JPH0552263A - Piston ring - Google Patents

Piston ring

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Publication number
JPH0552263A
JPH0552263A JP23215891A JP23215891A JPH0552263A JP H0552263 A JPH0552263 A JP H0552263A JP 23215891 A JP23215891 A JP 23215891A JP 23215891 A JP23215891 A JP 23215891A JP H0552263 A JPH0552263 A JP H0552263A
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JP
Japan
Prior art keywords
piston ring
cobalt
nickel
composite plating
average particle
Prior art date
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Pending
Application number
JP23215891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Shinada
学 品田
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0552263A publication Critical patent/JPH0552263A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a piston ring which possesses the superior seizure resistance and abrasion resistance. CONSTITUTION:A piston ring has an outer peripheral sliding surface consisting of a composite plated layer which is formed by dispersing the chrome oxide particles having an average particle diameter of 0.5-10mum in 5-40% in area ratio, into a substrate made of the Co-Ni-p alloy consisting of 1-10wt.% P, 10-40wt.% Ni, and 55-80wt.% cobalt.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用のピストン
リング、特に耐焼付性及び耐摩耗性に優れた複合めっき
層を有するピストンリングに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring for an internal combustion engine, and more particularly to a piston ring having a composite plating layer having excellent seizure resistance and wear resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】エンジンのシリンダボアの中でピストン
に装着されて高速で摺動するピストンリングは、耐摩耗
性を高めるために硬質クロムめっきを施したものが一般
に使用されている。しかし、クロムめっきは処理にかな
りの時間を要するうえに、高鉛ガソリンを燃料とするエ
ンジンや、高負荷のエンジンに使用した場合、耐摩耗
性、耐焼付性および耐蝕性などに問題があった。
2. Description of the Related Art A piston ring, which is mounted on a piston in a cylinder bore of an engine and slides at a high speed, is generally plated with hard chrome to improve wear resistance. However, chrome plating takes a considerable amount of time to process, and when used in high-lead gasoline fueled engines and high-load engines, there were problems with wear resistance, seizure resistance, and corrosion resistance. ..

【0003】このような問題点を解決するために、ニッ
ケル−燐などの合金マトリックス中に窒化物や酸化物、
あるいは炭化物などの硬質粒子を分散させた複合めっき
が注目されている。これは、複合めっきあるいは分散め
っきと呼ばれ、分散させる粒子の種類や大きさ、それに
分散量を変えることによって耐摩耗性、耐焼付性および
耐蝕性などの改善に優れた効果を示す。
In order to solve such problems, nitrides and oxides are contained in an alloy matrix such as nickel-phosphorus,
Alternatively, composite plating in which hard particles such as carbide are dispersed has been receiving attention. This is called composite plating or dispersion plating, and exhibits excellent effects in improving wear resistance, seizure resistance, corrosion resistance and the like by changing the type and size of particles to be dispersed and the amount of dispersion.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、エンジンの高
性能化の著しい昨今の状況下、エンジン機種によって
は、このような複合めっきを用いても満足のいく結果は
得られないことがわかった。
However, it has been found that, under the recent circumstances in which engine performance is remarkably improved, even if such composite plating is used, satisfactory results cannot be obtained depending on the engine model.

【0005】従って、本発明の目的は、従来の硬質クロ
ムめっき等の有する欠点を解消し、耐焼付性及び耐摩耗
性に優れたピストンリングを提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to solve the drawbacks of the conventional hard chrome plating and to provide a piston ring having excellent seizure resistance and wear resistance.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、特定の合金組成比を有するコバル
ト−ニッケル−燐合金の基地中に、粒子が分散した複合
めっき層を設けることによって耐焼付性及び耐摩耗性の
優れたピストンリングが得られることを発見し、本発明
を完成した。
As a result of earnest research in view of the above problems, the present inventors have established a composite plating layer in which particles are dispersed in a base of a cobalt-nickel-phosphorus alloy having a specific alloy composition ratio. It was discovered that a piston ring excellent in seizure resistance and wear resistance can be obtained by doing so, and completed the present invention.

