JPS6082654A - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、摺動部材に関し、詳しくは、内燃機関用ビス
１ヘンリング、シリンダライナ、ピストン等の摺動面に
適用できる摺動部材にかかる。

口、従来技術 内燃機関において、性能を向上させる目的での高回転、
高圧縮比化、また、軽量化、燃費向上対策としての軽合
金の使用や部品の小型化等の必要性から、そういった背
景にある部品表面に対する耐摩耗性、耐焼付性、摩擦特
性等を、従来にもまして改善する必要性が高まっており
、多くの研究がなされている。

従来、このような試みの一つとして、摺動部に金属、酸
化物、炭化物を溶射したり、またはメッキにより耐摩耗
性波８５を形成することは公知であり、その応用例も多
い。

以下、ピストンリングに例をとって具体的に説明する。

ピストンリングの摺動部への耐摩耗性被覆層としては、
鉄系ピストンリング母Ｈの摺動部にりし７ムメソキ、Ｍ
ｏ溶射、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金溶射等、耐摩耗性に優れ
た被覆層を形成する表面処理が行われている。

クロムメッキピストンリングは、摺動する相手＋Ａであ
るシリンダライナ鋳鉄材との耐焼付性がよくないため、
焼イ］きや、いわゆる、スカッフィングと呼ばれる引掻
摩擦を発生しやすいという欠点がある。

ごのための対策として、普通鋳鉄にＮｉ、Ｐ　、Ｃｒｓ
Ｍｏおよび、または、Ｂ、Ｎｂを添加した低合金鋳鉄シ
リンダライナを用いることもある。

しかし、このものは、普通鋳鉄（たとえば、ＪＩｓ規格
ＦＣ２３）に比べて、鋳造性および機械加工性が悪くな
り、従って、シリンダライナとしての、コストか高くな
る等の問題がある。

また、摺動外周面にクロムメッキしたピストンリングは
、摺動する相手材である。シリンダボアの摩擦は少ない
が、ピストンリング自身の耐摩耗性が劣る欠点がある。

また、門０溶射ピストンリング已ま、（１３動する相手
材である、シリンダライナ鋳鉄材との耐焼付性は良好で
あるが、ピストンリング自身の耐摩耗性に劣ることや、
２５０℃ツ、上の熱負荷がかかるエンジンでは、Ｍｏの
酸化により、ピストンリング母材と溶射層の間、および
溶射層内の結合力か劣下し、Ｍｏｉ荊層が剥離しやすく
なったりする欠点がある。

加えて１．、、Ｍｏ自体が高価なため、ピストンリング
製品が高価となる欠点もある。

一方、高炭素鉄−クロム合金溶射においては、クロムメ
ッキ、Ｍｏｉ’ａ射品に比べ、摺動部材〔１身の耐摩耗
性に（優れ、また、熱負荷により溶射層の酸化劣化は少
なく、剥離等の問題は生しない。

しかし、摺動する相手材であるシリンダボアが、軟らか
い普通鋳鉄の場合には、シリンダボア例の摩耗が大きく
なる欠点がある。

このような欠点を解決する試みとして、高炭素鉄、クロ
ム合金に、Ｍｏのような自己潤冶性刊料や、Ｎｉ合金の
ような相対的に軟質な材料を、添加した合金粉末の熔射
が試みられているが、シリンダボア側の摩耗に対しては
、必ずしも、十分な耐摩耗性能を確保することができな
かった。

一方、低炭素鉄−クロム合金を主成分とした粉末による
、間柱の溶射も試みられているが、シリンダボアの摩耗
に対しては、良好な耐摩耗性能を示すものの、摺動部材
自身（ピストンリング自身）の耐摩耗性が劣るという問
題点があった。

