專利名稱：：內燃機部件及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及一種內燃機部件如氣缸體或活塞，以及其制造方法。更具體地，本發明涉及由包含硅的鋁合金形成的內燃機部件及其制造方法。本發明還涉及內燃機和配有這種內燃機部件的輸運設備。
背景技術：
：近年來，為試圖減輕內燃機的重量，使用鋁合金制造氣缸體成為趨勢。由于氣缸體需要具有高強度和高耐磨性，所以包含大量硅的鋁合金即具有過共晶成分的鋁硅合金被認為是有前景的氣缸體用鋁合金。在由鋁硅合金形成的氣缸體中，位于滑動面上的硅晶粒將有助于提高強度和耐磨性。一種獲得露出在合金母材表面上的硅晶粒的技術示例是允許硅晶粒保持突出的對磨處理(稱作"浮凸對磨(embosshoning)")。此外，日本專利No.2885407公開了這樣一種技術，即，進行蝕刻處理以使得硅晶粒可在鋁硅合金的表面上保持突出，然后進行陽極氧化以形成氧化層，接下來將氟塑料火焰噴涂到該氧化層上以形成氟塑料樹脂層。由于滑潤劑4呆留于在滑動面上保持突出的硅晶粒之間(即保留在硅晶粒之間的用作油坑的凹部內)，所以當活塞在氣缸內滑動時可獲得改善的潤滑性能，由此提高了氣缸體的耐磨性和抗燒傷(咬死)性(seizingresistance)。然而，本發明人已發現，當將上述鋁合金氣缸體用于特定型號的內燃機時，有必要進一步提高耐磨性和抗燒傷性。傳統上，鋁合金氣缸體被用在安裝于四輪汽車內的內燃機中。在四輪汽車中，在內燃機內設置有用于向氣缸體和活塞強制供給潤滑劑的機構(如油泵)，并且內燃機以較低的轉速(具體說來，最大轉速為7500rpm或更低)運轉，在此情形下不會發生上述問題。然而，在以較高的轉速(具體說來，最大轉速為8000rpm或更低)運轉的內燃機中，或在滑潤劑僅通過伴隨曲軸旋轉的潤滑劑噴濺方式供給到氣缸的內燃機中(即，油泵被省去，如安裝在摩托車內的內燃機的情形)，鋁合金氣缸體可能發生燒傷和/或嚴重的磨損。此外，當為了進一步減輕質量而使用鋁合金作為活塞材料時，燒傷的可能性增加。為了進一步提高氣缸體的耐磨性和抗燒傷性，必須改善內燃機起動時的潤滑性，這需要潤滑劑較好地保持在滑動面上。本發明人通過研究已發現，經過上述浮凸珩磨處理或蝕刻處理的氣缸體無法獲得充分的潤滑劑保持力，以致于在內燃機起動后立即達到高速運轉時潤滑性不足。
發明內容為了解決上述問題，本發明的優選實施例提供了一種帶有具有良好的潤滑劑保持能力的滑動面的內燃機部件及其制造方法。根據本發明優選實施例的內燃機部件是由包含硅的鋁合金形成的內燃機部件，包括位于滑動面上的多個硅晶粒，其中所迷滑動面具有約為0.54nm或更大的十點平均粗糙度Rzjis,并且在所述滑動面的約30%的切斷水平(切斷高度，cutlevel)上的負荷長度比率(loadlengthratio)Rmr(30)為約20%或更大。在一優選實施例中，所述多個硅晶粒包括多個初晶硅(顆)粒和多個共晶硅粒。在一優選實施例中，所述多個初晶硅粒具有不小于約12nm且不大于約50nm的平均晶粒尺寸(晶粒粒徑)。在一優選實施例中，所述多個共晶硅粒具有約7.5pm或更小的平均晶粒尺寸。在一優選實施例中，所述多個硅晶粒具有這樣的粒徑分布，該粒徑分布具有存在于不小于約1jim且不大于約7.5nm的晶粒尺寸范圍內的第一尖峰(峰值)和存在于不小于約12nm且不大于約5(Him的晶粒尺寸范圍內的第二尖峰。在一優選實施例中，所述第一尖峰處的頻度比所述笫二尖峰處的頻度大至少約五倍。在一優選實施例中，所述鋁合金包含按質量計不小于約73.4%且不大于約79.6%的鋁；按質量計不小于約18%且不大于約22%的硅；和按質量計不小于約2.0%且不大于約3.0%的銅。在一優選實施例中，所述鋁合金包含按質量計不小于約50ppm且不大于約200ppm的磷以及4要質量計不大于約0.01%的鉤。在一優選實施例中，根據本發明的內燃機部件是氣缸體。根據本發明的另一個優選實施例的內燃機包括具有上述構造的內燃機部件。在一優選實施例中，根據本發明的內燃機包括由鋁合金形成的活塞；并且所述內燃機部件是氣缸體。根據本發明的另一個優選實施例的輸運設備包括具有上述構造的內燃機。包括提供模制品(成形體，molding)的步驟，該模制品由含硅的鋁合金形成并且在表面附近包括初晶硅粒和共晶硅粒；使用粒度(gritnumber)為#1500或更大的磨石來打磨(拋光)所述模制品的表面的步驟；和蝕刻所述模制品的經打磨的表面以形成供所述初晶硅粒和共晶硅粒突出的滑動面的步驟。在根據本發明優選實施例的內燃機部件中，所述滑動面優選具有約0.5化m或更大的十點平均粗糙度RzjB并且在所述滑動面的約30。/。的切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)為約20。