JPH0582514B2 - - Google Patents

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JPH0582514B2
JPH0582514B2 JP16970285A JP16970285A JPH0582514B2 JP H0582514 B2 JPH0582514 B2 JP H0582514B2 JP 16970285 A JP16970285 A JP 16970285A JP 16970285 A JP16970285 A JP 16970285A JP H0582514 B2 JPH0582514 B2 JP H0582514B2
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JP
Japan
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layer
nitriding
piston ring
sprayed
ring
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Junichi Sagawa
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Riken Corp
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は内燃機関用ピストンリングにおいて、
外周面に形成された環状溝に溶射層を有するピス
トンリングの製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a piston ring for an internal combustion engine.
The present invention relates to a method of manufacturing a piston ring having a thermally sprayed layer in an annular groove formed on an outer peripheral surface.

(従来の技術) デイーゼルエンジンや有鉛ガソリンエンジンな
どでは、耐摩耗性、耐焼付性に優れた溶射ピスト
ンリングがしばしば使用される。溶射リングは、
その溶射層が、Mo、Ni、Crなどの金属や、
Cr3C2、TiCなどの硬質セラミツク粒子を複合ま
たは混合して溶射することにより、種々の性質を
付与することが可能である。
(Prior Art) In diesel engines, leaded gasoline engines, etc., thermal sprayed piston rings, which have excellent wear resistance and seizure resistance, are often used. The spray ring is
The sprayed layer is made of metals such as Mo, Ni, Cr,
Various properties can be imparted by thermal spraying a composite or mixture of hard ceramic particles such as Cr 3 C 2 and TiC.

たとえば、Moや白鋳鉄粉末を溶射することに
より、優れた耐焼付性を得ることができ、また、
Cr3C2や、フエロクロムのような硬質物質を溶射
することにより耐摩耗性を改善することができ
る。
For example, by thermal spraying Mo or white cast iron powder, excellent seizure resistance can be obtained, and
Wear resistance can be improved by spraying a hard material such as Cr 3 C 2 or ferrochrome.

しかし、溶射リングを、特に熱負荷の大きなデ
イーゼルエンジンや、有鉛ガソリンエンジンよう
に摩耗の激しいエンジンに使用した場合、溶射層
の摩耗よりも、ピストンリング母材の摩耗が問題
となることが多い。第2図に示すように、長時間
使用すると、ピストンリングの上下面にこのよう
な摩耗が大きく発生する。このような摩耗が進む
と、ブローバイガスの増加や、潤滑油のシール性
を損う結果となる。そればかりでなく、ピストン
リングの下面の摩耗がさらに進むと、リングは外
周面を下向きにして皿状にねじれる。本発明のよ
うな埋込型溶射リングでは、摺動面上部に露出し
たピストンリング母材が、シリンダ壁と直接摺動
するようになる。こうなると、シリンダの異常摩
耗や、焼付などの発生原因となる。
However, when thermal sprayed rings are used in diesel engines with a large heat load or engines with severe wear such as leaded gasoline engines, the problem is often the wear of the piston ring base material rather than the wear of the sprayed layer. . As shown in FIG. 2, when the piston ring is used for a long time, a large amount of wear occurs on the upper and lower surfaces of the piston ring. As such wear progresses, blow-by gas increases and the sealing performance of the lubricating oil is impaired. Not only that, but as the lower surface of the piston ring wears further, the ring twists into a dish shape with the outer peripheral surface facing downward. In the embedded thermal sprayed ring of the present invention, the piston ring base material exposed above the sliding surface directly slides on the cylinder wall. This may cause abnormal wear and seizure of the cylinder.

このような欠点を改良するため、(たとえば、
特開昭59−138758号や、特開昭59−145345号など
のように、)ピストンリングの上下面に窒化処理
を施した埋込型溶射リングが提案されている。
In order to improve these shortcomings (for example,
Embedded thermal sprayed rings in which the upper and lower surfaces of piston rings are nitrided have been proposed, such as in Japanese Patent Application Laid-open No. 59-138758 and Japanese Patent Application Laid-open No. 59-145345.

