JPS5947523A - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JPS5947523A
JPS5947523A JP57159132A JP15913282A JPS5947523A JP S5947523 A JPS5947523 A JP S5947523A JP 57159132 A JP57159132 A JP 57159132A JP 15913282 A JP15913282 A JP 15913282A JP S5947523 A JPS5947523 A JP S5947523A
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JP
Japan
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sliding
silicon nitride
wear
alumina
titania
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JP57159132A
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JPH0512584B2 (ja
Inventor
Joji Miyake
譲治 三宅
Shoji Miyazaki
昭二 宮崎
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • 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]

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

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11[熱化によりピストンリングとシリンダライナ間
の摺動部が高温になり、油膜破断が起シやすくなり、七
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っている。
従来、か\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mJ部にクロムメッキ、モリブデン溶射
ま友は鉄クロム合霊浴射等全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、七の応用例も広
い。しかしながら断熱比のためにシリンダライナに望化
珪累金使用した場合には焼きつきや、過大摩耗の問題音
生じ易くなる。
本発明は上記従来技術の問題点’e Wr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
たは鉄クロム合金浴射を施したものよシも耐77ときつ
き性および耐摩耗性の良好なピストンリング摺動部利金
提供すること全目的とするものである。
上記の目的で研究を車ねた結果、本発明者等Vユピスト
ンリングの摺動部にアルミナ−チタニア粉末をプラズマ
浴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
相手部材全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、I’14手部材全
部材して摩、耗さぜることもないことを見出して、本発
明全完成した。
すなわち、本発明の摺動部材id摺動可能な一対の部材
のうち一方の部材が=1ヒ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−チタニア粉末全溶射し
てなる被覆層からなること全特徴とする。
本発明全構成し、窒化珪素の摺動部を有する部4オは、
窒化珪素セラミッ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ックスケライニングしたもの
でもよい。窒化珪素セラミックスはm帛の方法により焼
結した焼結体が使用でき七の形状はピストンリング自体
、また(rJ、そのライニング材、或いは七の他の部品
形状等、1史用目的に応じて自由に変更することができ
限定憾れゐことがない。
窒化珪素の焼結体と金為との接合は300〜500℃に
保たれた炉中(大気中或はアルゴンガス等の不油性雰囲
気中)に金属体金入れ熱膨張した内径等に窒化珪素の焼
結体を、はめこみ常温まで余冷させ雀属の収縮によっ−
(1sj定杯せる焼きばめ方法が用いられる。あるいは
また、窒素写囲気中で金属珪素ケ、母材釜にイ3の表面
にスパッ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ケ摺動部I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拐には、111手部材がピ
ストンリングであれば鋳鉄、’jlll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) 、l:すなる浴射皮j腐r
設けたものがf史用される。すなわち60ないし50車
石係のr膜化チタンと70ないし50乗足係の酸化アル
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、カス溶射またはプラズマ溶射ケ何うが母相への
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)の配合割合全アルミナ7
0〜50チチタニア60〜50%としたのはアルミナの
耐摩耗性とチタニアの熱的fF&rI(ザーマルストレ
スによるクラック等の発生に強い)の効果が最も有効に
発揮される範囲であってアルミナが70qb以上でチタ
ニアが50%以下の場合は、特に500℃以上の高温下
で1ψ用するとクラックが発生しやすく問題となり連に
アルばすが50q/)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’/ク
スの場合は、自身の耐摩耗性が急激に多くなり1制御掌
耗性に問題があるCとや粉末コストがより高くな/Sな
どの問題がある。よってアルミナとチタニアの配合割8
vよアルミナ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:L、(5Sμ)より
細かいものが望ましく88μよシ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01ないし0.25咽が望ましい
。[105mmよシ薄いと表面に均一なJ8さの溶射層
は得られず、また0・61+1++1より厚いと溶射層
の剥離が発生しやすい欠点がある。
尚アルミナーナタニアの蒔射層と金属母材とのfj屑注
性全向上せるために侮P41母拐tよ前処理としてショ
ツトブラストが施こされる。この/ヨツトブラストの祖
面比による金鵬母祠の次面オ且さは20〜40μRzが
好ましい。
又更に密着性全向上させるためにこの机面化された金属
母材上に金属母材との心着性に優れるNi−At+、M
