μｍ〜１９０μｍである請求項１又は請求項２に記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材。
【請求項４】
前記溶射皮膜は、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金、スズ系合金、亜鉛系合金、銅系合金のいずれかである請求項１〜請求項３に記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法であって、
以下の工程Ａ及び工程Ｂを備えることを特徴とする鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法。
工程Ａ：  表面粗さＲａが、４μｍ〜１９０μｍの外周表面を備える鋳鉄部材を準備する工程。
工程Ｂ：  アーク溶射法により、厚さが５μｍ〜１６０μｍの溶射皮膜を形成し、当該溶射皮膜形成後の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍの外周表面を有するものである鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材を得る工程。
【請求項６】
前記工程Ａの鋳鉄部材は、鋳鉄部材に対して旋盤加工を用いて、その外周表面に溝状凹凸形状を形成したものを用いる請求項５に記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法。
【請求項７】
前記溝状凹凸形状を備える外周表面を、更にブラスト処理で粗化した鋳鉄部材を用いる請求項６に記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法。
【請求項８】
前記工程Ｂのアーク溶射法は、アーク溶射装置を用い、当該装置の溶射ガンのノズルのアトマイズエアー吹き出し部の開口面積が１５ｍｍ２〜２００ｍｍ２である請求項５〜請求項７のいずれかに記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項４に記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材として製造したことを特徴とする溶射皮膜付シリンダライナ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項４に記載の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材として製造したことを特徴とする溶射被膜付き耐摩環。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材及び鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法、並びに鋳包み用溶射皮膜付シリンダライナ、鋳包み用溶射被膜付き耐摩環に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用シリンダブロックは、鋳鉄製とアルミニウム合金製とに大別できるが、軽量化及び冷却性能を重視した結果、近年、アルミニウム合金製のシリンダブロックを採用することが多くなっている。ここで、鋳鉄製のシリンダブロックを採用した場合、ピストンが上下するシリンダボアの内壁と、シリンダブロックとの材質は同質であるため鋳包みによる強度等は問題とはならない。しかし、アルミニウム合金製のシリンダブロックを採用した場合、軽量化の効果はあるものの、鋳鉄製のシリンダライナと称する部品をシリンダブロックの内部に内包する際の密着性を向上させる必要が生じる。よって、アルミ合金製のシリンダブロックと鋳鉄製のシリンダライナとの異種の材質の接合状態を考慮する必要がある。
【０００３】
従来、このアルミニウム合金製のシリンダブロック内への鋳鉄製のシリンダライナの内包は、高圧ダイキャスト法を用いてマトリックス材であるアルミニウム合金の溶湯で、筒状体のシリンダライナを鋳ぐるむ（鋳包む）ことで行われてきた。しかし、上述したように、シリンダライナは鋳鉄製であるため、鋳鉄製品の融点（約１２００℃）とアルミニウム合金の融点（約７００℃）との温度差が問題となる。すなわち、この溶融温度の差により、鋳包み時に両者の間での相互拡散が起こりにくく、拡散接合という観点からみると密着性を向上させる事は困難となっていた。
【０００４】
仮に、アルミニウム合金製シリンダブロックと鋳鉄製シリンダライナとの界面での密着性が良好に保たれていない場合には、シリンダライナとシリンダブロック本体との間の熱伝導効率が低下して、エンジンの冷却性能に影響を及ぼすと共に、シリンダライナの場所毎で熱伝導率のバラツキも発生する。このように、シリンダライナとシリンダブロックとの界面において、場所によって熱伝導率のバラツキが生じると、熱膨張率にもバラツキが生じることになり、更に、双方の材質の熱膨張係数が大きく異なるため、エンジンを駆動させている間の熱による膨張、振動、衝撃等を受けやすく、前記界面での剥離が生じやすくなる。その結果として、エンジンの性能、耐久性が著しく劣ることになる。
【０００５】
なお、上述したシリンダライナとシリンダブロックとの界面における剥離を防止する方法として、アルミニウム合金製シリンダブロックと鋳鉄製シリンダライナとの界面での密着性を良好に保つことの他、当該シリンダライナの組成に特定の合金元素を含有させることによって、シリンダライナとシリンダブロック本体との間の熱伝導効率を向上させることも効果がある。このように、シリンダライナとシリンダブロック本体との間の熱伝導効率を向上させることによっても、エンジンの性能、耐久性を向上させることも可能であるが、当該シリンダライナに含有する合金元素の種類及び添加量の設定によっては熱伝導性の向上が十分に図れず、かえって製造コストの増大を招いてしまう場合がある。
【０００６】
これらの問題を解決しようと、特許文献１（特開２００１−２３４８０６号公報）は、シリンダライナの鋳包みに適用可能な方法として、鋳ぐるみ対象部品を溶融金属にて鋳ぐるむことにより鋳ぐるみ製品を製造する鋳ぐるみ方法であって、前記鋳ぐるみ対象部品を構成する金属材料とは異なる金属材料でかつ前記溶融金属の融点以下の融点を有する金属材料からなる皮膜が表面に形成された前記鋳ぐるみ対象部品に対して、前記皮膜は１〜２０μｍＲｚの面粗さの鋳ぐるみ対象部品表面に形成されていることを特徴とする鋳ぐるみ方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２（特開２００３−５３５０８号公報）には、アルミニウム合金の鋳込み時にインサートされる鉄を主体とする熱伝導円筒部材であって、円筒部材本体の外周部に、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる、厚さ０．３μｍ以上でかつ１００μｍ以下の膜を冶金的に接合した状態で形成してあることを特徴とする熱伝導円筒部材が開示されている。前記円筒部材は、シリンダライナ等耐摩耗性および熱伝導性が要求される部位に設置されるものであることが明記されている。
【０００８】
また、特許文献３（特開平１１−２２９０１９号公報）は、鋳鉄強度を低下させずに熱疲労強度を高め、強度および熱伝導率に優れた高熱伝導性強靭鋳鉄の製造方法及び高熱伝導性強靭鋳鉄を提供することを目的としている。そして、この目的を達成するために、炭素を３．６〜４．０ｗｔ％、硫黄を０．０２〜０．２ｗｔ％含有した鋳鉄を溶解した溶湯中に、マンガンを１．５〜１．８ｗｔ％、クロムを０．２〜０．４ｗｔ％、モリブデンを０〜０．３ｗｔ％、希土類元素またはミッシュメタルをＳ量の倍量添加し、基地全面をパーライト組織にすることとしている。
【０００９】
また、特許文献４（特開昭６３−７９９３７号公報）は、フェライト系基地組織のコンパクト／バーミキュラー黒鉛鋳鉄よりも強度（引張強さ、降伏点）の大きな、且つ硬度の高いコンパクト／バーミキュラー黒鉛鋳鉄を提供することを目的としている。そして、この目的を達成するために、特許文献４のコンパクト／バーミキュラー黒鉛鋳鉄は、重量％で炭素が２．８〜４．５％、ケイ素が１．５〜３．５％、銅が０．０１〜２．０％、モリブデンが０．０１〜２．０％、ニッケルが０．０１〜３．０％、マンガンが１．５％以下、リンが０．１％以下、硫黄が０．０３％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなるコンパクト／バーミキュラー黒鉛鋳鉄であって、鋳鉄溶湯にセリウム・ミッシュメタルの添加処理を施して０．００２〜０．１０％の希土類元素を含有させることとしている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３４８０６号公報
【特許文献２】特開２００３−５３５０８号公報
【特許文献３】特開平１１−２２９０１９号公報
【特許文献４】特開昭６３−７９９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示の発明の場合、鋳ぐるみに用いる溶融金属の融点以下の融点を有する金属材料からなる皮膜を溶射又は吹きつけによる方法でシリンダライナの外周面に形成することになる。そして、当該皮膜の厚さを５μｍ以下とし、表面粗さの調整として、皮膜形成後にショットピーニング法やショットブラスト法などで凹凸を形成することにより行われている。この方法の場合には、最終的に形成される皮膜は薄く皮膜の膜厚管理が困難になり、粗さ（Ｒｚ）も１〜２０μｍと小さくなり、鋳包み時のアンカー効果を発揮しないため安定した密着性が得られないという問題があった。
【００１２】
また、特許文献２に開示の発明の場合、円筒部材本体の外周部に、２００℃以上でかつ６００℃以下の低融点材料からなる厚さ０．３〜１００μｍ以下の膜を溶射又は吹きつけによる方法で形成することになっている。ところが、特許文献２に開示の発明は、熱伝導性の向上を主な目的としており、円筒部材本体の外周部の粗さ制御は行っておらず、且つ、膜形成後においても表面粗さの調整は行っていない。従って、特許文献２に開示の発明も特許文献１と同様に、シリンダライナ等の鋳包み部材の製造に用いても、その周囲のマトリックス材との安定した密着性が得られないという問題があった。
【００１３】
また、特許文献３に開示の発明の場合、ミッシュメタルを硫黄の添加量の倍の量添加させることとしている。しかし、ミッシュメタルとは、複数の希土類元素（レア・アース）が含まれた合金であって、多くの希土類元素同士は性質が似ているため分離が難しく、仮に各希土類元素を分離しようとすると製造コストの増大化を招いてしまう。よって、ミッシュメタルは、一般的に鉱石中の希土類金属を一括して還元した合金状態で使用されるものである。すなわち、酸化物状態での希土類の混合物を混合希土と呼び、混合希土を還元・精製したものがミッシュメタルであり、セリウム、ランタン、ネオジウムなどの合金が含まれる。以上に述べたように、ミッシュメタルは、各合金元素の含有量がコントロールされずに使用される場合が殆どであり、複数の合金元素がそれぞれ不定量含有されているため、熱伝導特性に関して不安定化を招きやすくなってしまうという問題があった。
【００１４】
また、特許文献４に開示の発明の場合、０．００２〜０．１重量％のセリウム・ミッシュメタルを添加させるために、特許文献３のところで述べたと同様に、複数の合金元素がそれぞれ不定量含有されていることに起因して熱伝導特性の不安定化を招きやすくなってしまう問題がある。また、特許文献４のコンパクト／バーミキュラー黒鉛鋳鉄を本件発明の溶射皮膜付鋳鉄部材として採用した場合、添加するミッシュメタルの各合金元素の含有量をコントロールすることは困難であるため、製造コストの増大化を招いてしまう。
【００１５】
以上のことから、従来より鋳鉄製の内燃機関のシリンダライナに関しては、アルミニウム合金製シリンダブロックとの相互の界面での密着性をより安定的に向上させ、且つ熱伝導効率を向上させることが求められてきた。更に、従来と比較して、より製造コストの低い製造方法の採用が望まれてきた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そこで、本発明者等は、以下に示す鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材、鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法等を採用することで、上記課題を達成できることに想到した。
【００１７】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材：  本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、高圧アルミニウムダイキャスト法を用いた鋳包み加工に供する鋳包み用鋳鉄部材であって、当該鋳包み用鋳鉄部材は、以下に記載の組成の鋳鉄部材の表面に、厚さ５μｍ〜１６０μｍの溶射皮膜を備え、且つ、当該溶射皮膜形成後の溶射面の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍとして、アルミニウム材マトリックスとの密着性及び熱伝導性を向上させたことを特徴とする鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材。
【００１８】
鋳鉄部材の組成：  炭素が３．２〜４．４ｗｔ％、ケイ素が０．８〜２．６ｗｔ％、マンガンが０．１〜２．４ｗｔ％、硫黄が０．００１〜０．２ｗｔ％、リンが０．０１〜０．６ｗｔ％、残部が鉄及び不可避的不純物。
【００１９】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、前記鋳鉄部材は、更に以下に記載する、クロム、銅、アルミニウム、錫又は／及びアンチモン、ホウ素の内、一種以上の元素を含むことが好ましい。
【００２０】
鋳鉄部材の含有元素：  クロムが０．０１〜０．６ｗｔ％、銅が０．０１〜１．０ｗｔ％、アルミニウムが０．０５〜１．０ｗｔ％、錫が０．００１〜０．３ｗｔ％、アンチモンが０．００１〜０．２ｗｔ％、ホウ素が０．０１〜２．０ｗｔ％。
【００２１】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、前記鋳鉄部材の溶射皮膜形成前の表面粗さＲａは４μｍ〜１９０μｍであることが好ましい。
【００２２】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、前記溶射皮膜には、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金、スズ系合金、亜鉛系合金、銅系合金のいずれかを用いることが好ましい。
【００２３】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法：  本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法は、上述の溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法である。即ち、鋳鉄部材の備える表面粗さを所定の範囲に設定し、その表面に溶射皮膜を形成した高圧アルミニウムダイキャスト法で用いる鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法であって、以下の工程Ａ及び工程Ｂを備えることを特徴とするものである。
【００２４】
工程Ａ：  表面粗さＲａが、４μｍ〜１９０μｍの外周表面を備える鋳鉄部材を準備する工程。
工程Ｂ：  アーク溶射法により、厚さが５μｍ〜１６０μｍの溶射皮膜を形成し、当該溶射皮膜形成後の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍの外周表面を有する鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材を得る工程。
【００２５】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法の前記工程Ａの鋳鉄部材は、鋳鉄部材に対して旋盤加工を用いて、その外周表面に溝状凹凸形状を形成したものを用いることが好ましい。
【００２６】
そして、前記溝状凹凸形状を備える外周表面を、更にブラスト処理で粗化した鋳鉄部材を用いることも好ましい。
【００２７】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法の前記工程Ｂのアーク溶射法は、アーク溶射装置を用い、当該装置の溶射ガンのノズルのアトマイズエアー吹き出し部の開口面積が１５ｍｍ２〜２００ｍｍ２であることが好ましい。
【００２８】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材製品：  上述した本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、種々の製品に応用することが出来る。中でも、内燃機関用のシリンダライナ、ピストン用耐摩環に好適である。そして、このシリンダライナを用い、これを高圧アルミニウムダイキャスト法で鋳包むことで、高品質のシリンダブロックの提供が可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、以下に記載の組成の鋳鉄部材で構成される鋳鉄部材に適正な表面粗さを設け、その表面に適正な厚さ（５μｍ〜１６０μｍ）の溶射皮膜を形成した溶射皮膜付鋳鉄部材とすることで、鋳鉄製の内燃機関のシリンダライナ等をアルミニウム合金等で鋳包む際の、相互の界面での密着性をより安定的に向上させることができる。そして、溶射皮膜の材質を考慮すれば、鋳包みのマトリックス材であるアルミニウム材又はアルミニウム合金材との間での密着性を向上させるためのアンカー効果を十分に発揮する表面粗さ（Ｒａ：４μｍ〜１７０μｍ）を備えるものとすることで、アルミニウム材マトリックスとの密着性及び熱伝導性に優れた溶射皮膜付鋳鉄部材の提供が可能となる。
【００３０】
鋳鉄部材の組成：  炭素が３．２〜４．４ｗｔ％、ケイ素が０．８〜２．６ｗｔ％、マンガンが０．１〜２．４ｗｔ％、硫黄が０．００１〜０．２ｗｔ％、リンが０．０１〜０．６ｗｔ％、残部が鉄及び不可避的不純物。
【００３１】
なお、前記鋳鉄部材は、更に以下に記載する、クロム、銅、アルミニウム、錫又は／及びアンチモン、ホウ素の内、一種以上の元素を含むことがより好ましい。
【００３２】
鋳鉄部材の含有元素：  クロムが０．０１〜０．６ｗｔ％、銅が０．０１〜１．０ｗｔ％、アルミニウムが０．０５〜１．０ｗｔ％、錫が０．００１〜０．３ｗｔ％、アンチモン  ：０．００１〜０．２ｗｔ％、ホウ素が０．０１〜２．０ｗｔ％。
【００３３】
また、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法は、鋳鉄部材に適正な表面粗さを設けておけば、事後的な表面粗さの調整加工が不要で、加工工程数が減少する。従って、生産コストの削減が可能であり、高圧アルミニウムダイキャスト法で用いる高品質の鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材を安価に提供することが可能になる。この本件発明に係る鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材は、内燃機関用のシリンダライナ、ピストン用耐摩環等に用いられることが可能で、その他としてバルブガイド等の使用が好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本件発明に係る鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材及び鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法、並びに鋳包み用溶射皮膜付シリンダライナ、鋳包み用溶射被膜付き耐摩環のそれぞれの形態に関して説明する。
【００３５】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の形態：  本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、鋳鉄部材の備える表面粗さを所定の範囲に設定し、その表面に溶射皮膜を形成した高圧アルミニウムダイキャスト法で用いる鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材である。ここで言うアルミニウムダイキャスト法とは、鋳包み用鋳鉄部材をダイカスト金型内に配置し、ダイカスト金型と鋳包み用鋳鉄部材との間に形成されたキャビティにアルミニウム材の溶湯を５０００〜１００００ｋｇｆ／ｃｍ２の高圧で注入して冷却凝固させ、アルミニウム材マトリクス内に鋳包み用鋳鉄部材が鋳ぐるまれ一体化した鋳包み製品とするものである。そして、このときのアルミニウム材に関しては、アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、より具体的にはＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２（ＡＤＣ：ＪＩＳ規格におけるアルミニウム合金ダイカストの種類）等を用いることができるが、特段の限定はない。
【００３６】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の表面に形成する溶射皮膜は、厚さが５μｍ〜１６０μｍ厚さのものである。ここで溶射皮膜の厚さを５μｍ未満とすると、膜厚の場所的バラツキが大きく、溶射皮膜に期待する鋳包み時のアルミニウム材マトリクスとの密着性の向上、及び熱伝導性の向上等の効果を得ることが出来なくなる。一方、溶射皮膜の厚さが１６０μｍを超えると、鋳鉄部材の備える表面粗さが大きく変動するようになり表面粗さが低下するため、アルミニウム材又はアルミニウム合金材に対する十分なアンカー効果を示さず、鋳包み時の密着安定性が低下する。なお、ここで言う溶射皮膜は、その厚さが２０μｍ〜１００μｍがより好ましく、厚さが２０μｍ〜６０μｍが更に好ましい。鋳鉄部材との密着性及び熱伝導性の向上効果を確実に得ることが可能で、且つ、鋳鉄部材の備える表面粗さの変動を、より確実に抑制できるからである。
【００３７】
そして、上記厚さの溶射皮膜を形成することで、得られる溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さＲａは、４μｍ〜１７０μｍであることが好ましい。この表面粗さは、上述の記載で示唆したように、厚さが５μｍ〜１６０μｍの溶射皮膜を形成する場合を前提としている。この溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さは、アルミニウム材マトリクスとの密着性の向上を目的として、物理的なアンカー効果を発揮させるために必要となる。本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の場合、その表面粗さＲａは、４μｍ〜１７０μｍの範囲にあることが好ましい。当該表面粗さＲａが４μｍ未満の場合には、アンカー効果を十分に発揮し得ず、目的としたレベルの溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性が得られない。これに対し、当該表面粗さＲａが１７０μｍを超える粗さとなれば溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性の大きな向上を期待することは困難となり経済的ではない。更に、鋳鉄部材表面の粗さが大きくなりすぎると、当該鋳鉄部材表面に均一な厚さの溶射皮膜が形成され難くなってしまう。なお、ここで言う表面粗さＲａとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に準拠して測定した算術平均粗さのことである。
【００３８】
また、表面粗さとしてＲａに代えて、十点平均粗さＲｚを指標として用いることも可能である。ここで、Ｒｚを用いる場合には、Ｒｚ＝２０μｍ〜６３０μｍの範囲であることが好ましい。このＲｚの上限値及び下限値を定めた理由は、上記Ｒａの上限値及び下限値の持つ意味合いと同様であるために、重複した記載を避けるために、その記載を省略する。なお、ここで言う表面粗さＲｚとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：１９９４に準拠して測定した十点平均粗さのことである。
【００３９】
本件発明に係る鋳鉄部材の備える溶射前の表面粗さＲａは４μｍ〜１９０μｍであることが好ましい。ここで、溶射前の鋳鉄部材表面粗さの違いによって得られる特性が異なるため、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ）未満を第１粗さ範囲、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ〜２４．８μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ〜１０９．１μｍ）を第２粗さ範囲、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝２４．８μｍ、Ｒｚ＝１０９．１μｍ）を超えたものを第３粗さ範囲として各粗さ範囲毎の特性の違いを以下に述べる。
