CN105648382B - 活塞环及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种密合性良好地形成耐磨损性和抗划性优异，且对配合对象的攻击性低的喷镀膜的活塞环。活塞环1具有喷镀原料粉末而成的喷镀膜3，所述原料粉末至少含有Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及Mo粉末，混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da小，从而解决了上述问题。根据该发明，构成喷镀膜3的Mo相的面积B和Cr3C2‑NiCr相的面积A之比(B/A)可以比构成原料粉末的Mo粉末的配合质量b和混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。

Description

活塞环及其制造方法
技术领域
本发明涉及活塞环及其制造方法，更详细而言涉及密合性良好地形成有耐磨损性、抗划性及初期磨合性优异，且对配合对象的攻击性低的喷镀膜的活塞环及其制造方法。
背景技术
近年来，伴随内燃机的高输出功率化和高性能化，活塞环等滑动部件的使用环境越发严苛，要求具有良好的耐磨损性、抗划性的滑动部件。
目前，作为改善内燃机用活塞环等滑动部件的耐磨损性及抗划性的方法，例如，在汽车用的活塞环中，在其滑动面实施PVD被膜或氮化处理层等表面处理。这些表面处理中，特别是PVD被膜呈现优异的耐磨损性，因此，作为对在严苛的运转条件下使用的活塞环进行的表面处理被广泛地实际应用。
另外，在船舶用等大尺寸的活塞环中，在其滑动面实施镀硬铬被膜及通过等离子喷镀法的陶瓷被膜等表面处理。这些表面处理中，特别是由通过等离子喷镀法形成的碳化铬等硬质陶瓷相和金属相构成的金属陶瓷喷镀膜耐磨损性和抗烧粘性优异。
专利文献1～3是关于耐磨损性良好的喷镀膜的现有技术。专利文献1提案有在活塞环1的母材的外周滑动面形成由微细碳化铬3～25重量％、钼30～80重量％、镍-铬合金10～40重量％构成的等离子喷镀膜的活塞环。该技术通过将各喷镀粉末的粒子形成为325目的微细粒子，并且使各组成形成在指定的范围内，可以将用于内燃机或压缩机等的活塞环的外周面制成耐磨损性、抗烧粘性、初期磨合性优异的面。
专利文献2提案有内燃机用滑动部件，其通过将粒径为10～45μm的喷镀材料进行等离子喷涂侧在滑动部形成喷镀膜，所述粒径为10～45μm的喷镀材料通过对下述粉末以下述比例进行混合而制得：Mo粉末作为A粉末，Ni-Cr粉末或Co-Cr粉末作为B粉末，Cr或Nb的碳化物和金属的硼化物的任一种或两种构成的粉末作为C粉末，B粉末：10～30重量％、C粉末：20～40重量％及其余部分为A粉末的比率充分进行混合。该技术得到的等离子喷 镀膜是致密的，且密合性优异，耐磨损性和抗烧粘性优异。
专利文献3提案有：对由Mo、NiCr合金和碳化铬构成的造粒烧结粉、Mo造粒烧结粉和NiCr合金粉进行混合，并作为喷镀原料粉进行HVOF喷镀，由此可以形成由下述组织构成的喷镀膜：所述组织混合存在由Mo和NiCr合金构成的区域A、以及由Mo和NiCr合金和碳化铬构成的金属陶瓷区域B。该技术为HVOF喷镀获得的喷镀膜耐磨损性、抗划性优异，配合对象材料攻击性低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平6-221438号公报
专利文献2：(日本)特开2003-105518号公报
专利文献3：(日本)特开2007-314839号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种密合性良好地形成有耐磨损性和抗划性优异、且对配合对象的攻击性低的喷镀膜的活塞环及其制造方法。
用于解决问题的技术方案
