JP3147289B2 - Thermal spray powder, thermal spray sliding surface and method of forming thermal spray sliding surface - Google Patents

Thermal spray powder, thermal spray sliding surface and method of forming thermal spray sliding surface

Info

Publication number
JP3147289B2
JP3147289B2 JP04556296A JP4556296A JP3147289B2 JP 3147289 B2 JP3147289 B2 JP 3147289B2 JP 04556296 A JP04556296 A JP 04556296A JP 4556296 A JP4556296 A JP 4556296A JP 3147289 B2 JP3147289 B2 JP 3147289B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
alloy
sprayed
thermal spray
thermal
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
JP04556296A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08253856A (en
Inventor
和彦 森
幸多 児玉
泰介 宮本
浩二 斎藤
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP04556296A priority Critical patent/JP3147289B2/en
Publication of JPH08253856A publication Critical patent/JPH08253856A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3147289B2 publication Critical patent/JP3147289B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は溶射粉末、溶射摺動
面、及び溶射摺動面の形成方法に関する。本発明は摺動
部材、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン
に用いられるピストンのピストンリング溝とりわけトッ
プリング溝に適用できる。
The present invention relates to a thermal spray powder, a thermal spray sliding surface, and a method of forming a thermal spray sliding surface. The present invention can be applied to a sliding member, for example, a piston ring groove of a piston used in a diesel engine or a gasoline engine, particularly, a top ring groove.

【0002】[0002]

【従来の技術】エンジンのピストンのトップリング溝を
例にとって従来技術を説明する。エンジン特にディーゼ
ルエンジンのピストンのトップリング溝は、熱的に厳し
い条件で使用される。トップリング溝は、充分なオイル
潤滑や冷却があまり期待できず、無潤滑或いはそれに近
い状態で使用されることが多いからである。
2. Description of the Related Art The prior art will be described using a top ring groove of an engine piston as an example. The top ring groove of the engine, especially the piston of the diesel engine, is used under thermally severe conditions. This is because sufficient oil lubrication and cooling cannot be expected in the top ring groove, and the top ring groove is often used without lubrication or near lubrication.

【0003】更に近年の排気ガス清浄規制に伴いディー
ゼルエンジンのオイル消費が一層抑制され、またエンジ
ンの高出力化の要請により燃焼室の燃焼温度が一層高温
化されつつある。この様な要請により、ピストンのトッ
プリング溝の使用条件は益々厳しくなる。そこで近年、
トップリング溝に耐熱性や耐摩耗性に優れた層を形成す
る多くの試みが検討されている。代表的なものにピス
トンを構成するAl材と熱膨張率が近いニレジスト鋳鉄
からなる耐摩環の鋳包み技術、セラミックス成形体を
高圧鋳造で鋳包むMMC技術(METAL−MATRI
X−COMPOSITE)、電子ビームを用いてCu
−Al合金層を形成する技術がある。これらの試みは次
の参考文献・特許公報に報告されている。書籍「内燃機
関の潤滑」(幸書房)P218(1987)、特開昭5
8−93840号公報、特開平1−232152号公
報、特開昭61−41731号公報、特開昭61−25
2855号公報、特開昭62−72457号公報、特開
平2−78752号公報。
Further, with the recent regulations on exhaust gas purification, oil consumption of diesel engines has been further suppressed, and the combustion temperature of the combustion chamber has been further increased due to the demand for higher engine output. Due to such demands, the conditions for using the top ring groove of the piston become increasingly severe. So in recent years,
Many attempts have been made to form a layer having excellent heat resistance and wear resistance in the top ring groove. Typical examples include a ring-casting technology for wear-resistant rings made of Ni-resist cast iron having a coefficient of thermal expansion close to that of the Al material constituting the piston, and an MMC technology for molding and molding a ceramic compact by high-pressure casting (METAL-MATRI).
X-COMPOSITE), Cu using electron beam
-There is a technique for forming an Al alloy layer. These attempts have been reported in the following references and patent publications. Book “Lubrication of Internal Combustion Engine” (Koshobo) P218 (1987)
JP-A-8-93840, JP-A-1-232152, JP-A-61-41731, JP-A-61-25
2855, JP-A-62-72457 and JP-A-2-78752.

【0004】しかしこれらの技術では必ずしも充分では
なく、近年の激しい要請に対応するには不利である。他
の試みとして、溶射を挙げることができる。しかしトッ
プリング溝等のピストンリング溝は狭い溝であり、耐摩
耗性及び密着力が良好な溶射層の積層は容易ではない。
[0004] However, these techniques are not always sufficient and are disadvantageous in responding to intense demands in recent years. Other attempts include thermal spraying. However, a piston ring groove such as a top ring groove is a narrow groove, and it is not easy to laminate a sprayed layer having good wear resistance and adhesion.

【0005】そこで本出願人により、特公平3−294
3号公報に開示されている様に、容量%で、高炭素量を
含むFe−Cr系合金が70〜98%、Al−Si系の
合金粉末が2〜30%含まれた組成をもつ溶射層が開示
されている。
[0005] The applicant of the present invention has reported that Japanese Patent Publication No. 3-294.
As disclosed in Japanese Patent No. 3 gazette, thermal spraying has a composition containing 70 to 98% by volume of a Fe-Cr alloy containing a high carbon content and 2 to 30% of an Al-Si alloy powder by volume. A layer is disclosed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの公報
に係る技術によれば、Fe−Cr系合金が容量%で70
〜98%含まれているため、重量%でみると、溶射層は
殆どがFe系である。この様にFeが多すぎると、溶射
層の切削加工性が充分ではなく、溶射層を切削加工する
のに不利である。更に、溶射処理の際において溶射粉末
の酸化燃焼等の影響を受け、溶射粉末のAl系基材への
付着効率も充分ではない。更には、基材がAl系の場合
にはFe系の溶射層とAl系基材との熱膨張率差も大き
く、溶射層の密着強度もまだ改善の余地がある。
However, according to the technique disclosed in this publication, the content of Fe-Cr alloy is 70% by volume.
Most of the thermal sprayed layer is Fe-based in terms of% by weight because it contains about 98%. If the amount of Fe is too large, the cutting property of the sprayed layer is not sufficient, which is disadvantageous for cutting the sprayed layer. Further, during the thermal spraying process, the efficiency of adhesion of the thermal spray powder to the Al-based substrate is not sufficient due to the influence of oxidation combustion of the thermal spray powder. Further, when the base material is an Al-based material, the difference in thermal expansion coefficient between the Fe-based sprayed layer and the Al-based material is large, and there is still room for improvement in the adhesion strength of the sprayed layer.

【0007】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、請求項1の課題は、特定の組成範囲を備えた各
種の粉末を配合した特定の溶射粉末組成を採用すること
により、溶射層の切削加工性、溶射粉末のAl系基材へ
の付着効率、Al系基材への密着強度、溶射層の耐摩耗
性、耐凝着性に優れた特性を兼備した溶射層を形成でき
る溶射粉末を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermal spray coating by adopting a specific thermal spray powder composition in which various powders having a specific composition range are blended. Spray that can form a sprayed layer that has excellent cutting workability, adhesion efficiency of sprayed powder to Al-based substrate, adhesion strength to Al-based substrate, wear resistance and adhesion resistance of sprayed layer It is to provide a powder.

【0008】請求項2の課題は、面積率を規定すること
により、耐摩耗性、耐凝着性に優れた特性を兼備した溶
射摺動面を提供することにある。請求項3の課題は、上
記した組成の溶射粉末を採用すると共に、溶射層の一部
を深さ方向に除去して凹部を形成し、その凹部を区画す
る深さ方向に沿う側面を摺動面とすることにより、摺動
面の面積が小さな場合であっても、鉄系粉末で生成した
鉄系相による摺動特性、Al合金粉末で生成したAl合
金による摺動特性、炭化物もしくは炭化物を含む合金で
生成した硬質相による摺動特性を総合的に発現するのに
有利であり、従ってピストンのトップリング溝等の様に
厳しい摺動条件下で使用される摺動面を得るのに適する
溶射摺動面の形成方法を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a sprayed sliding surface having excellent wear resistance and adhesion resistance by defining the area ratio. A third object of the present invention is to employ a thermal sprayed powder having the above-described composition, form a concave portion by removing a part of the thermal spray layer in a depth direction, and slide a side surface along the depth direction defining the concave portion. By using the surface, even if the area of the sliding surface is small, the sliding characteristics of the iron-based phase generated by the iron-based powder, the sliding characteristics of the Al alloy generated by the Al alloy powder, This is advantageous for comprehensively exhibiting the sliding characteristics of the hard phase generated by the alloy containing the alloy, and is therefore suitable for obtaining a sliding surface used under severe sliding conditions such as a top ring groove of a piston. An object of the present invention is to provide a method for forming a sprayed sliding surface.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る溶射粉末
は、重量%で炭素0.01〜1.5%、酸素0.5%以
下の鉄系粉末が重量比で50〜80%、Si20%以下
のAl合金粉末が重量比で5〜20%、Hv500〜1
500の炭化物もしくは炭化物を含む合金が重量比で5
〜40%、不可避の不純物からなることを特徴とするも
のである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermal spraying powder, wherein a weight percentage of iron-based powder of 0.01 to 1.5% carbon and 0.5% or less of oxygen is 50 to 80% by weight. Al alloy powder of 20% or less of Si is 5 to 20% by weight, Hv 500 to 1
500 carbides or alloys containing carbides in a weight ratio of 5
-40%, is composed of unavoidable impurities.

【0010】請求項2に係る溶射摺動面は、重量%で炭
素0.01〜1.0%の鉄系粒子が面積率で40〜79
%、重量比で11〜20%のSiを有するAl合金が面
積率で20〜50%、Hv500〜1500の炭化物も
しくは炭化物を含む合金が面積率で1〜20%であるこ
とを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, the thermal sprayed sliding surface comprises iron-based particles having a carbon content of 0.01 to 1.0% by weight and an area ratio of 40 to 79%.
%, An Al alloy having 11-20% Si by weight is 20-50% in area ratio, and a carbide or alloy containing carbide having Hv 500-1500 is 1-20% in area ratio. It is.

【0011】請求項3に係る溶射摺動面の形成方法は、
重量%で炭素0.01〜1.5%、酸素0.5%以下の
鉄系粉末が重量比で50〜80%、Si20%以下のA
l合金粉末が重量比で5〜20%、Hv500〜150
0の炭化物もしくは炭化物を含む合金が重量比で5〜4
0%、不可避の不純物からなる溶射粉末を用い、溶射粉
末をAl系の基材の被溶射面に積層して溶射層を積層す
る溶射工程と、溶射層の一部を深さ方向に除去手段によ
り除去して凹部を形成し、該凹部を区画する深さ方向に
沿う側面を溶射摺動面とする除去工程とを順に実施する
ことを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for forming a sprayed sliding surface.
Iron-based powder containing 0.01 to 1.5% of carbon and 0.5% or less of oxygen by weight is 50 to 80% by weight, and A is 20% or less of Si.
1 alloy powder is 5 to 20% by weight, Hv 500 to 150
0 or a carbide-containing alloy in a weight ratio of 5 to 4
A spraying step of stacking a sprayed layer by spraying the sprayed powder on a surface to be sprayed of an Al-based base material using a sprayed powder composed of unavoidable impurities, and a means for removing a part of the sprayed layer in a depth direction. To form a concave portion, and a removing step in which a side surface along the depth direction defining the concave portion is a thermal spray sliding surface, is sequentially performed.

【0012】なお本明細書では%は特に断らない場合に
は重量%を意味する。上記した各面積率は溶射摺動面を
100%としたときの各相の面積割合を意味する。
In this specification,% means% by weight unless otherwise specified. Each of the above-mentioned area ratios means the area ratio of each phase when the thermal spray sliding surface is 100%.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】溶射摺動面を構成する溶射層は、
一般に、耐摩耗性、耐凝着性、基材に対する密着力、溶
射粉末の付着効率等の諸特性が要請される。更に溶射層
に溝等を形成する場合には、加工性にも優れている必要
がある。例えばディーゼルエンジンに装備されるピスト
ンのトップリング溝等のリング溝を例にとって説明する
と、相手材であるピストンリング材に対する耐摩耗性、
高温領域(例えば燃焼室の温度を考慮した200℃以上
の温度)における耐凝着性、溶射層とAl系ピストンと
の密着力が重要である。またトップリング溝等のピスト
ンリング溝を溶射層に切削加工する場合には、バイト等
による切削加工性にも優れている必要がある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A thermal spray layer constituting a thermal spray sliding surface is:
In general, various properties such as abrasion resistance, adhesion resistance, adhesion to a substrate, and adhesion efficiency of a sprayed powder are required. Further, when grooves or the like are formed in the thermal sprayed layer, it is necessary to have excellent workability. For example, a ring groove such as a top ring groove of a piston provided in a diesel engine will be described as an example.
The adhesion resistance in a high temperature region (for example, a temperature of 200 ° C. or more in consideration of the temperature of the combustion chamber) and the adhesion between the sprayed layer and the Al-based piston are important. When a piston ring groove such as a top ring groove is cut into a sprayed layer, it is necessary to have excellent cutting workability with a cutting tool or the like.

【0014】これらの諸特性を兼備するために開発され
たものが本発明に係る(A)溶射粉末、(B)溶射摺動
面の形成方法、(C)溶射摺動面である。以下(A)
(B)(C)に分けて更に説明を加える。 (A)溶射粉末 上記した溶射粉末を構成する粉末の役割、組成の限定理
由について述べる。
What has been developed to combine these various properties are (A) a sprayed powder, (B) a method for forming a sprayed sliding surface, and (C) a sprayed sliding surface according to the present invention. Below (A)
(B) and (C) are further explained. (A) Thermal Sprayed Powder The role of the powder constituting the thermal sprayed powder and the reasons for limiting the composition will be described.

【0015】(鉄系粉末)鉄系粉末は一般的には、溶射
層構造を維持する強度を確保するものである。更に鉄系
粉末は、相手材(例えば表層に窒化処理したピストンリ
ング材)に対して耐凝着性に優れた役割を果たす。これ
らを考慮し、溶射粉末全体を100%としたとき鉄系粉
末の割合は重量比で50〜80%とした。
(Iron-based powder) The iron-based powder generally ensures the strength for maintaining the sprayed layer structure. Further, the iron-based powder plays an excellent role in anti-adhesion to a counterpart material (for example, a piston ring material whose surface layer is nitrided). In consideration of these, the ratio of the iron-based powder was set to 50 to 80% by weight when the whole of the sprayed powder was set to 100%.

【0016】鉄系粉末としては炭素鋼の粉末もしくはス
テンレス鋼等の合金鋼(合金元素:Ni、Cr)の粉末
を採用できる。鉄系粉末は、凝固速度が速いアトマイズ
粉末でも、凝固塊を機械的に粉砕した粉砕粉でも、他の
形態の粉末でも良い。アトマイズ粉末の場合には、凝固
速度が速いため、固溶量の増大や粉末粒子の組織の微細
化、粒子の硬質化等の特性がある。鉄系粉末の一般粒径
は特に限定されないが、例えば1〜75μm、5〜44
μm程度にできる。
As the iron-based powder, powder of carbon steel or powder of alloy steel (alloy element: Ni, Cr) such as stainless steel can be used. The iron-based powder may be an atomized powder having a high solidification rate, a pulverized powder obtained by mechanically pulverizing a coagulated mass, or a powder of another form. In the case of atomized powder, since the solidification rate is high, there are characteristics such as an increase in the amount of solid solution, a finer powder particle structure, and a harder particle. The general particle size of the iron-based powder is not particularly limited, but is, for example, 1 to 75 μm and 5 to 44 μm.
It can be about μm.

【0017】鉄系粉末の硬さはニレジスト鋳鉄(一般的
にはマトリックス硬度Hv:140〜150)よりも高
い硬さを維持することが好ましい。これらの特性を考慮
し、更に溶射処理の際に脱炭が生じる場合も考慮して、
開発当初、炭素量は下限値を0.3%とし上限値を1.
5%と把握していた。しかしその後の研究により、溶射
粉末の鉄系粉末中の炭素量を更に低くくしても、本発明
に係る溶射層では良好なる耐摩耗性が確保されることが
知見された。そのため、鉄系粉末が炭素鋼組成の場合に
は、炭素量の下限値を0.1%程度にでき、鉄系粉末が
ステンレス鋼等の合金鋼組成の場合には、炭素量の下限
値を更に低くくでき、0.01%程度にできることがわ
かった(図4(B)参照)。
The hardness of the iron-based powder is preferably maintained higher than that of niresist cast iron (generally, matrix hardness Hv: 140 to 150). Considering these characteristics, and also considering the case where decarburization occurs during thermal spraying,
At the beginning of development, the lower limit of carbon content was 0.3% and the upper limit was 1.
I knew it was 5%. However, subsequent studies have found that even if the amount of carbon in the iron-based powder of the thermal spray powder is further reduced, the thermal spray layer according to the present invention ensures good wear resistance. Therefore, when the iron-based powder has a carbon steel composition, the lower limit of the amount of carbon can be reduced to about 0.1%. When the iron-based powder has an alloy steel composition such as stainless steel, the lower limit of the carbon amount can be reduced. It was found that the temperature can be further reduced to about 0.01% (see FIG. 4B).

【0018】但し上記した特性或いは更なる特性の要請
の度合に応じて、鉄系粉末における炭素量は上限値を
1.3%〜1.4%、1.0%〜1.2%、0.6%〜
0.8%にでき、下限値を0.03%、0.4%〜0.
5%、0.6%〜0.7%、0.8%〜0.9%にでき
る。また、溶射処理の際における基材への溶射粉末の付
着効率を維持するため、鉄系粉末全体を100%とした
とき鉄系粉末における酸素量を0.5%以下とした。含
有酸素量が多いと鉄系粉末は、溶射の際に燃えて酸化物
となる傾向が大きく、溶射粉末の付着効率を悪化させて
しまう考えられるからである。特に大気中で溶射した場
合にこの傾向が大きい。これらを考慮すると、鉄系粉末
における酸素量の上限値は0.4%、0.3%、0.2
%にできる。酸素量を減少させるべく、還元処理した粉
末を採用することもできる。
However, depending on the above-mentioned characteristics or the degree of demand for further characteristics, the upper limit of the amount of carbon in the iron-based powder is 1.3% to 1.4%, 1.0% to 1.2%, and 0%. 0.6% ~
0.8%, with a lower limit of 0.03%, 0.4% to 0.1%.
5%, 0.6% to 0.7%, 0.8% to 0.9%. Further, in order to maintain the adhesion efficiency of the thermal spray powder to the base material during the thermal spraying process, the oxygen content in the iron-based powder was set to 0.5% or less when the entire iron-based powder was 100%. This is because if the oxygen content is large, the iron-based powder tends to burn and become an oxide at the time of thermal spraying, which may deteriorate the adhesion efficiency of the thermal spray powder. This tendency is particularly large when thermal spraying is performed in the atmosphere. Considering these, the upper limit of the oxygen content in the iron-based powder is 0.4%, 0.3%, 0.2%,
%. In order to reduce the amount of oxygen, a powder subjected to a reduction treatment may be used.

【0019】(Al合金粉末)Al合金粉末は、溶射層
における切削加工性の他に、基材がAl系の場合にはA
l系の基材に対する熱膨張差の緩和、Al系の基材に対
する密着強度、溶射粉末の付着効率を向上させる材料で
あるが、一方、高温における耐凝着特性を低下させる傾
向をもつ。これらを考慮し、溶射粉末全体を100%と
したとき、Al合金粉末の割合は重量比で5〜20%と
した。Al合金粉末はアトマイズ粉末が好ましい。Al
合金粉末の一般粒径は特に限定されないが、例えば5〜
100μm、10〜75μm程度にできる。
(Al alloy powder) In addition to the machinability in the sprayed layer, the Al alloy powder has an A.sub.
It is a material that reduces the difference in thermal expansion with the l-based substrate, improves the adhesion strength to the Al-based substrate, and improves the adhesion efficiency of the thermal spray powder, but tends to reduce the anti-adhesion property at high temperatures. Taking these into consideration, when the total amount of the thermal spray powder is 100%, the ratio of the Al alloy powder is 5 to 20% by weight. The Al alloy powder is preferably an atomized powder. Al
The general particle size of the alloy powder is not particularly limited.
It can be about 100 μm and about 10 to 75 μm.

【0020】上記事項を考慮し、Al合金粉末として、
純Al粉末ではなく、Al合金で共晶組織が得やすいS
i含有量が20%以下のAl−Si系合金を採用した。
Si含有量はAl合金粉末全体を100%としたとき、
例えば5〜20%にできる。この様なSiの含有量範囲
では、溶射後においても粗大な初晶Siの生成は実質的
に認められず、Al系の基材への密着力も確保される。
In consideration of the above, as an Al alloy powder,
S is easy to obtain eutectic structure with Al alloy, not pure Al powder
An Al-Si alloy having an i content of 20% or less was employed.
Si content is 100% of the whole Al alloy powder,
For example, it can be 5 to 20%. In such a Si content range, generation of coarse primary crystal Si is not substantially recognized even after thermal spraying, and adhesion to an Al-based substrate is secured.

【0021】(炭化物もしくは炭化物を含む合金)この
合金は、溶射層において硬質相を形成し、溶射層の耐摩
耗性や耐凝着性を向上させる材料であるが、溶射層の切
削加工性及び基材に対する密着性を悪化させる傾向があ
る。この合金は粉末の形態で溶射粉末に配合できるし、
場合によっては鉄系粉末の内部またはAl合金粉末の内
部に含まれていても良い。粉末形態の場合には、粉末粒
子全体が炭化物で形成されている形態、或いは、粉末粒
子の母材に炭化物が分散している形態でも良い。炭化物
は単一炭化物でも複合炭化物でも良い。
(Carbide or Alloy Containing Carbide) This alloy is a material that forms a hard phase in the sprayed layer and improves the wear resistance and adhesion resistance of the sprayed layer. There is a tendency for the adhesion to the substrate to deteriorate. This alloy can be blended with the thermal spray powder in powder form,
Depending on the case, it may be contained inside the iron-based powder or inside the Al alloy powder. In the case of a powder form, a form in which the whole powder particles are formed of carbide, or a form in which carbide is dispersed in a base material of the powder particles may be used. The carbide may be a single carbide or a composite carbide.

【0022】炭化物もしくは炭化物を含む合金として
は、炭素を含むFeCr合金(例えば代表的組成として
Fe−60%Cr−8%C)、Fe3 C(チル晶)、ク
ロム炭化物(Cr3 2 )などを採用できる。この合金
の硬さはHv500〜1500である。この範囲の硬さ
としたのは、Hv500未満では耐摩耗性を得るための
硬質相としての役割を果たす事が期待できず、一方、H
v1500を超えると、相手材を攻撃し、相手材を過剰
に摩耗させてしまうためである。但し、摺動特性、切削
加工性、基材への密着性等の要請に応じて、或いは、相
手材の種類に応じて、硬さは上限値をHvで1100、
1000、900にでき、下限値を650、700、7
50にできる。
Examples of the carbide or alloy containing carbide include FeCr alloy containing carbon (for example, Fe-60% Cr-8% C as a typical composition), Fe 3 C (chill crystal), and chromium carbide (Cr 3 C 2 ). Etc. can be adopted. The hardness of this alloy is Hv500-1500. The hardness in this range is such that if it is less than Hv500, it cannot be expected to play a role as a hard phase for obtaining abrasion resistance.
If v1500 is exceeded, the target material is attacked and the target material is excessively worn. However, depending on the requirements of the sliding characteristics, cutting workability, adhesion to the base material, or the like, or according to the type of the mating material, the hardness has an upper limit of 1100 in Hv,
1000, 900, and the lower limit is 650, 700, 7
Can be 50.

【0023】上記した事項を考慮して、炭化物もしくは
炭化物を含む合金の添加量は、溶射粉末全体を100%
としたとき、重量比で5〜40%とした。この範囲で良
好な摺動特性、加工性が得られる。例えばピストンのト
ップリング溝に適用した場合においても、5〜40%の
添加で溶射層の良好な摺動特性、加工性が得られる。な
お、この合金が粉末形態である場合には、粒径は特に限
定されないが、例えば1〜75μm、5〜44μm程度
にできる。
In consideration of the above, the amount of carbide or alloy containing carbide is set to 100% of the entire sprayed powder.
, The weight ratio was 5 to 40%. In this range, good sliding characteristics and workability can be obtained. For example, even when applied to the top ring groove of the piston, good sliding characteristics and workability of the sprayed layer can be obtained by adding 5 to 40%. When the alloy is in the form of a powder, the particle size is not particularly limited, but may be, for example, about 1 to 75 μm or about 5 to 44 μm.

【0024】(溶射粉末の配合割合)溶射粉末における
配合割合は、溶射粉末全体を100%としたとき、前述
した様に重量比で鉄系粉末を50〜80%、Al合金粉
末を5〜20%、炭化物もしくは炭化物を含む合金を5
〜40%にできる。但し、摺動特性等の要請の度合に応
じて上記の範囲内において配合割合の上限値や下限値を
適宜変更できる。従って、鉄系粉末は、上限値を75
%、70%、65%にでき下限値を55%、57%、6
0%にできる。Al合金粉末は、上限値を18%、16
%、14%にでき下限値を7%、9%、11%にでき
る。炭化物もしくは炭化物を含む合金は、上限値を33
%、28%、23%にでき下限値を7%、9%、11%
にできる。
(Blending ratio of thermal spraying powder) The blending ratio of the thermal spraying powder is, assuming that the entire thermal spraying powder is 100%, 50 to 80% of iron-based powder and 5 to 20% of Al alloy powder in weight ratio as described above. %, Carbide or alloy containing carbide
~ 40%. However, the upper limit value and the lower limit value of the compounding ratio can be appropriately changed within the above range according to the degree of demand for sliding characteristics and the like. Therefore, iron-based powder has an upper limit of 75
%, 70%, and 65%, and the lower limit is 55%, 57%, and 6%.
0%. Al alloy powder has an upper limit of 18%, 16%
% And 14%, and the lower limit can be 7%, 9% and 11%. For carbides or alloys containing carbides, the upper limit is 33
%, 28%, 23% and the lower limit is 7%, 9%, 11%
Can be.

【0025】(その他の粉末)本発明に係る溶射粉末に
よれば、溶射層の種類や用途等によっては、軟質合金粉
末例えばCu−Al系合金やNi系合金を含むこともで
きる。軟質合金は本発明に係る溶射層の靱性を向上する
のに有効であり、酸化しにくく、しかも比較的軟質であ
るため、上記の効果が発現するものと考えられる。軟質
合金の基本配合範囲は溶射粉末全体を100%としたと
き、5〜30%にできる。なお上記した特性の要請の度
合に応じて、軟質合金の上限値は20%、15%、10
%にでき下限値は6%、8%にできる。
(Other Powders) According to the thermal spray powder according to the present invention, a soft alloy powder such as a Cu-Al alloy or a Ni alloy can be included depending on the type and application of the thermal spray layer. A soft alloy is effective in improving the toughness of the sprayed layer according to the present invention, is hardly oxidized, and is relatively soft. The basic compounding range of the soft alloy can be 5 to 30% when the entire thermal spray powder is 100%. Note that the upper limit of the soft alloy is 20%, 15%, 10%
% And the lower limit can be 6% or 8%.

【0026】これらは粉末の形態で添加できる。これら
の粉末は、凝固速度が速いアトマイズ粉末でも、凝固塊
を粉砕した粉末でも、他の形態の粉末でも良い。この粉
末の一般粒径は特に限定されないが、例えば1〜75μ
m特に10〜44μmにできる。上記したCu−Al系
合金はα領域のCu−Al合金(この合金全体を100
%としたときAlを1〜10%、特に8〜10%含有)
を採用できる。上記したNi系合金はNi−Cr系合金
(この合金を100%としたときCrを5〜20%、特
に5〜10%含有)、更にSi及びBの少なくとも一方
を含有するNi−Cr系合金(Cr:5〜20%含有)
の自溶性合金も採用できる。この自溶性合金においてS
i及びBの少なくとも一方は、1〜8%含有できる。 (B)溶射摺動面の形成方法 次に請求項3に係る方法について説明を加える。この方
法によれば、溶射粉末をアルミ系の基材の被溶射面に積
層して溶射層を積層した後に、溶射層の一部を除去手段
により深さ方向に除去し、凹部を形成する。そして、凹
部を区画する深さ方向に沿う側面を摺動面とする。除去
手段としては、切削、研削等の機械的手段や放電加工手
段などを採用できるが、レーザ照射、電子線照射等の高
エネルギ手段や蒸発加工手段でも良い。上記した溶射処
理によれば、溶射粉末の粉末粒子は、少なくとも粒子表
面が半溶融状態あるいは溶融状態で基材の被溶射面に衝
突するので、後述する概念図である図3(a)に模式的
に示す様に、溶射された溶射粉末の粒子は、薄形形状で
堆積しがちとなる。この溶射層に凹部を形成し、その凹
部を区画する側面を摺動面とすれば、図3(b)に模式
的に示す様に、この摺動面において単位面積あたりに表
出する粒子の種類が多くなる。故に、溶射粉末中の特定
種類の粒子による摺動特性が現れにくくなり、多くの種
類の粉末粒子による総合的な摺動特性が発現され易くな
る。即ち、鉄系相による摺動特性、Al合金相による摺
動特性、炭化物もしくは炭化物を含む合金相による総和
的な摺動特性が発現され易くなる。なお本発明方法で用
いるAl系の基材は、基材全体を100%としたときS
i含有量を重量%で5〜40%、特に20〜30%にで
きる。 (C)溶射摺動面 請求項2に係る溶射摺動面によれば、鉄系粒子の割合は
面積率で40〜79%であり、一般的には溶射摺動面の
マトリックスを構成する。面積率の下限値を40%とし
たのは、耐凝着性試験結果を考慮し、溶射摺動面におけ
る凝着の発生を抑止するためである。面積率の上限値を
79%としたのは、79%を越えると、鉄系のマトリッ
クスが多くなりすぎ、従って被溶射物である基材がAl
系の場合に、溶射層とAl系基材との熱膨張率の差が大
きくなり、溶射層と基材との界面で剥離が発生し易いた
めである。ちなみに表4に示す様に比較合金D(鉄系
相、即ち鉄系マトリックスの面積率は85%と多目)で
は、剥離が『有り』である。
These can be added in powder form. These powders may be atomized powders having a high solidification rate, powders obtained by pulverizing coagulated lumps, or powders of other forms. The general particle size of the powder is not particularly limited.
m, especially 10 to 44 μm. The above-mentioned Cu-Al alloy is a Cu-Al alloy in the α region (the entire alloy is
%, Al content is 1 to 10%, especially 8 to 10%)
Can be adopted. The above-mentioned Ni-based alloy is a Ni-Cr-based alloy (containing 5 to 20%, particularly 5 to 10% of Cr when this alloy is 100%), and a Ni-Cr-based alloy further containing at least one of Si and B. (Cr: 5-20% content)
Can also be used. In this self-fluxing alloy, S
At least one of i and B can contain 1 to 8%. (B) Method for Forming Thermal Sprayed Sliding Surface Next, a method according to claim 3 will be described. According to this method, after the thermal spray powder is laminated on the surface to be thermally sprayed of the aluminum-based base material and the thermal spray layer is laminated, a part of the thermal spray layer is removed in the depth direction by the removing means to form a concave portion. The side surface along the depth direction that defines the concave portion is defined as a sliding surface. As the removing means, mechanical means such as cutting and grinding, electric discharge machining means and the like can be employed, but high energy means such as laser irradiation and electron beam irradiation and evaporation processing means may be used. According to the above-described thermal spraying process, the powder particles of the thermal spray powder collide with the surface to be sprayed of the base material at least in a semi-molten state or a molten state, and thus are schematically illustrated in FIG. As shown, the particles of the sprayed thermal spray powder tend to accumulate in a thin shape. If a concave portion is formed in this thermal spray layer and the side surface defining the concave portion is a sliding surface, as shown schematically in FIG. There are many types. Therefore, the sliding characteristics of the specific type of particles in the sprayed powder are less likely to appear, and the overall sliding characteristics of many types of powder particles are easily exhibited. That is, the sliding characteristics by the iron-based phase, the sliding characteristics by the Al alloy phase, and the total sliding characteristics by the carbide or the alloy phase containing the carbide are easily exhibited. The Al-based substrate used in the method of the present invention is S
The i content can be 5% to 40% by weight, especially 20% to 30%. (C) Thermal spray sliding surface According to the thermal spray sliding surface according to the second aspect, the ratio of the iron-based particles is 40 to 79% in area ratio, and generally constitutes a matrix of the thermal spray sliding surface. The reason why the lower limit of the area ratio is set to 40% is to suppress the occurrence of adhesion on the sprayed sliding surface in consideration of the adhesion resistance test result. The reason why the upper limit of the area ratio is set to 79% is that if it exceeds 79%, the iron-based matrix becomes too large, and therefore, the base material to be sprayed is made of Al.
This is because, in the case of a system, the difference in thermal expansion coefficient between the thermal sprayed layer and the Al-based substrate becomes large, and peeling is likely to occur at the interface between the thermal sprayed layer and the substrate. Incidentally, as shown in Table 4, in Comparative Alloy D (the area ratio of the iron-based phase, that is, the iron-based matrix is as large as 85%), the peeling is “present”.

【0027】また上記溶射摺動面によれば、Al合金の
割合が面積率で20〜50%である。下限値を20%と
したのは、20%未満では熱膨張率がAl基材と溶射層
とで差が大きくなり、熱衝撃試験にて剥離が発生し易い
ためである。ちなみに表4に示す様に比較合金D(Al
合金の面積率は12%と少な目)では剥離が『有り』で
ある。Al合金の面積率の上限値を50%としたのは、
50%を超えると凝着が発生し易いためである。ちなみ
に表4に示す様に比較合金E(Al合金の面積率は60
%と多目)では凝着が『有り』である。
According to the sprayed sliding surface, the proportion of the Al alloy is 20 to 50% in area ratio. The lower limit is set to 20% because if the coefficient of thermal expansion is less than 20%, the difference in thermal expansion between the Al base material and the sprayed layer becomes large, and peeling easily occurs in a thermal shock test. Incidentally, as shown in Table 4, comparative alloy D (Al
In the case where the area ratio of the alloy is as small as 12%), peeling is “present”. The upper limit of the area ratio of the Al alloy is set to 50%,
If it exceeds 50%, adhesion is likely to occur. Incidentally, as shown in Table 4, the area ratio of the comparative alloy E (Al alloy was 60%).
%), Adhesion is "Yes".

【0028】また上記溶射摺動面によれば、Hv500
〜1500の炭化物もしくは炭化物を含む合金は溶射摺
動面において硬質相を構成し、面積率で1〜20%であ
る。面積率の下限値を1%としたのは、1%未満ではL
FW摩耗試験にて目標性能より劣るためである。ちなみ
に表4に示す様に比較合金F(硬質相の面積率は0.5
%と少な目)ではLFW摩耗量が75μmとかなり大き
い。また上記硬質相の面積率の上限値を20%としたの
は、20%を越えると硬質相が過剰となり、LFW摩耗
試験にて相手ピストンリングへの攻撃性が激しくなり、
かつ加工時の刃具の摩耗が急激に大きくなるためであ
る。
According to the above-mentioned thermal spray sliding surface, Hv500
Up to 1500 carbides or alloys containing carbides constitute a hard phase on the sprayed sliding surface and have an area ratio of 1 to 20%. The reason that the lower limit of the area ratio is set to 1% is that L is less than 1%.
This is because the FW wear test is inferior to the target performance. Incidentally, as shown in Table 4, comparative alloy F (the area ratio of the hard phase was 0.5
%), The LFW wear amount is considerably large at 75 μm. The reason why the upper limit of the area ratio of the hard phase is set to 20% is that if it exceeds 20%, the hard phase becomes excessive, and the aggressiveness to the partner piston ring becomes severe in the LFW wear test.
In addition, the wear of the cutting tool during processing increases rapidly.

【0029】上記した溶射摺動面において、マトリック
スを構成する鉄系粒子の大きさは溶射の程度によっても
相違するが、溶射時の基材への衝突で鉄系粒子は多少偏
平化するので、一般的には、鉄系粒子の長径は5〜10
0μmにでき、またAl合金の大きさは10〜200μ
mにでき、炭化物もしくは炭化物を含む合金の大きさは
1〜50μmにできる。
In the above-mentioned thermal spray sliding surface, the size of the iron-based particles constituting the matrix differs depending on the degree of thermal spraying. However, since the iron-based particles are somewhat flattened by collision with the base material during thermal spraying, Generally, the major axis of the iron-based particles is 5 to 10
0 μm, and the size of the Al alloy is 10 to 200 μm
m, and the size of the carbide or alloy containing the carbide can be 1 to 50 μm.

【0030】前記した請求項2に係る溶射摺動面におけ
る鉄系粒子は、鉄系粒子を100%としたとき、重量%
で炭素0.01〜1.0%含み、例えば炭素鋼組成、ス
テンレス鋼組成(例えばマルテンサイト系組成)を採用
できる。溶射摺動面における鉄系粒子の炭素量は、一般
的には、その溶射摺動面を構成した溶射粉末中の鉄系粉
末の炭素量よりもやや低目となる。溶射の際の熱で鉄系
粉末が脱炭するからである。Al合金は、Al合金を1
00%としたとき重量%で11〜20%のSiを有す
る。Si%の下限値を11%としたのは、共晶組成以上
でAl凝着発生を抑止するためであり、Siの上限値を
20%としたのは、20%を超えると初晶Si粒子の脱
落が増し、且つ加工性の悪化も見られるためである。な
お上記組成分析は電子線プローブX線微小領域分析装置
(EPMA)に基づいた。
[0030] The iron-based particles on the sprayed sliding surface according to claim 2 are expressed in terms of% by weight based on 100% of the iron-based particles.
For example, a carbon steel composition or a stainless steel composition (for example, a martensitic composition) can be employed. Generally, the carbon content of the iron-based particles on the thermal spray sliding surface is slightly lower than the carbon content of the iron-based powder in the thermal spray powder constituting the thermal spray sliding surface. This is because the iron-based powder is decarburized by heat generated during thermal spraying. For Al alloy, 1
When it is set to 00%, it has 11 to 20% by weight of Si. The reason why the lower limit of Si% is set to 11% is to suppress the occurrence of Al adhesion at a eutectic composition or higher, and the upper limit of Si is set to 20%. This is because the dropout of metal increases and the workability deteriorates. The composition analysis was based on an electron probe X-ray micro area analyzer (EPMA).

【0031】ところで基材に被覆した溶射層の成分分析
(ICP:InductivelyCoupled P
lasma)を実施した結果、溶射層中に酸素が存在し
ており、X線分析で同定した結果、酸素成分は鉄(ステ
ンレスの場合Crも)とAlの酸化物であることが判明
した。従って溶射層において酸素成分は主として鉄系粒
子とAl合金に存在している。
By the way, the component analysis of the sprayed layer coated on the substrate (ICP: Inductively Coupled P
lasma), oxygen was present in the sprayed layer, and as a result of identification by X-ray analysis, it was found that the oxygen component was an oxide of iron (including Cr in the case of stainless steel) and Al. Therefore, the oxygen component in the thermal spray layer mainly exists in the iron-based particles and the Al alloy.

【0032】溶射層中の酸素量は、基材に被覆された溶
射層を100%としたとき、0.1〜2%が好ましい。
酸素量の下限値を0.1%としたのは、これより少ない
と凝着の発生頻度が高まるためであり、酸素量の上限値
を2%としたのは、これより多いと加工の際、溶射層内
で剥離が発生し易いためである。
The amount of oxygen in the thermal spray layer is preferably from 0.1 to 2%, when the thermal spray layer coated on the substrate is 100%.
The lower limit of the oxygen content was set to 0.1% because if it was less than this, the frequency of occurrence of adhesion would increase. The upper limit of the oxygen content was set to 2%. This is because peeling easily occurs in the sprayed layer.

【0033】[0033]

【実施例】本発明の実施例を図1〜図3を参照して説明
する。この例は、ディ−ゼルエンジンに用いられるピス
トンに適用した場合である。従ってピストンは溶射層に
対する基材として機能する。このピストンの基本組成は
Al−Si−Mg系(JIS AC8A)である。なお
AC8AによればAlは80〜86%、Siは10〜1
3%にでき、Mgは0.7〜1.3%にできる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example is a case where the present invention is applied to a piston used in a diesel engine. Therefore, the piston functions as a base material for the thermal spray layer. The basic composition of this piston is an Al-Si-Mg type (JIS AC8A). According to AC8A, Al is 80 to 86%, and Si is 10 to 1%.
3%, and Mg can be 0.7-1.3%.

【0034】図1から理解できる様に、溶射処理前のピ
ストン1は上端部にリング状の溝11を備えている。こ
の溝11は断面台形状であり、外周に向かうにつれて溝
幅が大きくなる様な円錐面11a及び底面11cを備え
ている。なお溝11の最大溝幅は5〜15mmにでき
る。ピストン1の軸直角方向に対する円錐面1aの角度
θ1は14〜45°程度にできる。
As can be understood from FIG. 1, the piston 1 before the thermal spraying process has a ring-shaped groove 11 at the upper end. The groove 11 has a trapezoidal cross section, and has a conical surface 11a and a bottom surface 11c whose groove width increases toward the outer periphery. Note that the maximum groove width of the groove 11 can be 5 to 15 mm. The angle θ1 of the conical surface 1a with respect to the direction perpendicular to the axis of the piston 1 can be about 14 to 45 °.

【0035】本実施例では特定の組成に配合した溶射粉
末を用いる。粉末の個々の組成で溶射付着率が相違する
ため、所望の面積率を得るには、配合割合の決定の際に
各粉末の付着効率を考慮する必要がある。この溶射粉末
の配合割合は基本的には、溶射粉末全体を100%とし
たとき、Al合金粉末を10%、硬質相となるFeCr
C粉末を20%、溶射層のマトリックスとなり得る炭素
鋼粉末(酸素量2300ppm)を実質的に残部とす
る。
In this embodiment, a sprayed powder mixed with a specific composition is used. Since the thermal spray deposition rate differs depending on the individual composition of the powder, it is necessary to consider the deposition efficiency of each powder when determining the mixing ratio in order to obtain a desired area ratio. Basically, the mixing ratio of the thermal spray powder is 10% for the Al alloy powder and FeCr for the hard phase, when the entire thermal spray powder is 100%.
C powder is 20%, and carbon steel powder (oxygen amount: 2300 ppm), which can be a matrix of the sprayed layer, is substantially the remainder.

【0036】上記したAl合金粉末は、アトマイズ処理
で形成した粉末であり、Al合金粉末全体を100%と
したとき15%Siを含有する粉末である。アトマイズ
処理粉末は凝固速度が速いため、組織は緻密であり、S
i含有量が多くても一般的には粗大な初晶Siは生成し
ていない。上記した炭素鋼粉末は、アトマイズ処理で形
成した粉末であり、炭素鋼粉末全体を100%としたと
き1%炭素を含む粉末(Fe−1%C)である。溶射の
際に炭素鋼粉末は脱炭するため、脱炭を見越して炭素鋼
粉末の炭素量を選択している。この炭素鋼粉末は、この
組成及び凝固速度を考慮すると、一般的にはマルサンサ
イト及びオーステナイトを有すると推察される。上記し
たFeCrC粉末はこれを100%としたとき、60%
Cr、8%Cを含み、残部実質的にFeである。
The Al alloy powder described above is a powder formed by an atomizing process, and is a powder containing 15% Si when the entire Al alloy powder is 100%. Since the atomized powder has a high solidification rate, the structure is dense and S
Generally, coarse primary crystal Si is not generated even if the i content is large. The above carbon steel powder is a powder formed by an atomizing process, and is a powder containing 1% carbon (Fe-1% C) when the entire carbon steel powder is 100%. Since carbon steel powder is decarburized during thermal spraying, the carbon content of the carbon steel powder is selected in anticipation of decarburization. In consideration of the composition and the solidification rate, the carbon steel powder is generally assumed to have marsansite and austenite. The above-mentioned FeCrC powder has a 60%
It contains Cr and 8% C, and the balance is substantially Fe.

【0037】上記した粉末の一般粒径は、Al合金粉末
が10〜70μm程度、炭素鋼粉末が10〜55μm程
度、FeCrC粉末が10〜45μm程度である。そし
て上記の様に配合した溶射粉末を用い、図1から理解で
きる様に溶射装置4によりピストン1の溝11に溶射処
理した。この際には、溶射粉末の粒子は少なくとも表層
が半溶融状態あるいは溶融状態となり、ピストン1の溝
11に高速で衝突し堆積する。これによりピストン1の
溝11に溶射層2を積層した。溶射は、ピストン1の軸
直角方向つまり矢印A1方向から行なった。
The general particle diameter of the above powder is about 10 to 70 μm for Al alloy powder, about 10 to 55 μm for carbon steel powder, and about 10 to 45 μm for FeCrC powder. Then, using the sprayed powder blended as described above, a spraying process was performed on the groove 11 of the piston 1 by the spraying device 4 as can be understood from FIG. At this time, at least the surface layer of the thermal spray powder is in a semi-molten state or a molten state, and collides with the groove 11 of the piston 1 at a high speed to be deposited. Thus, the sprayed layer 2 was laminated on the groove 11 of the piston 1. Thermal spraying was performed from the direction perpendicular to the axis of the piston 1, that is, the direction of the arrow A1.

【0038】ここで本実施例では溶射処理は大気中にお
けるHVOF溶射処理を採用した。HVOF溶射処理
は、High Velocity Oxy−Fuelの
略であり、「超音速ガスフレーム溶射」である。HVO
F溶射処理において燃焼ガス速度は通常のプラズマ溶射
処理に比較して数倍と高速であり、溶射粒子速度も高速
(例えば600m/sec程度)であり、溶射層2は気
孔率が低く(例えば1〜5vol%)緻密であり、かつ
密着力も高い。
Here, in this embodiment, the HVOF spraying process in the atmosphere is employed for the spraying process. The HVOF spraying process is an abbreviation of High Velocity Oxy-Fuel, and is “supersonic gas flame spraying”. HVO
In the F spraying process, the combustion gas velocity is several times higher than that of a normal plasma spraying process, the spray particle speed is also high (for example, about 600 m / sec), and the sprayed layer 2 has a low porosity (for example, 1 ~ 5 vol%) It is dense and has high adhesion.

【0039】本実施例では溶射の際の基本条件は次の様
にした。即ち、燃料ガス(プロピレン);42リットル
/min、酸素ガス;40リットル/min、エア;5
0リットル/min、溶射粉末供給量=90g/min
とした。次に切除工程として、切削刃具としての超硬合
金製チップを備えたバイト(除去手段)を用い、溶射層
2を切削加工して溶射層2の深さ方向に切削し、これに
より凹部としてのリング溝3を形成した。このリング溝
3はピストン1におけるトップリング溝となるものであ
る。なおリング溝3の溝幅は外周部で1.5〜3mm程
度にできる。
In this embodiment, the basic conditions for thermal spraying were as follows. That is, fuel gas (propylene): 42 l / min, oxygen gas: 40 l / min, air: 5
0 liter / min, sprayed powder supply amount = 90 g / min
And Next, as a cutting step, the sprayed layer 2 is cut and cut in the depth direction of the sprayed layer 2 using a cutting tool (removing means) having a cemented carbide tip as a cutting blade, thereby forming a concave portion. A ring groove 3 was formed. This ring groove 3 serves as a top ring groove in the piston 1. The groove width of the ring groove 3 can be set to about 1.5 to 3 mm at the outer peripheral portion.

【0040】図2に示す様にリング溝3は断面矩形状を
なし、リング状にのび互いに対向する対向面31、32
と、リング状にのびる底面33とをもつ。この対向面3
1、32は実質的にピストン1の軸直角方向に沿う。切
削加工前の溶射層の内部構造の概念図を図3(a)に模
式的に示す。溶射粉末の粒子は、少なくとも表層が半溶
融状態あるいは溶融状態となり、被溶射面であるピスト
ン1に高速で衝突するので、図3(a)に模式的に示す
様に、溶射された溶射粉末の粒子は押し潰されて偏平気
味となる。即ち溶射層の積層方向において溶射粉末の粉
末粒子は薄形形状で、堆積しがちとなる。
As shown in FIG. 2, the ring groove 3 has a rectangular cross section, extends in a ring shape, and opposing surfaces 31, 32 facing each other.
And a bottom surface 33 extending in a ring shape. This opposing surface 3
Reference numerals 1 and 32 substantially extend in a direction perpendicular to the axis of the piston 1. FIG. 3A schematically shows a conceptual diagram of the internal structure of the sprayed layer before cutting. At least the surface layer of the sprayed powder is in a semi-molten state or a molten state, and collides with the piston 1 which is the surface to be sprayed at a high speed. Therefore, as shown schematically in FIG. The particles are flattened and crushed. That is, the powder particles of the thermal spray powder in the laminating direction of the thermal spray layer have a thin shape and tend to be deposited.

【0041】そしてこの溶射層2にリング溝3を形成
し、図3(b)に模式的に示す様に、そのリング溝3を
区画する側面31、32を摺動面とすれば、この摺動面
の単位面積あたりにおいて表出する粒子の種類が多くな
る。粒子が偏平薄形化しているからである。故に、摺動
面において、溶射粉末中の特定種類の粒子による摺動特
性が現れにくくなり、多くの種類の粉末粒子による総合
的な摺動特性を発現するのに有利となる。
A ring groove 3 is formed in the thermal sprayed layer 2 and, as schematically shown in FIG. 3B, if the side surfaces 31 and 32 defining the ring groove 3 are sliding surfaces, the sliding groove is formed. The types of particles expressed per unit area of the moving surface increase. This is because the particles are flat and thin. Therefore, the sliding characteristics due to the specific type of particles in the thermal spray powder are less likely to appear on the sliding surface, which is advantageous for expressing the overall sliding characteristics due to many types of powder particles.

【0042】ピストン1の使用の際には、リング溝3に
はトップリング(材質:17%Crステンレス鋼に窒化
処理したもの)が嵌められる。そしてエンジンの燃焼室
におけるピストン1の往復移動に伴い、リング溝3の側
面31、32はトップリングと摺動することになる。こ
の様に摺動する際において、図3(b)に示す様に、本
実施例に係るリング溝3の側面31、32には表出して
いる粒子の種類が多いため、前述した様に、多くの種類
の粉末粒子による総合的な摺動特性を発現するのに有利
となる。即ち、炭素鋼相による摺動特性、Al合金相に
よる摺動特性、硬質相による摺動特性の総合的効果が期
待し易い。
When the piston 1 is used, a top ring (material: nitriding of 17% Cr stainless steel) is fitted in the ring groove 3. As the piston 1 reciprocates in the combustion chamber of the engine, the side surfaces 31, 32 of the ring groove 3 slide with the top ring. When sliding in this manner, as shown in FIG. 3B, since there are many types of particles exposed on the side surfaces 31 and 32 of the ring groove 3 according to the present embodiment, as described above, This is advantageous for exhibiting comprehensive sliding characteristics by many types of powder particles. That is, it is easy to expect an overall effect of the sliding characteristics of the carbon steel phase, the sliding characteristics of the Al alloy phase, and the sliding characteristics of the hard phase.

【0043】これにより本実施例に係るリング溝3で
は、長期にわたり安定した良好なる摺動特性が得られ易
い。更に図3(b)から理解できる様に粒子は、摺動面
を構成する側面31、33に対して略垂直方向に配向し
ている。そのため溶射層を構成する粒子の脱落回避に有
利であり、この意味においても摺動特性の確保に有利で
ある。
Thus, in the ring groove 3 according to the present embodiment, it is easy to obtain a stable and good sliding characteristic for a long time. Further, as can be understood from FIG. 3B, the particles are oriented in a direction substantially perpendicular to the side surfaces 31 and 33 constituting the sliding surface. Therefore, it is advantageous for avoiding the particles constituting the thermal spray layer from falling off, and in this sense, it is also advantageous for securing the sliding characteristics.

【0044】(試験例)本発明の効果を確認すべく以下
の様な試験を行った。試験における溶射条件は基本的に
は上記した実施例に従った。 ○鉄系粉末として、上記した実施例で用いた炭素鋼粉末
を採用し、炭素鋼粉末における炭素量と溶射層の硬さと
の関係を試験した。この試験では溶射粉末の配合割合
は、溶射粉末全体を100%としたとき、Al合金粉末
を10%、FeCrC粉末を20%、残部実質的に炭素
鋼粉末とした。この様に配合した溶射粉末を用い、溶射
層を実際のピストンの溝に積層した。
(Test Example) In order to confirm the effect of the present invention, the following test was conducted. Thermal spraying conditions in the test basically followed the above-described example. ○ The carbon steel powder used in the above-described examples was adopted as the iron-based powder, and the relationship between the carbon content in the carbon steel powder and the hardness of the sprayed layer was tested. In this test, the compounding ratio of the thermal spray powder was 10% for the Al alloy powder, 20% for the FeCrC powder, and substantially the carbon steel powder for the remainder when the entire thermal spray powder was 100%. Using the sprayed powder thus mixed, the sprayed layer was laminated on the actual groove of the piston.

【0045】試験結果を図4(A)に示す。図4(A)
の特性線から理解できる様に炭素鋼粉末における炭素量
含有量が増加すると、溶射層の硬さは増加する。炭素量
が1.5%を越えた領域から、硬さの増加の度合いは大
きくなる。ここで溶射層の硬さは、従来技術に係るニレ
ジスト鋳鉄の硬さ(Hv150程度)と同等または同等
以上であることが好ましい。また溶射層の硬さがHv3
50を越えると溶射層にバイトでリング溝を切削する加
工が困難となる。従って図4(A)の特性線から理解で
きる様に、溶射層の硬さ特性を考慮すると、炭素鋼粉末
における炭素量の上限値は1.5%が好ましいことがわ
かる。
FIG. 4A shows the test results. FIG. 4 (A)
As can be understood from the characteristic line, when the carbon content in the carbon steel powder increases, the hardness of the sprayed layer increases. From the region where the amount of carbon exceeds 1.5%, the degree of increase in hardness increases. Here, the hardness of the sprayed layer is preferably equal to or more than the hardness (about Hv150) of the niresist cast iron according to the prior art. The hardness of the sprayed layer is Hv3
If it exceeds 50, it will be difficult to cut the ring groove with a cutting tool in the sprayed layer. Therefore, as can be understood from the characteristic line of FIG. 4A, it is understood that the upper limit of the carbon content in the carbon steel powder is preferably 1.5% in consideration of the hardness characteristics of the sprayed layer.

【0046】更に炭素鋼粉末(Fe−X%C)中の炭素
量(X%C)を変更した場合における溶射摺動面のLF
W摩耗試験を行い、その試験結果を図4(B)に○印と
して示す。この試験では溶射粉末を100%としたと
き、Al合金粉末を10%とし、FeCrC粉末を20
%、鉄系粉末(炭素鋼粉末)を70%とした。LFW摩
耗試験の条件は基本的には図17の場合と同様である。
Further, when the carbon content (X% C) in the carbon steel powder (Fe-X% C) is changed, the LF
A W abrasion test was performed, and the test result is indicated by a circle in FIG. 4 (B). In this test, when the thermal spray powder was 100%, the Al alloy powder was 10%, and the FeCrC powder was 20%.
%, And iron-based powder (carbon steel powder) was 70%. The conditions of the LFW wear test are basically the same as in the case of FIG.

【0047】図4(B)の○印から理解できる様に、炭
素鋼粉末中の炭素量が極微小である場合を除いて、LF
W摩耗量は少なく、従って図4(B)においてハッチン
グで示すニレジスト鋳鉄の場合と同等または同等以上で
あった。この試験結果を考慮すると炭素鋼粉末の場合に
は炭素量の下限値は0.1%にできる。同様に、ステン
レス鋼(マルテンサイト系SUS410、Fe−12.
5%Cr−X%C)中の炭素量(X%C)を変更した場
合においても溶射摺動面に対してLFW摩耗試験を行
い、その試験結果を図4(B)の△印に示す。図4
(B)の△印から理解できる様に、ステンレス鋼粉末中
の炭素量が極微小であっても、LFW摩耗量は、図4
(B)においてハッチングで示すニレジスト鋳鉄の場合
と同等または同等以上であった。従ってこの試験結果を
考慮すれば、ステンレス鋼粉末の場合には炭素量の下限
値は炭素鋼粉末の場合よりも少なくても良く、0.01
%にできる。
As can be understood from the circles in FIG. 4 (B), except for the case where the amount of carbon in the carbon steel powder is extremely small, LF
The amount of W wear was small, and was therefore equal to or more than the case of the niresist cast iron indicated by hatching in FIG. 4 (B). In consideration of the test results, the lower limit of the carbon content can be set to 0.1% in the case of carbon steel powder. Similarly, stainless steel (martensitic SUS410, Fe-12.
Even when the carbon content (X% C) in 5% Cr-X% C) was changed, an LFW wear test was performed on the sprayed sliding surface, and the test result is shown by a triangle in FIG. 4B. . FIG.
As can be understood from the symbol (B) in (B), even if the amount of carbon in the stainless steel powder is extremely small, the amount of LFW abrasion is as shown in FIG.
In (B), the value was equal to or higher than the case of the niresist cast iron indicated by hatching. Therefore, in consideration of this test result, the lower limit of the amount of carbon in the case of stainless steel powder may be smaller than that in the case of carbon steel powder,
%.

【0048】○上記した実施例で用いた炭素鋼粉末を採
用し、炭素鋼粉末における酸素量と溶射の際の付着効率
との関係を試験した。この試験ではAl合金粉末等を配
合せず、炭素鋼粉末のみを大気中で溶射した。溶射時間
における溶射粉末消費量(=単位時間あたりの粉末供給
量(g/min)×溶射時間)をW1とし、溶射前後に
おけるピストンの重量増加分をΔWとしたとき、付着効
率は(ΔW/W1)×100%で求めた。試験結果を図
5に示す。図5の特性線から理解できる様に、炭素鋼粉
末における酸素量が増加すると、溶射の際の付着効率が
大きく低下することがわかる。従って付着効率を考慮す
ると、炭素鋼粉末における酸素量は0.5%以下、殊に
0.4%以下が好ましいことがわかる。
The relationship between the amount of oxygen in the carbon steel powder and the adhesion efficiency at the time of thermal spraying was tested by using the carbon steel powder used in the above Examples. In this test, only carbon steel powder was sprayed in air without blending Al alloy powder or the like. Assuming that the consumption amount of the sprayed powder during the spraying time (= the amount of powder supplied per unit time (g / min) × spraying time) is W1, and the weight increase of the piston before and after spraying is ΔW, the adhesion efficiency is (ΔW / W1 ) × 100%. The test results are shown in FIG. As can be understood from the characteristic line of FIG. 5, it can be seen that as the amount of oxygen in the carbon steel powder increases, the adhesion efficiency during thermal spraying significantly decreases. Therefore, considering the adhesion efficiency, it is understood that the oxygen content in the carbon steel powder is preferably 0.5% or less, particularly preferably 0.4% or less.

【0049】○溶射粉末におけるAl合金粉末の添加割
合と、ピストンにリング溝を形成する際における切削抵
抗との関係を試験した。この試験では上記した実施例で
用いたFeCrC粉末、Al合金粉末、炭素鋼粉末(F
e−1%C)を用いた。そして、溶射粉末全体を100
%としたとき、FeCrC粉末を20%とし、Al合金
粉末の配合量を変え、残部実質的に炭素鋼粉末とした溶
射粉末を用いた。切削抵抗は、バイトの後部側に装備し
た応力検出素子により検出し、主分力と背分力とのベク
トル和とした。試験結果を図6に示す。図6の特性線か
ら理解できる様に、Al合金粉末の配合量が5%以上で
切削抵抗が急激に低下することが確認された。しかし2
0%を越えると、切削抵抗は低下は少ない。
The relationship between the addition ratio of the Al alloy powder in the thermal spray powder and the cutting resistance when forming a ring groove in the piston was tested. In this test, the FeCrC powder, Al alloy powder, carbon steel powder (F
e-1% C). And the whole sprayed powder is 100
%, The amount of the FeCrC powder was 20%, the amount of the Al alloy powder was changed, and the remainder was substantially sprayed powder of carbon steel powder. The cutting force was detected by a stress detecting element provided on the rear side of the cutting tool, and was defined as a vector sum of a main component force and a back component force. The test results are shown in FIG. As can be understood from the characteristic line in FIG. 6, it was confirmed that the cutting resistance sharply decreased when the blending amount of the Al alloy powder was 5% or more. But 2
If it exceeds 0%, the cutting force is less reduced.

【0050】○更に溶射粉末におけるAl合金粉末の添
加割合と溶射粉末の付着効率との関係を試験した。付着
効率は前述同様の求めかたとした。この試験では、上記
した実施例と同様のFeCrC粉末、炭素鋼粉末、Al
合金粉末を採用した。そして、溶射粉末全体を100%
としたとき、FeCrCを20%とし、Al合金粉末の
配合量を適宜変え、残部実質的に炭素鋼粉末とした溶射
粉末を用いた。試験結果を図7に示す。図7の特性線か
ら理解できる様に、溶射粉末に占めるAl合金粉末の添
加割合が増加すると、溶射粉末の付着効率が増加するこ
とがわかる。これらの各試験結果を考慮すると、溶射粉
末中のAl合金粉末の添加割合は5〜20%にできる。
Further, the relationship between the addition ratio of the Al alloy powder in the thermal spray powder and the adhesion efficiency of the thermal spray powder was examined. The adhesion efficiency was determined in the same manner as described above. In this test, the same FeCrC powder, carbon steel powder, Al
Alloy powder was used. And 100% of the whole sprayed powder
In this case, the spraying powder was used in which FeCrC was set to 20%, the amount of the Al alloy powder was appropriately changed, and the balance was substantially carbon steel powder. The test results are shown in FIG. As can be understood from the characteristic line of FIG. 7, it can be seen that the attachment efficiency of the thermal spray powder increases as the proportion of the Al alloy powder in the thermal spray powder increases. In consideration of the results of these tests, the addition ratio of the Al alloy powder in the thermal spray powder can be 5 to 20%.

【0051】○Al系の平板状の試験片を用い、その試
験片の平坦表出面にその上方から溶射して溶射層を積層
し、この溶射層についてLFW摩耗試験を行ない、LF
W摩耗量を測定した。この試験では、上記した実施例と
同様のFeCrC粉末、炭素鋼粉末、Al合金粉末を採
用した。そして溶射粉末全体を100%としたとき、F
eCrC粉末を20%とし、Al合金粉末の配合量を適
宜変え、残部実質的に炭素鋼粉末とした溶射粉末を用い
た。
Using a flat Al-based test piece, a sprayed layer is laminated on the flat surface of the test piece by spraying from above, and an LFW abrasion test is performed on the sprayed layer.
The W wear amount was measured. In this test, the same FeCrC powder, carbon steel powder, and Al alloy powder as in the above-described examples were employed. Then, when the entire sprayed powder is 100%, F
The eCrC powder was set to 20%, the amount of the Al alloy powder was appropriately changed, and the remainder was substantially sprayed powder of carbon steel powder.

【0052】上記したLFW摩耗試験によれば、図17
に示す様に、トップリングと同材質で形成したリング材
20(17%Crを含むステンレス鋼(SUS430)
に窒化したもの)を相手材として用い、平坦な試験片2
1の溶射摺動面にリング材20を所定の荷重で押し当て
つつ回転させ、溶射摺動面を摩耗させた。試験条件は荷
重60kg、回転数は160rpm、試験時間は60m
in、潤滑はエンジンオイル油浴中で行った。その試験
結果を図8に示す。図8の特性線から理解できる様に、
溶射粉末に占めるAl合金粉末の添加割合が増加する
と、溶射層におけるLFW摩耗量が増加することがわか
る。なお図8から理解できる様にAl合金粉末の割合を
20%以下とすれば、摩耗量は少ない。
According to the above LFW wear test, FIG.
As shown in the figure, ring material 20 (stainless steel containing 17% Cr (SUS430)) formed of the same material as the top ring
Test piece 2)
The ring member 20 was rotated while being pressed against the sprayed sliding surface of No. 1 with a predetermined load to wear the sprayed sliding surface. The test conditions were a load of 60 kg, a rotation speed of 160 rpm, and a test time of 60 m.
In, lubrication was performed in an engine oil bath. FIG. 8 shows the test results. As can be understood from the characteristic line in FIG.
It can be seen that as the proportion of the Al alloy powder in the thermal spray powder increases, the amount of LFW wear in the thermal spray layer increases. As can be understood from FIG. 8, when the proportion of the Al alloy powder is set to 20% or less, the wear amount is small.

【0053】○更にピストンリング溝の摺動特性として
重要な要素である、高温における耐凝着性についても試
験した。この試験では、実施例と同様のFeCrC粉
末、炭素鋼粉末、Al合金粉末を採用した。そして、溶
射粉末全体を100%としたとき、FeCrC粉末を2
0%とし、Al合金粉末の配合量を適宜変え、残部実質
的に炭素鋼粉末とした溶射粉末を用いた。
Further, adhesion resistance at high temperature, which is an important factor as sliding characteristics of the piston ring groove, was also tested. In this test, the same FeCrC powder, carbon steel powder, and Al alloy powder as in the example were employed. When the total amount of the sprayed powder is 100%, the FeCrC powder is 2%.
0%, the amount of the Al alloy powder was changed appropriately, and the remainder was substantially sprayed powder of carbon steel powder.

【0054】この凝着試験では、溶射粉末におけるAl
合金粉末の割合と凝着摩耗量との関係を試験した。この
凝着試験では、図18に示す様に、平坦状の試験片30
の表出面に上方から溶射して、溶射摺動面を備えた溶射
層31を積層した。そしてピストン作動温度を考慮して
雰囲気温度を250°Cにした状態で、トップリングと
同一材質のリング材33を相手材として用い、そのリン
グ材33を回転させつつ溶射層31に繰り返し打撃して
行った。この凝着試験では、面圧は10kg/cm2
回転数は0.5mm/sec、試験時間は20min、
打撃サイクルは150cycle/min、温度は25
0℃、雰囲気はエンジンの燃焼室の低酸素雰囲気を考慮
して窒素ガス気流中(潤滑=なし)とした。
In this adhesion test, Al in the sprayed powder was
The relationship between the ratio of the alloy powder and the amount of adhesive wear was tested. In this adhesion test, as shown in FIG.
Was sprayed from above onto the exposed surface of No. 1 to form a sprayed layer 31 having a sprayed sliding surface. Then, in a state where the ambient temperature is set to 250 ° C. in consideration of the piston operating temperature, a ring material 33 made of the same material as the top ring is used as a mating material, and the thermal spray layer 31 is repeatedly hit while rotating the ring material 33. went. In this adhesion test, the surface pressure was 10 kg / cm 2 ,
The rotation speed was 0.5 mm / sec, the test time was 20 min,
The impact cycle is 150 cycles / min and the temperature is 25
At 0 ° C., the atmosphere was a nitrogen gas stream (lubrication = none) in consideration of the low oxygen atmosphere in the combustion chamber of the engine.

【0055】凝着試験の試験結果を図9に示す。図9の
特性線から理解できる様に、溶射粉末に占めるAl合金
粉末の添加割合が増加すると、溶射層における凝着摩耗
量が増加することがわかる。特に20%を越えると凝着
摩耗量が大きく増加することがわかる。上記した各試験
の結果を考慮すると、溶射粉末全体を100%としたと
き、Al合金粉末の添加割合は5〜20%が好ましいと
いえる。
FIG. 9 shows the results of the adhesion test. As can be understood from the characteristic line of FIG. 9, it can be seen that as the proportion of the Al alloy powder in the thermal spray powder increases, the amount of cohesive wear in the thermal spray layer increases. In particular, when it exceeds 20%, it can be seen that the amount of adhesive wear increases greatly. In consideration of the results of the above-described tests, it can be said that the addition ratio of the Al alloy powder is preferably 5 to 20% when the entire thermal spray powder is 100%.

【0056】○上記した実施例で用いたAl合金粉末、
炭素鋼粉末、更に炭化物系硬質相を形成する粒子として
実施例で用いたFeCrC粉末を採用し、溶射層におけ
るLFW摩耗試験を行った。この試験では、溶射粉末全
体を100%としたとき、Al合金粉末は10%とし、
FeCrC粉末の配合量を変更しつつ、残部実質的に炭
素鋼粉末とした溶射粉末を用いた。その溶射層における
摩耗量の試験結果を図10において○印として示し、相
手材の摩耗量を△印として示す。図10における○印か
ら理解できる様に、溶射粉末に占めるFeCrCの粉末
の添加割合が増加すると、溶射層のLFW摩耗量が低下
することがわかる。また図10における△印から理解で
きる様に、溶射粉末に占めるFeCrCの粉末の添加割
合が増加すると、リング材つまり相手材に対する攻撃性
が大きく増大することがわかる。
The Al alloy powder used in the above embodiment,
The carbon steel powder and the FeCrC powder used in the examples as particles forming the carbide-based hard phase were employed, and an LFW wear test was performed on the sprayed layer. In this test, when the entire sprayed powder was 100%, the Al alloy powder was 10%,
While changing the amount of FeCrC powder, the remainder was substantially sprayed powder of carbon steel powder. In FIG. 10, the test results of the wear amount of the sprayed layer are shown as ○, and the wear amount of the mating material is shown as △. As can be understood from the circles in FIG. 10, it can be seen that the LFW wear amount of the sprayed layer decreases as the proportion of the FeCrC powder in the sprayed powder increases. Further, as can be understood from the triangles in FIG. 10, when the proportion of the FeCrC powder added to the thermal spray powder increases, the aggressiveness to the ring material, that is, the mating material is greatly increased.