【００４０】
まず、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ）未満となる第１粗さ範囲について述べる。第１粗さ範囲である溶射前の鋳鉄部材表面粗さＲａの範囲は、当該鋳鉄部材表面に形成される溶射皮膜が厚くなるに従って、溶射後の表面粗さＲａは大きくなる傾向が現れる範囲である。しかし、溶射前の鋳鉄部材の表面粗さが小さくなりすぎると、その後当該鋳鉄部材表面に溶射皮膜が形成されたとしても十分な表面粗さを得ることが困難となり、アンカー効果を十分に発揮し得ず、目的としたレベルの溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性が得られない。
【００４１】
次に、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ〜２４．８μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ〜１０９．１μｍ）となる第２粗さ範囲について述べる。第２粗さ範囲である溶射前の鋳鉄部材表面粗さの範囲は、当該鋳鉄部材表面に形成される溶射皮膜が厚くなったとしても表面粗さＲａに変化は殆ど生じない範囲である。よって、その後当該鋳鉄部材表面に溶射皮膜が形成されたとしても表面粗さの変動が少なく、当該溶射皮膜の厚さに関係なくアンカー効果を十分に発揮するため、目的としたレベルの溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性を安定して得ることができる。
【００４２】
最後に、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝２４．８μｍ、Ｒｚ＝１０９．１μｍ）を超えた第３粗さ範囲について述べる。第３粗さ範囲である溶射前の鋳鉄部材表面粗さＲａの範囲は、当該鋳鉄部材表面に形成される溶射皮膜が厚くなるに従って、溶射後の表面粗さＲａは小さくなる傾向が現れる範囲である。従って、溶射前の鋳鉄部材の表面粗さが大きくなりすぎると、その後当該鋳鉄部材表面に形成される溶射皮膜の厚さが厚くなるに従い十分な表面粗さを得ることが困難となり、アンカー効果を十分に発揮し得ず、目的としたレベルの溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性が得られない。更に、溶射前の鋳鉄部材の表面粗さが大きくなりすぎると、当該鋳鉄部材の表面に形成される凹凸形状の底部まで、均一な厚さの溶射皮膜を形成することが困難になり、溶射皮膜を形成する前の鋳鉄部材の備える凹凸形状の備える表面粗さが、溶射皮膜の形成で大きく変動する傾向が高くなり好ましくない。
【００４３】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、炭素が３．２〜４．４ｗｔ％、ケイ素が０．８〜２．６ｗｔ％、マンガンが０．１〜２．４ｗｔ％、硫黄が０．００１〜０．２ｗｔ％、リンが０．０１〜０．６ｗｔ％、残部が鉄及び不可避的不純物であることが好ましい。なお、当該鋳鉄部材の組成には、更にクロムが０．０１〜０．６ｗｔ％、銅が０．０１〜１．０ｗｔ％、アルミニウムが０．０５〜１．０ｗｔ％、錫が０．００１〜０．３ｗｔ％及び／又はアンチモンが０．００１〜０．２ｗｔ％、ホウ素が０．０１〜２．０ｗｔ％含まれることがより好ましい。鋳鉄部材の組成を上記条件にすることで、当該鋳鉄部材は、アルミニウム材マトリクスとの間で、より熱伝導性の向上を図ることができる。以下、本件発明の鋳鉄部材に含まれる各合金元素について述べる。
【００４４】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、炭素が３．２〜４．４ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。炭素は、鋳鉄部材の組織に大きな影響を与え、耐摩耗性や強さに優れるパーライト組織とするのに重要な元素である。鋳鉄部材中における炭素は、鉄と化合した炭化鉄（セメンタイト：Ｆｅ３Ｃ）と炭素が独立して存在する黒鉛（グラファイト）の二つの形で存在する。ここで、炭素量が多い程黒鉛は大きな片状となり、鋳鉄部材の機械的性質、特に引張強さは弱く、脆くなる。逆に、炭化鉄（セメンタイト：Ｆｅ３Ｃ）が増加すると鋳鉄部材は硬くなる。仮に、炭素の含有量が３．２ｗｔ％未満の場合、片状の黒鉛が成長しないため当該黒鉛の占める割合が低くなり高い熱伝導率が得られなくなるため好ましくない。よって、炭素の含有量は、３．４〜４．０ｗｔ％の範囲であることがより好ましい。一方、炭素の含有量が４．４ｗｔ％を超えると、鋳鉄部材に微小な鋳巣が発生して引張強度が著しく低下してしまうため好ましくない。
【００４５】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、ケイ素が０．８〜２．６ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。ケイ素は、炭化鉄（セメンタイト：Ｆｅ３Ｃ）を分解し、炭素の黒鉛化を促進させる働きが最も強く、炭素と共に鋳鉄部材の組織に影響を与える重要な元素である。仮に、ケイ素の含有量が０．８ｗｔ％未満の場合、炭素の黒鉛化を促進させる効果が十分に得られないため好ましくない。一方、ケイ素の含有量が２．６ｗｔ％を超えると、鋳鉄部材の硬さと強度の低下を招いてしまうため好ましくない。よって、より好ましいケイ素の含有量は、０．８〜２．１ｗｔ％の範囲であることがより好ましい。
【００４６】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、マンガンが０．１〜２．４ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。マンガンは、鋳鉄部材の組織を緻密にし、強さ、硬さを増加させる元素である。また、マンガンは、後述する硫黄を添加することによる害を防止する働きがあり、硫黄とが共存することで安定な硫化物（ＭｎＳ）を生成し、黒鉛生成の下地として作用するため、炭素の黒鉛化を促進することができる。 仮に、マンガンの含有量が０．１ｗｔ％未満の場合、鋳鉄部材中において硫化鉄（ＦｅＳ）が現れることによって材質が脆くなり、黒鉛の析出を阻害する作用が働くため好ましくない。一方、マンガンの含有量が２．４ｗｔ％を超えると、鋳鉄部材中にチル組織が析出して材料に脆化が生じ、引張強度が低下してしまうため好ましくない。よって、より好ましいマンガンの含有量は、１．０〜２．２ｗｔ％の範囲であることがより好ましい。
【００４７】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、硫黄が０．００１〜０．２ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。硫黄は、炭化鉄（セメンタイト：Ｆｅ３Ｃ）の分解を妨げる働きがあり、鋳鉄部材を硬く、脆くするため、出来るだけ添加量を少なくした方がよい。しかし、硫黄は、切削性を僅かに向上させ、耐摩耗性の向上も図ることができる。仮に、硫黄の含有量が０．００１ｗｔ％未満の場合、マンガンと共存することで、安定な硫化物（ＭｎＳ）を生成することができず好ましくない。一方、硫黄の含有量が０．２ｗｔ％を超えると、炭化鉄（セメンタイト：Ｆｅ３Ｃ）の増加が促進され、鋳鉄部材が脆くなるため好ましくない。
【００４８】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、リンが０．０１〜０．６ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。リンは、鋳鉄部材を硬くするが、冷間脆性を起こしやすく、偏析を生じやすい元素である。また、リンは、鉄と化合してリン化鉄（Ｆｅ３Ｐ）を形成し、鋳鉄部材の基地中に耐摩耗性に優れるステダイト組織（Ｆｅ３Ｃ、Ｆｅ３Ｐ、Ｆｅ）が現れる。この組織は、切削性を低下させ、非常に脆くする。仮に、リンの含有量が０．０１ｗｔ％未満の場合、リン化鉄（Ｆｅ３Ｐ）の形成がされず、鋳鉄部材の耐摩耗性の向上が図れないため好ましくない。一方、リンの含有量が０．６ｗｔ％を超えると、リン化鉄（Ｆｅ３Ｐ）の形成が促進され、加工性が悪く、脆くなるため好ましくない。
【００４９】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、更にクロムが０．０１〜０．６ｗｔ％の範囲内で含有されることがより好ましい。クロムは、鋳鉄部材の引張強さを増加し、炭化鉄（セメンタイト：Ｆｅ３Ｃ）を安定化し、耐熱性及び耐食性を向上させると共に耐摩耗性を向上させる元素である。仮に、クロム含有量が０．０１ｗｔ％未満の場合には、耐熱性、耐食性、耐摩耗性のいずれも向上させることが難しいため好ましくない。一方、クロム含有量が０．６ｗｔ％を超える場合には、クロム炭化物の生成が過剰になり、そのクロム炭化物が粒界に偏析して、鋳鉄の基地が硬く、脆くなるため耐衝撃性能及び加工性能が低下し好ましくない。なお、クロム含有量は、０．０３〜０．３ｗｔ％の範囲内であることが更に好ましい。
【００５０】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、更に銅が０．０１〜１．０ｗｔ％の範囲内であることがより好ましい。銅は、引張強さを向上させると共に耐摩耗性、耐衝撃性も向上させる元素である。仮に、銅含有量が０．０１ｗｔ％未満の場合には、耐摩耗性の向上が図れないため好ましくない。一方、銅含有量が１．０ｗｔ％を超える場合には、切削性が悪くなると共に、得られる耐摩耗性等の効果が飽和し、経済的ではないため好ましくない。なお、銅含有量は、０．０３〜０．６ｗｔ％の範囲内であることが更に好ましい。
【００５１】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、更にアルミニウムが０．０５〜１．０ｗｔ％の範囲内であることがより好ましい。アルミニウムは、鋳鉄中の黒鉛化を促進させる。仮に、アルミニウム含有量が０．０５ｗｔ％未満の場合には、鋳鉄中に黒鉛を析出させることができず、アルミニウムを添加することによる効果が得られず好ましくない。一方、アルミニウム含有量が１．０ｗｔ％を超える場合には、フェライト析出が過多となり強度が低下するため好ましくない。
【００５２】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、更に錫が０．００１〜０．３ｗｔ％の範囲内であることがより好ましい。錫は、鋳鉄中の炭素の黒鉛化を抑制する元素である。仮に、錫の含有量が０．００１ｗｔ％未満の場合には、鋳鉄部材が強度の向上を図ることができず好ましくない。一方、錫の含有量が０．３ｗｔ％を超える場合、鋳鉄部材の脆化を招くため好ましくない。
【００５３】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、更にアンチモンが０．００１〜０．２ｗｔ％の範囲内であることがより好ましい。アンチモンは、鋳鉄部材の強度を向上させる元素である。仮に、アンチモンの含有量が０．００１ｗｔ％未満の場合には、鋳鉄部材の強度の向上を図ることができず好ましくない。一方、アンチモンの含有量が０．２ｗｔ％を超えると、鋳鉄部材の靱性の低下を招くため好ましくない。
【００５４】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材において、鋳鉄部材の組成は、更にホウ素が０．０１〜２．０ｗｔ％の範囲内であることがより好ましい。ホウ素は、リン共晶組織（ステダイト）の析出を促進して硬さを増加させ、耐摩耗性、及び耐スカッフィング性を大きく向上させる元素である。仮に、ホウ素の含有量が０．０１ｗｔ％未満の場合には、鋳鉄部材の耐摩耗性の向上を図ることができず好ましくない。一方、ホウ素の含有量が２．０ｗｔ％を超えると、鋳鉄部材の靱性の低下を招くため好ましくない。
【００５５】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の溶射皮膜は、鋳込みが行われるときのアルミニウム材溶湯が凝固する過程において形成されるアルミニウム材マトリクスとの界面において相互拡散を起こす。その結果、溶射皮膜付鋳鉄部材の溶射皮膜とアルミニウム材マトリクスとの間で金属結合状態を形成し、結果として溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性及び熱伝導性を向上させる。この溶射皮膜には、アルミニウム系材料、マグネシウム系材料、スズ系材料、亜鉛系材料、銅系材料のいずれかを用いることが好ましい。いずれもアルミニウム材との相互拡散性に優れ、密着性を顕著に向上させるからである。また、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、その表面に一定の凹凸を備えており、ダイカスト時に当該凹凸部へのアルミニウム材溶湯の良好な充填性が求められる。しかし、上記溶射皮膜材料で構成した溶射皮膜は、アルミニウム溶湯との濡れ性に優れるため凹凸形状の底部にまで良好な溶湯充填が可能である。
