(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の溶射皮膜付鋳鉄部材であって、
当該鋳鉄部材は、溶射皮膜形成前の表面粗さＲａが４μｍ〜１９０μｍであり、その表面にアルミニウム材マトリクスとの密着を向上させるための２０μｍ〜６０μｍ厚さの溶射皮膜を備え、且つ、当該溶射皮膜形成後の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍであることを特徴とした鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材。
【請求項２】
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に記載の鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材。
【請求項３】
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の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請求項１に記載の鋳包み用の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２０μｍ〜６０μｍ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の溶射皮膜付鋳鉄部材を得る工程。
【請求項４】
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３に記載の鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法。
【請求項５】
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４に記載の鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法。
【請求項６】
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３〜請求項５のいずれかに記載の鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載の鋳包み用の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材、鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法及び鋳包み用の溶射皮膜付シリンダライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の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。そして、軽量化及び冷却性能を重視した結果、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。鋳鉄製のシリンダブロックの場合は、ピストンが上下するシリンダボアの内壁はシリンダブロックの材質と同質であるが、アルミニウム合金製のシリンダブロックの場合には、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ため異種材質同士の接合状態を考慮する必要が生じる。
【０００３】
このアルミニウム合金製のシリンダブロック内へ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。このシリンダライナには耐摩耗性が要求されるため、一般的に鋳鉄が用いられる。ところが、鋳鉄製品の融点（約１２００℃）とアルミニウム合金の融点（約７００℃）とに大きな差がある。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であった。
【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が発生する。熱伝導率のバラツキがあると、熱膨張率もバラツキが生じることになり、シリンダライナとシリンダブロック本体との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、衝撃等を受けることで、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】
このような問題を解決しようと、特許文献１（特開２００１−２３４８０６号公報）には、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。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２３４８０６号公報
【特許文献２】特開２００３−５３５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、鋳包みに用いるマトリクス材に対して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。
【０００９】
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℃以上で且つ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。
【００１０】
以上のことから、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求められてきた。しかも、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】
【００１１】
そこで、本発明者等は、以下に示す鋳包み用の溶射皮膜付鋳鉄部材、鋳包み用の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。
【００１２】
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、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の溶射皮膜付鋳鉄部材であって、当該鋳鉄部材は、溶射皮膜形成前の表面粗さＲａが４μｍ〜１９０μｍであり、その表面にアルミニウム材マトリクスとの密着を向上させるための２０μｍ〜６０μｍ厚さの溶射皮膜を備え、且つ、当該溶射皮膜形成後の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍであることを特徴とするものである。
【００１３】
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。
【００１４】
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の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。
【００１５】
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２０μｍ〜６０μｍ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の溶射皮膜付鋳鉄部材を得る工程。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、耐摩環、バルブガイドに好適である。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】
【００２０】
本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材は、出発原料である鋳鉄部材に適正な表面粗さ（４μｍ〜１９０μｍ）を設け、その表面に適正な厚さ（２０μｍ〜６０μｍ）の溶射皮膜を形成して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。その結果、溶射皮膜の材質を考慮すれば、鋳包みに用いるマトリクス材であるアルミニウム又はアルミニウム合金との間での熱伝導性を向上させ、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）を備えるものであることを特徴とする溶射皮膜付鋳鉄部材の提供が可能となる。
【００２１】
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の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の溶射皮膜付鋳鉄部材は、内燃機関用のシリンダライナ、耐摩環、バルブガイドとしての使用が好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材、溶射皮膜付鋳鉄部材の製造方法、溶射皮膜付鋳鉄部材製品のそれぞれの形態に関して説明する。
【００２３】
