JP2865419B2 - piston ring - Google Patents

piston ring

Info

Publication number
JP2865419B2
JP2865419B2 JP33358590A JP33358590A JP2865419B2 JP 2865419 B2 JP2865419 B2 JP 2865419B2 JP 33358590 A JP33358590 A JP 33358590A JP 33358590 A JP33358590 A JP 33358590A JP 2865419 B2 JP2865419 B2 JP 2865419B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston ring
plating layer
resistance
composite
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP33358590A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04203676A (en
Inventor
元伸 小野田
武司 土屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Piston Ring Co Ltd filed Critical Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority to JP33358590A priority Critical patent/JP2865419B2/en
Publication of JPH04203676A publication Critical patent/JPH04203676A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2865419B2 publication Critical patent/JP2865419B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関用ピストンに装着されるピストンリ
ングに関し、さらに詳しくは耐摩耗性、耐スカッフィン
グ性(耐焼付き性)、耐疲労性、耐食性等の諸特性が向
上していて総合性能の高いピストンリングに関する。
The present invention relates to a piston ring mounted on a piston for an internal combustion engine, and more particularly to wear resistance, scuffing resistance (seizure resistance), fatigue resistance, and corrosion resistance. It relates to a piston ring with improved overall characteristics and high overall performance.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

内燃機関用ピストンに装着されるピストンリングにお
いては、その使用条件が過酷であるため、優れた耐摩耗
性、耐スカッフィング性(耐焼付き性)、耐熱性、耐疲
労性、耐食性等が要求される。
Due to severe operating conditions of piston rings mounted on pistons for internal combustion engines, excellent wear resistance, scuffing resistance (seizure resistance), heat resistance, fatigue resistance, corrosion resistance, etc. are required. .

そこで、ピストンリングに要求される主に耐摩耗性を
付与することを目的として例えば鋼材を用いてなるピス
トンリング母材には従来より種々の表面処理が試みられ
ている。特に硬質クロムめっきは、優れた耐摩耗性を付
与し得るとともに、相手材が鋳鉄シリンダである場合に
高い耐スカッフィング性(耐焼付き性)が得られる等の
利点を有することから多く用いられてきた。
Therefore, various surface treatments have been conventionally attempted on a piston ring base material made of, for example, steel for the purpose of mainly providing wear resistance required for the piston ring. In particular, hard chromium plating has been widely used because it has advantages such as excellent wear resistance and high scuffing resistance (seizure resistance) when a mating material is a cast iron cylinder. .

一方、耐摩耗性および耐スカッフィング性を向上させ
るためにピストンリング母材面に複合めっき層を設けた
ピストンリングも実用化されている。
On the other hand, a piston ring in which a composite plating layer is provided on a piston ring base material surface in order to improve abrasion resistance and scuffing resistance has also been put to practical use.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、近年、内燃機関の高出力化、高性能化および
排気ガス処理対策が進むに従い、ピストンリングの受け
る熱負荷が高くなってきており、従来の硬質クロムめっ
きでは耐摩耗性、耐熱性および耐スカッフィング性の点
で満足すべき性能を得ることが困難になってきた。
However, in recent years, the thermal load applied to the piston ring has been increasing as the output of the internal combustion engine has been increased, the performance has been improved, and the exhaust gas treatment measures have been advanced. It has become difficult to obtain satisfactory performance in terms of scuffing properties.

すなわち、硬質クロムめっきは高温に晒されると、そ
の硬さにかなりの低下をきたしてクラックの増大を招く
ため熱負荷が高くなってきている最近の内燃機関におい
ては、高温摺動下で摩耗量が増大してしまうという問題
が顕著になってきた。
That is, when a hard chrome plating is exposed to high temperatures, its hardness significantly decreases and cracks increase. The problem of the increase of the number has become remarkable.

そこで、かかる問題を解決するべく少なくとも外周摺
動面に窒化処理層を設けてなるピストンリングが実用化
されるに至っている。
Then, in order to solve such a problem, a piston ring having a nitriding layer provided on at least the outer peripheral sliding surface has been put to practical use.

しかしながら、この窒化処理を施したピストンリング
においては、耐摩耗性は向上している反面、耐スカッフ
ィング性は前記の硬質クロムめっきを施したピストンリ
ングに比較して劣っているため、焼付きが起こり易いと
いう問題がある。
However, in the piston ring subjected to the nitriding treatment, although the wear resistance is improved, the scuffing resistance is inferior to the hard chromium-plated piston ring. There is a problem that it is easy.

また、ピストンリング母材面に複合めっき層を設けた
ピストンリング(以下、「複合めっきリング」と称する
ことがある。)においては、硬度を上げるためにマトリ
ックス中のP量を増加する必要がある。このマトリック
ス中のP量について本発明者が検討を重ねたところ、第
6図に示すように、硬度上昇に伴って耐スカッフィング
性も向上することが確認された。一方、この複合めっき
リングにおいては、P量の増加に伴ってめっきの靭性が
低下し、長寿命を考慮して厚みを大きくしためっき層で
はクラックや剥離が発生し易くなることも確認されてい
る。したがって、従来の複合めっきリングにおいては、
前記のクラックや剥離の発生の防止および耐摩耗性、耐
スカッフィング性の向上の両立を図るためにマトリック
ス中のP量を低目に設定する必要があり、耐摩耗性、耐
スカッフィング性の向上は未だ必ずしも充分ではない。
Further, in a piston ring having a composite plating layer provided on the surface of a piston ring base material (hereinafter sometimes referred to as a “composite plating ring”), it is necessary to increase the amount of P in a matrix in order to increase hardness. . The present inventor repeatedly studied the amount of P in the matrix, and as shown in FIG. 6, it was confirmed that the scuffing resistance was improved as the hardness increased. On the other hand, in this composite plating ring, it has also been confirmed that the toughness of plating decreases with an increase in the amount of P, and cracks and peeling are liable to occur in a plating layer whose thickness is increased in consideration of long life. . Therefore, in the conventional composite plating ring,
It is necessary to set the amount of P in the matrix to a low value in order to prevent the occurrence of the cracks and peeling and to improve the wear resistance and the scuffing resistance. Not always enough.

本発明は前記の事情に基づいてなされたものであり、
本発明の目的は、耐摩耗性、耐スカッフィング性(耐焼
付き性)、耐熱性、耐疲労性、耐食性等の諸特性が向上
していて過酷な使用条件下でも高い総合性能を発揮する
ピストンリングを提供することにある。
The present invention has been made based on the above circumstances,
An object of the present invention is to improve abrasion resistance, scuffing resistance (seizure resistance), heat resistance, fatigue resistance, corrosion resistance, etc., and to exhibit a high overall performance even under severe use conditions. Is to provide.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記の目的を達成するための本発明の要旨は、内燃機
関用ピストンに装着されるピストンリングにおいて、少
なくとも外周摺動面に複合分散めっき層を有するととも
に、該複合分散めっき層上に物理的気相蒸着法により形
成された皮膜を有し、前記複合分散めっき層はホウ素を
0.1〜10重量%の割合で含有するニッケル合金中に粒径
0.1〜10μmの硬質粒子を容積比で5〜30%の割合で分
散してなり、前記皮膜は金属窒化物、金属炭化物および
金属酸化物のいずれかよりなることを特徴とするピスト
ンリングであり、 前記複合分散めっき層中の前記硬質粒子が金属窒化物
粒子、金属炭化物粒子および金属酸化物粒子よりなる群
から選択される少なくとも一種の粒子である請求項1記
載のピストンリングであり、 前記複合分散めっき層が形成される母材の全周面に窒
化処理層が形成されている請求項1または請求項2に記
載のピストンリングであり、 前記複合分散めっき層が形成される母材における燃焼
室側周面、クランクケース側周面およびピストン装着面
の三面に窒化処理層が形成されている請求項1または請
求項2に記載のピストンリングである。
The gist of the present invention to achieve the above object is to provide a piston ring mounted on a piston for an internal combustion engine, which has a composite dispersed plating layer on at least the outer peripheral sliding surface and has a physical vapor deposition layer on the composite dispersed plating layer. Having a film formed by a phase deposition method, wherein the composite dispersion plating layer contains boron.
Particle size in nickel alloy containing 0.1 to 10% by weight
0.1 to 10 μm hard particles are dispersed at a ratio of 5 to 30% by volume ratio, and the coating is a piston ring characterized by being composed of any of metal nitride, metal carbide and metal oxide, The piston ring according to claim 1, wherein the hard particles in the composite dispersion plating layer are at least one kind of particles selected from the group consisting of metal nitride particles, metal carbide particles, and metal oxide particles. 3. The piston ring according to claim 1, wherein a nitriding layer is formed on the entire peripheral surface of the base material on which the plating layer is formed. 3. A combustion chamber in the base material on which the composite dispersed plating layer is formed. 4. The piston ring according to claim 1 or 2, wherein a nitriding layer is formed on three sides of a side peripheral surface, a crankcase side peripheral surface, and a piston mounting surface.

〔作用〕[Action]

本発明のピストンリングは、その外周摺動面に物理的
気相蒸着法により形成された金属窒化物、金属炭化物お
よび金属酸化物のいずれかよりなる皮膜を有する。物理
的気相蒸着法により形成されるこの皮膜を有する本発明
のピストンリングは、第7図に示すように、摩耗量が少
なく、また相手材であるシリンダーに対する攻撃性も低
い。ところで、この皮膜をピストンリング母材面に直接
形成すると、皮膜が摩耗して母材面の一部が露出した場
合に耐スカッフィング性(耐焼付き性)が充分ではなく
なる。そこで、本発明のピストンリングにおいては、ピ
ストンリング母材面上に設けた複合分散めっき層上に上
記の皮膜が設けられている。この複合分散めっき層は、
ホウ素を0.1〜10重量%の割合で含有するニッケル合金
中に粒径0.1〜10μmの硬質粒子を容積比で5〜30%の
割合で分散してなり、耐摩耗性に優れているとともに耐
スカッフィング性が著しく向上している。したがって、
本発明のピストンリングにおいては、仮に前記の皮膜が
摩耗して複合分散めっき層の一部が露出したとしても優
れた耐摩耗性および耐スカッフィング性が補償されてい
る。しかも、ピストンリング母材面の全周面あるいは燃
焼室側周面、クランクケース側周面およびピストン装着
面の三面に窒化処理層を設け、この窒化処理層上に前記
の複合分散めっき層および皮膜をこの順に設ければ、耐
摩耗性、耐食性がさらに向上する。
The piston ring of the present invention has a coating made of any of metal nitride, metal carbide and metal oxide formed on the outer peripheral sliding surface by physical vapor deposition. As shown in FIG. 7, the piston ring of the present invention having this film formed by the physical vapor deposition method has a small amount of wear and a low aggressiveness against the cylinder as a mating material. By the way, if this film is formed directly on the surface of the piston ring base material, the scuffing resistance (seizure resistance) becomes insufficient when the film is worn and a part of the base material surface is exposed. Therefore, in the piston ring of the present invention, the above-described coating is provided on the composite dispersion plating layer provided on the piston ring base material surface. This composite dispersion plating layer
Hard particles with a particle size of 0.1 to 10 μm are dispersed in a nickel alloy containing 0.1 to 10% by weight of boron at a volume ratio of 5 to 30%, and have excellent wear resistance and scuffing resistance. Properties have been significantly improved. Therefore,
In the piston ring of the present invention, excellent wear resistance and scuffing resistance are compensated even if the above-mentioned film is worn and a part of the composite dispersion plating layer is exposed. In addition, a nitriding layer is provided on the entire peripheral surface of the piston ring base material surface or the peripheral surface on the combustion chamber side, the peripheral surface on the crankcase side, and the piston mounting surface, and the composite dispersion plating layer and the coating are formed on the nitriding layer. Are provided in this order, the wear resistance and corrosion resistance are further improved.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例であるピストンリングの部
分断面図である。
FIG. 1 is a partial sectional view of a piston ring according to one embodiment of the present invention.

第1図に示すように、このピストンリングはその外周
摺動面において、母材1上に設けた複合分散めっき層2
上に皮膜3を有している。
As shown in FIG. 1, this piston ring has a composite dispersion plating layer 2 provided on a base material 1 on its outer peripheral sliding surface.
It has a coating 3 on it.

母材1は、たとえば鋼材を好適に用いて形成される。
この鋼材は良好な耐摩耗特性を示す窒化処理層を得るの
に適するものを使用することが望ましい。このような鋼
材としては、たとえば炭素0.16〜1.30重量%、およびク
ロム12〜19重量%を含有する鋼材あるいはこれにモリブ
デンおよび/またはバナジウムを含有させた鋼材などが
挙げられる。
The base material 1 is preferably formed using, for example, a steel material.
It is desirable to use a steel material suitable for obtaining a nitrided layer exhibiting good wear resistance. Examples of such a steel material include a steel material containing 0.16 to 1.30% by weight of carbon and 12 to 19% by weight of chromium, or a steel material containing molybdenum and / or vanadium.

この母材1上に設けられている複合分散めっき層2
は、ホウ素を0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜6.0重量
%の割合で含有するニッケル合金中に粒径0.1〜10μ
m、好ましくは0.3〜3μmの硬質粒子を容積比で5〜3
0%、好ましくは5〜15%の割合で分散させためっき層
である。
Composite dispersed plating layer 2 provided on base material 1
Has a particle size of 0.1 to 10 μm in a nickel alloy containing 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 6.0% by weight of boron.
m, preferably 0.3 to 3 μm hard particles in a volume ratio of 5 to 3 μm.
It is a plating layer dispersed at a ratio of 0%, preferably 5 to 15%.

ここで、ホウ素の含有は、めっき基地の硬度を上げて
耐摩耗性を向上させるが、ホウ素の含有率が0.1重量%
未満であると、耐摩耗性の向上が充分ではないことがあ
り、また10重量%を超えると、めっき基地の脆弱化を招
くことがある。
Here, the content of boron increases the hardness of the plating base and improves the wear resistance, but the content of boron is 0.1% by weight.
If it is less than 10, the abrasion resistance may not be sufficiently improved, and if it exceeds 10% by weight, the plating base may be weakened.

また、この複合分散めっき層2中に分散させる硬質粒
子としては、例えばSi3N4、TiN、CrN、Cr2N、ZrN、TiAl
N、HfN等の金属窒化物;TiC、SiC、Cr3C2、WC等の金属炭
化物;Cr2O3、ZrO2、Al2O3等の金属酸化物;TiB2、ZrB2
の金属ホウ化物などが挙げられる。これらの中でも、金
属窒化物、金属炭化物および金属酸化物が好ましく、金
属窒化物は特に好ましい。なお、これらの硬質粒子は一
種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよ
い。
Hard particles dispersed in the composite dispersed plating layer 2 include, for example, Si 3 N 4 , TiN, CrN, Cr 2 N, ZrN, TiAl
Metal nitrides such as N and HfN; metal carbides such as TiC, SiC, Cr 3 C 2 and WC; metal oxides such as Cr 2 O 3 , ZrO 2 and Al 2 O 3 ; metals such as TiB 2 and ZrB 2 Boride and the like. Among these, metal nitrides, metal carbides and metal oxides are preferred, and metal nitrides are particularly preferred. These hard particles may be used alone or in combination of two or more.

複合分散めっき層2における硬質粒子の粒径が0.1μ
m未満であったり、含有率が容積比で5%未満であった
りすると、耐摩耗性の向上が充分ではないことがある。
一方、複合分散めっき層2における硬質粒子の粒径が10
μmを超えたり、含有率が容積比で30%を超えたりする
と、複合分散めっき層2の強度が低下し、さらに相手材
の摩耗を大きくすることがある。したがって、硬質分散
めっき層2中に分散させる硬質粒子の粒径および含有率
は前記の範囲にすることが必要である。
The particle diameter of the hard particles in the composite dispersion plating layer 2 is 0.1 μm.
If it is less than m, or if the content is less than 5% by volume, the abrasion resistance may not be sufficiently improved.
On the other hand, the particle diameter of the hard particles in the composite dispersed plating layer 2 is 10
If it exceeds μm, or if the content exceeds 30% by volume, the strength of the composite dispersed plating layer 2 decreases, and the wear of the mating material may further increase. Therefore, the particle size and content of the hard particles dispersed in the hard dispersion plating layer 2 need to be within the above ranges.

複合分散めっき層2の層厚は3〜50μm、好ましくは
30〜50μmである。この層厚が3μm未満であると、耐
摩耗性、耐スカッフィング性の向上が充分ではないこと
がある。一方、50μmを超えると、クラックや剥離が発
生し易くなる。
The thickness of the composite dispersion plating layer 2 is 3 to 50 μm, preferably
30 to 50 μm. If the thickness is less than 3 μm, the abrasion resistance and scuffing resistance may not be sufficiently improved. On the other hand, if it exceeds 50 μm, cracks and peeling are likely to occur.

複合分散めっき層2上の皮膜3は、金属窒化物、金属
炭化物および金属酸化物のいずれかよりなり、物理的気
相蒸着法(PVD法)により形成されている。
The coating 3 on the composite dispersion plating layer 2 is made of any of metal nitride, metal carbide and metal oxide, and is formed by a physical vapor deposition (PVD) method.

皮膜3の形成材料に用いられる金属窒化物としては、
例えばSi3N4、TiN、CrN、Cr2N、ZrN、TiAlN、HfNなどが
挙げられる。
Examples of the metal nitride used for the material for forming the film 3 include:
For example, Si 3 N 4 , TiN, CrN, Cr 2 N, ZrN, TiAlN, HfN and the like can be mentioned.

また、金属炭化物としては、例えばTiC、SiC、Cr
3C2、WCなどが挙げられる さらに金属酸化物としては、例えばAl2O3、Cr2O3、Zr
O2などが挙げられる。
Further, as the metal carbide, for example, TiC, SiC, Cr
3 C 2 , WC, etc. Further metal oxides, for example, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Zr
O 2 and the like.

これらの形成材料の中でも、好ましいのは金属窒化物
であり、特に好ましいのは窒化チタン(TiN)、窒化ク
ロム(Cr2N)である。
Among these forming materials, preferred are metal nitrides, and particularly preferred are titanium nitride (TiN) and chromium nitride (Cr 2 N).

皮膜3は、たとえばイオンプレーティング法、スパッ
タリング法、真空蒸着法等の物理的気相蒸着法(PVD
法)を用いて形成される。
The film 3 is formed by a physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method, a sputtering method, and a vacuum deposition method.
Method).

ここで、皮膜3の形成に物理的気相蒸着法(PVD法)
を採用する理由は、耐摩耗性に優れているとともに相手
材を摩耗させにくく、しかも複合分散めっき層2との密
着強度の高い皮膜3を形成することができるからであ
る。
Here, a physical vapor deposition method (PVD method) is used to form the film 3.
The reason why is adopted is that it is possible to form a film 3 which is excellent in abrasion resistance, hardly wears a mating material, and has high adhesion strength to the composite dispersed plating layer 2.

皮膜3の膜厚は、通常、0.3〜30μm、好ましくは3
〜10μmである。この膜厚が0.3μm未満であると、耐
摩耗性の向上が充分ではなく、また相手材の摩耗を減少
させる効果が充分に奏されないことがある。一方、30μ
mを超えると、クラックが発生し易くなる。
The thickness of the coating 3 is usually 0.3 to 30 μm, preferably 3 to 30 μm.
1010 μm. If the thickness is less than 0.3 μm, the abrasion resistance is not sufficiently improved, and the effect of reducing the abrasion of the mating material may not be sufficiently exhibited. On the other hand, 30μ
If m is exceeded, cracks are likely to occur.

なお、第2図に示すように、全周面に窒化処理層4が
形成された母材1上の複合分散めっき層2上に皮膜3を
有していてもよいし、あるいは第3図に示すように、燃
焼室側周面、クランクケース側周面およびピストン装着
面の三面に窒化処理層4が形成された母材1上の複合分
散めっき層2上に皮膜3を有していてもよい。
In addition, as shown in FIG. 2, the coating 3 may be provided on the composite dispersion plating layer 2 on the base material 1 on which the nitriding layer 4 is formed on the entire peripheral surface, or in FIG. As shown, even if the coating 3 is formed on the composite dispersion plating layer 2 on the base material 1 on which the nitriding layer 4 is formed on three sides of the combustion chamber side peripheral surface, the crankcase side peripheral surface, and the piston mounting surface. Good.

このように母材1の全周面または燃焼室側周面、クラ
ンクケース側周面およびピストン装着面の三面に窒化処
理層4を有していると、耐摩耗性、耐食性がさらに向上
する。
As described above, when the nitriding layer 4 is provided on the entire peripheral surface of the base material 1, the peripheral surface on the combustion chamber side, the peripheral surface on the crankcase side, and the piston mounting surface, the wear resistance and corrosion resistance are further improved.

第4図は実施品および従来のピストンリングのそれぞ
れにおける摩耗量を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the amount of wear in each of the embodiment product and the conventional piston ring.

ここで、実施品Aは、鋼製ピストンリング母材1の全
周面に厚さ90μmの窒化処理層4を有し、この窒化処理
層4上にNi−B−Si3N4からなる厚さ30μmの複合分散
めっき層2を有し、さらにこの複合分散めっき層2上に
イオンプレーティング法を採用して形成された厚さ3μ
mのTiN膜からなる皮膜3を有し、第2図に示した構成
からなり、実施品Bは、皮膜3が厚さ3μmのCr2N膜か
らなるほかは実施品Aと同様の構成を有する。また、比
較品Aは外周摺動面に厚さ100μmの硬いクロムめっき
層を有する従来のピストンリングであり、比較品Bは外
周摺動面に、P量を低く抑えたNi−P−Si3N4からなる
厚さ90μmの厚膜複合めっき層を有する従来のピストン
リングである。なお、この摩耗量は、排気量2000ccの乗
用車用ディーゼル機関のピストンに装着して100時間の
連続高速運転を行なった後の測定値である。
Here, the product A has a nitriding layer 4 having a thickness of 90 μm on the entire peripheral surface of the steel piston ring base material 1, and a thickness of Ni-B-Si 3 N 4 on the nitriding layer 4. It has a composite dispersion plating layer 2 having a thickness of 30 μm and a thickness of 3 μm formed on the composite dispersion plating layer 2 by employing the ion plating method.
2 has a film 3 made of a TiN film, and has the structure shown in FIG. 2. The product B has the same structure as the product A except that the film 3 is made of a Cr 2 N film having a thickness of 3 μm. Have. Comparative product A is a conventional piston ring having a hard chromium plating layer having a thickness of 100 μm on the outer peripheral sliding surface, and comparative product B is Ni-P-Si 3 with a reduced amount of P on the outer peripheral sliding surface. 1 is a conventional piston ring having a 90 μm thick composite plating layer made of N 4 . The abrasion amount is a value measured after mounting on a piston of a diesel engine for passenger cars having a displacement of 2000 cc and performing continuous high-speed operation for 100 hours.

第4図に示すように、実施品Aおよび実施品Bは、比
較品Aおよび比較品Bに比べて耐摩耗性が向上している
ことが判る。
As shown in FIG. 4, it can be seen that the product A and the product B have improved abrasion resistance as compared with the product A and the product B.

また第5図は、実施品A,Bおよび比較品Bについての
密着強度を示すグラフである。この密着強度は、ねじり
剥離試験機を使用して剥離発生角度を測定することによ
り行なった。
FIG. 5 is a graph showing the adhesion strength of the actual products A and B and the comparative product B. This adhesion strength was measured by measuring the peeling angle using a torsional peeling tester.

第5図に示すように、実施品A,Bの剥離発生角度は比
較品Bの剥離発生角度よりも大きく、密着強度の向上が
著しいことが確認された。
As shown in FIG. 5, the peeling angles of the products A and B were larger than the peeling angle of the comparative product B, and it was confirmed that the adhesion strength was significantly improved.

また、実施品A,Bについて実機試験を行なって600時間
連続高速運転後のクラックおよび剥離の発生について評
価したところ、実施品A,Bにはいずれもクラックおよび
剥離の発生は見られず、実施品A,Bは充分な皮膜強度お
よび密着強度を有していることが確認された。なお、こ
の実機試験には、排気量2000ccの乗用車用ディーゼル機
関を使用した。
In addition, actual products were tested for the products A and B to evaluate the occurrence of cracks and peeling after 600 hours of continuous high-speed operation, and no cracks and peeling occurred in the products A and B. Products A and B were confirmed to have sufficient film strength and adhesion strength. Note that a diesel engine for passenger cars with a displacement of 2000 cc was used in the actual machine test.

さらに、本発明に係るピストンリングの耐摩耗性、相
手攻撃性および耐焼付き性に関する試験結果を次に示
す。
Further, the results of tests on the wear resistance, counterpart aggressiveness and seizure resistance of the piston ring according to the present invention are shown below.

(耐摩耗性、相手攻撃性) 本発明の実施品A,Bと実施品Cとについて、耐摩耗性
試験および相手攻撃性試験を行なった。ここで、実施品
Cは、鋼製ピストンリングに厚さ90μmの窒化処理層を
設け、この窒化処理層上にNi−W−Cr3C2からなる厚さ3
0μmの複合分散めっき層を有し、さらにこの複合分散
めっき層上にイオンプレーティング法を採用して形成さ
れた厚さ3μmのTiN膜からなる被膜を有するものであ
る。
(Abrasion resistance and counterpart aggression) Abrasion resistance test and counterpart aggression test were carried out on Examples A and B and Example C of the present invention. Here, the product C is provided with a 90 μm-thick nitridation layer on a steel piston ring, and the Ni-W-Cr 3 C 2 thickness 3
It has a composite dispersion plating layer of 0 μm, and further has a coating of a 3 μm thick TiN film formed on the composite dispersion plating layer by employing an ion plating method.

試験はアムスラー型摩耗試験機を使用し、回転片のほ
ぼ半分を油に浸漬し、固定片と接触させて荷重をかける
という方法によって行なった。なお、試験条件は次の通
りである。
The test was performed by using an Amsler type abrasion tester, in which almost half of the rotating piece was immersed in oil and brought into contact with a fixed piece to apply a load. The test conditions are as follows.

相手材:FC25(HRB98) 潤滑油:10W30 油温:室温 摩擦速度:0.89m/sec(500rpm) 荷重:100kg 時間:40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。
Mating material: FC25 (H RB 98) Lubricating oil: 10W30 Oil temperature: room temperature Friction speed: 0.89m / sec (500rpm) Load: 100kg Time: 40 hours Wear measurement: Wear measured by a step profile using a roughness meter (μm ) Measured.

なお、試験開始後20時間目でアムスラー型試験機を一
旦停止させ、耐摩耗性および相手攻撃性について測定し
た。
It should be noted that the Amsler-type testing machine was temporarily stopped at 20 hours after the start of the test, and the abrasion resistance and the aggressiveness to the partner were measured.

