(57)【要約】【課題】価格の高いハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、高い耐摩耗性を確保することのできるアルミニウム合金製シリンダーブロック及びその製造方法を提供する。【解決手段】当該シリンダーブロックにＴ６熱処理を施す工程と、プラズマ照射処理により、シリンダーボアの表面を急速溶解・凝固させる工程とを通じて、シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックを製造することで、シリンダーボア表面の耐摩耗性や硬度を向上するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックにおいて、
Ｔ６熱処理後のプラズマ照射処理により、急速溶解・凝固されたシリンダーボアの表面を備える
ことを特徴とするアルミニウム合金製シリンダーブロック。
【請求項２】
前記シリンダーボアの表面は、Ｓｉの晶出物を１７重量パーセント以上、金属間化合物の晶出物を３．５重量パーセント以上含むとともに、マイクロビッカース硬さが２１０Ｈｖ以上とされてなる
請求項１に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロック。
【請求項３】
シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックにおいて、
Ｓｉの晶出物を１７重量パーセント以上、金属間化合物の晶出物を３．５重量パーセント以上含むとともに、マイクロビッカース硬さが２１０Ｈｖ以上とされたシリンダーボアの表面を備える
ことを特徴とするアルミニウム合金製シリンダーブロック。
【請求項４】
前記アルミダイカスト材は、ＡＤＣ１２である
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロック。
【請求項５】
シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックを製造する方法であって、
当該シリンダーブロックにＴ６熱処理を施す工程と、
プラズマ照射処理により、シリンダーボアの表面を急速溶解・凝固させる工程と、
を備えることを特徴とするアルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法。
【請求項６】
前記各工程を通じて、Ｓｉの晶出物を１７重量パーセント以上、金属間化合物の晶出物を３．５重量パーセント以上含むとともに、マイクロビッカース硬さが２１０Ｈｖ以上となるように前記シリンダーボアの表面を形成する
請求項５に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法。
【請求項７】
前記アルミダイカスト材として、ＡＤＣ１２を用いる
請求項５又は６に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロック及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの軽量化等を目的として、シリンダーブロック材料の、鋳鉄からアルミニウム合金への置換が進められている。一般に、こうしたアルミニウム合金製のシリンダーブロックは、アルミニウム合金製のブロック基体に、鋳鉄製のシリンダーライナーを鋳込みや圧入により一体化して製造されている。こうしたシリンダーブロックでは、鋳鉄製のシリンダーライナーにより、ピストンリングと摺動されるシリンダーボア表面に必要な耐摩耗性が確保されている。
【０００３】
一方、そうしたアルミニウム合金製のシリンダーブロックの更なる軽量化やコストダウン等を目的として、鋳鉄製のシリンダーライナーを廃止した、ライナーレス・アルミシリンダーブロックが開発されている。こうしたライナーレス・アルミシリンダーブロックは、シリンダーボア表面の耐摩耗性を確保するため、シリコン含有率の高いハイシリコン・アルミニウム合金を使用して製造するのが一般的となっている。
【０００４】
そして従来、特許文献１には、シリコン含有率が１８〜２２重量パーセントのハイシリコン・アルミニウム合金により形成されたシリンダーブロックにおいて、鋳造後に、Ｔ６熱処理を施すことで、シリンダーボア表面を平均粒径１２〜５０μｍの初晶Ｓｉ結晶で構成したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７３６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうした従来のシリンダーブロックは、高い耐摩耗性を有したものとはなる。しかしながら、価格の高いハイシリコン・アルミニウム合金を用いているため、製造コストの高騰は、避けられないものとなっている。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、価格の高いハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、高い耐摩耗性を確保することのできるアルミニウム合金製シリンダーブロック及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックにおいて、Ｔ６熱処理後のプラズマ照射処理により、急速溶解・凝固されたシリンダーボアの表面を備えるようにしている。
【０００９】
シリンダーボアの表面にＴ６熱処理とプラズマ照射とを併せ行うことで、ハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、鋳鉄と同等以上の耐摩耗性が得られるようになる。これは、Ｔ６熱処理後にプラズマ照射を行うと、急速加熱、急速冷却によりＳｉ粒子が微細に分散強化し、且つＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇの固溶量が増加するようになり、更にその後の時効析出強化により強度が増すためと考えられる。したがって、上記構成によれば、価格の高いハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、高い耐摩耗性を確保することができるようになる。
【００１０】
なお、上記のようなＴ６熱処理及びプラズマ照射の施されたシリンダーボアの表面は、請求項２によるような、Ｓｉの晶出物を１７重量パーセント以上、金属間化合物の晶出物を３．５重量パーセント以上含むとともに、マイクロビッカース硬さが２１０Ｈｖ以上とされたものとなる。
【００１１】
また上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックにおいて、Ｓｉの晶出物を１７重量パーセント以上、金属間化合物の晶出物を３．５重量パーセント以上含むとともに、マイクロビッカース硬さが２１０Ｈｖ以上とされたシリンダーボアの表面を備えるようにしている。
【００１２】
このような組成及び硬度にシリンダーボア表面が形成されていれば、ハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、鋳鉄と同等以上の耐摩耗性が確保されるようになる。したがって上記構成によれば、価格の高いハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、高い耐摩耗性を確保することができるようになる。
【００１３】
なお、こうしたアルミニウム合金製シリンダーブロックのシリンダーボアは、請求項４によるようにＡＤＣ１２を用いて製造することができる。
上記課題を解決するため、アルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法としての請求項５に記載の発明は、シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックを製造する方法であって、当該シリンダーブロックにＴ６熱処理を施す工程と、プラズマ照射処理により、シリンダーボアの表面を急速溶解・凝固させる工程と、を備えるようにしている。
【００１４】
Ｔ６熱処理とプラズマ照射とを併せ行って形成されたシリンダーボアの表面は、ハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、鋳鉄と同等以上の耐摩耗性となる。したがって、上記製造方法によれば、価格の高いハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、高い耐摩耗性を確保することができるようになる。
【００１５】
なお、上記態様で製造されたシリンダーボアの表面は、請求項６によるように、Ｓｉの晶出物を１７重量パーセント以上、金属間化合物の晶出物を３．５重量パーセント以上含むとともに、マイクロビッカース硬さが２１０Ｈｖ以上のものとなる。また、こうしたシリンダーブロックのシリンダーボアを構成するアルミダイカスト材としては、請求項７によるように、ＡＤＣ１２を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】摩耗試験の実施態様を模式的に示す略図。
【図２】各試験片の摩耗量と硬度との関係を示すグラフ。
【図３】各試験片の摩耗量を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のアルミニウム合金製シリンダーブロック及びその製造方法を具体化した一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
本実施の形態のアルミニウム合金製シリンダーブロックは、そのシリンダーボア部分に、アルミダイカスト材であるＡＤＣ１２を使用したものとなっている。こうしたアルミニウム合金製シリンダーブロックは、その鋳造後、以下の処理を施して製造されている。
【００１８】
（Ｔ６熱処理）
鋳造後のシリンダーブロックには、Ｔ６熱処理が施される。Ｔ６熱処理は、溶体化処理後に、時効化処理を施すことで行われる。ここで溶体化処理とは、金属の合金成分が固溶体に溶解する温度以上に加熱して、十分な時間保持し、急冷して、その析出を阻止する処理であり、固溶化熱処理ともいう。また時効化処理とは、硬さ、強さ又は耐食性などを増進させるために適切な温度、又はある種類の合金や質別に対しては室温で、溶体化処理（固溶化熱処理）した製品を均熱保持する処理である。本実施の形態では、固溶化熱処理として、シリンダーブロックを、５００℃に保った炉内に３時間保温した後、急冷するようにしている。また時効化処理として、２００℃にてシリンダーブロックを３時間保温するようにしている。
【００１９】
（プラズマ照射処理）
Ｔ６熱処理後のシリンダーブロックには、そのシリンダーボアの表面にプラズマ照射処理が施される。本実施の形態では、２００Ｗの出力で、２０立方ミリメートル毎秒の処理能力でプラズマ照射を行っている。
【００２０】
以上のような処理を施して製造されたシリンダーブロックのシリンダーボアは、鋳鉄並みの耐摩耗性を備えたものとなる。以下、そうした耐摩耗性の評価のために行った評価試験について説明する。
【００２１】
発明者らは、ＡＤＣ１２の母材、ＡＤＣ１２にＴ６熱処理のみを施したもの、ＡＤＣ１２にプラズマ照射処理のみを施したもの、ＡＤＣ１２にＴ６熱処理とプラズマ照射処理との双方を施したもの、との４つの試験片を用意した。そして各試験片の耐摩耗性を、ＬＦＷ試験により評価した。
【００２２】
ＬＦＷ試験は、図１に示されるように、オイル１に浸されながら回転するピストンリング材２に試験片３を押し付け、一定時間が経過した後の試験片の摩耗量を評価するものである。ここでは、ピストンリング材２の浸されるオイル１として５Ｗ−２０を使用している。
【００２３】
またこうしたＬＦＷ試験とは別に各試験片のマイクロビッカース硬さの測定も行っている。ここでのマイクロビッカース硬さの測定条件は、以下の通りとなっている。
荷重  ：  ５ｇ
保持時間  ：  １０秒