/o或更大。結果，可獲得改善的潤滑劑保持能力及優異的耐磨性和抗燒傷性。典型地，所述多個硅晶粒包括多個初晶硅粒和多個共晶硅粒。由于不僅初晶硅粒而且共晶硅粒都在滑動面上保持突出，所以十點平均粗糙度RzJIS和負荷長度比率Rmr(30)易于落入上述數值范圍內。從提高內燃機部件的耐磨性和強度的觀點來看，優選地，所述多個初晶硅粒具有不小于約12fim且不大于約50pm的平均晶粒尺寸，而所述多個共晶珪粒具有約7.5^1111或更小的平均晶粒尺寸。還優選地，所述多個硅晶粒具有這^=羊的粒徑分布，該粒徑分布具有存在于不小于約ljim且不大于約7.5nm的晶粒尺寸范圍內的第一尖峰和存在于不小于約12fim且不大于約5(Him的晶粒尺寸范圍內的第二尖峰。還優選地，所述第一尖峰處的頻度比所述笫二尖峰處的頻度大至少約五倍。為了充分地增強內燃機部件的耐磨性和強度，優選地，所述鋁合金包含按質量計不小于約73.4%且不大于約79.6%的鋁；按質量計不小于約18%且不大于約22%的硅；和按質量計不小于約2.0%且不大于約3.0%的銅。此外，優選地，所述鋁合金包含按質量計不小于約50ppm且不大于約200ppm的磷以及按質量計不大于約0.01%的鈣。當鋁合金包含按質量計不小于約50ppm且不大于約200ppm的磷時，可抑制硅晶粒變大的趨勢，從而硅晶粒可在合金內均勻散布。通過確保鋁合金中的鈣含量按質量計不大于約0.01%，可保證由于磷的存在而提供精細硅晶粒的效果，并且可獲得具有優良耐磨性的冶金結構。并且可適用于氣缸體、活塞、氣缸套、凸輪件等。根據本發明的各種優選實施例的內燃機部件可適用于各種類型的輸運設備的內燃機中。按照才艮據本發明優選實施例的用于制造內燃機部件的方法，在表面附近具有初晶硅粒和共晶硅粒的模制品的表面使用粒度為#1500或更大的磨石來打磨，隨后^L蝕刻以形成滑動面。因此，可獲得不僅初晶硅粒而且共晶硅粒都在其上保持突出的滑動面。結果，能以微細的間距(pitch)形成足夠深的油坑，且由此可制造具有優異耐磨性和抗燒傷性的內燃機部件。根據本發明的優選實施例，提供了一種具有潤滑劑保持能力優異的滑動面的內燃機部件及其制造方法。從下面參照附圖對本發明優選實施例的詳細說明中可更清楚地看到本發明的其它特征、元素、過程、步驟、特點和優點。圖1是示意性地示出根據本發明優選實施例的氣缸體的透視圖。圖2是示意性地示出圖1中氣缸體的滑動面的放大圖像的平面圖。圖3是示意性地示出圖1中氣缸體的滑動面的放大圖像的剖視圖。圖4是示出圖1中氣缸體的制造步驟的流程圖。圖5是示出圖1中氣缸體的制造步驟的流程圖。圖6A至6D是示意性地部分示出圖1中氣缸體的制造步驟的分步剖視圖。圖7A到7C是用于解釋在進行浮凸珩磨處理時共晶硅粒無助于保持潤滑劑的原因的圖示。圖8A到8C是用于解釋在沒有首先進行鏡面精整對磨處理(mirror-finishhoningprocess)而進行蝕刻處理時共晶珪粒無助于〗呆持潤滑劑的原因的圖示。圖9是繪出示例1到10和比較示例1到7的圖表，其中橫軸表示十點平均粗糙度RzJIS而縱軸表示在30%的切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)。圖IOA和IOB分別是示出示例2和比較示例2的氣缸體的滑動面的原子力顯微鏡(AFM)照片。圖IIA和IIB是示例2和比較示例2的滑動面的剖面(輪廓)曲線圖。圖12A和12B是示例2和比較示例2的滑動面的負荷曲線圖。圖13A和13B是示出在進行運轉試驗后示例2和比較示例2的氣缸體的滑動面的照片。圖14A和14B是示出對示例2和比較示例2的氣缸體的滑動面進行的潤濕性試驗的結果的照片。圖15是示意性地示出不僅有初晶硅粒而且有共晶硅粒保持突出的滑動面的剖視圖。圖16是示意性地示出基本上只有初晶硅粒保持突出的滑動面的剖視圖。圖17是用于解釋十點平均粗糙度RzJIS的圖示。圖18是用于解釋負荷長度比率Rmr(c)的圖示。圖19是用于解釋在釆用浮凸珩磨處理時無法獲得恒定的浮凸高度的原因的圖示。圖20是用于解釋在采用蝕刻處理時能獲得恒定的浮凸高度的原因的圖示。圖21是示出硅晶粒的優選粒徑分布的一個例子的圖示。圖22是示意性地示出包括圖1中氣缸體的內燃機的剖視圖。圖23是示意性地示出配有圖22所示的內燃機的摩托車的側視圖。具體實施例方式下面參照附圖對本發明的優選實施例進行說明。雖然以下說明主要以氣缸體為例，但本發明不限于此。本發明廣泛適用于具有滑動面的內燃機部件。圖1示出^^據本發明優選實施例的氣缸體100。氣缸體100由包含硅的鋁合金形成，更具體地，由包含大量硅的過共晶成分的鋁合金形成。