試験結果は第7図に示す通りである。 The test results are as shown in FIG.

第7図に示すように、実施品A,Bは比較品Cに比べて
耐摩耗性および相手攻撃性が優れていることが判る。
As shown in FIG. 7, it can be seen that the products A and B are superior to the comparative product C in abrasion resistance and aggressiveness to the other party.

(耐焼付き性試験) 前記耐摩耗性試験および相手攻撃性試験に用いたのと
同様の実施品A,Bおよび比較品Cについて回転円板式滑
り摩擦摩耗試験機を用いて下記の試験条件で耐焼付き性
試験を行なった。
(Seizure resistance test) The same test products A, B and comparative product C used in the wear resistance test and the counter-attack test were subjected to the following test conditions using a rotating disk type sliding friction wear tester under the following test conditions. An adhesion test was performed.

相手材:FC25(HRB98) 潤滑油:SAE#30(50%)+白灯油(50%) 油量:0.02リットル/min 油温:50℃(タンク内温度) 摩擦速度:3.75m/sec(300rpm) 面圧:25kg/cm2 以上の試験条件にて20分間慣らし運転を行なった後、
潤滑油の供給を停止し、面圧30kg/cm2から2分後に面圧
を10kg/cm2づつ加圧し、これによってスカッフィングが
発生した面圧をスカッフィング発生限界面圧とした。
Partner material: FC25 (H RB 98) Lubricating oil: SAE # 30 (50%) + white kerosene (50%) Oil volume: 0.02 l / min Oil temperature: 50 ° C (tank temperature) Friction speed: 3.75m / sec (300 rpm) Surface pressure: After running-in for 20 minutes under the test condition of 25 kg / cm 2 or more,
The supply of the lubricating oil was stopped, and after 2 minutes from the surface pressure of 30 kg / cm 2 , the surface pressure was increased by 10 kg / cm 2 , and the surface pressure at which scuffing occurred was defined as the scuffing occurrence limit surface pressure.

試験結果は第8図に示す通りである。 The test results are as shown in FIG.

第8図から明らかなように、実施品Aの耐焼付き性は
比較品Cの耐焼付き性と同程度であるが、実施品Bの耐
焼付き性は比較品Cの耐焼付き性よりも優れていること
が判る。
As is clear from FIG. 8, the seizure resistance of the product A is almost the same as the seizure resistance of the comparative product C, but the seizure resistance of the product B is better than that of the comparative product C. It turns out that there is.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、耐摩耗性、耐スカッフィング性等が
従来の複合めっき層に比べて向上している特定の複合分
散めっき層上に設けられているとともに、自らも耐摩耗
性、耐スカッフィング性等に優れ、しかも充分な皮膜強
度、密着強度を有する特定の皮膜を外周摺動面に備えて
いるので、耐摩耗性、耐焼付き性、耐疲労性、耐食性等
の諸特性が向上していて総合性能の高いピストンリング
を提供することができる。
According to the present invention, abrasion resistance, scuffing resistance, etc. are provided on a specific composite dispersed plating layer, which is improved as compared with the conventional composite plating layer. Since the outer peripheral sliding surface is provided with a specific coating that has excellent coating strength and adhesion strength, various properties such as wear resistance, seizure resistance, fatigue resistance, and corrosion resistance have been improved. A piston ring with high overall performance can be provided.

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

第1図〜第3図はそれぞれ本発明のピストンリングの一
例を示す部分断面図、第4図は本発明のピストンリング
および従来品のそれぞれについての耐摩耗性試験の試験
結果を示すグラフ、第5図は同じく密着強度試験の試験
結果を示すグラフ、第6図は複合めっき層中のP量と焼
付発生面圧との関係を示すグラフ、第7図は本発明のピ
ストンリングおよび従来品のそれぞれについての摩耗特
性および相手攻撃性に関する試験結果を示すグラフ、第
8図は同じく耐焼付き性に関する試験結果を示すグラフ
である。 1……母材、2……複合分散めっき層、3……皮膜、4
……窒化処理層。
1 to 3 are partial cross-sectional views each showing an example of the piston ring of the present invention. FIG. 4 is a graph showing test results of a wear resistance test for each of the piston ring of the present invention and a conventional product. 5 is a graph showing the test results of the adhesion strength test, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the P content in the composite plating layer and the surface pressure at which seizure occurs, and FIG. 7 is a graph showing the relationship between the piston ring of the present invention and the conventional product. FIG. 8 is a graph showing the test results regarding the wear characteristics and the counterpart aggressiveness of each, and FIG. 8 is a graph showing the test results regarding the seizure resistance. 1 ... base material, 2 ... composite dispersion plating layer, 3 ... film, 4
... A nitrided layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16J 1/00 - 10/04──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F16J 1/00-10/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内燃機関用ピストンに装着されるピストン
リングにおいて、少なくとも外周摺動面に複合分散めっ
き層を有するとともに、該複合分散めっき層上に物理的
気相蒸着法により形成された皮膜を有し、前記複合分散
めっき層はホウ素を0.1〜10重量%の割合で含有するニ
ッケル合金中に粒径0.1〜10μmの硬質粒子を容積比で
5〜30%の割合で分散してなり、前記皮膜は金属窒化
物、金属炭化物および金属酸化物のいずれかよりなるこ
とを特徴とするピストンリング。
1. A piston ring to be mounted on a piston for an internal combustion engine, wherein the piston ring has a composite dispersion plating layer on at least an outer peripheral sliding surface, and a film formed by physical vapor deposition on the composite dispersion plating layer. The composite dispersed plating layer has hard particles having a particle size of 0.1 to 10 μm dispersed in a nickel alloy containing boron at a ratio of 0.1 to 10% by weight at a volume ratio of 5 to 30%, A piston ring, wherein the coating is made of one of a metal nitride, a metal carbide and a metal oxide.
【請求項2】前記複合分散めっき層中の前記硬質粒子が
金属窒化物粒子、金属炭化物粒子および金属酸化物粒子
よりなる群から選択される少なくとも一種の粒子である
請求項1記載のピストンリング。
2. The piston ring according to claim 1, wherein said hard particles in said composite dispersion plating layer are at least one kind of particles selected from the group consisting of metal nitride particles, metal carbide particles and metal oxide particles.
【請求項3】前記複合分散めっき層が形成される母材の
全周面に窒化処理層が形成されている請求項1または請
求項2に記載のピストンリング。
3. The piston ring according to claim 1, wherein a nitriding layer is formed on the entire peripheral surface of the base material on which the composite dispersion plating layer is formed.
【請求項4】前記複合分散めっき層が形成される母材に
おける燃焼室側周面、クランクケース側周面およびピス
トン装着面の三面に窒化処理層が形成されている請求項
1または請求項2に記載のピストンリング。
4. A nitriding layer is formed on three surfaces of a combustion chamber side peripheral surface, a crankcase side peripheral surface, and a piston mounting surface of a base material on which the composite dispersed plating layer is formed. The piston ring according to 1.
JP33358590A 1990-11-30 1990-11-30 piston ring Expired - Fee Related JP2865419B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33358590A JP2865419B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 piston ring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33358590A JP2865419B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 piston ring

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04203676A JPH04203676A (en) 1992-07-24
JP2865419B2 true JP2865419B2 (en) 1999-03-08

Family

ID=18267692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33358590A Expired - Fee Related JP2865419B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 piston ring

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2865419B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007507604A (en) * 2003-09-29 2007-03-29 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Nanostructured coating systems, components and related manufacturing methods
WO2008098615A1 (en) 2007-02-14 2008-08-21 Agilent Technologies, Inc. Hplc pumping apparatus with silicon carbide piston and/or working chamber
DE102014213822A1 (en) * 2014-07-16 2016-01-21 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Sliding element, in particular piston ring, and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04203676A (en) 1992-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3793990B2 (en) Combination of internal combustion engine cylinder liner and piston ring
JP2891745B2 (en) piston ring
JP4790135B2 (en) Wear-resistant sliding member
EP2162561B1 (en) Piston ring with a sulphonitriding treatment
JPH0243838B2 (en)
JP2865419B2 (en) piston ring
JPH0643570Y2 (en) piston ring
JPH0635837B2 (en) Rotor housing for rotary piston engine
JP2006057674A (en) Sliding member and piston ring
JP2552638B2 (en) piston ring
JPH0231219B2 (en) PISUTONRINGU
JP3547583B2 (en) Cylinder liner
JP3059793B2 (en) piston ring
JP3399724B2 (en) Sliding member for internal combustion engine
JPH0289874A (en) Piston ring
JPH0337028B2 (en)
JPS635147A (en) Combination of piston ring with cylinder
JPH03244876A (en) Combination of piston ring and cylinder
JPH0413897A (en) Piston ring
JPH02159478A (en) Piston ring
JPH03134374A (en) Piston ring
JPS62255667A (en) Piston ring
JPH03134373A (en) Piston ring
JPH0285571A (en) Steel piston ring for internal combustion engine
JPH0280861A (en) Steel piston ring for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees