铝构件的表面形成覆膜的方法、表面形成有覆膜的铝构件和内燃机用活塞的制作方法_3

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的热导率高于第一被覆膜2的热导 率。成膜法可W是任意的,只要该成膜法具有期望的特性即可。作为成膜法,可使用例如, 如电锻或化学锻等锻覆法,如喷涂法、刷涂法或丝网印刷等涂布法,CVD(chemicalvapor deposition,化学气相沉积),或者如真空气相沉积法、瓣射法或离子锻覆等PVD(physical vaporexposition,物理气相沉积)。第二被覆膜3的膜厚度没有特别地限定,只要将厚度 设定为可得到期望的特性即可。
[0049] 第二被覆膜形成步骤(S2)中形成的第二被覆膜3可W为由如儀、银、铜、氮化侣、 碳化娃、鹤或钢等成分制成的覆膜,或由其复合体制成的覆膜。由复合体制成的覆膜为例 如,为含有氮化侣粉末的儀锻层的复合锻层。
[0050] 注意,一般的封孔处理可在第二被覆膜形成步骤位)和第一被覆膜形成步骤咕) 之间进行。封孔处理可为强碱性封孔浴、沸水封孔或儀盐封孔等,但不限于特定的封孔处 理。在本实施方案的封孔处理步骤中,封孔液附着至第一被覆膜2的表面W使第一被覆膜2 的气孔浸透于封孔液中。封孔液侵入第一被覆膜2的气孔,并且在气孔中形成化合物。特别 地,封孔液主要侵入第二阳极氧化覆膜化的第二气孔,并且在其中形成化合物。运使得可 改进第一被覆膜2的绝热性。封孔处理步骤优选如下进行。具体地,将处理液涂布或喷射 至具有第一被覆膜2的对象物上,或将对象物浸溃于处理液中。接着,将对象物保持在空气 中,然后用水洗涂,并干燥。另外,优选具有第一被覆膜2的对象物浸溃于处理液中,在0. 5 分钟W上之后从处理液中取出,并且用水洗涂并干燥。基于涂布或喷射的封孔处理方法能 够部分的封孔处理。由于该原因,在对大型组件处理时,处理时可不需要浸溃大型组件的大 型槽。
[0051] 当进行封孔处理步骤时,第二阳极氧化覆膜化用作第一阳极氧化覆膜2a的盖子, 并且覆盖第一气孔而不堵塞气孔。W该方式,在防止多个第一气孔被封孔的同时,第二气孔 在封孔处理中封孔。运使得可防止封孔处理时第一阳极氧化覆膜2a的绝热性降低。另外, 第一阳极氧化覆膜2a与第二阳极氧化覆膜化之间的连接部一体地且强固地形成。因此, 封孔处理使得可改进耐腐蚀性,并且还防止第一被覆膜2的绝热性降低W及绝热性的可靠 性降低。
[0052] 另一方面,第一被覆膜形成步骤(Si)之后的第一被覆膜2即使在不进行如上述封 孔处理等腐蚀抑制处理的情况下也具有足够高的耐热性和足够高的耐腐蚀性。由于该原 因,在包括封孔处理、洗涂处理、修复处理和涂装处理等后处理中可省略封孔处理。是否必 须进行封孔处理可根据所需功能适当确定。如果没有进行封孔处理,则可减少工数,并且可 减少生产成本。
[0053][由本实施方案解决的问题及作用效果]
[0054] 在本实施方案中,作为表面形成有覆膜的侣构件的覆膜,在侣构件1上采用具有 作为绝热膜的效果的第一被覆膜2,并且在第一被覆膜2上设置第二被覆膜3,所述第二被 覆膜3的热导率高于第一被覆膜2的热导率并且具有作为热扩散膜的效果。运使得与单独 的单层阳极氧化覆膜的结构的情况相比,在该情况下可通过第一被覆膜2作为绝热膜的效 果而赋予表面形成有覆膜的侣构件更高的绝热性。另外,由于第二被覆膜3的热导率高于 第一被覆膜2的热导率,所W与单独的第一被覆膜2的情况相比,在该情况下可更加减少热 转移的Ξ种原理,即热传导、对流和放射(福射)中的放射。运使得与单独的单层阳极氧化 覆膜的结构的情况相比,在该情况下可通过第二被覆膜3作为热扩散膜的效果赋予表面形 成有覆膜的侣构件更高的均热性。因此,可得到具有绝热性和均热性二者的表面形成有覆 膜的侣构件。