【００５６】
また、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の溶射皮膜は、アルミニウム系材料、マグネシウム系材料、スズ系材料、亜鉛系材料、銅系材料を積層した複合溶射皮膜層の状態に形成しても構わない。例えば、鋳鉄部材の外表面上にスズ系材料又は亜鉛系材料を１層形成し、その上にアルミニウム系材料を形成する等である。このような層構成を採用することで、溶射皮膜と鋳鉄部材との密着性を向上させ、結果として、溶射皮膜付鋳鉄部材と鋳包みに用いるアルミニウム材マトリクスとの密着性を向上させ得るからである。このときの積層状態は、上述した２層を初め、更に３層以上の複合層としても構わない。鋳包みに用いるアルミニウム材マトリクスの材質、工程等を考慮して任意に選択すれば良い。係る場合、複数層の合計厚さが、上記５μｍ〜１６０μｍ厚さの溶射皮膜であればよい。
【００５７】
以上に述べた溶射皮膜を形成する金属材料として、現在の段階で使用可能と判明している範囲の具体的成分を、以下に述べておく。アルミニウム系材料とは、純アルミニウム（純度９９．００ｗｔ％以上）、アルミニウム−マンガン合金、アルミニウム−マグネシウム合金、アルミニウム−マグネシウム−ケイ素合金、アルミニウム−銅−マグネシウム合金、アルミニウム−亜鉛−マグネシウム合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−銅−ニッケル合金、アルミニウム−ケイ素合金等である。
【００５８】
マグネシウム系材料とは、純マグネシウム（純度９９．００ｗｔ％以上）、マグネシウム−カルシウム合金、マグネシウム−セシウム合金、マグネシウム−ジルコニウム合金、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金、マグネシウム−アルミニウム合金、マグネシウム−亜鉛−ジルコニウム合金等である。
【００５９】
スズ系材料とは、純スズ（純度９９．００ｗｔ％以上）、スズ−ビスマス合金、スズ−鉛合金、スズ−ビスマス−鉛−アンチモン合金等である。
【００６０】
亜鉛系材料とは、純亜鉛（純度９９．００ｗｔ％以上）、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金、亜鉛−アルミニウム−銅−マグネシウム合金、亜鉛−アルミニウム−銅合金、亜鉛−アルミニウム−銅−チタン−クロム合金、亜鉛−アルミニウム−銅−マグネシウム−チタン−ベリリウム合金、亜鉛−マンガン合金等である。
【００６１】
銅系材料とは、純銅（純度９９．５ｗｔ％以上）、銅−亜鉛合金、銅−亜鉛−スズ合金、銅−亜鉛−アルミニウム合金、銅−亜鉛−鉄合金、銅−亜鉛−マンガン合金、銅−亜鉛−ニッケル合金、銅−亜鉛−鉄−マンガン−アルミニウム合金、亜鉛−ケイ素合金、亜鉛−ニッケル合金、銅−スズ合金、銅−スズ−亜鉛合金、銅−スズ−リン合金、銅−クロム合金等である。
【００６２】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の製造形態：  本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法は、上述の溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法であり、上述した組成を備えた鋳鉄部材の表面粗さを所定の範囲に設定し、その表面に溶射皮膜を形成して製造される。以下、工程Ａ、工程Ｂの順に説明する。
【００６３】
工程Ａは、表面粗さＲａが４μｍ〜１９０μｍの表面を備える鋳鉄部材を準備する工程である。この鋳鉄部材の表面粗さを、ここで示した範囲としていなければ、最終製品である溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さＲａを４μｍ〜１７０μｍの範囲とすることが困難となる。鋳鉄部材の表面粗さＲａで４μｍ未満であると、溶射皮膜を形成した後に表面粗さＲａが４μｍを超える粗化表面を形成できない。また、鋳鉄部材の表面粗さＲａで１９０μｍを超えると、溶射した金属成分が、表面粗さを形成する凹凸の谷部に十分に進入できず、均一な溶射皮膜を形成できなくなる。ここで、溶射前の鋳鉄部材表面粗さの違いによって得られる特性が異なるため、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ）未満を第１粗さ範囲、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ〜２４．８μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ〜１０９．１μｍ）を第２粗さ範囲、溶射前の鋳鉄部材表面粗さが（Ｒａ＝２４．８μｍ、Ｒｚ＝１０９．１μｍ）を超えたものを第３粗さ範囲としたことは上述した通りである。
【００６４】
そして、この工程Ａで用いる鋳鉄部材は、鋳鉄部材に対して旋盤加工を用いて、その外周表面に溝状の凹凸形状を形成したものを用いることが好ましい。旋盤加工を用いて、ダイスで鋳鉄部材の表面を切削加工することで溝状の凹凸形状を形成することが、所望の表面粗さを最も精度良く形成できるからである。なお、鋳鉄部材の溶射皮膜形成前に所望の表面粗さが形成されるのであれば、当該鋳鉄部材の表面に旋盤加工を行うことによって溝状の凹凸形状を形成させずに鋳肌の状態のまま用いてもよい。
【００６５】
そして、前記溝状の凹凸形状を備える外周表面を、更にブラスト処理で粗化した鋳鉄部材を用いることも好ましい。ここで言うブラスト処理とは、硬い粒子を被加工表面に高速で衝突させ、表面の粗化状態又は改質処理を行うものである。このブラスト処理を行う際には、鋳鉄部材の表面に既に形成されている凹凸形状を出来る限り消失させないことが重要である。
【００６６】
工程Ｂについて説明する。この工程Ｂは、アーク溶射法により、厚さが５μｍ〜１６０μｍの溶射皮膜を形成し、当該溶射皮膜形成後の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍの外周表面を有する鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材を得る工程である。
【００６７】
一般的に、溶射法は、使用する材料、熱源の種類等により、種々の方法に分類される。本件発明においても、電気式溶射法であるアーク溶射又はプラズマ溶射のいずれかを使用することが可能である。ここで言うプラズマ溶射とは、アルゴンなどの作動ガス中で、アノード陽極とカソード陰極間に直流アーク放電により、１００００℃を超える高速高温のプラズマジェットを発生させ、この中に金属やセラミックスなどの粉末を投入し、溶融と加速を行い皮膜を形成する方法である。この方法は、他の溶射法に比して溶射材料の選択自由度が大きく、皮膜が高密度で母材への密着性も良いという特徴がある。これに対して、アーク溶射法とは、コーティング材料を、加熱により溶融又は軟化させて、微粒子状又は液滴状にして、これを加速させて被覆対象物表面に衝突させ、扁平化して潰れた粒子を凝固、堆積させることで皮膜を形成するコーティング法である。更に具体的に言えば、２本の溶射材料であるワイヤーに直流の電流を流し、アーク放電させて溶融し、これをエアー又は他のガスにてアトマイズして母材に付着させる方法であるため、他の溶射法に比べて操作が簡単で、エネルギー効率が高く、ランニングコストが安く、更に溶射皮膜の密着力も高いという特徴がある。しかし、シリンダライナの表面に形成する溶射皮膜の形成においては、生産性、ランニングコスト等の実装上のメリットを考慮すると、アーク溶射法を用いることが好ましい。
【００６８】
以上に述べた溶射装置のアトマイズエアー吹き出し部の開口面積が１５ｍｍ２〜２００ｍｍ２の溶射ガンを用いることが好ましい。ここで言うアトマイズエアー吹き出し部とは、アーク溶射においては溶射材をワークに吹き付けるエアー又は他のガスの射出開口部であり、プラズマ溶射においてはプラズマジェット気流の射出開口部のことである。このアトマイズエアー吹き出し部の開口面積が１５ｍｍ２未満としても、特段の問題は無いが、溶射面積が小さいため、工業的に求められる生産性を満足し得ない。一方、アトマイズエアー吹き出し部の開口面積が２００ｍｍ２を超えるものとすると、溶射面積が広く、溶滴の溶射速度が遅くなるため、溶射した金属成分が、溝状凹凸の谷部に十分に進入できず、溶射皮膜と鋳鉄部材との密着性が得られなくなるため好ましくない。
【００６９】
この工程Ｂで言う、鋳鉄部材の表面に形成する溶射皮膜の厚さ（５μｍ〜１６０μｍ）、鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さ（Ｒａ：４μｍ〜１７０μｍ）の条件に関しては、上述の通りであるので、ここでの重複した説明は省略する。
【００７０】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材製品：  以上に述べた本件発明に係る鋳包み用溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法を用いることで、溶射皮膜付鋳鉄部材が得られる。特に、内燃機関用のシリンダライナ、ピストン用耐摩環、バルブガイド等種々の製品への応用に好適である。
【００７１】
そして、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材に属するシリンダライナを用いて、これを高圧アルミニウムダイキャスト法で鋳ぐるむことで、高品質のシリンダブロックの提供が可能となる。シリンダライナをアルミニウム材マトリクスで鋳ぐるむ場合の凝固過程を考えると、シリンダブロック内に配置したシリンダライナで構成されるボア間隔が最も薄く、その部位のアルミニウム材溶湯が最初に凝固し、その後ボアの周辺部の凝固が進行すると考えられる。従って、シリンダライナ付近においては、特にアルミニウム材溶湯の凝固が速く始まるため、シリンダライナ表面の凹凸部へのアルミニウム溶湯の侵入が困難となる。また、金属の溶湯の凝固過程は、収縮挙動を行う。従って、高圧ダイキャストされたアルミニウム材溶湯の凝固が進行するに従い、既に凝固したボア間の薄いアルミニウム材に引張り応力が加わり、シリンダライナとアルミニウム材マトリクスとの密着性が弱い場合には、そこに割れが生じる場合がある。
【００７２】
しかし、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材であるシリンダライナの場合には、その表面にある溶射皮膜がアルミニウム溶湯との濡れ性を改善し、シリンダライナ表面の凹凸部へのアルミニウム溶湯の侵入を容易にするため、当該凹凸形状によるアンカー効果が十分に発揮される。この結果、シリンダライナとアルミニウム材マトリクスとの密着性の向上により、上述したような割れが生じる事もなくなり、高品質のシリンダブロックの提供が可能となる。
【実施例】
【００７３】
この実施例では、シリンダライナに相当する鋳鉄部材を製造し、その鋳鉄部材を粗化処理して鋳包み処理するまでを実施した。以下、工程の順に説明する。
【００７４】
鋳鉄部材の製造：  まず、鋳包み性を評価するために鋳鉄材は、炭素が３．４ｗｔ％、ケイ素が２．０ｗｔ％、マンガンが１．６ｗｔ％、硫黄が０．０８ｗｔ％、リンが０．２ｗｔ％、残部が鉄及び不可避的不純物からなる溶湯を調製した。この組成の溶湯を砂型鋳造法で、シリンダライナに相当するＡ型黒鉛鋳鉄である鋳鉄部材を製造した。このときの鋳造部材は、内径８５．５７ｍｍ、外径１０４．０７ｍｍ、長さ１３３．６ｍｍである。
【００７５】