如圖1所示，氣缸體100優選地包括限定氣缸孔102的壁部(稱為"氣缸孔壁")103;及圍繞氣缸孔壁103并且限定氣缸體100的外廓的壁部(稱為"氣缸體外壁，，)104。在氣缸孔壁103和氣缸體外壁104之間設有用于保持冷卻劑的水套105。氣缸孔壁103的面向氣缸孔102的表面101限定了與活塞接觸的滑動面。滑動面101在圖2中^^文大示出。圖2是示意性地示出滑動面101的平面圖。如圖2所示，氣缸體100包括位于滑動面101上的多個硅晶粒1和2。這些硅晶粒1和2以分散的方式存在于包含鋁的固溶體的基體(合金母材)3中。當具有過共晶成分的鋁硅合金熔解時最先形成的硅晶粒被稱為"初晶硅粒"。接下來形成的硅晶粒被稱為"共晶珪粒"。在圖2所示的硅晶粒1和2中，較大的硅晶粒1是初晶硅粒。位于初晶硅粒之間的較小的硅晶粒2為共晶硅粒。圖3示出滑動面101的剖切結構。如圖3所示，包括初晶硅粒l和共晶硅粒2的所迷多個硅晶粒1和2,從基體3凸出(即，保持突出)。形成在硅晶粒1和2之間的凹部4用作保持潤滑劑的油坑。作為表示滑動面101的表面粗糙度的參數，本發明人關注十點平均粗糙度Rz^s和負荷長度比率Rmr，并且發現將這些參數設置在特定范圍內可極大地改善滑動面101保持潤滑劑的能力。具體地，通過將滑動面101的十點平均粗糙度R^s規定為約0.54fim或更大以及將滑動面101的在約30。/。的切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)^L定為約20%或更大，能充分增強滑動面101的潤滑劑保持能力。后面將參照圖17和圖18闡述這兩個參數---t"點平均粗糙度Rz^s和負荷長度比率Rmr——的定義。本發明人已研究了傳統的浮凸珩磨處理或蝕刻處理無法實現充分的潤滑劑保持能力的原因。這樣已發現，根據這些傳統技術，大部分共晶硅粒實際上從滑動面被移除，從而幾乎無法獲得共晶硅粒對保持潤滑劑所起的作用，由此導致潤滑劑保持能力低下。共晶硅粒從滑動面移除的事實也使得難以將滑動面的表面粗糙度保持在上述數值范圍內。另一方面，在根據本優選實施例的氣缸體100中，滑動面101上的共晶硅粒2可充分地有助于保持潤滑劑，從而確保滑動面101的十點平均粗糙度RzJIS約為0.5化m或更大以及確保在約30。/。的切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)約為20%或更大。結果，滑動面101的潤滑劑保持能力大大提高。制造本優選實施例的氣缸體100的方法將參照圖4、5及圖6A到6D進行說明。圖4和圖5是示出氣缸體100的制造步驟的流程圖。圖6A到6D是示意性地部分示出制造步驟的分步剖視圖。首先，提供由包含硅的鋁合金形成并且在表面附近包括初晶硅粒和共晶硅粒的模制品(步驟Sl)。提供模制品的步驟Sl可例如包括圖5所示的步驟Sla到Sle。首先，制備含硅的鋁合金(Sla步驟)。為了確保氣缸體100具有充分的耐磨性和強度，優選使用包含如下成分的鋁合金按質量計不小于約73.4%且不大于約79.6%的鋁；按質量計不小于約18%且不大于約22%的硅；和按質量計不小于約2.0%且不大于約3.0%的銅。接下來，對制備好的鋁合金進行加熱并使之在熔爐中熔化，從而形成熔體(步驟sib)。優選地，向熔化前的鋁合金或向熔體中加入按質量計約100ppm的磷。如果鋁合金包含按質量計不小于約50ppm且不大于約200ppm的磷，則能減小硅晶粒變大的趨勢，從而使得硅晶粒能在合金內均勻分散。另一方面，如果鋁合金中的鈣含量按質量計約為0.01%或更少，則可保證由于磷的存在而提供精細硅晶粒的效果，并且可獲得具有優良耐磨性的冶金結構。換句話說，鋁合金優選包含按質量計不小于約50ppm且不大于約200ppm的磷以及按質量計不大于約0.01%的鉀。接下來，使用鋁合金熔體進行鑄造(步驟Slc)。換句話說，使熔體在模具中冷卻而形成模制品。此時，滑動面附近以大的冷卻速率被冷卻(例如，不小于約4。C/每秒且不大于約50。C/每秒)，從而一體地形成了氣缸體，其中在表面附近存在有助于耐磨性的硅晶粒。可使用例如在國際申請No.2004/002658中公開的鑄造設備進行該鑄造步驟Slc。接下來，對已從模具中取出的氣缸體100進行通常已知為"T5"、"T6"及"T7"的熱處理中的一種(步驟Sld)。T5處理是這樣一種處理方式，其中在從;f莫具中取出模制品后立即(用水等)使其快速冷卻，此后使其在預定溫度下進行預定時長的人工老化以獲得改善的機械性能和尺寸穩定性，接下來進行空冷。T6處理是這樣一種處理方式，其中在從模具中取出模制品后使其在預定的溫度下進行預定時長的固溶處理，然后用水冷卻，此后在預定的溫度下經受預定時長的人工老化，接下來進行空冷。