用于解决上述问题的本发明的活塞环具有喷镀原料粉末而形成的喷镀膜，所述原料粉末至少含有：Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及Mo粉末，其中，所述混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，所述Mo粉末的平均粒径Db比所述混合粉末的平均粒径Da小。
根据该发明，由于具有喷镀原料粉末而成的喷镀膜，且所述原料粉末中，混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da小，因此Mo粉末容易进入经过喷镀的混合粉末的间隙，其结果是，与经过喷镀的Mo粉末的质量比相比，Mo的面积比变大，可以密合性良好地形成耐磨损性和抗划性优异、且对配合对象的攻击性低的喷镀膜。
就本发明的活塞环而言，构成所述喷镀膜的Mo相的面积B与Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成所述原料粉末的所述Mo粉末的配合质量b与所述混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。根据该发明，面积比值(B/A)比配合质量比值(b/a)大，因此，提高耐磨损性的混合粉末的配合质量可以比Mo粉末更 多地加入，并且，可以增大提高耐磨损性和抗划性的Mo相的面积。
就本发明的活塞环而言，所述Mo相的面积比可以以成为喷镀膜整体的40％以上的方式构成。根据该发明，可以将Mo相的面积提高到喷镀膜整体的40％以上。
就本发明的活塞环而言，喷镀膜的最外层表面可以以具有含Cu的喷镀表面层的方式构成。根据该发明，可以提供更进一步降低对配合对象的攻击性，并且具有初期磨合性良好的喷镀膜的活塞环。
就本发明的活塞环而言，可以以在喷镀膜和活塞环母材之间具有基底层的方式构成。根据该发明，可以进一步提高与活塞环母材的密合性。
用于解决上述问题的本发明的活塞环的制造方法包括：喷镀原料粉末来形成喷镀膜，所述原料粉末至少含有：Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及Mo粉末，所述混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，所述Mo粉末的平均粒径Db比所述混合粉末的平均粒径Da小。
在本发明的活塞环的制造方法中，构成所述喷镀膜的Mo相的面积B与Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成所述原料粉末的所述Mo粉末的配合质量b与所述混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。
发明的效果
根据本发明，可以提供密合性良好地形成耐磨损性和抗划性优异、且对配合对象的攻击性低的喷镀膜的活塞环及其制造方法。
详细而言，根据本发明，由于具有喷镀原料粉末而形成的喷镀膜，且所述原料粉末中Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，并且，Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da小，因此Mo粉末容易进入经过喷镀的混合粉末的间隙，其结果，与经过喷镀的Mo粉末的质量比相比，Mo的面积比变大，因此，与通常情况相比，能够以低成本制膜。耐磨损性和抗划性优异的高融点金属Mo的面积比例增大，由此，使喷镀膜的耐磨损性、抗划性和对配合对象的攻击性优异，另外，作为原料粉末含有的NiCr粉末作为粘合剂发挥功能，因此，密合性优异。
附图说明
图1是表示本发明的活塞环的一个例子的剖面图(A)，(B)；
图2是实施例1中所得的喷镀膜的剖面照片(A)、和比较例1中所得的喷镀膜的剖面照片(B)；
图3是用于磨损量测定的高负荷型磨损试验机的构成原理图。
标记说明
1 活塞环
2 活塞环母材
3 喷镀膜
4 喷镀表面层
6 高负载型磨损试验机
7 供试材料
8 旋转片
P 负载
具体实施方式
以下，对本发明的活塞环及其制造方法进行详细说明。另外，本发明只要在其宗旨的范围内即可，不限定于以下的实施方式。
