CN106255774B - 滑动构件和活塞环 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面的滑动构件(1)具备基材(2)和形成在基材(2)的滑动面上的喷镀覆膜(10)，喷镀覆膜(10)含有钼相(11)、碳化铬相(12)和镍铬合金相(13)，钼相(11)、碳化铬相(12)和镍铬合金相堆积在基材(2)的滑动面上，与基材(2)的表面垂直的方向(Y)上的碳化铬相(12)的厚度tCrC的平均值为TCrC、该方向上的钼相(11)的厚度tMo的平均值为TMo时，TCrC/TMo为0.46～1.00。

Description

滑动构件和活塞环
技术领域
本发明涉及滑动构件和活塞环。
背景技术
近年来，随着引擎的高输出化等高性能化，引擎用的活塞环的使用环境越来越严格，要求具有更优良的耐磨损性和耐烧结性的活塞环(参考下述专利文献1～4)。特别是，对与气缸衬里滑动的活塞环的外周面要求高的耐磨损性和耐烧结性等。为了应对这样的要求，通过喷镀法在活塞环的外周滑动面上形成覆膜，对活塞环赋予高的耐磨损性和耐烧结性。需要说明的是，“烧结”是指活塞环的外周面(滑动面)由于伴随与气缸衬里的滑动产生的发热而与气缸衬里接合的现象。“耐烧结性”是指不易引起烧结的性质。
例如，作为提高喷镀覆膜的耐磨损性的方法，有使喷镀覆膜中所含的作为硬质粒子的陶瓷成分增加的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-314839号公报
专利文献2：日本特开2005-155711号公报
专利文献3：日本特开2012-046821号公报
专利文献4：日本特开平3-172681号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，喷镀覆膜中的陶瓷成分增加时，与活塞环外周面滑动的引擎的衬里内表面的磨损量增大。以下，将像引擎的衬里内表面这样与活塞环的外周面滑动的构件记做“对象材料”。
喷镀覆膜是使半熔融状态的粒子撞击母材而形成的，因此，具有组成不同的多种粒子破碎并互相重叠而得到的组织。因此，使喷镀覆膜滑动时，软质的金属成分和硬质的陶瓷成分这两者露出在喷镀覆膜的滑动面。在使硬质成分与软质成分发生滑动的情况下，软质成分更容易磨损，因此，与均质材料的滑动面相比，喷镀覆膜的滑动面容易变得粗糙。另外，在喷镀条件不适当的情况下，组织的一部分容易从滑动面脱落，滑动面变得粗糙、或者因脱落的粒子而发生磨料磨损(Abrasive wear)。
本发明的目的在于提供具有优良的耐磨损性并且能够抑制对象材料的磨损的滑动构件和活塞环。
用于解决问题的方法
本发明的一个方面的滑动构件具备基材和形成在上述基材的滑动面上的喷镀覆膜，喷镀覆膜含有钼相、碳化铬相和镍铬合金相，钼相、碳化铬相和镍铬合金相堆积在基材的滑动面上，与基材的滑动面垂直的方向上的碳化铬相的厚度的平均值为TCrC、与基材的滑动面垂直的方向上的钼相的厚度的平均值为TMo时，TCrC/TMo为0.46～1.00。
本发明的一个方面的滑动构件中，TMo可以为1.4～4.2μm，TCrC可以为1.1～2.2μm。
本发明的一个方面的滑动构件中，在喷镀覆膜内形成有气孔，钼相、碳化铬相、镍铬合金相和气孔在滑动面上重合，在滑动面上重合的、钼相、碳化铬相、镍铬合金相和气孔的总数在与滑动面垂直的方向上的喷镀覆膜的每单位厚度中可以为48/(100μm)～71/(100μm)。
本发明的一个方面的滑动构件中，喷镀覆膜中的钼原子的含有率可以为37～51质量％，喷镀覆膜中的铬原子的含有率可以为19～32质量％，喷镀覆膜中的镍原子的含有率可以为6～13质量％，喷镀覆膜中的碳原子的含有率可以为10～14质量％。
本发明的一个方面的滑动构件中，喷镀覆膜的平均硬度可以为400～900HV0.1。
本发明的一个方面的活塞环具备上述滑动构件。
发明效果
根据本发明，能够提供具有优良的耐磨损性并且能够抑制对象材料的磨损的滑动构件和活塞环。
附图说明
图1中的(a)(即图1a)是本发明的一个实施方式的滑动构件(活塞环)的立体图，图1中的(b)(即图1b)是图1a的滑动构件的b-b方向的断面图。
图2是表示本发明的一个实施方式的滑动构件的喷镀覆膜的内部结构的图，是与滑动构件的滑动面垂直的方向上的喷镀覆膜的断面的示意图。
图3是磨损量测定装置的侧视图。
图4是本发明的实施例1的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的一部分的背散射电子像。
