JPH1171664A - 内燃機関用摺動部材 - Google Patents

内燃機関用摺動部材

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JPH1171664A
JPH1171664A JP23501097A JP23501097A JPH1171664A JP H1171664 A JPH1171664 A JP H1171664A JP 23501097 A JP23501097 A JP 23501097A JP 23501097 A JP23501097 A JP 23501097A JP H1171664 A JPH1171664 A JP H1171664A
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JP
Japan
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coating
resistance
weight
alloy
test piece
Prior art date
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Pending
Application number
JP23501097A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Takamura
浩行 高村
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Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Piston Ring Co Ltd filed Critical Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication of JPH1171664A publication Critical patent/JPH1171664A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/004Cylinder liners

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】使用条件の過酷なディーゼルエンジンにも使用
可能な高度な耐摩耗性を有する内燃機関用摺動部材を提
供する。 【解決手段】内燃機関用摺動部材(1、2)の母材
(M)摺動面にCr3 230〜80重量%、Ni−C
r合金残部からなる炭化物サーメットの溶射皮膜(C)
を高速酸素火炎(HVOF)溶射により形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンリング、
シリンダライナ等の内燃機関用摺動部材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高度な耐摩耗性、耐焼付性が要求
される内燃機関用摺動部材は、その摺動面に硬質クロム
めっきが施されていた。又、使用条件が特に過酷な内燃
機関用摺動部材については、クロムめっきの代わりに、
摺動面に高速酸素火炎(HVOF)溶射皮膜を形成する
ことも提案されている。(特開平8−210504号)
この提案のHVOF溶射皮膜はアンダコートの第一層と
トップコートの第2層とからなり、第1層はCr32
30〜80重量%とNi−Cr合金残部から、第2層は
Mo、Crを主成分とするコバルト基もしくはニッケル
基摺動面材料からそれぞれ構成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、硬質クロムめ
っきに比べると、第1層と第2層からなる複層の溶射皮
膜は、溶射皮膜形成に要する工数が多く、又、Mo、C
rを主成分とするコバルト基もしくはニッケル基摺動面
材料は材料費が比較的高価であるという問題があった。
【0004】本発明の課題はこの問題を解決することに
あり、このため、本出願の発明者は、単層のHVOF溶
射皮膜について多くのテストをくり返し実施し、本願発
明に到達した。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明が採用する手段は、図1(a)及び図1
(b)に示すように、ピストンリング1又はシリンダラ
イナ2の母材Mの外周又は内周摺動面にHVOF(高速
酸素火炎)溶射による炭化物サーメットの溶射皮膜Cを
形成したことにある。
【0006】上記炭化物サーメットは、炭化クロムが3
0〜80重量%、Ni−Cr合金20〜70重量%であ
る。炭化クロムが30重量%未満では十分な硬さが得ら
れず、80重量%を超えると逆に硬くなりすぎて脆くな
る。Ni−Cr合金が20重量%未満では十分な結合が
できず、Ni−Cr合金が70重量%を超えると耐焼付
性に劣る。
【0007】上記Ni−Cr合金は、Niが40〜90
重量%、Crが10〜60重量%の合金である。Niが
40重量%未満では十分な強度を得られず、又、90重
量%を超えるとやわらかすぎる。Crが10重量%未満
では十分な硬さが得られず、60重量%を超えると硬く
なり、脆くなる。炭化物サーメットの溶射皮膜は単層で
あるが、耐摩耗性、耐焼付性に優れており、かつMo、
Crを主成分とするコバルト基又はニッケル基摺動面材
料に比べると安価であるから、前記問題点を解決するの
に有効である。
【0008】高速酸素火炎(HVOF)溶射は図2に示
すメテコ社製ダイヤモンドジェットガン(商品名)を用
いて実施する。ガン20は二重構造のノズル21と、そ
のノズルに外嵌したエアキャップ23と、そのエアキャ
ップを支持するエアキャップボディ24からなる。ノズ
ル21は内側がインサート25、外側がシェル26であ
る。インサート25の内部中央にパウダーインジェクタ
ー22が挿入され、その内部に窒素ガスで搬送された溶
射材粉末が送入される。パウダーインジェクター22と
インサート25の間の環状空隙に送入された圧縮空気が
溶射材粉末をガン20から噴出させる。
【0009】インサート25とシェル26の間の環状空
隙に酸素−プロパン、又は酸素−プロピレン、又は酸素
−水素の燃焼用ガスが送入され、そのガスはガン20か
ら噴出し、出口で点火する。点火したガスは2700℃
程度の円筒形火炎を形成して同じく噴出する溶射材粉末
を包む。この火炎により溶射材粉末は均一に加熱されて
溶融する。溶融した溶射材粉末は800m/sec以上
の高速でピストンリング外周摺動面母材に衝突する。衝
突した溶射材粉末は瞬時に偏平化し、母材温度まで急冷
し、そこに溶射皮膜を形成する。シェル26とエアキャ
ップ23の間の環状空隙にも圧縮空気が圧入される。こ
の圧縮空気は火炎を包み、ガン20を冷却する。
【0010】HVOF(高速酸素火炎)溶射は、火炎温
度が2700℃程度と比較的低温であるため、溶射粉末
が熱分解をおこしたり、気化してしまう可能性が少な
く、溶射材は本来の特徴を維持し発揮する。Cr32
けではHVOF(高速酸素火炎)溶射でできないので、
炭化物サーメットとしてNi−Cr合金を結合材として
いれることによって溶射が可能となり、耐摩耗性、耐ス
カッフィング性に優れた皮膜の形成が可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の耐摩耗性摺動部材を各種
テストによって説明する。同一鋳鉄材の母材上に次の4
種類の皮膜を形成してテスト片とした。 テスト片No.1(比較例):クロムめっき (250μ) テスト片No.2(実施例):HVOF溶射 (250μ) Cr32/50重量% Ni−Cr テスト片No.3(実施例):HVOF溶射 (250μ) Cr32/20重量%、Ni−Cr テスト片No.1、No.2、No.3はいずれも固定片であ
り、ピストンリングを想定したものである。この相手材
(回転片)はシリンダライナを想定したものである。
【0012】HVOF(高速酸素火炎)溶射は図2に示
すガンを使用し、溶射条件は次のとおりである。 燃焼ガス:酸素−プロパン 溶射粉末:Cr32/50重量% Ni−Cr: スルザーメテコ ダイアマロイ3006(商品名) Cr32:50重量%、Ni−Cr:50重量% (Ni−Cr:Ni80重量%、Cr20重量%) Cr32/20重量% Ni−Cr: スルザーメテコ ダイアマロイ3007(商品名) Cr32:80重量%、Ni−Cr:20重量% (Ni−Cr:Ni80重量%、Cr20重量%) 各テスト片について各種の評価試験を実施した。 耐摩耗性及び耐相手攻撃性試験 図7に模式的に示すアムスラー型摩耗試験機により各テ
スト片と相手材の摩耗量を測定した。摩耗試験機の容器
15内には潤滑油14が溜められており、摩耗試験用の
回転片12が潤滑油14に部分的に浸されている。回転
片12は円板状もしくはローラー状のものであり、一定
の速度で回転している。この状態で固定片11を回転片
12の外周面に接しさせた状態で回転軸に垂直に押圧
し、摩耗の程度を測定した。測定条件は以下のとおりで
ある。
【0013】周速:1m/s 荷重:45kgf 潤滑油:モーターオイル(日本石油R30) 油温:75℃ 時間:100時間 相手材(回転片):ターカロイ(日本ピストンリング
(株)の商品名として知られているボロン鋳鉄) この測定結果は図3に示すとおりである。
【0014】この図から、耐摩耗性はテスト片No.3が
一番良く、次にテスト片No.2が良く、又、耐相手攻撃
性はテスト片No.3が一番強く、次にテスト片No.2が強
いという結果であったが、耐摩耗性及び耐相手攻撃性を
総合的に見ると、テスト片No.3が一番良好で、No.2が
次に良かった。 耐スカッフィング性試験 各テスト片の耐スカッフィング性は、図8に模式的に示
す回転式平面滑り摩擦試験機により測定した。摩擦試験
機は一定速度で回転する回転片12の回転面に固定片1
1を一定時間所定の面圧(P)で圧接し、スカッフィン
グの発生した時の面圧を限界面圧として測定した。圧接
操作は初期面圧を25kgf/cm2とし、面圧を30
分後に50kgf/cm2、それから5分毎に10kg
f/cm2づつ漸次増加させていく方法で行われた。測
定条件は以下のとおりである。
【0015】滑り速度:5m/s 潤滑油:SAE#30+白灯油(1:1) 油量:無給油、初期塗布 相手材(回転片):ターカロイ 測定結果は図4に示すとおりである。
【0016】この図から、テスト片No.3が一番良く、
次にテスト片No.2が良い結果で、テスト片No.1をどち
らも上回っていた。以上の評価より、実施例No.2、No.
3は耐摩耗性、耐相手攻撃性及び耐スカッフィング性を
総合的に見ると、比較例No.1より優れているといえ
る。
【0017】
【実施例】他の実施例として、テスト片が回転片でシリ
ンダライナであり、相手材(固定片)がピストンリング
であると想定したものの説明を行う。次のテスト片No.
1、No.4はいずれも回転片である。 テスト片No.1(比較例):ターカロイ テスト片No.4(実施例):HVOF溶射 (250μm) Cr3 C2 /50重量% Ni−Cr 母材は前記実施例と同じ鋳鉄母材である。溶射条件は次
のとおりである。 燃焼ガス:酸素−プロパン 溶射粉末:Cr32/50重量% Ni−Cr: スルザーメテコ ダイアマロイ3006(商品名) Cr32:50重量%、Ni−Cr:50重量% (Ni−Cr:Ni80重量%、Cr20重量%) テスト片について各種の評価試験を実施した。 耐摩耗性及び耐相手攻撃性試験 測定条件は次のとおりである。
【0018】周速:1m/s 荷重:45kgf 潤滑油:モーターオイル(日本石油R30) 油温:75℃ 時間:100時間 相手材(固定片):クロムめっき 母材は前記実施例と同じ鋳鉄母材である。
【0019】測定結果は図5に示すとおりである。この
図から、テスト片No.4(実施例)はテスト片No.1(比
較例)と比べて、耐相手攻撃性は若干劣るが、耐摩耗性
は格段に良い結果であった。 耐スカッフィング試験 測定条件は次のとおりである。
【0020】滑り速度:5m/s 潤滑油:SAE#30+白灯油(1:1) 油量:無給油、初期塗布 相手材(固定片):クロムめっき 測定結果は図6に示すとおりである。
【0021】この図から、テスト片No.4(実施例)は
テスト片No.1(比較例)と比べて、耐スカッフィング
性は優れていた。以上より、比較例No.1より実施例No.
4は総合的に優れているといえる。
【0022】
【発明の効果】上記のとおり、本発明の耐摩耗性摺動部
材は少なくとも摺動面にCr3 C2 /Ni−CrをHV
OF(高速酸素火炎)溶射で形成したから、公知の複層
のHVOF溶射皮膜のものに比べると、コストが安くな
り、従来のクロムめっきのものに比べると、耐摩耗性、
耐相手攻撃性及び耐スカッフィング性の総合的性能が優
れているので、自動車用ディーゼルエンジンはもとよ
り、燃料が粗悪な舶用ディーゼルエンジンにも使用でき
るという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面図であり、(a)は
ピストンリングを、(b)はシリンダライナを示す。
【図2】高速酸素火炎溶射用ガンの模式的断面図であ
る。
【図3】本発明の実施例及び比較例の耐摩耗性及び耐相
手攻撃性試験の結果を示すグラフであり、テスト片はピ
ストンリングを想定して固定したものである。
【図4】本発明の実施例及び比較例の耐スカッフィング
性試験結果を示すグラフであり、テスト片はピストンリ
ングを想定して固定したものである。
【図5】図3に相当するグラフであり、テスト片はシリ
ンダライナを想定して回転したものである。
【図6】図4に相当するグラフであり、テスト片はシリ
ンダライナを想定して回転したものである。
【図7】耐摩耗性及び耐相手攻撃性試験に用いられた試
験機の略図である。
【図8】耐スカッフィング試験に用いた試験機の略図で
ある。
【符号の説明】
C:溶射皮膜 M:母材 1:ピストンリング 2:シリンダライナ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 摺動面にCr3230〜80重量%、
    Ni−Cr合金残部からなる炭化物サーメットの溶射皮
    膜が高速酸素火炎(HVOF)溶射により形成されたこ
    とを特徴とする内燃機関用摺動部材。
  2. 【請求項2】 Ni−Cr合金はNiが40〜90重量
    %、残部Crからなることを特徴とする請求項1記載の
    内燃機関用摺動部材。
JP23501097A 1997-08-29 1997-08-29 内燃機関用摺動部材 Pending JPH1171664A (ja)

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