(57)【要約】【課題】カーボンを含む鋳鉄を用いて、非鉄金属材料を高強度で積層することができる複合鋳鉄部材とその製造方法を提供する。【解決手段】カーボンを含んだシリンダブロック本体１２と、シリンダブロック本体１２の表面に形成された脱炭層１２ａと、脱炭層１２ａに接合して一体に積層された非鉄金属材料層１４とから成る。非鉄金属材料層１４は、銅合金や、その他アルミニウム合金等でも良い。脱炭処理は、シリンダブロック本体１２のシリンダ筒１３表面に、砂鉄１５を積層し、高温に加熱して、シリンダブロック本体１２のカーボンを酸化させて除去する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンを含んだ鋳鉄部と、この鋳鉄部の表面に形成された脱炭層と、この脱炭層に接合して一体に積層された非鉄金属材料層とから成ることを特徴とする複合鋳鉄部材。
【請求項２】
上記非鉄金属材料層は銅合金であることを特徴とする請求項１記載の複合鋳鉄部材。
【請求項３】
上記鋳鉄部はシリンダブロック本体であり、このシリンダブロック本体の内壁面に上記非鉄金属材料層が積層されていることを特徴とする請求１または２記載の複合鋳鉄部材。
【請求項４】
所定の鋳型により鋳鉄部を鋳造し、この鋳鉄部の表面のカーボンを除去する脱炭処理を行い、この脱炭処理を行った脱炭層に非鉄金属材料の溶湯を流し込んで非鉄金属材料層を一体に形成することを特徴とする複合鋳鉄部材の製造方法。
【請求項５】
上記非鉄金属材料は銅合金であることを特徴とする請求項４記載の複合鋳鉄部材の製造方法。
【請求項６】
上記鋳鉄部はシリンダブロック本体であり、このシリンダブロック本体の内壁面に、上記非鉄金属材料の溶湯を流し込んで非鉄金属材料層を一体に形成することを特徴とする請求４または５記載の複合鋳鉄部材の製造方法。
【請求項７】
上記脱炭処理は、上記鋳鉄部の表面に砂鉄を積層し、高温に加熱して上記鋳鉄部のカーボンを酸化させて除去することを特徴とする請求項４，５または６記載の複合鋳鉄部材の製造方法。
【請求項８】
上記脱炭処理は、上記鋳鉄部の表面を一酸化炭素と二酸化炭素を含んだ流動化ガス雰囲気中に置き、８００〜１１００℃に加熱して、上記鋳鉄部のカーボンを酸化させて除去することを特徴とする請求項４，５または６記載の複合鋳鉄部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダブロックとその内壁面のライナー等の複合金属材料であって、特に鋳鉄を基材とする複合鋳鉄部材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０−２７７７２５号公報
従来、例えばシリンダブロックは、ピストンの往復運動の摺動性を高めるために、その内周面に銅合金を張り付けている。この銅合金の張り付け方法は、特許文献１に開示されているように、クロム・モリブデン鋼等によりシリンダブロック本体を形成し、このシリンダブロック本体を高温にしてフラックスを詰め込み、溶融した銅合金を流し込んで固化させている。さらに、銅合金によるライナーを所定の厚みに切削加工してシリンダブロックを形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の場合、鋼によりシリンダブロック本体を形成するため、加工工数及びコストがかかり、シリンダブロックのコストアップの原因となっていた。
【０００４】
一方、コストダウンのためには、シリンダブロック本体を鋳鉄により鋳造することが考えられるが、鋳鉄は高濃度のカーボンを含有し、シリンダ内壁に銅合金を流し込んでも接合強度が弱く、実用化できないものであった。
【０００５】