図２は、こうしたＬＦＷ試験及び硬度測定の結果を示している。同図に示すように、Ｔ６熱処理のみを施したときには、硬度が９２Ｈｖから１０５Ｈｖに増加するとともに、摩耗量が５６μｍから５２μｍに減少した。熱処理前後の試験片の組織を観察すると、組織内のＳｉ粒子が微細分散強化されており、これにより硬度が向上したものと考えられる。
【００２４】
一方、プラズマ照射処理のみを施したときには、硬度が９２ＨＶから１８０Ｈｖに増加し、摩耗量は５６μｍから４２μｍに減少した。プラズマ照射処理による急速溶融・凝固によっては、Ｓｉ粒子の微細分散強化が進み、これにより硬度が上昇している。またプラズマ照射前後の試験片表面の元素濃度の調査結果を行ったところ、表１に示すように、プラズマ照射を施した場合、Ｃｕ、Ｓｉの濃度が上昇しており、マトリクス中のＳｉ粒子やＣｕ析出物が増加したことで、Ｓｉの微粒分散強化の効果以上に硬度が上昇したと考えられる。
【００２５】
【表１】
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更に、Ｔ６熱処理とプラズマ照射処理との双方を行った場合には、硬度が９２Ｈｖから２１０Ｈｖに増加するとともに、摩耗量が５６μｍから３５μｍまで減少した。この摩耗量の減少幅は、Ｔ６熱処理のみを施したときの摩耗量の減少幅とプラズマ照射処理のみを施したときの摩耗量の減少幅とを加算した値よりも大きくなっており、両者の組み合わせによる相乗効果が発揮されたものと考えられる。
【００２６】
先の表１には、Ｔ６熱処理とプラズマ照射処理との双方を行ったときの試験片表面の元素濃度の調査結果を併せ示されている。プラズマ照射後のＳｉ、Ｃｕ濃度の増加量は、Ｔ６熱処理を行ったときの方が大きく、これにより、プラズマ照射処理による硬度上昇効果が更に向上されていることが判る。例えばＳｉは、１０．８重量パーセントから１７重量パーセントまで増加しており、金属間化合物として存在するＣｕは、１．６重量パーセントから３．５重量パーセントまで増加している。なお、Ｔ６熱処理によっては、固溶していたＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇなどの原子が、マトリクス中にＣｕＡｌ2 やＭｇ2 Ｓｉといった化合物として析出することが知られている。そのため、Ｔ６熱処理を予め行っておくことで、プラズマ照射によるＣｕ、Ｍｇの濃度増加幅が更に大きくなると考えられる。
【００２７】
図３は、上記各試験片及び鋳鉄のＬＦＷ試験による摩耗量の測定結果を示している。同図に示されるように、Ｔ６熱処理とプラズマ照射処理との双方を行うことで、鋳鉄と同等以上の耐摩耗性を確保することができる。
【００２８】
以上の本実施の形態のアルミニウム合金製シリンダーブロック及びその製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施の形態では、シリンダーボア部分がアルミダイカスト材により形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックにおいて、Ｔ６熱処理後のプラズマ照射処理により、急速溶解・凝固されたシリンダーボアの表面を備えるようにしている。すなわち、本実施の形態では、シリンダーブロックにＴ６熱処理を施す工程と、プラズマ照射処理により、シリンダーボアの表面を急速溶解・凝固させる工程と、を通じてアルミニウム合金製シリンダーブロックを製造するようにしている。シリンダーボアの表面にＴ６熱処理とプラズマ照射とを併せ行うことで、ハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、鋳鉄と同等以上の耐摩耗性が得られるようになる。したがって、本実施の形態によれば、価格の高いハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、高い耐摩耗性を確保することができるようになる。
【００２９】
（２）本実施の形態では、Ｓｉの晶出物を１７重量パーセント以上、金属間化合物の晶出物を３．５重量パーセント以上含むとともに、マイクロビッカース硬さが２１０Ｈｖ以上とされたシリンダーボアの表面を備えるようにしている。上記のようなＴ６熱処理とプラズマ照射処理とを施したシリンダーボアの表面は、上記のような組成、硬度となる。したがって、このような組成及び硬度にシリンダーボア表面が形成されていれば、ハイシリコン・アルミニウム合金を用いずとも、鋳鉄と同等以上の耐摩耗性が確保されるようになる。
【００３０】
（３）本実施の形態では、シリンダーブロックのシリンダーボアを、ＡＤＣ１２を用いて製造するようにしている。こうして安価で入手し易いＡＤＣ１２を用いることで、シリンダーブロックの製造コストを低減することができるようになる。
【００３１】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、５００℃に保った炉内にシリンダーブロックを３時間保温した後、急冷することで固溶化熱処理を行い、２００℃にてシリンダーブロックを３時間保温することで時効化処理を行うことで、Ｔ６熱処理を行うようにしていた。こうしたＴ６熱処理の温度、保温時間の条件は、適宜に変更しても良い。
【００３２】
・上記実施の形態では、２００Ｗの出力で、２０立方ミリメートル毎秒の処理能力でプラズマ照射を行っていたが、こうしたプラズマ照射処理の条件は、適宜に変更しても良い。
【００３３】
・上記実施の形態では、シリンダーボア部分に、アルミダイカスト材であるＡＤＣ１２を使用するようにしていたが、シリンダーブロック全体をＡＤＣ１２で製造するようにしても良い。
【００３４】
・上記実施の形態では、少なくともシリンダーボア部分を構成するアルミダイカスト材として、ＡＤＣ１２を用いるようにしていたが、それ以外のアルミダイカスト材を用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１…オイル、２…ピストンリング材、３…試験片。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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