图5是实施例1的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的另一部分的背散射电子像。
图6是本发明的实施例2的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的一部分的背散射电子像。
图7是本发明的实施例2的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的另一部分的背散射电子像。
图8是本发明的实施例3的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的一部分的背散射电子像。
图9是本发明的实施例3的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的另一部分的背散射电子像。
图10是比较例1的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的一部分的背散射电子像。
图11是比较例1的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的另一部分的背散射电子像。
图12是比较例2的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的一部分的背散射电子像。
图13是比较例2的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的另一部分的背散射电子像。
图14是比较例3的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的一部分的背散射电子像。
图15是比较例3的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的另一部分的背散射电子像。
图16是比较例4的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的一部分的背散射电子像。
图17是比较例4的滑动构件的喷镀覆膜的断面(与基材的滑动面垂直的断面)的另一部分的背散射电子像。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的优选实施方式详细地进行说明。但是，本发明不限于下述实施方式。
[滑动构件]
本实施方式的滑动构件可以构成例如活塞环、气缸、叶片和挺杆等的一部分或全部。下文中，对滑动构件1为活塞环的情况进行说明。如图1和2所示，本实施方式的活塞环1例如具备环状的基材2和形成在位于基材2的外周的滑动面2a上的喷镀覆膜10。
基材2例如由铸铁材料和钢材等构成。基材2的形状根据滑动构件的用途适当选择，没有特别限定。在滑动构件1为活塞环的情况下，基材2的外径例如可以为200mm～980mm。基材2的内径例如可以为190mm～920mm。基材2的厚度例如可以为约5mm～约25mm。在活塞环1插入到引擎的气缸内的情况下，基材2的外周面是与作为对象材料的衬里发生滑动的面。
在基材2的外周面上形成喷镀覆膜10之前，可以预先通过喷砂等在基材2的外周面上形成粗糙度为约1μm～约20μm的凹凸。由此，在喷镀法中熔融的粒子与基材2的凸部或凹部碰撞时，伴随熔融的粒子的凝固、收缩，应力作用于粒子，通过由该应力引起的锚固效应使得喷镀覆膜10容易牢固地胶粘于基材2上。
如图2所示，喷镀覆膜10含有钼相11、碳化铬相12和镍铬合金相13。喷镀覆膜10可以含有多个钼相11、多个碳化铬相12和多个镍铬合金相13。喷镀覆膜10可以由钼相11、碳化铬相12和镍铬合金相13构成。钼相11有助于喷镀覆膜10的耐烧结性。碳化铬相12有助于喷镀覆膜10的耐磨损性。镍铬合金相13的至少一部分夹杂在钼相11与碳化铬相12之间，具有将两相接合的功能。钼相11、碳化铬相12和镍铬合金相13堆积在基材2的滑动面2a上。钼相11、碳化铬相12和镍铬合金相13可以是在与滑动面2a平行的方向上延伸的层。即，钼相11、碳化铬相12和镍铬合金相13可以各自为钼层、碳化铬层和镍铬合金层。
与上述基材2的滑动面2a垂直的方向Y上的碳化铬相12的厚度为tCrC、tCrC的平均值为TCrC、方向Y上的钼相11的厚度为tMo、tMo的平均值为TMo时，TCrC/TMo为0.46～1.00。
TCrC/TMo为0.46～1.00意味着，碳化铬相12的平均厚度TCrC与钼相11的平均厚度TMo的差小。