そして、前記鋳造部材の表面に凹凸表面を形成するために、円筒研磨機又は切削加工により外周面を形成したものと加工を施さずに鋳肌のままのものを用意した。ここで、表１は、実施例（実施例試料１〜実施例試料２１）として用いる溶射皮膜付鋳鉄部材の溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さと、溶射皮膜形成後の溶射皮膜厚さの変化に対する表面粗さの変化に関して示したものである。表１において、実施例試料１６〜実施例試料２１に示す「鋳肌」とは、鋳鉄部材の表面に研磨や切削加工を施さない状態をいい、当該実施例試料１６〜実施例試料２１は、当該鋳鉄部材表面が鋳肌の状態で溶射皮膜が形成されたものである。このときの切削に用いたバイトの先端Ｒは０．２ｍｍ〜２．０ｍｍのものを使用し、所定溝の表面粗さを備える試料を製造した。その後、更に、ブラスト材にアランダム＃１２〜＃６０を用いて、噴射圧力０．５ＭＰａ、ワークディスタンス１００ｍｍ、噴射時間１分〜５分の条件でブラスト処理して、表面粗さの調整をおこない鋳鉄部材とした。このようにして、表１における実施例試料１〜実施例試料２１に用いる２１種類の鋳鉄部材を製造した。なお、表１において、「×」と表示しているのは、溶射皮膜が不均一であり、測定が不可能なものである。
【００７６】
溶射皮膜付鋳鉄部材の製造：  溶射装置としてスルザーメテコジャパン株式会社製のＳｍａｒｔ  Ａｒｃ．を用いて、鋳鉄部材であるシリンダライナを５０ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍで回転させつつ、溶射速度３ｍｍ／ｓｅｃ〜２８０ｍｍ／ｓｅｃ、溶射距離２０ｍｍ〜１００ｍｍ、電流８０Ａ〜２５０Ａ、電圧２５Ｖ〜４０Ｖ、エアー圧はＦＯＣＵＳ  ＳＰＲＡＹ  ＡＩＲ  ＣＡＰを用いて、１次エアー圧２０ｐｓｉ〜８０ｐｓｉ／２次エアー圧２０ｐｓｉ〜８０ｐｓｉの圧縮空気とした溶射条件を用いて、シリンダライナ（鋳鉄部材）の表面に、純アルミニウムワイヤーを用いて、３μｍ〜２００μｍ厚さの純アルミニウム溶射皮膜を形成して、表１に示すような表面粗さを備える実施例試料１〜実施例試料２１を得た。
【００７７】
密着性評価試験：  以上のようにして得られた２１種類の実施例試料１〜実施例試料２１を、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）で鋳包むことにより、鋳包み後で内径９１．９ｍｍ、外径１１３．２ｍｍ、長さ１２８．１ｍｍとなるように、外周面のみを鋳包んだ。鋳包みの条件は、３３０ｔダイキャストマシンを用いて鋳造圧力６２．８ＭＰａ、溶湯温度７００℃〜７４０℃、金型温度１１０℃〜１８０℃、シリンダライナ余熱温度２００℃とした。そして、密着性評価、又は熱伝導性評価用として作成する試験片Ｓ１は、図１に示すように、溶射皮膜付鋳鉄部材であるシリンダライナ２を鋳包んだシリンダライナ１の湯口３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ側の端面から２０ｍｍの位置で、２０ｍｍ幅に輪切りに切断し、更に、図１（Ａ）に示すように、湯口３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ部分の下部に相当する部分から２０ｍｍ×２０ｍｍの試料として採取した。なお、図１（Ｂ）は、湯口の位置を明瞭に理解できるように示した図である。
【００７８】
そして、図２に示すように、鋳包み用に用いたアルミニウム合金層４とシリンダライナ２とが層状になった密着性評価試験片Ｓ１を、接着剤で、引張り試験用の治具５に接着固定して、図２の矢印側に引張って、引張り試験を行うことで密着性評価を行った。なお、２１種類の試料は、試料１〜試料２１として、表１に鋳包み後の密着性評価の結果を示したものである。表２に示す、溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの間における密着性評価においては、実施例試料１の溶射皮膜厚さが５μｍのときの密着強度を基準強度の１．０として、１．０以上の密着性を示した場合に良好な密着性を備えるものとし、判断を行っている。
【００７９】
表２に示す結果より、実施例試料１の溶射皮膜厚さが５μｍのときの密着強度を基準強度の１．０とした場合、溶射皮膜厚さが５μｍから２００μｍへと厚くなった際の溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着強度の変化を対比した。実施例試料１が＋０．５（１．０、１．５）、実施例試料２が＋０．４（１．０、１．４）、実施例試料３が＋０．５（１．０、１．５）、実施例試料４が＋０．３（１．２、１．５）、実施例試料５が＋０．２（１．３、１．５）、実施例試料６が＋０．３（１．５、１．８）、実施例試料７が−０．１（１．９、１．８）、実施例試料８が−０．４（２．１、１．７）、実施例試料９が−１．２（３．３、２．１）、実施例試料１０が−１．５（４．５、３．０）、実施例試料１１が−２．２（６．１、３．９）、実施例試料１２が−４．０（９．３、５．３）、実施例試料１３が−２．５（９．９、７．４）、実施例試料１４が−２．２（１０．１、７．９）、実施例試料１５が−２．２（１０．２、８．０）、実施例試料１６が＋０．５（１．０、１．５）、実施例試料１７が−０．４（１．９、１．５）、実施例試料１８が−１．１（３．０から１．９）、実施例試料１９が＋０．１（１．０、１．１）、実施例試料２０が−０．４（１．７、１．３）、実施例試料２１が−１．１（２．９、１．８）となった。
【００８０】
熱伝導評価試験：  表３は、熱伝導評価試験として用いる、実施例試料２２〜実施例試料７３において、鋳包み前の鋳鉄部材の組成及び鋳包み後の熱伝導率評価試験結果について示したものである。鋳包み用に用いたアルミニウム合金層４とシリンダライナ２とが層状になった熱伝導評価試験片Ｓ２は、熱伝導性評価を行うため、図１（Ａ）における試験片Ｓからφ１０ｍｍ×（３ｍｍ〜５ｍｍ厚さ）の略円盤状のサンプルを削り出して作製した。そして、レーザーフラッシュ法により、当該熱伝導評価用試験片の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）をアルバック理工（株）製の熱伝導率計（商品名：ＴＣ−７０００）を用いて測定した。なお、表３には、実施例試料２２〜実施例試料７３それぞれの溶射被膜の厚さ及び溶射被膜形成後の表面粗さについても示している。
【００８１】
表３より、実施例の熱伝導効率（Ｗ／ｍ・Ｋ）は、実施例試料２２が５５．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２３が６０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２４が５５．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２５が６０．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２６が５５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２７が６１．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２８が７５．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２９が７４．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３０が５６．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３１が６２．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３２が７３．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３３が８０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３４が７６．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３５が７９．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３６が７１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３７が７８．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３８が５９．８（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料３９が７６．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４０が７６．７（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４１が７９．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４２が７１．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４３が７８．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４４が６０．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４５が７５．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４６が５８．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４７が７４．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４８が５８．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料４９が７３．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５０が７１．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５１が７０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５２が７０．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５３が７０．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５４が６９．８（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５５が６８．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５６が６７．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５７が６８．８（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５８が７０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料５９が６５．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６０が７１．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６１が５９．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６２が６９．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６３が６５．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６４が７０．８（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６５が５８．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６６が５７．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６７が７４．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６８が７１．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料６９が６７．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料７０が６８．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料７１が６９．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料７２が６７．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料７３が６８．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）となった。