(活塞环)
如图1(A)所示，本发明的活塞环1在活塞环母材2的至少滑动面上具有特定的喷镀膜3。另外，图1(B)是在喷镀膜3之上包覆了喷镀表面层4形成的活塞的图。该喷镀膜3是喷镀原料粉末而成的膜，所述原料粉末至少含有Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及Mo粉末，该混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，该Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da小，即具有Da＞Db的特征。
说明本发明的活塞环1的各构成。
(活塞环母材)
作为形成喷镀膜3的对象的活塞环母材2，可以列举各种材料，例如，可以使用各种钢材、不锈钢材、铸造材料、铸钢材料等。这些之中，优选列举马氏体类不锈钢、弹簧钢即铬锰钢(SUP9材料)及铬钒钢(SUP10材料)、硅铬钢(SWOSC-V材料)等。另外，作为铸造材料，优选可以列举硼铸铁、片状石墨铸铁、球状石墨铸铁、CV铸铁等。活塞环母材2通过制造一般的活塞环的方法制作。
对于活塞环母材2，根据需要可以进行前处理。作为前处理，可以列举进行表面抛光而调整表面粗糙度的处理。该表面粗糙度的调整例如可以例示通过金刚石磨粒对活塞环母材2的表面进行研磨加工来进行表面抛光的方法等。
(基底层)
在喷镀膜3之下可以设有基底层(未图示)。作为该基底层，可以列举氮化处理层或金属基底层等。优选基底层至少形成于活塞环1与气缸套(未图示)接触而进行滑动的外周滑动面上，但也可以形成于其它的表面，例如活塞环的上表面及下表面上，还可以根据需要形成于内周面上。如上所述，通过设置基底层，使喷镀膜3相对于活塞环母材的密合性提高，可以更进一步防止剥离等。
氮化处理层例如作为活塞环母材2使用不锈钢的情况下，在该不锈钢的表面使氮扩散渗碳，形成硬质的氮化层作为基底层。氮化处理层优选作为活塞环的基底层使用。另外，氮化处理可以通过现有公知的方法进行。氮化处理层的厚度没有特别限定，优选为10μm以上50μm以下的范围内。
作为金属基底层，可以列举钛或铬等金属层。钛或铬等基底金属层可以通过各种成膜方法形成，例如，可以应用真空蒸镀法、溅射法、离子镀法等成膜方法。金属基底层的厚度没有特别限定，优选为0.1μm以上2μm以下的范围内。
(喷镀膜)
喷镀膜3设置于活塞环母材2的至少滑动面上。该喷镀膜3是喷镀原料粉末而成的膜，所述原料粉末至少含有Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、及Mo粉末。而且，该混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，该Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da小。即，Da＞Db。平均粒径Da、Db的测定方法没有特别限定，在本申请中，用通过粒子径分布测定装置(日机装株式会社制，Microtrac HRA)进行测定得到的值表示。
就利用原料粉末进行喷镀而成的喷镀膜3而言，Mo相的面积B与Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成原料粉末的Mo粉末的配合质量b与混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。其理由认为是：Mo粉末进入经过喷镀的混合粉末的间隙而形成，作为其结果，Mo相的面积B与Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成原料粉末的Mo粉末的配合质量b与混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。面积比(B/A)比配合质量比(b/a)大是指：在喷镀膜3中加入配合质量比Mo粉末多的用于提高耐磨损性的混合粉末，另外，是指提高耐 磨损性和抗划性的Mo相的面积增大。因此，该喷镀膜3中的高融点金属即耐磨损性和抗划性优异的Mo的面积比增大，与通常相比成本低，喷镀膜3的耐磨损性和抗划性和对配合对象的攻击性得到改善，另外，作为原料粉末含有的NiCr粉末作为粘合剂发挥功能，密合性优异。