T7處理是比T6處理產生更大程度老化的處理方式；雖然T7處理與T6處理相比能確保更好的尺寸穩定性，但由該處理獲得的硬度低于T6處理。接下來，對氣缸體100進行預定的機加工(步驟Sle)。具體地，對與氣缸蓋靠接的表面和與曲軸箱靠接的表面進行磨削等加工。在如上所迷地制備好模制品后，如圖6A所示，對模制品的表面-具體說來是氣缸孔壁103的內表面(即要成為滑動面101的表面)-進行精鏜處理(步驟S2)。接下來，如圖6B所示，對已經過精鏜處理的表面進行粗珩磨處理(步驟S3)。換句話說，使用具有較小粒度(具體是，#800或更大的粒度)的磨石來打磨將成為滑動面101的表面。該粗辦磨處理可使用例如在日^#審公開專利No.2004-268179中公開的對磨設備來進行。接下來，如圖6C所示，進行鏡面精整絎磨處理(步驟S4)。換句話說，使用具有較大粒度(具體是，#1500或更大的粒度)的磨石來打磨模制品的表面(將成為滑動面101的表面)。該鏡面精整珩磨處理也可使用例如在日本待審公開專利No.2004-268179中公開的絎磨設備來進行。隨后，如圖6D所示，對模制品的經打磨的表面進行蝕刻(如堿蝕刻)，從而形成初晶硅粒l和共晶硅粒2從其上突出的滑動面101(步驟S5)。通過該蝕刻處理，表面附近的基體3被除去至預定厚度，從而在初晶硅粒1與共晶硅粒2之間可形成油坑4。油坑4的深度可基于蝕刻劑的濃度和溫度、蝕刻時間(浸沒時間)等被適當調節。應注意，在鏡面精整珩磨處理(步驟S4)之前進行的精加工步驟不限于上面例舉的兩個步驟，即精鏜處理(步驟S2)和粗絎磨處理(步驟S3)。可通過單一的步驟進行精加工，或通過三個或更多個步驟進行精加工。如上所述，在本優選實施例中，通過在使用具有#1500或更大粒度的磨石進行打磨后進行蝕刻來形成滑動面101。換句話說，首先進行表面平滑處理(通過鏡面精整絎磨處理)，接著進行化學研磨(通過蝕刻)，從而形成油坑4。通過這樣形成滑動面101，共晶硅粒2可保持在滑動面101上而不脫落，因而共晶硅粒2充分地有助于保持潤滑劑。其原因將在下面對比傳統的浮凸對磨處理或蝕刻處理更詳細地進行說明。在使用浮凸珩磨處理形成滑動面101的情況下，首先制備在表面附近具有初晶硅粒和共晶硅粒的模制品(與圖4所示的步驟S1相同的步驟)，接著對模制品的表面進行精鏜處理，如圖7A所示。隨后，在如圖7B所示進行粗Jff磨處理后，如圖7C所示地進行浮凸對磨處理。浮凸銜磨處理使用粘附有磨粒的樹脂刷來進行，并且如此進行以使基體3大體上被切掉。但是，作為機械研磨處理的浮凸珩磨處理不可避免地連同基體3—起除去了共晶硅粒2的一部分，如圖7C中示意性所示。因此，共晶硅粒2對保持潤滑劑貢獻不大。另一方面，在沒有前進行鏡面精整珩磨處理而通過蝕刻處理形成滑動面101的情況下，首先制備在表面附近具有初晶硅粒和共晶硅粒的模制品(與圖4所示的步驟Sl相同的步驟)，然后對模制品的表面進行精鏜處理，如圖8A所示。接下來，如圖8B所示地進行粗對磨處理，此后如圖8C所示地進行蝕刻處理。在這種情況下，表面通過粗對磨處理已受損(即破裂或破碎)的那些共晶硅粒2將保持突出。這些共晶硅粒2將最終從滑動面101上脫落，如圖8C示意性所示。因此，共晶硅粒2對保持潤滑劑貢獻不大。在本優選實施例中，在蝕刻處理之前進行鏡面精整珩磨處理，在這種情況下，與在浮凸珩磨處理(為機械研磨)中不同，蝕刻處理(為化學研磨過程)不會使共晶硅粒2連同基體3—起去除。此外，由于在蝕刻處理之前通過鏡面精整珩磨處理使表面(也包括共晶硅粒2的表面)平滑，所以共晶硅粒2的脫落不像在粗對磨處理后立即進行蝕刻處理的情況下發生的那樣頻繁。因此，共晶硅粒2充分地有助于保持潤滑劑。接下來，對4艮據本優選實施例的氣缸體100進行實際的原型制造并對其進行耐磨評價試驗的結果加以說明。使用具有下面的表1所示成分的鋁合金、通過與在國際申請No.2004/002658中所公開類似的高壓模鑄技術來制造氣缸體100。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>使用在日/^#審公開專利No.2004-268179中公開的辨磨設備來進行衡磨處理(粗珩磨處理和鏡面精整絎磨處理)，同時在將被打磨的表面上供給冷卻油(即，濕絎磨)。使用具有#600粒度的磨石進行粗對磨處理，而使用具有#1500或#2000粒度的磨石進行鏡面精整珩磨處理。應注意，粒度越高意味著磨石具有越精細的磨粒并且因此經打磨的表面將獲得更高的平滑度。但是，隨著磨粒越精細，切削速度會降低，從而導致處理時間更長并且生產率更低。換句話說，根據本優選實施例的制造方法敢于進行對生產率不利的鏡面精整珩磨處理。蝕刻處理4吏用質量百分比約為5%的氬氧化鈉溶液在溶液溫度約為70。C的條件下進行。通過改變浸沒時間來調節蝕刻量(蝕刻深度)。