【比較例】
【００８２】
［比較例１］
比較例試料Ａは、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが小さい（Ｒａ＝０．４μｍ、Ｒｚ＝２．２μｍ）鋳鉄部材を用い、当該鋳鉄部材の表面に３μｍ〜２００μｍの範囲で実施例と同じ条件に設定した厚さの溶射皮膜を形成して、表１に示すような表面粗さを備える比較例試料Ａを製造した。そして、比較例試料Ａは、実施例と同様に密着性評価試験を実施し、その結果を表２に示した。
【００８３】
表２に示す結果より、実施例試料１の溶射皮膜厚さが５μｍのときの密着強度を基準強度の１．０とした場合、溶射皮膜厚さが５μｍから２００μｍへと厚くなった際の溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着強度の変化は、比較例試料Ａが＋０．７（０．８、１．５）となった。
【００８４】
［比較例２］
表１に示すように、比較例試料Ｂは、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが大きい（Ｒａ＝１９０．９μｍ、Ｒｚ＝６４９．１μｍ）鋳鉄部材を用い、当該鋳鉄部材の表面に３μｍ〜２００μｍの範囲で実施例と同じ条件に設定した各厚さに溶射皮膜を形成して、表１に示すような表面粗さを備える比較例試料Ｂを製造した。そして、比較例試料Ｂは、実施例と同様に密着性評価試験を実施し、その結果を表２に示した。
【００８５】
表２に示す結果より、実施例試料１の溶射皮膜厚さが５μｍのときの密着強度を基準強度の１．０とした場合、溶射皮膜厚さが５μｍから２００μｍへと厚くなった際の溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着強度の変化は、比較例試料Ｂが−１．６（１０．２、８．６）となった。
［比較例３］
この比較例３では、比較例試料Ｃ〜比較例試料Ｕとして用いる鋳鉄部材を製造する際に、表４に示すように鋳鉄材の組成を設定した。表４は、熱伝導評価試験として用いる、比較例試料Ｃ〜比較例試料Ｕにおいて、鋳包み前の鋳鉄部材の組成及び鋳包み後の熱伝導率評価試験結果について示したものである。なお、熱伝導評価試験を行うにあたり、試料の製造方法に関しては全て実施例と同じ条件とした。
【００８６】
表４より、比較例３の熱伝導効率（Ｗ／ｍ・Ｋ）は、比較例試料Ｃが８１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｄが５３．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｅが６７．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｆが３０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｇが４２．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｈが６９．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｉが４３．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｊが６９．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｋが４４．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｌが６６．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｍが５８．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｎが６０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｏが６１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｐが４３．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｑが４１．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｒが３２．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｓが３０．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｔが３３．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例試料Ｕが３０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）となった。
【００８７】
【表１】
2010156003.tif 000003
【００８８】
【表２】
2010156003.tif 000004
【００８９】
【表３】
2010156003.tif 000005
【００９０】
【表４】
2010156003.tif 000006
【００９１】
＜実施例と比較例との対比＞
以下に、溶射皮膜付鋳鉄部材として用いる鋳鉄部材の組成と当該溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さとが、アルミニウム材マトリクスに対する密着性、及び熱伝導性にどのような影響を及ぼすのかについて、実施例と比較例とを対比しつつ述べていく。
【００９２】
まず、表２に示す結果より、密着性に関して１．０以上の数値が良好とするこの判断基準を適用すると、実施例試料１〜実施例試料２１、比較例試料Ｂは、基準強度以上の密着性を示している。これに対し、比較例試料Ａは基準強度以上の密着性を示していない。このとき、比較例試料Ａの溶射皮膜形成前の表面粗さは、本件発明の適正な範囲となる表面粗さの条件を満たしていない。また、本件発明の適正な溶射皮膜形成前の表面粗さを超える粗さを備える比較例試料Ｂは、基準強度を十分に満足しているが、比較例試料Ｂよりも粗さの小さい実施例試料１２及び実施例試料１３と比較しても密着性に殆ど差は生じていない。図３には、表１及び表２のデータから鋳鉄部材に溶射皮膜を形成した後の表面粗さと溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性との関係について示している。図３に示すように、鋳鉄部材に溶射皮膜を形成した後の表面粗さＲａが１７０を超えたあたりから密着性は大きく向上しなくなっていることが分かる。
【００９３】
この結果から明らかなように、比較例試料Ｂのように本件発明の適正な粗さ範囲（Ｒａ＝４μｍ〜１７０μｍ）を超える表面粗さを備えても、これ以上の密着性の向上を期待することはできず経済的ではない。従って、上述の結果より、実施例のように溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さと溶射皮膜厚さとのバランスが適正でないと、溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの間で良好な密着性を得ることができず、また経済的でなくなることが分かる。なお、表１及び表２の中で、「×」と表示しているのは、密着性評価試料の準備段階で剥離して、評価が出来なかったものである。
【００９４】
ここで、表面粗さＲａと溶射皮膜厚さとの関係について、実施例である実施例試料１〜実施例試料１５を図４、実施例試料１６（鋳肌）〜実施例試料２１（鋳肌）を図５、比較例である比較例試料Ａ及び比較例試料Ｂを図６に示す。この図４〜図６と表１とから、他の溶射皮膜付鋳鉄部材と比して溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さの大きいものほど、溶射皮膜形成後の皮膜厚さが厚くなるに従って溶射皮膜付鋳鉄部材表面の粗さの変化量も大きくなることが分かる。例えば、図４に示す第３粗さ範囲である溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが大きい実施例試料１１（Ｒａ＝８９．３μｍ、Ｒｚ＝２８２．７μｍ）、実施例試料１２（Ｒａ＝１２６．７μｍ、Ｒｚ＝４１６．０μｍ）、実施例試料１３（Ｒａ＝１５９．３μｍ、Ｒｚ＝４９５．５μｍ）、実施例試料１４（Ｒａ＝１７０．３μｍ、Ｒｚ＝５６２．０μｍ）、実施例試料１５（Ｒａ＝１８０．７μｍ、Ｒｚ＝６１９．３μｍ）、比較例試料Ｂ（Ｒａ＝１９０．９μｍ、Ｒｚ＝６４９．１μｍ）と、これら溶射皮膜付鋳鉄部材より溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが小さい他の溶射皮膜付鋳鉄部材とを比較した場合に溶射皮膜形成後の皮膜厚さが厚くなるに従って変化する溶射皮膜付鋳鉄部材表面の粗さの変動量の差は明らかに上記溶射皮膜付鋳鉄部材の方が大きくなる。
【００９５】
この結果より、溶射皮膜付鋳鉄部材は、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが大きくなるに従って、鋳鉄部材の表面に皮膜を溶射した場合に、溶射皮膜付鋳鉄部材表面粗さに及ぼす影響が大きくなることが分かる。一方、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面粗さが小さくなると、必要以上に溶射皮膜の厚さを厚くしない限り溶射皮膜形成後の溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さを大きくすることは困難となり、溶射皮膜付鋳鉄部材がアルミニウム材マトリクスに対して十分なアンカー効果を得ることが難しくなる。ここで、表１及び表２に示すように、外周表面をブラスト処理で粗化した鋳鉄部材を用いても溶射皮膜のアルミニウム材マトリクスに対する密着性は基準強度を十分に満足するものであり、ブラスト処理の条件を任意に定めることで好適な範囲の粗さに鋳鉄部材の外周表面を粗化させることが可能となる。
【００９６】
また、溶射皮膜厚さと溶射皮膜付鋳鉄部材のアルミニウム材マトリクスに対する密着性との関係について、実施例である実施例試料１〜実施例試料１５を図７、実施例試料（鋳肌）１６〜実施例試料（鋳肌）２１を図８、比較例である比較例試料Ａ及び比較例試料Ｂを図９に示す。図７〜図９に示す結果より、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面の粗さが大きすぎると、当該鋳鉄部材表面に形成される溶射皮膜の厚さが厚くなるに従って、当該アルミニウム材マトリクスと溶射皮膜付鋳鉄部材との密着性は低下する傾向となることが分かった。一方、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面の粗さが小さくなると、当該鋳鉄部材表面に形成される溶射皮膜の厚さが厚くなっても当該アルミニウム材マトリクスと溶射皮膜付鋳鉄部材との密着性に殆ど変化が生じないことが分かった。
【００９７】
ここで、表２に示すように、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面の粗さＲａが、比較例試料Ａの０．４μｍ程度に小さい場合には、溶射皮膜付鋳鉄部材のアルミニウム材マトリクスに対する密着性が基準強度以下となり十分ではなく好ましくない。一方、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面の粗さＲａが、比較例試料Ｂの１９０μｍを超えて大きくなると、溶射皮膜付鋳鉄部材のアルミニウム材マトリクスに対する密着性の向上が期待できなくなり経済的ではないため好ましくない。また、図７〜図９より、溶射皮膜形成後の皮膜厚さが１６０μｍを超えたあたりから当該アルミニウム材マトリクスと溶射皮膜付鋳鉄部材との密着性は低下するか又は変動がなくなるため、溶射皮膜の厚さが１６０μｍを超えた場合には経済的に好ましくない。一方、上述したように、溶射皮膜の厚さを５μｍ未満にすると、溶射皮膜付鋳鉄部材のアルミニウム材マトリクスに対する密着性が低下する傾向があるため好ましくない。
【００９８】
