JPH0285570A - Piston ring - Google Patents

Piston ring

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JPH0285570A
JPH0285570A JP23547488A JP23547488A JPH0285570A JP H0285570 A JPH0285570 A JP H0285570A JP 23547488 A JP23547488 A JP 23547488A JP 23547488 A JP23547488 A JP 23547488A JP H0285570 A JPH0285570 A JP H0285570A
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JP
Japan
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nickel
dispersed
piston ring
plating layer
layer
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Application number
JP23547488A
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Japanese (ja)
Inventor
Manabu Shinada
品田 学
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Publication date
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Publication of JPH0285570A publication Critical patent/JPH0285570A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve the adhesion and sliding characteristic by forming a nitrified layer on the surface of a piston ring made of chrome steel, forming a composite dispersion nickel strike plated layer on the outer periphery sliding face, and forming a composite dispersion nickel plated layer on it. CONSTITUTION:A nitrified layer 6 is formed on the surface of a piston ring 1 made of steel containing chrome 4.5-21wt.%. A composite dispersion nickel strike plated layer 7 with the thickness of 2-20mum and dispersed with hard grins 5-30vol.% made of metal nitride, carbide, or oxide with the grain size of 0.5-5mum in a nickel base is formed on an outer periphery sliding face 2, and a composite dispersion nickel plated layer 8 dispersed with hard grains 5-30vol.% made of metal nitride, carbide or oxide with the grain size of 0.5-5mum in a nickel alloy base containing tungsten 10-50wt.% is formed on it. A sliding film with excellent seizure resistance and abrasion resistance is obtained, this film has good adhesion, the side face abrasion is prevented, and the durability life can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、複合分散めっき層を有する耐摩耗性に優れた
ピストンリングに係り、更に詳しくは、外周摺動面にお
ける複合分散めっき層の密着性と摺動特性が改善された
、且つ、側面の耐摩耗性も改善されたピストンリングに
関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention relates to a piston ring with excellent wear resistance having a composite dispersed plating layer, and more specifically relates to a piston ring with excellent wear resistance having a composite dispersion plating layer, and more particularly, to This invention relates to a piston ring that has improved hardness and sliding characteristics, and also has improved side wear resistance.

(従来技術) 近年、内燃機関の高性能化に伴い各機能部品に対し、益
々苛酷な条件が課せられると共に、内燃機関の寿命の延
長が強く要求されている。ピストンリングも従来にもま
して高回転、高温、高面圧等の厳しい環境に曝され、そ
の耐久性の向上が要求されおり、ピストンリングの耐久
性を改善する手段として摺動面に硬質クロムめっき処理
や溶射処理或いは窒化処理等の耐摩耗性表面処理が施さ
れている。これらの表面処理のうちで特に窒化処理は、
優れた耐摩耗性を示すことから苛酷な運転条件の下で使
用されるピストンリングの表面処理として注目され最近
多く使用される傾向である。
(Prior Art) In recent years, as the performance of internal combustion engines has improved, increasingly severe conditions have been imposed on each functional component, and there has been a strong demand for extending the life of internal combustion engines. Piston rings are also exposed to harsh environments such as high rotation, high temperature, and high surface pressure more than ever before, and there is a need for improved durability.As a means to improve the durability of piston rings, hard chrome plating is applied to the sliding surfaces. A wear-resistant surface treatment such as thermal spraying or nitriding is applied. Among these surface treatments, nitriding treatment is particularly
Since it exhibits excellent wear resistance, it has attracted attention as a surface treatment for piston rings used under severe operating conditions, and has recently been increasingly used.

しなしながら、従来ピストンリングに採用されている窒
化処理層は、耐摩耗性に優れる反面、耐焼付性に関して
は硬質クロムめっき層や溶射層に比べ必ずしも充分とは
言えず、苛酷な運転条件での使用に際して異常摩耗を発
生する。窒化処理層の耐焼付性及び耐久性を改善するた
め、最近、耐摩耗性や耐焼付性に優れているニッケルー
タングステンの基地に硬質粒子を分散させた複合分散め
っきが使用されてきた。
However, while the nitrided layer conventionally used in piston rings has excellent wear resistance, its seizure resistance is not necessarily sufficient compared to hard chrome plating layers or thermal sprayed layers, and it is difficult to use under harsh operating conditions. Abnormal wear occurs when using the product. In order to improve the seizure resistance and durability of the nitrided layer, composite dispersion plating in which hard particles are dispersed in a nickel-tungsten base, which has excellent wear resistance and seizure resistance, has recently been used.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このタングステンを含有する複合分散め
っき皮膜をクロム鋼に施した場合、苛酷な運転条件での
使用に際し密着性、摺動特性が充分とはいえず母材との
境界面より剥離したり、異常摩耗が発生するという問題
点があり、なお改善が望まれていた。
(Problem to be Solved by the Invention) However, when this composite dispersion plating film containing tungsten is applied to chrome steel, the adhesion and sliding properties are not sufficient when used under harsh operating conditions. There are problems such as peeling from the interface with the metal and abnormal wear, and improvements have been desired.