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の溶射皮膜付鋳鉄部材である。そして、当該鋳鉄部材は、溶射皮膜形成前の表面粗さＲａが４μｍ〜１９０μｍであり、その表面にアルミニウム材マトリクスとの密着を向上させるための２０μｍ〜６０μｍ厚さの溶射皮膜を備え、且つ、当該溶射皮膜形成後の表面粗さＲａが４μｍ〜１７０μｍであることを特徴としたものである。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、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２０μｍ〜６０μｍ厚さのものである。ここで溶射皮膜の厚さを２０μｍ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後のアルミニウム材マトリクスとの密着性の向上、熱伝導性の向上等の効果を確実に得ることが出来なくなる。一方、溶射皮膜の厚さが６０μｍを超えると、鋳鉄部材の備える表面粗さの変動を確実に抑制出来なくなり、表面粗さが低下した場合にはアルミニウム材マトリクスに対する十分なアンカー効果を示さず、鋳包み後のアルミニウム材マトリクスとの密着安定性が低下する。
【００２９】
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２０μｍ〜６０μｍ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、本件発明で言う表面粗さ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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２０μｍ〜６０μｍ厚さの溶射皮膜であればよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、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て製造される。以下、工程Ａ、工程Ｂの順に説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
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凹凸形状を形成させずに鋳肌の状態で用いてもよい。
【００４１】
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。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し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。
【００４２】
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２０μｍ〜６０μｍ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の溶射皮膜付鋳鉄部材を得る工程である。
【００４３】
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、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、これを加速して、被覆対象物表面に衝突させて、扁平化して潰れた粒子を凝固、堆積させて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、他の溶射法に比して、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、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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（２０μｍ〜６０μｍ）、鋳包み用の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。
【００４６】
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の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、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。
【００４７】
そして、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材をシリンダライナとして用いて、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、凝固が速く始まるため、シリンダライナ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。
【００４８】
しかし、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材をシリンダライナとして用いた場合には、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、シリンダライナ凹凸部へのアルミニウム溶湯の侵入を容易にし、凹凸形状の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が向上するため、上述の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】
【００４９】
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。
【００５０】
鋳鉄部材の製造：  炭素が３．３質量％、ケイ素が１．９５質量％、マンガンが０．７５質量％、リンが０．２質量％、硫黄が０．０６質量％、銅が０．１５質量％、クロムが０．１６質量％、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又は金型鋳造法で、シリンダライナに相当するＡ型黒鉛鋳鉄である鋳造部材を製造した。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。
【００５１】
鋳鉄部材の製造：  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。表１において、溶射部材１６〜溶射部材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、当該溶射部材１６〜溶射部材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における溶射皮膜付鋳鉄部材１〜溶射皮膜付鋳鉄部材２１（表１では、単に「溶射部材１」、「溶射部材２」等と示す。）までの２１種類の鋳鉄部材を製造した。これらの溶射皮膜の厚さの変化による溶射皮膜形成後の表面粗さＲａの変化に関しては、表１に纏めて示す。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。
【００５２】
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、このようにして表１に示すような表面粗さを備える溶射皮膜付鋳鉄部材１〜溶射皮膜付鋳鉄部材２１を得た。
【００５３】
鋳包み試験：  以上のようにして得られた２１種類の溶射皮膜付鋳鉄部材１〜溶射皮膜付鋳鉄部材２１を、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）で鋳ぐるむことにより、鋳包み後で内径９１．９ｍｍ、外径１１３．２ｍｍ、長さ１２８．１ｍｍとなるように、外周面のみを鋳ぐるんだ。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、密着性評価試験片Ｓ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。そして、図２に示すように、鋳包み試験用に作製し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Ｓ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２に鋳包み試験後の密着性評価の結果を示した。
【比較例】
【００５４】
［比較例１］
この比較例では、表１に示す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）比較用鋳鉄部材Ａ（表中では、単に「比較溶射部材Ａ」と示す。）を用いて、その表面に３μｍ〜２００μｍ厚さの溶射皮膜を形成して、このようにして表１に示すような表面粗さを備える比較用溶射皮膜付鋳鉄部材Ａ（表１では、単に「比較溶射部材Ａ」と示す。）を製造し、実施例と同様に鋳包み試験（表２では、単に「比較試料Ａ」と示す。）を実施した。そして、表２に実施例と対比可能なように、鋳包み試験の結果を示した。
【００５５】
［比較例２］
この比較例では、表１に示す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）比較用鋳鉄部材Ｂ（表中では、単に「比較溶射部材Ｂ」と示す。）を用いて、その表面に３μｍ〜２００μｍ厚さの溶射皮膜を形成して、このようにして表１に示すような表面粗さを備える比較用溶射皮膜付鋳鉄部材Ｂ（表１では、単に「比較溶射部材Ｂ」と示す。）を製造し、実施例と同様に鋳包み試験（表２では、単に「比較試料Ｂ」と示す。）を実施した。そして、表２に実施例と対比可能なように、鋳包み試験の結果を示した。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