碳化铬相12比钼相11硬，不易磨损。换言之，钼相11比碳化铬相12柔软，容易磨损。因此，在TCrC/TMo为0.46～1.00的范围外的情况下，软质的钼相11容易在喷镀覆膜10的滑动面磨损，硬质的碳化铬相12容易露出于喷镀覆膜10的滑动面而残留。即，TCrC与TMo的差大时，喷镀覆膜10的滑动面容易磨损，滑动面容易变得粗糙。硬质的碳化铬相12露出于喷镀覆膜10的滑动面时，对象材料因与碳化铬相12的滑动而容易磨损。另外，碳化铬相12露出于喷镀覆膜10的滑动面时，碳化铬相12容易从喷镀覆膜10的滑动面脱落，脱落的碳化铬相12引起磨料磨损。另一方面，在本实施方式中，TCrC与TMo的差大时所发生的上述现象得到抑制。即，在本实施方式中，TCrC/TMo为0.46～1.00，TCrC与TMo的差小，因此，喷镀覆膜10的滑动面为均质，伴随滑动而产生的喷镀覆膜10的滑动面的磨损和粗糙化得到抑制，对象材料的磨损也得到抑制。基于同样的理由，TCrC/TMo可以为0.50～1.00、0.51～1.00、0.60～1.00、0.65～1.00、0.50～0.80、0.51～0.80、0.60～0.80、0.65～0.80、0.50～0.76、0.51～0.76、0.60～0.76或者0.65～0.76。
钼相11的平均厚度TMo可以为1.4～4.2μm或者2.0～4.0μm。钼相11的平均厚度TMo为4.2μm以下时，具有滑动面容易变得平滑的倾向。基于同样的理由，TMo可以为2.4～3.0μm。
碳化铬相12的平均厚度TCrC可以为1.1～2.2μm或者1.0～2.0μm。TCrC为1.0μm以上时，具有充分发挥碳化铬相所具有的耐磨损性、喷镀覆膜的磨损量降低的倾向。碳化铬相12的平均厚度TCrC为2.2μm以下时，在滑动时碳化铬相不易从滑动面突出，滑动后的滑动面变得平滑，因此，具有喷镀覆膜和对象材料的磨损量都减少的倾向。基于同样的理由，TCrC可以为1.4～1.9μm。
镍铬合金相13的平均厚度TNiCr可以为0.5～1.0μm。镍铬合金相13的平均厚度TNiCr可以为0.8～0.9μm。
在喷镀覆膜10内，可以形成有多个气孔14。气孔14可以形成在喷镀覆膜10的钼相11内。气孔14也可以形成在喷镀覆膜10的碳化铬相12内。气孔14也可以形成在喷镀覆膜10的镍铬合金相13内。气孔14也可以形成在钼相11、碳化铬相12和镍铬合金相13中的两相或三相之间。气孔14的宽度D可以为0.4～0.8μm。气孔14的宽度D是指与基材2的滑动面2a垂直的方向Y上的气孔14的宽度(内径)的平均值。气孔14的宽度D可以为0.5～0.6μm。
钼相11、碳化铬相12、镍铬合金相13和气孔14可以在滑动面2a上重合。即，钼相11、碳化铬相12、镍铬合金相13和气孔14可以沿着与上述滑动面2a垂直的方向Y重合。在滑动面2a上重合的钼相11的平均相数在喷镀覆膜10的每单位厚度中为NMo(单位：1/100μm)，在滑动面2a上重合的碳化铬相12的平均相数在喷镀覆膜10的每单位厚度中为NCrC(单位：1/100μm)，在滑动面2a上重合的镍铬合金相13的平均相数在喷镀覆膜10的每单位厚度中为NNiCr(单位：1/100μm)，在滑动面2a上重合的气孔14的数量的平均值在喷镀覆膜10的每单位厚度中为NP时，(NMo+NCrC+NNiCr+NP)可以为48/(100μm)～71/(100μm)。(NMo+NCrC+NNiCr+NP)在上述范围内时，具有如下倾向：构成喷镀覆膜10的组织的各相微细，喷镀覆膜10中的各相的不均得到抑制，使喷镀覆膜10均匀地磨损。因此，具有如下倾向：滑动时的喷镀覆膜10的滑动面容易变得平滑，喷镀覆膜10的滑动面的表面粗糙度容易降低，对象材料的磨损容易得到抑制。基于同样的理由，(NMo+NCrC+NNiCr+NP)可以为51.6/(100μm)～64.6/(100μm)。
钼相11的平均相数NMo例如可以为16.1/(100μm)～19.9/(100μm)或者17.2/(100μm)～18.7/(100μm)。
碳化铬相12的平均相数NCrC例如可以为15.1/(100μm)～21.6/(100μm)或者16.0/(100μm)～21.2/(100μm)。
镍铬合金相13的平均相数NNiCr例如可以为11.6/(100μm)～29.9/(100μm)或者15.4/(100μm)～24.4/(100μm)。
气孔14的数量的平均值NP例如可以为0.3/(100μm)～7.9/(100μm)或者0.6/(100μm)～3.6/(100μm)。