使用氣缸體100和通過鍛造單獨制成的鋁合金活塞來組裝內燃機。在8000rpm的轉速運轉5分鐘，并用肉眼觀察滑動面101上出現的劃痕(即刮擦)以確定氣缸體是否合格能夠使用。結果如下面的表2所示。表2也示出了十點平均粗糙度RzjB和在滑動面101的約30。/。切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)，這是使用TOKYOSEIMITSU有限公司制造的SURFCOM1400D來測量的。如下面更詳細地敘述，十點平均粗較度Rzjk是可用于評價油坑4的深度的參數，而負荷長度比率Rmr(30)是可用于評價在滑動面101上保持突出(即，殘留于其上而不脫落)的共晶硅粒2的數量的參數。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>從表2可看出，在示例1至10中，在進行了鏡面精整對磨處理后進行蝕刻處理的情況下，十點平均粗糙度Rzjrs約為0，54^n或更大且負荷長度比率Rmr(30)約為20%或更大，因此不會發生刮擦。應注意，雖然在鏡面精整絎磨處理中使用相同粒度(#2000)的磨石但十點平均粗糙度Rz^s和負荷長度比率Rmr(30)的值在示例1至5之間變化的原因是由于蝕刻時間的不同。基于相同的原因，盡管在鏡面精整珩磨處理中使用相同粒度(#1500)的磨石，但十點平均粗糙度Rz^s和負荷長度比率Rmr(30)在示例6至10之間也有所變化。示例1至10中的蝕刻時間(秒)如下面的表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>另一方面，在比較示例1(其中在粗珩磨處理和鏡面精整對磨處理后既不進行蝕刻處理也不進行浮凸珩磨處理)和比較示例2(其中在粗Jft磨處理后進行浮凸銜磨處理)中，十點平均粗糙度Rz爪小于0.54nm,并且負荷長度比率Rmr(30)小于20%,表明有刮擦。此外，在比較示例3至6中，在粗辨磨處理和鏡面精整對磨處理后進行浮凸珩磨處理，負荷長度比率Rmr(30)小于20。/。，十點平均粗糙度Rz駕小于0.54nm(除了比較示例6以外)，表明有刮擦。在比較示例7中，盡管在鏡面精整對磨處理后進行蝕刻處理，但十點平均粗糙度Rzjb也小于0.54nm。這是由于蝕刻時間過短而無法提供充分的腐蝕量。在比較示例8中，盡管在鏡面精整對磨處理后進行蝕刻處理，但負荷長度比率Rmr(30)也小于20。/0。這是由于蝕刻時間過長，從而導致過多的腐蝕量并引起共晶硅粒的脫落。示例1至10中的蝕刻時間如表3所示在10至40秒之間，而比較示例7中蝕刻時間為8秒，比較示例8中蝕刻時間為70衫-。同樣在比較示例9中，在粗辨磨處理之后直接進行蝕刻處理(即不進行鏡面精整對磨處理)，負荷長度比率Rmr(30)小于20。/。，表明有刮擦。圖9是繪出示例1到10以及比較示例1到7和9的圖表，其中橫軸表示十點平均粗糙度RzJIS而縱軸表示負荷長度比率Rmr(30)。從圖9可看出，在未發生刮擦的示例1至10中(如圖表中所示的exl至exlO)，十點平均粗糙度Rzjts約為0.54fim或更大，負荷長度比率Rmr(30)約為20%或更大。另一方面，在發生刮擦的比較示例1至7和9中(如圖表中所示的cel至ce7和ce9)，十點平均粗糙度Rzj^和負荷長度比率Rmr(30)中的至少一個處在上述數值范圍之外。因此可看出，在十點平均粗糙度Rzj!s約為0.54nm或更大且在約30。/。切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)約為20%或更大的情況下，潤滑劑保持能力得到提高并且避免了刮擦。應注意，當如比較示例8所示十點平均粗糙度RzjB超過約4.0nm時，可能發生精細共晶硅粒的大量脫落，使得用于保持潤滑劑的精細空隙(具有微細間距的油坑4)減少。因此，優選地，十點平均粗糙度RzjB約為4.0jun或更'J、。圖IOA和IOB示出示例2和比較示例2中的氣缸體的滑動面的原子力顯微鏡(AFM)照片。如圖IOA所示，突起和凹部以微細間距大致均勻地存在于示例2的滑動面上，這樣不僅初晶硅粒1而且大量共晶硅粒2都保持突出。另一方面，如圖10B所示，僅有少量突起存在于比較示例2的滑動面上，表明大部分是初晶硅粒l保持突出。圖11A和11B示出示例2和比較示例2的滑動面的剖面曲線。如圖11A所示，大量具有足夠深度的凹部以微細的間距存在于示例2的滑動面上，表明由共晶硅粒2產生了油坑4。另一方面，如圖11B所示，沒有足夠深的凹部存在于比較示例2的滑動面上，表明共晶硅粒2不足以產生油坑4。圖12A和12B示出示例2和比較示例2的滑動面的負荷曲線。