金粉末(メテコ社喪メテコ450)、N1−Cr−At
(メテコ社4(2メ7− :I 446) A分末等V
Cヨって下地溶射(浴射厚さ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月の組会わ+!:全実施?l
Jにより具体的に説明し、Or来のものと比較する。な
お例中「係」は「重餡−係」全表わす。
実施例1 ピストンリングの母材として球状黒鉛病鉄製の外径55
.0調、内径61.0笥、厚さQjJa75咽の回転試
験片を用い、七のタト周囲に異なる処理方法により厚さ
0.1ないし0.2Wr!nの被覆層ケ形成せしめて下
記の摺動部拐を得た。
囚 クロムメッキ処理をした部材 (B)  F’e−Cr合金(組成: pe−65%C
r −az%C−1,5%Si、粉末粒#10〜74μ
、以1同じ)のプラズマ溶射処理ケした部材 (C)  Ni−Al粉末(メテコ社Hメf コ450
 )による下地浴射層(40〜60μ)の上にアルミナ
−チタニア相合粉末(組成’ Az、、Q3−40%T
i(J2. J f :I 151VF−10、以下間
U ) K: ヨリプラズマ浴射した部制 そして形成された各々のメッキ面及びイ容射面全研11
1]加工しyto 上記の処理音節しfc各回転試験片全相手部材(シリン
ダライナ月科)である長さ15.75m、r1]6.3
5腿、高さ10.2mす、(L)1  合金i1矢製及
び (口 ホットプレスした背比珪素堰のブロック試験片の
各端面(15,751111X 6.35哩)と接する
ように配置し、接触面にイ蘭滑油としてモータオイル1
0W−307i供給し摩耗試験PIJ&:使用し、回転
pa 160r pm %荷1180Kgで1時間の摩
耗試験を実施した。
j)A     比!]又例 D        B”   =。
D        C A E       B     〃 1弓              C芙施12り上記組
酋せによる試験Wj東・4図に示す。図中、横q111
に関して上方の縦軸はブロック試験片のjY耗量(μ)
金表わし、横軸に関してF方のホ1.伯軸は回転試験片
の摩耗−1si: (11tl)を表わし、(5)〜(
匂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fD+と(1!;) k
比較するとピストンリングに11E来の材利金用いた場
合(1)−A、 D−B、 E−A、 U−13) 、
■)の摩れは(J、)よりも減少するが相手部材である
囚及び(B)の摩し量が著しく lij大する。これに
対しピストンリン久に本発明により(C) k使用した
場合、(C)自身の摩耗jt Fi(Al (B)に比
し格段に低いがシリンダライナが■)の台金@鉄である
と(Diの摩耗量が(A)(B)を相手にしたときよシ
もかえって増加する。こnに対し、シリンダライナが■
)の窒比珪裕のときは全く逆の傾向を示して(Qの摩耗
傷′は(C) fc相手にしたとき最少であり、(C)
自身の摩耗量も(At;(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(Qの窒化珪素と
の組付ぜにおいて最も効果全発揮しているということが
できる。
尖施列2 アルミナ−チタニア複会粉末(Atz03−40%T 
i 02、メテコ151VF−10)金柑いて球状黒鉛
鋳鉄製のピストンリング基材の摺動面にNi−At下地
υ射7施しく40〜60μ)続いてその上にアルミナチ
タン複8粉末(AtzOa−4%TiO2メテコ131
’VF−10) ’c溶射し、通常の研削加工、ラッピ
ング加工を施し実機試j倹用のピストンリング(摺動面
の表面粗さ:05〜2.0μRz)’?製作した。力(
1工後のトフル浴射層厚さは0.15mmである。
また比較用としてクロムメッキを施したピストンリング
、鉄−クロム台金粉末爵射を施したピストンリング(厚
さ0.15配)を製作した。
上a己6種のピストンリング乞ヤれぞれティーゼルエン
ジンに組込み、実機による耐久試験音゛実施した。但し
使用したティーゼルエ/ジンは排気−112188cc
、 シリンダ孔径90羽、ストローク86−4サイクル
4気筒のものであシ、シリンダライナとしてはホットプ
レス法によ#)製作しfc’l化珪素製のもの金柑いた
。試験条件はエンジン回転i5200rpm全負イ訂と
し、燃料として軽油を用い500時間の連続試験全行な
った。
この結果、ピストンリングの厚さ方向の平均摩耗瀘はク
ロムメッキ音節したものが86μ、鉄クロム付会溶射音
節したものが55μであったのに対し、アルミナ−チタ
ニア溶射奮施したものは7μに過ぎず、極めて優秀であ
った。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rlJ k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ッキを施したピストン
リングと組合せた場合を除いては睡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パ
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った。これtよピス
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繁とし、七の相
手部材の摺動面材料としてアルミナ−チクニア合金浴射
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
は従来の組首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開」焼付性が向上する。
[株] 窒化珪素のシリンダライナ全支障なく使用でき
ることにより燃費の向上に餞することができる。
等の効果を羽し、k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、ブローノ(イガスの斌が少
なくなる等の効果をイ1する。
【図面の簡単な説明】
図は本発明実施例1の谷摺動部相の組合せにおりる耐摩
耗性を示すグラフ全表わず。 (ほか1名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 摺動部1jシな一対の部材のうち、一方の部材が背比珪
    素からなる摺動部を有し、他方の部利の摺動部がアルミ
    ナ−チタニアの溶射層からなること全特徴とする摺動部
    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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JPH0512584B2 JPH0512584B2 (ja) 1993-02-18

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JPH0512584B2 (ja) 1993-02-18

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