喷镀覆膜10中的钼原子的含有率可以为37～51质量％或者40.64～48.68质量％。
喷镀覆膜10中的铬原子的含有率可以为19～32质量％或者21.90～29.16质量％。
喷镀覆膜10中的镍原子的含有率可以为6～13质量％或者7.98～11.89质量％。
喷镀覆膜10中的碳原子的含有率可以为10～14质量％或者11～14质量％。
钼原子、铬原子、镍原子和碳原子各自的含有率在上述范围内时，具有容易得到本发明的效果的倾向。
喷镀覆膜10的厚度可以为50～600μm或者200～450μm。喷镀覆膜10的厚度为50μm以上时，即使在为了控制喷镀覆膜10的粗糙度而对表面进行加工后，也能够残留充分的厚度，具有容易维持喷镀覆膜10的耐久性的倾向。喷镀覆膜10的厚度为600μm以下时，具有容易抑制喷镀覆膜10从基材2剥离的倾向。
喷镀覆膜10的维氏硬度可以为400～900HV0.1、450～850HV0.1或者500～800HV0.1。喷镀覆膜10的维氏硬度为400HV0.1以上时，具有喷镀覆膜的磨损量容易降低的倾向。喷镀覆膜10的维氏硬度为900HV0.1以下时，具有对象材料的磨损量容易降低的倾向。
[滑动构件的制造方法]
滑动构件1通过将粉末组合物(粒子)喷镀到基材2的滑动面2a上而在基材2的滑动面2a上形成喷镀覆膜10来制造。粉末组合物例如含有钼粒子、碳化铬粒子和镍铬合金粒子。粉末组合物可以仅由钼粒子、碳化铬粒子和镍铬合金粒子构成。
粉末组合物中的钼粒子的含有率相对于粉末组合物的总质量可以为40～60质量％或者45～55质量％。通过使粉末组合物含有钼粒子，容易得到耐磨损性和耐烧结性优良、与基材2的密合性优良的喷镀覆膜10。粉末组合物中的钼粒子的含有率为40质量％以上时，具有上述耐烧结性和密合性容易提高的倾向。另外，粉末组合物中的钼粒子的含有率为60质量％以下时，容易对碳化铬粒子和镍铬合金粒子的含有率进行调整来确保碳化铬粒子和镍铬合金粒子的混合比例。
钼粒子的中值粒径可以为15～40μm或者25～35μm。钼粒子的中值粒径为15μm以上时，具有钼在喷镀覆膜10中容易与其他金属成分缠结的倾向。另外，具有如下倾向：在喷镀时能够抑制过度的烟尘(fume)的产生，喷镀覆膜10与基材2的胶粘力容易提高。另外，具有粉末组合物的流动性提高、容易形成喷镀覆膜10的倾向。另一方面，钼粒子的中值粒径为40μm以下时，具有如下倾向：在喷镀覆膜10中形成更微细的组织，对象材料的磨损容易降低。另外，具有钼粒子容易熔融、喷镀覆膜10中的气孔率减少的倾向。需要说明的是，粒子的中值粒径是表示将粒径具有分布的粒子群以某一粒径为界分成两群时粒径大的群与粒径小的群的粒子的数量相等的直径。
钼粒子可以是造粒后的烧结粒子。钼造粒烧结粒子可以通过将小径的钼粉末进行造粒后进行加热来得到。造粒中使用的钼粉末的粒径例如可以为1～3μm。
粉末组合物中的碳化铬粒子的含有率相对于粉末组合物的总质量可以为20～40质量％或者30～40质量％。通过使粉末组合物含有碳化铬粒子，能够提高引擎内等的喷镀覆膜10的耐磨损性。粉末组合物中的碳化铬粒子的含有率为20质量％以上时，具有喷镀覆膜10的耐磨损性容易提高的倾向。另外，粉末组合物中的碳化铬粒子为40质量％以下时，具有如下倾向：在喷镀覆膜10内粒子彼此容易结合，容易抑制碳化铬相从喷镀覆膜10的表面脱落。碳化铬从喷镀覆膜10的表面脱落时，在脱落的碳化铬存在于喷镀覆膜10与对象材料的界面的状态下，滑动构件1与对象材料发生滑动，因此存在覆膜的磨损量和对象材料的磨损量都增大的倾向。
碳化铬粒子的中值粒径可以为5～25μm、9～24μm或者10～20μm。碳化铬粒子的中值粒径为5μm以上时，与碳化铬粒子过小的情况相比，碳化铬在喷镀覆膜10中容易与其他金属成分缠结，不易从喷镀覆膜10的滑动面脱落。另外，碳化铬粒子的中值粒径为25μm以下时，具有如下倾向：碳化铬相不易从喷镀覆膜10的滑动面突出，滑动面变得平滑，因此，碳化铬相本身不易从滑动面脱落。例外，也不易发生对象材料的滑动面因突出于喷镀覆膜10的滑动面的碳化铬相而被磨损的现象。此外，碳化铬粒子的中值粒径为25μm以下时，与碳化铬粒子过大的情况相比，喷镀覆膜10的组织内的硬度差减少。其结果是，在喷镀覆膜10的滑动面，局部性硬的部分(碳化铬偏在的部分)减小，不易发生因碳化铬而在对象材料的滑动面形成微细的凹凸的现象。因此，碳化铬粒子的中值粒径处于上述范围时，具有如下倾向：喷镀覆膜10的耐磨损性容易提高，容易抑制对象材料的滑动面的磨损。