【0007】すなわち、本発明の第一のピストンリング
は、外周摺動面に、1〜10重量%の燐と、10〜40重量%
のニッケルと55〜80重量%のコバルトとからなるコバル
ト−ニッケル−燐合金の基地中に、平均粒径 0.5〜10μ
mの酸化クロム粒子を面積比で5〜40%分散した複合め
っき層を有することを特徴とする。
That is, the first piston ring of the present invention has 1 to 10% by weight of phosphorus and 10 to 40% by weight on the outer peripheral sliding surface.
In a matrix of cobalt-nickel-phosphorus alloy consisting of nickel and 55-80% by weight of cobalt, the average particle size is 0.5-10 μm.
It is characterized by having a composite plating layer in which the chromium oxide particles of m are dispersed in an area ratio of 5 to 40%.

【0008】また、本発明の第二のピストンリングは、
外周摺動面に、1〜10重量%の燐と、10〜40重量%のニ
ッケルと55〜80重量%のコバルトとからなるコバルト−
ニッケル−燐合金の基地中に、平均粒径 0.5〜10μmの
酸化クロム粒子を面積比で5〜40%と、平均粒径0.5 〜
10μmの固体潤滑材粒子とを面積比で5〜20%分散した
複合めっき層を有することを特徴とする。
The second piston ring of the present invention is
Cobalt composed of 1 to 10 wt% phosphorus, 10 to 40 wt% nickel and 55 to 80 wt% cobalt on the outer peripheral sliding surface.
Chromium oxide particles having an average particle size of 0.5 to 10 μm in an area ratio of 5 to 40% and an average particle size of 0.5 to
It is characterized by having a composite plating layer in which solid lubricant particles of 10 μm are dispersed in an area ratio of 5 to 20%.

【0009】本発明を以下詳細に説明する。本発明のピ
ストンリングの摺動面に設ける複合めっき層は、コバル
ト−ニッケル−燐合金からなる基地に粒子を分散したも
のである。
The present invention is described in detail below. The composite plating layer provided on the sliding surface of the piston ring of the present invention is one in which particles are dispersed in a matrix composed of a cobalt-nickel-phosphorus alloy.

【0010】合金基地中に燐を含有させ、熱硬化処理を
行なうことにより、基地の硬度が高くなり、耐摩耗性に
優れた効果を示し、また基地の耐蝕性の改善にも効果を
示す。燐の量が1重量%未満では熱硬化処理を行っても
硬度が高くならず、耐摩耗性を向上させる効果は少な
い。また10重量%を超えると硬度は増すが、めっき皮膜
はかえって脆くなって衝撃強度が弱くなり、皮膜の密着
性も悪くなる。したがって、燐の量は1〜10重量%とす
る。好ましい燐の含有量は1.5 〜6重量%である。
When phosphorus is contained in the alloy matrix and the heat treatment is performed, the hardness of the matrix is increased, the effect of excellent wear resistance is exhibited, and the effect of improving the corrosion resistance of the matrix is also exhibited. When the amount of phosphorus is less than 1% by weight, the hardness does not increase even if the heat curing treatment is performed, and the effect of improving wear resistance is small. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the hardness increases, but the plating film becomes rather brittle and the impact strength becomes weak, and the adhesion of the film also deteriorates. Therefore, the amount of phosphorus is 1 to 10% by weight. The preferred phosphorus content is 1.5 to 6% by weight.

【0011】また、合金基地中にニッケルを含有させる
ことにより、皮膜の耐熱性、耐蝕性及び靱性が改善さ
れ、さらに皮膜の強度も向上する。ニッケルの量が10重
量%未満では上記の効果が顕著に得られず、また40重量
%を超えてもその効果に著しい変化はない。従って、ニ
ッケルの量は10〜40重量%とする。好ましいニッケルの
含有量は15〜35重量%である。
Further, the inclusion of nickel in the alloy matrix improves the heat resistance, corrosion resistance and toughness of the coating, and further enhances the strength of the coating. If the amount of nickel is less than 10% by weight, the above effect cannot be remarkably obtained, and if it exceeds 40% by weight, the effect is not significantly changed. Therefore, the amount of nickel is 10-40% by weight. The preferable nickel content is 15 to 35% by weight.

【0012】さらに、合金基地中にコバルトを含有させ
ることにより、合金基地の耐熱性や耐食性が改善される
とともに、皮膜の圧壊疲労強度も向上する。またディー
ゼル機関のようなピストンリング温度が300 ℃を超える
ような使用条件では、表面のコバルトが酸化されて四酸
化三コバルトが生成する。これによって摺動摩擦に好ま
しい低摩擦係数の酸化物層が形成される。この複合めっ
き皮膜の合金基地中のコバルトの量が55重量%未満では
上記の効果が顕著に得られず、また80重量%を超えても
その効果に著しい変化はないので、55〜80重量%とす
る。好ましいコバルトの含有量は60〜80重量%である。
Further, by containing cobalt in the alloy matrix, the heat resistance and corrosion resistance of the alloy matrix are improved, and the crush fatigue strength of the coating is also improved. Also, under the operating conditions where the piston ring temperature exceeds 300 ° C such as in diesel engines, the cobalt on the surface is oxidized to form tricobalt tetroxide. As a result, an oxide layer having a low coefficient of friction suitable for sliding friction is formed. If the amount of cobalt in the alloy matrix of this composite plating film is less than 55% by weight, the above effect cannot be obtained remarkably, and even if it exceeds 80% by weight, there is no significant change in the effect. And The preferable cobalt content is 60 to 80% by weight.

【0013】合金基地中に酸化クロム(Cr2 O 3 ) 粒子
を分散させることによって、皮膜の耐摩耗性が改善され
る。分散する酸化クロム粒子の容量は5〜40面積%で、
かつその平均粒径は 0.5〜10μmとする。容量が5面積
%未満あるいは平均粒径が 0.5μm未満では耐摩耗性の
改善効果が少ない。また容量が40面積%あるいは平均粒
径が10μmを超えると皮膜の強度が低下し、さらに相手
材の摩耗を大きくすることになる。好ましい酸化クロム
粒子の容量は10〜20面積%であり、好ましい平均粒径は
1〜2μmである。
By dispersing chromium oxide (Cr 2 O 3 ) particles in the alloy matrix, the wear resistance of the coating is improved. The volume of chromium oxide particles dispersed is 5 to 40% by area,
And the average particle size is 0.5 to 10 μm. If the capacity is less than 5% by area or the average particle size is less than 0.5 μm, the effect of improving wear resistance is small. On the other hand, when the capacity is 40% by area or the average particle size exceeds 10 μm, the strength of the film is lowered and the wear of the mating material is increased. The preferred volume of chromium oxide particles is 10 to 20 area%, and the preferred average particle size is 1 to 2 μm.

【0014】また、合金基地中に酸化クロム粒子と共に
固体潤滑材粒子を分散させると、皮膜の耐摩耗性、耐焼
付性をさらに改善することができる。固体潤滑材粒子と
しては、二硫化モリブデンや二硫化タングステン、ボロ
ンナイトライドなどがよい。固体潤滑材粒子の容量は5
〜20面積%で、かつその平均粒径は 0.5〜10μmとす
る。容量が5面積%未満あるいは平均粒径が0.5μm未
満では、耐摩耗性、耐焼付性の改善効果が少ない。また
容量が20面積%あるいは平均粒径が10μmを超えると皮
膜の強度が低下し、脆くなって脱落しやすくなる。好ま
しい固体潤滑材粒子の容量は5〜15面積%であり、好ま
しい平均粒径は1〜2μmである。
Further, when the solid lubricant particles are dispersed together with the chromium oxide particles in the alloy matrix, the wear resistance and seizure resistance of the coating can be further improved. As the solid lubricant particles, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, boron nitride and the like are preferable. The volume of solid lubricant particles is 5
.About.20 area%, and the average particle size is 0.5 to 10 .mu.m. If the capacity is less than 5% by area or the average particle size is less than 0.5 μm, the effect of improving wear resistance and seizure resistance is small. Further, when the capacity is 20 area% or the average particle size exceeds 10 μm, the strength of the film is reduced, and the film becomes brittle and easily comes off. The volume of the preferred solid lubricant particles is 5 to 15 area%, and the preferred average particle size is 1 to 2 μm.

【0015】複合めっき皮膜を形成した後、大気中、30
0 〜500 ℃の高温で1〜2時間、熱硬化処理を施せば、
複合めっき皮膜表面のコバルトが酸化されて四酸化三コ
バルト層が形成し、また、皮膜中の燐がニッケル、コバ
ルトにより強く固溶し皮膜の硬度を高める。複合めっき
皮膜表面に生成されたコバルト酸化物層は摺動摩擦に好
ましい低摩擦係数を有する。
After the composite plating film is formed, it is exposed to 30
If heat-treated at a high temperature of 0 to 500 ° C for 1 to 2 hours,
The cobalt on the surface of the composite plating film is oxidized to form a tricobalt tetroxide layer, and the phosphorus in the film is more solidly dissolved by nickel and cobalt to increase the hardness of the film. The cobalt oxide layer formed on the surface of the composite plating film has a low coefficient of friction that is favorable for sliding friction.

【0016】また、複合めっき皮膜を形成し、必要に応
じて上述の熱硬化処理を施した後、大気中、300 〜500
℃の高温で1〜3時間、複合めっき皮膜の仕上げ表面に
酸化処理を施せば、複合めっき皮膜表面のコバルト元素
がより多く四酸化三コバルトに変化し、四酸化三コバル
ト層(厚さ2〜3μm)を生成することにより、ピスト
ンリングの耐焼付性が向上し、かつピストンリングの側
面摩耗及び相手材の磨耗(シリンダライナ摩耗量)がさ
らに低減する。
In addition, after forming a composite plating film and subjecting it to the above-mentioned thermosetting treatment, if necessary, in the atmosphere, 300 to 500
If the finish surface of the composite plating film is subjected to oxidation treatment at a high temperature of ℃ for 1 to 3 hours, more cobalt elements on the surface of the composite plating film will change to tricobalt tetraoxide, and the tricobalt tetraoxide layer (thickness 2 to 3 μm), the seizure resistance of the piston ring is improved, and the side surface wear of the piston ring and the wear of the mating material (cylinder liner wear amount) are further reduced.

【0017】[0017]

【実施例】本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳
細に説明する。実施例1 ピストンリング用鋼材で加工した、先端端面が5mm×5
mmの直方体の試験片に、まず第一工程として、摺動面に
通例のニッケルストライクめっき方法で、厚さ5μmの
ニッケルめっきを形成しておき、次に第二工程として、
表1に示す浴組成および下記のめっき条件で、平均粒径
1μmの酸化クロムを分散した厚さ120μmのコバルト
−ニッケル−燐複合めっきを形成した。
The present invention will be described in more detail by the following specific examples. Example 1 The tip end surface processed with a steel material for a piston ring is 5 mm × 5
First, as a first step, a 5 mm thick nickel plating is formed on the sliding surface of a rectangular parallelepiped test piece by a conventional nickel strike plating method, and then, as a second step,
Under the bath composition shown in Table 1 and the following plating conditions, a cobalt-nickel-phosphorus composite plating having a thickness of 120 μm in which chromium oxide having an average particle diameter of 1 μm was dispersed was formed.

【0018】(めっき条件) 液温 50〜53℃ pH 4.5 電流密度 8 A/dm2 めっき時間 2時間(Plating conditions) Liquid temperature 50 to 53 ° C pH 4.5 Current density 8 A / dm 2 Plating time 2 hours

【0019】さらに第三工程として、大気中、400 ℃で
1時間加熱して熱硬化処理を行った。
Further, as the third step, heat curing treatment was carried out by heating in air at 400 ° C. for 1 hour.

【0020】実施例2 実施例1と同じ試験片に、実施例1と同様にめっき処理
と熱硬化処理を行った。ただし、めっき浴成分の中には
表1に示す通り、平均粒径1.2 μmのボロンナイトライ
ドを加えた。得られた複合めっき層の金属組織の顕微鏡
写真(×400)を図1に示す。
Example 2 The same test piece as in Example 1 was subjected to plating treatment and thermosetting treatment as in Example 1. However, as shown in Table 1, boron nitride having an average particle size of 1.2 μm was added to the plating bath components. A micrograph (× 400) of the metal structure of the obtained composite plating layer is shown in FIG.

【0021】実施例3 実施例1と同じ試験片に、実施例1と同様にめっき処理
と熱硬化処理を行った後、大気中、400 ℃で3時間複合
めっき層の仕上げ表面に酸化処理を施した。
Example 3 The same test piece as in Example 1 was subjected to the plating treatment and the thermosetting treatment in the same manner as in Example 1, and then the finished surface of the composite plating layer was subjected to oxidation treatment in the air at 400 ° C. for 3 hours. gave.

【0022】実施例4 実施例1と同じ試験片に、実施例1と同様にめっき処理
と熱硬化処理を行った後、大気中、400 ℃で3時間複合
めっき層の仕上げ表面に酸化処理を施した。ただし、め
っき浴成分の中には表1に示す通り、平均粒径1.2 μm
のボロンナイトライドを加えた。
Example 4 The same test piece as in Example 1 was subjected to the plating treatment and the thermosetting treatment in the same manner as in Example 1, and then the finished surface of the composite plating layer was subjected to oxidation treatment in the air at 400 ° C. for 3 hours. gave. However, as shown in Table 1, some plating bath components have an average particle size of 1.2 μm.
Boron Night Ride was added.

【0023】 表1 成分量(g/リットル) 浴組成 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 硫酸コバルト 200 200 200 200 硫酸ニッケル 30 30 30 30 塩化ニッケル 30 30 30 30 次亜燐酸ソーダ 2 2 2 2 ホウ酸 30 30 30 30 酸化クロム 40 40 40 40 ボロンナイトライド 0 10 0 10 Table 1 Component amount (g / liter) Bath composition Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Cobalt sulfate 200 200 200 200 Nickel sulfate 30 30 30 30 Nickel chloride 30 30 30 30 Sodium hypophosphite 2 2 2 2 Boric acid 30 30 30 30 Chromium oxide 40 40 40 40 Boron nitride 0 10 0 10

【0024】得られた実施例1〜4の複合めっき皮膜の
組成を表2に示す。また、めっき皮膜の硬度をマイクロ
ビッカース硬度計で測定した。その結果、実施例1が87
0 、実施例2が860 、実施例3が900 、実施例4が790
であった。
Table 2 shows the composition of the obtained composite plating films of Examples 1 to 4. Further, the hardness of the plating film was measured with a micro Vickers hardness meter. As a result, the first embodiment is 87
0, Example 2 is 860, Example 3 is 900, and Example 4 is 790.
Met.

【0025】 表2めっき皮膜組成 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 コバルト (重量%) 67 67 67 67 ニッケル (重量%) 20 20 20 20 燐 (重量%) 3 3 3 3 酸化クロム (面積%) 25 25 25 25 ボロンナイトライド(面積%) 0 10 0 10 Table 2 Plating Film Composition Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Cobalt (wt%) 67 67 67 67 Nickel (wt%) 20 20 20 20 Phosphorus (wt%) 3 3 3 3 Chromium oxide ( Area%) 25 25 25 25 Boron nitride (area%) 0 10 0 10

【0026】次に、得られた実施例1〜4のピストンリ
ング材について摩耗試験及び焼付試験を行った。以下に
試験方法の概略と試験結果を示す。
Next, abrasion tests and seizure tests were carried out on the obtained piston ring materials of Examples 1 to 4. The outline of the test method and the test results are shown below.

【0027】a)摩耗試験 摩耗試験は第2図及び第3図に示すライダー方式の摩耗
試験機によって行った。シリンダー材などとして使用さ
れる鋳鉄材FC25製で摺動面2がホーニング仕上げされ
た円板3が、ステータホルダー1に取外し可能に取付け
られており、その中央には裏側から注油孔4を通して潤
滑油が供給されるようにしてある。また、油圧装置(図
示せず)によってステータホルダ1には図において右方
へ向けて所定圧力で押圧力がかかるようにしてある。
A) Abrasion test The abrasion test was carried out by a rider type abrasion tester shown in FIGS. 2 and 3. A disk 3 made of cast iron material FC25, which is used as a cylinder material, etc., and whose sliding surface 2 is honing-finished, is detachably attached to the stator holder 1, and lubricating oil is passed through the oiling hole 4 from the back side in the center thereof. Is supplied. Further, a pressing force is applied to the stator holder 1 by a hydraulic device (not shown) at a predetermined pressure toward the right in the drawing.

【0028】円板3に対向してロータ5上に取付けられ
た試験片保持具6の回転軸と同心の円周上に等間隔に刻
設された4個の取り付け孔に、上記実施例1〜4の表面
処理が施された試験片7が取付けられている。試験片の
5mm×5mm角の先端面が円板3の摺動面2に接触し、図
示しない駆動装置によって所定速度で回転する。
In the first embodiment described above, four mounting holes are formed at equal intervals on a circle concentric with the rotation axis of the test piece holder 6 mounted on the rotor 5 so as to face the disk 3. The test piece 7 which has been subjected to the surface treatment of ~ 4 is attached. The 5 mm × 5 mm square tip surface of the test piece comes into contact with the sliding surface 2 of the disc 3 and is rotated at a predetermined speed by a driving device (not shown).

【0029】試験はステータ側の注油孔4から一定油温
の潤滑油を摺動面に供給しながら行なう。試験片7が所
定の摺動距離だけ円板3上を摺動したときの試験片7と
ステータ円板3の摩耗量によって耐摩耗性を評価する。
The test is carried out while supplying lubricating oil having a constant oil temperature to the sliding surface from the oil injection hole 4 on the stator side. The wear resistance is evaluated by the wear amount of the test piece 7 and the stator disk 3 when the test piece 7 slides on the disk 3 by a predetermined sliding distance.

【0030】具体的には、潤滑油として、加鉛ガソリン
を燃料とする実機テストに使用後のエンジンオイルSA
ENo.30 にダスト(JIS2種)を0.2g/リットル添
加した温度80℃の油を、注油孔4から供給し、ステータ
ホルダ1に対してロータ5側に向けて油圧 100kg/cm 2
の押圧力を加えながら、試験片7の摩擦速度を3〜5m
/sec とし、摺動距離が 100kmとなるまでロータ5を回
転させた。
Specifically, as a lubricating oil, engine oil SA after being used in an actual machine test using leaded gasoline as a fuel
Dust (JIS class 2) 0.2 g / liter was added to ENo.30, and oil at a temperature of 80 ° C was supplied from the oiling hole 4 to the stator holder 1 toward the rotor 5 and the oil pressure was 100 kg / cm 2
The friction speed of the test piece 7 is 3 to 5 m while applying the pressing force of
/ Sec and the rotor 5 was rotated until the sliding distance became 100 km.

【0031】前記実施例1〜4で得られた試験片の他
に、比較のため一般に耐摩耗性表面処理に用いられる硬
質クロムめっき、モリブデン溶射についても同様の試験
を行った。試験結果を次の表3に示す。
In addition to the test pieces obtained in Examples 1 to 4, the same tests were conducted for hard chrome plating and molybdenum spraying, which are generally used for abrasion-resistant surface treatment, for comparison. The test results are shown in Table 3 below.

【0032】 [0032]

【0033】b)焼付試験 上記摩耗試験と同じ試験機を使って焼付試験を行った。
ロータ5を回転させると、試験片7と円板3との摩擦に
よってステータホルダ1には図3に示すようにトルクF
が生ずる。このトルクFをスピンドル8を介してロード
セル9に作用させ、押圧力の変化によるトルクFの変化
を動歪計10で読み取った。トルクFが急激に上昇したと
きに焼付けが生じたものとみなして、そのときの押圧力
をもって耐焼付き性を評価した。
B) Seizure test A seizure test was conducted using the same tester as the above abrasion test.
When the rotor 5 is rotated, friction between the test piece 7 and the disc 3 causes the torque F on the stator holder 1 as shown in FIG.
Occurs. This torque F was applied to the load cell 9 via the spindle 8, and the change in the torque F due to the change in the pressing force was read by the dynamic strain gauge 10. It was considered that seizure occurred when the torque F rapidly increased, and the seizure resistance was evaluated by the pressing force at that time.

【0034】潤滑油は摩耗試験のものと同じものを使用
し、ステータホルダ1にはロータ側に向けてまず油圧40
kg/cm 2 の押圧力を加え、摩擦速度8m/sec でロータ
5を3分間回転させ、次に押圧力を50kg/cm 2 として3
分間回転させる。このようにして順次押圧力を10kg/cm
2 ずつ段階的に増加して各々3分間保持し、ロードセル
9を介して動歪計10でトルクFの変化を記録し、急激に
トルクが増加したときの押圧力から接触面圧を求めて焼
付発生面圧とした。試験結果を次の表4に示す。
The same lubricating oil as that used in the wear test was used, and the stator holder 1 had a hydraulic pressure of 40% toward the rotor side.
Apply a pressing force of kg / cm 2 and rotate the rotor 5 for 3 minutes at a friction speed of 8 m / sec, then set the pressing force to 50 kg / cm 2 and
Spin for minutes. In this way, the pressing force is sequentially increased to 10 kg / cm.
Gradually increase by 2 and hold for 3 minutes each, record the change of the torque F with the dynamic strain gauge 10 through the load cell 9, and obtain the contact surface pressure from the pressing force when the torque suddenly increases to print. The generated surface pressure was used. The test results are shown in Table 4 below.

【0035】 [0035]

【0036】c)実機試験 呼び径×巾×厚さが86mm× 1.5mm× 3.3mmのSUS440
B17クロム鋼製第一圧力リングの外周摺動面に、後述す
る各種の本発明の複合めっきを施し、ボア径86mm、4気
筒の水冷過給機付きディーゼルエンジンに組み付けた。
軽油を燃料とし、5200rpm 、全負荷で 100時間の高速耐
久試験を行い、第一圧力リングの外周摺動面、上下側面
および鋳鉄(FC25)製シリンダライナ内周面の摩耗量
を測定した。
C) Actual machine test Nominal diameter x width x thickness 86 mm x 1.5 mm x 3.3 mm SUS440
The outer peripheral sliding surface of the B17 chrome steel first pressure ring was subjected to various kinds of composite plating of the present invention described later, and assembled on a 4-cylinder water-cooled supercharged diesel engine with a bore diameter of 86 mm.
Using light oil as a fuel, a high-speed durability test was conducted at 5200 rpm for 100 hours at full load, and the wear amount of the outer peripheral sliding surface, the upper and lower side surfaces of the first pressure ring and the inner peripheral surface of the cast iron (FC25) cylinder liner was measured.

【0037】なお、本発明の複合めっきとしては、燐が
3重量%、ニッケルが20重量%及びコバルト67重量%の
コバルト−ニッケル−燐合金基地中に、平均粒径1.8 μ
mの酸化クロムを20面積%分散させて複合めっきを形成
後、400 ℃×1時間の熱硬化処理を施したもの(実施例
5)、実施例5と同じ合金基地中に平均粒径1.8 μmの
酸化クロムを20面積%と平均粒径3μmのボロンナイト
ライドを15容量%分散させて複合めっきを形成後、400
℃×1時間の熱硬化処理を施したもの(実施例6)、実
施例5のものにさらに400 ℃×3時間の大気中酸化処理
を施したもの(実施例7)、及び実施例6のものにさら
に400 ℃×3時間の大気中酸化処理を施したもの(実施
例8)を用いた。
The composite plating of the present invention has a mean grain size of 1.8 μm in a cobalt-nickel-phosphorus alloy matrix containing 3% by weight of phosphorus, 20% by weight of nickel and 67% by weight of cobalt.
m chromium oxide was dispersed in 20 area% to form a composite plating, and then heat-cured at 400 ° C. for 1 hour (Example 5). The same alloy matrix as in Example 5 had an average particle size of 1.8 μm. 20% by area of chromium oxide and 15% by volume of boron nitride having an average particle size of 3 μm are dispersed to form a composite plating.
What was subjected to a heat curing treatment at ℃ × 1 hour (Example 6), that of Example 5 was further subjected to atmospheric oxidation treatment at 400 ℃ × 3 hours (Example 7), and of Example 6. The thing which was further subjected to the oxidation treatment in the air at 400 ° C. for 3 hours (Example 8) was used.

【0038】また、比較例として硬質クロムめっき、モ
リブデン溶射をそれぞれ摺動面に施した第一圧力リング
についても、同様の試験を行った。試験結果を表5と表
6に示す。
Further, as a comparative example, the same test was carried out on the first pressure ring whose hard chrome plating and molybdenum thermal spray were applied to the sliding surfaces. The test results are shown in Tables 5 and 6.

【0039】 表5 ピストンリング シリンダライナ 外周摩耗量 摩耗量 硬質クロムめっき 25μm 10μm モリブデン溶射 20μm 20μm 実施例5 5μm 2μm 実施例6 4μm 2μm 実施例7 6μm 1μm 実施例8 5μm 1μmTable 5 Piston Ring Cylinder Liner Outer Wear Amount Wear Amount Hard chrome plating 25 μm 10 μm Molybdenum spraying 20 μm 20 μm Example 5 5 μm 2 μm Example 6 4 μm 2 μm Example 7 6 μm 1 μm Example 8 5 μm 1 μm

【0040】 [0040]

【0041】[0041]

【発明の効果】以上に詳述した通り、本発明に係る粒子
を分散したコバルト−ニッケル−燐合金複合めっき層
は、従来のめっき層(硬質クロムめっき及びモリブデン
溶射)に比べて耐摩耗性、耐焼付性に優れているうえ
に、相手材を摩耗させることも少なく、ピストンリング
の表面処理層として好適であることが理解される。ま
た、表4、表5及び表6の結果からわかるように、特に
酸化処理を施した複合めっき層を有するピストンリング
は、酸化処理を施さないものに比べて側面摩耗及び相手
材の摩耗(シリンダライナ摩耗量)の低減に効果のある
ことがわかり、また、耐焼付性が優れていることがわか
る。
As described above in detail, the cobalt-nickel-phosphorus alloy composite plating layer in which the particles according to the present invention are dispersed has wear resistance as compared with the conventional plating layers (hard chrome plating and molybdenum spraying), It is understood that, in addition to being excellent in seizure resistance, it hardly wears the mating material and is suitable as a surface treatment layer of a piston ring. Further, as can be seen from the results of Table 4, Table 5 and Table 6, the piston ring having the composite plating layer which has been subjected to the oxidation treatment in particular has a side surface wear and a wear of the mating material (cylinder It can be seen that it is effective in reducing the liner wear amount) and that it has excellent seizure resistance.

【0042】従って、本発明の複合めっき層を有するピ
ストンリングは、特に耐摩耗性及び耐焼付性が要求され
る高鉛ガソリンを燃料とするエンジンに用いると、優れ
た効果を示すことが理解できる。
Therefore, it can be understood that the piston ring having the composite plating layer of the present invention exhibits an excellent effect particularly when used in an engine using high lead gasoline, which requires abrasion resistance and seizure resistance. ..

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る複合めっき層(実施例2)の金属
組織を示す顕微鏡写真(×400)である。
FIG. 1 is a micrograph (× 400) showing a metal structure of a composite plating layer (Example 2) according to the present invention.

【図2】摩耗試験機の要部を示す一部断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a main part of an abrasion tester.

【図3】図2のX−X矢視図である。3 is a view on arrow XX in FIG. 2. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・ステータホルダ 2・・・摺動面 3・・・円板 4・・・注油孔 5・・・ロータ 6・・・試験片保持具 7・・・試験片 8・・・スピンドル 9・・・ロードセル 10・・・動歪計 1 ... Stator holder 2 ... Sliding surface 3 ... Disc 4 ... Lubrication hole 5 ... Rotor 6 ... Test piece holder 7 ... Test piece 8 ... Spindle 9 ... Load cell 10 ... Dynamic strain gauge

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外周摺動面に、1〜10重量%の燐と、10
〜40重量%のニッケルと55〜80重量%のコバルトとから
なるコバルト−ニッケル−燐合金の基地中に、平均粒径
0.5〜10μmの酸化クロム粒子を面積比で5〜40%分散
した複合めっき層を有することを特徴とするピストンリ
ング。
1. The outer peripheral sliding surface contains 1 to 10% by weight of phosphorus, and
Average particle size in a matrix of cobalt-nickel-phosphorus alloy consisting of ~ 40 wt% nickel and 55-80 wt% cobalt.
A piston ring comprising a composite plating layer in which chromium oxide particles of 0.5 to 10 μm are dispersed in an area ratio of 5 to 40%.
【請求項2】 請求項1に記載のピストンリングにおい
て、前記複合めっき層の表面に酸化処理を施してコバル
ト酸化物を主体とする酸化物層を形成することを特徴と
するピストンリング。
2. The piston ring according to claim 1, wherein the surface of the composite plating layer is subjected to an oxidation treatment to form an oxide layer mainly containing cobalt oxide.
【請求項3】 外周摺動面に、1〜10重量%の燐と、10
〜40重量%のニッケルと55〜80重量%のコバルトとから
なるコバルト−ニッケル−燐合金の基地中に、平均粒径
0.5〜10μmの酸化クロム粒子を面積比で5〜40%と、
平均粒径0.5〜10μmの固体潤滑材粒子とを面積比で5
〜20%分散した複合めっき層を有することを特徴とする
ピストンリング。
3. The outer peripheral sliding surface contains 1 to 10% by weight of phosphorus,
Average particle size in a matrix of cobalt-nickel-phosphorus alloy consisting of ~ 40 wt% nickel and 55-80 wt% cobalt.
Chromium oxide particles of 0.5 to 10 μm with an area ratio of 5 to 40%,
Area ratio of solid lubricant particles with an average particle size of 0.5-10 μm is 5
A piston ring having a composite plating layer having a dispersion of up to 20%.
【請求項4】 請求項3に記載のピストンリングにおい
て、前記複合めっき層の表面に酸化処理を施してコバル
ト酸化物を主体とする酸化物層を形成することを特徴と
するピストンリング。
4. The piston ring according to claim 3, wherein the surface of the composite plating layer is subjected to an oxidation treatment to form an oxide layer mainly containing cobalt oxide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017094292A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-08 株式会社Ihi Sliding component provided with wear-resistant coating and method for forming wear-resistant coating

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