(発明が解決しようとする問題点) しかし、溶射層を形成したのちに、窒化処理を
行えば、その高い窒化処理温度のため溶射材によ
つては溶射層が脆化したり、窒化物を形成するた
め溶射層の特性が変化したりする。また、溶射層
を形成する前に窒化処理を行えば、通常、溶射前
処理として行われるグリツトブラストによる粗面
化が、硬い窒化層のため不充分となり、母材と溶
射層の密着性に悪影響を与える欠点がある。
(Problem to be solved by the invention) However, if nitriding is performed after forming a sprayed layer, depending on the sprayed material, the sprayed layer may become brittle or nitrides may form due to the high nitriding temperature. As a result, the characteristics of the sprayed layer may change. In addition, if nitriding is performed before forming the sprayed layer, the surface roughening by grit blasting, which is usually performed as a pretreatment for spraying, will be insufficient due to the hard nitrided layer, resulting in poor adhesion between the base material and the sprayed layer. There are drawbacks that can have a negative impact.

このように、溶射層が脆弱であつたり、ピスト
ンリング母材と溶射層の密着性が悪かつたりする
と、運転中に溶射層が剥離してエンジントラブル
の原因となる。
As described above, if the sprayed layer is weak or the adhesion between the piston ring base material and the sprayed layer is poor, the sprayed layer will peel off during operation, causing engine trouble.

(問題を解決するための手段) 本発明は、このような問題点に着目してなされ
たもので、第1図に示すように、ピストンリング
1の外周面の中央部に沿つて環状溝を形成し、少
なくとも該環状溝底面に窒化防止効果を有するめ
つき層2を形成したことを特徴としている。この
窒化防止層2をめつきした後にピストンリング表
面に窒化処理を施して、ピストンリングの上下面
および内周面に窒化層3を形成させ、そののちに
該環状溝部分に溶射層4を形成させたことを特徴
とした内燃機関用ピストンリングの製造方法を提
供するものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention has been made by focusing on such problems, and as shown in FIG. It is characterized in that a plating layer 2 having an anti-nitriding effect is formed at least on the bottom surface of the annular groove. After plating this nitriding prevention layer 2, the piston ring surface is subjected to nitriding treatment to form a nitrided layer 3 on the upper and lower surfaces and inner peripheral surface of the piston ring, and then a sprayed layer 4 is formed on the annular groove portion. A method of manufacturing a piston ring for an internal combustion engine is provided.

(作用) 窒化防止層は、ピストンリング母材との密着性
に優れていて、窒化物を形成しないニツケルや銅
などの金属を外周面に2〜20μmの厚さでめつき
する。この窒化防止層があるため、窒化処理を行
うと、外周面では窒化が阻止されるが、リング上
下面およびリング内周面には窒化層が形成され
る。この硬い窒化層が外周面にないため、溶射の
前処理としてグリツトブラストを行つた場合、良
好な粗面が容易に得られ、リング母材と溶射層と
の密着性が良くなる。
(Function) The anti-nitriding layer is made by plating a metal such as nickel or copper, which has excellent adhesion to the piston ring base material and does not form nitrides, on the outer peripheral surface to a thickness of 2 to 20 μm. Because of this nitriding prevention layer, when nitriding is performed, nitriding is prevented on the outer circumferential surface, but nitrided layers are formed on the upper and lower surfaces of the ring and the inner circumferential surface of the ring. Since this hard nitrided layer is not present on the outer circumferential surface, when grit blasting is performed as a pretreatment for thermal spraying, a good rough surface can be easily obtained, and the adhesion between the ring base material and the thermal spraying layer is improved.

窒化防止層の厚さは、あまり薄いと、母材の一
部が露出して窒化層を形成してしまう恐れがあ
る。また、あまり厚すぎても窒化防止の効果には
変わりがない。2〜20μmの範囲が効果的であ
る。
If the thickness of the nitriding prevention layer is too thin, a part of the base material may be exposed and a nitrided layer may be formed. Moreover, even if it is too thick, the effect of preventing nitridation will not change. A range of 2 to 20 μm is effective.

