JPS60152694A - 機械的摩耗及び熱による摩耗を受ける表面に対して保護コ−テイングする方法及び該方法によつて得られる保護コ−テイング - 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】 （イ）発明の技術分野 本発明は、熱や機械の摩擦による摩耗を受ける機械部品
の表面、具体的には、熱や機械的摩擦と同時に、擦り合
わせや酸化による摩耗を受けやすいエンジンの内燃室（
ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　）を形成する
部品、例えば、シリンダー、バルブステム、ピストンの
クラウン部分、とりわけピストンリングなどの表面に対
して保護用コーティングを施す方法に関する。本発明は
、また、該方法によって得られる保護コーティングにも
関するものである。

〈０）技術の背景 最新のエンジン部品、とりわけディーゼルエンジンの内
燃室の部品は、かなりの熱及び機械的刺激にさらされて
いることは良く知られていることである。特に、シリン
ダー、ピストン、バルブステム、中でもピストンリング
の摺動面（ｓｌｉｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ　）には、か
なりの耐久性及び高温における熱安定性、すなわち、密
着して擦り合わせられることによる摩耗及び過熱や過圧
による故障や機械の疲弊、さらに摩損ばかりでなく、酸
化や化学的、電気化学的腐食などに対する抵抗力がなく
てはならない。

（ハ）従来技術と問題点 かような条件を満たすため、従来、電気メッキ。

フレイム（ｆｌａｍｅ　）またプラズマスプレィなどの
様々な方法で作られたコーティングを施した重合金鋳鉄
が、上記の機械部品に対し用いられてきているが、現在
までのところ少なくとも部分的にしか満足のいくもので
はなかっな。公知の電着処理されたコーティングは、ク
ロームの被膜層（１ａｙｅｒ）を保護する表面に電着し
たニッケルでできた基層（ｂａｓｅ　１ａｙｅｒ）にコ
ーティングすることによって主に得られていた。かよう
にして得られたコーティングの厚さは、約０．４５ｍｌ
１１以下である。というのは、それ以上の厚さがあると
、必要な電着処理時間が長くなり、不経済であると同時
に、特に被膜層を厚くすると粘着性がなくなるので、保
護被膜が早く剥がれてしまうことになるからである。電
着処理方法は、広く知られており、また同様に、その操
作媒介変数（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ
ｓ）もよく知られている。電着処理は普通、硫酸塩水溶
液の入った電解槽中で、二酸化クロムを介在させ、被膜
すべき金属の側に鉛の陽極、陰極を設け、１０〜３０ア
ンペア／ｄｍ２の電圧で、約２０〜２５ミクロン／ｈの
電着スピードで行なわれる。

公知の電着方法に全く欠点がないわけではない。

特に公知方法では、薄い被膜層しか作ることができず、
処理される部品の寿命を長くするには充分ではない。ち
なみに、部品の寿命が長（なることは、それだけその部
品を取り付けたエンジンの維持期間を長くするために是
非とも必要なことである。更に最近では、経済的理由か
ら、硫黄分や他の腐食成分が多く含まれた質の悪い燃料
を使用する傾向があり、こうした燃料だと、電着処理し
たのであれ他の方法で作ったものであれ、保護被膜及び
それにより保護されている部品を急速に摩耗させてしま
う。

仁）発明の目的 本発明の目的は、上記の欠点を解決するとともに、厚さ
が大きく化学的腐食に強く、被覆される表面を効果的に
保護することのできる保護コーティングを、摩耗を受け
る表面に対して施す方法を提供するものである。

本発明の更なる目的は、電着被膜層を用いることにより
、該保護コーティングを提供することにある。

け）発明の構成 上記の目的は、擦り合わせや酸化による摩耗を受ける表
面、とりわけエンジンの表面に対し保護コーティングを
施す方法に関する本発明によって達成することができる
。本発明の特徴は、第一段階として、電解液の入った電
解槽の中で、ビッカース硬度４００〜６００ｋｇ／　ｍ
ｍ２、最大厚２０〜４０ミクロンの硬質クロムの第一被
膜層を金属表面に電着させ、そして、第二段階として、
該硬質クロムの第一被膜層の上にビッカース硬度が少な
くとも約１０００ｋｇ／ｍｍ２あり、かつ最大厚が約１
　、２ｎ＋＋＋＋ある硬質クロムの第二被膜層を電着さ
せ、かつ、この第二段階において混酸（ｍｉｘｔｕｒｅ
　ｏｆ　ａｃｉｄｓ）を含む電解水溶液槽の中で、該第
一段階におけるクロムの電着スピードの４〜１０倍のス
ピードでクロムの電着を行なう、ことにある。

