JPH0512584B2 - - Google Patents

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JPH0512584B2
JPH0512584B2 JP57159132A JP15913282A JPH0512584B2 JP H0512584 B2 JPH0512584 B2 JP H0512584B2 JP 57159132 A JP57159132 A JP 57159132A JP 15913282 A JP15913282 A JP 15913282A JP H0512584 B2 JPH0512584 B2 JP H0512584B2
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JP
Japan
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alumina
titania
sliding
wear
silicon nitride
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JP57159132A
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English (en)
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JPS5947523A (ja
Inventor
Joji Myake
Shoji Myazaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH0512584B2 publication Critical patent/JPH0512584B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/043Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用ピストンリング、シリンダ
ライナ等の摺動面に適用できる摺動部材に関する
ものである。
近年内燃機関において燃費を向上させる目的
で、燃焼室の断熱化に関する研究開発が進められ
ているが、燃焼室の断熱化によりピストンリング
とシリンダライナ間の摺動面が高温になり、油膜
破断が起りやすくなり、その結果ピストンリング
とシリンダライナ間の焼きつきや過大摩耗が発生
し易くなつている。
従来、かゝる問題への対策の一つとして鉄系ピ
ストンリング外周面の摺動部にクロムメツキ、モ
リブデン溶射または鉄クロム合金溶射等を施すこ
とにより耐摩耗性被覆層を形成せしめることは公
知であり、その応用例も広い。しかしながら断熱
化のためにシリンダライナに窒化珪素を使用した
場合には焼きつきや、過大摩耗の問題を生じ易く
なる。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
になされたものであり、シリンダライナに窒化珪
素を適用した場合に、従来の鉄系母材の表面にモ
リブデン溶射または鉄クロム合金溶射を施したも
のよりも耐焼きつき性および耐摩耗性の良好なピ
ストンリング摺動部材を提供することを目的とす
るものである。
上記の目的で研究を重ねた結果、本発明者等は
ピストンリングの摺動面に特定配合比のアルミナ
−チタニア粉末をプラズマ溶射して得た摺動部材
すなわちピストンリングが、シリンダライナーと
して従来の合金鋳鉄と摺動する場合には相手部材
を摩耗するが窒化珪素と摺動する場合には、ピス
トンリング自体が摩耗しないうえ、相手部材を攻
撃して摩耗させることもないことを見出して、本
発明を完成した。
すなわち、本発明の摺動部材は摺動可能な一対
の部材のうち一方の部材が窒化珪素からなる摺動
部を有し、他方の部材の摺動部がアルミナ70〜50
重量%とチタニア30〜50重量%からなる溶射層で
あることを特徴とする。
本発明を構成し、窒化珪素の摺動部を有する部
材は、窒化珪素セラミツクス単独からなる部材で
もよいし、金属母材上に窒化珪素セラミツクスを
ライニングしたものでもよい。窒化珪素セラミツ
クスは通常の方法により焼結した焼結体が使用で
きその形状はピストンリング自体、またはそのラ
イニング材、或いはその他の部品形状等、使用目
的に応じて自由に変更することができ限定される
ことがない。
窒化珪素の焼結体と金属との接合は300〜500℃
に保たれた炉中(大気中或はアルゴンガス等の不
活性雰囲気中)に金属体を入れ熱膨張した内径等
に窒化珪素の焼結体を、はめこみ常温まで徐冷さ
せ金属の収縮によつて固定させる焼きばめ方法が
用いられる。あるいはまた、窒素雰囲気中で金属
珪素を、母材金属の表面にスパツタリングするこ
とにより該金属表面に窒化珪素の被膜を形成せし
めたものを摺動部材として使用することもでき
る。
上記の部材と摺動する相手部材には、相手部材
がピストンリングであれば鋳鉄、鋼鉄からなる所
定形状の母材の摺動面に酸化チタン(チタニア)
及び酸化アルミニウム(アルミナ)よりなる溶射
皮膜を設けたものが使用される。すなわち30ない
し50重量%の酸化チタンと70ないし50重量%の酸
化アルミニウムよりなる混合粉末或は複合粉末を
使用し、アーク溶射、ガス溶射またはプラズマ溶
射を行うが母材への付着性の点から特にプラズマ
溶射が好ましい。なおプラズマ溶射の場合には上
記2種類の成分を粉末として用いるのがよい。こ
こでアルミナ(酸化アルミニウム)とチタニア
(酸化チタン)の配合割合をアルミナ70〜50%チ