如圖12A所示，示例2的滑動面即使在較低的切斷水平(如30%左右)也具有高的負荷長度比率Rmr,這表明不僅初晶硅粒l而且大量共晶硅粒2都保持突出。另一方面，如圖12B所示，比較示例2的滑動面在較低的切斷水平(如30%左右)具有低的負荷長度比率Rmr,這表明沒有太多的共晶硅粒2保持突出。圖13A和13B示出在進行運轉試驗后示例2和比較示例2的氣缸體的滑動面的照片。如圖13A所示，示例2的滑動面幾乎沒有任何劃痕，表示無刮擦。另一方面，如圖13B所示，比較示例2的滑動面具有大量劃痕，表示有刮擦。如從圖13A和13B也可看出，示例2無刮擦而比較示例2有刮擦的原因在于示例2和比較示例2之間潤滑劑保持能力的不同。圖14A和14B示出對示例2和比較示例2的氣缸體的滑動面進行潤濕性試驗的結果。示例2的滑動面將潤滑劑吸收至高水平，如圖14A所示(其中吸收高達2.70mm)，而比較示例2的滑動面無法將潤滑劑吸收至高水平，如圖14B所示(其中吸收只達到約0.94mm)。因此，可看出示例2的滑動面比比較示例2的滑動面具有更高的潤滑劑保持能力。如上所述，當不僅初晶硅粒1而且大量共晶硅粒2在滑動面101上都保持突出時可獲得高的潤滑劑保持能力。如圖15示意性所示，當大量共晶硅粒2保持突出時，以微細間距形成了足夠深的油坑4，從而潤滑劑保持能力增強并且抗燒傷性提高。由于大量共晶硅粒2保持突出，與僅有初晶硅粒1保持突出的情形相比，與活塞環122a實際接觸的部分的面積增大.結果，在滑動期間單位面積內施加的負荷減小，從而提高了耐磨性。另一方面，如圖16示意性所示，當基本上只有初晶硅粒l保持突出時，以粗的間距形成了油坑4，導致潤滑劑保持能力和抗燒傷性更低。由于幾乎沒有共晶硅粒2突出，所以與活塞環122a實際接觸的部分的面積小，導致耐磨性差。作為表示滑動面101的表面粗糙度的參數，本優選實施例關注十點平均粗糙度RzJIS和在約30%切斷水平下的負荷長度比率Rmr(30)。對于從剖面曲線截取的一部分，即延伸了基準長度L的部分(如圖17所示)，十點平均粗糙度Rz.，，s是指五個最高頂點的高度值Rl、R3、R5、R7和R9的平均值與五個最低凹點的高度值R2、R4、R6、R8和R10的平均值之間的差值，如下面的公式l所示。公式1(Wl+iO+5++W9)-(i2十iM++朋+闊=--^-因此，大的十點平均粗糙度Rz爪意味著油坑4具有足夠的深度。如參照上述試驗結果已述，就潤滑劑保持能力而言，優選約0.54jim的十點平均粗糙度RzJIS。對于從粗糙曲線截取的一部分，即延伸了評價長度ln的部分(如圖18所示)，給定切斷水平c下的負荷長度比率Rmr(c)是指當粗糙曲線在平行于各頂點連線的切斷水平c處被切斷時的切斷長度的和(即負荷長度)Ml(c)與評價長度ln的比率，如下面的公式2所示。公式2iwr(c)=，fM7(c)i〔0/。)因此，負荷長度比率Rmr(c)是表示有多少硅粒l和2在滑動面101上保持突出的指標。大的負荷長度比率Rmr(c)意味著有大量共晶珪粒2保持突出。在內燃機運轉初期，滑動面101的最外層表面被大概磨損至對應于約30%切斷水平的深度。因此，可認為在約30。/。切斷水平下的負荷長度比率Rmr(30)用作表示在實際運轉期間有多少共晶硅粒2保持突出的參數。如參照上述試驗結果已述，就潤滑劑保持能力而言，優選在約30%切斷水平下的負荷長度比率Rmr(30)為約20%或更大。如上所述，用傳統的浮凸對磨處理難以確保十點平均粗糙度RzjB和負荷長度比率Rmr(c)處于上述數值范圍內。其原因參照圖19進行描述。在作為機械研磨過程的浮凸珩磨處理中，在硅晶粒1和2稀疏的區域與密集的區域之間存在研磨量的差異。具體地，如圖19中的右側所示，在硅晶粒1和2稀疏的區域內進行深研磨，導致大的浮凸高度h。但是，如圖19中的左側所示，在硅晶粒1和2密集的區域內僅進行淺研磨，導致小的浮凸高度h。因此，難以在整個滑動面101上獲得大的十點平均粗糙度RzJIS。但是，由于一些共晶硅粒2與基體3—同被研磨，因而也難以獲得高的負荷長度比率Rmr(c)。另一方面，如圖20所示，在蝕刻處理(為化學研磨過程)中，不論硅晶粒1和2是稀疏還是密集，都能向下研磨至恒定的深度，這樣就得到恒定的浮凸高度h。因此，通過調節蝕刻劑的濃度和溫度以及蝕刻時間，可容易地提高十點平均粗糙度RzjB。此外，由于共晶硅粒2不與基體3—同被研磨，因而可容易地提高負荷長度比率Rmr(c)。接下來，將描述硅晶粒1和2在滑動面101上的優選平均晶粒尺寸和優選粒徑分布。本發明人已對硅晶粒1和2在滑動面101上的具體布置與氣缸體IOO的耐磨性和強度之間的關系進行了詳細的研究。結杲發現，通過將硅晶粒1和2的平均晶粒尺寸設定在特定范圍內和/或為硅晶粒1和2規定特定的粒徑分布，可大大提高耐磨性和強度。