喷镀膜、具有该喷镀膜的发动机以及喷镀膜的成膜方法技术

一种喷镀膜，具有形成于铝基材的表面的第1喷镀膜和形成于第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜。第1喷镀膜中，具有层状晶体结构的无机材料分散于Ni系合金材料，相对于第1喷镀膜的截面积，上述无机材料的面积率在40％～80％。第2喷镀膜是含有30～50质量％SiO2且由ZrO2－SiO2系陶瓷构成的多孔膜，相对于第2喷镀膜的截面积，第2喷镀膜的气孔的面积率为30～80％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术在此引入2014年11月21日申请的日本专利申请2014-236699号的说明书、附图和摘要的全部内容作为参考。本专利技术涉及形成于铝基材的表面的具有隔热性的喷镀膜、具有该喷镀膜的发动机以及喷镀膜的成膜方法。
技术介绍
一直以来，为了隔绝向铝基材传递的热，在其表面形成具有隔热效果的喷镀膜。作为要求这样的隔热效果的部件，例如可以举出发动机。发动机中，因为燃料在燃烧室内燃烧，因此，为了提高燃烧效率，期望燃烧热不会从燃烧室内逸散，重要的是降低燃烧室的壁面的热传导率，即，使其壁面具有隔热效果。鉴于这样的问题，例如，日本特开2013－185200中提出了一种喷镀膜，其具有形成于铝基材的表面的第1喷镀膜和形成于该第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜。第1喷镀膜是由Ni－Cr合金(Ni系合金)构成的膜，第2喷镀膜是在喷镀的含有含ZrO2粒子的多孔氧化物膜的空孔中填充有SiO系氧化物的膜。根据该喷镀膜，通过在第2喷镀膜中含有含ZrO2粒子，能够提高隔热性。另外，通过在含ZrO2粒子间填充SiO系氧化物，能够防止燃料渗透到第2喷镀膜。然而，日本特开2013－185200中，通过在第2喷镀膜中含有ZrO2，降低第2喷镀膜的热传导率，确保第2喷镀膜的隔热性，但只在含ZrO2粒子间填充SiO系氧化物，第2喷镀膜的体积热容不会充分降低。因此，一旦第2喷镀膜被加热时，第2喷镀膜的温度不会充分降低。例如，在发动机的燃烧室的壁面形成这样的第2喷镀膜时，虽然确保了燃烧室的隔热性，但是作为燃烧室壁面的第2喷镀膜的温度立即上升，可能发生爆燃。并且，在第2喷镀膜中含有SiO系氧化物时，与铝基材的热膨胀率相比，第2喷镀膜的热膨胀率过小。因此，因与铝基材的热膨胀差而产生热应力，即便设置由Ni系合金构成的第1喷镀膜，也无法通过第1喷镀膜充分吸收该热应力。其结果，第2喷镀膜可能会剥离。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够避免因热应力导致喷镀膜剥离、并且能够在维持隔热性的同时使上升的喷镀膜的温度迅速下降的喷镀膜以及喷镀膜的成膜方法。本专利技术的第1方式涉及的喷镀膜是包含形成于铝基材的表面的第1喷镀膜和形成于该第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜的喷镀膜，其中，上述第1喷镀膜中，具有层状晶体结构的无机材料分散于Ni系合金材料，相对于上述第1喷镀膜的截面积，上述无机材料的面积率在40％～80％，上述第2喷镀膜是由含有30～50质量％SiO2的ZrO2－SiO2系陶瓷构成的多孔膜，相对于上述第2喷镀膜的截面积，该第2喷镀膜的气孔的面积率为30～80％。并且，本专利技术的第2方式涉及的喷镀膜的成膜方法是具有形成于铝基材的表面的第1喷镀膜和形成于该第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜的喷镀膜的成膜方法，其特征在于，包含如下工序：将由具有层状晶体结构的无机材料构成的无机粉末和由Ni系合金材料构成的Ni合金粉末混合而成的混合粉末，以相对于上述第1喷镀膜截面积的上述无机材料的面积率为40％～80％的方式，通过喷镀喷到上述铝基材的表面，由此形成上述第1喷镀膜的工序；和将由含有30～50质量％SiO2的ZrO2－SiO2系陶瓷构成的ZrO2－SiO2粉末，以相对于上述第2喷镀膜截面积的该第2喷镀膜的气孔的面积率为30～80％的方式，通过喷镀喷到上述第1喷镀膜的表面，由此形成上述第2喷镀膜的工序。根据本专利技术的各方式，能够避免因热应力而导致喷镀膜剥离，并且能够在维持隔热性的同时使上升的喷镀膜的温度迅速下降。附图说明下面，参照附图描述本专利技术示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义，其中相同数字表示相同的元件。其中，图1(a)是表示本专利技术的实施方式涉及的喷镀膜的一个例子的截面照片，图1(b)是其放大照片。图2是用于形成第1喷镀膜的造粒粉末的照片。图3是用于说明将实施方式涉及的喷镀膜应用于发动机的气缸盖的例子的图。