JP3473738B2 - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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- JP3473738B2 JP3473738B2 JP18871398A JP18871398A JP3473738B2 JP 3473738 B2 JP3473738 B2 JP 3473738B2 JP 18871398 A JP18871398 A JP 18871398A JP 18871398 A JP18871398 A JP 18871398A JP 3473738 B2 JP3473738 B2 JP 3473738B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はピストンリング等の
摺動部材の母材摺動面にプラズマ溶射して形成した皮膜
層に関する。
摺動部材の母材摺動面にプラズマ溶射して形成した皮膜
層に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関は高出力化が進んでお
り、それに伴ってピストンリング等の摺動部材にはより
優れた耐摩耗性および耐スカッフ性が要求されてきてい
る。従来は、耐摩耗性を補う目的で硬質クロムメッキが
用いられ、耐スカッフ性を補う目的でモリブデンのプラ
ズマ溶射層が用いられてきた。
り、それに伴ってピストンリング等の摺動部材にはより
優れた耐摩耗性および耐スカッフ性が要求されてきてい
る。従来は、耐摩耗性を補う目的で硬質クロムメッキが
用いられ、耐スカッフ性を補う目的でモリブデンのプラ
ズマ溶射層が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬質ク
ロムメッキは、保油性に乏しいため耐スカッフ性が劣る
という欠点がある。また、モリブデン溶射層は硬度が硬
質クロムメッキに比べて低いため、耐摩耗性に劣り、そ
の上、高温で酸化されやすいという欠点を有している。
ロムメッキは、保油性に乏しいため耐スカッフ性が劣る
という欠点がある。また、モリブデン溶射層は硬度が硬
質クロムメッキに比べて低いため、耐摩耗性に劣り、そ
の上、高温で酸化されやすいという欠点を有している。
【０００４】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、耐摩耗性だけでなく、耐スカッフ性
にも優れた摺動部材を提供することを課題とする。
になされたもので、耐摩耗性だけでなく、耐スカッフ性
にも優れた摺動部材を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明が採用する手段は、摺動部材の母材摺動面
にプラズマ溶射により溶射皮膜層を形成したことにあ
る。この皮膜層は、モリブデンを３０〜８０重量％、ニ
ッケル−クロム合金を１０〜５０重量％、二酸化ケイ素
が１〜７重量％添加された酸化クロムを２〜３５重量％
をそれぞれ含むか、又は、これらに加えて、アルミニウ
ムを０．２〜５重量％含む。
めに、本発明が採用する手段は、摺動部材の母材摺動面
にプラズマ溶射により溶射皮膜層を形成したことにあ
る。この皮膜層は、モリブデンを３０〜８０重量％、ニ
ッケル−クロム合金を１０〜５０重量％、二酸化ケイ素
が１〜７重量％添加された酸化クロムを２〜３５重量％
をそれぞれ含むか、又は、これらに加えて、アルミニウ
ムを０．２〜５重量％含む。
【０００６】この成分の限定理由は次のとおりである。
すなわち、モリブデンが３０重量％未満になると、皮膜
層は耐スカッフ性に劣り、８０重量％を超えると十分な
硬度が得られないため、モリブデンの比率は３０〜８０
重量％とする。ニッケル−クロム合金が１０重量％未満
になると、皮膜層は十分な靱性が得られず、５０重量％
を超えると耐スカッフ性に劣るため、ニッケル−クロム
合金の比率は１０〜５０重量％とする。
すなわち、モリブデンが３０重量％未満になると、皮膜
層は耐スカッフ性に劣り、８０重量％を超えると十分な
硬度が得られないため、モリブデンの比率は３０〜８０
重量％とする。ニッケル−クロム合金が１０重量％未満
になると、皮膜層は十分な靱性が得られず、５０重量％
を超えると耐スカッフ性に劣るため、ニッケル−クロム
合金の比率は１０〜５０重量％とする。
【０００７】二酸化ケイ素を１〜７重量％添加された酸
化クロムが２重量％未満になると、皮膜層は十分な硬度
が得られず、３５重量％を超えると硬くなりすぎ相手材
を攻撃し、また脆くなるため、酸化クロムの比率は２〜
３５重量％とする。酸化クロムに添加された二酸化ケイ
素が、酸化クロムに対して１重量％未満であると、皮膜
層は摺動特性を損ない、７重量％を超えると靱性を低下
させるため、酸化クロムに添加された二酸化ケイ素の比
率は酸化クロムに対して１〜７重量％とする。
化クロムが２重量％未満になると、皮膜層は十分な硬度
が得られず、３５重量％を超えると硬くなりすぎ相手材
を攻撃し、また脆くなるため、酸化クロムの比率は２〜
３５重量％とする。酸化クロムに添加された二酸化ケイ
素が、酸化クロムに対して１重量％未満であると、皮膜
層は摺動特性を損ない、７重量％を超えると靱性を低下
させるため、酸化クロムに添加された二酸化ケイ素の比
率は酸化クロムに対して１〜７重量％とする。
【０００８】アルミニウムが０．２重量％未満の場合
は、皮膜層は十分な皮膜強度が得られず、５重量％を超
えても著しい効果を得られないため、アルミニウムの比
率は０．２〜５重量％とする。ニッケル−クロム合金と
アルミニウムは複合粉末として溶射材料に配合すること
が好ましい。ここで、プラズマ溶射は火炎温度が７００
０〜３００００℃と高いが、雰囲気ガスで覆われている
ため、モリブデンはほとんど酸化することはなく、金属
モリブデン本来の性能を発揮する。
は、皮膜層は十分な皮膜強度が得られず、５重量％を超
えても著しい効果を得られないため、アルミニウムの比
率は０．２〜５重量％とする。ニッケル−クロム合金と
アルミニウムは複合粉末として溶射材料に配合すること
が好ましい。ここで、プラズマ溶射は火炎温度が７００
０〜３００００℃と高いが、雰囲気ガスで覆われている
ため、モリブデンはほとんど酸化することはなく、金属
モリブデン本来の性能を発揮する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１に示
すピストンリングに設けた溶射皮膜層に基づいて説明す
る。図１に示すように、ピストンリング母材Ｍの外周摺
動面に、溶射皮膜層Ｃをプラズマ溶射により形成する。
この溶射皮膜層Ｃは、Ｍｏ３０〜８０重量％と、Ｎｉ−
Ｃｒ合金１０〜５０重量％と、ＳｉＯ2 １〜７重量％添
加されたＣｒ2 Ｏ3２〜３５重量％とからなるか、又
は、Ｍｏが３０〜８０重量％と、Ｎｉ−Ｃｒ合金１０〜
５０重量％と、Ａｌ０．２〜５重量％と、ＳｉＯ2 を１
〜７重量％添加されたＣｒ2 Ｏ3 ２〜３５重量％とから
なる。これにより、溶射皮膜層Ｃは優れた耐摩耗性と耐
スカッフ性を有する。
すピストンリングに設けた溶射皮膜層に基づいて説明す
る。図１に示すように、ピストンリング母材Ｍの外周摺
動面に、溶射皮膜層Ｃをプラズマ溶射により形成する。
この溶射皮膜層Ｃは、Ｍｏ３０〜８０重量％と、Ｎｉ−
Ｃｒ合金１０〜５０重量％と、ＳｉＯ2 １〜７重量％添
加されたＣｒ2 Ｏ3２〜３５重量％とからなるか、又
は、Ｍｏが３０〜８０重量％と、Ｎｉ−Ｃｒ合金１０〜
５０重量％と、Ａｌ０．２〜５重量％と、ＳｉＯ2 を１
〜７重量％添加されたＣｒ2 Ｏ3 ２〜３５重量％とから
なる。これにより、溶射皮膜層Ｃは優れた耐摩耗性と耐
スカッフ性を有する。
【００１０】プラズマ溶射皮膜は、図２に示されるガン
を使用して形成される。プラズマ溶射ガンはタングステ
ン電極２０と銅ノズル２３で構成されており、タングス
テン電極２０は直流電源の陰極に、銅ノズル２３は陽極
にそれぞれ接続されている。まず、作動ガス入口２５か
らプラズマガスを供給し、タングステン電極２０と銅ノ
ズル２３の間にプラズマアーク２２を発生させる。アー
ク２２が圧力によりプラズマジェット２１に粉末出口２
４より溶射粉末を供給して溶射を行う。
を使用して形成される。プラズマ溶射ガンはタングステ
ン電極２０と銅ノズル２３で構成されており、タングス
テン電極２０は直流電源の陰極に、銅ノズル２３は陽極
にそれぞれ接続されている。まず、作動ガス入口２５か
らプラズマガスを供給し、タングステン電極２０と銅ノ
ズル２３の間にプラズマアーク２２を発生させる。アー
ク２２が圧力によりプラズマジェット２１に粉末出口２
４より溶射粉末を供給して溶射を行う。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の耐摩耗性摺動部材を各種の試
験によって説明する。同一のピストンリング用鋳鉄材の
母材上に、次の種類の皮膜層を形成して、試験片とし
