JPS5923864A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、シリンダライチ
、ニアコンプレッサ、シフトフォーク爪部等の摺動面に
適用できる摺動部材に関するものである。

内燃機関において、性能を向上させる目的での高回転化
、高圧縮化及び軽量化並びに燃費向上対策としての軽合
金の使用、あるいは小型化等の必要性の点から耐摩耗性
、耐焼付性材料や低摩擦材料が切望されておシ、従来か
ら多くの研究がなされている。かかる対策の一つとして
、摺動部材の摺動部に金属、酸化物、炭化物を溶射した
ｐ又はめっきを施すことにより耐摩耗性被覆層を形成す
ることは従来より公知であり、その応用例も多い。

従来の摺動部材をピストンリングを例にしてさらに具体
的に述べると、ピストンリングの耐摩耗性被覆層として
は、鉄系ピストンリング母材の外周面にクロムめっきや
モリブデン溶射、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金溶射等を施
して耐摩耗性の優れた層を形成する表面処理が行われて
いる。。

しかしながら、クロムめっきが施されたピストンリング
は、相手部材である鋳鉄製シリンダライチとの耐焼付性
が良くないだめ、焼付き、スカッフィングを生せしめ易
い。この対策として、普通鋳鉄にニッケル、リン、クロ
ム、モリブデン及び／又はボロン、ニオブを添加しだ低
合金鋳鉄製のシリンダボアチが用いられている。

従って叱′（造コスト高になる等の問題があった。

またクロムめっき処理の場合には、相手部材であるシリ
ンダボアの摩耗は減少する反面、ピストンリング自体の
４摩れ性が劣るという欠点があった。

使方、モリブデン溶射被覆層を何するピストンリングで
ｄｌ、相手側の鋳鉄製シリングライナとの血１貌伺性は
良好である反面、６００℃以上の熱負荷がかかるエンジ
ンに使用されたとき、モリブデンの酸化によりピストン
リングの母材と溶射Ｊ１￥Ｉの間及び溶射層内の密涜性
に問題が生じ、さらにモリブデン自体が高価なためピス
トンリング自体も高価になる等の欠点を有している。

をらに壕だ高炭素Ｆｅ−Ｃｒ　合金溶射が施された］ノ
）合にしＬｌ　クロムめっき処理の場合よりシリンダラ
・イナの釣鉄材との耐焼伺性は良好であり、−・とし、
てピストンリング自体の面１摩耗性も向上する反面、相
手部材であるシリンダボアの摩耗が増加するという問題
があった。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するだめのもので
あり、摺動部自体の耐摩耗性、耐焼付性を向上させると
ともに、相手部利への攻撃性をほとんどもたない摺動部
材を提供することを目的とするものである。

かかる本発明は、母材表面に３０〜７５重敏チの低炭素
Ｆｅ−Ｃｒ　　合金と、１０〜４ＯＮ駄チの高炭素Ｆｅ
−Ｃｒ合金と１０〜５０卯量チのＭ。

粉末よシなる溶射層を設けたことを特徴とする摺動部材
である。

本発明の摺動部材の母材表面に溶射される利料中、低炭
素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金としては、Ｃｒ　：ｉ４について
は５５ｑ６（重量）より少々いと耐焼付性が低下し、寸
た７０％（重（辻）より多いと相手材の１？耗が増大す
ること、及びＣｈｌについてｄ、３　％　（、ｍ　ｉｉ
：　）より多いと硬さが増大して相手１の摩耗が増加す
るという＝ｔｙ由から、５５〜７０ｉ（ｒ（）’Ｂ：係
のＣｒ、３２［［；３を係以下のＣ及び残部ｈ’　ｅ　
　よシなる組成のものを使用する。また高炭素１．＊　
ｅ−Ｃｒ　合金としては、Ｃｒ　Ｍについては５５％（
軍属）より少ないと耐焼付性が低下しまた７０％（ｊ’
ｌ＜　、ｉ、７ｉ、　）より多いと相手材の摩耗が増大
すること、及びＣ敏については自身の耐摩耗性から３％
（重量）以上とし溶射Ｊ音の密着性の点から９チ（重ｔ
１：）以下とすることが好ましいことから、５５〜７０
重斌チのＣｒ、　３〜９重量％のＣ及び残部Ｆｅ　ｊシ
なる組成のものを使用する。

Ｍｏ　は、通常この褌の用途に使用されるものを使用す
る。なお、低炭素Ｆｅ−Ｃｒ　合金及び高炭素Ｆｅ−Ｃ
ｒ　合金において、Ｓｃ、Ｍｎ、Ｓ、Ｐ等が一般の炭素
鋼程度含まれていてもよい。

本発明において、低炭素Ｆｅ−Ｃｒ　合金と、高炭素Ｆ
ｅ−Ｃｒ　合金とＭｏ　　よシなる材料を使用するのは
、これら各部分の有する利点を利用するためである。す
なわち、上記組成からなる低炭素１・’ｅ−Ｃｒ　合金
溶射層のみの硬さは、組成によって異なるがビッカース
硬さでＩ■■６００〜４００（５ｋｐで）であってそれ
ほど硬くはないが、相手材の摩耗を少なくするという利
点を有する。反面、それ自体の摩耗が多いという欠点を
有する。