粉末组合物中的钼粒子的含有率为MMo质量％、粉末组合物中的碳化铬粒子的含有率为MCrC质量％时，MCrC/MMo可以为0.33～1.00。MCrC/MMo为0.33～1.00时，TCrC/TMo容易控制在0.46～1.00的范围内。基于同样的理由，MCrC/MMo可以为0.54～0.89。
粉末组合物中的镍铬合金粒子的含有率相对于粉末组合物的总质量可以为10～25质量％或者10～20质量％。通过使粉末组合物含有镍铬合金粒子，能够抑制碳化铬因滑动等而从喷镀覆膜10脱落。粉末组合物中的镍铬合金粒子的含有率为10质量％以上时，具有容易抑制构成喷镀覆膜10的成分(特别是碳化铬)从滑动面脱落的倾向。另外，粉末组合物中的镍铬合金粒子的含有率为25质量％以下时，具有耐烧结性容易提高的倾向。
镍铬合金粒子的中值粒径可以为10～35μm或者15～30μm。镍铬合金粒子的中值粒径为10μm以上时，具有容易抑制构成喷镀覆膜10的成分(特别是碳化铬)从滑动面脱落的倾向。另外，镍铬合金粒子的中值粒径为35μm以下时，具有如下倾向：喷镀覆膜10中的组织变得致密，容易抑制构成喷镀覆膜10的成分的脱落，容易抑制对象材料的磨损。另外，具有如下倾向：喷镀覆膜10中的镍铬合金在滑动面上细细地分散，对象材料的磨损容易降低。
粉末组合物可以含有上述以外的其他成分。其他成分例如可以为镍铬合金以外的镍合金、钴合金以及铜和铜合金等。镍合金例如可以为镍基自熔性合金。以该粉末组合物总量为基准，粉末组合物中的上述其他成分的含有率为约1质量％～约10质量％即可。其他成分的中值粒径没有特别限定。需要说明的是，粉末组合物有时含有上述以外的成分作为不可避免的杂质。杂质的含有率低至不阻碍本发明效果的程度即可。
将粉末组合物在喷镀装置内加热，以高速向基材2的滑动面2a喷射。将粉末组合物喷镀到基材2的滑动面2a上的方法可以为气体火焰喷镀法、等离子喷镀法或者高速火焰喷镀法(HVOF)等。这些方法中，优选等离子喷镀法。
在等离子喷镀法中，向喷镀装置的阳极与阴极之间施加高电压，由此使阳极与阴极之间的气体等离子化。等离子化后的气体被加热，进一步发生膨胀，因此，以高温且高速从喷镀装置喷出，形成等离子流(等离子体羽)。供给至喷镀装置的粉末组合物在上述等离子流中被加热并加速，向基材2喷射。对于加热并加速后的粒子，粒子的一部分发生了熔融，因此，在与基材2碰撞时，发生扁平化，以层状堆积在基材2的滑动面2a上。然后，使以层状堆积的粒子在基材2上骤冷，形成喷镀覆膜10。
根据等离子喷镀法，与其他喷镀方法相比，能够将粉末组合物中的粒子加热至高温，具有促进粉末组合物中的各粒子的熔融的倾向。因此，具有如下倾向：在通过等离子喷镀法制作的喷镀覆膜10的与基材2的滑动面2a垂直的断面XY(与覆膜的厚度方向平行的断面)，层状的钼相11与层状的碳化铬相12与层状的镍铬合金相13堆积，形成各相褶曲并相互重叠并且缠结的组织。并且具有如下倾向：通过在喷镀覆膜10的断面形成上述组织，即使在滑动后也容易使碳化铬相保持在喷镀覆膜10中，并且，滑动后的喷镀覆膜10表面容易变得平滑。因此，通过上述等离子喷镀得到的喷镀覆膜10的耐磨损性优良，并且可抑制对象材料的磨损。
在等离子喷镀法中，与基材2碰撞的粒子(在等离子体羽中飞行的喷镀粒子)的平均速度例如可以为210m/秒以上或者215m/秒以上。喷镀粒子的平均速度例如可以为230m/秒以下或者226m/秒以下。在等离子喷镀法中，喷镀粒子的平均温度例如可以为3000℃以上或者3025℃以上。在等离子喷镀法中，喷镀粒子的平均温度例如可以为3250℃以下或者3228℃以下。与基材2碰撞的粒子的平均速度为210m/秒以上、该粒子的平均温度为3000℃以上时，钼粒子容易变形，容易形成薄的钼相，容易将TCrC/TMo控制在0.46～1.00的范围内。
等离子喷镀的条件以使上述喷镀粒子的平均速度和平均温度达到上述范围的方式来设定。在制造TCrC/TMo处于0.46～1.00的范围内的喷镀覆膜10的情况下，等离子喷镀的电流值(等离子气体电流)例如可以为450～550A，电力值例如可以为45～75kW。
供给至等离子喷镀装置中的阳极与阴极之间的气体例如可以为氮气、氩气、氢气或者氦气等。上述气体(等离子工作气体)可以单独使用一种，也可以组合使用两种。等离子工作气体可以是氮气与氩气的混合气体。
