JP3386689B2 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JP3386689B2 JP12692697A JP12692697A JP3386689B2 JP 3386689 B2 JP3386689 B2 JP 3386689B2 JP 12692697 A JP12692697 A JP 12692697A JP 12692697 A JP12692697 A JP 12692697A JP 3386689 B2 JP3386689 B2 JP 3386689B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C2201/00Metals
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン用ピスト
ンリング、シリンダライナ、ピストン等の摺動面の部材
として用いられる、耐摩耗性及び耐焼付性に優れた摺動
部材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の摺動部材として、例えば、特開昭
60−93162号公報には、鉄合金の粉末にモリブデ
ン粉末を混合した粉末を溶射して皮膜を形成させた摺動
部材が記載されている。しかし、一般に、鉄系材料を溶
射した摺動部材は、溶射時の冷却が十分でない。モリブ
デンも、鉄系材料と同様に、熱負荷による皮膜の劣化に
よって密着強さが低下する傾向がある。上記公報に記載
されているような、鉄合金の粉末にモリブデン粉末を混
合した粉末を溶射した摺動部材は、耐摩耗性に優れる反
面、熱負荷に弱い性質を持つ材料であるため、エンジン
内で使用する部品への適用において、長期間の使用によ
って繰り返し熱負荷にさらされた場合の信頼性に欠け
る。また、モリブデンは、高価な材料であるため、モリ
ブデンを多量に混合させることは、経済上困難である。
【0003】一方、特開昭60−125362号公報に
は、ニッケルクロム合金を溶射して皮膜を形成させた摺
動部材が記載されている。しかし、ニッケルクロム合金
を溶射した場合、皮膜の硬さが低く、耐キズ付き性が劣
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐摩耗性及
び耐焼付性に優れ、かつ、エンジン内で繰り返し熱負荷
がかかった場合でも十分な密着強さを維持することので
きる摺動部材を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の摺動部材は、4
〜22重量%のAlと96〜78重量%のNiからなる
NiAl複合粉末25〜100重量部と、必要に応じて
添加されるその他の粉末75〜0重量部を含む金属粉末
(合計100重量部)を、プラズマ溶射して形成させた
皮膜を有することを特徴とする(請求項1)。上記金属
粉末は、上記NiAl複合粉末25〜85重量部と、自
硬性を有する鉄または鉄合金粉末75〜15重量部を含
むことができる(請求項2)。上記金属粉末は、上記N
iAl複合粉末25〜85重量部と、急冷されたことに
よるチル部を有する粒径38〜120μmの鉄または鉄
合金粉末75〜15重量部を含むことができる(請求項
3)。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の摺動部材の基材(下地)
の材質としては、ピストンやシリンダライナ等のエンジ
ン部品に通常用いられるAC材、ADC材等のアルミニ
ウム材の他、マグネシウム、チタン、鉄及びそれらの合
金等を挙げることができる。
【0007】本発明で用いられるNiAl複合粉末は、
4〜22重量%のAlと96〜78重量%のNiからな
り、好ましくは、18〜22重量%のAlと82〜78
重量%のNiからなる。Alの含有量が多いほど、溶射
時の熱による金属間化合物の生成量が多くなるため、A
lの含有量は、できるだけ多いことが好ましい。Alの
含有量が4重量%未満であると、金属間化合物の皮膜性
状に与える影響は、ほとんどなくなってしまう。また、
22重量%を越えると、複合粉末の調製が困難になる。
【0008】本発明で用いられるNiAl複合粉末は、
通常、セラミックス溶射層の下地層の材質と類似するた
め、密着強さが大きく、エンジン内での熱負荷による密
着強さの低下が、ほとんどない。また、溶射時の熱によ
って金属間化合物を生成するため、他のNi系粉末(H
mv200〜250)と比べて、硬さが高くなり、Hmv
00以上になる。
【0009】本発明で用いられる金属粉末中の「必要に
応じて添加されるその他の粉末」としては、例えば、自
硬性を有する鉄または鉄合金粉末や、粉末の製造工程に
おいて急冷されたことによるチル部を有する鉄または鉄
合金粉末等を挙げることができる。
【0010】自硬性を有する鉄または鉄合金の粉末は、