ハ３発明の目的 本発明は、このような従来の摺動部材の問題点を解決す
るものであって、金属等を母材とする摺動部４Ａの摺動
部表面に、鉄ないし鉄合金からなる溶射層を形成し、し
かる後に、軟窒化処理することによって、摺動部材自身
の耐摩耗性、耐焼付性を向上させるとともに、摺動する
相手材に対する損傷性をも低減することのできる、摺動
部材を提供することを目的としている。

二９発明の構成・作用 このような目的は、本発明によれば、金属等を母材とす
る摺動部材の摺動面表面に、鉄ないし鉄合金からなる溶
射層を形成し、しかる後、軟窒化処理を施したことを特
徴とする摺動部材によって達成される。

ここで、本発明において、鉄ないし鉄合金溶射と軟窒化
処理を組合せたのは、鉄ないし鉄合金溶射層のもつ摺動
部材自身の耐摩耗性の良好な性能を生かしつつ、軟窒化
処理によってさらに、耐焼付性を向上するとともに、な
じみ性の向上により、摺動する相手部材の耐摩耗性を向
上するという、両者の利点を利用し、従来の摺動部材の
欠点を改善するものである。

ボ、実施例 以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 外径φ３５龍、内径φ３０龍、幅ＩＱｍｍの、低合金ｆ
１７１！円筒試験片の外周面に、溶射月組成を第１表に
示すような、材料記号へないしＧの鉄系溶射材を、０．
２〜０．３龍の厚さで熔射し、研削加］二後、ランプ仕
上を行った。

第１表　試験溶射材の組成 加工後の溶射層厚さは、０、ＩＩＩＩＩｍにそろえ、表
面あらさば、１．５〜２．５μｍとした。

この後、５７０　’Ｃで５時間のガス軟窒化処理を行っ
た。

ガス軟窒化深さは、拡散層で２５〜４０μｍの範囲であ
り、表面あらさば２．５〜４．０μｍであった。

上記試験片を、摺動する相手材である、大きさが］、６
＋＋＋ｎＸ　１０ｒｍｘ６ｍｍの普通鋳鉄（ＪＩＳ規格
ＦＣ２３相当）試験片の端面（１６龍ＸＩＯ酊）と摺接
させ、摺動面に潤滑剤として、モータオイル１０Ｗ−３
０を供給しながら、回転数１６　Ｏｒｐｍ、荷重６０ｋ
ｇで１時間の摩耗試験を行った。

比較従来材として、第１表に示した、材料記号■ないし
◎の溶射材組成であって、ガス軟窒化処理を無処理とし
た試験片を製作し、同様の摩耗試験を行った。

摩耗試験結果を第１図に示す。

第１図における記号■ないし◎は、第１表の材料記号■
ないし◎と一致させである。

第１図から明らかなように、材料記号■ないし◎の各溶
射材料において、溶射のままに比べて、ガス軟窒化処理
した方が、摺動部利目月の耐摩耗性、および１１１動す
る相手材に対する損傷性とも、大幅に改良されているこ
とが理解される。

なかでも、材料記号■の高炭素鉄−りしｚム合接のよう
に、炭化物が多いものよりも、祠オ」記号■、◎、■、
■の低炭素鉄−クロム合金系や、材料記号■のステンレ
ス鋼、材料記号［Ｆ］の炭素鋼のように、炭化物が少な
いか存在しないものの方が、改良の度合が大きい。

この理由としては、炭化物が多いと、ガス軟窒化処理に
より炭窒化物が形成され、ガス軟窒化処理の実施によっ
て、炭窒化物の存在による摺動する相手材に対する損傷
を、高めるためと考えられる。

実施例２ 外径２５．６　ｍ＋＋、内径２Ｑｍｍ、、厚さ１．６　
ｍｍの、炭素鋼製固定試験片のリング端面に、実施例１
において示した、材料記号■ないし◎の溶射試験片に、
ガス軟窒化処理品と、ガス軟窒化無処理品を製作した。