原料粉末是用于等离子喷镀的粉末，至少含有Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及末Mo粉末。构成喷镀材料的原料粉末除Mo、Cr3C2、NiCr各粉末外，在不阻碍本发明发挥的效果的范围内，也可以任意含有例如Co，B，Si，Cu，Al，Fe等。此外，构成喷镀膜3的各成分的含量与原料粉末中的组成比率通常相同，所以喷镀膜3的各成分的含量可以称为原料粉末的成分比率。因此，为了使喷镀膜3控制为希望的成分比率，可以对构成原料粉末的各粉末的配合量进行调整。
Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末(Cr3C2粉末及NiCr粉末)的平均粒径Da小。具体而言，比混合粉末的平均粒径Da小即可，如果考虑等离子喷镀条件及获取的难易度，则Mo粉末的平均粒径Db优选为10μm以上53μm以下的范围内。如果Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da大，则Mo粉末难以进入经过喷镀的混合粉末的间隙，难以发挥本发明的效果。该Mo粉末的平均粒径Db用通过粒子径分布测定装置(例如，日机装株式会社制，MicrotracHRA)测定的值表示。此外，Mo粉末的形状等没有特别限定。
Mo粉末在原料粉末中的含量优选在20质量％以上60质量％以下的范围内配合。此外，如上所述，原料粉末中的含量和形成的喷镀膜3中的Mo含量大体相同。由于Mo粉末的含量为该范围内，从而得到的喷镀膜3中所含的高融点金属即Mo可以赋予喷镀膜3良好的耐磨损性及抗划性。Mo粉末的含量低于20质量％时，有时所得的喷镀膜3的耐磨损性和抗划性差。另一方面，如果Mo粉末的含量超过60质量％，则成为成本高的原因。Mo粉末的含量可以在配合时进行秤量而算出，喷镀膜3中的Mo含量可以使用反向散射测定装置进行定量而获得。
混合粉末是主要由Cr3C2粉末及NiCr粉末构成的粉末。混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，且比上述的Mo粉末的平均粒径Db大。具体而言，只要是50μm以上，且比Mo粉末的平均粒径Db大即可，如果考虑等离子喷镀条件及获得的难易度，则混合粉末的平均粒径Da优选为50μm以上70μm以下的范围内。如果混合粉末的平均粒径Da比Mo粉末的平均粒径Db 小，则Mo粉末难以进入经过喷镀的混合粉末的间隙，难以发挥本发明的效果。该混合粉末的平均粒径Da通过利用粒子径分布测定装置测定的值表示。此外，混合粉末的形状等没有特别限定。
混合粉末通常大多混合Cr3C2粉末和NiCr粉末而成，其平均粒径Da没有特别将Cr3C2粉末的平均粒径和NiCr粉末的平均粒径分开，可以分别将已知平均粒径的Cr3C2粉末和NiCr粉末混合来作为混合粉末。该情况下的Cr3C2粉末的平均粒径和NiCr粉末的平均粒径优选均为上述的50μm以上70μm以下的范围内。只要是该范围内，即在50μm以上70μm以下的范围内，可以分别采用不同的平均粒径。通常，Cr3C2粉末具有平均粒径与NiCr粉末相比大的趋向，因此，如上所述的Cr3C2粉末和NiCr粉末混合，作为结果，只要满足上述的平均粒径Da的范围即可。
混合粉末在原料粉末中的含量优选在40质量％以上80质量％以下的范围内进行配合。此外，如上所述，原料粉末中的含量与形成的喷镀膜3中的混合粉末成分(Cr3C2和NiCr)的含量大致相同。通过混合粉末的含量为该范围内，得到的喷镀膜3中所含混合粉末成分(Cr3C2和NiCr)可以赋予喷镀膜3良好的耐磨损性及密合性。混合粉末的含量低于40质量％时，有时得到的喷镀膜3的耐磨损性和密合性差。另一方面，如果混合粉末的含量超过80质量％，则对配合对象的攻击性有可能增大。混合粉末的含量可以在配合时进行秤量而算出，喷镀膜3中的混合粉末成分的含量可以使用反向散射测定装置进行定量而获得。