(課題を解決するための手段) 本発明は上述のタングステンを含有する複合分散めっき
の問題点に着目してなされたものであり。
(Means for Solving the Problems) The present invention has been made by focusing on the problems of the above-mentioned composite dispersion plating containing tungsten.

苛酷な使用条件においても外周摺動面の良好な密着性と
摺動特性を有すると共に、側面の耐摩耗性が改善された
ピストンリングを提供することを目的としてなされたも
のである。
The purpose of this invention is to provide a piston ring that has good adhesion and sliding characteristics on the outer circumferential sliding surface even under severe usage conditions, and has improved wear resistance on the side surface.

第1の発明として、クロムを4.5〜21重量%含有す
る鋼製ピストンリング1の表面に窒化層6が形成され、
該ピストンリングの外周摺動面2に、ニッケル基地中に
粒径0.5〜5μmの金属の窒化物、炭化物又は酸化物
である硬質粒子を5〜30容積%分散している2〜20
μmの厚さの複合分散ニッケルストライクめっき層7を
有し、更に該ストライクめっき屑7の上にタングステン
を10〜50重量%含有するニッケル基合金でなる基地
中に粒径0.5〜5μmの金属の窒化物、炭化物又は酸
化物である硬質粒子を5〜b 散している複合分散ニッケルめっき層8を有するピスト
ンリングである。
As a first invention, a nitride layer 6 is formed on the surface of a steel piston ring 1 containing 4.5 to 21% by weight of chromium,
2 to 20 in which 5 to 30 volume % of hard particles of metal nitride, carbide, or oxide with a particle size of 0.5 to 5 μm are dispersed in a nickel matrix on the outer peripheral sliding surface 2 of the piston ring.
It has a composite dispersed nickel strike plating layer 7 with a thickness of μm, and the strike plating scraps 7 are further covered with grains of 0.5 to 5 μm in a base made of a nickel-based alloy containing 10 to 50% by weight of tungsten. This piston ring has a composite dispersed nickel plating layer 8 in which hard particles of metal nitride, carbide, or oxide are dispersed.

第2の発明として、クロムを4.5〜21重量%含有す
る鋼製ピストンリング1の表面に窒化層6が形成され、
該ピストンリングの外周摺動面2に、ニッケル基地中に
粒径0.2〜10μ蓋の金属の窒化物、金属の炭化物又
は金属の酸化物である硬質粒子を5〜30容積%分散し
ている2〜20μ朧の厚さの複合分散ニッケルストライ
クめっき層7を有し、更に該ストライクめっき層7の上
にタングステンを10〜50重量%含有するニッケル合
金基地中に粒径0.5〜5μ瞳の金属の窒化物、炭化物
又は酸化物である硬質粒子と粒径0.5〜5μmの固体
潤滑材粒子を合わせて5〜30容積%分散している複合
分散ニッケルめっき層8を有するピストンリングである
As a second invention, a nitride layer 6 is formed on the surface of a steel piston ring 1 containing 4.5 to 21% by weight of chromium,
On the outer peripheral sliding surface 2 of the piston ring, 5 to 30 volume % of hard particles of metal nitride, metal carbide, or metal oxide with a particle size of 0.2 to 10 μm are dispersed in a nickel base. It has a composite dispersed nickel strike plating layer 7 with a thickness of 2 to 20 μm, and furthermore, on the strike plating layer 7, a nickel alloy base containing 10 to 50% by weight of tungsten has a particle size of 0.5 to 5 μm. A piston ring having a composite dispersed nickel plating layer 8 in which hard particles of pupil metal nitride, carbide, or oxide and solid lubricant particles with a particle size of 0.5 to 5 μm are dispersed in a total of 5 to 30% by volume. It is.

本発明のピストンリングはその母材はクロム鋼である。The base material of the piston ring of the present invention is chrome steel.

クロムが4.5重量%未満では窒化層が良好に形成され
ず、21重量%を超えると加工性が悪くなるため、クロ
ムの含有量を4.5〜21の範囲とした。
If the chromium content is less than 4.5% by weight, the nitrided layer will not be formed well, and if it exceeds 21% by weight, the workability will deteriorate, so the chromium content was set in the range of 4.5 to 21% by weight.

第1の発明において、第1図のピストンリングの断面模
式図に示すように、前記の母材1の表面に窒化JfI6
を形成することにより、特にピストンリング側面3の耐
摩耗性を向上させる。
In the first invention, as shown in the cross-sectional schematic diagram of the piston ring in FIG.
By forming this, the wear resistance of the piston ring side surface 3 is particularly improved.

窒化処理層6に対するめっきは、−殻内に窒化H6の拡
散層がめつき皮膜との結合を弱め密着性を低下させる。
When plating the nitrided layer 6, a diffusion layer of nitrided H6 in the shell weakens the bond with the plating film and reduces adhesion.

そこで、複合分散めっきとの密着性を強くする方法とし
て、単純なニッケルめっきストライクが使われているが
、単純なニッケルめっき層では耐焼付性や耐摩耗性が劣
り、密着性は充分であるが摺動面としては不充分であっ
た8本発明では、タングステンを含まないニッケルスト
ライクめっき層7を形成させる。このニッケルストライ
クめっき層7は、ストライクめっき層7の耐焼付性を上
げるため0.2〜10μm、好ましくはの粒径の0.5
〜5μ肩の粒径の硬質粒子の分散層を形成させる。
Therefore, a simple nickel plating strike is used as a method to strengthen the adhesion with the composite dispersion plating, but a simple nickel plating layer has poor seizure resistance and wear resistance, and although the adhesion is sufficient, 8 In the present invention, which was insufficient as a sliding surface, a nickel strike plating layer 7 containing no tungsten is formed. This nickel strike plating layer 7 has a grain size of 0.2 to 10 μm, preferably 0.5 μm in order to increase the seizure resistance of the strike plating layer 7.
A dispersed layer of hard particles having a particle size of ~5μ is formed.

ニッケルータングステンの複合分散めっき層の耐焼付性
、耐摩耗性を上げるため熱硬化処理すると Ni、Wの
生成が起こり母材との密着力が低下する。そこで本発明
では、熱硬化処理を施してもNi4Wを生成しない皮膜
、つまり、タングステンを含まない硬質粒子分散めっき
層7を中間層として介在させることを特徴とする。この
複合分散ストライクめっき層7の厚さは、これが過度に
薄いと充分な密着力の効果が得られなくなる6本発明で
はニッケル複合分散ストライクめっき屑7の厚さは2μ
m以上にすることが必要である。反面、ニッケル複合分
散ストライクめっきJi#7の厚さを厚くすることは、
ニッケルータングステン複合分散めっき層8が摩耗によ
り消失してストライクめっき層7が摺動面として作用し
た場合ニッケルータングステン複合分散めっき層8より
劣るので早く外周摩耗が多くなり、リング合口4の隙間
の増大が進行しピストンリングの気密特性の劣化が発生
する難点がある。それ故、本発明ではニッケル複合分散
ストライクめっき層7の厚さは20μ履以下とし、好ま
しくは10μI以下とする。
When a nickel-tungsten composite dispersion plated layer is subjected to heat curing treatment to increase its seizure resistance and wear resistance, Ni and W are generated, which reduces the adhesion to the base material. Therefore, the present invention is characterized by intervening as an intermediate layer a film that does not generate Ni4W even when subjected to heat curing treatment, that is, a hard particle dispersed plating layer 7 that does not contain tungsten. If the thickness of this composite dispersion strike plating layer 7 is too thin, sufficient adhesion effect cannot be obtained.6 In the present invention, the thickness of the nickel composite dispersion strike plating scrap 7 is 2 μm.
It is necessary to make it more than m. On the other hand, increasing the thickness of nickel composite dispersion strike plating Ji#7
If the nickel-tungsten composite dispersion plating layer 8 disappears due to wear and the strike plating layer 7 acts as a sliding surface, it will be inferior to the nickel-tungsten composite dispersion plating layer 8, so the outer periphery will wear more quickly, and the gap between the ring abutment 4 will increase. There is a problem in that as the increase progresses, the airtightness of the piston ring deteriorates. Therefore, in the present invention, the thickness of the nickel composite dispersed strike plating layer 7 is set to be 20 μl or less, preferably 10 μl or less.

ここで用いられる硬質粒子としては、金属の窒化物例え
ばTiN、Si3N、、Cr、N、金属の炭化物例えば
Tic、SiC,Cr、C,、金属の酸化物例えばAt
、O,、Tic2.Cr、03等である。
The hard particles used here include metal nitrides such as TiN, Si3N, Cr, N, metal carbides such as Tic, SiC, Cr, C, and metal oxides such as At.
,O,,Tic2. Cr, 03, etc.

硬質粒子の分散量及び粒径は形成するストライクめっき
層7の厚さと関係するが、分散量が5容積%未満1粒径
が0.2μI未満では耐焼付性及び耐摩耗性において効
果が充分に発揮されない、分散量が30容積%1粒程が
5μ墓を超えるとめつき層が脆くなると共に、摺動相手
材の摩耗を増大させるので、分散量の範囲を5〜30容
積%、粒径の範囲を0.5〜5μmとした。
The dispersed amount and particle size of the hard particles are related to the thickness of the strike plating layer 7 to be formed, but if the dispersed amount is less than 5% by volume and the particle size is less than 0.2 μI, the effect on seizure resistance and wear resistance is insufficient. The dispersion amount is 30% by volume.If one particle exceeds 5μ, the attached layer becomes brittle and the wear of the sliding mating material increases. The range was 0.5 to 5 μm.

ストライクめっき層7の上に更にニッケルータングステ
ン複合分散めっき層8を形成する。
A nickel-tungsten composite dispersed plating layer 8 is further formed on the strike plating layer 7.

タングステンはめっき基地の硬度を上げ耐摩耗性の向上
に有効に作用するが、10重量%未満ではその効果が少
なく、50重量%以上ではめつき基地とを脆弱にするの
で、タングステンの含有量の範囲を10〜50重量%と
した。
Tungsten has an effective effect on increasing the hardness of the plating base and improving wear resistance, but if it is less than 10% by weight, the effect is small, and if it is more than 50% by weight, it will make the plating base brittle. The range was 10 to 50% by weight.

硬質粒子の種類、分散量及び粒径は前記の複合分散スト
ライクめっき層7における各々と同様である。
The type, dispersed amount, and particle size of the hard particles are the same as those in the composite dispersed strike plating layer 7 described above.

第2の発明において、窒化層6を形成後ニッケル基複合
分散ストライクめっき層7の上にニッケルータングステ
ン複合分散めっき層8を形成する場合1分散材として硬
質粒子の他に固体潤滑材を添加することが大きな特徴で
ある。他は第1の発明と同様である。
In the second invention, when forming the nickel-tungsten composite dispersion plating layer 8 on the nickel-base composite dispersion strike plating layer 7 after forming the nitride layer 6, a solid lubricant is added in addition to the hard particles as a dispersant. This is a major feature. The rest is the same as the first invention.

固体潤滑材としては、二硫化モリブデン、二硫化タング
ステン又はボロンナイトライド等であり。
Examples of solid lubricants include molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and boron nitride.

粒径は硬質粒子と同様に、0.5μm未満では耐焼付性
及び耐摩耗性の効果が少なく、5μIを超えた場合はめ
っき層が脆くなると共に、摺動相手材の摩耗を増大させ
るので、粒径の範囲を0.5〜5μ層とした。
As with hard particles, if the particle size is less than 0.5 μm, the effect of seizure resistance and wear resistance will be small, and if it exceeds 5 μI, the plating layer will become brittle and the wear of the sliding mating material will increase. The particle size range was 0.5 to 5μ layer.

分散量は硬質粒子と合わせて5容積%未満では耐焼付性
や耐摩耗性の効果が少なく、30容積%を超える場合は
めっき層が脆くなると共に摺動相手材の摩耗を増大させ
るので1分散量の範囲を5〜30容積%とした。
If the amount of dispersion is less than 5% by volume including the hard particles, there will be little effect on seizure resistance and wear resistance, and if it exceeds 30% by volume, the plating layer will become brittle and the wear of the sliding counterpart will increase, so 1 dispersion is required. The amount ranged from 5 to 30% by volume.

実施例 (1)耐焼付性試験 合金鋼5US440B (C:0.75〜0.95%、
Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.0
4%以下、Ni: 0.60%以下、Cr:16゜0〜
18.0%、Mo:0.75%以下)に窒化層6を形成
し、その上にニッケル基地中に粒径が0゜3〜5μmの
炭化クロム(Cr3C,、)が10容積%分散している
ストライクめっき層7を厚さ5μm形成し、更に、該ス
トライクめっき層7の上にタングステン40重量%含有
しているニッケル基地中に粒径0.3〜5μmの炭化ク
ロムを10容積%分散している複合分散めっき層8を形
成した第1の発明品の試料(A)と、窒化層6を形成し
その上にニッケル基地中に粒径が063〜5μmの炭化
クロム(cr、C2)が10容積%分散しているストラ
イクめっき層7を厚さ5μm形成し、更に、該ストライ
クめっき層5の上にタングステン40重量%含有してい
るニッケル基地中に粒径0.3〜5μmの炭化クロムと
粒径が0.3〜5μmの二硫化モリブデンを合わせて1
0容積%分散している複合分散層8を形成した第2の発
明品の試料(B)を作成し、570℃で1時間熱処理を
施し耐焼付性試験を行なった。
Example (1) Seizure resistance test Alloy steel 5US440B (C: 0.75-0.95%,
Si: 1.0% or less, Mn: 1.0% or less, P: 0.0
4% or less, Ni: 0.60% or less, Cr: 16°0~
18.0%, Mo: 0.75% or less) is formed with a nitrided layer 6, on which 10% by volume of chromium carbide (Cr3C, ) having a particle size of 0°3 to 5 μm is dispersed in the nickel matrix. A strike plating layer 7 with a thickness of 5 μm is formed on the strike plating layer 7, and 10% by volume of chromium carbide with a particle size of 0.3 to 5 μm is dispersed in a nickel base containing 40% by weight of tungsten. Sample (A) of the first invention product with a composite dispersion plating layer 8 formed thereon, and a nitrided layer 6 formed thereon with chromium carbide (CR, C2) having a particle size of 063 to 5 μm in a nickel base. A strike plating layer 7 having a thickness of 5 μm in which 10% by volume of tungsten is dispersed is formed, and further, on the strike plating layer 5, carbonized particles having a particle size of 0.3 to 5 μm are formed in a nickel matrix containing 40% by weight of tungsten. A combination of chromium and molybdenum disulfide with a particle size of 0.3 to 5 μm is 1
A sample (B) of the second invention product in which a composite dispersion layer 8 having 0 volume % dispersion was formed was prepared, heat treated at 570° C. for 1 hour, and a seizure resistance test was conducted.