图4是图3所示的气缸盖的燃烧室的壁面的示意俯视图。图5(a)是实施例1涉及的ZrO2－SiO2粉末的照片，图5(b)是实施例7涉及的ZrO2－SiO2粉末的照片，图5(c)是实施例8涉及的ZrO2－SiO2粉末的照片，图5(d)是(c)的A部放大照片。图6(a)是实施例1涉及的喷镀膜的截面照片，图6(b)是实施例7涉及的喷镀膜的截面照片，图6(c)是实施例8涉及的喷镀膜的截面照片，图6(d)是比较例1涉及的喷镀膜的截面照片。图7(a)是表示参考例A1～A12涉及的无机材料的面积率与第1喷镀膜的杨氏模量的关系的图，图7(b)是表示参考例A1～A12涉及的无机材料的面积率与第1喷镀膜的热膨胀系数的关系的图。图8是表示参考例B1～B3涉及的第2喷镀膜的SiO2含量与第2喷镀膜的热传导率和体积热容的关系的图。图9是表示参考例C1～C6涉及的第2喷镀膜的气孔面积率与第2喷镀膜的热传导率和弯曲强度的关系的图。图10(a)是参考例C2涉及的第2喷镀膜的截面照片，图10(b)是参考例C3涉及的第2喷镀膜的截面照片，图10(c)是参考例C4涉及的第2喷镀膜的截面照片。图11是表示参考例D1～D5涉及的ZrO2－SiO2粉末的平均粒径与第2喷镀膜的热传导率和热扩散率的关系的图。图12(a)是参考例D2涉及的第2喷镀膜的截面照片，图12(b)是参考例D4涉及的第2喷镀膜的截面照片。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1(a)是表示本专利技术的实施方式涉及的喷镀膜的一个例子的截面照片，图1(b)是其放大照片。如图1(a)所示，在本实施方式中，喷镀膜具有形成于铝基材的表面的第1喷镀膜和形成于第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜。这里，第2喷镀膜作为隔热层起作用，第1喷镀膜作为用于确保铝基材与第2喷镀膜(隔热层)的密合性的中间层起作用。以下说明其详细内容。1.铝基材在本实施方式中，被覆有喷镀膜的基材是由铝合金构成的基材。例如，铝合金可以是形变用铝合金和铸造用铝合金中的任一种。作为铝合金，可以举出Al－Cu系铝合金、Al－Cu－Mg系铝合金、Al－Cu－Mg－Ni系铝合金、Al－Si系铝合金、Al－Si－Mg系铝合金、Al－Si－Cu－Mg系铝合金等，该合金还可以进一步含有Fe、Mn、Ti和Zi等中的至少一种元素。2－1.第1喷镀膜图1(b)所示，第1喷镀膜是被覆于铝基材的表面的膜，成为铝基材与第2喷镀膜的中间层。第1喷镀膜中，具有层状晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷镀膜，具有形成于铝基材的表面的第1喷镀膜和形成于该第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜，其中，所述第1喷镀膜中，具有层状晶体结构的无机材料分散于Ni系合金材料，相对于所述第1喷镀膜的截面积，所述无机材料的面积率在40％～80％，所述第2喷镀膜是由含有30～50质量％SiO2的ZrO2－SiO2系陶瓷构成的多孔膜，相对于所述第2喷镀膜的截面积，该第2喷镀膜的气孔的面积率为30～80％。

【技术特征摘要】
2014.11.21 JP 2014-2366991.一种喷镀膜，具有形成于铝基材的表面的第1喷镀膜和形成于
该第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜，其中，
所述第1喷镀膜中，具有层状晶体结构的无机材料分散于Ni系合
金材料，相对于所述第1喷镀膜的截面积，所述无机材料的面积率在
40％～80％，
所述第2喷镀膜是由含有30～50质量％SiO2的ZrO2－SiO2系陶瓷
构成的多孔膜，相对于所述第2喷镀膜的截面积，该第2喷镀膜的气孔
的面积率为30～80％。
2.根据权利要求1所述的喷镀膜，其特征在于，所述具有层状晶
体结构的无机材料由选自膨润土、石墨、云母以及氮化硼中的至少1种
构成。
3.一种发动机，是具有权利要求1或2所述的喷镀膜的发动机，
其特征在于，该发动机具有气缸盖作为所述铝基材，在该气缸盖的形成
燃烧室的壁面形成有所述喷镀膜。
4.一种喷镀膜的成膜方法，该喷镀膜具有形成于铝基材的表面的
第1喷镀膜和形成于该第1喷镀膜的表面的第2喷镀膜，
所述喷镀膜的成膜方法具备如下工序：
将由具有层状晶体结构的无机材料构成的无机粉末和由Ni系合金
材料构成的Ni合金粉末混合而成的混合粉末，以相对于所述第1喷镀
膜截面积的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：下田健二，蛤稔章，西尾和晃，中田博道，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP