JPS62121847A - 内燃機関用部材 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関用部材に係り、特に保油性が高く、耐
焼付性、耐摩耗性に著しく優れた、ピストンリング又は
シリンダライナ等の摺動面を有する内燃機関用部材に関
する。

［従来の技術］ 舶用ディーゼルエンジン等の大型の往復式内燃機関にお
いては、通常、シリンダブロックに筒状のシリンダライ
ナが装着されている。

このシリンダライナの内周面とピストンリングは、内燃
機関の作動時において互いに摺動するものであることか
ら、潤滑油保持性（保油性）が高く耐摩耗性に優れてい
ること及び十分な強度を有することが特性として要求さ
れている。

従来、シリンダライナやピストンリングには、含油性に
富み、摺動性の優れた特殊鋳鉄が用いられている。また
、摺動面に耐摩耗性の優れた硬質クロムめっきを施す場
合もある。

また、ピストンリングは、鋼製とされることもあり、モ
リブデンコーティングを施して対ヌカッフィング性を高
める場合もある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで近年、舶用ディーゼルエンジン等の内燃機関の
燃費の低減、機関出力の増大を図るために燃焼室内の燃
焼圧力が高められつつあると共に燃ネ゛１油や潤滑油の
低質化も進められており、これに対応すべくシリンダラ
イナ及びピストンリング等の内燃機関用部材にも摺動性
、耐摩耗性等の特性にさらに優れたものが要求されてき
ている。

しかるに、部材表面に摺動性、耐摩耗性の２つの特性を
具備せしめることは極めて困難である。

例えば硬質金属の皮膜を摺動面に形成した場合には、耐
摩耗性はそれだけ高められるものの、摺動摩耗に伴って
表面が過度に平滑になり、焼き付けを起す恐れがある。

即ち、潤滑油を摺動面に供給するタイプのものにおいて
は、表面が過度に平滑であると摺動面の油の保持特性（
保油性）が低くなり、油切れを起こして焼き付けを生じ
易くなる。

また、セラミックの溶射皮膜を形成した場合には、被膜
の硬度が高いところから耐摩耗性を高めることができる
が、被膜表面の粗度が高いので摺動特性がやはり低いも
のとならざるを得ない。

このため、従来の内燃機関用部材では、耐摩耗性が高い
場合においても、自己潤滑性や油膜保持性等の摺動性に
おいて十分であるとはいえず、優れた特性を有する内燃
機関用１部材の出現が強く望まれていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の内燃機関用部材は、少くともその摺動面をモリ
ブデン（ＭＯ）又はＭｏ合金９５〜６０玉！７１一部と
、Ｔ　ｉ　Ｃ粒子５〜４０重量部とのサーメットで形成
したものである。

本発明では、このような内燃機関用部材の製造にあたり
、まず、Ｍｏ又はＭｏ合金と、ＴｉＣ粉末とを調整する
のであるが、ここにおいて用いるＭｏ合金としては、Ｆ
ｅ：０〜３０％（以下、％は全て重量％を示す）、Ａ２
２０〜１０％、Ｎｉ：Ｏ〜１０％、Ｃｒ：０〜１５％、
Ｃｏ＋０〜１０％以下、Ｃ：０〜５％の範囲で含有する
ものが挙げられる。ここで、これら合金化元素の添加割
合について説明する。

Ｆｅは安価でありＭｏ合金の価格を低下させることがで
きるが、過度に多いとＭｏ合金の耐食性及び融点を低下
させるので、Ｆｅは３０％以下とりわけ１５％以下の添
加量とするのが好ましい。

Ａ見は金属組織の微細化を図り、その耐食性を高めるこ
とができるが、過度に多量であるとＭ。

合金の耐食性及び融点を低下させるので、１０％以下と
りわけ７％以下の添加量とするのが好ましい。

Ｎ１は基地の強化に有効であるが、過度に多くなると異
種組織を発生し易くなる。そのため、Ｎｉは１０％以下
とりわけ７％以下の添加量とするのが好ましい。

Ｃｒは基地の耐食性を高めるが、炭化物生成傾向が強く
、その含有量が過度に多くなると金属組織の靭性が低下
し易くなる。そこで、Ｃｒは１５％以下とりわけ１０％
以下の添加量とするのが好ましい。

ＣＯは基地の強化に有効に作用するが、過度に多くなる
と基地の融点を低下させるので、１０％以下とりわけ７
％以下の添加にとするのが好ましい。

Ｃは基地の耐焼付性、耐摩耗性を高める作用があるが、
過度に多くなると炭化物析出針が多くなったり、基地そ
れ自体の強度を低下させるので、５％以下とりわけ２％
以下の添加量とするのが好ましい。

Ｍｏ又はＭｏ合金とＴ　ｉ　Ｃとの混合率は、Ｍ。

又はＭｏ合金９５〜６０重量部、ＴｉＣ５〜４０屯は部
である。ＴｉＣ含有率がこの範囲よりも多くなると、被
膜中の金属量が相対的に小さくなって形成される部材の
靭性が低下し易い。また、Ｔ　ｉ　Ｃの含有範囲が上記
範囲よりも少い場合には、耐摩耗性が低下する。

なお、Ｔ　ｉ　Ｃとしては粒径が５〜６３ｇｍとりわけ
１０〜４４ｐｍ程度のものが好ましい。

本発明の内燃機関用部材は、上述のＭｏ又はＭｏ合金と
ＴｉＣとの混合粉末を、 ■　溶解鋳造する。

■　部材の摺動表面に溶射して被膜を形成させる。

■　部材の摺動面にレーザ溶融により被膜を形成させる
。

等の方法により容易に製造することが可能である。

■の方法によれば、摺動面のみならず１部材全体がＭｏ
又はＭｏ合金−ＴｉＣで形成されたものが得られる。

■の溶射の際のＭＯ又はＭｏ合金の好ましい粒径は５〜
６３ＩＬとりわけｌＯ〜４４１Ｌｍである。

■の方法において、Ｍｏ又はＭｏ合金とＴｉＣ粉末を部
材表面に溶射した後、この被膜の表面に更にレーザビー
ムを照射し、被膜の溶融を促進してもよい。このような
レーザ照射は、原料粉末の溶融が不十分である場合に行
うに好適であるが、十分に溶融した粉末が溶射された場
合であっても、溶射膜表面の密度及び強度を増大させる
効果がある。

■の方法による場合には、部材の摺動面に原料粉末を予
め塗布した後レーザ照射するか、又は、部材の摺動面に
レーザ照射を行いつつ原料粉末を散布する等の方法が採
用される。

このような方法により本発明の内燃機関用部材を製造し
た場合、ＴｉＣの含有率を５〜１３．５重量部とした場
合には、摺動面は亜共晶材となり、Ｔｉｃが１３．５〜
１７．５重量部である場合にはラメラ構造の共晶材とな
り、１７．５〜４０重量部である場合には過共晶材とな
る。

［作用］ 本発明の内燃機関用部材の摺動面は、高融点金属である
ＭＯ又はＭｏ合金と高硬度のセラミックス粉末であるＴ
ｉＣ粉末とからなるサーメットである。このため、ＭＯ
又はＭｏ合金の高靭性、高耐熱性とＴｉＣ粉末の耐熱性
、高硬度、化学的安定性の両者を兼備するものであり、
耐焼付性にも極めて優れる。

また、製造直後においては、第１図に示すようにサーメ
ツト層１はＭｏ又はＭｏ合金の層２中に１１０層３が分
散した状態のままであるが、他の部材と摺動すると、第
２図に示すようにＴｉＣよりも硬度の低いＭｏ又はＭｏ
合金の層２が摩滅し、１１０層３が摺動面から突出する
ようにして露出し、被膜表面１ａに微小な多数の凹部４
が形成される。この凹部４は良好な油溜部として作用し
、潤滑油の保油性が著しく高くなり、摺動面の耐摩耗性
が著しく向上される。

なお第１図及び第２図は、前記■〜■の方法のうち、■
又は■の方法により摺動面に被膜を形成した場合を示し
、図において符号５は部材の本体側を示している。

［実施例］ 実施例１ 鋳鉄製シリンダライチの摺動面に、Ｍｏ粉末及びＴｉＣ
粉末の混合粉末をプラズマ溶射することにより被膜を形
成した。

用いたＭｏ粉末及びＴｉＣ粉末の粒径及び溶射条件は次
に示す通りである。

配合量 Ｍｏ　　：８２．５重量部 Ｔ　ｉ　Ｃ：　ｌ　７　、５重量部 粒径 Ｍｏ粉末：　ｌ　ＯＩＬｍ　〜４４　ｐｍ。

ＴｉＣ粉末：　１０ｇｍ〜４４４ｍ 溶射条件 溶射装置：プラズマ溶射装置 粉末供給量：　２．５ｋｇ／ｈ 実施例２ ＭＯの替、わりにＭｏ合金を用い、ＴｉＣの混合比率を
変えたこと以外は実施例１と同様にしてシリンダライチ
の摺動面にＭｏ合金とＴ　ｉ　Ｃとからなる被膜を形成
した。なお、Ｍｏ合金の組成は次に示す通りである。

Ｍｏニア０％ Ｆｅｍ１０％ Ｃｒ：５％ Ｎｆ：５％ Ａ交：５％ Ｃ：５％ また、ＴｉＣ粉末の混合比率は１５．５重量部である。

実施例３ 実施例２において、Ｍｏ合金とＴｉＣとの混合比を８７
ｗｔ％：１３．０ｗｔ％としたこと、及び溶射被膜形成
後に更にレーザビームを照射したこと以外は実施例２と
同様の操作によって摺動面表面に被膜を形成した。

なお、レーザ装置としてはＣＯ２レーザ装置を用いた。

試験例１ 実施例１．２で得られた被膜を有するシリンダライナに
ついて、ビニオンディスク型摩耗試験材を用いて、その
摺動特性を調べた。

テストピースはピン型試験片（３φ）及びディスク型試
験片（５５φ）中に、各々、実施例１．２の方法により
被膜を形成して作製した。各々の試験片を用いて、同一
被膜同志を摺動させて、種々の面圧下で摩耗試験を行な
った。面圧と摩耗量との関係を第３図に示す。

なお、摩耗試験の諸条件は以下の通りである。

摺動速度：１．８ｍ／ｓｅｅ 試験温度：１６０℃ 潤滑剤：エンジン油（ＳＡＥ＃２０） 面圧（ｋｇ／ｃｒｎ’）＋６．６，８．０，９．５また
、比較のために、従来よりピストンリングやシリンダラ
イナに用いられている鋳鉄についても、同様に鋳鉄同志
を摺動させて摩耗試験を行なった。その結果を第３図に
併記する。

第３図から、本発明の内燃機関用部材に形成される被■
りは、鋳鉄に比べて一桁以上もその摩耗量が少ないこと
が明らかである。

［効果］ 以上詳述した通り１本発明の内燃機関用部材は、良好な
保油性を有し、著しく耐摩耗性に優れた摺動面を有する
。従って１本発明は内燃機関用部材の耐久性を大幅に延
長することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の内燃機関用部材の摺動面の
構成を示す模式的な断面図である。第３図は試験例１の
摩耗試験の結果を示すグラフである。 １・・・皮膜、　　　　　２・・・ＭＯ又はＭｏ合金層
、３・・・ＴｉＣ層、　　　４・・・凹部、５・・・本
体。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストンリング又はシリンダライナ等の摺動面を
   有する内燃機関用部材であって、少くともその摺動面が
   モリブデン又はモリブデン合金９５〜６０重量部と、Ｔ
   ｉＣ粒子５〜４０重量部とのサーメットで形成されてい
   ることを特徴とする内燃機関用部材。