これらの試験片を摺動する相手材である、３０ｍｍＸ３
　ＱｍｍＸ　Ｉ　Ｑｍｍの炭素鋼（Ｊｒｓ規格５４５Ｃ
）試験片の端面と摺接し、摺接面に潤１侍剤として、モ
ータオイル］、０Ｗ−３０を供給して、？＋ｉｉ重を２
５ｋｇから５００　ｋｇまで増加させ、焼付限度荷重を
測定した。

この結果を、第２表で示す。

庄）※印は５００　ｋｇでも焼付を発ηユしないもの。

第２表から理ＩＷされるように、（Ａ料記゛弓■ないし
◎のいずれの材料も、ガス軟窒化処理することにより、
大幅に耐焼伺性が改良されている。

なかでも、実施例１の場合と同様に、月番′４記号■な
いし◎の＋４料において、改良効果が大きい。

実施例３ 球状黒鉛鋳鉄ピストンリングを基材として、その摺動面
に、実施例］に示した月料記罫■ないし■の７月質を熔
射し、仕上加工して、７種類のピストンリングを製作し
た。

なお、比較品として、材料記号■の材質でガス軟窒化無
処理のピストンリングを用いた。

−ヒ記８種類のピストンリングを、それぞれディーゼル
エンジンに組込め、実機により耐久試験を実施した。

使用したディーゼルエンジンは、排気量２１８８ｃｃ、
シリンダ孔ｆ’Ｍ　９０　ｍｒｈ、ストローク８６顛の
、４サイクル、４気筒エンジンであり、シリンダライナ
としては、低合金鋳鉄製のものを用いた。

そして、試験条件は、エンジン回転数２００Ｏｒ、ｐ、
ｍ、全負荷とし、燃料として軽油を用い、水温を４０℃
に制御して５００時間試験した。

この耐久試験による、シリンダライナおよびビスＩ・シ
リンダの摩耗量は、材料記号のないし◎において、いず
れも、従来付相当の摩耗量を示す材料記号■のガス軟窒
化無処理品よりも少なく、とくに、材料記号■ないし◎
において、優れた摺動性能を示している。

また、従来付相当品である材料記号■のガス軟窒化無処
理品では、シリンダライナに若干のたてきすが認められ
、焼付きの前兆であるスカッフィングの兆候を示してい
たが、本発明品である材料記ｊｉｊｔ−■ないし■のガ
ス軟窒化処理品では、そのような兆候すら認められず、
優れたスカッフィング性が確認された。

へ１発明の効果 以上により明らかなように、本発明にががる摺動部祠に
よれば、金属等を母材とする摺動部Ｈの摺動部表面に、
鉄ないし鉄合金からなる溶剤層を形成し、しかる後に、
軟窒化処理することによって、摺動部材自身の耐摩耗性
、耐焼付性を向上させるとともに′、摺動する相手材に
対する損傷性をも低減することができる利点がある。

とりわけ、本発明をピストンリングに適用した場合には
、ピストンリング自身、および、その摺動する相手材で
あるシリンダライナの摩耗を少なくすることができる利
点がある。

上述はピストンリングに適用した場合についてｊホべた
が、他の摺動部品に適用した場合においても、同様の効
果が期待できることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１における摩耗試験結果を示すグラフ
である。 出願人　トヨタ酊動ｆＡホ式イ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属等を母材とする摺動部材の摺動面表面に、鉄な
   いし鉄合金からなる溶射層を形成し、しかる後、軟窒化
   処理を施したことを特徴とする摺動部材。 ２、鉄合金溶射層として、少なくとも、低炭素鉄−クロ
   ム合金、炭素鋼、ステンレス鋼のうち、いずれかを主成
   分とした粉末、もしくは、これらの混合粉末を溶射して
   なる溶射層を形成した、特許請求の範囲第１項記載の摺
   動部材。 ３、摺動部利をピストンリングとした、特許請求の範囲
   第１項記載の摺動部材。