混合粉末的含量如上所述，但作为混合粉末成分即Cr3C2和NiCr各含量，相对于原料粉末整体的含量优选Cr3C2的含量为30质量％以上60质量％以下的范围内，优选NiCr的含量为10质量％以上40质量％以下的范围内。通过将Cr3C2的含量控制在上述范围内，可以赋予喷镀膜3良好的耐磨损性。Cr3C2的含量低于30质量％时，有时所得的喷镀膜3的耐磨损性差。另一方面，如果Cr3C2的含量超过60质量％，则对配合对象的攻击性会变大。NiCr的含量低于10质量％时，有时得到的喷镀膜3的密合性及耐腐蚀性差。另一方面，如果NiCr的含量超过40质量％，则有时Cr3C2的含量相对降低，耐磨损性降低，抗划性降低，而且成本升高。
(喷镀膜的成膜方法)
喷镀膜3通过等离子喷镀形成于活塞环1的滑动面。等离子喷镀是使用 通过等离子喷镀喷枪产生的等离子体流，并使用上述的原料粉末，对该原料粉末加热、加速，使其成为熔融或接近熔融的状态并向基材喷涂的喷镀。原理如公知的原理，但若在阴极和阳极之间施加电压产生直流电弧，则从后方提供的工作气体(氩气等)发生电离，从而产生等离子。用氩气等向该等离子火焰中供给原料粉末，通过向活塞环母材2进行喷涂，喷镀膜3形成于活塞环母材2上。本发明的喷镀膜3是通过如上所述的等离子喷镀形成的膜，与下述的HVOF喷镀相比，原料粉末在熔融的温度或与其接近的温度下进行喷镀，因此，通过将原料粉末的平均粒径Da，Db控制为上述范围内，则可以起到本发明特有的效果。作为滑动面，可以列举活塞环1与气缸套(未图示)接触进行滑动的外周滑动面，但也可以设置于其它的表面。
此外，虽然不是构成本发明的喷镀膜的形成方法，但HVOF(超音速氧焰喷涂(HighVelocity Oxygen Fuel)略语)喷镀是使用氧和燃料的高速喷焰的喷镀。具体而言，使高压氧及燃料的混合气体在燃烧室内燃烧，其燃烧火焰通过喷嘴集中在一点，向大气中释放的瞬间产生急剧的气体膨胀，成为超音速的喷射。通过高的加速能量进行加速的原料粉末几乎不会发生氧化及组成的变化，高密度的喷镀膜形成于活塞环母材上。该HVOF喷镀例如是在专利文献3中采用的方法，成膜速度虽快，但不会提高温度，因此，原料粉末不怎么熔融地进行喷镀。因此，作为原料粉末，使用小的微细粒子。
喷镀膜3的厚度没有特别限定，例如，在为图2所示的单一层的情况下，优选为200μm以上、且600μm以下的范围内。另外，以图3所示的2层或其以上的构成的情况下，根据其层构成的不同而不同，但对于本发明的特征的喷镀膜3，优选为150μm以上、且550μm以下的范围内。通过具有这些厚度范围，可以起到本发明特有的效果。
(喷镀膜的面积比例)
就喷镀膜3而言，Mo相的面积B与混合粉末成分即Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成原料粉末的Mo粉末的配合质量b与混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。这是指：Mo粉末进入经过喷镀的混合粉末的间隙而形成。面积比(B/A)比配合质量比(b/a)大，因此，在配合用于提高耐磨损性所需要的混合粉末的量的情况下，可以形成与配合较多的混合粉末的情况相同程度的Mo相的面积比例，因此，可以有效地提高耐磨损性和抗划性。因此，就该喷镀膜3而言，耐磨损性和抗划性优异的高融点金属Mo的面积比例大，与通 常相比低成本，喷镀膜3的耐磨损性、抗划性和对配合对象的攻击性优异。
Mo相的面积比优选为喷镀膜整体的40％以上。通过形成40％以上的Mo相的面积比，可以进一步提高耐磨损性和抗划性。此外，其上限没有特别限定，可以设为70％。此外，如图2所示，喷镀膜3具有由Mo构成的Mo相、由Cr3C2和NiCr构成的Cr3C2-NiCr相。在本申请中，面积比通过如下得到的值进行表示：利用金属显微镜拍摄放大至200倍的照片，通过图像解析软件解析该拍摄图像。