(実施例) 第3図に添つて説明すると、呼び径が76mmのス
テンレス製ピストンリングに、その外周面中央部
に沿つて溝を形成し、複数個重ね合せて筒状体と
して、その筒状体の外周面にニツケルの窒化防止
層を電気めつき法で10μmの厚さでめつきした。
(第3図a) これに、通常行なわれているガス軟窒化方法に
より、窒化層を形成した。(第3図b) 次に、母材と溶射層の密着性をよくするため、
通常行なわれるグリツトブラストを施して、その
筒状体の外周表面を粗面化した。このとき、窒化
防止層は一部消失するが、密着性にはほとんど影
響を与えない。
(Example) To explain with reference to Fig. 3, a groove is formed along the center of the outer peripheral surface of a stainless steel piston ring with a nominal diameter of 76 mm, and a plurality of piston rings are overlapped to form a cylindrical body. An anti-nitridation layer of nickel was applied to the outer circumferential surface of the body using an electroplating method to a thickness of 10 μm.
(Fig. 3a) A nitride layer was formed thereon by a commonly used gas soft nitriding method. (Figure 3b) Next, in order to improve the adhesion between the base material and the sprayed layer,
The outer circumferential surface of the cylindrical body was roughened by commonly grit blasting. At this time, the anti-nitriding layer partially disappears, but this has almost no effect on the adhesion.

こののち、耐摩耗性、および耐焼付性などに優
れているモリブデン、ニツケルクロム合金、フエ
ロクロムの混合粉末をプラズマ溶射した。
After this, a mixed powder of molybdenum, nickel chrome alloy, and ferrochrome, which has excellent wear resistance and seizure resistance, was plasma sprayed.

溶射後の筒状体で隣り合つた各リングは、第3
図cのように、溶射層で覆われて一体となつてい
る。この筒状体の外周を研削すると、隣り合つた
リングの境界部分の母材が露出し、各リングは、
第3図d、および第1図のように溝部に溶射層を
残して一本づつに分離される。
Each adjacent ring in the cylindrical body after thermal spraying is the third
As shown in Figure c, it is covered with a sprayed layer and is integrated. When the outer periphery of this cylindrical body is ground, the base material at the boundary between adjacent rings is exposed, and each ring is
As shown in FIG. 3d and FIG. 1, the fibers are separated one by one, leaving the sprayed layer in the groove.

こうして得られたピストンリングについて、溶
射層の密着性の試験を行つた。試験装置は、母材
と溶射層に剪断応力がかかるような試験装置を用
いて行い、密着性は、ピストンリングの溶射層が
剥離するまでのねじり角度によつて評価した。
The piston ring thus obtained was tested for adhesion of the sprayed layer. The test was conducted using a test device that applied shear stress to the base material and the sprayed layer, and the adhesion was evaluated by the twist angle until the sprayed layer of the piston ring peeled off.

なお、比較のため、比較材1として、従来より
量産されている代表的な方法である、母材に溶射
層を形成したもの、および比較材2として、窒化
防止層を形成せず、窒化処理後に溶射層を形成し
たものについても同様の試験を行つた。なお、溶
射材については、本発明実施例に用いたものと同
じものを使用した。
For comparison, Comparative Material 1 is a material in which a thermal spray layer is formed on the base material, which is a typical method that has been conventionally mass-produced, and Comparative Material 2 is a material in which a nitriding layer is not formed and a nitriding layer is not formed on the base material. A similar test was also conducted on those on which a sprayed layer was later formed. Note that the thermal spraying material used was the same as that used in the examples of the present invention.