上述等离子工作气体的供给量可以为80～160NL/分钟或者100～130NL/分钟。另外，在等离子工作气体为氮气与氩气的混合气体的情况下，混合气体中的氮气的供给量可以为1～20NL/分钟。混合气体中的氩气的供给量可以为79～140NL/分钟。等离子工作气体的供给量为上述下限值以上时，具有如下倾向：能够对喷镀时的粒子赋予充分的速度，因此，喷镀覆膜10变得致密，容易抑制各相从喷镀覆膜10脱落。等离子工作气体的供给量为上述上限值以下时，具有如下倾向：喷镀时的粒子的速度不会变得过大，容易抑制喷镀覆膜10变得过度致密。因此，具有喷镀覆膜10中的内部应力减小、喷镀覆膜10中的裂纹不易产生的倾向。另外，具有如下倾向：能够使粉末组合物中的粒子充分熔融，抑制喷镀覆膜10中含有熔融不充分的粒子的块(喷溅物)的现象，容易抑制喷镀覆膜10的表面变粗糙。
实施例
以下，列举实施例对本发明具体地进行说明，但本发明的范围不限于这些实施例。
(实施例1)
[滑动构件1的制作]
将一般结构用轧制钢材(SS400)的板材切成纵5mm、横3.5mm、厚度8mm的棱柱状，由此得到试验用基材。通过下述步骤，在基材的滑动面(纵5mm×横3.5mm的面)上形成喷镀覆膜。
将50质量份的钼粒子、15质量份的镍铬合金粒子和35质量份的碳化铬粒子混合，得到粉末组合物A。作为钼粒子，使用将钼粉进行造粒烧结而得到的、パウレックス株式会社制造的粒子(商品名：SG-12S)。造粒前的钼粉(一次粒子)的粒径为1～3μm，造粒后的钼粒子(二次粒子)的中值粒径为31μm。作为镍铬合金粒子，使用苏尔寿美科公司制造的粒子(商品名：Metco 43VF-NS)。镍铬合金粒子的中值粒径为22μm。作为碳化铬粒子，使用苏尔寿美科公司制造的粒子(商品名：Metco 70F)。碳化铬粒子的中值粒径为13μm。
通过等离子喷镀法，将粉末组合物A喷镀到上述试验用基材的滑动面上，由此制作实施例1的滑动构件。等离子喷镀法使用苏尔寿美科公司制造的等离子喷镀装置“TriplexPro”来进行。等离子喷镀在下述条件下进行。喷镀粒子的平均速度调节至218m/秒。喷镀粒子的平均温度调节至3228℃。喷镀粒子的平均速度和平均温度使用オゼール公司制造的喷镀状况分析装置“SprayWatch”(注册商标)来进行测定。在使喷镀粒子所碰撞的基材2的滑动面的中央部，对喷镀粒子的平均速度和平均温度进行测定。
电流：450A。
电力：54kW。
载气(等离子工作气体)：Ar与N2的混合气体。
Ar气体的流量(供给量)：100NL/分钟。
N2气体的流量(供给量)：2.2NL/分钟。
[滑动构件的结构和组成的分析]
使用扫描型电子显微镜(SEM)测定的结果确认到：在喷镀后的基材的滑动面上形成了厚度为约438μm的喷镀覆膜。
将实施例1的滑动构件的喷镀覆膜在与基材的滑动面垂直的方向上切断。利用SEM所附带的能量色散型X射线分光装置(SEM-EDX)对该喷镀覆膜的断面1的喷镀覆膜进行分析。分析的结果确认到：喷镀覆膜含有多个钼相、多个碳化铬相和多个镍铬合金相。另外，基于SEM的观察的结果确认到：在喷镀覆膜中形成有多个气孔。
利用SEM拍摄实施例1的喷镀覆膜的断面1的背散射电子像。将喷镀覆膜的断面1的背散射电子像示于图4中。断面1的背散射电子像的倍率为500倍，背散射电子像的分辨率(像素数)为1280×960像素。通过同样的方法，拍摄作为与基材的滑动面垂直的方向上的喷镀覆膜的断面、且与断面1不同的部分(断面2)的背散射电子像。将断面2的背散射电子像示于图5中。图4和5中的白色部分为钼相，深灰色的部分为碳化铬相，浅灰色的部分为镍铬合金相，黑色部分为气孔。由图4和5确认到：层状的钼相、层状的碳化铬相、层状的镍铬合金相和气孔各自褶曲，各相和气孔堆积在滑动面上。
将实施例1的滑动构件的喷镀覆膜在与基材的滑动面垂直的方向上切断。利用SEM-EDX测定属于该喷镀覆膜的断面的测定部位a、b、c、d和e处的碳、氧、钼、铬和镍各自的含有率。将测定结果示于表3中。
实施使用喷镀覆膜的上述断面1的背散射电子像的下述步骤1～5。
<步骤1>基于背散射电子像中的对比度差，将钼相、碳化铬相、镍铬合金相和气孔相互辨别。
<步骤2>利用掩模尺寸为3×3像素的众数滤波器(MajorityFiltering)从背散射电子像中除去噪音。
<步骤3>分别个别地累计在背散射电子像中由沿纵向(与滑动面垂直的方向)排列的多个像素构成的一个像素列内存在的各相的厚度和气孔的宽度。
<步骤4>分别个别地计数在上述的一个像素列内存在的各相的数量和气孔的数量。
<步骤5>在背散射电子像中沿纵向(与滑动面垂直的方向)排列的全部像素列中，实施上述步骤3和4。
