JP2004256913A

JP2004256913A - Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜

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Publication number: JP2004256913A
Application number: JP2004029048A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Tamegai; 悦夫為貝
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】含有するＭｏの量を所定の値とし、且つ含有するＨの量を所定の値とすることにより、Ｍｏの量を多くせずに所望の硬さを有し、耐熱性、耐摩耗性、耐スカッフ性に優れるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜の提供。
【解決手段】シリンダライナの内周摺動面に対して摺動するピストンリングの表面上の摺動面相当位置に生成されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜は、単一層又は積層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき層をなし、積層の場合には、質量比でモリブデン（Ｍｏ）を０．０５〜３．５％、水素（Ｈ）を０．０５〜０．１８％含み、単一層の場合には、質量比でモリブデン（Ｍｏ）を０．０５〜３．０％、水素（Ｈ）を０．０５〜０．１８％含む。このため、ピストンリングが燃料中のＳ濃度の高いガソリンの仕様機関やディーゼルエンジン等でのＥＧＲ等腐食雰囲気中で使用されても、高いレベルで耐熱性、耐摩耗性、耐スカッフ性を発揮することができる。

Description

本発明はＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜に関し、特に、水素（Ｈ）を含みシリンダライナやピストンリングの摺動面上に施されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜に関する。

従来より、内燃機関のシリンダライナやピストンリング等の摺動面相当位置には硬質クロムめっきが施されている。硬質クロムめっきの生成は工業的に容易であり、硬度が高く、耐熱性、耐食性に富むとともに耐摩耗性に優れている。ここで、耐熱性とは、高温領域（例えば、ピストンリングが実働時に曝される略２５０℃〜略２８０℃程度の温度領域）において耐摩耗性を維持できることをいう。

近年では、環境対策等の観点から内燃機関の高出力化の要求が高まってきている。これに伴い、硬質クロムめっき被膜の施されたピストンリングに要求される性能は高くなる一方である。従来より用いられている硬質クロムめっき被膜は、主にいわゆる単一層クロムめっきや、特開２００２―１０６７１６号公報に公知のように、積層をなし１層内及び層間にまたがる微細亀裂を形成し、保油性を維持しつつ摺動特性を向上させているものが知られている。これらの硬質クロムめっき被膜の施されたピストンリングが、燃料中のＳ濃度の高いガソリンの仕様機関やディーゼルエンジン等におけるＥＧＲ等腐食雰囲気中で使用される場合には、当該ピストンリングにおいて所望の耐熱性、耐摩耗性、耐スカッフ性を得ることが困難である。このため、高性能エンジンにおいて使用されるピストンリングが、耐摩耗性、耐スカッフ性のいずれにも優れ、過酷な使用条件においても優れた摺動特性を示す硬質クロムめっき被膜が検討されるようになってきている。

金属表面技術ＶＯＬ２１（１９７０）、Ｎｏ．７Ｐ３５６〜３６２には、モリブデン（Ｍｏ）を含み、耐熱性、耐食性、耐摩耗性を改善する硬質クロムめっき被膜が記載されている。この硬質クロムめっき被膜は、Ｍｏ／ＣｒＯ_３比が０．１以上であるめっき浴中で生成され、質量比３％以上のＭｏを含む。この硬質クロムめっき被膜の硬さはＨｖ１０００以上であり、２０ｍｇ以下の摩耗量を保持する。また、同文献には、硬質クロムめっき被膜のＭｏの質量比を高くするほど硬さは高くなり摩耗量は少なくなることが記載されており、硬質クロムめっき被膜中のＭｏが質量比３％以上の場合には、Ｈｖ１３００以上となることが記載されている。
特開２００２−１０６７１６号公報（４〜７頁、図１）金属表面技術ＶＯＬ２１（１９７０）、Ｎｏ．７Ｐ３５６〜３６２

本発明は、上述の従来の硬質クロムめっき被膜のように、含有するＭｏの量を単に多くすることによってめっき被膜の硬さの値を高くするのではなく、含有するＭｏの量を所定の値とし、且つ含有するＨの量を所定の値とすることによって、Ｍｏの量を多くせずに所望の硬さを有し、耐熱性、耐摩耗性、耐スカッフ性に優れるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、母材表面上の摺動面相当位置に生成されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜において、Ｍｏを質量比０．０５〜３．５％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含み、２層以上の積層からなるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜を提供している。

