隔热膜的形成方法
【专利说明】
[0001] 将2014年11月7日在日本提出的专利申请2014-226775中公开的说明书、附图 和说明书摘要的全部内容援引于此。
技术领域
[0002] 本发明设及在例如内燃机的位于燃烧室的壁面形成的隔热膜的形成方法。
【背景技术】
[0003] 汽油发动机、柴油发动机等内燃机主要由发动机缸体、缸盖、活塞构成，其燃烧室 由缸体的孔面、嵌入该孔的活塞顶面、缸盖的底面W及配设在缸盖内的吸入和排气阀的顶 面划分形成。随着近来的内燃机所需的高输出化，降低其冷却损失变得重要，作为降低该冷 却损失的方案之一，可W举出在燃烧室的内壁形成由陶瓷构成的隔热膜的方法。
[0004] 但是，上述的陶瓷一般具有低的导热率，并且具有高的热容量，因此会产生由稳定 的表面溫度上升导致的吸气效率的降低、爆燃（knocking ;燃烧室内积蓄热量所引起的异 常燃烧），因此作为用于燃烧室内壁的隔热膜的材料目前尚未普及。
[0005] 因此，形成于燃烧室壁面的隔热膜，不仅是耐热性和隔热性，还期望由低导热率和 低热容量的材料形成。目P，为了在吸气行程中，跟随新的气体溫度使壁面溫度降低，优选为 低热容量，W使壁面溫度不会稳定上升。并且，除了该低导热率和低热容量W外，期望由能 够承受燃烧室内的燃烧时的爆发压力、喷射压力、热膨胀和热收缩的反复应力的材料形成 隔热膜，W及由对缸体等母材的密合性高的材料形成隔热膜。
[0006] 在此，将目光转向现有的公开技术，日本特开昭58-192949中公开了一种活塞及 其制造方法，其在顶面形成防蚀侣层，在防蚀侣层表面形成陶瓷层。根据该活塞，通过在顶 面形成有防蚀侣层而使耐热性和隔热性优异。
[0007] 像运样，通过在内燃机的位于燃烧室的壁面形成防蚀侣层（阳极氧化被膜），能够 形成隔热性优异、低导热且具有低热容量的内燃机。并且，除了运些性能W外，还具有优异 的摆动（swing)特性也成为阳极氧化被膜所需的重要性能。在此，"摆动特性"是指具备隔 热性能，并且阳极氧化被膜的溫度追随燃烧室内的气体溫度的特性。
[0008] 微观地观察上述的阳极氧化被膜，该阳极氧化被膜呈现多个单元（cell)相邻的 结构，在其表面存在许多龟裂，龟裂的一部分向内部延伸（即，在阳极氧化被膜的厚度方 向或大致厚度方向上延伸），膜内也存在许多在与厚度方向不同的方向（与厚度方向正交 的水平方向或大致水平方向）上延伸的内部缺陷。并且，已知运些龟裂、内部缺陷是具有 Ιμπι~几十μπι的范围左右的微米级直径（或截面尺寸的最大直径）的微米孔。再者，该 "龟裂"来自于铸造用侣合金的结晶物。
[0009] 另外，在阳极氧化被膜的内部，除了上述的微米级的龟裂、内部缺陷W外，还存在 许多具有纳米级直径的小孔（纳米孔），一般地，该纳米孔也W从阳极氧化被膜的表面起在 其厚度方向或大致厚度方向上延伸的状态存在。再者，该"纳米孔"来自于阳极氧化处理并 规则地排列。
[0010] 像运样，所形成的阳极氧化被膜，一般地在内部包含截面的直径或最大尺寸为微 米级的表面龟裂、内部缺陷等的微米孔、和纳米级的多个纳米孔。
[0011] 然而，如果由上述的阳极氧化被膜构成的隔热膜的表面粗糖度大，则容易引起异 常燃烧，运会导致燃油效率的降低。因此，为了降低由阳极氧化被膜构成的隔热膜的表面粗 糖度，一般进行对该表面的研磨。此时，由于阳极氧化被膜如上所述在其内部具有许多微米 孔，因此存在即使反复研磨，内部的微米孔还是会出现在表面上，隔热膜表面的平滑度完全 不提高运样的课题。参照图1〇、11对此进行说明。
[0012] 如图10所示，在构成内燃机的发动机缸体等的壁面W上形成由阳极氧化被膜构成 的隔热膜M。隔热膜Μ具有直径血为微米级的多个微米孔Pm和直径化为纳米级的多个纳 米孔Pn，虽然在其表面露出了微米孔化、纳米孔Pn，但由于特别是露出了直径血大的微米 孔Pm，表面粗糖度变大。因此，即使研磨表面想要提高表面的平滑性，如图11所示，只要存 在于隔热膜Μ内部的微米孔化露出，表面的平滑性就完全不会改善。