对于喷镀膜3的空隙率，以面积％计优选为8％以下。另外，从喷镀膜3的致密性和基于储油性的耐磨损性的观点来看，更优选空隙率为6％以下。另外，空隙率的下限没有特别限定，例如，可以设为0.5％。空隙率的测定例如通过图像解析软件进行解析。
(应用例)
作为应用例，可以列举从活塞环母材2侧起依次设置有第1喷镀膜和第2喷镀膜的例子。第1喷镀膜是如下形成的被膜：对混合粉末的平均粒径Da为50μm以上、且Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da大的第1原料粉末进行喷镀。另一方面，第2喷镀膜是如下形成的被膜：对混合粉末的平均粒径Da为50μm以上、且Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da小的第2原料粉末进行喷镀。
通过如上所述的构成，可以形成具有面积比和质量比不同的2层或其以上的复合喷镀膜的活塞环。也可以重复设置如上所述得到的第1喷镀膜和第2喷镀膜。在最外层表面侧设有哪种喷镀膜是任意的，但从耐磨损性和抗划性观点来看，优选设置第2喷镀膜。
(喷镀表面层)
如图1(B)所示，在喷镀膜3之上也可以任意地设置喷镀表面层4。喷镀表面层4优选是含有Cu的层，可以更进一步降低对配合对象的攻击性，并且可以制成具有良好初期磨合性的喷镀膜的活塞环。
喷镀表面层4是含有70质量％以上100质量％以下的Cu的Cu层或Cu合金层。喷镀表面层4含有70～100质量％的Cu，但喷镀膜3有时也任意含有1～10质量％的Cu或Cu合金，因此，由这些构成的喷镀膜3和喷镀表面层4为均含有Cu的层。其结果是两层的密合性(层间密合性)提高，可以进一步使提高初期磨合性且降低对配合对象的攻击性的效果持续。
喷镀表面层4可以通过与喷镀膜3同样的等离子喷镀或电弧喷镀、气体喷镀等形成于喷镀膜3上。作为原料粉末，使用Cu或Cu合金的粉末或铜丝使成膜后的喷镀表面层4的Cu含量为70～100质量％。通常，喷镀表面层4的Cu含量、和原料粉末中的粉末成分的Cu组成比率相同，因此，上述的喷镀表面层4的Cu含量可以称为原料粉末的成分比率。因此，为了将喷镀表面层4控制为希望的成分比率，可以对构成原料粉末的粉末的配合量进行调整。作为原料粉末的Cu粉末或作为Cu合金粉末，优选使用平均粒径为15～125μm的粉末，其大小没有特别限定。该粉末的平均粒径也与上述同样，通过利用粒子径分布测定装置测定得到的值表示。
作为喷镀表面层4的Cu组成或Cu合金组成，可以列举Cu组成、CuAlFe合金组成、CuNi合金组成等。特别是优选Cu组成和CuAlFe合金组成，即可以使用它们的一种，也可以混合使用两种。另外，可以适当配合Cu、Al及Fe的各粉末，制成CuAlFe合金组成。另外，也可以含有这些以外的金属成分，此时，前提是不损害本发明的特征。此外，CuAlFe合金的组成没有特别限定，但优选使用Al为9～25质量％、Fe为0.7～5质量％、剩余部分为Cu的CuAlFe合金。
(制造方法)
本发明的活塞环1的制造方法包括：喷镀原料粉末制成喷镀膜3，所述原料粉末至少含有Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及Mo粉末，其特征在于，混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，Mo粉末的平均粒径Db比混合粉末的平均粒径Da小(Da＞Db)。构成该喷镀膜3的Mo相的面积B与Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成原料粉末的Mo粉末的配合质量b与混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。
对于该制造方法，在上述的活塞环的说明栏，特别是对喷镀膜3的形成进行说明的栏中详细地进行了说明，所以在此省略其说明。
(实施例)
列举实施例和比较例，更详细地说明本发明。
(实施例1)