内燃機関の表面、とりわけディーゼルエンジンの燃焼室
を形成する部品及び往復機関（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉ
ｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｓ　）のピストンリング及びピスト
ンのシール用リング（ｓｅａｌｉｎｇ　ｒｉｎｇ）など
の表面を被覆する保護コーティングに関し、その特徴と
するところは、硬度が４００〜６００ＨＶで最大厚が２
０〜４０ミクロンあり、緊密で割れ目（ｃｒａｃｋｓ　
）や小さなひび（ｍｉｃｒｏ−ｃｒａｃｋｓ）また孔な
どがほとんどない電着処理された硬質クロムからなる第
一被膜層と、第一被膜層の上を覆い、少なくとも１００
０　ＨＶの硬度と、最大厚的１．２ｍｍを有し、−面に
平均して５〜３０ミクロンの長さで、分布密度（ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）にしてリニ
アセンチメートルあたり少なくとも約２００の微少の裂
は目をつけられた第二被膜層とからなことにある。

（へ）発明の実施例 本発明をよりよく理解していただくため、本発明を添付
の図面に沿って説明するが、本発明は、これらの実施例
に限定されるものではない。

第１図でエンジンの内燃室の部品は１で示され、本実施
例においては、ディーゼルエンジン用ピストンのシーリ
ングである。簡略化のため主要断面の外側部品のみ示し
であるが、この部品１の表面２、つまり、図示の実施例
ではその外側表面ば擦り合わせや酸化による摩耗を受け
、作動状態ではエンジンのピストンとシリンダーの側壁
との間でスライディングシール（ａｌｉｄｉｎｇ　５ｅ
ａｌ）を形成するよう意図されている。この表面２には
保護コーティング３が施されており、機械的摩耗や、燃
焼生成物による高温下での化学的、電気化学的作用が原
因となって起こる熱による摩耗から表面を保護する働き
をする。

図で示した実施例において、保護コーティング３は、表
面２上に電着された二つの層からできている。すなわち
、ビッカース硬度５３６ｋｇ／ｍｍ２（５３６ＨＶ　）
　、厚さ３５ミクＣ’　７　（０，０３５ｍｍ　）を有
し、鋳鉄でできた部品１の表面に対して直に電着処理し
た硬質クロムの第一層と、ビッカース硬度１０７３ｋｇ
／１ｎｔｎ２（１０７３ＨＶ）　、厚さ１　、０５ｍｍ
を有し、層４上に電着処理された硬質クロムからなる第
二層である。第２図、第３図を見ると解るように、被膜
層４は、緊密に作られており、割れ目、微少なひび及び
孔がほぼなく、部品１の鋳鉄に完全に密着している。被
膜層５は完全に被膜Ｍ４に密着していて、ブローホ〒ル
やひび割れなどはなく、約５〜３０ミクロンと微少で被
膜層５自体に平均に分布させられた多くの微少のひびを
有している。

更に一般的に言うと、本発明によって作られる保護コー
ティング３は、熱や機械的摩擦による摩耗を受けるあら
ゆる表面に用いることが可能である。そして、エンジン
の分野では、ピストンリングばかりでなく、バルブステ
ム、シリンダのスリーブ、及びピストンのクラウン部分
やピストンの空洞部分にも被覆することができる。コー
ティング３は種々の技術的要望に応じ、いろいろ変更さ
せることが可能である。それ故、被膜層４を最大厚２０
〜４０ミクロン、ビッカース硬度４００〜６００１１Ｖ
のものにすることも可能であるし、一方、被膜層５を硬
度が１００ＯＨＶかそれ以上、最大厚１　、２ｍｍのも
のにすることも可能である。図では示されていないが、
本発明の他の実施例として、コーティング３に更に第三
の電着処理したならし用（ｒｕｎｎｉｎｇ−３ｎ）の被
膜層を重ねてもよい。この被膜層は被膜層５の上に硬質
クロムを電着処理したもので、ピンカース硬度は約６５
０〜８００ＨＶ、厚さはコーティング３を施しである部
品を備えたエンジンをならしている間に摩耗し被膜層５
が剥出る位のものとなる。