[0013] 在此，日本特开2012-72745中公开了一种隔热结构，其在侣合金制母材的表面通 过阳极氧化处理形成多孔层，并在多孔层上设有导热率比母材低的被覆层。通过由多孔层 具有的表面的凹凸带来的错固效应，使多孔层与被覆层的密合性提高。但是，由于多孔层 (阳极氧化被膜）的表面具有凹凸，因此即使在其表面设置了被覆层，表面凹凸也会很大 程度地反映在被覆层的表面，不会带来由多孔层和被覆层构成的隔热膜的表面粗糖度的改 善。
【发明内容】
[0014] 本发明提供一种能够有效地减小隔热膜的表面粗糖度的隔热膜的形成方法，所述 隔热膜包含具备许多微米孔的阳极氧化被膜。
[0015] 本发明的第1方式的隔热膜的形成方法，包括W下步骤：第1步骤，在侣系壁面上 形成阳极氧化被膜，所述阳极氧化被膜具有直径为微米级的微米孔和直径为纳米级的纳米 孔；第2步骤，使用研磨粉研磨所述阳极氧化被膜的表面，并使研磨粉进入位于所形成的研 磨面的所述微米孔中；第3步骤，在研磨面上形成保护膜，制造包含阳极氧化被膜和保护膜 的隔热膜。
[0016] 上述方式的隔热膜的形成方法，是在例如构成燃烧室的活塞顶面、发动机缸体等 的侣系壁面上形成的方法，其主要特征是在侣系壁面上形成阳极氧化被膜后，在研磨其表 面时使用研磨粉，并且使研磨时使用的研磨粉进入研磨而形成了的研磨面上的微米孔中。 通过使研磨粉进入位于研磨面的微米孔中，微米孔被研磨粉堵塞，研磨面的表面粗糖度减 小，通过W该状态在研磨面形成保护膜，能够防止研磨粉从微米孔脱落，并且形成表面粗糖 度小的隔热膜。
[0017] 在此，"微米孔"意味着直径为微米级并且从阳极氧化被膜的表面向内部延伸的龟 裂、不位于阳极氧化被膜表面而存在于被膜内部的内部缺陷的统称。另外，在本说明书中， 微米孔、纳米孔等的"直径"，在圆柱状的情况下意味着字面上的直径，在楠圆柱状、棱柱状 的情况下意味着截面的最大尺寸的边。因此，对于圆柱状W外的形状的孔，将"直径"看作 "相当于同等面积的圆的直径"。
[0018] 另外，根据本发明人，确定了作为在内燃机的位于燃烧室的壁面上形成的阳极氧 化被膜所具备的微米级的微米孔的截面直径或最大尺寸，一般为1~几十μπι左右的范围， 作为纳米级的截面直径或最大尺寸，一般为10~lOOnm左右的范围。再者，上述的1~几 十μπι的范围、10~lOOnm的范围的确定，可W通过对阳极氧化被膜的截面的SEM图像照片 数据、TEM图像照片数据分别抽取一定区域内的微米孔、纳米孔测定直径、最大尺寸，并求出 各自的平均值来进行尺寸的确定。
[0019] 使用研磨粉研磨阳极氧化被膜的表面的情况下，在W往的研磨方法中，一般将进 入了研磨面上的微米孔中的研磨粉洗净并除去。在本发明的形成方法中，重新认识将该研 磨粉洗净除去运样的W往的概念，应用将进入了微米孔中的研磨粉原样地维持、换言之应 用积极地使研磨粉进入微米孔的方法，利用研磨粉堵塞研磨面上的微米孔，减小研磨面的 表面粗糖度。
[0020] 再者，作为在第2步骤中使研磨粉进入位于研磨面的微米孔中的方法，除了在使 用研磨粉形成研磨面的过程中研磨粉自动进入微米孔W外，也可W是在通过研磨加工形成 研磨面后，进行研磨粉填充加工W使研磨粉进入位于研磨面的微米孔中的方法，即与研磨 加工分开地进行研磨粉填充加工的方法。
[0021] 在第3步骤中在研磨面上形成保护膜，形成由阳极氧化被膜和保护膜构成的隔热 膜，W使研磨粉分别进入位于研磨面的多个微米孔后，进入微米孔的研磨粉不从微米孔脱 落。
[0022] 如果在阳极氧化被膜的研磨面上形成保护膜，则虽然研磨粉进入位于研磨面的微 米孔而将孔堵塞，但是例如液态的保护膜形成材料仍然能够向该研磨面上的微米孔内浸 透。另外，保护膜形成材料也会向位于研磨面但研磨