[00巧]另外,第一被覆膜2具有包括上层和下层的两层结构。通过交流直流重叠电解法 形成的第二阳极氧化覆膜化用作上层,和通过直流电解法形成的第一阳极氧化覆膜2a用 作下层。侣构件1包含除了侣W外的杂质元素。由于阳极氧化覆膜难W在杂质元素周围生 长,所W微气孔(间隙)倾向于在杂质元素周围形成。当所述气孔作为开气孔存在于表面 上时,绝热性降低。因此,必须堵塞气孔。在运方面,具有低孔隙率且致密的第二阳极氧化 覆膜化形成于具有高孔隙率且疏松的第一阳极氧化覆膜2a上。因此,在不堵塞具有高绝 热性的第一阳极氧化覆膜2a中的纳米级和微米级的气孔的情况下,第一阳极氧化覆膜2a 可用具有高耐腐蚀性的第二阳极氧化覆膜化覆盖。因此,可得到具有高绝热性和高耐腐蚀 性二者的表面形成有覆膜的侣构件。
[0056] 此外,具有良好平滑性的第二阳极氧化覆膜化用作第一被覆膜2的上层。因此,通 过在第二阳极氧化覆膜化的平滑的表面上形成第二被覆膜3,第二被覆膜3的表面也变得 平滑。因此,可减少第二被覆膜3的表面积,并且改进表面形成有覆膜的侣构件的绝热性。
[0057]此外,具有纳米级气孔的第二阳极氧化覆膜化用作第一被覆膜2的上层。运使得 对于第一被覆膜2和第二被覆膜3之间的密合性,可通过第二阳极氧化覆膜化赋予错固效 果。因此,可改进第一被覆膜2和第二被覆膜3之间的密合性,并且防止与侣构件1的接合 或粘接的剥离。
[0058] 此外,关于第一被覆膜2的第一阳极氧化覆膜2a与第二阳极氧化覆膜化之间的 密合性,采用其中使用同一处理溶液形成第一阳极氧化覆膜2a的步骤和形成第二阳极氧 化覆膜化的步骤的方法。运使第一阳极氧化覆膜2a的成分和第二阳极氧化覆膜化的成 分大致相同,并且第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜化可连续地形成。由于该原 因,可使第一阳极氧化覆膜2a和第二阳极氧化覆膜化之间的连接部一体化且强固。因此, 可防止两层阳极氧化覆膜之间的密合性不良和/或剥离。
[0059] 此外,在第一被覆膜2的形成步骤中,即,在第一和第二阳极氧化覆膜的形成步骤 之间,不插入其它步骤。运使得可在第一被覆膜2的形成步骤之间的移动中防止所形成的 内部气孔闭塞。因此,可防止表面形成有覆膜的侣构件的生产步骤中绝热性的降低,并且减 少步骤数和管理项目数的增加。
[0060] 运里,例如,在日本专利申请2012-159059号公报(专利文献1)中示出的表面形 成有覆膜的侣构件和内燃机用活塞的情况下,在燃烧室中火焰从火花塞W同屯、圆状扩展。 由于该原因,即使当壁面的绝热性随着距火花塞的距离增加而逐渐降低时,也难W使壁面 溫度迅速均匀化。因此,存在W下问题:在远离火花塞的途中的位置、特别是倾向于发生爆 震的吸气阀侧的区域中不能充分抑制爆震的问题。另外,在专利文献1中,在阳极氧化覆膜 用作遮热膜的情况下,使用包括筒状夹具、凸状夹具和吸引源等的排出机构。通过使用该机 构,通过W控制的流入速度顺次地排出和注入酸性电解液来使酸性电解液循环,并且形成 膜厚度从火花塞像同屯、圆状逐渐变薄的遮热膜。由于该原因,存在必须准备特殊的夹具等, 和使工程的管理复杂化的问题。此外,在专利文献1中,在气缸盖的底面的前面形成阳极氧 化覆膜的遮热膜之后,仅在远离火花塞的区域内的阳极氧化覆膜上进行掩模处理(masking treatment),并且在对应于火花塞的区域内的阳极氧化覆膜上进行封孔处理或涂布处理。 W该方式,使向外侧开放的许多的阳极氧化覆膜的气孔闭塞。由于该原因,难W逐渐降低绝 热性能。