また上記組成からなる高炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金溶射層
のみの硬さは、ビッカース硬さでＨｖ８３０〜１０００
（５に、で）であってクロムメッキと同程度の硬きを有
し、それ自体の面１摩才１性は良いが、相手部材の摩耗
が多いという欠点を有する、さらにモリブデンのガス溶
射を施したものは、硬すカヒッカース硬さでＩＩｖ６０
０〜８００　（５ｋｇで）であり、それ自体の摩耗は多
いが、相手材の摩耗が少なく、また耐焼付性に優れると
いう利点を有している。

そこで、上記６種類からなるｉｌＮｌ打合を溶射してな
る溶射層は、ビッカース硬さでＩＩｙ＋ｏ。

〜８５　ｏ　（ｓ　ｋ７で）であシ、それ自体のｎ１ｌ
ＪＰｆ：れ性は高炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金溶射層と同等
であり、相手材の摩耗は低炭素１＋’　ｅ−Ｃｒ　　合
金Ｔｒす射ノ？！１あるいはモリブデン溶射層の場合と
同等あるいＣｉそれ以下であシ、さらに耐焼伺件につい
てしＬモリブデン溶射層と同程度であシ、俊−めてソ・
れたＩ？４　！Ｉｈ特性を示すからである。

醇射用材料中、低炭素Ｆｅ−Ｃｒ　合金量を３０〜７５
重量％と限定したのは、低炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金量が３０
Ｍ、ｆ＃係より少ないと相手材の摩耗が増加するからで
あシ、また７５重潤］を超えると溶射層自体の摩耗が多
くな暮からである。

また溶射用材料中、高炭素１”　ｅ　−Ｃｒ　　合金量
を１０〜４０重量％としだのは、高炭素Ｆ　ｅ　−”Ｃ
ｒ合金量が１０重ｔ％より少ないと溶射層自体の摩耗が
増加するからであり、４ｏ重ｉＩｔ係を超えると相手材
の摩耗が増加するからである。さらにＭＯ付を１０〜５
０重址チとしたのしｊｌ、Ｍ。

１１１が１０Ｍｈ１ｖＳよシ少ないと耐焼付性の向上は
得られず、５０重量％を超えると溶射層自体の耐摩耗性
が落ちるとともに、高温での耐酸化性が低下するハらで
ある。

なお、摺動部拐の母材としては、例えばＪＩＳＦＣ２３
のような通常この種の用途に用いられるものが使用でき
る。

上記３十屯類の混合材料を溶射するには、アーク溶射、
ガス溶射及びプラズマ溶射法等によって行う。しかしな
がら特にプラズマ溶射法で行うのは、母材への付着性の
点から好ましい。このプラズマ溶射法の場合、上記３ｆ
車類の成分を粉末として用いるのが良い。

上記６種類の粉末粒度はいずれも３５０メツシー（４４
μ）より細かいものが望ましい。４４μよシ粗いと気孔
率が犬になり耐摩耗性・酬スカッフィング性が悪くなる
からである。

溶射層の厚さとしては００２〜０．５　ｗｍが望ましい
。０．０２＋＋ｏｎより薄いと表面に均一な厚さの溶射
層は得られなく、また０、　５　ｔａｒよシ厚いと溶射
層のハクリが発生しやすい欠点がめる。

以下、本発明に係る摺動部利を実施例に基づき具体的に
説明する。例中、１％」は「ＭＭ係」を表わす。

実施例１ 球状黒鉛鋳鉄製の外径２５６間、内径２０．０＋＋ｍ、
厚さ１６期の回転試験片のリング端面に、下記の処理に
よって厚さ０．２０”−０，５０ｎｎの被峰層を形成し
た。

（Ａ）　ニクロムメッキ（比較例） ＯＪ）：モリブデン（以下同じ）のガス溶射（比較例）
。

（Ｑ：１００％高炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金（組成：　ｐ
　ｅ−６６％Ｃｒ−ａ係Ｃ−１，９％Ｓｉ、粉粒度４４
〜１０μ以下同じ）粉末のプラズマ溶射（実施例）、（
１））　：　１００％低炭素Ｆｅ−Ｃｒ　合金（組成：
ｈ’ｅ−６５％Ｃｒ−０，０４％　Ｃ、粉粒度４４〜１
０μ、以下同じ）粉末の溶射（実施例）、 σ・ａ：　６０％低炭素Ｆｅ−Ｃｒ　合金粉末と、２５
％高炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金粉末と１５％モリブデン粉
末よりなる混合粉末のプラズマ溶射（実施例）、及び （１つ：４０％低炭素Ｆｅ−Ｃｒ　合金粉末と、１５％
　Ｉｌ′ｆｌ炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金粉末と４５％モリ
ブデン粉末よりなる混合粉末のプラズマ溶射（実施例）
。そして、形成された各々のメッキ面及び溶射面をイｉ
ｌ［削加工した。