タニア30〜50%としたのはアルミナの耐摩耗性と
チタニアの熱的特性(サーマルストレスによるク
ラツク等の発生に強い)の効果が最も有効に発揮
される範囲である。第2図及び第3図はそれぞ
れ、アルミナ−チタニア配合比を変えた場合に耐
摩耗性(後記実施例1の試験によるデータ)及び
耐亀裂性(熱衝撃試験機によるデータ)がどう変
化するかを示したグラフであるが、これらのグラ
フから判るように、アルミナが70%以上でチタニ
アが30%以下の場合は、特に500℃以上の高温下
で使用するとクラツクが発生しやすく問題となり
逆にアルミナが50%以下でチタニアが50%以上の
場合は特に相手材が窒化珪素のように硬いセラミ
ツクスの場合は、自身の耐摩耗性が急激に多くな
り耐摩耗性に問題があることや粉末コストがより
高くなるなどの問題がある。よつてアルミナとチ
タニアの配合割合はアルミナ70〜50%チタニア30
〜50%が最もよい範囲である。
粉末粒度はいずれも280メツシユ(53μ)より
細かいものが望ましく88μより粗いと得られた溶
射層に気孔が多くなり耐摩耗性、耐焼きつき性が
悪くなる。溶射層の厚さとしては0.1ないし0.25
mmが望ましい。0.05mmより薄いと表面に均一な厚
さの溶射層は得られず、また0.3mmより厚いと溶
射層の剥離が発生しやすい欠点がある。
尚アルミナ−チタニアの溶射層と金属母材との
密着性を向上させるために金属母材は前処理とし
てシヨツトブラストが施こされる。このシヨツト
ブラストの粗面化による金属母材の表面粗さは20
〜40μRzが好ましい。
又更に密着性を向上させるためにこの粗面化さ
れた金属母材上に金属母材との密着性に優れる
Ni−Al複合粉末(メテコ社製メテコ450)、Ni−
Cr−Al(メテコ社製メテコ443)粉末等によつて
下地溶射(溶射厚さ20〜80μ)が施こされると効
果が大きい。
以下、本発明に係る摺動部材の組合わせを実施
例により具体的に説明し、従来のものと比較す
る。なお例中「%」は「重量%」を表わす。
実施例 1 ピストンリングの母材として球状黒鉛鋳鉄製の
外径35.0mm、内径31.0mm、厚さ(巾)8.75mmの回
転試験片を用い、その外周面に異なる処理方法に
より厚さ0.1ないし0.2mmの被覆層を形成せしめて
下記の摺動部材を得た。
(A) クロムメツキ処理をした部材 (B) Fe−Cr合金(組成:Fe−65%Cr−8.2%C−
1.5%Si、粉末粒度10〜74μ、以下同じ)のプラ
ズマ溶射処理をした部材 (C) Ni−Al粉末(メテコ社製 メテコ450)によ
る下地溶射層(40〜60μ)の上にアルミナ−チ
タニア複合粉末(組成:Al2O3−40%TiO2,メ
テコ131VF−10、以下同じ)によりプラズマ溶
射した部材 そして形成された各々のメツキ面及び溶射面を
研削加工した。
上記の処理を施した各回転試験片を相手部材
(シリンダライナ材料)である長さ15.75mm、巾
6.35mm、高さ10.2mmの、 (D) 合金鋳鉄製及び (E) ホツトプレスした窒化珪素製のブロツク試験
片の各端面(15.75mm×6.35mm)と接するよう
に配置し、接触面に潤滑油としてモータオイル
10W−30を供給した摩耗試験機を使用し、回転
数160rpm、荷重180Kgで1時間の摩耗試験を実
施した。
摺動部材の組合せシリンダライナ ピストンリング D A 比較例 D B 〃 D C 〃 E A 〃 E B 〃 E C 実施例 上記組合せによる試験結果を図に示す。図中、
横軸に関して上方の縦軸はブロツク試験片の摩耗
量(μ)を表わし、横軸に関して下方の縦軸は回
転試験片の摩耗量(mg)を表わし、(A)〜(E)の符号
は前記の符号と一致させてあり、図のグラフから
以下のことが判明した。
シリンダライナの材料としての(D)と(E)を比較す
るとピストンリングに従来の材料を用いた場合
(D−A,D−B,E−A,E−B)、(E)の摩耗は
(D)よりも減少するが相手部材である(A)及び(B)の摩
耗量が著しく増大する。これに対しピストンリン
グに本発明により(C)を使用した場合、(C)自身の摩
耗量は(A)(B)に比し格段に低いがシリンダライナが
(D)の合金鋳鉄であると(D)の摩耗量が(A)(B)を相手に
したときよりもかえつて増加する。これに対し、
シリンダライナが(E)の窒化珪素のときは全く逆の
傾向を示して(E)の摩耗量は(C)を相手にしたとき最
少であり、(C)自身の摩耗量も(A),(B)に比し格段に
低い。
以上を要約すると、本発明の構成要素である(C)
のアルミナチタニア合金を溶射した部材は(E)の窒
化珪素との組合せにおいて最も効果を発揮してい
るということができる。
実施例 2 アルミナ−チタニア複合粉末(Al2O3−40%
TiO2、メテコ131VF−10)を用いて球状黒鉛鋳
鉄製のピストンリング基材の摺動面にNi−Al下
地溶射を施し(40〜60μ)続いてその上にアルミ
ナチタン複合粉末(Al2O3−4%TiO2メテコ
131VF−10)を溶射し、通常の研削加工、ラツピ
ング加工を施し実機試験用のピストンリング(摺
動面の表面粗さ:0.5〜2.0μRz)を製作した。加
工後のトータル溶射層厚さは0.15mmである。また
比較用としてクロムメツキを施したピストンリン
グ、鉄−クロム合金粉末溶射を施したピストンリ
ング(厚さ0.15mm)を製作した。
上記3種のピストンリングをそれぞれデイーゼ
ルエンジンに組込み、実機による耐久試験を実施
した。但し使用したデイーゼルエンジンは排気量
2188c.c.、シリンダ孔径90mm、ストローク86mm、4
サイクル4気筒のものであり、シリンダライナと
してはホツトプレス法により製作した窒化珪素製
のものを用いた。試験条件はエンジン回転数
5200rpm全負荷とし、燃料として軽油を用い500
時間の連続試験を行なつた。
この結果、ピストンリングの厚さ方向の平均摩
耗量はクロムメツキを施したものが83μ、鉄クロ
ム合金溶射を施したものが55μであつたのに対
し、アルミナ−チタニア溶射を施したものは7μ
に過ぎず、極めて優秀であつた。また前2者は摺
動方向のたて傷が見受けられ、焼きつきの兆候を
呈しているに対し、アルミナ−チタニア溶射のも
のにはこれが認められず、耐焼きつき性能もすぐ
れていることが確認された。なお相手部材のシリ
ンダライナの摩耗量はクロムメツキを施したピス
トンリングと組合せた場合を除いては軽微で問題
のないことが確認された。また500時間の試験中
のオイル消費量およびブローバイガス量はアルミ
ナ−チタニア溶射のピストンリングを使用した場
合が他に比して良好であつた。これはピストンリ
ング材料の摩耗量の差違と関連するものと思われ
る。
本発明の摺動部材は上述したような構成であ
り、摺動部材のうちの一方の部材の摺動部を窒化
珪素とし、その相手部材の摺動面材料として特定
組成のアルミナ−チタニア合金溶射したものを使
用することにより、 従来のピストンリング材料に比べて自身の摩
耗が大巾に減少する。
シリンダライナ(窒化珪素)の摩耗は従来
品、或いは従来の組合せに比べて低く抑えるこ
とができる。
シリンダライナとの耐焼付性が向上する。
窒化珪素のシリンダライナを支障なく使用で
きることにより燃費の向上に資することができ
る。
等の効果を有し、更に2次的にはアルミナ−チタ
ニア溶射したものはオイル消費量、ブローバイガ
スの量が少なくなる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例1の各摺動部材の組合せ
における耐摩耗性を示すグラフ、第2図はアルミ
ナ−チタニア配合比と耐摩耗性の関係を示すグラ
フ、第3図はアルミナ−チタニア配合比と耐亀裂
性の関係を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 摺動可能な一対の部材のうち、一方の部材が
    窒化珪素からなる摺動部を有し、他方の部材の摺
    動部がアルミナ50〜70重量部とチタニア30〜50重
    量部からなる溶射層であることを特徴とする摺動
    部材。
JP57159132A 1982-09-13 1982-09-13 摺動部材 Granted JPS5947523A (ja)

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JP57159132A JPS5947523A (ja) 1982-09-13 1982-09-13 摺動部材

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JP57159132A JPS5947523A (ja) 1982-09-13 1982-09-13 摺動部材

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JPS5947523A JPS5947523A (ja) 1984-03-17
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JP57159132A Granted JPS5947523A (ja) 1982-09-13 1982-09-13 摺動部材

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Families Citing this family (3)

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DE3528934A1 (de) * 1985-08-13 1987-02-26 Feldmuehle Ag Gleitelement aus keramischem werkstoff
JPH0621330B2 (ja) * 1988-06-15 1994-03-23 株式会社日立製作所 連続溶融金属めっき装置及びその使用方法
FR3014450B1 (fr) * 2013-12-05 2020-03-13 Liebherr-Aerospace Toulouse Sas Materiau de revetement autolubrifiant pour une utilisation a haute temperature et une piece revetue d'un tel materiau

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JPS5623537A (en) * 1979-08-02 1981-03-05 Toshiba Corp Cylinder for internal combustion engine

Family Cites Families (1)

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JPS55172633U (ja) * 1979-05-30 1980-12-11

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JPS5947523A (ja) 1984-03-17

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