コーティング３は通常の酸化成分や化学的侵食作用のあ
る成分に対して表面２を保護する被膜層を形成するとと
もに、表面２に対する消耗用摩耗防止被膜層（ｃｏｎｓ
ｕｍａｂｌｅ　ａｎｔｉ−ｗｅａｒ　１ａｙｅｒ　ｆｏ
ｒ　５ｕｒｆａｃｅ　２　）をも形成するという二重の
機能を有している。本発明によれば、この二重の機能は
被膜層４と５により別個に果たされている。被膜層４は
その高緊密性及び基礎材料への秀れた密着性により、そ
の材料が鋳鉄であれ、鋼鉄であれ、高温下（例えば過圧
された燃焼室における温度）でも、また硫黄分の多い重
油のようなエンジンを腐食さ１ せやすい燃料の場合でも、充分な腐食防止性、酸化防止
性を発揮する。また、高い熱安定性と腐食に対する速や
かな対抗能力のために、クローム被膜層４は部分的に化
学的に腐食する部分が形成されるのを防ぎ、かつ基礎材
料へ腐食作用のある成分が染み込むのを防ぐ。

一方、被膜層５ば、部品１の作動寿命の間、少しずつす
り減り、表面２が直接摩擦を受けることを防ぎ、従って
、機械の機能が低下するのを防ぐ。

被膜層５は厚さが大きいため（通常の電着処理したクロ
ーム保護被膜の厚さの３倍以上）、部品の作動寿命は約
３倍となり、その結果、保護被膜を施した部品を備えた
エンジンの寿命は伸びる。厚さばかりでなく、この被膜
層５の一つの特徴は、微少のひび割れが存在することで
ある。このひび割れは、潤滑油を集め保持することがで
き、被膜層中に潤滑油を留めておくことのできる位の大
きさで、潤滑油がきれた状態の時でも、機械がストップ
したり、また保護コーティング３が損傷するのを防ぐこ
とが出来るのである。実験では、被膜　９ 層５の微少なひび割れの分布密度がぎりぎりの数値であ
る線センチメートル（ｌｉｎｅａｒ　ｃｅｎｔｉｍｅｔ
ｅｒ　）あたり２００あるいはそれ以上の時、潤滑性が
一層長持ちしかつ充分であったことが証明されている。

上記の保護コーティング３は、次の方法により得られる
。

コーティングすべき部品ｌを入念に洗浄した後、好まし
くはＣｒ０ａのようなりロム溶液及びクロム酸を含む電
解槽内で、コーティングすべき部品の側に鉛の陽極、陰
極をつけ、二極間に４〜１０ボルトの電流を流して電着
処理を行なうことにより、表面２の上に被膜層４を電着
させる。前記した特徴、すなわち、高緊密性、ひび割れ
や孔が無いこと、また、コーティングすべき金属に対す
る密着が秀れていることを確実なものにするためには、
長い間にわたる実験期間を経て得られた特定処理条件（
ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　）の下で電
着を遂行する必要がある。なお、その実験では、電着さ
れたクロムの層は上記の特徴を備え、ニッケルのつなぎ
層（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ　１ａｙｅｒ　）を介在させる
必要なく直接コーティングすべき金属（鋳鉄あるいは鋼
鉄）に電着可能であるという驚くべき結果を得ている。

こうした処理条件は５〜１０ミクロン／ｈという、非常
にゆっくりした電着速度とともに、陰極の電圧を、必ず
３０アンペア／ｄｍ２かほぼそれに近い高電圧に保つこ
とにある。こうした数値の組合わせにより、電着処理に
おいて電着結晶化（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌ
ｉｓａｔｉｏｎ　）を促進することができ、その特徴的
なことは、非常に数多くの結晶核（ｎｕｃｌｅｉｉ　ｏ
ｆ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｓａｔｉｏｎ）が存在するとと
もに、その核は非常に微少であるという点である。この
事実は得られるクロム電着層の緊密化及び密着性をもた
らし、腐食物質の浸透を完璧に防ぐ結果となる。