比較量として従来の硬質クロムめっきを形成した試料(
C)、窒化層を形成した試料(D)を作成し同様に耐焼
付性試験を行なった。
For comparison, a sample with conventional hard chrome plating (
C) and a sample (D) in which a nitrided layer was formed were prepared and subjected to the seizure resistance test in the same manner.

試験装置は第4図に要部を図解的に、第5図に第4図の
A−A矢視断面図を示す。
The main part of the test apparatus is shown schematically in FIG. 4, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line A--A in FIG. 4.

ステータホルダ11に取外し可能に取付けられた直径8
01111a×厚さ10■研磨仕上げを施した円板12
(相手材)の中央には裏側から注油孔13を通して潤滑
油が注油される。ステータホルダ11には図示しない油
圧装置によって図において左右に向けて所定圧力で押圧
力が作用するようにしである0円板12に相対向してロ
ータ14があり、図示しない駆動装置によって所定速度
で回転するようにしである。ロータ14に取外し可能に
取付けられた試験片保持具15には、5mm角X高さ1
0av+の試験片10が同心円状に等間隔に4個取外し
可能に、且つ、円板に対して摺動自在に取付けである。
diameter 8 removably attached to the stator holder 11
01111a x thickness 10 ■ Disc 12 with polished finish
Lubricating oil is applied to the center of the (mate material) from the back side through the oil filling hole 13. The stator holder 11 has a rotor 14 facing the zero disc 12, which is applied with a predetermined pressure to the left and right in the figure by a hydraulic device (not shown), and is rotated at a predetermined speed by a drive device (not shown). It is designed to rotate. The test piece holder 15, which is removably attached to the rotor 14, has a 5 mm square x 1 height
Four test pieces 10 of 0av+ are mounted concentrically at equal intervals in a removable manner and slidably relative to the disc.

このような装置においてステータホルダ11に所定圧力
の押圧力Pをかけ、所定の面圧で円板12と試験片10
とが接触するようにしておいて、注油孔13から摺動面
に所定給油速度で給油しながらロータ14を回転させる
。一定時間毎にステータホルダ11に作用する圧力を段
階的に増加していき、ロータ14の回転によって試験片
10と円板12との間に摩擦によってステータホルダ1
1に生ずるトルク(摩擦力)Fを第5図に示すスピンド
ル16を介してロードセル17に作用せしめ、その変化
を動歪計18で読み取り記録計19に記録される。トル
クTが急激に上昇したとき、焼付けが発生したものとし
、この時の接触面圧をもって焼付発生面圧とし、その大
小を以って耐焼付性の良否を判断する。
In such a device, a predetermined pressing force P is applied to the stator holder 11, and the disk 12 and the test piece 10 are pressed together with a predetermined surface pressure.
The rotor 14 is rotated while supplying oil to the sliding surface from the oil supply hole 13 at a predetermined supply speed. The pressure acting on the stator holder 11 is increased stepwise at regular intervals, and the rotation of the rotor 14 causes friction between the test piece 10 and the disk 12 to cause the stator holder 1 to
1 is applied to the load cell 17 via the spindle 16 shown in FIG. It is assumed that seizure has occurred when the torque T suddenly increases, and the contact surface pressure at this time is taken as the seizure occurrence surface pressure, and the quality of the seizure resistance is judged based on the magnitude thereof.

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

摩擦速度:8IIIII/SeC 相手材ニジリンダライナ材鋳鉄(Fe12)潤滑油:モ
ータオイル#30 油温80℃供給量400cc/+i
n 接触面圧: 40kg/Cm2でならした後焼付は発生
まで10 kg/am2ずつ増圧、各面圧に3分間保持 試験結果を第2図に示す。同図から明らかなように、比
較量のクロムめっき品(C)、窒化処理品(D)は接触
面圧118kg/cm”、112kg/c+a2で焼き
付けが発生したが、本発明の(A)、(B)は接触面圧
141 kg/cm”、149 kg/cm”で焼き付
けが発生しており耐焼付性が大巾に改善されたことが確
認される。
Friction speed: 8III/SeC Compatible material Nijilina liner material cast iron (Fe12) Lubricating oil: Motor oil #30 Oil temperature 80℃ Supply amount 400cc/+i
n Contact surface pressure: After leveling out at 40 kg/cm2, the pressure was increased by 10 kg/am2 until seizure occurred, and the test results were maintained at each surface pressure for 3 minutes, as shown in Figure 2. As is clear from the figure, seizure occurred in the comparative chromium-plated product (C) and nitrided product (D) at a contact surface pressure of 118 kg/cm" and 112 kg/c+a2, but in the present invention (A), In (B), seizure occurred at contact pressures of 141 kg/cm" and 149 kg/cm", confirming that the seizure resistance was greatly improved.

(2)密着性試験 耐焼付性試験に使用したと同質の鋼材(SO8440B
)で呼び径X巾X厚さが81X1.5X3゜3m腸のピ
ストンリング1を作成しその全表面に窒化層6を形成し
、そのピストンリング1の外周摺動面2に、ニッケル基
地中に粒径が0.3〜5μmの炭化クロムが10容積%
分散しているストライクめっき層7を厚さ5μm形成し
、更に該ストライクめっき層7の上にタングステンが4
0重量%含有しているニッケル基地中に粒径が0.3〜
5μmの炭化クロムが10容積%分散している複合分散
ニッケルめっき層8を形成した第1の発明品の試料(A
)と、窒化層6を形成しその外周摺動面2に、ニッケル
基地中に粒径が0.3〜5μmの炭化クロムが10容積
%分散していストライクめっき層7を厚さ5μm形成し
、更に該トスライクめっき層7の上にタングステンが4
0重量%含有しているニッケル基地中に粒径が0.3〜
5μmの炭化クロムと粒径0.3〜5μmの固体潤滑材
粒子を合わせて10容積%分散している複合分散ニッケ
ルめっき層8を形成した第2の発明品の試料(B)、比
較品として外周摺動面に、コバルトが25重量%タング
ステンが40重量%を含有しているニッケル基地中に粒
径0.3〜5μ閣の窒化珪素を10重量%分散している
複合分散ニッケルめっき層を形成した試料(C)を作成
し、570℃で1時間熱処理を施し密着性試験を行なっ
た。
(2) Adhesion test Steel material of the same quality as used for seizure resistance test (SO8440B
), a piston ring 1 with a nominal diameter x width x thickness of 81 x 1.5 x 3゜3 m is prepared, a nitride layer 6 is formed on its entire surface, and a nickel matrix is applied to the outer sliding surface 2 of the piston ring 1. 10% by volume of chromium carbide with a particle size of 0.3 to 5 μm
A dispersed strike plating layer 7 is formed with a thickness of 5 μm, and tungsten is further coated on top of the strike plating layer 7 with a thickness of 5 μm.
The particle size is 0.3~ in the nickel base containing 0% by weight.
Sample of the first invention product (A
), and on the outer sliding surface 2 of the nitrided layer 6, a strike plating layer 7 with a thickness of 5 μm in which chromium carbide with a grain size of 0.3 to 5 μm is dispersed in a nickel base at a thickness of 10% by volume is formed; Furthermore, 4 layers of tungsten are formed on the strike plating layer 7.
The particle size is 0.3~ in the nickel base containing 0% by weight.
Sample (B) of the second invention product forming a composite dispersed nickel plating layer 8 in which chromium carbide of 5 μm and solid lubricant particles with a particle size of 0.3 to 5 μm are dispersed in a total of 10% by volume, as a comparison product On the outer peripheral sliding surface, a composite dispersed nickel plating layer in which 10% by weight of silicon nitride with a particle size of 0.3 to 5 μm is dispersed in a nickel matrix containing 25% by weight of cobalt and 40% by weight of tungsten is applied. The formed sample (C) was prepared, heat-treated at 570° C. for 1 hour, and an adhesion test was conducted.

試験装置は第6図に要部を図解的に示す、ピストンリン
グ1°の合口4の相対向する合口端部を掴持具9a、9
bで掴持し、掴持具9aを固定しておいて掴持具9bを
ピストンリング1の合口反対側5を軸として破線で示さ
れるように回転してピストンリング1を捻じり、所定の
捻じり角度毎にピストンリング1の合口反対側5におけ
るめっき層の剥離の有無を目視でW+察するツイスト試
験を行なった。
The test device is a main part diagrammatically shown in FIG.
b, fix the gripping tool 9a, rotate the gripping tool 9b around the opposite side 5 of the abutment of the piston ring 1 as shown by the broken line, twist the piston ring 1, and twist the piston ring 1 into a predetermined position. A twist test was conducted in which the presence or absence of peeling of the plating layer on the opposite side 5 of the piston ring 1 to the abutment was visually observed at each twist angle.

試料(A)、(B)、(C)(7)夫’rに40pm、
60μm、  80 prrr、 100 μm、12
0μm+、140Pmのめっき厚さを形成させた。試験
結果は第3図に示す。
Samples (A), (B), (C) (7) 40pm to husband'r,
60 μm, 80 prrr, 100 μm, 12
A plating thickness of 0 μm+ and 140 Pm was formed. The test results are shown in Figure 3.

第3図から明らかなように、ピストンリングの母材に直
接タングステンを含有する複合分散ニッケルめっき層を
形成した比較品の試料(C)は低い角度で母材からめっ
き層の剥離が発生したが、下地にストライクめっき層を
形成させその上に複合分散ニッケルめっき層を形成させ
た本発明品の試料(A)、(B)は良好な密着性を示し
、密着性が大巾に改善されたことが確認された。
As is clear from Figure 3, in the comparative sample (C) in which a composite dispersed nickel plating layer containing tungsten was formed directly on the base material of the piston ring, the plating layer peeled off from the base material at a low angle. Samples (A) and (B) of the present invention, in which a strike plating layer was formed on the base and a composite dispersed nickel plating layer was formed thereon, showed good adhesion, and the adhesion was greatly improved. This was confirmed.