この発明は上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、カーボンを含む鋳鉄を用いて、非鉄金属材料を高強度で積層することができる複合鋳鉄部材とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、カーボンを含んだ鋳鉄部と、この鋳鉄部の表面に形成された脱炭層と、この脱炭層に接合して一体に積層された非鉄金属材料層とから成る複合鋳鉄部材である。
【０００７】
上記非鉄金属材料層は、銅合金や、その他アルミニウム合金等でも良い。また、上記鋳鉄部は、シリンダブロック本体であり、このシリンダブロック本体の内壁面に銅合金の非鉄金属材料層が積層されている。
【０００８】
またこの発明は、所定の鋳型により鋳鉄部を鋳造し、この鋳鉄部の表面のカーボンを除去する脱炭処理を行い、この脱炭処理を行った脱炭層に非鉄金属材料の溶湯を流し込んで非鉄金属材料層を一体に形成する複合鋳鉄部材の製造方法である。
【０００９】
上記鋳鉄部は、シリンダブロック本体であり、このシリンダブロック本体の内壁面に、銅合金の非鉄金属材料の溶湯を流し込んで非鉄金属材料層を一体に形成するものである。
【００１０】
また、上記脱炭処理は、上記鋳鉄部の表面に砂鉄を積層し、８００〜１１００℃に加熱して上記鋳鉄部のカーボンを酸化させるものである。または、上記脱炭処理は、上記鋳鉄部の表面を一酸化炭素と二酸化炭素を含んだ流動化ガス雰囲気中に置き、８００〜１１００℃に加熱して、上記鋳鉄部のカーボンを酸化させるものでも良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の複合鋳鉄部材とその製造方法について図面に基づいて説明する。図１、図２は、この発明の第一実施形態について示したものであり、この実施形態の複合鋳鉄部材は、シリンダブロック１０についてのものである。シリンダブロック１０は、カーボンを含んだ鋳鉄部であるシリンダブロック本体１２と、このシリンダブロック本体１２のシリンダ筒１３の内壁表面に形成された脱炭層１２ａと、この脱炭層１２ａに接合して一体に積層された非鉄金属材料層１４とから成る。非鉄金属材料層１４としては、例えばＣｕに、Ｓｎが１２．６５ｗｔ％、Ｐｂが８．６１ｗｔ％、Ｎｉが１．７１ｗｔ％含まれるものを用いた。その外、黄銅、青銅、リン青銅、鉛青銅、アルミニウム青銅等の合金でも良い。
【００１２】
この実施形態のシリンダブロック１０の製造方法は、所定の鋳型によりシリンダブロック本体１２を鋳造し、このシリンダブロック本体１２のシリンダ筒１３の内壁のカーボンを除去する脱炭処理を行う。この脱炭処理は、図１（ａ）に示すように、シリンダ筒１３内に酸化第一鉄の粉末である砂鉄１５を詰め込み、またはシリンダ筒１３の内壁面に塗布して、８００〜１１００℃の高温に加熱し、シリンダのカーボンを酸化させる。この加熱温度は、例えば電気炉で９３０℃にし、数時間加熱する。この温度での加熱時間と脱炭層の厚みの関係は、図２のグラフに示す通りである。ここで起きている反応は、以下の通りである。
ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ
【００１３】
これにより、シリンダ筒１３表面のカーボンは、一酸化炭素（ＣＯ）となって除去される。
【００１４】
この後、冷却し砂鉄１５をシリンダ筒１３内から除去し、フラックスを入れて、図１（ｂ）に示すように、シリンダ筒１３内に非鉄金属材料層１４を形成する溶融銅合金１７を流し込み、冷却する。
【００１５】
そして、図１（ｃ）に示すように溶融銅合金１７が固化した後、シリンダ筒１３内の非鉄金属材料１４ａを、図１（ｄ）に示すように円筒状に切削加工して所定の内径に形成する。これにより、シリンダ筒１３の内壁面には、非鉄金属材料層１４が形成される。
【００１６】
この実施形態の複合鋳鉄部材とその製造方法によれば、シリンダブロック本体を鋳鉄により鋳造することができ、製造が容易で、コストが安価であり、しかもシリンダ筒１３内壁面に銅合金の非鉄金属材料層１４を形成しても、その積層箇所の接合強度が高く、非鉄金属材料層１４が剥がれることがない。この接合強度は、この鋳造方法により形成した鋳鉄と銅合金の境界を含む試験片により引っ張り試験を行ったところ、複数の試験片とも接合部分での破断は生じず、銅合金の箇所が破断した。従って、この方法により製造した鋳鉄部分と銅合金部分の接合箇所は、銅合金自体の強度よりも高いことがわかった。
【００１７】
次にこの発明の第二実施形態について、図３を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の複合鋳鉄部材もシリンダブロックについてのもので、この実施形態のシリンダブロック２０は、中心に形成され径の大きい中心穴２１と、その周囲に１１個形成されたシリンダ穴２３とを備え、シリンダ穴２３の内壁面には銅合金による非鉄金属材料層１４が形成されている。
【００１８】
この実施形態のシリンダブロック２０の製造方法は、まず、図３（ａ）に示すように、シリンダブロック本体２２を鋳鉄により鋳造する。この後、シリンダ穴２３に酸化第一鉄の砂鉄１５を充填または塗布する。そして、９００℃で２時間加熱する。これにより、シリンダ穴２３の内壁面のカーボンが深さ数百μｍ程度除去され、図３（ｂ）に示すように、脱炭層２２ａが形成される。この後、図３（ｃ）に示すように、各シリンダ穴２３内に約１２００℃の溶融銅合金１７を流し込む。そして、図３（ｄ）に示すように溶融銅合金１７が固化した非鉄金属材料１４ａに、図３（ｅ）に示すように所定の径の穴を形成し、非鉄金属材料層１４を形成する。
【００１９】
この実施形態のシリンダブロック２０によれば、多数のシリンダ穴２３の形成を、鋳造による鋳鉄で簡単に形成することができ、シリンダ穴２３内の非鉄金属材料層１４も銅合金により簡単に強固に形成することができる。
【００２０】
なお、この発明の複合鋳鉄部材は、上記実施形態に限定されるものではなく、シリンダブロック以外の鋳造製品に非鉄金属の層を形成するものに広く利用できるものである。
【００２１】
また、脱炭処理は上記以外に、鋳鉄部の表面を一酸化炭素と二酸化炭素を含んだ流動化ガス雰囲気中に置き、８００〜１１００℃に加熱して、鋳鉄部のカーボンを酸化させ、除去するものでも良い。この場合、脱炭層形成の臨界温度である７００℃以上の温度、好ましくは８００〜１１００℃の温度では、以下の反応により、鋳鉄中のカーボンが一酸化炭素（ＣＯ）となって脱炭が行われる。
Ｃ＋ＣＯ２＝２ＣＯ
【００２２】
なお、この発明の複合鋳鉄部材は、上記実施形態に限定されるものではなく、鋳鉄はねずみ鋳鉄や、球場黒煙鋳鉄を含む。また、非鉄金属材料は、黄銅、青銅、リン青銅、鉛青銅、アルミニウム青銅等の合金でも良く、鋳鉄と適宜の非鉄金属材料との複合材料に適宜利用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の複合鋳鉄部材とその製造方法によれば、シリンダブロック本体等を鋳鉄により鋳造することができ、製造が容易で、コストが安価である。しかも鋳鉄部の表面を脱炭して非鉄金属材料層を積層しているので、鋳鉄部と非鉄金属材料層の接合部分の接合強度が極めて高く、容易に分離することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態の複合鋳鉄部材の製造工程を示す概略斜視図である。
【図２】この実施形態の複合鋳鉄部材の脱炭時間と脱炭層の関係を示すグラフである。
【図３】この発明の第二実施形態の複合鋳鉄部材の製造工程を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１０  シリンダブロック
１２  シリンダブロック本体
１２ａ  脱炭層
１３  シリンダ筒
１４  非鉄金属材料層
１４ａ  非鉄金属材料
１５  砂鉄
１７  溶融銅合金
【図１】
2004360031.tif 000003
【図２】
2004360031.tif 000004
【図３】
2004360031.tif 000005