た。 試験片Ｎｏ．１（比較例）：クロムメッキ皮膜（３００μｍ） 試験片Ｎｏ．２（比較例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：１００％ 試験片Ｎｏ．３（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：７０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：２０％、Ｃｒ2 Ｏ3 ：１０％ 試験片Ｎｏ．４（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：３０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：４０％、Ｃｒ2 Ｏ3 ：３０％ 試験片Ｎｏ．５（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：７０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：１９％、Ａｌ：１％、 Ｃｒ2 Ｏ3 ：１０％ 試験片Ｎｏ．６（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：３０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：３８％、Ａｌ：２％、 Ｃｒ2 Ｏ3 ：３０％ 溶射皮膜はプラズマ溶射によるものである。その溶射条
件は次のとおりである。 使用ガン：スルザーメテコ社製７ＭＢプラズマ溶射ガン 電圧 ：６０〜７０Ｖ 電流 ：５００Ａ 使用ガス：アルゴン−水素混合ガス
験によって説明する。同一のピストンリング用鋳鉄材の
母材上に、次の種類の皮膜層を形成して、試験片とし
た。 試験片Ｎｏ．１（比較例）：クロムメッキ皮膜（３００μｍ） 試験片Ｎｏ．２（比較例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：１００％ 試験片Ｎｏ．３（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：７０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：２０％、Ｃｒ2 Ｏ3 ：１０％ 試験片Ｎｏ．４（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：３０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：４０％、Ｃｒ2 Ｏ3 ：３０％ 試験片Ｎｏ．５（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：７０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：１９％、Ａｌ：１％、 Ｃｒ2 Ｏ3 ：１０％ 試験片Ｎｏ．６（実施例）：溶射皮膜（３００μｍ） Ｍｏ：３０％、Ｎｉ−Ｃｒ合金：３８％、Ａｌ：２％、 Ｃｒ2 Ｏ3 ：３０％ 溶射皮膜はプラズマ溶射によるものである。その溶射条
件は次のとおりである。 使用ガン：スルザーメテコ社製７ＭＢプラズマ溶射ガン 電圧 ：６０〜７０Ｖ 電流 ：５００Ａ 使用ガス：アルゴン−水素混合ガス
【００１２】各試験片について、摩耗試験及びスカッフ
試験を実施した。 摩耗試験 すなわち、図５に示すアムスラー型摩耗試験機により、
各試験片の摩耗深さと相手材の摩耗深さを測定した。摩
耗試験機の容器１５には潤滑油１４が溜められており、
摩耗試験用の相手材１２が潤滑油１４に部分的に浸され
ている。相手材１２は円板状もしくはローラ状のもので
あり、一定の速度で回転している。この状態で試験片１
１を相手材１２の外周面に接触させ、回転軸に垂直に荷
重をかけて、摩耗の程度を測定したものである。測定条
件は以下のとおりである。 周速 ：１ｍ／ｓｅｃ 荷重 ：４５ｋｇｆ 潤滑油 ：軸受油（日本石油 スピノックスＳ−２） 油温 ：８５±１０℃ 試験時間：１００時間 相手材 ：ターカロイ（日本ピストンリング（株）の商
品名として知られているボロン鋳鉄）
試験を実施した。 摩耗試験 すなわち、図５に示すアムスラー型摩耗試験機により、
各試験片の摩耗深さと相手材の摩耗深さを測定した。摩
耗試験機の容器１５には潤滑油１４が溜められており、
摩耗試験用の相手材１２が潤滑油１４に部分的に浸され
ている。相手材１２は円板状もしくはローラ状のもので
あり、一定の速度で回転している。この状態で試験片１
１を相手材１２の外周面に接触させ、回転軸に垂直に荷
重をかけて、摩耗の程度を測定したものである。測定条
件は以下のとおりである。 周速 ：１ｍ／ｓｅｃ 荷重 ：４５ｋｇｆ 潤滑油 ：軸受油（日本石油 スピノックスＳ−２） 油温 ：８５±１０℃ 試験時間：１００時間 相手材 ：ターカロイ（日本ピストンリング（株）の商
品名として知られているボロン鋳鉄）
【００１３】測定結果は図３に示すとおりである。図３
から、摩耗試験において、実施例試験片Ｎｏ．３、Ｎ
ｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の試験片の摩耗深さはいず
れも比較例試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２の試験片の摩耗
深さを大幅に下回るものである。実施例試験片Ｎｏ．
３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の相手材の摩耗深さ
は、いずれも比較例試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２の摩耗
深さを下回るかもしくは同等である。
から、摩耗試験において、実施例試験片Ｎｏ．３、Ｎ
ｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の試験片の摩耗深さはいず
れも比較例試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２の試験片の摩耗
深さを大幅に下回るものである。実施例試験片Ｎｏ．
３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６の相手材の摩耗深さ
は、いずれも比較例試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２の摩耗
深さを下回るかもしくは同等である。
【００１４】スカッフ試験
図６に示す回転式平面滑り摩擦試験機により、各試験片
のスカッフ限界面圧を測定した。摩擦試験機は、一定速
度で回転する相手材１２の回転面に試験片１１を一定時
間所定の面圧（Ｐ）で圧接し、スカッフの発生した時の
面圧を限界面圧として測定したものである。圧接操作
は、初期面圧を２５ｋｇｆ／ｃｍ2 として、３０分後に
面圧を５０ｋｇｆ／ｃｍ2 、それから５分毎に１０ｋｇ
ｆ／ｃｍ2ずつ漸次増加させていく方法で行われた。測
定条件は以下のとおりである。 滑り速度：５ｍ／ｓｅｃ 潤滑油 ：ＳＡＥ３０＋白灯油（１：１） 油量 ：無給油、初期塗布のみ 相手材 ：ターカロイ 測定結果は図４に示すとおりである。 図４から、実施
例試験片Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６のス
カッフ限界面圧は、比較例試験片Ｎｏ．１を上回り、比
較例試験片Ｎｏ．２と同等であった。
のスカッフ限界面圧を測定した。摩擦試験機は、一定速
度で回転する相手材１２の回転面に試験片１１を一定時
間所定の面圧（Ｐ）で圧接し、スカッフの発生した時の
面圧を限界面圧として測定したものである。圧接操作
は、初期面圧を２５ｋｇｆ／ｃｍ2 として、３０分後に
面圧を５０ｋｇｆ／ｃｍ2 、それから５分毎に１０ｋｇ
ｆ／ｃｍ2ずつ漸次増加させていく方法で行われた。測
定条件は以下のとおりである。 滑り速度：５ｍ／ｓｅｃ 潤滑油 ：ＳＡＥ３０＋白灯油（１：１） 油量 ：無給油、初期塗布のみ 相手材 ：ターカロイ 測定結果は図４に示すとおりである。 図４から、実施
例試験片Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６のス
カッフ限界面圧は、比較例試験片Ｎｏ．１を上回り、比
較例試験片Ｎｏ．２と同等であった。
【００１５】以上のように、本実施例の試験片Ｎｏ．
３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６は、耐摩耗性、相手
攻撃性ともに比較例試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２より良
好であり、また、耐スカッフ性も同等以上であった。
３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６は、耐摩耗性、相手
攻撃性ともに比較例試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２より良
好であり、また、耐スカッフ性も同等以上であった。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の耐摩耗性
摺動部材は、耐摩耗性、相手攻撃性および耐スカッフ性
のいずれも従来のものより優れているから、より厳しい
条件下で使用される摺動部材、例えば、高性能舶用ディ
ーゼルエンジンのピストンリング等にも使用できるとい
う格別の効果を奏する。
摺動部材は、耐摩耗性、相手攻撃性および耐スカッフ性
のいずれも従来のものより優れているから、より厳しい
条件下で使用される摺動部材、例えば、高性能舶用ディ
ーゼルエンジンのピストンリング等にも使用できるとい
う格別の効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例のプラズマ溶射皮膜層を設け
たピストンリングの断面図、
たピストンリングの断面図、
【図２】図１のプラズマ皮膜層を形成するために用いる
ガンの略図、
ガンの略図、
【図３】本発明の実施例及び比較例の摩耗試験の結果を
示すグラフ、
示すグラフ、
【図４】本発明の実施例及び比較例のスカッフ試験の結
果を示すグラフ、
果を示すグラフ、
【図５】試験機の略図、
【図６】スカッフ試験機の略図、
１０：ピストンリング
Ｃ：溶射皮膜層
Ｍ：母材
１１：試験片
１２：相手材
１４：潤滑油
１５：容器
２０：タングステン電極（陰極）
２１：プラズマジェット
２２：プラズマアーク
２３：銅ノズル（陽極）
２４：粉末入口
２５：作動ガス入口
２６：直流電源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−1722（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−61050（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−14851（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−231154（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−216051（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 4/00 - 4/18
F02F 5/00
F16J 9/26
Claims (2)
- 【請求項１】 ピストンリング母材の外周摺動面にプラ
ズマ溶射により形成された溶射皮膜層を有するピストン
リングに於いて、前記溶射皮膜層は、モリブデン３０〜
８０重量％と、ニッケル−クロム合金１０〜５０重量％
と、二酸化ケイ素が１〜７重量％添加された酸化クロム
２〜３５重量％とからなることを特徴としてなるピスト
ンリング。 - 【請求項２】 ピストンリング母材の外周摺動面にプラ
ズマ溶射により形成された溶射皮膜層を有するピストン
リングに於いて、前記溶射皮膜層は、モリブデン３０〜
８０重量％と、ニッケル−クロム合金１０〜５０重量％
と、アルミニウム０．２〜５重量％と、二酸化ケイ素が
１〜７重量％添加された酸化クロム２〜３５重量％とか
らなることを特徴としてなるピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18871398A JP3473738B2 (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18871398A JP3473738B2 (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000017419A JP2000017419A (ja) | 2000-01-18 |
| JP3473738B2 true JP3473738B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=16228497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18871398A Expired - Fee Related JP3473738B2 (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473738B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE519494C2 (sv) * | 2000-07-14 | 2003-03-04 | Koncentra Verkst S Ab | Komposit för beläggning av kolvringar, kolvring och sätt att framställa kompositen |
| JP4790135B2 (ja) * | 2001-02-28 | 2011-10-12 | 日本ピストンリング株式会社 | 耐摩耗性摺動部材 |
-
1998
- 1998-07-03 JP JP18871398A patent/JP3473738B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000017419A (ja) | 2000-01-18 |
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