(効果) 第4図に示す溶射層の密着性の試験結果から、
本発明の方法による溶射リングは120度までねじ
れても溶射層は剥離せず、比較材1の従来の溶射
リングとほぼ同等の密着性を示していることがわ
かる。また、比較材2の窒化防止層を形成せず、
窒化後に溶射層を形成したリングでは30度で剥離
をおこしてしまうことがわかる。
(Effect) From the adhesion test results of the sprayed layer shown in Figure 4,
It can be seen that the thermal sprayed ring produced by the method of the present invention does not peel off the thermal sprayed layer even when twisted up to 120 degrees, and exhibits almost the same adhesion as the conventional thermal sprayed ring of Comparative Material 1. In addition, the anti-nitriding layer of comparative material 2 was not formed,
It can be seen that rings with a sprayed layer formed after nitriding will peel off at 30 degrees.

本発明の方法で得られるピストンリングは、溶
射後に窒化処理を行つていないので、溶射層がそ
の影響を受けて脆化することもなく、そしてリン
グの上下面に窒化層を有しているので硬度も高く
耐摩耗性にも優れている。
Since the piston ring obtained by the method of the present invention is not subjected to nitriding treatment after thermal spraying, the thermal sprayed layer does not become brittle due to the influence of the thermal spraying, and the piston ring has a nitrided layer on the upper and lower surfaces of the ring. Therefore, it has high hardness and excellent wear resistance.

また、窒化防止層をめつきしたのち、筒状体の
外周を研削して、隣り合つたリングの境界部分の
窒化防止層を除去し、母材を露出させてから窒化
処理を行なえば、その部分の母材も窒化されるこ
とになり、より耐摩耗性に優れたピストンリング
を得ることもできる。
In addition, after plating the nitriding prevention layer, the outer periphery of the cylindrical body is ground to remove the nitriding prevention layer at the boundary between adjacent rings, exposing the base material before nitriding. The base material of the part is also nitrided, making it possible to obtain a piston ring with even better wear resistance.

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

第1図は本発明の方法によるピストンリングの
断面を示す図、 図中1:ピストンリング本体、2:窒化防止
層、3:窒化層、4:溶射層 第2図はピストンのリング構内でリングがねじ
れている様子を示す図、 図中5:ピストン、6:シリンダ 第3図はピストンリングを重ね合わせた筒状体
の断面の一部を示す図、 a:窒化防止層めつき後、b:窒化処理後、
c:溶射後、d:研削後 第4図は溶射層の密着性を比較した図。
Fig. 1 is a diagram showing a cross section of a piston ring produced by the method of the present invention. In the figure, 5: piston, 6: cylinder. Figure 3 is a diagram showing a part of the cross section of a cylindrical body with piston rings stacked on top of each other. a: After plating with an anti-nitriding layer, b : After nitriding treatment,
c: After thermal spraying, d: After grinding FIG. 4 is a diagram comparing the adhesion of thermal sprayed layers.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ピストンリングの外周面の中央部に沿つて環
状溝を形成し、少なくとも該環状溝底面に窒化防
止効果を有するめつき層を施したのち、ピストン
リング表面に窒化処理を施し、しかるのち前記環
状溝部分に溶射層を形成させることを特徴とする
内燃機関用ピストンリングの製造方法。
1. An annular groove is formed along the center of the outer peripheral surface of the piston ring, a plating layer having a nitriding prevention effect is applied to at least the bottom surface of the annular groove, and then a nitriding treatment is applied to the surface of the piston ring. A method of manufacturing a piston ring for an internal combustion engine, which comprises forming a sprayed layer in a groove portion.
JP16970285A 1985-08-02 1985-08-02 Manufacture of piston ring for internal-combustion engine Granted JPS6232266A (en)

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JP2009091927A (en) * 2007-10-05 2009-04-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Piston ring for reciprocating engine
DK180594B1 (en) * 2020-06-15 2021-09-30 Man Energy Solutions Filial Af Man Energy Solutions Se Tyskland A piston ring for use in a ring pack in a piston of a large two-stroke turbo-charged uniflow-scavenged internal combustion engine with crossheads

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JPS6232266A (en) 1987-02-12

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