首先，通過將初晶硅粒1的平均晶粒尺寸設定在不小于約12nm且不大于約50nm的范圍內，可提高氣缸體IOO的耐磨性。如果初晶珪粒1的平均晶粒尺寸超過約50fim,則滑動面101的單位面積上的初晶硅粒1的數量將變少。因此，在內燃機運轉期間會有大的負荷施加在各個初晶硅粒1上，這樣初晶硅粒l可能被破壞。被石皮壞的初晶硅粒1的碎屑將用作磨粒，可能使滑動面101受到大的磨損。如果初晶珪粒1的平均晶粒尺寸小于約12fim，則各個初晶硅粒1的埋在基體3內的部分會很小。因此，在內燃機運轉期間可能發生初晶硅粒1的脫落。脫落的初晶硅粒1將用作磨粒，可能使滑動面101受到大的磨損。另一方面，當初晶硅粒1的平均晶粒尺寸不小于約12nm且不大于約50jmi時，滑動面101的單位面積上存在足夠量的初晶珪粒1。因此，在內燃機運轉期間施加在各個初晶珪粒1上的負荷較小，從而抑制了對初晶硅粒1的破壞。由于各個初晶硅粒1的埋在基體3內的部分足夠大，所以初晶硅粒1的脫落減少，從而也抑制了由于初晶硅粒1的脫落而導致的對滑動面101的磨損。此外，共晶硅粒2具有加強基體3的功能。因此，通過提供精細的共晶硅粒2，可提高氣缸體100的耐磨性和強度。具體地，通過確保共晶硅粒2具有約7.5nm或更小的平均晶粒尺寸，可獲得提高耐磨性和強度的效果。此外，通過將硅晶粒1和2的粒徑分布設定成使硅晶粒在不小于約lnm且不大于約7.5nm的晶粒尺寸范圍內具有一個峰值并且使硅晶粒在不小于約12pm且不大于約50jim的晶粒尺寸范圍內具有一個峰值，可大大提高氣缸體100的耐磨性和強度。圖21示出優選粒徑分布的一個例子。晶粒尺寸處在不小于約lnm且不大于約7.5nm范圍內的硅晶粒為共晶硅粒2，而晶粒尺寸處在不小于約12fim且不大于約50pm范圍內的硅晶粒為初晶硅粒l。此外，從使更多的共晶硅粒2有助于產生油坑4的角度來看，仍如圖21所示，優選地，存在于不小于約lnm且不大于約7.5jim的晶粒尺寸范圍內的第一尖峰(即與共晶珪粒2有關的尖峰)的頻度比存在于不小于約12nm且不大于約50pm的晶粒尺寸范圍內的第二尖峰(即與初晶硅粒1有關的尖峰)的頻度大至少約五倍。為了控制初晶硅粒1和共晶硅粒2的平均晶粒尺寸，在鑄造模制品的步驟(圖5所示的步驟Sic)中可調節將成為滑動面101的那部分的冷卻速率。具體地，通過進行上述鑄造使將成為滑動面101的那部分以不低于約4n/秒且不高于約50X:/秒的冷卻速率被冷卻，硅晶粒1和2將以如此方式沉積下來，侵:得初晶硅粒1具有不小于約12nm且不大于約50nm的平均晶粒尺寸，而共晶硅粒2具有約7.5nm或更小的平均晶粒尺寸。如上所述，本優選實施例的氣缸體100包括具有良好的潤滑劑保持能力的滑動面101，因此適用于各種類型的輸運設備的內燃機。特別地，氣缸體IOO適用于任何在高轉速下(具體地，以8000rpm或更高的最大轉速)運轉的內燃機，例如摩托車的內燃機，從而可大大提高內燃機的耐用性。150。內燃機150包括曲軸箱110、氣缸體100和氣缸蓋130。曲軸111容納在曲軸箱110內。曲軸111包括曲柄銷112和曲柄臂113。氣缸體100位于曲軸箱110上方。活塞122插入在氣缸體100的氣缸孔內。活塞122由鋁合金(典型地為含硅的鋁合金)形成。活塞122可通過鍛造形成，如例如在USPNo.6,205,836的說明書中公開的那樣。USPNo.6,205,836的說明書的公開內容全部引用于此作為參考。在氣缸孔中未插入氣缸套，并且在氣缸體100的氣缸孔壁103的內表面上沒有鍍覆層。換句話說，初晶硅粒1和共晶珪粒2都露出在氣缸孔壁103的表面上。氣缸蓋1304立于氣缸體100上方。氣釭蓋130與氣缸體100內的活塞122—同限定了燃燒室131。氣缸蓋130包括進氣口132和排氣口133。用于將空氣-燃料混合物供給到燃燒室131內的進氣閥134位于進氣口132內，用于排空燃燒室131的排氣閥135位于排氣口133內。活塞122和曲軸111經連桿140聯接。具體地，活塞122的活塞銷123插入在連桿140的小端142的通孔內，并且曲軸111的曲柄銷112插入在大端144的通孔內，從而活塞122和曲軸111彼此聯接。大端144的通孔的內周表面與曲柄銷112之間設有滾柱軸承114。盡管不存在強制供給潤滑劑的油泵，但由于包括了本優選實施例的氣缸體IOO，所以圖22所示的內燃機150具有良好的耐用性。由于本優選實施例的氣缸體100的特征在于滑動面101的高耐磨性，因而不需要氣缸套。因此，可簡化內燃機150的制造步驟，減輕內燃機150的重量，并提高冷卻性能。此外，由于不需要對氣缸孔壁103的內表面進行鍍覆，也可降低制造成本。圖23示出包括圖22所示的內燃機150的摩托車。在摩托車內，內燃機150將以高轉速運轉。