[发明专利]金属构件的表面硬化方法

说明书

本申请是申请日为2007年3月12日、申请号为200780023820.0、发明名称为“金属构件的表面硬化方法和使用其表面硬化方法制造的活塞、汽缸盖、汽缸体及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及发动机或驱动部件等的输送机械领域或机械结构领域等需要耐磨性的部件使用的金属构件的表面硬化方法。

技术背景

近年，随着原油的重质化、轻质油的需求增加、石油加工方法的变化等，低质油的燃料性质恶化，由于燃料中含有的硬质粒子或硫含量、燃料残渣物等内燃机的部件处于容易磨损的环境。

为了适应上述状况，例如作为主要用于使柴油机使用的一体型FCD(球墨铸铁)制活塞的环形槽部的耐磨性提高的技术，使用激光对环形槽部进行淬火的这样的激光淬火技术(例如，参照专利文献1)、高频淬火技术(例如，参照专利文献2)和镀铬处理技术等成为公知技术而广泛地使用。

专利文献1：特开昭61-149424号公报

专利文献2：特开平7-119831号公报

然而，采用激光淬火技术或高频淬火技术实施淬火的部分的硬度只有600Hv～800Hv左右。并且，淬火部分的组织不是完全均匀的，混合存在着马氏体、贝氏体、残留奥氏体等的组织，硬度的偏差也大。

另外，第一道密封环槽容易传导发动机燃烧温度，变成约150℃以上时淬火组织被回火，硬度约降低100Hv～200Hv左右。

此外，活塞的材质是容易腐蚀的铸铁的场合，燃烧气体中含有的硫等对环形槽部发生腐蚀。

由于上述理由，通过长时间使用活塞环槽部磨损、尤其是内燃机用的活塞环槽，由于磨损其上下间隙增大时，由于抽吸作用而使润滑油上升过多，因此润滑油消耗量变大。所以达到一定的磨损量时必须更换活塞，从而产生维修费用。

另外，激光淬火在淬火深度达到约300μm以上时，由于发生许多微细龟裂，因此淬火不能够太深。而高频淬火虽然淬火深度可达到约800μm左右，但热处理变形大，需要磨削等后加工。

另外，镀铬处理中的表面硬化，镀敷部分的硬度为800Hv～1000Hv左右，虽然耐磨性优异，但成本非常高。并且镀敷处理液含有六价铬，因此若考虑对环境的影响不是优选的方法。

发明内容

发明要解决的课题

因此本发明是鉴于上述状况而完成的发明，要解决的课题是提供在发动机部件的表面涂布耐磨性优异的合金层，使部件寿命提高的表面硬化方法，和采用该方法使耐磨性提高的活塞等的制造方法。

解决课题的方法

本发明的金属构件的表面硬化方法，是将含有金属粉末、粘合剂和溶剂的混合物均匀地涂布在金属母材表面上形成涂膜，通过使该涂膜干燥照射激光或电子束使之烧结和扩散，在上述金属母材表面生成合金层的同时，将该合金层与上述金属母材进行结合的方法。

本发明的金属构件的表面硬化方法，是通过在上述涂膜上被覆石墨促进上述金属粉末的烧结和扩散的方法。

本发明的金属构件的表面硬化方法，是上述金属母材为铸铁母材的方法。

本发明的活塞的制造方法，是对内燃机用活塞的环形槽部使用任何一项所述的金属构件的表面硬化方法的制造方法。

本发明的汽缸盖的制造方法，是对内燃机用汽缸盖的阀座部使用任何一项所述的金属构件的表面硬化方法的制造方法。

本发明的汽缸体的制造方法，是对内燃机用汽缸体的衬里表面部使用任何一项所述的金属构件的表面硬化方法的制造方法。

本发明的活塞，是对内燃机用活塞的环形槽部使用任何一项所述的金属构件的表面硬化方法的活塞。

本发明的汽缸盖，是对内燃机用汽缸盖的阀座使用任何一项所述的金属构件的表面硬化方法的汽缸盖。

本发明的汽缸体，是对内燃机用汽缸体的衬里表面部使用任何一项所述的金属构件的表面硬化方法的汽缸体。

发明效果

作为本发明的效果，通过在金属构件的制造中使用本发明的表面硬化方法，即通过在金属母材表面均匀地涂布含有金属粉末、粘合剂和溶剂的混合物形成涂膜，使该涂膜干燥照射激光或电子束使之烧结和扩散，在上述金属母材表面生成合金层的同时，将该合金层与金属母材结合的方法，使MoC或VC这样的MC型碳化物微细且均匀地分散在例如内燃机用FCD制活塞的环形槽表面部，可容易地形成具有1000～3000Hv左右硬度的高硬度合金层。由此能够防止碳等的燃烧残渣物导致的腐蚀性磨损。