更に、図４〜図９及び表１、表２で示される結果より、溶射皮膜付鋳鉄部材の備える表面粗さ（Ｒａ）は溶射皮膜形成前と溶射皮膜形成後とで８５μｍ以内の変動量であれば溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの間の密着性に大きな影響を及ぼすことはないことが分かった。よって、溶射皮膜付鋳鉄部材は、溶射皮膜形成前と溶射皮膜形成後の表面粗さＲａの変動差量が８５μｍ以下であれば、鋳包み時のアンカー効果を安定して十分に発揮することができる。
【００９９】
また、表１又は図４〜図６より、鋳鉄部材の備える表面粗さを大きく変動させずに当該鋳鉄部材の表面に溶射皮膜を形成する際の最も好ましい溶射皮膜形成前の表面粗さは、溶射膜厚５μｍ〜２００μｍの範囲における溶射皮膜形成前後の表面粗さの最大変動量が（Ｒａ＝１．９μｍ、Ｒｚ＝１１．９μｍ）となる実施例試料５の溶射皮膜形成前表面粗さが（Ｒａ＝１５．３μｍ、Ｒｚ＝６７．３μｍ）の条件のときであることが分かる。そして、表１又は図４〜図６より、他の試料と比して溶射膜厚５μｍ〜２００μｍの範囲における溶射皮膜形成前後の表面粗さの変動量が少なくなるのは、第２粗さ範囲の実施例試料３〜実施例試料７の溶射部材であることが分かる。この結果及び図４〜図６より、鋳鉄部材の備える表面粗さを大きく変動させずに当該鋳鉄部材の表面に溶射皮膜を形成する際の最も適切な溶射前の鋳鉄部材の表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ〜２４．８μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ〜１０９．１μｍ）の範囲にあるときであることが分かる。また、表２及び図７〜図９より、第２粗さ範囲である実施例試料３〜実施例試料７について、鋳鉄部材の表面に形成される溶射皮膜の厚さの変化が当該アルミニウム材マトリクスと溶射皮膜付鋳鉄部材との密着性に及ぼす影響は少ないことが分かる。
【０１００】
以上の結果より、溶射皮膜形成前の部材表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ〜２４．８μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ〜１０９．１μｍ）の範囲内にある鋳鉄部材を使用した場合には、溶射皮膜の厚さに関係なく安定してアルミニウム材マトリクスに対して十分なアンカー効果を得ることがきるため好ましい。なお、第２粗さ範囲にある溶射皮膜付鋳鉄部材には、実施例試料１９（鋳肌）、実施例試料２０（鋳肌）も該当するが、表１及び図５に示す結果より、若干溶射皮膜形成前後の部材表面粗さＲａの変動量が大きくなっている。これは、実施例試料１９及び実施例試料２０の試料は鋳肌であり、実施例試料３〜実施例試料７のように旋盤加工を施していないためであると考えられる。
【０１０１】
また、第１粗さ範囲及び第３粗さ範囲に係る試料についても述べておく。表１に示すように、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが他の試料と比して小さい第１粗さ範囲に該当する試料は、実施例試料１、実施例試料２、実施例試料１６、比較例試料Ａである。これら試料は全て溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが（Ｒａ＝８．５μｍ、Ｒｚ＝４８．５μｍ）未満となるものである。表１及び図４〜図６に示すように、第１粗さ範囲である溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面粗さＲａは、当該鋳鉄部材の表面に形成される溶射皮膜が厚くなるに従って大きくなる傾向が現れている。ここで比較溶射部材Ａの表面粗さ（Ｒａ＝０．４μｍ、Ｒｚ＝２．２μｍ）まで溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが小さくなると、表２び図９に示すように、その後当該鋳鉄部材表面に溶射皮膜が形成されたとしても十分な表面粗さを得ることが困難となり、アンカー効果を十分に発揮し得ず、目的としたレベルの溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性が得られない。
【０１０２】
表１に示すように、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが他の試料と比して大きい第３粗さ範囲に該当する試料は、実施例試料８〜実施例試料１５、実施例試料１７、実施例試料１８、実施例試料２１、比較例試料Ｂである。これら試料は全て溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さが（Ｒａ＝２４．８μｍ、Ｒｚ＝１０９．１μｍ）を超えたものである。表１及び図４〜図６に示すように、第３粗さ範囲である溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の表面粗さＲａは、当該鋳鉄部材の表面に形成される溶射皮膜が厚くなるに従って小さくなる傾向が現れている。ここで比較例試料Ｂの表面粗さ（Ｒａ＝１９０．９μｍ、Ｒｚ＝６４９．１μｍ）まで溶射皮膜形成前の表面粗さが大きくなると、表２に示すように、その後当該鋳鉄部材の表面に溶射皮膜が形成されたとしても溶射皮膜付鋳鉄部材のアルミニウム材マトリクスに対する密着性の向上が期待できなくなり経済的ではないため好ましくない。
【０１０３】
次に、表３及び表４を用いて、実施例（実施例試料２２〜実施例試料７３）と比較例（比較例試料Ｃ〜比較例試料Ｕ）との鋳鉄部材及び溶射皮膜付鋳鉄部材の熱伝導効率（Ｗ／ｍ・Ｋ）について以下に対比していく。
【０１０４】
表３より、実施例試料２２、実施例試料２４、実施例試料２６は全て同じ組成を備えるものであるが、溶射皮膜の厚さ及び溶射皮膜の表面粗さを本件発明の条件範囲内で異なる条件としたものである。ここで、各実施例試料の熱伝導率を対比すると、実施例試料２２が５５．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２４が５５．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２６が５５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）とほぼ同等の値を示した。また同様に、実施例試料２３、実施例試料２５、実施例試料２７も全て同じ組成を備えるものであり、溶射皮膜の厚さ及び溶射皮膜の表面粗さの条件が異なるものである。ここで、各実施例試料の熱伝導率を対比すると、実施例試料２３が６０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２５が６０．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例試料２７が６１．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）とほぼ同等の値を示した。この結果より、溶射皮膜付鋳鉄部材とアルミニウム材マトリクスとの密着性が良好であれば、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材が同じ組成である限り、溶射皮膜の厚さや溶射皮膜の表面粗さの条件の違いが熱伝導率に及ぼす影響は少ないことが分かった。
【０１０５】
以上をふまえ、表３の記載内容を基に、本件発明の実施例（実施例試料２２〜実施例試料７３）と比較例（比較例試料Ｃ〜比較例試料Ｕ）とについてそれぞれ対比した結果、実施例の試料に関しては、熱伝導率が全て５５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であるのに対し、比較例の試料に関しては、熱伝導率が５５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下となるものが大半を占めた。この結果について以下に述べていく。
【０１０６】
表３より、実施例試料２２〜実施例試料２７、実施例試料４４、実施例試料４６、実施例試料４８、実施例試料６１、実施例試料６５、実施例試料６６、比較例試料Ｄは、他の試料と比較して熱伝導率が低い結果となった。これら試料に共通することは、他の試料と比較して炭素の含有量が少ない点である。特に、炭素の含有量が本件発明の条件範囲より下限側に外れている比較例試料Ｄは、これら試料の中で最も熱伝導率が低い結果となった。また、実施例試料２８、実施例試料２９、実施例試料３２、実施例試料３３、実施例試料３９、実施例試料４５、実施例試料４７、実施例試料４９、実施例試料６７、比較例試料Ｃは、他の試料と比較して熱伝導率が高い結果となった。これら試料に共通することは、他の試料と比較して炭素の含有量が多い点である。特に、炭素の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｄは、これら試料の中で最も熱伝導率が高い結果となった。
【０１０７】
以上の結果より、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、炭素の含有量は熱伝導率に大きな影響を及ぼすことが分かった。なお、比較例試料Ｃは、熱伝導率が８１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と最も高い結果となったが、炭素の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れ、多くなっているため、強度の低下を招くことから好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、炭素の含有量は３．２〜４．４ｗｔ％の範囲であることが好ましいことが分かった。
【０１０８】
また、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、ケイ素の含有量のみ異なる実施例試料２２と実施例試料２３、実施例試料２４と実施例試料２５、実施例試料２６と実施例試料２７のそれぞれについて対比した結果、ケイ素の含有量の多い試料である実施例試料２３、実施例試料２５、実施例試料２７の熱伝導率が高くなる結果となった。この結果より、ケイ素の含有量が多いほど熱伝導率が向上することが分かった。この結果を基に、ケイ素の含有量が本件発明の条件範囲より下限側に外れている比較例試料Ｆをみると、熱伝導率が３０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と最も低い結果となった。なお、比較例試料Ｅは、熱伝導率が６７．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）と比較的高い結果となったが、ケイ素の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れ、多くなっているため、強度の低下を招くことから好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、ケイ素の含有量は０．８〜２．６ｗｔ％の範囲であることが好ましいことが分かった。
【０１０９】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、マンガンの含有量が主に異なる、実施例試料５５と比較例試料Ｇとの対比を行った。その結果、マンガンの含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｇの熱伝導率は４２．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。また、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、マンガンの含有量が主に異なる、実施例試料５６と比較例試料Ｈとの対比を行った結果、熱伝導率がそれぞれ６７．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、６９．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）と比較的高い結果となった。しかし、比較例試料Ｈは、マンガンの含有量が本件発明の条件範囲より下限側に外れているため、耐摩耗性の悪化を招き好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、マンガンの含有量は０．１〜２．４ｗｔ％の範囲であることが好ましいことが分かった。
