JP4790135B2 - 耐摩耗性摺動部材 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に用いられるピストンリング、シリンダライナ等の摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関は一層の高出力化、高性能化が要望され、それに伴いピストンリング、シリンダライナ等の摺動部材はより高温にさらされ、より厳しい環境下で使用されるようになった。このため、摺動部材にはより優れた耐摩耗性及び耐スカッフ性が要求される。従来は、摺動部材の耐摩耗性を向上するために、硬質クロムメッキが用いられていたが、硬質クロムメッキは耐スカッフ性に劣るため、溶射による表面処理に移行しつつある。例えば、特開平６−２２１４３８は、耐摩耗性、耐スカッフ性に優れたピストンリングとして、モリブデン、ニッケル−クロム合金、及び微細炭化クロムからなるプラズマ溶射皮膜を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微細なセラミックス粉末の炭化クロムを含む溶射皮膜は、摺動抵抗が大きく、シリンダライナ等の相手材を攻撃して摩耗させるという問題があった。
【０００４】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、その課題は耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れた摺動部材の溶射皮膜であって、摺動抵抗が比較的小さく、相手材に対する攻撃性の低いものを提供することにある。
【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、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クロム合金粉末１０〜４０質量％、酸化クロム又は炭化クロムであるセラミックス粉末３〜４０質量％、硫化マンガンである固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して溶射皮膜（Ｃ）を形成したことにある。
【０００６】
この成分の限定理由は次のとおりである。
【０００７】
モリブデン粉末は、比率が３０質量％未満になると皮膜層は耐スカッフ性に劣り、７０質量％を越えると十分な硬度が得られないため、モリブデン粉末の比率は３０〜７０質量％とする。
【０００８】
ニッケル−クロム合金粉末は、比率が１０質量％未満になると皮膜層は十分な靭性が得られず、４０質量％を越えると耐スカッフ性に劣るため、ニッケル−クロム合金粉末の比率は１０〜４０質量％とする。
【０００９】
セラミックス粉末は、酸化クロム又は炭化クロムであり、比率が３質量％未満の場合、皮膜層は十分な硬度が得られず、４０質量％を越えると硬くなりすぎ相手材を攻撃してしまうため、セラミックス粉末の比率は３〜４０質量％とする。
【００１０】
固体潤滑剤粉末は、硫化マンガンであり、比率が２質量％未満の場合、その潤滑効果を十分に得られず、１５質量％を越えると皮膜層は脆くなってしまうため、固体潤滑剤粉末の比率は２〜１５質量％とする。
【００１１】
【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基づいて説明する。
【００１２】
図１のピストンリング１０は母材Ｍの外周摺動面に、溶射皮膜Ｃを有する。この溶射皮膜Ｃは、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クロム合金粉末１０〜４０質量％、酸化クロム又は炭化クロムのセラミックス粉末３〜４０質量％、硫化マンガンの固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して形成したものである。
【００１３】
この溶射皮膜Ｃは、優れた耐スカッフ性と耐摩耗性を有し、固体潤滑剤粉末を含むため、摺動抵抗が比較的小さく、相手攻撃性は低い。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の耐摩耗性摺動部材を、実施例と公知比較例について実施した各種の試験によって説明する。
【００１５】
同一ピストンリング用鋳鉄材の母材上に、表１に示す成分の混合粉末をプラズマ溶射して６種類の厚さ３００μｍの溶射皮膜を形成し、６種類の実施例及び比較例試験片とした。２個の試験片Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は前記公報に提案された公知比較例であり、４個の試験片Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６は本発明の実施例である。
【００１６】
【表１】
Figure 0004790135
【００１７】
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９ＭＢプラズマ溶射ガン
電圧：６０〜７０Ｖ
電流：５００Ａ
【００１８】
各試験片について、スカッフ試験及び摩耗試験を実施した。
【００１９】
スカッフ試験
図２に示す回転式平面滑り摩擦摩耗試験により、各試験片のスカッフ限界面圧を測定した。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、スカッフが発生した時の面圧を限界面圧とした。面圧操作は、初期面圧を２．４５ＭＰａとして、３０分後に面圧を４．９ＭＰａ、それから５分毎に０．９８ＭＰａずつ漸次増加させていく方法で行われた。
【００２０】
試験条件は、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（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）
【００２１】
測定結果は図３に示すとおりである。実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６のスカッフ限界面圧は全て７．８ＭＰａであり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２のスカッフ限界面圧は６．９〜７．８ＭＰａの範囲であるから、実施例の耐スカッフ性は比較例と同等もしくはそれを上回る。
【００２２】
耐摩耗試験及び耐相手材攻撃性試験
図２に示す回転式平面滑り摩擦摩耗試験により、各試験片の摩耗深さと相手材の摩耗深さを測定した。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）をかけて、試験をした。潤滑油は回転する相手材１２に滴下した。
【００２３】
試験条件は、以下のとおりである。
滑り速度：６ｍ／ｓｅｃ
面圧：６ＭＰａ
潤滑油：スピノックスＳ−２軸受油（日本石油株式会社の商品名として知られている軸受油）
油温：６０±１０℃
油量：１０−４ｍ３／ｍｉｎ
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式会社の商品名として知られているボロン鋳鉄）
【００２４】
測定結果は図４に示すとおりである。実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６の摩耗深さ（リング材摩耗量）は１２．６〜１６．３μｍの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２の摩耗深さは１７．５〜２２．３μｍの範囲であるから、実施例の耐摩耗性は比較例よりも良好である。また、実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６の相手材摩耗深さ（ライナ材摩耗量）は１．１〜１．８μｍの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２の相手材摩耗深さは２．８〜４．３μｍの範囲であるから、実施例の耐摩耗性及び相手材攻撃性は比較例よりも著しく良好である。
【００２５】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明の耐摩耗性摺動部材は、摺動面に形成した溶射皮膜が、モリブデン、ニッケル−クロム合金、酸化クロム又は炭化クロムであるセラミックス、硫化マンガンである固体潤滑剤の各粉末からなる混合粉末を溶射してなり、従来のものに比べると、耐摩耗及び耐スカッフ性に優れるが、相手攻撃性は低いので、より厳しい条件下で使用される摺動部材、例えば、高性能大型舶用ディーゼルエンジンのピストンリング等に使用することができるだけでなく、エンジン全体の寿命を延ばすことができるという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るピストンリングの要部断面図である。
【図２】摩擦試験に用いた回転式平面滑り摩擦摩耗試験機の略図である。
【図３】スカッフ試験の結果を示す図である。
【図４】摩耗試験の摩耗量測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：ピストンリング
１１：固定片
１２：回転片
Ｃ：溶射皮膜
Ｍ：母材
Ｐ：面圧

Claims (1)

  1. 摺動部材（１０）の母材（Ｍ）の摺動面に、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クロム合金粉末１０〜４０質量％、酸化クロム又は炭化クロムであるセラミックス粉末３〜４０質量％、硫化マンガンである固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して溶射皮膜（Ｃ）を形成したことを特徴としてなる耐摩耗性摺動部材。
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