【0057】更に、炭化物系硬質相を形成する粒子とし
て、FeCrCの粉末に代えて、クロム炭化物(Cr2
3 :粒径10〜44μm)の粉末を採用し、この場合
においてもクロム炭化物粉末の配合量を変更し、溶射層
についてLFW摩耗試験を同様にして行なった。その溶
射層における摩耗量の試験結果を図10において●印と
して示し、相手材摩耗量を▲印(黒三角印)として示
す。図10における●印から理解できる様に、溶射粉末
に占めるCr2 3 の添加割合が増加すると、溶射層の
LFW摩耗量が低下することがわかる。図10における
▲印(黒三角印)から理解できる様に、溶射粉末に占め
るCr2 3 の添加割合が増加すると、リング材つまり
相手材に対する攻撃性が大きく増加することがわかる。
Further, instead of FeCrC powder, chromium carbide (Cr 2
(C 3 : particle size of 10 to 44 μm) was employed, and in this case also, the amount of the chromium carbide powder was changed, and the LFW abrasion test was similarly performed on the sprayed layer. In FIG. 10, the test results of the wear amount of the sprayed layer are indicated by ●, and the wear amount of the mating member is indicated by ▲ (black triangle). As can be understood from the black circles in FIG. 10, it can be seen that as the proportion of Cr 2 C 3 added to the thermal spray powder increases, the LFW wear of the thermal spray layer decreases. As can be understood from the ▲ mark (black triangle mark) in FIG. 10, it can be seen that as the proportion of Cr 2 C 3 added to the thermal spray powder increases, the aggressiveness to the ring material, that is, the mating material increases significantly.

【0058】○炭化物系硬質相を形成する粒子の添加割
合と、ピストンにリング溝を形成する際における切削抵
抗との関係を試験した。この試験でも上記した実施例で
用いたAl合金粉末、炭素鋼粉末を採用した。更に、硬
質相を形成する粒子として高炭素FeCr合金(一般粒
径10〜44μm)を採用し、溶射粉末全体を100%
としたとき、Al合金粉末を10%とし、硬質相を形成
する粒子の配合量を適宜変更し、残部実質的に炭素鋼粉
末とする溶射粉末を用いた。試験結果を図11に示す。
図11の特性線から理解できる様に、硬質相を形成する
粒子の配合量が20%、30%程度では切削抵抗はあま
り大きくないが、40%を越えると、切削抵抗が急激に
増大することがわかる。なお図11において、総型バイ
トによる切削加工が困難なレベルは、切削抵抗が300
Nを越えた領域である。上記した各試験の結果を考慮す
ると、溶射粉末全体を100%としたとき、硬質相を形
成する粒子の添加割合は5〜40%が好ましいといえ
る。
The relationship between the addition ratio of the particles forming the carbide-based hard phase and the cutting resistance when forming a ring groove in the piston was tested. Also in this test, the Al alloy powder and the carbon steel powder used in the above-described examples were used. Further, a high-carbon FeCr alloy (general particle size: 10 to 44 μm) is adopted as particles forming the hard phase, and the entire sprayed powder is made 100%.
In this case, a thermal spray powder was used in which the Al alloy powder was 10%, the amount of particles forming the hard phase was changed appropriately, and the balance was substantially carbon steel powder. The test results are shown in FIG.
As can be understood from the characteristic line in FIG. 11, the cutting resistance is not so large when the blending amount of the particles forming the hard phase is about 20% or 30%, but when it exceeds 40%, the cutting resistance sharply increases. I understand. In FIG. 11, the level at which cutting by the die tool is difficult is a cutting resistance of 300
This is the area beyond N. Considering the results of the above-described tests, it can be said that, when the total amount of the sprayed powder is 100%, the addition ratio of the particles forming the hard phase is preferably 5 to 40%.

【0059】○更に軟質合金粉末としてCu−9%Al
(α相、一般粒径5〜60μm)粉末を用い、この粉末
の添加量による溶射層の靱性向上の効果を見るために衝
撃試験を実施した。この試験でも上記した実施例で用い
たAl合金粉末、炭素鋼粉末を採用し、そして溶射粉末
全体を100%としたとき、Al合金粉末を10%と
し、硬質相を形成する粒子としてのFeCrC粉末を2
0%、軟質合金粉末を適宜変更し、残部実質的に炭素鋼
粉末とする溶射粉末を用いた。この溶射粉末を溶射処理
し、溶射層からなる角柱状の溶射試験片(サイズ:10
mm×5mm×40mm:切欠なし)を作製し、その溶
射試験片を用いてシャルピー衝撃試験を行った。
Further, Cu-9% Al is used as a soft alloy powder.
Using an (α phase, general particle size of 5 to 60 μm) powder, an impact test was carried out to see the effect of improving the toughness of the sprayed layer by the amount of the powder added. Also in this test, the Al alloy powder and carbon steel powder used in the above-described example were adopted, and when the entire sprayed powder was 100%, the Al alloy powder was 10%, and the FeCrC powder was used as particles for forming a hard phase. 2
0%, a sprayed powder was used in which the soft alloy powder was appropriately changed and the balance was substantially carbon steel powder. This sprayed powder is subjected to a spraying treatment, and a prismatic sprayed test piece (size: 10) composed of a sprayed layer is formed.
mm × 5 mm × 40 mm: no notch), and a Charpy impact test was performed using the sprayed test piece.

【0060】更に別の軟質合金粉末として、Ni−8%
Cr−1.5%B−3%Siの自溶性の合金粉末(一般
粒径10〜45μm)を用い、同様に溶射層からなる溶
射試験片を作成した。この場合においても添加量による
溶射層の靱性向上の効果を見るためにシャルピー衝撃試
験を行った。試験結果を図12に示す。図12において
●はNi−8%Cr−1.5%B−3%Siの合金粉末
を用いた場合を示し、○はCu−9%Al粉末を用いた
場合を示す。いずれの粉末も配合量5%の添加により、
衝撃値が増大し、溶射層の靱性を向上させる効果が見ら
れた。一方、添加量が30%を越えると、溶射層におけ
る耐摩耗性の低下がみられた。従って、溶射粉末全体を
100%としたとき軟質合金粉末は5〜30%が好まし
いことがわかる。
As another soft alloy powder, Ni-8%
Using a self-fluxing alloy powder of Cr-1.5% B-3% Si (general particle size: 10 to 45 µm), a thermal sprayed test piece composed of a thermal spray layer was similarly prepared. Also in this case, a Charpy impact test was performed to see the effect of improving the toughness of the sprayed layer by the amount of addition. The test results are shown in FIG. In FIG. 12, ● shows the case where an alloy powder of Ni-8% Cr-1.5% B-3% Si was used, and ○ shows the case where a Cu-9% Al powder was used. By adding 5% of each powder,
The effect of increasing the impact value and improving the toughness of the sprayed layer was observed. On the other hand, if the addition amount exceeds 30%, the wear resistance of the sprayed layer is reduced. Therefore, it is understood that the soft alloy powder is preferably 5 to 30% when the entire sprayed powder is 100%.

【0061】○更に前記した2種類の軟質合金粉末を用
い、この粉末の添加量によるLFW摩耗量を測定した。
この試験でも上記した実施例で用いたAl合金粉末、炭
素鋼粉末を採用し、そして溶射粉末全体を100%とし
たとき、Al合金粉末を10%とし、硬質相を形成する
粒子としてのFeCrC粉末を20%、軟質合金粉末を
適宜変更し、残部実質的に炭素鋼粉末とする溶射粉末を
用いた。試験結果を図13に示す。図13において●は
Ni−8%Cr−1.5%B−3%Siの合金粉末を用
いた場合を示し、○はCu−9%Al粉末を用いた場合
を示す。いずれも30%まではLFW摩耗量の増加はあ
まり認められないが、30%を越えるとLFW摩耗量が
大きくなる。
更 に Further, using the above-mentioned two kinds of soft alloy powders, the amount of LFW wear according to the amount of addition of these powders was measured.
Also in this test, the Al alloy powder and carbon steel powder used in the above-described example were adopted, and when the entire sprayed powder was 100%, the Al alloy powder was 10%, and the FeCrC powder was used as particles for forming a hard phase. Was changed by 20%, and the soft alloy powder was appropriately changed, and the remainder was substantially sprayed powder of carbon steel powder. The test results are shown in FIG. In FIG. 13, ● shows the case where an alloy powder of Ni-8% Cr-1.5% B-3% Si was used, and ○ shows the case where a Cu-9% Al powder was used. In any case, the increase in the amount of LFW wear is not so noticeable up to 30%, but when it exceeds 30%, the amount of LFW wear increases.

【0062】○溶射方向の相違による溶射層の耐凝着性
への影響を調べた。試験結果を図14に示す。図14の
T1欄は、溶射粉末の堆積方向つまり溶射方向(K1方
向)に垂直な方向に相手材(SUS430に窒化したも
の)を摺動させた場合である。図14のT2欄は、溶射
粉末粒子の堆積方向つまり溶射方向(K1方向)に対し
て平行に同様の相手材を摺動させた場合である。
The effect of the difference in the spraying direction on the adhesion resistance of the sprayed layer was examined. The test results are shown in FIG. The column T1 in FIG. 14 shows the case where the mating material (nitrided to SUS430) was slid in the deposition direction of the thermal spray powder, that is, in the direction perpendicular to the thermal spraying direction (K1 direction). The column T2 in FIG. 14 shows a case where a similar partner material is slid in parallel to the deposition direction of the thermal spray powder particles, that is, the thermal spraying direction (K1 direction).

【0063】この試験で用いる材料1では、溶射粉末全
体を100%としたとき、Al合金粉末を10%とし、
FeCrC粉末を20%とし、残部実質的に炭素鋼粉末
とした溶射粉末を用いた。この試験で用いる材料2で
は、溶射粉末全体を100%としたとき、Al合金粉末
を20%とし、FeCrC粉末を20%、Cu−9%A
l粉末を10%配合し、残部実質的に炭素鋼粉末とした
溶射粉末を用いた。図14に示す試験結果から理解でき
る様に、T2欄の凝着摩耗量がT1欄の凝着摩耗量より
も小さいことがわかる。溶射方向による影響が寄与し、
多くの種類の粉末粒子による総和的な摺動特性が発現さ
れた影響と推察される。
In the material 1 used in this test, when the entire sprayed powder was 100%, the Al alloy powder was 10%,
Thermal spray powder was used in which the content of FeCrC powder was 20% and the balance was substantially carbon steel powder. In the material 2 used in this test, when the entire sprayed powder was 100%, the Al alloy powder was 20%, the FeCrC powder was 20%, and the Cu-9% A was used.
1% powder was used, and the remainder was substantially sprayed powder of carbon steel powder. As can be understood from the test results shown in FIG. 14, the amount of adhesive wear in the column T2 is smaller than the amount of adhesive wear in the column T1. The effect of the spray direction contributes,
This is presumed to be the effect of expressing the total sliding characteristics by many types of powder particles.

【0064】(金属組織)上記した実施例で用いた粉末
と同様の粉末を配合した溶射粉末を溶射して溶射層の代
表的な金属組織を、図15(写真番号の末尾77)及び
図16(写真番号の末尾79)に示す。これは光学顕微
鏡写真(200倍:エッチングなし)である。図15に
係る溶射層は、溶射粉末全体を100%としたとき、F
eCrC粉末を20%、Al合金粉末を10%とし、残
部実質的に炭素鋼粉末として配合した溶射粉末を用いた
ものである。図16に係る溶射層は、溶射粉末全体を1
00%としたとき、FeCrCを20%、Al合金粉末
を10%、軟質合金粉末(Cu−9%Al)を10%、
残部実質的に炭素鋼粉末として配合した溶射粉末を用い
たものである。即ち炭素鋼粉末の割合が減少している。
図15及び図16において上部の黒色領域は埋込樹脂を
示す。図16よりも図15において島状形態の粒子が明
瞭である。溶融形態を考慮すると、島状形態の粒子は、
融点が比較的高い炭素鋼粉末によるものと推察される。
矢印K1方向は粒子の飛行方向つまり溶射方向を示す。
この写真図からしても、溶射層を構成する粒子が偏平化
されているのがうかがえる。
(Metal Structure) A typical metal structure of the sprayed layer is obtained by spraying a thermal spray powder containing the same powder as the powder used in the above-described examples, as shown in FIGS. (The suffix 79 of the photograph number). This is an optical micrograph (× 200: no etching). The thermal spray layer according to FIG.
The thermal spraying powder used is such that eCrC powder is 20%, Al alloy powder is 10%, and the balance is substantially blended as carbon steel powder. The thermal spray layer according to FIG.
When it is set to 00%, FeCrC is 20%, Al alloy powder is 10%, soft alloy powder (Cu-9% Al) is 10%,
The remainder substantially uses a sprayed powder blended as a carbon steel powder. That is, the ratio of the carbon steel powder has decreased.
In FIGS. 15 and 16, the upper black region indicates the embedded resin. In FIG. 15, the island-shaped particles are clearer than in FIG. Considering the molten form, the particles in island form are
It is presumed that the carbon steel powder had a relatively high melting point.
The direction of arrow K1 indicates the flight direction of the particles, that is, the spraying direction.
This photograph also shows that the particles constituting the thermal spray layer are flattened.

【0065】(耐摩耗性試験)更に表1に示す溶射層構
成で、本発明に係る試験片(NO.1〜NO.20)を
作成した。表1から理解できる様に、鉄系粒子で形成さ
れたマトリックスは試験片NO.1〜NO.15では炭
素鋼組成であり、試験片NO.16〜NO.20では、
ステンレス鋼組成(SUS)である。
(Abrasion Resistance Test) Further, test pieces (NO. 1 to NO. 20) according to the present invention having the sprayed layer constitution shown in Table 1 were prepared. As can be understood from Table 1, the matrix formed of the iron-based particles shows the test piece No. 1 to NO. No. 15 is a carbon steel composition, and the test piece NO. 16 to NO. In 20,
Stainless steel composition (SUS).

【0066】本発明に係る各試験片に係るマトリックス
の組成とその面積率、硬質相とその面積率、Al合金と
その面積率は、それぞれ表1に示されている。一般的に
は、上記試験片で採用されている硬質相を構成するFe
−60%Cr−8%Cは硬度がHv900〜1400程
度であり、Cr2 C3 は硬度がHv1200〜1500
程度であり、Fe3 Cは硬度がHv1000〜1200
程度であり、SKH54は硬度がHv500〜700程
度である。
The composition of the matrix and its area ratio, the hard phase and its area ratio, and the Al alloy and its area ratio for each test piece according to the present invention are shown in Table 1, respectively. Generally, Fe constituting the hard phase employed in the above test piece is
-60% Cr-8% C has a hardness of about Hv900 to 1400, and Cr2C3 has a hardness of Hv1200 to 1500.
And the hardness of Fe3C is Hv1000-1200.
SKH54 has a hardness of about Hv 500 to 700.

【0067】表1の目的の欄に示すは、マトリックス
中の炭素量を変更し、炭素量の影響を知見するための試
験を意味する。表1の目的の欄に示すは、マトリック
スの面積率、硬質相の面積率、Al合金の面積率を変更
し、その面積率の影響を知見するための試験を意味す
る。表1の目的の欄に示すは、硬質相の材質とその面
積率を変更し、その影響を知見するための試験を意味す
る。表1の目的の欄に示すは、Al合金におけるSi
量を変更し、その影響を知見するための試験を意味す
る。
The column indicated in the purpose column of Table 1 means a test for changing the amount of carbon in the matrix and examining the influence of the amount of carbon. Table 1 shows the test for changing the area ratio of the matrix, the area ratio of the hard phase, and the area ratio of the Al alloy, and examining the influence of the area ratio. The column shown in the purpose column of Table 1 means a test for changing the material of the hard phase and the area ratio thereof to find out the influence thereof. Table 1 shows the purpose column of the Al alloy.
It means a test to change the amount and to see its effect.

【0068】摩耗評価法としては図17に示す様にリン
グーオンープレート方式のLFW摩耗試験法を用いた。
試験条件は荷重60kg、試験時間=60分、リングの
回転数=160rpmにて実施した。摩耗評価は溶射堆
積方向(=溶射粉末粒子の飛行方向、図17の矢印K1
参照)と垂直な面として評価し、相手材であるリング材
20は17Crステンレス鋼に窒化処理を施したものを
使用した。また、潤滑にはエンジンオイルを使用した。
As a wear evaluation method, a ring-on-plate type LFW wear test method was used as shown in FIG.
The test conditions were a load of 60 kg, a test time of 60 minutes, and a ring rotation speed of 160 rpm. The wear evaluation was performed in the spray deposition direction (= the flight direction of the sprayed powder particles, arrow K1 in FIG. 17).
The ring material 20, which is a mating material, was obtained by subjecting 17Cr stainless steel to nitriding treatment. Engine oil was used for lubrication.

【0069】表2のLFW摩耗の欄に、本発明に係る試
験片(NO.1〜NO.20)の試験結果を示す。表2
は熱膨張率及び熱伝導率も示す。また図17は、LFW
摩耗の試験結果をグラフにして示す。更にこの試験で
は、比較合金A〜Gを採用している。表3から理解でき
る様に比較合金Aとして、従来技術に係るニレジスト鋳
鉄を採用した。比較合金B〜Gにおけるマトリックスと
その面積率、硬質相とその面積率、Al合金とその面積
率などは、それぞれ表3に示されている。これらの比較
合金A〜Gについても同様に試験し、その試験結果を表
4のLFW摩耗の欄、及び図17に示す。
In the column of LFW wear in Table 2, the test results of the test pieces (NO. 1 to NO. 20) according to the present invention are shown. Table 2
Also indicates the coefficient of thermal expansion and the coefficient of thermal conductivity. FIG. 17 shows the LFW
The results of the abrasion test are shown in a graph. Further, in this test, comparative alloys A to G were employed. As can be seen from Table 3, as a comparative alloy A, a niresist cast iron according to the prior art was employed. Table 3 shows the matrix and its area ratio, the hard phase and its area ratio, the Al alloy and its area ratio, and the like in Comparative Alloys BG. These comparative alloys A to G were similarly tested, and the test results are shown in the LFW wear column of Table 4 and in FIG.

【0070】図17においては、ニレジスト鋳鉄の試験
結果はハッチング領域で示されている。図17から理解
できる様に、本発明に係る試験片(NO.1〜NO.2
0)はいずれも溶射層の摩耗深さが小さく、従ってハッ
チング領域で示されるニレジスト鋳鉄と同等または同等
以上の耐摩耗性を有していることがわかる。しかも本発
明に係る試験片(NO.1〜NO.20)によれば、表
2に示す熱伝導率の欄から理解できる様に、熱伝導率が
33.2〜62.3W/mkであり、ニレジスト鋳鉄の
熱伝導率(表4:18.8W/mk)よりも高いため
に、溶射層の熱伝導性が良く、故に熱衝撃が緩和され、
高温における耐摩耗性がより優れていると予想される。
In FIG. 17, the test results of the niresist cast iron are indicated by hatching. As can be understood from FIG. 17, the test pieces (NO. 1 to NO.
0) shows that the wear depth of the sprayed layer is small in all cases, and therefore, it has wear resistance equal to or higher than that of the niresist cast iron indicated by the hatched area. Moreover, according to the test pieces (NO. 1 to NO. 20) according to the present invention, the thermal conductivity is 33.2 to 62.3 W / mk as can be understood from the thermal conductivity column shown in Table 2. Since the thermal conductivity of Niresist cast iron is higher than that of Niresist cast iron (Table 4: 18.8 W / mk), the thermal conductivity of the thermal sprayed layer is good, and the thermal shock is reduced.
It is expected that the wear resistance at high temperatures will be better.

【0071】(耐凝着性試験)耐凝着性は、図18に示
す様に、試験片に積層した溶射層31の溶射摺動面にリ
ング材33の軸端面を繰返し押しつける方式のスラスト
・カラ型の摩耗試験により評価した。溶射摺動面におけ
る凝着の発生は、ピストンリングの固着等を誘発するた
め、凝着の発生がないことを目標としている。なお試験
条件は面圧=10kg/cm2 、リング回転:0.5m
m/sec、雰囲気:N2 、試験温度=250℃とし
た。この試験条件は実際のピストン作動状況を想定して
いる。
(Adhesion Resistance Test) As shown in FIG. 18, the adhesion resistance was measured by a thrust test method of repeatedly pressing the shaft end face of the ring material 33 against the sprayed sliding surface of the sprayed layer 31 laminated on the test piece. It was evaluated by a dry type abrasion test. Since the occurrence of adhesion on the sprayed sliding surface induces the sticking of the piston ring, etc., the aim is to prevent the occurrence of adhesion. The test conditions were as follows: surface pressure = 10 kg / cm 2 , ring rotation: 0.5 m
m / sec, atmosphere: N 2 , test temperature = 250 ° C. These test conditions assume actual piston operating conditions.

【0072】凝着試験では、目視および断面の塑性流動
の有無にて凝着の発生の有無を評価した。本発明に係る
試験片(NO.1〜NO.20)における試験結果を、
表2の摩耗評価における凝着試験の欄に示す。表2の凝
着試験の欄から理解できる様に、本発明に係る試験片
(NO.1〜NO.20)によれば凝着は『無し』であ
り、耐凝着性に優れていることがわかる。更に比較合金
A〜Gにおける試験結果を、表4の凝着試験の欄に示
す。表4に示す様に比較合金E(鉄系のマトリックスの
面積率は32%と少な目)によれば、凝着は『有り』で
あった。
In the adhesion test, the presence or absence of adhesion was evaluated visually and by the presence or absence of plastic flow in the cross section. The test results of the test pieces (NO.1 to NO.20) according to the present invention are as follows:
The results are shown in the column of adhesion test in the wear evaluation in Table 2. As can be understood from the column of the adhesion test in Table 2, according to the test pieces (NO. 1 to NO. 20) of the present invention, the adhesion was "none" and the adhesion was excellent. I understand. Further, the test results of Comparative Alloys A to G are shown in the column of adhesion test in Table 4. As shown in Table 4, according to Comparative Alloy E (the area ratio of the iron-based matrix was as small as 32%), the adhesion was “present”.

【0073】(耐熱衝撃性試験)従来より採用されてい
るニレジスト鋳鉄は、耐熱衝撃性を確保するためその熱
膨張率を基材であるAl合金に近づけるという工夫をし
ている。しかし実際、熱衝撃に対しては熱膨張率ばかり
でなく熱伝導率も耐熱衝撃性に寄与するものであり、基
材材質(Al)と溶射層との熱伝導率を近づけないと、
冷却の際に両者で温度差が大きくなり、基材と溶射層と
の界面に引張り応力が発生すると知見される。耐熱衝撃
性試験は、図19に示す様に、モータ60で回転する回
転盤61に、溶射摺動面をリング溝に形成したピストン
63を取付け、そして実際のピストン作動温度を考慮
し、300℃までガスバーナ65の燃焼炎によりピスト
ン63を加熱し、その後、回転盤61の回転に伴い、2
5℃の水にピストン63を水没させて、亀裂発生までの
試験数で評価した。亀裂の有無はカラーチェックにより
確認した。ニレジスト鋳鉄を鋳包んだ比較合金Aについ
ても同様に試験した。
(Thermal Shock Resistance Test) Niresist cast iron which has been conventionally employed is designed so that its coefficient of thermal expansion is close to that of the Al alloy as the base material in order to secure the thermal shock resistance. However, in actuality, not only the coefficient of thermal expansion but also the thermal conductivity contributes to the thermal shock resistance against thermal shock. If the thermal conductivity between the base material (Al) and the sprayed layer is not brought close,
It is found that the temperature difference between the two increases during cooling, and tensile stress is generated at the interface between the base material and the sprayed layer. In the thermal shock resistance test, as shown in FIG. 19, a piston 63 having a sprayed sliding surface formed in a ring groove is attached to a rotating disk 61 rotated by a motor 60, and the actual operating temperature of the piston is taken into consideration. The piston 63 is heated by the combustion flame of the gas burner 65 until the rotation of the turntable 61.
The piston 63 was immersed in water at 5 ° C. and evaluated by the number of tests until crack generation. The presence or absence of cracks was confirmed by a color check. The same test was conducted for Comparative Alloy A in which Niresist cast iron was cast.

【0074】試験結果を図20に示す。図20に示す様
に、本発明に係る試験片(NO.6、NO.7)によれ
ば、亀裂発生までの試験数は70以上であり、更にアル
ミ合金が多目の本発明に係る試験片(NO.8、NO.
9)によれば、試験数100回以上でも、溶射層と母材
との界面に亀裂は発生しなかった。しかし図20に示す
様に比較合金Aの場合には試験数1〜5回で溶射層に亀
裂が発生した。これは上記のように溶射層の熱膨張率を
基材の熱膨張率に近づけても、急冷する場合には、溶射
層の熱伝導率が低いためにニレジスト鋳鉄と基材(アル
ミ合金)の間の温度差が大きくなり、このため両者の界
面に亀裂が生じたものと推定される。
FIG. 20 shows the test results. As shown in FIG. 20, according to the test pieces (NO. 6 and NO. 7) according to the present invention, the number of tests up to the occurrence of cracks is 70 or more, and the test according to the present invention is more aluminum alloy. Pieces (NO. 8, NO.
According to 9), no crack was generated at the interface between the thermal sprayed layer and the base material even after 100 or more tests. However, as shown in FIG. 20, in the case of the comparative alloy A, cracks occurred in the sprayed layer after 1 to 5 tests. This is because even if the thermal expansion coefficient of the thermal spray layer approaches the thermal expansion coefficient of the base material as described above, when quenching, the thermal conductivity of the thermal spray layer is low, so that the Ni-resist cast iron and the base material (aluminum alloy) It is presumed that the temperature difference between the two became large, and as a result, cracks occurred at the interface between the two.

【0075】[0075]

【表1】 [Table 1]

【0076】[0076]

【表2】 [Table 2]

【0077】[0077]

【表3】 [Table 3]

【0078】[0078]

【表4】 (他の例)上記した実施例ではディーゼルエンジンのピ
ストンのトップリング溝に適用しているが、これに限定
されるものではなく、トップリング溝以外の他のピスト
ンリング溝でも良い。更にはガソリンエンジンのピスト
ンのリング溝に適用することもできる。更には例えばギ
ヤ類等の様に摺動面を備えた他の種の摺動部材にも適用
することも期待できる。溶射処理はHVOF溶射に限定
されるものではなく、大気プラズマ溶射、減圧プラズマ
溶射、粉末式フレーム溶射等でも良く、溶射は大気雰囲
気以外にも、酸化の影響を軽減、回避すべく、減圧雰囲
気、保護雰囲気、真空状態等適宜選択できる。
[Table 4] (Other Examples) In the above-described embodiment, the present invention is applied to the top ring groove of the piston of the diesel engine. However, the present invention is not limited to this, and a piston ring groove other than the top ring groove may be used. Further, the present invention can be applied to a ring groove of a piston of a gasoline engine. Further, it can be expected to be applied to other kinds of sliding members having a sliding surface such as gears. The thermal spraying process is not limited to HVOF thermal spraying, but may be atmospheric plasma thermal spraying, reduced pressure plasma thermal spraying, powder type flame thermal spraying, etc. A protective atmosphere, a vacuum state, and the like can be appropriately selected.

【0079】[0079]

【発明の効果】請求項1によれば、特定の組成範囲を備
えた各種の粉末を配合した溶射粉末を採用しているの
で、溶射層の切削加工性、溶射粉末の基材への付着効
率、基材への密着強度、耐摩耗性、耐凝着性等に優れた
溶射層を形成するのに有利である。殊にピストン使用温
度等の高温領域における優れた耐摩耗性、耐凝着性を備
えた溶射層を形成するのに有利である。
According to the first aspect of the present invention, since the sprayed powder in which various powders having a specific composition range are blended is employed, the cutting workability of the sprayed layer and the efficiency of adhesion of the sprayed powder to the base material. This is advantageous for forming a thermal sprayed layer having excellent adhesion strength to a substrate, abrasion resistance, adhesion resistance and the like. Particularly, it is advantageous for forming a sprayed layer having excellent wear resistance and adhesion resistance in a high temperature region such as a piston operating temperature.

【0080】請求項2によれば、面積率を特定している
ので、耐摩耗性、耐凝着性等に優れた溶射摺動面を形成
するのに有利である。殊に、ピストン使用温度等の高温
領域における優れた耐摩耗性、耐凝着性を備えた溶射層
を形成するのに有利である。請求項3によれば、溶射層
に凹部を形成し、凹部を区画する側面を摺動面とするの
で、この摺動面の単位面積あたりに表出する粒子の種類
が多くなる。故に、溶射粉末中の特定種類の粒子による
摺動特性が現れにくくなり、多くの種類の粉末粒子によ
る総合的な摺動特性を発現させるのに有利である。即
ち、面積が小さな摺動面であっても、鉄系相による摺動
特性、Al合金相による摺動特性、炭化物もしくは炭化
物を含む硬質相による摺動特性の総合的効果が期待し易
い。これにより摺動面は、長期にわたり安定した良好な
る摺動特性が得られる。
According to the second aspect, since the area ratio is specified, it is advantageous to form a sprayed sliding surface excellent in abrasion resistance, adhesion resistance and the like. In particular, it is advantageous for forming a sprayed layer having excellent wear resistance and adhesion resistance in a high temperature region such as a piston operating temperature. According to the third aspect, the concave portion is formed in the thermal sprayed layer, and the side surface that defines the concave portion is used as a sliding surface, so that the types of particles expressed per unit area of the sliding surface increase. Therefore, the sliding characteristics due to the specific type of particles in the thermal spray powder are less likely to appear, which is advantageous in exhibiting the overall sliding characteristics due to many types of powder particles. That is, even if the sliding surface has a small area, it is easy to expect the overall effect of the sliding characteristics of the iron phase, the sliding characteristics of the Al alloy phase, and the sliding characteristics of the carbide or the hard phase containing the carbide. As a result, the sliding surface can obtain good sliding characteristics that are stable over a long period of time.

【0081】更に粒子は、摺動面に対して略垂直方向あ
るいはそれに近い形態で配向し易いため、摺動条件が苛
酷であっても、溶射で堆積させた鉄系粉末やAl合金粉
末等の粒子の脱落を回避するのに有利である。この意味
においても、鉄系相による摺動特性、Al合金相による
摺動特性、炭化物もしくは炭化物を含む合金相による摺
動特性の総合的効果が期待し易く、耐摩耗性の確保に有
利である。
Further, since the particles tend to be oriented in a direction substantially perpendicular to or close to the sliding surface, even when the sliding conditions are severe, it is difficult to form a powder such as an iron-based powder or an Al alloy powder deposited by thermal spraying. This is advantageous for avoiding particles falling off. Also in this sense, it is easy to expect the overall effect of the sliding properties of the iron-based phase, the sliding properties of the Al alloy phase, and the sliding properties of the carbide or alloy phase containing carbide, which is advantageous for securing wear resistance. .

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

【図1】溶射処理前のピストンの溝付近の形態と、溶射
装置で溶射している形態と、切削加工後のトップリング
溝付近の形態とを併せて示す構成図である。
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration in the vicinity of a piston groove before thermal spraying, a configuration in which thermal spraying is performed by a thermal spraying device, and a configuration in the vicinity of a top ring groove after cutting.

【図2】切削加工後のトップリング溝付近の断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the vicinity of a top ring groove after cutting.

【図3】(a)は溶射層の概念を模式的に示す断面図で
あり、(b)は溶射層に溝を形成した概念を模式的に示
す断面図である。
3A is a cross-sectional view schematically illustrating the concept of a thermal spray layer, and FIG. 3B is a cross-sectional view schematically illustrating the concept of forming a groove in the thermal spray layer.

【図4】図4(A)は炭素鋼粉末中の炭素量と溶射層の
硬さとの関係を示すグラフであり、図4(B)は炭素鋼
粉末の炭素量及びステンレス鋼粉末中の炭素量と溶射層
のLFW摩耗量との関係を示すグラフである。
FIG. 4 (A) is a graph showing the relationship between the carbon content in carbon steel powder and the hardness of the sprayed layer, and FIG. 4 (B) is a graph showing the carbon content of carbon steel powder and the carbon content in stainless steel powder. It is a graph which shows the relationship between the amount and the amount of LFW wear of a sprayed layer.

【図5】炭素鋼中の酸素量と溶射粉末の付着効率との関
係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of oxygen in carbon steel and the adhesion efficiency of thermal spray powder.

【図6】溶射粉末中のAl合金粉末の割合と溶射層の切
削抵抗との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the ratio of the Al alloy powder in the thermal spray powder and the cutting resistance of the thermal spray layer.

【図7】溶射粉末中のAl合金粉末の割合と溶射粉末の
付着効率との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the ratio of the Al alloy powder in the thermal spray powder and the adhesion efficiency of the thermal spray powder.

【図8】溶射粉末中のAl合金粉末の割合とLFW摩耗
量との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the proportion of Al alloy powder in the thermal spray powder and the amount of LFW wear.

【図9】溶射粉末中のAl合金粉末の割合と凝着摩耗量
との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio of the Al alloy powder in the thermal spray powder and the amount of adhesive wear.

【図10】溶射粉末中の炭化物系硬質相の割合とLFW
摩耗量との関係を示すグラフである。
FIG. 10 shows the ratio of carbide-based hard phase in thermal spray powder and LFW.
It is a graph which shows the relationship with a wear amount.

【図11】溶射粉末中の炭化物系硬質相の割合と切削抵
抗との関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ratio of the carbide-based hard phase in the thermal spray powder and the cutting resistance.

【図12】溶射粉末中の軟質合金粉末の割合と衝撃値と
の関係を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the ratio of the soft alloy powder in the thermal spray powder and the impact value.

【図13】軟質合金粉末の添加割合とLFW摩耗量との
関係を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the addition ratio of a soft alloy powder and the amount of LFW wear.

【図14】溶射処理の際の堆積方向と凝着摩耗量との関
係を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the deposition direction and the amount of adhesive wear during thermal spraying.

【図15】溶射層の金属組織を示す写真図である。FIG. 15 is a photograph showing a metal structure of a thermal sprayed layer.

【図16】別例に係る溶射層の金属組織を示す写真図で
ある。
FIG. 16 is a photograph showing a metal structure of a sprayed layer according to another example.

【図17】溶射層の摩耗深さを示す試験結果を示すグラ
フである。
FIG. 17 is a graph showing test results indicating the wear depth of the sprayed layer.

【図18】凝着試験の構成図である。FIG. 18 is a configuration diagram of an adhesion test.

【図19】耐熱衝撃試験の構成図である。FIG. 19 is a configuration diagram of a thermal shock test.

【図20】耐熱衝撃試験の試験結果を示すグラフであ
る。
FIG. 20 is a graph showing test results of a thermal shock test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

図中、1はピストン、11は溝、2は溶射層、3はリン
グ溝(凹部)、31、32は対向面、33は底面を示
す。
In the figure, 1 is a piston, 11 is a groove, 2 is a sprayed layer, 3 is a ring groove (recess), 31 and 32 are opposing surfaces, and 33 is a bottom surface.

フロントページの続き (72)発明者 斎藤 浩二 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 4/10 B22F 1/00 C22C 32/00 C22C 38/00 Continuation of front page (72) Inventor Koji Saito 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 4/10 B22F 1/00 C22C 32/00 C22C 38/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】重量%で炭素0.01〜1.5%、酸素
0.5%以下の鉄系粉末が重量比で50〜80%、 Si20%以下のAl合金粉末が重量比で5〜20%、 Hv500〜1500の炭化物もしくは炭化物を含む合
金が重量比で5〜40%、不可避の不純物からなること
を特徴とする溶射粉末。
An iron-based powder containing 0.01 to 1.5% of carbon and 0.5% or less of oxygen by weight is 50 to 80% by weight, and an Al alloy powder of 20% or less of Si is 5 to 5% by weight. A sprayed powder characterized in that a carbide or an alloy containing a carbide having an Hv of 500 to 1500 and an alloy containing carbide has an inevitable impurity of 5 to 40% by weight.
【請求項2】重量%で炭素0.01〜1.0%の鉄系粒
子が面積率で40〜79%、 重量比で11〜20%のSiを有するAl合金が面積率
で20〜50%、 Hv500〜1500の炭化物もしくは炭化物を含む合
金が面積率で1〜20%であることを特徴とする溶射摺
動面。
2. An aluminum alloy having an area ratio of 40 to 79% by weight of iron-based particles having a carbon content of 0.01 to 1.0% by weight and an aluminum alloy having an area ratio of 20 to 50 by weight of an aluminum alloy having 11 to 20% of Si. %, Wherein the area ratio of carbide or an alloy containing carbide having an Hv of 500 to 1500 is 1 to 20%.
【請求項3】重量%で炭素0.01〜1.5%、酸素
0.5%以下の鉄系粉末が重量比で50〜80%、 Si20%以下のAl合金粉末が重量比で5〜20%、 Hv500〜1500の炭化物もしくは炭化物を含む合
金が重量比で5〜40%、不可避の不純物からなる溶射
粉末を用い、 該溶射粉末をAl系の基材の被溶射面に積層して溶射層
を積層する溶射工程と、 該溶射層の一部を深さ方向に除去手段により除去して凹
部を形成し、該凹部を区画する深さ方向に沿う側面を溶
射摺動面とする除去工程とを順に実施することを特徴と
する溶射摺動面の形成方法。
3. An iron-based powder containing 0.01 to 1.5% of carbon and 0.5% or less of oxygen in a weight ratio of 50 to 80% by weight, and an Al alloy powder of 20% or less of Si in a weight ratio of 5 to 5%. 20%, Hv 500-1500 carbide or alloy containing carbide, 5-40% in weight ratio, using thermal spray powder consisting of unavoidable impurities, and spraying the thermal spray powder by stacking it on the surface to be sprayed of the Al base material. A thermal spraying step of stacking layers, and a removing step in which a part of the thermal sprayed layer is removed by a removing means in a depth direction to form a concave portion, and a side surface along the depth direction defining the concave portion is a thermal spray sliding surface. And a method of forming a sprayed sliding surface.
JP04556296A 1995-01-17 1996-01-16 Thermal spray powder, thermal spray sliding surface and method of forming thermal spray sliding surface Expired - Fee Related JP3147289B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04556296A JP3147289B2 (en) 1995-01-17 1996-01-16 Thermal spray powder, thermal spray sliding surface and method of forming thermal spray sliding surface

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP527795 1995-01-17
JP7-5277 1995-01-17
JP04556296A JP3147289B2 (en) 1995-01-17 1996-01-16 Thermal spray powder, thermal spray sliding surface and method of forming thermal spray sliding surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08253856A JPH08253856A (en) 1996-10-01
JP3147289B2 true JP3147289B2 (en) 2001-03-19

Family

ID=26339198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04556296A Expired - Fee Related JP3147289B2 (en) 1995-01-17 1996-01-16 Thermal spray powder, thermal spray sliding surface and method of forming thermal spray sliding surface

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3147289B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6186508B1 (en) * 1996-11-27 2001-02-13 United Technologies Corporation Wear resistant coating for brush seal applications
JP5017675B2 (en) * 2008-04-01 2012-09-05 富士岐工産株式会社 Film manufacturing method
JP6905689B2 (en) * 2017-02-03 2021-07-21 日産自動車株式会社 Sliding members and sliding members of internal combustion engines
BR112019015842A2 (en) * 2017-02-03 2020-03-31 Nissan Motor Co., Ltd SLIDING ELEMENT AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE SLIDING ELEMENT

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08253856A (en) 1996-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2005056879A1 (en) Nano-structured coating systems
JP5689735B2 (en) piston ring
JPWO2004035852A1 (en) Piston ring, thermal spray coating used therefor, and manufacturing method
US5756150A (en) Method of spraying particulate materials on a solid surface materials
JPWO2002055748A1 (en) Wear-resistant copper-based alloy
JP5514187B2 (en) piston ring
Ahn et al. Improvement of wear resistance of plasma-sprayed molybdenum blend coatings
JP3147289B2 (en) Thermal spray powder, thermal spray sliding surface and method of forming thermal spray sliding surface
JP3011076B2 (en) Cylinder head of internal combustion engine
JP5455149B2 (en) Iron-based thermal spray coating
Lee et al. Correlation of microstructure with tribological properties in atmospheric plasma sprayed Mo-added ferrous coating
Barbezat Thermal spray coatings for tribological applications in the automotive industry
JP5853307B2 (en) Brake disc rotor and manufacturing method thereof
JP5391448B2 (en) Disc rotor for brake
WO2020017003A1 (en) Sliding member
JP3547583B2 (en) Cylinder liner
JPS59100263A (en) Plasma-sprayed piston ring
JPS60262954A (en) Powder for spraying
JP4176064B2 (en) Piston ring and manufacturing method thereof
WO2023113035A1 (en) Thermal spray coating film, sliding member and piston ring
JPH1068058A (en) Thermal spraying method
JP2002256371A (en) Copper alloy for sliding parts
JPH0340106B2 (en)
JP3383179B2 (en) Method for improving fatigue strength of metal member and metal member having improved fatigue strength
JP2003105518A (en) Slide member or internal combustion engine and method of forming the same

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080112

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090112

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090112

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100112

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110112

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees