JP2711962B2 - Piston ring and method of manufacturing the same - Google Patents

Piston ring and method of manufacturing the same

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JP2711962B2 JP4201913A JP20191392A JP2711962B2 JP 2711962 B2 JP2711962 B2 JP 2711962B2 JP 4201913 A JP4201913 A JP 4201913A JP 20191392 A JP20191392 A JP 20191392A JP 2711962 B2 JP2711962 B2 JP 2711962B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性及び耐焼付性
に優れたモリブデン−窒素系皮膜を有するピストンリン
グ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring having a molybdenum-nitrogen coating excellent in abrasion resistance and seizure resistance and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
りピストンリングの摺動部には、摺動特性に優れた皮膜
が表面処理によって形成されている。従来より行われて
いる表面処理方法には、窒化処理、クロムめっき処理、
モリブデン溶射処理等の方法がある。しかし、近年ピス
トンリングの使用条件が高速化かつ高荷重化するに伴
い、従来の表面処理では対応できない場合が出てきて、
更に優れた耐摩耗性及び耐焼付性を有する皮膜が望まれ
ていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a coating having excellent sliding characteristics is formed on a sliding portion of a piston ring by surface treatment. Conventional surface treatment methods include nitriding, chrome plating,
There is a method such as molybdenum spraying. However, in recent years, as the use conditions of piston rings have become faster and higher in load, there have been cases where conventional surface treatments cannot be used.
Further, a film having excellent wear resistance and seizure resistance has been desired.

【0003】そこで、このような要望に応じるため、P
VD(Physical Vapor Deposit
ion)法により金属窒化物や金属炭化物等の皮膜をピ
ストンリング等の摺動材の摺動面に被覆することが提案
された。TiN、TiC、CrN等のPVD皮膜は優れ
た耐摩耗性及び耐焼付性を示し、特に窒化チタンや窒化
クロム等は実用化可能な被膜として注目され、機械部品
やエンジン部品に使用されている。しかし、現在ではピ
ストンリングの使用条件がさらに過酷になり、これら窒
化チタンや窒化クロムを用いても、摺動特性が充分とは
いえない状況が生じている。
In order to meet such a demand, P
VD (Physical Vapor Deposit)
It has been proposed to coat a sliding surface of a sliding material such as a piston ring with a film such as a metal nitride or a metal carbide by an ion) method. PVD coatings such as TiN, TiC, and CrN exhibit excellent wear resistance and seizure resistance. In particular, titanium nitride, chromium nitride, and the like have attracted attention as coatings that can be put to practical use, and are used for machine parts and engine parts. However, the use conditions of piston rings have become more severe at present, and even with the use of titanium nitride or chromium nitride, there has been a situation in which the sliding characteristics cannot be said to be sufficient.

【0004】したがって、本発明の目的は、耐摩耗性及
び耐焼付性に優れたモリブデン−窒素系皮膜を被覆した
ピストンリング及びその製造方法を提供することであ
る。
[0004] Accordingly, an object of the present invention is to provide a piston ring coated with a molybdenum-nitrogen based coating having excellent wear resistance and seizure resistance, and a method for producing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、陰極アークプラズマ式イオンプレ
ーティングによりモリブデン蒸気及び窒素を混合した気
相を基材に接触させ、基材の表面上に少なくとも窒化モ
リブデンを含む皮膜を形成させ、その際皮膜中のモリブ
デン/窒素の原子比を1/0.05〜1/1とすること
により、耐摩耗性及び耐焼付性に優れたピストンリング
が得られることを発見し、本発明に想到した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies in view of the above-mentioned object, the present inventor has found that a gaseous mixture of molybdenum vapor and nitrogen is brought into contact with a substrate by a cathodic arc plasma type ion plating, and A piston excellent in wear resistance and seizure resistance by forming a film containing at least molybdenum nitride on the surface and setting the atomic ratio of molybdenum / nitrogen in the film to 1 / 0.05 to 1/1. They discovered that a ring could be obtained and arrived at the present invention.

【0006】すなわち、本発明のピストンリングは、少
なくとも窒化モリブデンを含有する皮膜を陰極アークプ
ラズマ式イオンプレーティング法により基材上に形成し
てなり、前記皮膜中のモリブデン/窒素の原子比が1/
0.05〜1/1であることを特徴とする。
That is, in the piston ring of the present invention, a film containing at least molybdenum nitride is formed on a substrate by a cathodic arc plasma ion plating method, and the molybdenum / nitrogen atomic ratio in the film is 1%. /
0.05 to 1/1.

【0007】また少なくとも窒化モリブデンを含有する
皮膜を有するピストンリングを製造する本発明の方法
は、陰極アークプラズマ式イオンプレーティング法によ
りモリブデン蒸気及び窒素を混合した気相に基材を接触
させることを特徴とする。
Further, the method of the present invention for producing a piston ring having a coating containing at least molybdenum nitride includes contacting a base material with a gas phase in which molybdenum vapor and nitrogen are mixed by a cathodic arc plasma ion plating method. Features.

【0008】本発明を以下詳細に説明する。本発明のピ
ストンリングにおける皮膜組成については、モリブデン
/窒素の原子比を1/0.05〜1/1とする。モリブ
デンに対する窒素の原子比が0.05未満では、窒化モ
リブデンの生成が少なくなるので皮膜の硬度は低くな
り、耐摩耗性も低くなる。モリブデン/窒素の好ましい
原子比は1/0.1〜1/1である。
[0008] The present invention will be described in detail below. Regarding the coating composition of the piston ring of the present invention, the atomic ratio of molybdenum / nitrogen is set to 1 / 0.05 to 1/1. If the atomic ratio of nitrogen to molybdenum is less than 0.05, the formation of molybdenum nitride is reduced, so that the hardness of the film is reduced and the wear resistance is also reduced. The preferred atomic ratio of molybdenum / nitrogen is from 1 / 0.1 to 1/1.

【0009】上記モリブデン/窒素の原子比の範囲内で
は、皮膜は(イ)窒化モリブデンのみからなる場合と、
(ロ)窒化モリブデンとモリブデン金属の混相からなる
場合がある。陰極アークプラズマ式イオンプレーティン
グ法により皮膜を形成するので、窒化モリブデンとモリ
ブデン金属との比は任意に設定することができる。
Within the above range of the molybdenum / nitrogen atomic ratio, the film consists of (a) only molybdenum nitride;
(B) It may be composed of a mixed phase of molybdenum nitride and molybdenum metal. Since the film is formed by the cathodic arc plasma ion plating method, the ratio between molybdenum nitride and molybdenum metal can be set arbitrarily.

【0010】皮膜の厚みは1〜50μmであるのが好ま
しい。皮膜の厚みが1μm未満の場合には、摩耗により
皮膜の寿命が短い。一方皮膜の厚みが50μmを超える
場合、皮膜が欠けたり、皮膜に亀裂が生じたりして、基
材との密着性が低下する。また必要以上に皮膜を厚くす
るのは、経済上好ましくない。
The thickness of the coating is preferably 1 to 50 μm. When the thickness of the film is less than 1 μm, the life of the film is short due to abrasion. On the other hand, when the thickness of the film exceeds 50 μm, the film is chipped or the film is cracked, so that the adhesion to the substrate is reduced. It is not economically preferable to make the film thicker than necessary.

【0011】皮膜を形成する基材は鉄系材料からなるの
が好ましい。PVD法の一種である陰極アークプラズマ
式イオンプレーティング法は、CVD(Chemica
lVapor Deposition)法等に比べて低
温処理に類するが、蒸着現象による入熱は避けられない
ので、耐熱性のある鉄系材料をピストンリング基材とし
て使用するのが好ましい。
The substrate on which the film is formed is preferably made of an iron-based material. Cathodic arc plasma ion plating, which is one type of PVD, is based on CVD (Chemica).
Although it is similar to low-temperature treatment as compared with the 1Vapor Deposition method or the like, since heat input due to the vapor deposition phenomenon cannot be avoided, it is preferable to use a heat-resistant iron-based material as the piston ring base material.

【0012】本発明では、陰極アークプラズマ式イオン
プレーティング法によりモリブデン/窒素の硬質皮膜を
形成する。陰極アークプラズマ式イオンプレーティング
法では、モリブデンからなる陰極からモリブデン粒子を
飛び出させることによりモリブデン蒸気が得られ、モリ
ブデン蒸気に窒素ガスを混合した気相中でプラズマを発
生させると、モリブデンはイオン化し、窒素イオンと化
合して窒化モリブデンを生成する。その結果、基材表面
に窒化モリブデンの皮膜が形成される。
In the present invention, a molybdenum / nitrogen hard coating is formed by a cathodic arc plasma ion plating method. In the cathodic arc plasma ion plating method, molybdenum vapor is obtained by projecting molybdenum particles from a cathode made of molybdenum. And nitrogen ions to form molybdenum nitride. As a result, a film of molybdenum nitride is formed on the substrate surface.

【0013】具体的には、まず基材を洗浄して表面に付
着した汚れを取り、充分清浄化してイオンプレーティン
グ装置の真空チャンバー内に載置する。チャンバー内の
圧力が1.3×10−3〜5×10−3Paになるまで
真空引きを行ってから、イオンプレーティング装置に内
蔵されているヒーターにより加熱して基材の内圧ガスを
放出させる。加熱温度は300〜500℃とするのが好
ましい。その後100〜400℃まで冷却する。
More specifically, first, the base material is washed to remove dirt attached to the surface, sufficiently cleaned, and placed in a vacuum chamber of an ion plating apparatus. After evacuation is performed until the pressure in the chamber becomes 1.3 × 10 −3 to 5 × 10 −3 Pa, the internal pressure gas of the base material is released by heating with a heater built in the ion plating apparatus. Let it. The heating temperature is preferably from 300 to 500C. Then, it cools to 100-400 degreeC.

【0014】チャンバー内圧力が4×10−3Pa以下
になった時点でターゲットであるモリブデンを陰極とし
て、その表面でアーク放電を発生させ、モリブデンイオ
ンを飛び出させる。この際基材にはバイアス電圧を印加
しておき、陰極より飛び出した金属イオンを基材表面に
高エネルギーで衝突させる方法、いわゆるボンバードク
リーニング法により基材表面の酸化物除去と活性化処理
を行う。そのときのバイアス電圧は−700V〜−90
0Vとするのが好ましい。
When the pressure in the chamber becomes 4 × 10 −3 Pa or less, molybdenum as a target is used as a cathode, an arc discharge is generated on the surface, and molybdenum ions are ejected. At this time, a bias voltage is applied to the base material, and a metal ion protruding from the cathode is caused to collide with the base material surface with high energy, that is, oxide removal and activation treatment of the base material surface are performed by a so-called bombard cleaning method. . The bias voltage at that time is -700 V to -90
Preferably, it is 0V.

【0015】その後バイアス電圧を低下させ、モリブデ
ンイオンを基材表面に堆積させながら、窒素ガスをチャ
ンバー内に導入し、プラズマ内を通過させる。それによ
り窒素をイオン化させ、窒素分圧を1.3×10−1
1.6Pa程度にし、−10V〜−100Vのバイアス
電圧を印加して基材表面にイオンプレーティング皮膜を
形成させる。なお窒素分圧が低くてアーク放電が安定し
ない場合は、アルゴンガスを適量に調整して、さらに窒
素ガスを導入する。皮膜形成後、真空チャンバー内で2
00℃以下になるまで冷却してから、ピストンリングを
チャンバーから取り出す。
After that, while lowering the bias voltage and depositing molybdenum ions on the surface of the base material, nitrogen gas is introduced into the chamber and is passed through the plasma. Thereby, nitrogen is ionized and the nitrogen partial pressure is set to 1.3 × 10 −1 to
At about 1.6 Pa, a bias voltage of -10 V to -100 V is applied to form an ion plating film on the surface of the base material. If the arc discharge is not stable due to a low nitrogen partial pressure, an appropriate amount of argon gas is adjusted, and nitrogen gas is further introduced. After film formation, 2 in vacuum chamber
After cooling to below 00 ° C., the piston ring is removed from the chamber.

【0016】陰極アークプラズマ式イオンプレーティン
グ法により得られたピストンリングは、表面硬度が高い
とともに皮膜と基材の密着力が良好であり、耐摩耗性に
優れている。また耐食性が良好で耐腐食摩耗性も優れて
いる。
The piston ring obtained by the cathodic arc plasma ion plating method has a high surface hardness, a good adhesion between the film and the substrate, and an excellent abrasion resistance. It also has good corrosion resistance and excellent corrosion and wear resistance.

【0017】本発明においては、基材と皮膜との間に金
属下地層を介在させてもよい。皮膜形成の際窒素ガス導
入の前にイオンプレーティングを行うと、基材にモリブ
デン金属の下地層が形成される。このモリブデン金属の
下地層は、熱膨張率が基材に近く、熱応力の影響を受け
にくいため、皮膜の基材に対する密着性は改善され、か
つ柔軟性に富む皮膜が得られる。モリブデン金属の下地
層は0.1〜2μmの厚さに形成するのが好ましい。
0.1μm未満であると効果が薄く、また2μmを超え
てもそれ以上の効果を望むことはできず、不経済であ
る。
In the present invention, a metal underlayer may be interposed between the substrate and the film. If ion plating is performed before the introduction of nitrogen gas when forming the film, a molybdenum metal base layer is formed on the substrate. The molybdenum metal base layer has a coefficient of thermal expansion close to that of the base material and is not easily affected by thermal stress. Therefore, the adhesion of the film to the base material is improved, and a film having high flexibility is obtained. The underlayer of molybdenum metal is preferably formed to a thickness of 0.1 to 2 μm.
If the thickness is less than 0.1 μm, the effect is weak, and if it exceeds 2 μm, no further effect can be expected, which is uneconomical.

【0018】また、窒素ガスの導入量を少なくしてイオ
ンプレーティングを開始し、その後、徐々に窒素ガスの
導入量を増加してもよい。下地層を形成せずに、あるい
は下地層の厚さが所定の値になったところで、徐々に窒
素ガスを導入してイオンプレーティングを続けると、蒸
発したモリブデンは窒化モリブデンに転化する。窒素ガ
ス分圧が低いと転化率が低く、窒素ガス分圧が次第に高
くなるにつれて、転化率が高くなる。このように基材表
面上に、モリブデン金属下地層を介して又は介さずに、
窒素/モリブデンの比率が皮膜表面に向かって増大する
ように硬質の皮膜が形成されると、皮膜の剥離防止に一
層効果がある。
Alternatively, the ion plating may be started by reducing the amount of nitrogen gas introduced, and thereafter, the amount of nitrogen gas introduced may be gradually increased. When ion plating is continued by gradually introducing nitrogen gas without forming the underlayer or when the thickness of the underlayer reaches a predetermined value, the evaporated molybdenum is converted into molybdenum nitride. The conversion is low when the nitrogen gas partial pressure is low, and the conversion increases as the nitrogen gas partial pressure gradually increases. Thus, on the surface of the base material, with or without a molybdenum metal base layer,
When a hard film is formed such that the ratio of nitrogen / molybdenum increases toward the film surface, the film is more effective in preventing peeling of the film.

【0019】[0019]

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto.

【0020】実施例1〜3 SKD61製の基材をフロン洗浄し、陰極アークプラズ
マ式イオンプレーティング装置の真空チャンバー内に載
置した。チャンバー内の圧力が1.3×10−3Pa以
下になるまで真空引きを行ってから、イオンプレーティ
ング装置に内蔵されているヒーターにより300〜50
0℃に加熱して、基材の内在ガスを放出させ、その後2
00℃まで冷却した。
Examples 1 to 3 A substrate made of SKD61 was washed with Freon and placed in a vacuum chamber of a cathode arc plasma type ion plating apparatus. After evacuation is performed until the pressure in the chamber becomes 1.3 × 10 −3 Pa or less, 300 to 50 is applied by a heater built in the ion plating apparatus.
Heat to 0 ° C. to release the gas inside the substrate, and then
Cooled to 00 ° C.

【0021】チャンバー内圧力が4×10−3Pa以下
になった時点で−700V〜−900Vのバイアス電圧
を印加し、アーク放電を発生させてモリブデンイオンを
飛び出させた。その後チャンバー内に導入した窒素の分
圧を0.27〜1.60Paの範囲で変化させ、−10
V〜−100Vのバイアス電圧を印加して基材表面に厚
さ5μmの皮膜を形成した。皮膜形成後、真空チャンバ
ー内で200℃以下になるまで冷却してピストンリング
を得た。
When the pressure in the chamber became 4 × 10 −3 Pa or less, a bias voltage of −700 V to −900 V was applied to generate an arc discharge to eject molybdenum ions. Thereafter, the partial pressure of nitrogen introduced into the chamber was changed in the range of 0.27 to 1.60 Pa, and -10
By applying a bias voltage of V to -100 V, a film having a thickness of 5 m was formed on the substrate surface. After the film was formed, it was cooled in a vacuum chamber to 200 ° C. or lower to obtain a piston ring.

【0022】X線回折により皮膜の組成を分析した結
果、皮膜中に窒化モリブデンが存在することが確認され
た。窒素ガス分圧が低い場合には、皮膜中に未反応のモ
リブデンが存在することも確認された。
As a result of analyzing the composition of the film by X-ray diffraction, it was confirmed that molybdenum nitride was present in the film. When the nitrogen gas partial pressure was low, it was also confirmed that unreacted molybdenum was present in the film.

【0023】皮膜構成元素の原子比はXPS(X線光電
子分光法)によって分析した。分析にはモリブデンの3
D3電子、3D5電子、窒素1S電子の各スペクトルを
用いた。皮膜構成元素の原子比の測定結果を第1表に示
す。
The atomic ratio of the constituent elements of the film was analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Molybdenum 3
Each spectrum of D3 electron, 3D5 electron and nitrogen 1S electron was used. Table 1 shows the measurement results of the atomic ratios of the constituent elements of the film.

【0024】また、各実施例で得られた皮膜の微小硬さ
を、マイクロビッカース硬さ計を用いて、25gの荷重
及び15秒間の保持時間の条件で測定した。測定結果を
第1表に示す。
The microhardness of the film obtained in each example was measured using a micro Vickers hardness tester under the conditions of a load of 25 g and a holding time of 15 seconds. Table 1 shows the measurement results.

【0025】 [0025]

【0026】第1表から明らかなように、本発明による
硬質皮膜は、微小硬さが1200HMvより十分に高く
非常に硬質であるため、耐摩耗性に優れている。
[0026] As is clear from Table 1, the hard film according to the present invention, since the microhardness is very hard sufficiently higher than 1200H Mv, has excellent wear resistance.

【0027】実施例4、5、比較例1、2 図1及び図2に示す試験装置を使用して、各試験片の耐
焼付性の試験を行った。この試験装置のステータホルダ
1には、相手材として摺動面がホーニング仕上げされた
円板2(直径80mm、厚さ10mm)が取外し可能に
取付けられており、その中央には裏側から注油口3を通
して潤滑油が注油されるようになっている。ここでステ
ータホルダ1には油圧装置(図示せず)によって、図1
において右方向へ向けて所定の押圧力(P)がかかるよ
うにしてある。円板2に対向するロータ4上に取り付け
られた試験片保持具5には回転軸と同心状の円周上に等
間隔に3個の孔が刻設されている。
Examples 4 and 5 and Comparative Examples 1 and 2 Using the test apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the test pieces were tested for seizure resistance. A disk 2 (diameter: 80 mm, thickness: 10 mm) having a honed sliding surface as a mating member is detachably attached to a stator holder 1 of the test apparatus. The lubricating oil is supplied through the through hole. Here, a hydraulic device (not shown) attaches the stator holder 1 to FIG.
In the above, a predetermined pressing force (P) is applied to the right direction. The test piece holder 5 mounted on the rotor 4 facing the disk 2 is provided with three holes at equal intervals on a circumference concentric with the rotation axis.

【0028】各孔に縦5mm×横5mm×高さ5mmの
試験片10を取り付けた。なお各試験片10の5mm角
の先端面には、実施例1〜3と同様の方法で厚さ5μm
の皮膜を形成した。各皮膜中のモリブデン/窒素の原子
比は、実施例4では1:0.42であり、実施例5では
1:0.85であった。皮膜を形成した試験片10の先
端面を円板2に接触させた状態で、ステータ側の注油口
3から一定温度の潤滑油を摺動面に供給しながら、ロー
タ4を駆動装置(図示せず)によって所定速度で回転さ
せた。これにより試験片10と円板2との間の摩擦によ
って、ステータホルダ1にトルクT(図2中のT)が生
ずるが、そのトルクTをステンレスファイバー6を介し
てロードセル7により検知し、押圧力Pの変化によるト
ルクTの変化を動歪計8で読み取り、記録計9により記
録した。焼付が生じるとトルクTが急激に上昇するの
で、その時の押圧力Pを焼付発生値とした。試験条件を
第2表に示し、測定結果を第3表に示す。焼付発生値は
各試験片の耐焼付性に対応する。
A test piece 10 having a length of 5 mm, a width of 5 mm and a height of 5 mm was attached to each hole. The 5 mm square tip surface of each test piece 10 was 5 μm thick in the same manner as in Examples 1 to 3.
Was formed. The atomic ratio of molybdenum / nitrogen in each coating was 1: 0.42 in Example 4 and 1: 0.85 in Example 5. With the tip end surface of the test piece 10 having the film formed thereon being in contact with the disk 2, the rotor 4 is driven by a driving device (not shown) while supplying lubricating oil at a constant temperature to the sliding surface from the lubrication port 3 on the stator side. ) At a predetermined speed. As a result, a torque T (T in FIG. 2) is generated in the stator holder 1 due to friction between the test piece 10 and the disk 2, and the torque T is detected by the load cell 7 through the stainless steel fiber 6 and pushed. The change in the torque T due to the change in the pressure P was read by the dynamic strain meter 8 and recorded by the recorder 9. When the seizure occurs, the torque T sharply increases. Therefore, the pressing force P at that time is defined as the seizure occurrence value. The test conditions are shown in Table 2 and the measurement results are shown in Table 3. The seizure occurrence value corresponds to the seizure resistance of each test piece.