通过利用上述断面1的背散射电子像的步骤1～5，测定钼相的相数NMo、碳化铬相的相数NCrC、镍铬合金相的相数NNiCr、气孔的数量(NP)、钼相的厚度TMo、碳化铬相的厚度TCrC、镍铬合金相的厚度TNiCr以及气孔的宽度D。将这些关于断面1的测定结果示于表2的断面No.1的行中。将基于这些测定结果算出的NMo+NCrC+NNiCr+NP示于表2中。将基于关于断面1的上述测定结果算出的TMo、TCrC和TNiCr的平均值TAVE和TCrC/TMo示于表2中。
通过与上述断面1的背散射电子像的情况同样的方法，实施使用上述断面2的背散射电子像的步骤1～5。通过利用断面2的背散射电子像的步骤1～5，测定NMo、NCrC、NNiCr、NP、TMo、TCrC、TNiCr以及D。将这些关于断面2的测定结果示于表2的断面No.2的行中。将基于这些测定结果算出的NMo+NCrC+NNiCr+NP示于表2中。将基于关于断面2的上述测定结果算出的TAVE和TCrC/TMo示于表2中。
[维氏硬度]
通过下述方法测定实施例1的喷镀覆膜的维氏硬度。
依据JIS Z 2244所规定的方法，测定维氏硬度。测定中，使用维氏硬度计(株式会社明石制造，商品名：MVK-G2)。在维氏硬度的测定中，试验力为HV0.1，载荷的保持时间为10秒。对位于与滑动构件的基材的滑动面垂直的方向上的喷镀覆膜的断面的中央部的20处的维氏硬度进行测定，求出它们的平均值。将维氏硬度的平均值示于表1中。
[平均磨损量]
通过下述方法进行实施例1的滑动构件的耐磨损性试验。
图3是耐磨损性试验中所使用的磨损量测定装置的侧视图。在磨损量测定装置5中，滑动构件的支架6与作为对象材料的圆盘7相对向地配置。将实施例1的两个滑动构件1作为磨损销插入并固定到支架6的规定位置。使设置于支架6的滑动构件1的喷镀覆膜10与圆盘7相对向。对支架6施加载荷W，使滑动构件1的喷镀覆膜10与圆盘7接触。在喷镀覆膜10与圆盘7接触的状态下，在向接触面供给润滑油的同时使圆盘7在下述条件下沿图3的箭头R的方向旋转。
<试验条件>
磨损销(滑动构件)的尺寸：纵5.0mm×横3.5mm×厚度8.0mm。
防油污(as-coat)覆膜(喷镀后未进行研磨等后处理的喷镀覆膜)(5.0mm×3.5mm)。
对象材料：φ为60mm的圆盘。
通过划格调整后的算术平均粗糙度Ra：0.2～0.4μm。
硼铸铁制(“ターカロイ”(注册商标))。
一个活塞环与圆盘的接触面积：3.5mm×5mm。
接触面压力：94MPa。
润滑油：JOMO Delstar F20相当品。
润滑油供给：油供给(150mL/分钟)。
润滑油温度：80℃(油浴设定)、约65℃(向滑动面供给时)。
试验方法：1)以载荷为500N、对象材料旋转速度为500rpm的条件进行5分钟试运转。
2)以载荷为3300N、对象材料旋转速度为790rpm的条件进行60分钟正式试验。
3)测定喷镀覆膜和对象材料的磨损量。
4)再次进行1)～3)。
使用测微计测定耐磨损性试验前后的滑动构件1整体的厚度(基材2与喷镀覆膜10的厚度的合计值)。从耐磨损性试验前的滑动构件1的厚度中减去耐磨损性试验后的滑动构件1的厚度，由此算出喷镀覆膜10的磨损量。对每个喷镀覆膜进行三次耐磨损性试验，将所得到的喷镀覆膜的磨损量的算术平均值作为喷镀覆膜10的平均磨损量。将实施例1的喷镀覆膜的平均磨损量示于表1中。
另外，使用触针式轮廓仪，测定耐磨损性试验后的圆盘表面的滑动部(滑动痕)的底面与非滑动部表面的距离(高低差)。该距离(高低差)为对象材料的磨损量。对每个喷镀覆膜进行三次耐磨损性试验，将所得到的对象材料的磨损量的算术平均值作为对象材料的平均磨损量。将对象材料的平均磨损量示于表1中。
(实施例2～3和比较例1～4)
在实施例2～3和比较例1～4各自的滑动构件的制作中，将喷镀粒子的平均速度和平均温度调节至下述表1所记载的值。
在比较例4中，使用粉末组合物B代替粉末组合物A。粉末组合物B是含有60质量份的钼粒子、30质量份的镍铬合金粒子和10质量份的碳化铬粒子的组合物。
除了上述事项以外，通过与实施例1同样的方法，制作实施例2～3和比较例1～4各自的滑动构件。
通过与实施例1同样的方法，对各实施例和比较例的滑动构件的结构和组成进行分析。将分析结果示于表1～3中。
将通过与实施例1同样的方法拍摄的实施例2的喷镀覆膜的断面1的背散射电子像示于图6中。将通过与实施例1同样的方法拍摄的实施例2的喷镀覆膜的断面2的背散射电子像示于图7中。
将通过与实施例1同样的方法拍摄的实施例3的喷镀覆膜的断面1的背散射电子像示于图8中。将通过与实施例1同样的方法拍摄的实施例3的喷镀覆膜的断面2的背散射电子像示于图9中。
将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例1的喷镀覆膜的断面1的背散射电子像示于图10中。将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例1的喷镀覆膜的断面2的背散射电子像示于图11中。
将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例2的喷镀覆膜的断面1的背散射电子像示于图12中。将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例2的喷镀覆膜的断面2的背散射电子像示于图13中。
将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例3的喷镀覆膜的断面1的背散射电子像示于图14中。将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例3的喷镀覆膜的断面2的背散射电子像示于图15中。
将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例4的喷镀覆膜的断面1的背散射电子像示于图16中。将通过与实施例1同样的方法拍摄的比较例4的喷镀覆膜的断面2的背散射电子像示于图17中。
如图6～17所示，确认到：实施例2～3和比较例1～4各自的滑动构件均具备基材和形成在基材的滑动面上的喷镀覆膜，喷镀覆膜含有钼相、碳化铬相和镍铬合金相，钼相、碳化铬相、镍铬合金相和气孔堆积在基材的滑动面上。
通过与实施例1同样的方法，测定其他实施例和比较例各自的喷镀覆膜的维氏硬度。将测定结果示于表1中。
通过与实施例1同样的方法，进行使用其他实施例和比较例各自滑动构件的耐磨损性试验，测定各喷镀覆膜的平均磨损量和对象材料的平均磨损量。将测定结果示于表1中。
[表3]
在TCrC/TMo为0.46～1.00的实施例1～3中确认到：与比较例1～4相比，耐磨损性试验后的喷镀覆膜的磨损量小，并且对象材料的磨损量小。
尽管实施例1～3和比较例1～3的喷镀覆膜均是由粉末组合物A形成，但在比较例3中，没有得到像实施例1～3和比较例1～2的喷镀覆膜那样的微细组织(参考图4～15)。如表2所示，对于比较例3的喷镀覆膜而言，与实施例1～3和比较例1～2相比，各相的平均厚度大，平均相数少。认为比较例3与实施例1～3和比较例1～2的差异是由于：在比较例3中，喷镀粒子的平均速度小。比较例3中，与实施例1～3和比较例1～2相比，喷镀覆膜和对象材料的平均磨损量大。认为这是由于：比较例3的喷镀覆膜的组织不微细，因此发生了磨料磨损。
产业上的可利用性
本发明的滑动构件例如应用于汽车或船舶等的引擎用的活塞环。
符号说明
1…滑动构件(活塞环)、2…基材、2a…滑动面、5…磨损量测定装置、6…支架、7…圆盘、10…喷镀覆膜、11…钼相、12…碳化铬相、13…镍铬合金相、14…气孔。

Claims (6)

1.一种滑动构件，其具备基材和形成在所述基材的滑动面上的喷镀覆膜，
所述喷镀覆膜通过等离子喷镀法来制作，
所述喷镀覆膜含有层状的钼相、层状的碳化铬相和层状的镍铬合金相，
所述钼相、所述碳化铬相和所述镍铬合金相堆积在所述基材的滑动面上，褶曲并相互重叠，
与所述基材的滑动面垂直的方向上的所述碳化铬相的厚度的平均值为TCrC、与所述基材的滑动面垂直的方向上的所述钼相的厚度的平均值为TMo时，
TCrC/TMo为0.46～1.00。
2.如权利要求1所述的滑动构件，其中，所述TMo为1.4～4.2μm，所述TCrC为1.1～2.2μm。
3.如权利要求1或2所述的滑动构件，其中，
在所述喷镀覆膜内形成有气孔，
所述钼相、所述碳化铬相、所述镍铬合金相和所述气孔在所述滑动面上重合，
在所述滑动面上重合的、所述钼相、所述碳化铬相、所述镍铬合金相和所述气孔的总数在与所述滑动面垂直的方向上的所述喷镀覆膜的每单位厚度中为48/(100μm)～71/(100μm)。
4.如权利要求1或2所述的滑动构件，其中，所述喷镀覆膜中的钼原子的含有率为37～51质量％，所述喷镀覆膜中的铬原子的含有率为19～32质量％，所述喷镀覆膜中的镍原子的含有率为6～13质量％，所述喷镀覆膜中的碳原子的含有率为10～14质量％。
5.如权利要求1或2所述的滑动构件，其中，所述喷镀覆膜的平均硬度为400～900HV0.1。
6.一种活塞环，其具备权利要求1～5中任一项所述的滑动构件。
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