被膜層４の硬度及び厚さはその都度のコーティング要件
に応じて、公知の方法で電着処理の時間を延長したり、
電解槽中のクロムの組成比を変えることにより、選ぶこ
とが可能である。しかしながら、その数値は、次の範囲
に留める必要がある。

被膜層４厚さ：２０〜４０ミクロン 被膜層４のビッカース硬度：　４００〜６００ｋｇ／ｍ
ｍ２被膜層４を作った後、洗浄処理を行ない、第二被膜
層の電着を行なう。この時にはＣ「０３及び硫酸（Ｈａ
ｖｏ４）を中心に、好ましくはフッ化水素酸（ＨＦ）や
他の鉱酸を混合した混酸を含む電解水溶液槽を使用する
。

クロム被膜層５は、被膜層４の上に、液槽中において、
処理する部品の側に陽極、陰極をつけ、５〜１０ボルト
の電流を長して電着される。被膜層５に通常に得られる
厚さの３倍もしくはそれ以上の大きな厚みを与え、同時
に微少なひび割れ６のついた均一で緊密な電着を施すた
めには、陰極を４０〜７０アンペア／ｄｍ２という非常
に高い電圧にし、かつ、電着速度も被膜層４の電着速度
の４〜１０倍、すなわち時間当り４０〜８０ミクロンに
して処理を行なう必要のあることがわかっている。この
場合も、公知の方法で電解槽中の組成比を変えることに
より、電着層の硬度を決めることが可能であるが、１０
００ｋｇ／ｍｍ２以上でなくてはならない。最５ も経済的な被膜層５の厚さは１　、２ｍｍのオーダーで
ある。

任意ではあるが、更に電着処理を行なって、被膜層５の
上に、ピンカース硬度６５０〜８００ｋｇ／ｎｕ＋＋２
の硬質クロムの被膜層を電着させてもよい。その場合、
電着処理は陰極電圧約３０〜４０アンペア、電着速度は
被膜層５の時と同じ速度で行なわれる。

この処理により、被膜層５の特徴と類似した被膜層を得
ることが出来るが、やや柔らか目であり、ならし用の被
膜Ｎ　（ｒｕｎｎｉｎｇ　ｉｎ　１ａｙｅｒ）として使
われる。この被膜層にも微少なひび割れ６をつけること
ができる。