制备原料粉末，对平均粒径Db为30.65μm的Mo粉末和平均粒径Da为66.1μm的混合粉末(Cr3C2粉末及NiCr粉末的混合)进行配合，使它们分别为33质量％、67质量％。此外，构成混合粉末的Cr3C2粉末及NiCr粉末的配 合比例的组成分析的结果为：原料粉末67质量％中，Cr3C2粉末为50.2质量％，、NiCr粉末为16.8质量％。另外，NiCr粉末的成分组成为Ni：78.5质量％，Cr：20.1质量％，Fe：0.3质量％，Si：0.92质量％，其余部分：其它不可避免的杂质。
使用该原料粉末，在以下的条件下进行等离子喷镀，在由硼铸铁构成的活塞环母材2的滑动面上形成厚度为300μm的喷镀膜3。等离子喷镀使用Sulzer Metco株式会社制造的9MB等离子喷镀喷枪进行，以电压60～70V，电流500A进行喷镀。喷镀膜3的成分组成使用反向散射测定装置(日新high voltage株式会社制造)进行定量，与原料即原料粉末的组成相同，Mo：33质量％、Cr3C2：48质量％、NiCr：17质量％、其它：2质量％。
(实施例2)
实施例1中，使用平均粒径Db为40.09μm的Mo粉末、平均粒径Da为66.1μm的混合粉末(Cr3C2粉末及NiCr粉末的混合)，除此以外，与实施例1同样地操作，形成厚度为300μm的喷镀膜3。喷镀膜3的喷镀膜3的成分组成也与实施例1相同。
(实施例3)
实施例1中，使用平均粒径Db为30.65μm的Mo粉末、平均粒径Da为75.65μm的混合粉末(Cr3C2粉末及NiCr粉末的混合)，除此以外，与实施例1同样地操作，形成厚度为300μm的喷镀膜3。喷镀膜3的喷镀膜3的成分组成也与实施例1相同。
(参考例1)
实施例1中，使用平均粒径Db为75.64μm的Mo粉末、平均粒径Da为54.21μm的混合粉末(Cr3C2粉末及NiCr粉末的混合)，除此以外，与实施例1同样地操作，形成厚度为300μm的喷镀膜。喷镀膜的喷镀膜3的成分组成也与实施例1同样。
(比较例1)
实施例1中，使用平均粒径Db为30.65μm的Mo粉末、平均粒径Da为21.72μm的混合粉末(Cr3C2粉末及NiCr粉末的混合)，除此以外，与实施例1同样地操作，形成厚度为300μm的喷镀膜。喷镀膜的喷镀膜3的成分组成与实施例1相同。
(比较例2)
实施例1中，平均粒径Db为33.50μm的Mo粉末、平均粒径Da为33.10μm的混合粉末(Cr3C2粉末及NiCr粉末的混合)，除此以外，与实施例1同样地操作，形成厚度为300μm的喷镀膜。喷镀膜的喷镀膜3的成分组成与实施例1相同。
(测定方法及测定结果)
对于获得的各喷镀膜，分别测定质量(％)、平均粒径(μm)、面积(％)、耐磨损性指数。以下的结果汇总于表1。
(耐磨损性指数和配合对象材料的耐磨损性指数)
耐磨损性指数和配合对象材料的耐磨损性指数通过磨损试验测定。磨损试验使用图3所示的高负载型磨损试验机6，使用与在实施例1～3、参考例1及现有例1、2中得到的活塞环相同的条件下得到的固定片即样品7，使供试样品7(固定片)、和作为旋转片的配合对象材料8接触，负载载重P而进行。在此，供试样品7与由片状石墨铸铁构成的三个销(φ5mm、58.9mm2)一体成型为外径为40mm的圆盘，圆盘外径为40mm，厚度含销为12mm。另外，配合对象材料8(旋转片)的外径为40mm、厚度为12mm的硼铸铁。磨损试验条件在下列条件下进行：润滑油：与锭子油相当的产品，油温：125℃，转速：1.65m/秒钟(1050rpm)，接触面压：76.4MPa，试验时间：8小时。
就耐磨损性及配合对象材料耐磨损性而言，将与实施例1～3和比较例1、2相当的各供试材料的磨损指数与参考例1对应的供试材料的磨损指数之比进行比较来作为耐磨损性指数。因此，各供试样品的耐磨损性指数表示：比100越小，磨损量越小。
(面积率)