(3)実機試験 呼び径×巾×厚さが81 X 1.5 X 3.3m+
++の鋼′1!1(SUS440B)第1圧カリングに
本発明の複合分散めっきを施しボア径81mm、4気筒
水冷過給機付ガソリンエンジンに組付け、 7300r
、p。
(3) Actual machine test nominal diameter x width x thickness 81 x 1.5 x 3.3m+
The composite dispersion plating of the present invention was applied to the first pressure culling of ++ steel '1!1 (SUS440B), and it was assembled into a 4-cylinder water-cooled supercharged gasoline engine with a bore diameter of 81 mm, and a 7300r engine.
, p.

諷の回転数で100時間の高速耐久試験を行ない、ピス
トンリング摺動面及び鋳鉄(Fe12)製シリンダライ
ナの内周面の摩耗量及び皮膜剥離や焼付は発生等の不具
合を調べた。
A high-speed durability test was conducted for 100 hours at the same rotational speed, and the amount of wear on the piston ring sliding surface and the inner circumferential surface of the cast iron (Fe12) cylinder liner was investigated, as well as problems such as peeling and seizure of the coating.

ピストンリング1の全表面に窒化層6を形成し、その摺
動面2に、ニッケル基地中に粒径が0.3〜5μmの炭
化クロムが10容積%分散しているストライクめっき層
7を厚さ5μ聰形成し、更にその上にタングステンが4
0重量%含有しているニッケル基地中に粒径が0.3〜
5μmの炭化クロムを10容積%分散している複合分散
ニッケルめっき層8を形成した第1の発明品の試料(A
)と、窒化層6を形成とその摺動面に、ニッケル基地中
に粒径が0.3〜5μ履の炭化クロムを10容積%分散
していストライクめっき層3を厚さ5μ観形成し、更に
その上にタングステンが40重量%含有しているニッケ
ル基地中に粒径が0.3〜5μmの炭化クロムと粒径0
.3〜5μmの二硫化モリブデンを合わせて10容積%
分散している複合分散ニッケルめっき層8を形成してい
る第2の発明品の試料(B)、比較材として摺動面にコ
バルトを25重量%、タングステンが40重量%を含有
しているニッケル基地中に粒径0.3〜5μmの炭化ク
ロムを10容積%分散している複合分散ニッケルめっき
層を形成している試料(C)、硬質クロムめっきを形成
した試料(D)  を作成し、試料(A)。
A nitrided layer 6 is formed on the entire surface of the piston ring 1, and a thick strike plating layer 7 is formed on the sliding surface 2, in which 10% by volume of chromium carbide with a grain size of 0.3 to 5 μm is dispersed in a nickel matrix. 5 μm of tungsten is formed, and 4 μm of tungsten is formed on top of that.
The particle size is 0.3~ in the nickel base containing 0% by weight.
Sample of the first invention product (A
), a nitride layer 6 is formed, and a strike plating layer 3 with a thickness of 5 μm is formed on the sliding surface thereof by dispersing 10% by volume of chromium carbide with a grain size of 0.3 to 5 μm in a nickel base, Furthermore, on top of that, chromium carbide with a particle size of 0.3 to 5 μm and a particle size of 0 in a nickel base containing 40% by weight of tungsten.
.. A total of 10% by volume of molybdenum disulfide with a diameter of 3 to 5 μm
Sample (B) of the second invention product forming the dispersed composite dispersed nickel plating layer 8, nickel containing 25% by weight of cobalt and 40% by weight of tungsten on the sliding surface as a comparison material A sample (C) formed with a composite dispersed nickel plating layer in which 10% by volume of chromium carbide with a particle size of 0.3 to 5 μm was dispersed in the matrix, and a sample (D) formed with hard chromium plating were prepared. Sample (A).

(B)、(C)を570℃で1時間の熱処理を施した。(B) and (C) were heat-treated at 570°C for 1 hour.

各試料のめっき厚さを夫々100μmとし密着性試験を
行なった。試験結果を第1表に示す。
An adhesion test was conducted with each sample having a plating thickness of 100 μm. The test results are shown in Table 1.

第1表から明らかなように、下地にストライクめっき層
のないもの(C)は摩耗量は少なかったが剥離が発生し
、硬質クロムめっき品(D)は剥離の発生はなかったが
摩耗が非常に多かったが、本発明のピストンリングはシ
リンダライナの摩耗も少なく、且つ、皮膜の剥離や焼付
けの発生もなく良好であった。
As is clear from Table 1, the product without a strike plating layer on the base (C) had a small amount of wear, but peeling occurred, and the hard chrome plated product (D) did not have any peeling, but had significant wear. However, the piston ring of the present invention had good results with less wear on the cylinder liner and no peeling or seizure of the film.

効果 本発明はタングステンを含有する複合分散めっきの問題
点を解決し、苛酷な使用条件においても耐焼付性、耐摩
耗性が優れた摺動皮膜を有し、該皮膜の密着性が良好で
、側面摩耗を防止し耐久寿命を向上させたピストンリン
グが得られた実用上の効果は大である。
Effects The present invention solves the problems of composite dispersion plating containing tungsten, has a sliding film with excellent seizure resistance and wear resistance even under severe usage conditions, and has good adhesion. The practical effects of obtaining a piston ring that prevents side wear and improves durability are significant.

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

第1図 本発明の一実施例を示すピストンリングの断面
模式図 第2図 耐焼付性試験結果を示す図 第3図 密着性試験結果を示す図 第4図 耐焼付性試験の試験装置の要部を示す一部破砕
図 第5図 第4図のA−A矢視断面図 第6図 密着性試験の試験装置を示す模式図工:ピスト
ンリング   2:外周摺動面3:側面       
 4:合口 6:窒化層 7:タングステンを含まないストライクめっき層 8:タングステンを含有する分散めっき層9a、9b:
掴持具  1o:試験片 11:ステータホルダ 12:円板(相手材)14:ロ
ータ     15:試験片保持具17:ロードセル 
  18:動歪計
Fig. 1 Schematic cross-sectional view of a piston ring showing an embodiment of the present invention Fig. 2 Fig. 3 showing the seizure resistance test results Fig. 4 showing the adhesion test results Fig. 5 A partially exploded view showing the parts Fig. 6 A cross-sectional view taken along the line A-A in Fig. 4 Schematic diagram showing the test device for adhesion test: Piston ring 2: Outer circumferential sliding surface 3: Side surface
4: Abutment 6: Nitride layer 7: Strike plating layer not containing tungsten 8: Dispersion plating layer 9a, 9b containing tungsten:
Gripping tool 1o: Test piece 11: Stator holder 12: Disk (mate material) 14: Rotor 15: Test piece holder 17: Load cell
18: Dynamic strain meter

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、クロムを4.5〜21重量%含有する鋼製ピストン
リングの表面に窒化層が形成され、該ピストンリングの
外周摺動面に、ニッケル基地中に粒径が0.5〜5μm
の金属の窒化物、炭化物又は酸化物である硬質粒子を5
〜30容積%分散している2〜20μmの厚さの複合分
散ニッケルストライクめっき層を有し、更に該ストライ
クめっき層の上にタングステンを10〜50重量%含有
するニッケル基合金でなる基地中に粒径0.5〜5μm
の金属の窒化物、炭化物又は酸化物である硬質粒子を5
〜30容積%分散している複合分散ニッケルめっき層を
有することを特徴とするピストンリング。 2、クロムを4.5〜21重量%含有する鋼製ピストン
リングの表面に窒化層が形成され、該ピストンリングの
外周摺動面に、ニッケル基地中に粒径0.5〜5μmの
金属の窒化物、炭化物又は酸化物である硬質粒子を5〜
30容積%分散している2〜20μmの厚さの複合分散
ニッケルストライクめっき層を有し、更に該ストライク
めっき層の上にタングステンを10〜50重量%含有す
るニッケル合金基地中に粒径0.5〜5μmの金属の窒
化物、炭化物又は酸化物である硬質粒子と粒径0.5〜
5μmの固体潤滑材粒子を合わせて5〜30容積%分散
している複合分散ニッケルめっき層を有することを特徴
とするピストンリング。
[Scope of Claims] 1. A nitrided layer is formed on the surface of a steel piston ring containing 4.5 to 21% by weight of chromium, and a nitride layer is formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring with a nickel matrix having a grain size of 0. .5~5μm
5 hard particles that are nitrides, carbides, or oxides of metals.
A base made of a nickel-based alloy having a composite dispersed nickel strike plating layer with a thickness of 2 to 20 μm in which ~30% by volume of tungsten is dispersed, and further containing 10 to 50% by weight of tungsten on the strike plating layer. Particle size 0.5-5μm
5 hard particles that are nitrides, carbides, or oxides of metals.
A piston ring characterized by having a composite dispersed nickel plating layer dispersed in ~30% by volume. 2. A nitride layer is formed on the surface of a steel piston ring containing 4.5 to 21% by weight of chromium, and a metal grain size of 0.5 to 5 μm in a nickel base is formed on the outer sliding surface of the piston ring. 5 to 5 hard particles of nitride, carbide or oxide
It has a composite dispersed nickel strike plating layer with a thickness of 2 to 20 μm in which 30% by volume of tungsten is dispersed, and furthermore, on the strike plating layer, a nickel alloy base containing 10 to 50% by weight of tungsten has a grain size of 0. Hard particles that are metal nitrides, carbides, or oxides of 5-5 μm and particle sizes of 0.5-5 μm
A piston ring characterized by having a composite dispersed nickel plating layer in which solid lubricant particles of 5 μm are dispersed in a total of 5 to 30% by volume.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015511688A (en) * 2012-03-16 2015-04-20 フェデラル−モーグル ブルシェイド ゲーエムベーハーFederal−Mogul Burscheid Gmbh Piston ring with anti-wear layer of chrome solid particles and corrosion-resistant flank surface

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015511688A (en) * 2012-03-16 2015-04-20 フェデラル−モーグル ブルシェイド ゲーエムベーハーFederal−Mogul Burscheid Gmbh Piston ring with anti-wear layer of chrome solid particles and corrosion-resistant flank surface

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