また、本発明は、母材表面上の摺動面相当位置に生成されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜において、Ｍｏを質量比０．０５〜３．０％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含み、単一層からなるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜を提供している。

請求項１記載のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜によれば、母材表面上の摺動面相当位置に生成されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜が、Ｍｏを質量比０．０５〜３．５％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含み、２層以上の積層からなるため、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜内の結晶格子を適度に歪ませることができ、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜のＭｏの量をそれほど多くせずに、高い耐摩耗性、耐スカッフ性を得ることができ、硬さを高くすることができる。

また、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜がピストンリングの摺動面相当位置に施された場合には、ピストンリングが燃料中のＳ濃度の高いガソリンの仕様機関やディーゼルエンジン等でのＥＧＲ等腐食雰囲気中で使用されても、高いレベルで耐熱性、耐摩耗性、耐スカッフ性を発揮することができる。

請求項２記載のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜によれば、母材表面上の摺動面相当位置に生成されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜が、Ｍｏを質量比０．０５〜３．０％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含み、単一層からなるため、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜内の結晶格子を適度に歪ませることができ、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜のＭｏの量をそれほど多くせずに、高い耐摩耗性、耐スカッフ性を得ることができ、硬さを高くすることができる。

更に、被膜が単一層であるため、製造工程を簡単にすることができ、短時間で製造を行うことができ、製造コストの低減を図ることができる。

本発明の実施の形態によるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜について説明する。Ｃｒ―Ｍｏ合金めっき被膜は、シリンダライナの内周摺動面に対して摺動するピストンリングの表面上の摺動面相当位置に生成され、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜が２層以上の積層からなる場合には、モリブデン（Ｍｏ）を質量比０．０５〜３．５％、水素（Ｈ）を質量比０．０５〜０．１８％含み、残部はクロム（Ｃｒ）及び不可避不純物であり、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜が単一層からなる場合には、モリブデン（Ｍｏ）を質量比０．０５〜３．０％、水素（Ｈ）を質量比０．０５〜０．１８％含み、残部はクロム（Ｃｒ）及び不可避不純物である単一層又は積層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき層をなす。

Ｍｏが質量比０．０５％未満の場合には合金被膜の耐食性が悪くなる。Ｍｏが質量比３．５％を超えると硬度が低下し、耐摩耗性、耐スカッフ性に影響を与える。従って、Ｍｏを質量比０．０５〜３．５％とする。Ｈが質量比０．０５％未満の場合には、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜内の結晶格子を歪ませることができない。Ｈの質量比が０．１８％を超えると硬度が低下し、耐摩耗性、耐スカッフ性に影響を与える。従って、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％として、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜内の結晶格子を適度に歪んだ状態とする。Ｍｏ及びＨを上述の質量比で含有することにより、硬度が高く、耐摩耗性、耐スカッフ性、耐食性の優れたＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜を形成することができる。

Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜は、脱脂工程、酸洗浄工程、液体ホーニング工程、電解研磨工程、合金めっき工程の各工程がこの順で行われて生成される。脱脂工程では、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜の生成される被めっき材たる母材であるピストンリングの表面上の油脂分を、トリクロロエチレン等の有機溶剤の蒸気によって洗浄する。酸洗浄工程では、母材を３０〜８０℃に加熱された塩酸中に１５〜３００Ｓ（秒）浸漬し、母材表面の酸化物等を除去し、母材の下地を露出させる。

液体ホーニング工程では、セラミックス等の硬質粒子を懸濁溶解した水溶液を、母材表面全体に１９．６〜９８Ｎ／ｍｍ^２の圧力で均一に圧力噴流し、表面を梨地状にしてめっき被膜との密着強度向上を図る。電解研磨工程では、母材をめっき槽のめっき浴に浸漬し、母材を陽極とし対極を陰極として、４０〜８０Ａ／ｄｍ^２の電流密度で１０〜１２０Ｓ（秒）電流を印加する。

合金めっき工程では、液体ホーニング工程で印加した電流の極性を反転させて、母材表面とめっき液間の擦過速度を維持しつつ母材を陰極、対極を陽極とし、母材上に予め設定された厚さでＣｒ−Ｍｏ合金めっき層が析出するように、４０〜８０Ａ／ｄｍ^２の電流密度で所定時間電流を印加する。以上の工程を行うことによって、モリブデンと水素とを所定量含むＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜が母材表面上に生成される。

電解研磨工程及び合金めっき工程において母材が浸漬されるめっき浴は、ＣｒＯ_３が１２０ｇ／Ｌ（リットル）〜４００ｇ／Ｌ、Ｈ_２ＳＯ_４が１．２ｇ／Ｌ〜４．０ｇ／Ｌ、Ｎａ_２ＭｏＯ_４が２５ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌであり、温度は４０〜７０℃に調整され、電流密度は上述のように４０〜８０Ａ／ｄｍ^２に調整される。

ここで、めっき浴の温度及び電流密度を調整するのは、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜中の水素含有量を質量比０．０５〜０．１８％とするためである。即ち、本発明者は、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜中の水素含有量はめっき浴中のＨ_２ＳＯ_４の量のみに依存するのではなく、電流密度、めっき温度をも変化させることによって変化することを見いだした。そこで、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜中の水素含有量をコントロールするために、浴中のＨ_２ＳＯ_４の量を調整するのに加え、電流密度を４０〜８０Ａ／ｄｍ^２、より好ましくは５５〜６５Ａ／ｄｍ^２に調整し、更に、めっき浴の温度を４０〜７０℃、より好ましくは４５〜５５℃に調整することにより、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜中の水素含有量を上述の値とする。

めっき浴中の電流密度が４０Ａ／ｄｍ^２未満では、めっき表面が深い灰色になり、めっき速度が遅くなる。また、８０Ａ／ｄｍ^２を超えると黒色に近い灰色になり、被膜の密着性が悪く、硬度が低くなるため４０〜８０Ａ／ｄｍ^２とする。更に、５５〜６５Ａ／ｄｍ^２とすることで、微光沢な表面を得ることができる。また、めっき浴の温度が４０℃未満では、めっき表面は灰色になり、Ｍｏ含有量が少なくなる。また、７０℃を超えると黒色となり摺動特性が悪くなるため４０〜７０℃とする。更に４５〜５５℃とすることで、微光沢な表面が得られ、またＭｏ含有量のバラツキを抑えることができる。

また、めっき浴中のモリブデン酸ナトリウム（Ｎａ_２ＭｏＯ_４）量とめっき浴の温度とを調整して生成されたＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜のＭｏ含有量、硬さの関係は、以下の表１に示されるとおりである。めっき浴中のＣｒＯ_３は２４０ｇ／Ｌ、Ｈ_２ＳＯ_４は２．４ｇ／Ｌとした。

表１に示されるように、めっき浴中のモリブデン酸ナトリウム量が大きくなるにつれて、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜中のＭｏの含有量も多くなることが分かる。めっき浴中の電流密度を変化させた場合のＭｏの含有量への影響はわずかであるが、電流密度が高くなるとＭｏの含有量も増える。また、めっき浴の温度が高くなるにつれて、Ｍｏの含有量が増えることが分かる。

表１において、モリブデン酸ナトリウム量（ｇ／Ｌ）を３０，４０，５０，７５，１００とし、液温を５０℃又は６０℃又は７０℃、電流密度を５０Ａ／ｄｍ^２又は６０Ａ／ｄｍ^２又は７０Ａ／ｄｍ^２として生成されたＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜は、いずれもビッカース硬さＨｖ８５０以上で良好な硬度を得ており、モリブデン酸ナトリウム量、液温、電流密度をこのような値とすることがよいことが分かる。

次に、めっき浴中のモリブデン酸ナトリウム量とめっき浴の温度とを調整して生成されたＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜面の面性状は表２に示されるとおりである。

表２において、◎はＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜に微光沢があることを示し、〇は灰色であることを示し、△は深い灰色であることを示し、×は黒色であることを示している。Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜の色は、微光沢に近いほど摺動特性、即ち、耐摩耗性、耐スカッフ性が良く、黒色に近いほど摺動特性は悪い。より具体的には、黒色は密着性が非常に悪く硬度が低いため、通常のめっき性能を充分に発揮しない。これに対して微光沢の場合には、密着性が良く摺動特性に優れており、硬度も高い。このことはめっきの分野においては公知の事実である。

表２より、モリブデン酸ナトリウム量が低く且つめっき浴の液温が低いと、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜に微光沢を得ることができ、モリブデン酸ナトリウム量が高く且つめっき浴の液温が高いと、深い灰色になったり黒色になったりする。従って表２より、めっき温度は４０〜６０℃で、モリブデン酸ナトリウム量は３０〜７５ｇ／Ｌ（リットル）が適当であることが分かる。

以上の内容を総合的に勘案することにより、めっき浴を前述の組成としてモリブデン酸ナトリウムの量を調整し、電流密度を４０〜８０Ａ／ｄｍ^２、より好ましくは５５〜６５Ａ／ｄｍ^２に調整し、更に、めっき浴の温度を４０〜７０℃、より好ましくは４５〜５５℃に調整して、Ｍｏを質量比０．０５〜３．５％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含むＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜を生成させる。

次に、本実施の形態によるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜の効果を試す性能試験を行った。試験では、実施例１〜実施例３３と、従来例１及び従来例２と、比較例１〜比較例３１とを用いて、耐摩耗性等の摺動特性の試験を行い、結果の比較を行った。Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜の層の厚さは６３μｍであり、水素、モリブデンの含有量は、後述の表３に示されるとおりである。

従来例１は、単一層の硬質クロムめっき被膜が施されたテストピースである。従来例２は、積層の硬質クロムめっき被膜が施されたテストピースである。従来例１、従来例２共にめっき被膜の層の厚さは６３μｍであり、Ｍｏを含まず、水素含有量はそれぞれ表３に示されるとおりである。比較例１〜比較例１９は、水素、モリブデンの含有量が実施例１〜実施例２１とは異なっており単一層をなし、比較例２０〜比較例３１は、水素、モリブデンの含有量が実施例２２〜実施例３３とは異なっており積層をなし、めっき被膜の層の厚さは６３μｍであり、含有量は表３に示されるとおりである。全ての実施例のめっき被膜の層厚さは、加工により統一した。

実施例１〜実施例３３、従来例１及び従来例２、比較例１〜比較例３１については以下のようにして製造した。先ず、実施例１〜実施例３３、従来例１及び従来例２、比較例１〜比較例３１を製造する工程のうちの共通の工程である脱脂工程、酸洗浄工程、液体ホーニング工程、電解研磨工程について説明する。これらの工程は脱脂工程から始まりこの順で行われる。電解研磨工程の次にはめっき工程等が行われるのであるが、後述のように、実施例及び比較例と従来例とではめっき工程等はそれぞれ異なる。

脱脂工程では、母材をトリクロロエチレンの蒸気により脱脂した。酸洗浄工程では、母材を３０〜８０℃に加熱された塩酸中に１５〜３００Ｓ（秒）浸漬して酸洗浄を行い、母材表面の酸化物を除去した。液体ホーニング工程では、セラミックス等の硬質粒子を懸濁溶解した水溶液を、母材表面全体に１９．６〜９８Ｎ／ｍｍ^２の圧力で均一に圧力噴流し、表面を梨地状にしてめっき被膜との密着強度向上を図った。電解研磨工程では、公知のフッ化浴のめっき槽中に母材を浸漬し、母材を陽極とし対極を陰極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２、印加時間２０Ｓ（秒）の条件で電流を印加した。

次に、実施例及び比較例を製造するための、電解研磨工程の後に行われるめっき工程について説明する。まず、単一層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜のめっき工程について説明する。めっき工程では、母材を陰極とし対極を陽極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で３００ｍｉｎ（分）電流を印加した。以上の工程を経て、単一層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜である実施例１〜実施例２１及び比較例１〜比較例１９を生成した。

次に、積層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜を生成するための、電解研磨工程の後に行われるめっき工程及び当該めっき工程で行われるエッチング工程について説明する。めっき工程では、先ず母材を陰極、対極を陽極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で６０ｍｉｎ（分）電流を印加した。次に、エッチング工程では、極性を反転させて母材を陽極とし対極を陰極として、電流密度５０Ａ／ｄｍ^２で５０Ｓ（秒）電流を印加して、厚さが３０μｍの母材直上の最内層を生成した。

次に、再び極性を反転させて母材を陰極とし対極を陽極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で２３ｍｉｎ（分）電流を印加した。次に、エッチング工程では、７５０μｓｅｃの切り替え時間で極性を反転させて母材を陽極とし対極を陰極として、電流密度５０Ａ／ｄｍ^２で５０Ｓ（秒）電流を印加し、１１層からなる中間層のうちの第１層目を、最内層の上に生成した。この第１層目の硬質めっき層の厚さは１０μｍである。そして、第１層目を生成しためっき工程とエッチング工程とを繰り返すことにより、合計１１層の中間層を生成した。

次に、再び極性を反転させて母材を陰極とし対極を陽極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で５０ｍｉｎ（分）電流を印加し、中間層の上に厚さが２５μｍの最外層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき層を生成した。以上の工程を経て、積層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜である実施例２２〜３３及び比較例２０〜３１を生成した。

なお、表３に示されるように、実施例１〜実施例３３、比較例１〜比較例３１は、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜中のモリブデン、水素の含有量がそれぞれ異なった値となっているが、これは、実施例中においては、めっき浴をＣｒＯ_３を２４０ｇ／Ｌ、Ｈ_２ＳＯ_４を２．４ｇ／Ｌ、モリブデン酸ナトリウム量を３０〜１００ｇ／Ｌとし、めっき浴の温度及び電流密度を変化させている。また比較例においては、ＣｒＯ_３を２４０ｇ／Ｌ、Ｈ_２ＳＯ_４を２．４ｇ／Ｌ、モリブデン酸ナトリウム量を２０〜１００ｇ／Ｌとし、めっき浴の温度及び電流密度を変化させることによってこのような値とした。

次に、従来例１を製造するための、電解研磨工程の後に行われるめっき工程について説明する。めっき工程では、極性を反転させて母材を陰極とし対極を陽極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で９０ｍｉｎ（分）電流を印加した。以上の工程を経て、単一層の硬質クロムめっき被膜である従来例１を生成した。

次に、従来例２を製造するための、電解研磨工程の後に行われるめっき工程及びエッチング工程について説明する。めっき工程では、極性を反転させて母材を陰極とし対極を陽極とし、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で２５ｍｉｎ（分）電流を印加した。次にエッチング工程では、極性を反転させて母材を陽極とし対極を陰極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で１０Ｓ（秒）電流を印加して、母材直上の最内層の厚さが３０μｍの硬質クロムめっき層を生成した。

次に、再び極性を反転させて母材を陰極とし対極を陽極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で１０２５Ｓ（秒）電流を印加してめっき工程を行った。次に、エッチング工程を行った。このエッチング工程では、７５０μｓｅｃの切り替え時間で極性を反転させて母材を陽極とし対極を陰極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で９０Ｓ（秒）電流を印加し、１１層からなる中間層のうちの第１層目の硬質クロムめっき層を、最内層の上に生成した。この第１層目の硬質めっき層の厚さは１０μｍである。そして、第１層目の硬質めっき層を生成しためっき工程とエッチング工程とを繰り返すことにより、合計１１層の中間層を生成した。

次に、再び極性を反転させて母材を陰極とし対極を陽極として、電流密度６０Ａ／ｄｍ^２で１３ｍｉｎ（分）電流を印加し、中間層の上に厚さが１５μｍの最外層の硬質クロムめっき層を生成して、従来例２を製造した。

従来例１、従来例２を製造するためのめっき浴の組成は、公知のフッ化浴を用いる。また、めっき工程及びエッチング工程で用いられためっき浴の液温は、実施例、比較例においては５０℃、従来例においては６０℃である。

次に、上述の実施例、従来例、比較例を用いて行った摺動特性の試験について説明する。試験は、摩耗試験とスカッフ試験とにより構成される。これらの試験では、共にローラチップ型摩耗試験機を用いて行った。摩耗試験の試験条件は以下のとおりである。
実験条件
荷重：７８５Ｎ、周速：１．０ｍ／ｓ（４７８ｒｐｍ）、油温：８０℃、
潤滑油：タービン油＃１００、時間：７時間
摩耗量測定：粗さ計による段差プロフィールにて摩耗量（μｍ）を測定
ライナー材（相手材）：ＦＣ２５
ピストンリング材（母材）：Ｓ４５Ｃ

摩耗試験では、より具体的には図１に示されるように、ローラチップ型摩耗試験機１００において、ピストンリングに相当する直方体形状のテストピース１（寸法が８ｍｍ×７ｍｍ×５ｍｍ）を固定片とし、シリンダライナに相当する外径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ１０ｍｍのドーナツ状の相手材２（回転片）にテストピース１を接触させ、テストピース１に荷重Ｐを負荷して上述の試験条件にて試験を行った。相手材２の下半分は、潤滑油３に浸す状態とした。摩耗量の測定は、粗さ計による段差プロフィールで摩耗量（μｍ）を測定することにより行った。

摩耗指数は、従来例１の摩耗量に対する各テストピース１の摩耗量を相対比として算出することにより求めた。従って、各テストピース１の摩耗指数が１００より小さく且つ値が小さいほど摩耗量が少なく耐摩耗性に優れていることを表す。摩耗試験の結果は表３に示されるとおりである。

スカッフ試験の試験条件は以下のとおりである。
実験条件
面圧初期値：９８Ｎ、周速：１．０ｍ／ｓ、
潤滑油：初めにタービン油＃１００を塗布するのみ
荷重負荷：４９Ｎ／ｍｉｎ
ライナー材（相手材）：ＦＣ２５
ピストンリング材（母材）：Ｓ４５Ｃ

スカッフ試験は、摩耗試験と同様にローラチップ型摩耗試験機を使用し、ピストンリングに相当するテストピースを固定片とし、シリンダライナに相当する相手材（回転片）に固定片を接触させて、９８Ｎの荷重にてなじみ運転を行った後、４９Ｎ／ｍｉｎの勾配で荷重を加え、摩耗係数の急激な上昇で停止させ、その時の荷重をスカッフ限界荷重とした。

耐スカッフ指数は、従来例１のスカッフ限界荷重を１００とし、従来例１の結果に対する各テストピースのスカッフ限界荷重を相対比として算出して求めた。従って、各テストピースの耐スカッフ指数は、１００より大きく且つ大きければ大きいほどスカッフ限界荷重が大きくなり、従来例１よりも耐スカッフ性に優れる。スカッフ試験の結果は表３に示されるとおりである。

表３に示されるように、単一層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜である実施例１〜実施例２１では、摩耗指数は８９〜６６と低くなっており、耐スカッフ指数は１１５〜１３６と高く、いずれにおいても結果は良好であることが分かる。また、積層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜である実施例２２〜実施例３３では摩耗指数は８３〜６０と低くなっており、耐スカッフ指数は１２３〜１４５と高く、いずれにおいても単一層のＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜よりも良好であることが分かる。積層の場合、層間にまたがる微細亀裂により保油性を維持することから、このように単一層よりも良い結果となったといえる。

これに対し、従来例では、摩耗指数、耐スカッフ指数のいずれにおいても実施例１〜実施例３３よりも劣っていることが分かる。また、積層クロムめっき被膜を有する従来例２では、摩耗指数、耐スカッフ指数でそれぞれ実施例１に近い値が得られているが、実施例１は実施例１〜２１中で摩耗指数、耐スカッフ指数において最も性能が低く、従来例２はこの実施例１よりも劣っている。

また、単一層の比較例１〜比較例１９、積層の比較例２０〜３１のいずれの場合においても、摩耗指数、耐スカッフ指数において実施例１〜３３には及ばないことが分かる。以上より、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜中に、２層以上の積層の場合にはＭｏを質量比０．０５〜３．５％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含むようにすることによって、また、単一層の場合にはＭｏを質量比０．０５〜３．０％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含むようにすることによって、Ｃｒ−Ｍｏ合金めっき被膜を耐摩耗性、耐スカッフ性に優れたものとすることができることが理解できる。

本発明によるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば本実施の形態では、ピストンリングの摺動面相当位置にＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜が生成されたが、シリンダライナの内周摺動面相当位置、ロッカーアームやカムシャフトの外周、ジャーナル等の摺動部材の摺動面相当位置等に生成されてもよい。

また、摩耗試験ではピストンリング相当材としてＳ４５Ｃを用いたが、本発明においては、ピストンリング材としてはこの材料に限定されない。公知の材料であるスチール材及び鋳物材全てが適用可能である。

本発明は、内燃機関のシリンダライナやピストンリング等の摺動面相当位置に施されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜の分野であって、特に、燃料中のＳ濃度の高いガソリンの仕様機関やディーゼルエンジン等におけるＥＧＲ等腐食雰囲気中で使用されるピストンリング等に施されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜分野において極めて有用である。

本発明の実施の形態によるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜の効果を試す試験を行うためのローラチップ型摩耗試験機を示す概念図。

Claims

母材表面上の摺動面相当位置に生成されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜において、
Ｍｏを質量比０．０５〜３．５％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含み、２層以上の積層からなることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜。
母材表面上の摺動面相当位置に生成されるＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜において、
Ｍｏを質量比０．０５〜３．０％、Ｈを質量比０．０５〜０．１８％含み、単一層からなることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ合金めっき被膜。