本発明の摺動部材が、高度な耐摩耗性を要求される高負
荷エンジンに適用される場合に、上記金属粉末中に好適
に含有され得る。ここで、自硬性を有する鉄または鉄合
金の粉末とは、プラズマ溶射の際に粒子が急冷されて硬
化する性質を有する粉末を意味し、例えば、鋳鉄、高炭
素鋼、あるいは、Cr、Mo、Ni、Mn、Si等の元
素を含む合金鋼等を挙げることができる。
【0011】自硬性を有する鉄または鉄合金の粉末の含
有量は、金属粉末中に0〜75重量%、好ましくは15
〜75重量%である。該含有量が15重量%未満の場
合、耐摩耗性は、含有量が0の場合と比べてほとんど変
わらず、添加の効果が小さい。一方、該含有量が大きく
なるほど、耐摩耗性が大きくなるが、該含有量が75重
量%を越えると、密着強さが小さくなり、また、熱負荷
による密着強さの低下が大きくなる。
【0012】粉末の製造工程において急冷されたことに
よってチル部を有する鉄または鉄合金の粉末の粒径は、
38〜120μmとするのが好ましい。この点について
説明すると、次の通りである。粉末の製造工程において
急冷されたことによってチル部を有する鉄または鉄合金
は、プラズマ溶射の際に比べてはるかに高速で冷却が行
われているため、溶射時の溶融、凝固工程を経ることで
逆に硬さが低下する場合がある。例えば、溶射前の粉末
の段階では十分な硬さ(Hmv600以上)を有していて
も、溶射の際に完全に溶融すると、硬さが著しく低下
し、Hmv450程度になることがある。そこで、粒径の
大きな粉末を用いると、混合粉末を未溶融または半溶融
の状態でマトリックス中に取り込ませることができる。
これによって、混合粉末は、皮膜中においても十分な硬
さを維持することができ、耐摩耗性が向上する。粉末の
粒径は、溶射の際に溶融しにくい程度に大きいことと、
通常の溶射粉末として使用することができる程度に小さ
いこととの二つの点を考慮して、38〜120μmが好
適である。急冷によるチル部を有する鉄または鉄合金の
含有量は、上記自硬性を有する鉄または鉄合金の粉末の
場合と同様に、金属粉末中に0〜75重量%、好ましく
は15〜75重量%である。
【0013】
【実施例】実施例1、比較例1、2 Ni−20Al(実施例1)、Ni−20Cr(比較例
1)、Ni−19Cr−5Al(比較例2)の各Ni系
材料からなる粉末を、表1に示す条件下で、試験片にプ
ラズマ溶射した。なお、「Ni−20Al」とは、20
重量%のAlと残部のNiからなる合金を意味する。溶
射後の試験片を、表2に示す条件下で大越式摩耗試験に
よって比較した。大越式摩耗試験の結果、及び各皮膜の
断面の硬さを、表3に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【表3】 表3から、NiAl複合粉末を溶射した実施例1の皮膜
は、他のNi系材料を溶射した比較例1または比較例2
の皮膜と比べて、耐摩耗性が優れており、皮膜の硬さも
大きいことがわかる。
【0017】実施例2 表4に、NiAl合金に対する自硬性を有する鉄合金粉
末の混合割合を変えた場合の、熱負荷の前後の密着強さ
の変化を示す。熱負荷は、220℃で30分保持した後
に、室温で30分保持する処理を5サイクル行なうこと
と、220℃で30分保持した後に、水冷する処理を3
サイクル行なうこととを併用した。
【0018】
【表4】
【0019】密着強さの測定方法を、図1を参照して説
明する。まず、試験片として、30×30mmの切断片
を切り出し、これを試料1とする。試験回数は、各試料
について、3回づつ行なう。図1に示すように、直径D
1 が40mmの上下一対の試験治具3、4を用いる。表
面に溶射皮膜2を形成した試料1の上下面を、接着剤5
によって試験治具3、4と接着する。試験治具3、4を
外向き(矢印方向)に引っ張り、溶射皮膜2を剥離させ
るのに要する剥離荷重を測定する。剥離荷重を剥離面積
で割った値を、密着強さとする。
【0020】ただし、密着性が良好な場合には、溶射皮
膜の剥離に要する荷重が非常に大きくなるので、図2に
示す測定装置を用いる。図2において、試料1、溶射皮
膜2、接着剤5については、図1と同様である。試験治
具6、7を用い、溶射皮膜2に接着する側の試験治具6
の先端部の直径dを12mmとして、接着面積を小さく
し、小さな荷重で溶射皮膜2の剥離が生じるようにす
る。密着強さを計算する際の剥離面積は、図1の方法で
は、試験治具3、4の面積と一致するのに対し、図2の
方法では、治具7の先端部の周りの皮膜が引っ張られて
剥離した面積も加えた値とする。
【0021】実施例3〜6、参考例1 自硬性を有するが、急冷によるチル部を有さない高炭素
鋼粉末(実施例3)、または、3重量%のモリブデン
(Mo)を含む高炭素鋼からなり、粒子の硬さがHmv
00以上であり、自硬性を有し、急冷されたことによる
チル部を有する鉄合金粉末(実施例4〜6)と、NiA
l複合粉末を混合してなる金属粉末を、表2に示す条件
下で試験片にプラズマ溶射した後に、表5に示す条件下
で大越式摩耗試験を行なった。ここで、該鉄合金粉末と
して、分級しないもの(実施例4)と、分級して38μ
m未満の粒子を除いたもの(実施例5、6)を用いた。
参考例1として、鉄粉末を含まない他は実施例3と同様
にして試験を行った。
【0022】
【表5】
【0023】
【表6】
【0024】表6から、NiAl複合粉末に鉄または鉄
合金の粉末を混合したものをプラズマ溶射すると、耐摩
耗性が向上することがわかる。また、鉄合金のように粒
子の段階で十分な硬さを有する粉末を用いる場合、マト
リックスとなるNiAl(10〜44μm)よりも大き
な粒径の粉末を溶射することによって、さらに耐摩耗性
が向上することが、実施例4と実施例5を比較すること
によってわかる。また、鉄または鉄合金粉末の混合割合
が高いほど、耐摩耗性が優れることが、実施例5と実施
例6を比較することによってわかる。
【0025】
【発明の効果】本発明の摺動部材は、耐摩耗性及び耐焼
付性に優れ、シリンダー内壁やピストン等に適用するこ
とができる。また、自硬性を有する鉄または鉄合金の粉
末、または急冷されたことによるチル部を有する特定範
囲の粒径の鉄または鉄合金粉末を更に添加した金属粉末
を、プラズマ溶射に用いると、耐摩耗性がより向上し、
高負荷のエンジン等への適用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶射皮膜の密着性試験方法を示す概念図であ
る。
【図2】溶射皮膜の密着性試験方法を示す概念図であ
る。
【符号の説明】
1 試料 2 溶射皮膜 3 試験治具 4 試験治具 5 接着剤 6 試験治具 7 試験治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−263852(JP,A) 特開 昭53−135838(JP,A) 特開 平9−78220(JP,A) 特開 平2−156060(JP,A) 特開 昭52−123340(JP,A) 特表 昭61−501713(JP,A) 長坂 秀雄,「溶射ハンドブック」, 初版,日本溶射協会,1994年10月,第 196頁,第217頁,第329頁〜第333頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 4/00 - 6/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4〜22重量%のAlと96〜78重量
    %のNiからなるNiAl複合粉末25〜85重量部
    と、 急冷されたことによるチル部を有する鉄または鉄合金粉
    末75〜15重量部と を混合した混合金属粉末をプラズ
    マ溶射し、該プラズマ溶射の際に該鉄または鉄合金粉末
    が未溶融または半溶融の状態で溶射されることにより、
    該鉄または鉄合金粉末の粒子を該NiAl合金のマトリ
    ックス中に取り込んだ皮膜を有することを特徴とする
    動部材。
  2. 【請求項2】 上記鉄または鉄合金粉末が、粒径38〜
    120μmであることを特徴とする請求項1に記載の摺
    動部材。
  3. 【請求項3】 4〜22重量%のAlと96〜78重量
    %のNiからなるNiAl複合粉末25〜85重量部
    と、 急冷されたことによるチル部を有する鉄または鉄合金粉
    末75〜15重量部とを混合した混合金属粉末をプラズ
    マ溶射し、該プラズマ溶射の際に該鉄または鉄合金粉末
    が未溶融または半溶融の状態で溶射されることにより、
    該鉄または鉄合金粉末の粒子を該NiAl合金のマトリ
    ックス中に取り込んで、摺動部材上に皮膜を形成させる
    ことを特徴とする皮膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記鉄または鉄合金粉末に、粒径38〜
    120μmの鉄または鉄合金粉末を使用することを特徴
    とする請求項3に記載の皮膜の製造方法。
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JP4692462B2 (ja) * 2006-10-12 2011-06-01 株式会社Ihi 摺動構造体及び皮膜形成方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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長坂 秀雄,「溶射ハンドブック」,初版,日本溶射協会,1994年10月,第196頁,第217頁,第329頁〜第333頁

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