JPH02134468A - Piston ring - Google Patents

Piston ring

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JPH02134468A
JPH02134468A JP28495588A JP28495588A JPH02134468A JP H02134468 A JPH02134468 A JP H02134468A JP 28495588 A JP28495588 A JP 28495588A JP 28495588 A JP28495588 A JP 28495588A JP H02134468 A JPH02134468 A JP H02134468A
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JP
Japan
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layer
piston ring
molybdenum nitride
film
hardness
Prior art date
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Pending
Application number
JP28495588A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Naruse
成瀬 芳夫
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TPR Co Ltd
Original Assignee
Teikoku Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enhance anti-wear property and seizure resistance and reduce the attacking property for a mating material by forming a molybdenum nitride film at least on the sliding peripheral surfaces of a piston ring. CONSTITUTION:A nitride layer is formed at least on the sliding peripheral surface of a piston ring, and a molybdenum nitride (MoXNY) layer is formed by ion plating process over the layer which has gotten rid of the facial oxide layer and a white layer, or the surface after having undergone chromium plating. This molybdenum nitride film has an anti-wear property equal to a TiC film and TiN film, while its seizure resistance is more excellent than them, and its attacking property for the mating material is low even though its own surface roughness remains large. This should prolong the life of the piston ring.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐摩耗性、耐焼付性に優れ、且つ相手tオ攻撃
性の低い皮膜を形成した内燃機関用ピストンリングに関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piston ring for an internal combustion engine, which has a coating formed thereon that has excellent wear resistance and seizure resistance, and is less likely to attack opponents.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ピストンリングの摺動外周面の表面処理としては
、硬質クロムめっきが主に使用されている。硬質クロム
めっきを被覆したピストンリングは、自身の耐摩耗性に
優れ、相手シリンダの摩耗も少ないことから、長い間ピ
ストンリングの表面処理の主流をなしてきた。
Conventionally, hard chrome plating has been mainly used as a surface treatment for the sliding outer peripheral surface of piston rings. Piston rings coated with hard chrome plating have long been the mainstream surface treatment for piston rings because they have excellent wear resistance and cause less wear on the mating cylinder.

しかしながら、近年エンジンの高出力化、高回転化に伴
い、ピストンリングが晒される環境は益々苛酷になって
おり、このような環境下では従来の硬質クロムめっきで
は対処できなくなりつつあり、−層強力な耐摩耗性能及
び耐焼付性能を持つピストンリングが要求されるように
なってきた。
However, as engines have become more powerful and rotated in recent years, the environment to which piston rings are exposed has become increasingly harsh, and conventional hard chrome plating is no longer able to cope with this environment. There is a growing demand for piston rings with excellent wear resistance and seizure resistance.

かかる状況に対処するため、Fe−Cr系プラズマ溶射
ピストンリング、ステンレス製窒化処理ピストンリング
、セラミック系粉末複合めっきピストンリング等が開発
され、一部のエンジンで採用されている。
In order to cope with this situation, Fe-Cr based plasma sprayed piston rings, stainless steel nitrided piston rings, ceramic powder composite plated piston rings, etc. have been developed and are used in some engines.

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

これらの技術によれば、耐摩耗性及び耐焼付性の点で、
従来技術による硬質クロムめっきに比し、はるかに改善
されたが、次のような不具合が見出されている。
According to these technologies, in terms of wear resistance and seizure resistance,
Although it is much improved compared to hard chrome plating using conventional technology, the following problems have been discovered.

Fe−Cr系プラズマ溶射ピストンリングは、優れた耐
摩耗性及び耐焼付性を持つが、反面相手シリンダ材の摩
耗が多いという欠点があり、また腐食雰囲気下に晒され
ると、溶射層が母材より刊諦しやすいという弱点をもつ
Fe-Cr based plasma sprayed piston rings have excellent wear resistance and seizure resistance, but on the other hand, they have the disadvantage of causing a lot of wear on the mating cylinder material, and when exposed to a corrosive atmosphere, the sprayed layer deteriorates to the base material. The weak point is that it is easier to give up on publication.

セラミック系粉末複合めっきピストンリングは、優れた
耐焼付性を持つものの、マトリックスの強度に問題があ
り、エンジン運転中においてめっきの割れ、剥離が発生
しやすいという欠点をもつ。
Although ceramic powder composite plating piston rings have excellent seizure resistance, they have problems with the strength of the matrix, and the plating tends to crack and peel during engine operation.