【0029】 [0029]

【0030】比較例として、試験片10の5mm角の先
端面に厚さ100μmのクロムめっき皮膜を形成したも
の(比較例1)、及びイオンプレーティング法により厚
さ5μmの窒化チタン皮膜を形成したもの(比較例2)
を使用した。前述と同様の方法で耐焼付性の試験を行っ
た。結果を第3表に併せて示す。
As a comparative example, a 100 mm thick chromium plating film was formed on a 5 mm square tip surface of a test piece 10 (Comparative Example 1), and a 5 μm thick titanium nitride film was formed by an ion plating method. (Comparative Example 2)
It was used. A seizure resistance test was conducted in the same manner as described above. The results are shown in Table 3.

【0031】 [0031]

【0032】第3表から明らかなように、本発明の試験
片は、クロムめっきを施したもの(比較例1)及び窒化
チタン皮膜を形成したもの(比較例2)と比較して、相
手材である鉄系材料及びアルミニウム系材料のいずれに
対しても焼付発生値が高く、耐焼付性が優れている。
As is evident from Table 3, the test piece of the present invention was compared with the chromium-plated test piece (Comparative Example 1) and the titanium nitride film-formed (Comparative Example 2). The seizure occurrence value is high and the seizure resistance is excellent for both iron-based materials and aluminum-based materials.

【0033】実施例6、比較例3、4 縦5mm×横5mm×長さ20mmで、長手方向の一方
の先端をR6mmの曲面とした形状のSKD61製基材
を使用し、その基材の先端の曲面部に実施例1〜3と同
様の方法で10μmの厚さの硬質皮膜を形成し、試験片
とした(実施例6)。硬質皮膜中のモリブデン/窒素原
子比は1:0.85であった。
Example 6, Comparative Example 3, 4 A base made of SKD61 having a length of 5 mm × width 5 mm × length 20 mm and one end in the longitudinal direction having a curved surface of R6 mm was used. A hard coating having a thickness of 10 μm was formed on the curved surface portion in the same manner as in Examples 1 to 3 to obtain a test piece (Example 6). The molybdenum / nitrogen atomic ratio in the hard coating was 1: 0.85.

【0034】また比較例として、前記基材の先端R部に
厚さが100μmのクロムめっきを施したもの(比較例
3)、及びイオンプレーティング法により厚さ10μm
の窒化クロム皮膜を形成したもの(比較例4)を試験片
とした。
As a comparative example, a chrome plating having a thickness of 100 μm was applied to the tip R portion of the base material (Comparative Example 3), and a 10 μm thick film was formed by an ion plating method.
(Comparative Example 4) on which a chromium nitride film was formed was used as a test piece.

【0035】科研式摩耗試験機を使用し、皮膜を形成し
た各試験片の先端R部をドラム状に加工した相手材の外
周部に曲面同士が線接触するように合わせ、所定荷重を
加え、所定速度で回転させることにより、下記第4表に
示す試験条件で各ピストンリングの腐食摩耗試験を行っ
た。潤滑は、pHを2.0に調整した硫酸水溶液を接触
部に一定量滴下して行い、酸雰囲気とした。
Using a Kaken-type abrasion tester, the tip R of each test piece having the film formed thereon is aligned with the outer peripheral part of a counterpart material processed into a drum shape so that the curved surfaces are in line contact with each other, and a predetermined load is applied. By rotating at a predetermined speed, a corrosion wear test of each piston ring was performed under the test conditions shown in Table 4 below. The lubrication was performed by dropping a fixed amount of a sulfuric acid aqueous solution whose pH was adjusted to 2.0 to the contact portion to form an acid atmosphere.