[0061] 另外,例如,在日本专利申请2013-24143号公报(专利文献2)中示出的表面形成 有覆膜的侣构件和包括表面形成有覆膜的侣构件的内燃机用活塞的情况下,具有低热导率 和低热容量的遮热膜形成于活塞的顶面上。在此情况下,热容易通过遮热膜释放,且溫度不 容易升高。因此,在遮热膜的一部分中设置具有高体积比热容的热保持构件。然而,提供具 有高体积比热容的热保持构件引起不能获得摆动特性(swingcharacteristics),即,在提 供绝热性能的同时覆膜的溫度追随燃烧室内的气体溫度的特性的问题。另外,例如,专利文 献2具有W下问题:如果燃料不均匀地附着至活塞顶面,则活塞顶面的溫度分布变得不均 匀,运是因为热通过气化热而损失。此外,例如,在专利文献2中,当阳极氧化覆膜用作遮热 膜时,铁-儘系合金用作热保持构件。因此,存在可发生与侣构件的接合或粘接的剥离的可 能性。
[0062] 与此相对,在本实施方案的表面形成有覆膜的侣构件作为燃烧室的一部分的情况 下,当将热输入至形成有第一被覆膜2和第二被覆膜3的表面形成有覆膜的侣构件的表面 (即,第二被覆膜3侧的表面)的一定部位时,第二被覆膜3的溫度分布可迅速均匀化。换 言之,在燃烧室内燃烧期间,位于表面形成有覆膜的侣构件的第二被覆膜3下面的第一被 覆膜2实现了绝热性的效果。运里,尽管第一被覆膜2的体积比热容低,但比热容不为零。 因此,当从点燃的火焰受热时表面形成有覆膜的侣构件带热时,由于第二被覆膜3的存在 而使所带的热转移至溫度较低的位置。如果第二被覆膜3下面的第一被覆膜2中热不均匀, 则可实现使不均匀热均匀化的效果。因此,表面形成有覆膜的侣构件的绝热性和使壁面溫 度迅速均匀化的均热性使得可在保持绝热性能的同时使壁面溫度迅速均匀化。运使得可改 进燃烧室的耐爆震性。
[0063] 另外,当使由火花塞点燃的火焰气体与燃烧室内部的壁面接触时,火花塞周围的 热通过表面形成有覆膜的侣构件的具有高热导率的第二被覆膜3传递至溫度低的吸气阀 周围的壁面。换言之,热可迅速传递至包括远离火花塞的部分的全体。由于溫度相对低的 吸气阀周围的溫度可升高,所W燃烧室内部的壁面溫度可迅速均匀化。另外,即使当燃料不 均匀地附着至活塞顶面时,和当其溫度分布变得不均匀时,由于第一被覆膜2的存在使得 溫度分布均匀化。由于该原因,包括热倾向于累积的排气阀附近的燃烧室内通过气化热而 均匀冷却。因此,为异常燃烧的爆震可受到抑制。另外,表面形成有覆膜的侣构件具有高的 绝热性W及对燃烧时的壁面溫度的良好响应性。因此,可获得良好的摆动特性。
[0064] 此外,表面形成有覆膜的侣构件的第二被覆膜3具有良好的均热性。由于该原因, 还当在燃烧室中燃烧期间输入热的部位固定时,不必需改变用作第一被覆膜2的阳极氧化 覆膜的膜厚度或表面粗糖度。例如,随着距火花塞的距离增加或在远离火花塞的区域,不必 需通过降低阳极氧化覆膜的膜厚度来降低绝热性或通过增大阳极氧化覆膜的表面粗糖度 来提高热扩散性(均热性)。因此,消除了使用特殊掩模和夹具等的需求,因而可通过简易 方法形成阳极氧化覆膜(第一被覆膜2)。因此,可减少生产步骤数和管理项目。
[0065] 此外,由于表面形成有覆膜的侣构件的第二被覆膜3的表面具有平滑性,所W可 抑
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