ステンレス製窒化処理ピストンリングは、優れた耐摩耗
性能を持ち、且つ相手材の摩耗も少ないという優れた摩
耗特性を持つものの、耐焼付性がi<、=負荷の高いエ
ンジンでは使用できないという欠点をもつ、ステンレス
製窒化処理ピストンリングでは、かかる状況に対処する
ため、外周摺動面に更にイオンプレーティングにより所
定厚さを有するT i N皮膜を被覆する技術が開示さ
れている。しかし、TiN皮膜は相手材へのなじみ性が
悪く、且つ表面粗さが0.6μmより大きくなると、相
手材攻撃性が急激に高くなることが判明している。
Stainless steel nitrided piston rings have excellent wear resistance and less wear on the mating material, but they have the disadvantage that they cannot be used in engines with high seizure resistance. In order to deal with this situation, a technology has been disclosed for a stainless steel nitrided piston ring in which the outer peripheral sliding surface is further coated with a TiN film having a predetermined thickness by ion plating. However, it has been found that the TiN film has poor compatibility with the mating material, and when the surface roughness is greater than 0.6 μm, the aggressiveness of the TiN film to the mating material increases rapidly.

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、充分な
耐摩耗性、耐焼付性を有し、相手材攻撃性の低いピスト
ンリングを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a piston ring that has sufficient wear resistance and seizure resistance, and is less likely to attack mating materials.

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

本発明のピストンリングは、少なくとも摺動外周面に窒
化モリブデン(MoxNv)皮膜を形成したことを特徴
とする。そして、少なくとも摺動外周面に窒化層を形成
し、且つこの窒化層の表面酸化層及び白層を除去した層
上に窒化モリブデン皮膜を形成するのが好ましい。また
、少なくとも摺動外周面にクロムめっきを施し、このク
ロムめっき上に窒化モリブデン皮膜を形成するのも好ま
しい。
The piston ring of the present invention is characterized in that a molybdenum nitride (MoxNv) film is formed on at least the sliding outer peripheral surface. It is preferable to form a nitrided layer on at least the outer circumferential surface of the sliding surface, and to form a molybdenum nitride film on the nitrided layer from which the surface oxidized layer and white layer have been removed. It is also preferable that at least the sliding outer circumferential surface is plated with chromium, and a molybdenum nitride film is formed on the chromium plating.

そして、窒化モリブデン皮膜の被覆はイオンプレーティ
ング法によるのが好ましい。
The molybdenum nitride film is preferably coated by ion plating.

そしてピストンリング表面に、本発明の皮膜を被覆する
場合は600℃以下、好ましくは350℃以下で処理す
るのが好ましい、第1図に、窒化処理層及びクロムめっ
き層の加熱(各温度に1時間保持)による硬さの変化を
示す特性曲線図を示す1図中、窒化処理層はマルテンサ
イト系17c「ステンレス製ピストンリング母材に窒化
処理を施し、表面の酸化層及び白層を除去したものであ
り、クロムめっき層は5WO3C−Vのピストンリング
母材の外周にクロムめっきを施したものである。
When coating the piston ring surface with the coating of the present invention, the treatment is preferably carried out at a temperature below 600°C, preferably below 350°C. In Figure 1, which shows a characteristic curve diagram showing the change in hardness due to time retention, the nitrided layer is martensitic 17c. The chromium plating layer is chromium plating applied to the outer periphery of the 5WO3C-V piston ring base material.

第1図より、窒化処理層は、500℃以下の加熱では硬
さの低下はほとんどみられない、また、クロムめっき層
は350℃以下の加熱では硬さの低下はほとんどみられ
ない。
From FIG. 1, the nitrided layer shows almost no decrease in hardness when heated to 500°C or lower, and the chromium plating layer shows almost no decrease in hardness when heated to 350°C or lower.

〔作用〕[Effect]

窒化モリブデン皮膜は、TiC皮膜及びTiN皮膜と同
等の耐摩耗性を存し、且つTiC皮膜及びTiN皮膜よ
りも優れた耐焼付性を持つ。また、自身の表面粗さが大
きくても、相手材攻撃性が低いという特徴がある。
A molybdenum nitride film has wear resistance equivalent to that of a TiC film and a TiN film, and has better seizure resistance than a TiC film and a TiN film. Furthermore, even if its own surface roughness is large, it has a characteristic of being low in its ability to attack other materials.

窒化モリブデンの被覆をイオンプレーティングで行うの
は、ピストンリング母材の軟化を防ぎ、母材の耐摩耗性
能を損なうことがないような温度で処理する必要がある
こと、また変形を防止する上からも処理温度は低い方が
望ましいためである。
The reason why molybdenum nitride is coated by ion plating is that it must be treated at a temperature that prevents the piston ring base material from softening and does not impair the wear resistance of the base material, and also to prevent deformation. This is because it is desirable that the processing temperature be lower.

〔実施例−1〕 第2図は、試験に使用した往復動摩擦試験機の概要を示
す。
[Example-1] Figure 2 shows an outline of the reciprocating friction testing machine used in the test.

第2図において、ピストンリングに相当する上試験片l
は、上試験片固定ブロック2により保持され、上方から
油圧シリンダ3により下向きの荷重が加えられる。一方
、シリンダに相当する相手部材たる下試験片4は可動ブ
ロック5により保持され、図示の如きクランク機構6に
より矢印方向に往復動せしめられる。また、7はロード
セルである。第2図に示す摩擦試験機は公知であり、ま
たその構成自体は本発明とは直接関係ないので、詳しい
説明は省略する。
In Figure 2, the upper test piece l corresponding to the piston ring
is held by the upper test piece fixing block 2, and a downward load is applied from above by a hydraulic cylinder 3. On the other hand, a lower test piece 4, which is a mating member corresponding to a cylinder, is held by a movable block 5 and is reciprocated in the direction of the arrow by a crank mechanism 6 as shown. Further, 7 is a load cell. The friction tester shown in FIG. 2 is well known, and its configuration itself is not directly related to the present invention, so a detailed explanation will be omitted.

上試験片1の摩耗盪は第3図(A)に示す如く、上試験
片1の試験前形状8と試験後形状9を測定し、その差を
測定することにより算出する。下試験片4の摩耗量は第
3図(B)に示す如<、離間する3ケ所a、b、cの凹
み量を測定し、その平均値で示す。
The wear of the upper test piece 1 is calculated by measuring the shape 8 before the test and the shape 9 after the test of the upper test piece 1 and measuring the difference, as shown in FIG. 3(A). The amount of wear of the lower test piece 4 was determined by measuring the amounts of dents at three separate locations a, b, and c, as shown in FIG. 3(B), and is expressed as the average value.

試験条件は以下の通りである。The test conditions are as follows.

1、供試試料 A、下試験片4ニジリンダブロック用鋳鉄製(FC25
相当材)平板(寸法:長さ70mm、幅17mm、rg
−さ14mm)の試験面をパフ研磨し、面粗さを0.1
μm以下にしたもの。なお、硬さはHIB90である。
1. Test sample A, lower test piece 4 Cast iron for cylinder block (FC25
Equivalent material) flat plate (dimensions: length 70mm, width 17mm, rg
- Puff polish the test surface of 14mm) and reduce the surface roughness to 0.1
Less than μm. Note that the hardness is HIB90.

B、上試験片l:ピストンリング用棒(寸法:直径8m
m、長さ23mm)の端面を18mmRの球面仕上げし
たもの、た・だし、この鋼棒はマルテンサイト系17C
rステンレス材であり、この鋼棒を母材として以下の表
面処理を施した試料を調整した。
B, upper test piece l: piston ring rod (dimensions: diameter 8 m
m, length 23mm) with a spherical finish of 18mmR, however, this steel bar is martensitic 17C.
A sample was prepared using this steel rod as a base material and subjected to the following surface treatment.

試料1. (従来技術)−硬質クロムめっきを上試験片
1端面に厚さ80μm付けたも の。なお、めっき硬さはHv900で 、18mmRの球面加工後パフ研磨仕 上げしたものである。
Sample 1. (Prior art) - Hard chromium plating is applied to the end face of one of the upper test pieces to a thickness of 80 μm. The plating hardness is Hv900, and the plate is finished by puff polishing after being processed into a spherical surface of 18 mm radius.

試02.  (従来技術)−上試験片1端面を18mm
Rの球面加工後ガス窒化処理し、 再度13mmHの球面加工により表面 の酸化層及び白層を取り除き、パフ研 磨仕上げしたものである。なお、窒化 層の厚さは90μmで、硬さはHVI 200である。
Trial 02. (Prior art) - Upper test piece 1 end face 18mm
After R spherical machining, gas nitriding treatment was performed, and the oxide layer and white layer on the surface were removed by spherical machining of 13 mmH, followed by puff polishing. Note that the thickness of the nitrided layer is 90 μm, and the hardness is HVI 200.

試料3.(従来技術)−上試験片l端面に高クロム高炭
素鉄系粉末をプラズマ溶射し 、18mmRの球面加工後パフ研磨仕 上げしたものである。なお溶射層の厚 さは約70μmで、硬さはHv++ts+600である
Sample 3. (Prior art) - A high-chromium, high-carbon iron-based powder was plasma sprayed on the end face of the upper test piece, and the end face was processed into a spherical surface of 18 mm radius and then finished with puff polishing. The thickness of the sprayed layer is about 70 μm, and the hardness is Hv++ts+600.

試料4.(従来技術)−上試験片1端面を18mmRの
球面加工後ガス窒化処理し、 再度18rnmRの球面加工により表面の酸化層及び白
層を取り除き、パフ研 磨後イオンプレーティングにより、T iNを被覆したもの、なお、窒化層の 厚さは90μm1硬さはHv1200 で、TiN皮膜の硬さはHv2200 ・厚さは2μmである。
Sample 4. (Prior art) - The end face of the upper test piece was processed into a spherical surface of 18 mmR, then subjected to gas nitriding treatment, the oxide layer and white layer on the surface were removed by spherical processing of 18 mmR, and TiN was coated by ion plating after puff polishing. The thickness of the nitrided layer is 90 μm and the hardness is Hv1200, and the hardness of the TiN film is Hv2200 and the thickness is 2 μm.

試料5. (従来技術)−上試験片l端面を18m m
 Hの球面加工後ガス窒化処理し、再度13mmHの球
面加工により表面 の酸化層及び白層を取り除き、パフ研 磨後イオンプレーティングにより、T iCを被覆したもの、なお、窒化層の 厚さは90um、硬さはHv1200 で、Tic皮膜の硬さはHv2800 、厚さは2μmである。
Sample 5. (Prior art) - Upper test piece L end face 18mm
After H spherical processing, gas nitriding treatment was performed, the oxide layer and white layer on the surface were removed by spherical processing of 13 mmH, and TiC was coated by ion plating after puff polishing.The thickness of the nitrided layer was 90 um. , the hardness is Hv1200, and the hardness of the Tic film is Hv2800, and the thickness is 2 μm.

試料6. (本発明)−上試験片1端面を18mmRの
球面加工後ガス窒化処理し、再 度18mmHの球面加工により表面の 酸化層及び白層を取り除き、パフ研■ 後イオンプレーティングにより、窒化 モリブデン(Mo、N、)皮膜を被覆 したもの、なお、窒化層の厚さは90 μm1硬さはHvl 200で、窒化モリブデン皮膜の
硬さはHVI 750で、厚さは3μmである。
Sample 6. (Present invention) - The end face of the upper test piece was processed into a spherical surface with a radius of 18 mm, gas nitriding was performed, the oxide layer and white layer on the surface were removed by spherical processing with a radius of 18 mm, and molybdenum nitride (Mo , N,) coating, the nitride layer has a thickness of 90 μm and a hardness of Hvl 200, and the molybdenum nitride film has a hardness of HVI 750 and a thickness of 3 μm.

2、窒化モリブデン−イオンプレーティング皮膜の1!
!遣方法。
2. Molybdenum nitride - ion plating film 1!
! How to send.

使用装置;イオンプレーティングv装置処理条件:■真
空力き−−I X 10−’Torr■ヒータ加熱 ■イオンボンバービー−Arガス 中で15分 ■真空力き−I X 10−”Torr■MO溶解 ■N、ガス導入−−蒸着一一炉内 圧3〜5 x 10−’Torr ■冷却 ■真空槽を大気状態にする。
Equipment used: Ion plating v equipment Processing conditions: ■Vacuum power - I X 10-'Torr ■Heater heating ■Ion bomber - 15 minutes in Ar gas ■Vacuum power - I X 10-'Torr ■MO Melting (1) Introducing N and gas -- Evaporation 11 Furnace pressure 3 to 5 x 10-' Torr (2) Cooling (4) Bringing the vacuum chamber to atmospheric condition.

ワーク取り出し。Take out the work.

3、摩耗試験条件 試験2置:往復動摩擦試験機(第2図参照)試験条件:
ならし2にgf X 100cpm x 5m1n 本試験10Xgf X600cpm x5r (いずれもストロークは50mm) 潤滑油JIS2号軽油(ミスト状 吹き付け3cc/m1n) 試験結果:第4図に示すように、本発明皮膜はTiN、
TiC皮膜と同等の耐 摩耗性を示し、相手材の摩耗は従 来技術の表面処理皮膜に比べて最 も少ない結果を示した。
3. Wear test conditions Test 2nd position: Reciprocating friction tester (see Figure 2) Test conditions:
Break-in 2 gf X 100cpm x 5m1n Main test 10Xgf ,
It exhibited wear resistance equivalent to that of the TiC film, and showed the least amount of wear on the mating material compared to conventional surface-treated films.

〔実施例−2〕 1、供試試料 A、下試験片4:ピストンリング用母材であるマルテン
サイト系17Crステンレス製平板で、寸法は実施例−
1のものと同じである。
[Example-2] 1. Test sample A, lower test piece 4: A flat plate made of martensitic 17Cr stainless steel, which is the base material for piston rings, and the dimensions are as in Example-
It is the same as 1.

この平板を母材として以下の表面処理を施した試料を調
整した。なお、PVD処理試料の母材については処理前
に所定の表面粗さに調整し、処理した。他のものについ
ては、表面処理を施したのち所定の表面粗さに調整した
A sample was prepared using this flat plate as a base material and subjected to the following surface treatment. Note that the base material of the PVD-treated sample was adjusted to a predetermined surface roughness before treatment. For the others, the surface was treated and then adjusted to a predetermined surface roughness.

試料1. (従来技術)−硬質クロムめっきを下試験片
4表面に50μm付けたもの。
Sample 1. (Prior art) - 50 μm of hard chromium plating is applied to the surface of the lower test piece 4.

めっき硬さはHV900である。The plating hardness is HV900.

試料2. (従来技術)−下試験片4をガス窒化処理し
たのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整したもの。窒化層の 厚さは7(Jum、硬さはHvl 220である。
Sample 2. (Prior art) - After gas nitriding the lower test piece 4, the oxide layer and white layer on the surface were removed, and the surface roughness was adjusted to a predetermined level using emery paper. The thickness of the nitride layer is 7 (Jum) and the hardness is Hvl 220.

試料3.(従来技術)−下試験片4をガス窒化処理した
のち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整し、イオンブレーテ ィングによりTiNを被覆したもの。
Sample 3. (Prior art) - After gas nitriding the lower test piece 4, the oxide layer and white layer on the surface were removed, the surface roughness was adjusted to a predetermined level with emery paper, and TiN was coated by ion blasting.

TiN皮膜の厚さは3μmで、硬さは Hv2480である。The thickness of the TiN film is 3 μm, and the hardness is It is Hv2480.

試料4. (従来技術)−下試験片4をガス窒化処理し
たのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整し、イオンブレーテ ィングによりTiCを被覆したもの。
Sample 4. (Prior art) - After gas nitriding the lower test piece 4, the oxide layer and white layer on the surface were removed, the surface roughness was adjusted to a predetermined level with emery paper, and TiC was coated by ion blating.

TiC皮膜の厚さは3μmで、硬さは H,2950である。The thickness of the TiC film is 3 μm, and the hardness is H, 2950.

試料5. (本発明)−下試験片4をガス窒化処理した
のち、表面の酸化層及び白層を 取り除き、エメリーペーパーで所定の 表面粗さに調整し、イオンブレーティ ングにより窒化モリブデン皮膜を被覆 したもの、窒化モリブデン皮膜の厚さ は3μmで、硬さはHvl 750である。
Sample 5. (The present invention) - After gas nitriding the lower test piece 4, the oxide layer and white layer on the surface were removed, the surface roughness was adjusted to a predetermined level with emery paper, and a molybdenum nitride film was coated by ion blating, The thickness of the molybdenum nitride film is 3 μm and the hardness is Hvl 750.

B、上試験片1:シリンダライチ用母材である鋳鉄材F
C25で直径8mm、長さ23mmの丸棒をつくり、端
面を18mmRの球面仕上げをし、パフ研磨仕上げした
もの。
B, Upper test piece 1: Cast iron material F which is the base material for cylinder litchi
A round bar with a diameter of 8 mm and a length of 23 mm is made from C25, and the end face is finished with a spherical surface of 18 mm radius and finished with puff polishing.

2、窒化モリブデン−イオンプレーティング皮膜の製造
方法。
2. Method for producing molybdenum nitride-ion plating film.

実施例−1と同じ。Same as Example-1.

3、摩耗試験条件 試験装rt:往復動摩擦試験機(第2図参照)試験条件
: (無潤滑条件下) 本試験10Kgf XX100cp X2m1ns (潤滑条件下) ならし2にgf X 100cps x 5mi本試験
lOにgf X600cpm x50min * 潤滑油SAE#lO、ミスト状吹 き付け3cc/min。
3. Wear test conditions Test equipment rt: Reciprocating friction tester (see Figure 2) Test conditions: (Unlubricated conditions) Main test 10Kgf XX100cp GF

試験結果:第5図、第6図に示すように、TiN及び′
「i C皮膜は表面粗さの 増大と共に急激に摩耗が増大する 。これに比べて本発明皮膜は表面 粗さが増大しても、摩耗の増加は ゆるやかであり、良好な摩耗特性 を示している。
Test results: As shown in Figures 5 and 6, TiN and '
``The wear of the iC film increases rapidly as the surface roughness increases.In contrast, the film of the present invention shows a gradual increase in wear even when the surface roughness increases, indicating good wear characteristics. There is.

〔実施例−3〕 第7〜8図は、耐焼付試験に使用したビン・ディスク型
高面圧摩擦試験機の概要を示す。
[Example 3] Figures 7 and 8 show an outline of the bottle-disk type high surface pressure friction testing machine used for the seizure resistance test.

ステータ20に取り外し可能に取り付けられた直径80
mmの円板21(摺動相手部材)の中央には、裏側から
注油孔22を通して潤滑油が注油される。また、ステー
タ20は油圧装置により所定圧力でロータ23側に押し
付けられ、圧力Pが作用するようになっている。ステー
タ20に相対向してロータ23が配され、該ロータ23
は駆動vt置によって所定速度で回転する。
diameter 80 removably attached to stator 20
Lubricating oil is applied to the center of the mm-sized disc 21 (sliding partner member) from the back side through the oil filling hole 22. Further, the stator 20 is pressed against the rotor 23 at a predetermined pressure by a hydraulic system, so that a pressure P is applied thereto. A rotor 23 is arranged opposite to the stator 20, and the rotor 23
rotates at a predetermined speed depending on the drive position VT.

ロータ23の円板21に対向する端面には試料保持具2
4が設けられていて、該試料保持具24には同心円上に
等間隔をなして正方形の摺動面を有する4個の試験片2
5が取り付けられ、該摺動面が円板(ステータ)に対接
摺動する。
A sample holder 2 is provided on the end surface of the rotor 23 facing the disk 21.
4, and the sample holder 24 has four test pieces 2 having square sliding surfaces arranged at equal intervals on a concentric circle.
5 is attached, and the sliding surface slides against the disk (stator).

このような装置において、摺動面に所定量の給油をしな
がら、ロータ23を回転させる。一定時間毎にステータ
20に作用する圧力を段階的に増加させ、円板21と試
験片25との摺動により発生する+1tl1%を力をト
ルクTとしてワイヤーを介してロードセル26に作用さ
せ、その変化を動歪計27で読み、記録計28に記録さ
せる。焼き付き現象が発生するとトルクTが急激に上昇
する。したがって、トルクTが急激に上昇するときに摺
Oj接触面に作用している接触面圧を焼き付き発生面圧
とし、この焼き付き発生面圧の大小で焼き付き特性の良
否を判定する。
In such a device, the rotor 23 is rotated while a predetermined amount of oil is supplied to the sliding surface. The pressure applied to the stator 20 is increased stepwise at regular intervals, and +1tl1% generated by the sliding between the disk 21 and the test piece 25 is applied to the load cell 26 via the wire as a torque T. The change is read by the dynamic strain meter 27 and recorded by the recorder 28. When the seizure phenomenon occurs, the torque T increases rapidly. Therefore, the contact surface pressure acting on the sliding Oj contact surface when the torque T rapidly increases is defined as the seizure-generating surface pressure, and the quality of the seizure characteristics is determined based on the magnitude of this seizure-generating surface pressure.

試験条件は次の通りである。The test conditions are as follows.

摺動速度:8mm/see 潤滑油: SAE#30モ一タオイル 潤滑油供給条件:300cc/min 潤滑油温度二80℃ 接触圧力;20Kg/cm”から3分間経過毎に10K
g/Cm”ず つ上昇させる。
Sliding speed: 8mm/see Lubricating oil: SAE#30 motor oil Lubricating oil supply conditions: 300cc/min Lubricating oil temperature - 80°C Contact pressure: 10K every 3 minutes from 20Kg/cm
g/Cm”.

相手摺動部材(ステータ) :鋳鉄材FC25供試試料
: 試料1.  (従来技術)−硬質クロムめっきを試験片
25表面に50μm付けたもの。
Mating sliding member (stator): Cast iron material FC25 Test sample: Sample 1. (Prior art) - 50 μm of hard chromium plating is applied to the surface of the test piece 25.

めっき硬さはHv900である。The plating hardness is Hv900.

試料2. (従来技術)−試験片25をガス窒化処理し
たのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整したもの、窒化層の 厚さは70 u m%硬さはHvl 220である。
Sample 2. (Prior art) - Test piece 25 was subjected to gas nitriding treatment, the oxide layer and white layer on the surface were removed, and the surface roughness was adjusted to a specified level with emery paper. The thickness of the nitrided layer was 70 μm% hardness. is Hvl 220.

試$43.  (従来技術)−試験片25をガス窒化処
理したのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整し、イオンブレーテ ィングによりT i Nを被覆したもの。
Trial $43. (Prior art) - After gas nitriding the test piece 25, the oxide layer and white layer on the surface were removed, the surface roughness was adjusted to a predetermined level with emery paper, and TiN was coated by ion blasting.

TiN皮膜の厚さは3μmで、硬さは Hv2480である。The thickness of the TiN film is 3 μm, and the hardness is It is Hv2480.

試料4. (本発明)−試験片25をガス窒化処理した
のち、表面の酸化層及び白層を 取り除き、エメリーペーパーで所定の 表面粗さに調整し、イオンブレーティ ングにより窒化モリブデン皮膜を被覆 したもの。窒化モリブデン皮膜の厚さ は3μmで、硬さはHvl 750である。
Sample 4. (Present invention) - After gas nitriding the test piece 25, the oxide layer and white layer on the surface were removed, the surface roughness was adjusted to a predetermined level using emery paper, and a molybdenum nitride film was coated by ion blasting. The thickness of the molybdenum nitride film is 3 μm and the hardness is Hvl 750.

窒化モリブデン−イオンプレーティング皮膜の製造方法
は実施例!と同じである。
Example of manufacturing method of molybdenum nitride-ion plating film! is the same as

試験結果を第9図に示す。The test results are shown in Figure 9.

第9図に示す如く、本発明皮膜は従来技術の表面処理皮
膜に比べ、良好な耐焼き付き性を示した。
As shown in FIG. 9, the film of the present invention exhibited better seizure resistance than the surface-treated film of the prior art.

〔実施例−4〕 第1圧力リングの外周摺動面に下記に示す表面処理を施
し、エンジンテストに供した。シリンダブロックの材質
はFC25相当材である。
[Example 4] The outer peripheral sliding surface of the first pressure ring was subjected to the surface treatment shown below and subjected to an engine test. The material of the cylinder block is a material equivalent to FC25.

試料1.  (従来技術)−ばね@ (SWO3C−V
) ’lピストンリング母材の外周摺動面にクロ めっきしたもの、なお、クロムめっき の厚さは150IImであり、硬さはHv890である
Sample 1. (Prior art) - Spring @ (SWO3C-V
) The outer peripheral sliding surface of the piston ring base material is plated with chrome.The thickness of the chrome plating is 150 IIm, and the hardness is Hv890.

試料2. (従来技術)−マルテンサイト系17C「ス
テンレス製ピストンリング母材 にガス窒化処理したのち、表面の酸化 層及び白層を取り除いたもの。なお、 外周摺動面の窒化層の厚さは90μm であり、硬さはHv1200である。
Sample 2. (Prior technology) - Martensitic 17C "Stainless steel piston ring base material is subjected to gas nitriding treatment, and then the oxidized layer and white layer on the surface are removed. The thickness of the nitrided layer on the outer sliding surface is 90 μm. Yes, and the hardness is Hv1200.

試料3. (従来技術)−マルテンサイト系17Crス
テンレス製ピストンリング母材 にガス窒化処理したのち、表面の酸化 層及び白層を取り除き、パフ研磨後イ オンブレーティングにより、TiNを 被覆したもの、なお、外周摺動面の窒 化層の厚さは90μmであり、硬さは Hv1200である。この窒化層の表 面に被覆したTiN皮膜の厚さは3μ mであり、硬さは)Iv2200である試料4. (本
発明)−マルテンサイト系17crステンレス製ピスト
ンリング母材に ガス窒化処理したのち、表面の酸化層 及び白層を取り除き、パフ研磨後イオ ンブレーティングにより、窒化モリブ デン皮膜を被覆したもの、なお、外周 摺動面の窒化層の厚さは90μmであ り、硬さはHVI 200である。この窒化層の表面に
被覆した窒化モリブデ ン皮膜の厚さは3μmであり、硬さは Hv1700である。
Sample 3. (Prior art) - A piston ring base material made of martensitic 17Cr stainless steel is subjected to gas nitriding treatment, the oxide layer and white layer on the surface are removed, and TiN is coated by ion blating after puff polishing. The thickness of the nitrided layer on the moving surface is 90 μm, and the hardness is Hv1200. The thickness of the TiN film coated on the surface of this nitrided layer was 3 μm, and the hardness was ) Iv2200. (The present invention) - A piston ring base material made of martensitic 17cr stainless steel is subjected to gas nitriding treatment, the oxidized layer and white layer on the surface are removed, and a molybdenum nitride film is coated by ion blasting after puff polishing. The thickness of the nitrided layer on the outer peripheral sliding surface is 90 μm, and the hardness is HVI 200. The thickness of the molybdenum nitride film coated on the surface of this nitrided layer was 3 μm, and the hardness was Hv1700.

試料5. (本発明)−ばね鋼(SWO3C−ν)類ピ
ストンリング母材の外周摺動面にクロム めっきし、その表面にイオンブレーテ ィングにより、窒化モリブデン皮膜を 被覆したもの、なお、外周摺動面のク ロムめっきの厚さは150μmであり 、硬さはHV890である。このクロ ムめっきの表面に被覆した窒化モリプ ン皮膜の厚さは3μmであり、硬さは ovi700である。
Sample 5. (The present invention) - Spring steel (SWO3C-ν) type piston ring base material whose outer peripheral sliding surface is plated with chromium, and the surface is coated with a molybdenum nitride film by ion blasting. The thickness of the chrome plating is 150 μm, and the hardness is HV890. The thickness of the molypun nitride film coated on the surface of this chromium plating is 3 μm, and the hardness is OVI700.

試料6. (本発明)−マルテンサイト系17cfステ
ンレス製ピストンリング母材の 外周摺動面にイオンプレーティングに より、窒化モリブデン皮膜を被覆した もの、この窒化モリブデン皮膜の厚さ は3pmであり、硬さはHvl 700である。
Sample 6. (The present invention) - A molybdenum nitride film is coated on the outer peripheral sliding surface of a martensitic 17cf stainless steel piston ring base material by ion plating, the thickness of this molybdenum nitride film is 3 pm, and the hardness is Hvl. It is 700.

窒化モリブデン−イオンプレーティング皮膜の製造方法
は実施例1と同じである。
The method for producing the molybdenum nitride-ion plating film was the same as in Example 1.

各試料1〜6の外周摺動面の表面粗さは全て0゜8μR
zである。
The surface roughness of the outer sliding surface of each sample 1 to 6 is all 0°8 μR.
It is z.

上記のピストンリングを排気量2000cc。The above piston ring has a displacement of 2000cc.

水冷6気筒の4サイクルガソリンエンジンに組み込み、
加鉛ガソリンを燃料として、回転数520Qrpm、水
温110℃、油温130℃以上、全負荷の条件で10時
間のベンチテストを3回実施した。テスト後のピストン
リング外周摺動面のスカッフィングの状況及びシリンダ
内周面のスカッフィングの状況を第1表に示す。
Built into a water-cooled 6-cylinder 4-stroke gasoline engine,
A 10-hour bench test was conducted three times using leaded gasoline as fuel under the conditions of rotation speed 520 Qrpm, water temperature 110°C, oil temperature 130°C or higher, and full load. Table 1 shows the state of scuffing on the outer peripheral sliding surface of the piston ring and the state of scuffing on the inner peripheral surface of the cylinder after the test.

(以下余白) 第1表 ■・・傷、スカッフィングが全く発生せず、良好な摺動
面状況のもの。
(Margins below) Table 1 ■: No scratches or scuffing at all, and the sliding surface is in good condition.

O・・スカッフィングの発生はないものの、鋭利な傷が
1〜2本認められるもの。
O: No scuffing occurred, but one or two sharp scratches were observed.

Δ・・スカッフィングの発生はないものの、鋭利な傷が
3零以上10本以下認められるもの。
Δ: No scuffing occurred, but 3 or more and 10 or less sharp scratches were observed.

×・・スカッフィングが発生したもの、又は鋭利な傷が
10本以上認められるもの。
×: Scuffing occurred or 10 or more sharp scratches were observed.

第1表に見られる通り、ピストンリング外周摺動面及び
シリンダ内周面のスカッフィングの状況は、試ネ42の
ステンレス製窒化処理ピストンリングに最もひどいスカ
ッフィングが発生し、次にひどいのが試料1のクロムめ
っきピストンリングであった。試料3のTiN皮膜表面
にはスカッフィングは発生しなかったものの、シリンダ
内周面には数多くの傷が発生していた。これら従来技術
品に比べ、試料4〜6の本発明品は、ピストンリング表
面はもちろんシリンダ内周面にもスカッフィングの発生
は全く認められず、また傷もほとんどなく、良好な摺動
特性を示した。
As shown in Table 1, the most severe scuffing occurred on the piston ring outer sliding surface and the cylinder inner circumferential surface. It was a chrome-plated piston ring. Although no scuffing occurred on the surface of the TiN film of sample 3, many scratches occurred on the inner peripheral surface of the cylinder. Compared to these conventional products, the products of the present invention (Samples 4 to 6) exhibited good sliding characteristics, with no scuffing observed on the piston ring surface or the inner peripheral surface of the cylinder, and almost no scratches. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明のピストンリングは耐摩耗
性、耐焼付性に優れ、且つ相手材攻撃性が低いという優
れた効果を有するものである。
As explained above, the piston ring of the present invention has the excellent effects of being excellent in wear resistance and seizure resistance, and having low attackability on mating materials.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は窒化処理層とクロムめっき層の温度による硬さ
の変化を示す図、第2図は往復動摩擦試験機の説明図、
第3図(A)は上試験片の摩耗量算出説明図、第3図(
B)は下試験片の摩耗itX出説明図、第4図は実施例
−1の試験結果を示す図、第5図及び第6図は実施例−
2の試験結果を示す図(第5図は無潤滑下、第6図は潤
滑下の結果である)、第7図及び第8図はピン・ディス
ク型高面圧摩擦試験機の説明図、第9図は実施例3の試
験結果を示す図である。 特許出願人       帝国ピストンリング株式会社
Figure 1 is a diagram showing changes in hardness due to temperature of the nitrided layer and chromium plating layer, Figure 2 is an explanatory diagram of the reciprocating friction tester,
Figure 3 (A) is an explanatory diagram for calculating the wear amount of the upper test piece;
B) is an explanatory diagram of the wear it
2 shows the test results (Figure 5 shows the results without lubrication, Figure 6 shows the results with lubrication), Figures 7 and 8 are explanatory diagrams of the pin-disk type high surface pressure friction tester, FIG. 9 is a diagram showing the test results of Example 3. Patent applicant Teikoku Piston Ring Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも摺動外周面に窒化モリブデン皮膜を形
成したことを特徴とするピストンリング。
(1) A piston ring characterized in that a molybdenum nitride film is formed on at least the outer sliding surface.
(2)少なくとも摺動外周面に窒化層を形成し、且つこ
の窒化層の表面酸化層及び白層を除去した層上に窒化モ
リブデン皮膜を形成したことを特徴とするピストンリン
グ。
(2) A piston ring characterized in that a nitrided layer is formed on at least the sliding outer circumferential surface, and a molybdenum nitride film is formed on the layer obtained by removing the surface oxidized layer and white layer of the nitrided layer.
(3)少なくとも摺動外周面にクロムめっきを施し、こ
のクロムめっき上に窒化モリブデン皮膜を形成したこと
を特徴とするピストンリング。
(3) A piston ring characterized in that at least the sliding outer peripheral surface is chromium plated, and a molybdenum nitride film is formed on the chrome plating.
(4)窒化モリブデン皮膜の被覆をイオンプレーティン
グ法によることを特徴とする請求項1、2、又は3記載
のピストンリングの製造方法。
(4) The method for manufacturing a piston ring according to claim 1, 2 or 3, wherein the molybdenum nitride film is coated by an ion plating method.
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