（ト）発明の効果 以上の記載から、本発明方法の利点が明らかとなろう。

本発明により、今までにない概念に基づき、強度と耐久
性に非常に秀れた特徴を有するクロム保護被膜を得るこ
とが可能である。とりわけ、記述の処理方法は、通常の
処理速度の約３倍近い電着速度で行なわれるため、公知
方法で従来の被膜層（厚みが小さい）を得るのに必要な
時間内で、６ 厚みの大きな（通常の被膜層に比べ約３倍の厚み）クロ
ム保護被膜を作ることを可能にする。各々同様の厚みを
有する二つの電着被膜層を示している第１図、第２図の
写真、つまり、純粋クロム（ｐｕｒｅ　ｃｈｒｏｍｅ　
）の基礎波１！’ｆｆ　（ｂａｓｅ　１ａｙｅｒ）　４
の上に、本発明方法で電着した一番目（第１図）と、従
来の方法でニッケルの基礎被膜層の上に電着した二番目
（第４図）とを比較してみると、第４図のクロム被膜層
は、その厚みが大きいため、使用中に被膜層の急速な剥
離を引き起こす目で見える程大きなひび割れがあること
がわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって形成された保護コーティングを
施されたエンジンにおけるピストンのシールリングの断
面を拡大して示す写真、第２図は第１図に示したコーテ
ィングの基盤部分（ｂａｓｅ　ｚｏｎｅ　）を５００倍
に拡大したマイクロ写真、第３図は第１図のコーティン
グの中間部分を５００倍に拡大したマイクロ写真、第４
図は従来の方法で形成された保護コーティングを施され
た、第１図と同様のシールリングの断面を拡大して示す
写真である。 １・・・エンジンの部品、２・・・摩耗を受ける表面、
３・・・保護コーティング、４・・・第一被膜層、５・
・・第二被膜層、６・・・微少なひび割れ。 手岐補正書卿 １．事件の表示 昭和５９羽籠犠藻５５０２号 住所　イタリー国　ｌ・リノ　１０１２１．コルソ　ギ
　フェルリス、２４名称　ジラルデイニエッセ・ピ・ア ４、代理人 昭和５９年　４月２４日　溌送日） ６、？鉦の対象 罎ｍ會（ブに１午８１切り人、１７１１ｉ１　々ぎＢｉ
ｂ彊Ｆａ　ψ負可を証σンＲカ月Ｃ＊羊峡Ｗ４１桜Ｗ月
σ片閲２明細書の図面の簡単な説明の闇反び図面７Ｊ証
の内容 （１１願書を別紙のとおり訂正する。 （２）委任状及び訳文を補完する。 （３）第８頁１６行目 （４）第１７頁４行目 ［第１図第２図の写真」を「第１図支び第２図」と訂正
する。 （５）第１７頁１５行目 「写真」を「図」と訂正する。 （６）第１７頁１７行目 ｒｏｎｅ　）を５００倍」をｒｏｎｅ　）の金属組織を
示すために該部分を５００倍」と訂正する。 （７）　第１７頁１８行目 ［中筒部分を５００倍］を「中間部分の金属組織を示す
ために該部分を５００倍」と訂正する。 ｉｓ＋　第１８頁１行目 「写真」を「図」と訂正する。 （９）図面をｙ３１ＪＩＥのとおり訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）摺動による擦り合わせや酸化による摩耗を受ける表
   面（２）、とりわけ、エンジンの部品＋１）の表面（２
   ）に、ピンカース硬度４００〜６００ｋｇ　／　ｍｒｎ
   ２、最大厚２０〜４０ミクロンの硬質クロムの第一被膜
   層（４）を電解水溶液槽の中で電着させる第一処理工程
   と、硬質クロムの該第−被膜層（４）の上に、ピンカー
   ス硬度が少なくとも約１０００ｋｇ／ｍｍ２で、最大厚
   が約１．２ｍｍの硬質クロムの第二被膜層（５）を、混
   酸を含む電解水溶液槽中で、該第一工程におけるクロム
   電着速度の４〜１０倍の速度で電着させる第二処理工程
   とからなることを特徴とする機械的摩耗及び熱による摩
   耗を受ける表面に対して保護コーティングする方法。 ２）該第二処理工程に続いて、ビッカース硬度６５０〜
   ８００ｋｇ　／　ｍｍ　２の硬質クロムのならし用被膜
   層を作る第三工程を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の機械的摩耗及び熱による摩耗を受ける表
   面に対して保護コーティングする方法。 ３）混酸は主としてフッ化水素酸と混合した硫酸から成
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の機械的摩耗及び熱による摩耗を受ける表面に対して
   保護コーティングする方法。 ４）該第−被膜層（４）の電着スピードは５〜１５ミク
   ロン／ｈであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   、第２項又は第３項記載の機械的摩耗及び熱による摩耗
   を受ける表面に対して保護コーティングする方法。 ５）硬度４００〜６００１１Ｖ、最大厚２０〜４０ミク
   ロンテ、緊密でほぼ裂は目、微少なひび割れそして孔な
   どがない硬質クロムでできた第−電着液ｎｕ　Ｆｔｉ　
   １４１と、該第−被膜層（４）の上を覆い、硬度が少な
   くとも約１０００）ＩＶ、最大厚約１　、２＋ｎｍで、
   内部に平均して分布し、５〜３０ミクロンの寸法で、そ
   の分布率が少なくとも線センチメートル（ｌｉｎｅｒ　
   ｃｍ）あたり２００の微少なひび割れ（６）を数多く有
   する硬質クロムの第二電着被膜層（５）とからなること
   を特徴とするエンジン部品（１１の熱や機械的摩擦によ
   る摩耗を受ける表面（２）、特にディーゼルエンジンの
   内燃室を形成する部品や往復機関のピストンリングやピ
   ストンのシールリングの表面を被覆するための保護コー
   ティング。 ６）保護コーティングは、潤滑油が該微少のひび割れ（
   ６）の中に集められ保持されることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の保護コーティング。 ７）保護コーティングは、更に、該第二被膜層（５）を
   覆い、硬度約６５０〜８００１１Ｖで、該エンジンをな
   らす段階で完全に摩耗する厚みを有する硬質クロムの第
   三の被膜層を含むことを特徴とする特許請求の範囲第５
   項又は第６項記載の保護コーティング。