【０１１０】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、硫黄の含有量が主に異なる、実施例試料５５と比較例試料Ｉとの対比を行った。その結果、硫黄の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｉの熱伝導率は４３．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。また、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、硫黄の含有量が主に異なる、実施例試料５６と比較例試料Ｊとの対比を行った結果、熱伝導率がそれぞれ６７．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、６９．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）と比較的高い結果となった。しかし、比較例試料Ｊは、硫黄の含有量が本件発明の条件範囲より下限側に外れているため、切削性の悪化を招き好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、硫黄含有量は０．００１〜０．２ｗｔ％の範囲であることが好ましいことが分かった。
【０１１１】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、リンの含有量が主に異なる、実施例試料５６と比較例試料Ｋとの対比を行った。その結果、リンの含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｋの熱伝導率は４４．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。また、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、リンの含有量が主に異なる、実施例試料５７と比較例試料Ｌとの対比を行った結果、熱伝導率がそれぞれ６８．８（Ｗ／ｍ・Ｋ）、６６．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）と比較的高い結果となった。しかし、比較例試料Ｌは、リンの含有量が本件発明の条件範囲より下限側に外れているため、耐摩耗性の悪化を招き好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、リンの含有量は０．０１〜０．６ｗｔ％の範囲であることが好ましいことが分かった。
【０１１２】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、クロムの含有量が主に異なる、実施例試料５１と比較例試料Ｍとの対比を行った。その結果、実施例試料５１の熱伝導率は７０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるのに対し、クロムの含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｍの熱伝導率は５８．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。比較試料Ｍの熱伝導率の数値は、他の比較例試料より高い数値を示すが、クロムの含有量が多いため、クロム炭化物の生成が過剰になり、切削性が悪くなり好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、クロムの含有量は０．６ｗｔ％以下であることが加工性を考慮するとより好ましいことが分かった。
【０１１３】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、銅の含有量が主に異なる、実施例試料７２と比較例試料Ｎとの対比を行った。その結果、実施例試料７２の熱伝導率は６７．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるのに対し、銅の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｎの熱伝導率は６０．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。比較試料Ｎの熱伝導率の数値は、他の比較例試料と比較して高い数値を示すが、銅の含有量が多いため、切削性が悪くなり好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、銅の含有量は０．６ｗｔ％以下であることが加工性を考慮するとより好ましいことが分かった。
【０１１４】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、アルミニウムの含有量が主に異なる、実施例試料５２と比較例試料Ｏとの対比を行った。その結果、実施例試料５２の熱伝導率は７０．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるのに対し、アルミニウムの含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｏの熱伝導率は６１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。比較試料Ｏの熱伝導率の数値は、他の比較例試料と比較して高い数値を示すが、アルミニウムの含有量が多いため、フェライト析出が過多となり強度が低下するため好ましくない。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、アルミニウムの含有量は１．０ｗｔ％以下であることが強度を考慮するとより好ましいことが分かった。
【０１１５】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、錫の含有量が主に異なる、実施例試料５４と比較例試料Ｐとの対比を行った。その結果、実施例試料５４の熱伝導率は６９．８（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるのに対し、錫の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｐの熱伝導率は４３．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、錫の含有量は０．３ｗｔ％以下であることが熱伝導性としてより好ましいことが分かった。
【０１１６】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、アンチモンの含有量が主に異なる、実施例試料７１と比較例試料Ｑとの対比を行った。その結果、実施例試料７１の熱伝導率は６９．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるのに対し、アンチモンの含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｑの熱伝導率は４１．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、アンチモンの含有量は０．２ｗｔ％以下であることが熱伝導性としてより好ましいことが分かった。
【０１１７】
次に、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、ホウ素の含有量が主に異なる、実施例試料７２と比較例試料Ｒとの対比を行った。その結果、実施例試料７２の熱伝導率は６７．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるのに対し、ホウ素の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｒの熱伝導率は３２．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い数値となった。また、ホウ素の含有量が本件発明の条件範囲より上限側に外れている比較例試料Ｓ、比較例試料Ｔ、比較例試料Ｕについても同様な結果が得られた。よって、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成において、ホウ素の含有量は２．０ｗｔ％以下であることが熱伝導性としてより好ましいことが分かった。
【０１１８】
以上の結果より、溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さと鋳鉄部材の組成とが共に本件発明に定める条件範囲内にすることが、熱伝導性をより向上させるためには必要となることが分かった。また、表３及び表４より、本件発明における鋳鉄部材の組成の条件範囲である、炭素が３．２〜４．４ｗｔ％、ケイ素が０．８〜２．６ｗｔ％、マンガンが０．１〜２．４ｗｔ％、硫黄が０．００１〜０．２ｗｔ％、リンが０．０１〜０．６ｗｔ％、残部が鉄及び不可避的不純物であることに加えて、更にクロムが０．０１〜０．６ｗｔ％、銅が０．０１〜１．０ｗｔ％、アルミニウムが０．０５〜１．０ｗｔ％、錫が０．００１〜０．３ｗｔ％、アンチモンが０．００１〜０．２ｗｔ％、ホウ素が０．０１〜２．０ｗｔ％の範囲で含有している方がより、熱伝導性及び機械的特性を向上させるには好ましいことが分かった。
【０１１９】
以上、溶射皮膜付鋳鉄部材の表面粗さと、溶射皮膜形成前の鋳鉄部材の組成とを本件発明に定める条件に設定することで、溶射皮膜付鋳鉄部材はアルミニウム材マトリクスに対して密着性及び熱伝導性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、表面粗さと溶射皮膜厚さとが良好なバランスを備えているため、物理的アンカー効果と鋳包みのアルミニウム材マトリクスとの相互拡散で形成される金属結合状態を同時に得ることが容易であり、相互の密着性を飛躍的に向上させる。この本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、内燃機関用のシリンダライナ、ピストン用耐摩環、バルブガイド等の製造に応用可能であり、これらの品質を飛躍的に向上させることができる。
【０１２１】
そして、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、鋳鉄部材の備える表面粗さを殆ど損なうことなく、その表面に溶射皮膜を形成する。従って、出発原料である鋳鉄部材の表面粗さを適正に作り込んでおけば、溶射皮膜形成後の事後的な粗化処理が不要になるため、加工工程の省略が可能になる。従って、工程の短縮化に伴い、製造コストを有効に削減することが出来る。
【０１２２】
更に、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、当該溶射皮膜付鋳鉄部材に用いられる鋳鉄部材に含有させる合金元素の種類及び含有量を、熱伝導効率の向上に最適となる条件に設定したことで、エンジンの性能、耐久性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】鋳包んだシリンダライナからの密着性及び熱伝導性評価用試験片の採取位置を説明するための概念図である。
【図２】密着性評価試験片を用いた密着性評価を行う際の引張り試験の概念図である。
【図３】鋳鉄部材における溶射皮膜形成後の表面粗さＲａと密着性（溶射皮膜−アルミニウム材マトリクス間）との関係を示すグラフである。
【図４】実施例において、溶射皮膜形成後の表面粗さＲａと溶射皮膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図５】実施例（鋳肌）において、溶射皮膜形成後の表面粗さＲａと溶射皮膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図６】比較例において、溶射皮膜形成後の表面粗さＲａと溶射皮膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図７】実施例において、鋳鉄部材の鋳包み後の密着性評価結果を示すグラフである。
【図８】実施例（鋳肌）において、鋳鉄部材の鋳包み後の密着性評価結果を示すグラフである。
【図９】比較例において、鋳鉄部材の鋳包み後の密着性評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２４】
１  鋳包んだシリンダライナ
２  シリンダライナ（溶射皮膜付鋳鉄部材）
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  湯口
４  アルミニウム合金層
５  引張り試験用の治具
Ｓ１  密着性評価試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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