在圖23所示的摩托車內，頭管302位于車體框架301的前端。前叉303連接于頭管302而能夠在車輛的左右方向上擺動。在前叉303的下端，前輪304被支撐成能夠轉動。座椅導軌306連接于車體框架301的后端的上部而沿向后方向延伸。燃料箱307位于車體框架301上，并且主車座308a和串列車座308b位于座椅導軌306上。沿向后方向延伸的后臂309連接于車體框架301的后端。在后臂309的后端，后輪310被支撐成能夠轉動。在車體框架301的中部保持有圖22所示的內燃機150。本優選實施例的氣缸體100凈皮用于內燃機150。散熱器311i殳置在內燃機150的前方。排氣管312連接至內燃機150的排氣口，消音器313連接于排氣管312的后端。變速器315連接于內燃機150。驅動鏈輪317連接在變速器315的輸出軸316上。驅動鏈輪317經鏈條318連接至后輪310的后鏈輪319。變速器315和鏈條318用作將內燃機150內產生的動力傳遞至驅動輪的傳遞機構。由于圖23所示的摩托車包括使用了本優選實施例的氣缸體100的內燃機150,所以摩托車具有良好的性能。盡管以氣缸體為例對本優選實施例進行了描述，但本發明不限于此。本發明可廣泛地應用于具有滑動面(即，潤滑劑需要保持在該表面上)的任意內燃機部件。例如，本發明可用于活塞、氣缸套或凸輪件。工業適用性根據本發明的優選實施例，提供了具有潤滑劑保持能力良好的滑動面的內燃機部件及其制造方法。根據本發明優選實施例的內燃機部件可適用于各種類型的輸運設備的內燃機，特別適用于在高轉速下運轉的內燃機以及潤滑劑在其內不是經泵強制供給到氣缸的內燃機。盡管已參照優選實施例描述了本發明，但本領域技術人員顯然清楚，所公開的本發明能以多種方式進行修改并且可具有除了上述具體說明的實施例之外的許多其它實施形式。因此，應認為所附權利要求涵蓋了本發明的所有變型，它們都處在本發明的實質精神和范圍內。權利要求1、一種由含硅的鋁合金形成的內燃機部件，包括位于滑動面上的多個硅晶粒；其中所述滑動面具有約為0.54μm或更大的十點平均粗糙度RzJIS，并且在所述滑動面的約30％的切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)為約20％或更大。2、如權利要求l所述的內燃機部件，其特征在于，所述多個硅晶粒包括多個初晶一法粒和多個共晶硅粒。3、如權利要求2所述的內燃機部件，其特征在于，所述多個初晶硅粒具有不小于約12nm且不大于約50nm的平均晶粒尺寸。4、如權利要求2或3所述的內燃機部件，其特征在于，所述多個共晶硅粒具有約7.5nm或更小的平均晶粒尺寸。5、如權利要求1至4中任一項所述的內燃機部件，其特征在于，所述多個珪晶粒具有這樣的粒徑分布，該粒徑分布具有存在于不小于約lnm且不大于約7.5pm的晶粒尺寸范圍內的第一尖峰和存在于不小于約12nm且不大于約50nm的晶粒尺寸范圍內的第二尖峰。6、如權利要求5所述的內燃機部件，其特征在于，所述第一尖峰處的頻度比所述第二尖峰處的頻度大至少約五倍。7、如權利要求l至6中任一項所述的內燃機部件，其特征在于，所述鋁合金包含按質量計不小于約73.4%且不大于約79.6°/。的鋁；按質量計不小于約18%且不大于約22%的硅；和按質量計不小于約2，0%且不大于約3.0%的銅。8、如權利要求1至7中任一項所述的內燃機部件，其特征在于，所述鋁合金包含按質量計不小于約50ppm且不大于約200ppm的磷以及按質量計不大于約0.01%的4丐。9、如權利要求l至8中任一項所述的內燃機部件，其特征在于，所述內燃機是氣缸體。10、包括如權利要求1至9中任一項所述的內燃機部件的內燃機。11、如權利要求10所述的內燃機，其特征在于，所述內燃機包括由鋁合金形成的活塞，并且所述內燃機部件是氣缸體。12、包括如權利要求10或11所述的內燃機的輸運設備。13、一種用于制造具有滑動面的內燃機部件的方法，包括提供模制品的步驟，該模制品由含硅的鋁合金形成并且在表面附近包括初晶硅粒和共晶硅粒；使用粒度為#1500或更大的磨石來打磨所述模制品的表面的步驟；和蝕刻所述模制品的經打磨的表面以形成供所述初晶硅粒和共晶硅粒突出的滑動面的步驟。全文摘要一種內燃機部件由含硅的鋁合金形成，并且包括位于滑動面上的多個硅晶粒。所述滑動面具有約為0.54μm或更大的十點平均粗糙度Rz<sub>JIS</sub>，并且在所述滑動面的約30％的切斷水平上的負荷長度比率Rmr(30)為約20％或更大。文檔編號F02F1/20GK101438047SQ20078001642公開日2009年5月20日申請日期2007年12月25日優先權日2006年12月28日發明者山縣裕,巖崎進也,栗田洋敬申請人:雅馬哈發動機株式會社