【0036】 [0036]

【0037】皮膜摩耗量の測定結果を第5表に示す。測
定結果は比較例3の皮膜の摩耗量を100としたときの
相対値で示す。
Table 5 shows the measurement results of the film wear amount. The measurement results are shown as relative values when the amount of abrasion of the coating of Comparative Example 3 is 100.

【0038】第5表から明らかなように、本発明による
ピストンリングは、クロムめっきを施したもの(比較例
3)及び窒化クロム皮膜を形成したもの(比較例4)と
比較して、耐腐食摩耗性が優れている。
As is evident from Table 5, the piston ring according to the present invention is more resistant to corrosion than the piston ring coated with chromium (Comparative Example 3) and the one formed with a chromium nitride film (Comparative Example 4). Excellent wear properties.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のピストンリ
ングは、基材表面に窒化モリブデン、または窒化モリブ
デンとモリブデンとからなる皮膜を陰極アークプラズマ
式イオンプレーティング法により形成してなるので、従
来から使用されているピストンリングと比較して、優れ
た耐摩耗性及び耐焼付性を有する。
As described in detail above, the piston ring of the present invention is formed by forming a film of molybdenum nitride or a film of molybdenum nitride and molybdenum on the surface of a base material by a cathodic arc plasma ion plating method. Has superior wear resistance and seizure resistance as compared to piston rings used conventionally.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】超高圧摩耗試験機を示す部分断面図である。FIG. 1 is a partial sectional view showing an ultra-high pressure wear tester.

【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・ステータホルダ 2・・・円盤(相手材) 3・・・注油口 4・・・ロータ 5・・・試験片保持具 6・・・ステンレスファイバー 7・・・ロードセル 8・・・動歪計 9・・・記録計 10・・・試験片 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator holder 2 ... Disk (partner material) 3 ... Lubrication port 4 ... Rotor 5 ... Test piece holder 6 ... Stainless steel fiber 7 ... Load cell 8 ... Moving Strain gauge 9 ・ ・ ・ Recorder 10 ・ ・ ・ Test piece

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少なくとも窒化モリブデンを含有する皮膜
を陰極アークプラズマ式イオンプレーティング法により
基材上に形成してなるピストンリングであって、前記皮
膜中のモリブデン/窒素の原子比が1/0.05〜1/
1であることを特徴とするピストンリング。
1. A piston ring formed by forming a film containing at least molybdenum nitride on a substrate by a cathodic arc plasma ion plating method, wherein the atomic ratio of molybdenum / nitrogen in the film is 1/0. .05 / 1 /
A piston ring, which is 1.
【請求項2】請求項1に記載のピストンリングにおい
て、前記皮膜が窒化モリブデンまたは窒化モリブデンと
モリブデンとからなり、基材表面側から皮膜表面に向か
って窒素のモリブデンに対する比率が増大していること
を特徴とするピストンリング。
2. The piston ring according to claim 1, wherein the coating is made of molybdenum nitride or molybdenum nitride and molybdenum, and the ratio of nitrogen to molybdenum increases from the substrate surface side toward the coating surface. A piston ring.
【請求項3】請求項1又は2に記載のピストンリングに
おいて、前記皮膜と前記基材との間にモリブデンからな
る下地層が介在することを特徴とするピストンリング。
3. The piston ring according to claim 1, wherein an underlayer made of molybdenum is interposed between said coating and said base material.
【請求項4】少なくとも窒化モリブデンを含有する皮膜
を有するピストンリングを製造する方法において、陰極
アークプラズマ式イオンプレーティング法によりモリブ
デン蒸気及び窒素を混合した気相に基材を接触させるこ
とを特徴とするピストンリングの製造方法。
4. A method of manufacturing a piston ring having a coating containing at least molybdenum nitride, comprising contacting a base material with a gas phase in which molybdenum vapor and nitrogen are mixed by a cathodic arc plasma ion plating method. Of manufacturing piston rings.
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