力（Ｉ下処理した回転試験片を、相手部材である外径２
５．６１１１＋１１％内径２０．０鰭、厚さ１６ｆｉの
炭素鋼（ＪＩＳ　　５４５Ｃ）試験片の端面と接するよ
うに設置し、接触面に潤滑油としてモータオイル５ＡＥ
３０（キャッスル社製）を供給し、荷重を２５橡から５
ｏｏｉｐまで増加させ、焼料限度荷重を調べだ。

この試験結果から、（５）のクロムメッキ処理した試験
片は２００〜２５０に９で、（ｑのプラズマ溶射したも
のは６２５〜６５０ｋｆで、０のプラズマ溶射したもの
は６５０〜３７５ｋｐでそれぞれ焼付きを発生しだのに
対し、（Ｂ）ｆｉ、モリブデン溶射したもの並びに本発
明実施例である（ト）及びσつの混合粉末、をプラズマ
溶射したものは、５ｏｏｉｃ９でも焼料きを発生しなか
った。

実施例２ 球状黒鉛鋳鉄製の外径６５個、内径６０謔、幅１０關の
円筒試験片の外周面に、実施例１と同様に（５）、　（
Ｂ）　、　（Ｑ　＋　（Ｄ）　、　（Ｊう及び（］・）
の処理を行って各０２０〜０．３０ｎｍの被り層を形成
し、各々のメッキ面及び溶射面をイリ１削加工した。こ
れらの＾（駒片をｌｌｉｌｌｌｌ次腺擦ＩＹ耗試ｊ状機
にセントし、大きさが１６Ｘ６Ｘ１０胴の鋳鉄（ＪＩＳ
　　ＦＣ２３相当）製の相手部材のその一つの面（６ｘ
１ｏｍ）と接触させ、モータオイル５ＡＥ３０を供給し
ながら、回転数１６０ｒｐｍ、荷Ｍ６０　ｋｔｉで１時
間摩耗試験を行った。

この試験結果を図に示す。図において、横軸に対して」
二方の縦軸は回転試験片であるクロムメッキ及び溶射品
の摩耗量すなわち摩耗減量（ｍｙ　）を示し、横軸に対
して下方の縦軸は相手材である鋳鉄の摩耗量すなわち摩
耗痕深さくμ）を表わし、Ａ−Ｆの符号は実施例中で用
いた（５）〜（ト）と一致させてあり、各々の摩耗試験
結果を示している。図及び摩擦面の観察により以下のこ
とが判明した。

（５）のクロムメノギ処理を施した円節試験片の外周部
は焼付き気味であシ、それ自体の摩耗量は多いが、相手
材の摩耗は少なかった。（均のモリブデンのガス溶射を
施したものは焼付きは発生しておらず、相手材の摩耗は
少なかったがそれ自体の摩耗量は多かった。（Ｑの１０
０％高炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金粉末をプラズマ溶射した
ものは若干焼料き発生気味であシ、それ自体の１ｒ粍は
非常に少ない反面、相手部材を非常にＪ（、、ｑ耗させ
た。

寸だ（ト）の１００係低炭素Ｆｅ−Ｃｒ　　合金のプラ
ズマ溶射を行ったものは、焼付きが兄生しないが、それ
自体の摩耗が多かった。

これに対し、本発明係る（匂及びＱ）の混合粉末をそれ
ぞれプラズマ溶射したものは、焼付きは見られず、それ
自体の１９耗も（Ａ）のクロムメッキ及び（Ｂ）のモリ
ブデンガス溶剤したものよシ格段に少なく、（ｑのプラ
ズマ溶射したものと同程度であシ、しかも相手部材の摩
ネにも（へ）で処理したものの１／３程度であり、（Ｉ
３）−のモリブデンのガス溶射及び（至）のプラズマ溶
射したものと比較して同等あるいはそれ以下であること
−が判明した。

以上述べたように本発明に係る４’ｉ’Ｊ動部材は、そ
れ自体優れた耐摩耗ｔｔ、、＋１ｉ＋ｉ焼付性を有する
とともに、相手部材の摩耗を最小限に抑えることができ
るという利点を有するものであり、ピストンリンク、シ
リンダライナ、ピストン、シフトフォーク爪部等の耐摩
耗性、耐焼付性が要求される摺動部材とＬ−て最適のも
のである。

【図面の簡単な説明】

図Ｖｊ：木発明実施例と比較例の摺動部材の摩粍腋及び
鋳鉄製相手部材の摩耗量の関係を表わすグラフである。 ／を寺Ｒ’＋出願人　　　トヨタ自動車株式会社（ほか
１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）母材表面に３０〜７５重量％の低炭素Ｆｅ−Ｃｒ
   合金と、１０〜４Ｌ＋重量−の高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金と
   １０〜５０重量％のＭｏ粉末よυなる溶射層を設けたこ
   とを特徴とする摺動部材。 （２１５０〜７５重量％の低炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末と
   、１０〜４０ｉ量−の高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末と１０
   〜５０重量％のＭｏ粉末よシなる混合粉末を母材表面に
   プラズマ溶射してなる溶射層を有する特許請求の範囲第
   １項記載の摺動部材。