【表２】
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【００５８】
＜実施例と比較例との対比＞
この実施例では、表２に示すように溶射皮膜付鋳鉄試料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、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としたとき、１．０以上の密着性を示した場合に良好な密着性を示したとして、判断を行っている。この判断基準を適用すると、試料１〜試料２１、比較試料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試料Ｂは、基準強度を十分に満足しているが、比較試料Ｂよりも粗さの小さい試料１２及び試料１３と比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試料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。この結果から明らかなように、比較試料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試料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、溶射皮膜付鋳鉄試料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出来なかったり、経済的でなくなることが分かる。なお、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。
【００５９】
ここで、表面粗さＲａと溶射皮膜厚さとの関係について、実施例である溶射部材１〜溶射部材１５を図４、実施例（鋳肌）である溶射部材１６〜溶射部材２１を図５、比較例である比較溶射部材Ａ，Ｂを図６に示す。この図４〜図６と表１とから、他の溶射部材と比して溶射皮膜形成前の表面粗さの大きい溶射部材ほど、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表面粗さが大きい溶射部材１１（Ｒａ＝８９．３μｍ、Ｒｚ＝２８２．７μｍ）、溶射部材１２（Ｒａ＝１２６．７μｍ、Ｒｚ＝４１６．０μｍ）、溶射部材１３（Ｒａ＝１５９．３μｍ、Ｒｚ＝４９５．５μｍ）、溶射部材１４（Ｒａ＝１７０．３μｍ、Ｒｚ＝５６２．０μｍ）、溶射部材１５（Ｒａ＝１８０．７μｍ、Ｒｚ＝６１９．３μｍ）、比較溶射部材Ｂ（Ｒａ＝１９０．９μｍ、Ｒｚ＝６４９．１μｍ）と、これら溶射部材より溶射皮膜形成前の表面粗さが小さい他の溶射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部材表面の粗さの変動量の差は明らかに上記溶射部材の方が大きくなる。この結果より、溶射部材は、溶射皮膜形成前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際の溶射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。
【００６０】
また、溶射皮膜厚さと溶射皮膜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、実施例である試料１〜試料１５を図７、実施例（鋳肌）である試料１６〜試料２１を図８、比較例である比較試料Ａ，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との密着性に殆ど変化が生じないことが分かった。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、比較溶射部材Ａの０．４μｍ程度に小さい場合には、溶射皮膜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、比較溶射部材Ｂの１９０μｍを超えて大きくなると、溶射皮膜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２０μｍ〜６０μｍであれば、当該アルミニウム材マトリクスと溶射皮膜との密着性を、より安定的に向上させることが出来ることが分かる。なお、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。更に、図４〜図９及び表１、表２で示される結果より、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、溶射皮膜付鋳鉄部材は、鋳包みに用いるアルミニウム材マトリクスに対するアンカー効果を安定して十分に発揮することができる。
【００６１】
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）となる溶射部材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鋳鉄部材表面粗さの変動量が少なくなるのは、第２粗さ範囲の溶射部材３〜溶射部材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粗さ範囲である試料３〜試料７（溶射部材３〜溶射部材７）について、鋳鉄部材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との密着性に及ぼす影響は少ないことが分かる。以上の結果より、溶射皮膜形成前の表面粗さが（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部材には、溶射部材１９（鋳肌）、溶射部材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鋳鉄部材表面粗さＲａの変動量が大きくなっている。これは、溶射部材１９，２０の試料は鋳肌であり、溶射部材３〜溶射部材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。
【００６２】
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、溶射部材１、溶射部材２、溶射部材１６、比較溶射部材Ａである。これら試料は全て溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面粗さが（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表面粗さが小さくなると、表２及び図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。
【００６３】
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、溶射部材８〜溶射部材１５、溶射部材１７、溶射部材１８、溶射部材２１、比較溶射部材Ｂである。これら試料は全て溶射皮膜形成前の鋳鉄部材表面粗さが（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表面粗さＲａ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小さくなる傾向が現れている。ここで比較溶射部材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表面に溶射皮膜が形成されたとし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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
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、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。
【００６５】
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、加工工程の省略が出来ることになる。従って、工程の短縮化により製造コストを有効に削減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】鋳包んだシリンダライナからの密着性評価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、鋳鉄部材の鋳包み試験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、鋳鉄部材の鋳包み試験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、鋳鉄部材の鋳包み試験後の密着性評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
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
Ｓ  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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