就面积率而言，对与喷镀膜3的滑动面的法线平行(或环轴方向)地截断的剖面进行抛光，对呈现的表面用金属显微镜拍摄放大200倍的照片，通过图像解析软件解析该拍摄图像，测定Mo相的剖面面积B、和Cr3C2-NiCr相的剖面面积A。另外，喷镀膜3的抛光利用粒度顺次减小为180号、240号、320号、600号、800号、1200号的抛光纸进行，最后，使用铝氧粉(氧化铝)的1.0μm粉末，进行20秒的磨光轮抛光，利用村上试剂对得到的抛光面进行2秒或3秒的腐蚀，作为面积率的观察试样。
(评价)
确认到：各实施例在喷镀膜耐磨损性指数及配合对象材料耐磨损性指数 方面，比参考例1及比较例1，2更优异。
(表1)

Claims (14)

1.一种活塞环，其具有喷镀原料粉末而形成的喷镀膜，所述原料粉末至少含有：
Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及
Mo粉末，其中，
所述混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，所述Mo粉末的平均粒径Db比所述混合粉末的平均粒径Da小，
Mo粉末以在原料粉末中的含量为20质量％以上、且60质量％以下的范围进行配合，
混合粉末以在原料粉末中的含量为40质量％以上、且80质量％以下的范围进行配合。
2.如权利要求1所述的活塞环，其中，
构成所述喷镀膜的Mo相的面积B与Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成所述原料粉末的所述Mo粉末的配合质量b与所述混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。
3.如权利要求1或2所述的活塞环，其中，
所述Mo相的面积比例为喷镀膜整体的40％以上。
4.如权利要求1所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜的最外层表面具有含Cu的喷镀表面层。
5.如权利要求2所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜的最外层表面具有含Cu的喷镀表面层。
6.如权利要求3所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜的最外层表面具有含Cu的喷镀表面层。
7.如权利要求1所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜和活塞环母材之间具有基底层。
8.如权利要求2所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜和活塞环母材之间具有基底层。
9.如权利要求3所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜和活塞环母材之间具有基底层。
10.如权利要求4所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜和活塞环母材之间具有基底层。
11.如权利要求5所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜和活塞环母材之间具有基底层。
12.如权利要求6所述的活塞环，其中，
在所述喷镀膜和活塞环母材之间具有基底层。
13.一种活塞环的制造方法，其包括：喷镀原料粉末来形成喷镀膜，所述原料粉末至少含有：
Cr3C2粉末和NiCr粉末的混合粉末、以及
Mo粉末，
所述混合粉末的平均粒径Da为50μm以上，所述Mo粉末的平均粒径Db比所述混合粉末的平均粒径Da小，
Mo粉末以在原料粉末中的含量为20质量％以上、且60质量％以下的范围进行配合，
混合粉末以在原料粉末中的含量为40质量％以上、且80质量％以下的范围进行配合。
14.如权利要求13所述的活塞环的制造方法，其中，
构成所述喷镀膜的Mo相的面积B与Cr3C2-NiCr相的面积A之比(B/A)比构成所述原料粉末的所述Mo粉末的配合质量b与所述混合粉末的配合质量a之比(b/a)大。
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