JPS635147A

JPS635147A - ピストンリングとシリンダの組合せ

Info

Publication number: JPS635147A
Application number: JP14815186A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shinada; 品田　学
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1986-06-26
Publication date: 1988-01-11

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、耐摩耗性に優れた複合めっき層を摺動面に有
する内燃機関用ピストンリングと、複合めっき層を有す
るシリンダの組合せ技術に関する。

（従来技術と問題点）エンジンには鋳鉄製のシリンダが広く使用されティる。

最近、エンジンの軽量化などに伴いＡ１合金製のシリン
ダが注目されはじめている。Ａ１合金製シリンダは、鋳
鉄製シリンダにくらべて摩耗しやすいため、摺動面に鋳
鉄製シリンダライナを組合せて使用する方法が一般に採
用されている。

ところがこの方法は、原価高となって経済的に好ましく
ない。このため、Ａ１合金製シリンダ内周面に、炭化珪
素を分散させたニッケル複合めっき皮膜を形成したシリ
ンダが提案されている。このニッケル複合めっき皮膜は
、ニッケルの基地中に。

平均粒径１〜１０μｍの炭化珪素粒子を容積比で１０〜
３０％の範囲で分散させたものである。

このニッケル複合めっき皮膜は、炭化珪素粒子による第
一摺動面と、基地部による第二摺動面との間の保油作用
により、耐摩耗性に優れている。

しかし、炭化珪素は硬質で、結晶の端部が鋭利のため、
相手材を摩耗させやすい欠点がある。たとえば、硬質ク
ロムめっきを形成したピストンリングと組合せて使用し
た場合、硬質クロムめっき層の耐摩耗性に問題がある。

また、シリンダのめっき層と同じ炭化珪素分散ニッケル
複合めっきを形成したピストンリングと組合せて使用し
た場合、耐スカツフ性に問題がある。

このように、炭化珪素分散ニッケル複合めっき皮膜を有
するシリンダは、これに組合せて用いる適当なピストン
リングの表面処理層が開発されておらず、実用化には至
っていない。

（発明の構成）本発明は第１の発明として、燐が０．２〜１０重量％、
残りがニッケルからなるニッケル−燐合金めっきの基地
層中に、平均粒径０．５〜１０μｍの窒化珪素が容積比
で５〜３０％の範囲で分散している複合成被層を摺動面
に有するピストンリングと、ニッケルめっきの基地層中
に、平均粒径１〜１０μｍの炭化珪素粒子を容積比で１
０〜３０％の範囲で分散している複合成被層を摺動面に
有するシリンダとの組合せを提供し、第２の発明として
、燐が０．２〜１０重量％、コバルトが１０〜４０重量
％、残りがニッケルからなるニッケル−コバルト−燐合
金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍの窒
化珪素が容積比で５〜３０％の範囲で分散している複合
成被層を摺動面に有するピストンリングと、ニッケルめ
っきの基地層中に、平均粒径１〜１０μｍの炭化珪素粒
子を容積比で１０〜３０％の範囲で分散している複合成
被層を摺動面に有するシリンダとの組合せを提供するこ
とで、上記のような問題点を解決している。

ピストンリングの複合皮膜について以下に述べる。

合金基地中に含まれる燐は、熱硬化処理を行うと硬度が
高くなって耐摩耗性に優れた効果を示し、また、基地の
耐食性改善にも効果がある。

燐の量が０２．２％以下では熱硬化処理をおこなっても
硬度が高くならず耐摩耗性の効果は少ない。

また、１０％を越えると硬度は増すが皮膜はかえって脆
くなり、衝撃強度は弱くなり、密着性も悪くなる。した
がって、燐の量は０．２〜１０％が良い。

窒化珪素は、燐とともに皮膜の耐摩耗性改善に優れた効
果を示す。また、窒化珪素は、セラミックの中でも金属
との濡れ性が悪く金属と溶融状態になりにくいため、耐
スカツフ性も良くなる。

窒化珪素の容量は０．５〜３０％で且つその平均粒径は
０．５〜１０μｍが良い、容量が０．５％以下或いは粒
径が０．５μｍ以下では基地表面に占める窒化珪素の面
積が少なく、耐摩耗性としての効果が少ない、また容量
が３０％或いは粒径が１０μｍを越えると相手材の摩耗
を大きくすることになり、さらに皮膜の強度も低下する
。

本発明は、第２の発明として合金基地中にコバルトを添
加している。コバルトは合金基地の耐熱性、耐蝕性を改
善するとともに、皮膜の圧壊疲労強度も向上させる６合
金基地中のコバルトの量は。

１０重景％以下では上記の効果が顕著に得られず、また
４０重量％を越えてもその効果に著しい変化はない、し
たがって、コバルトの量は１０〜４０重量％が良い。

（実施例１）呼び径Ｘ幅×厚さが７８購Ｘ１．５ｎｎＸ３．２ｍｎの
鋼製第一圧力リングに、まず第一工程として、摺動面に
通例のニッケルストライクめっき方法で、厚さ１０μｍ
のニッケルめっきを形成した０次に第二工程として、リ
ングの摺動面に表１の浴組成およびめっき条件で、窒化
珪素を分散した厚さ１２０μｍのニッケル−燐複合めっ
きを形成した。

複合めっき層中の燐の量は重量比で５％、窒化珪素の量
は容積比で２５％であった。

第三工程として、ピストンリングを４００℃で１時間加
熱して熱硬化処理を行ない、基地を硬化させた。この処
理によってマイクロピッカス硬度は８００〜９００とな
った。

（実施例２）第２の発明の実施例として、実施例１と同様に。

呼び径ｘ幅×厚さが７８ｆｆｆｉＸ　　１．５ｍｍ　ｘ
３．２鵬の鋼製第一圧力リングに、ニッケルストライク
めっきを形成したのち、第二工程として、リングの摺動
面に表２の浴組成およびめっき条件で、窒化珪素を分散
した厚さ１１０μｍのニッケル−コバルト−燐複合めっ
きを形成した。

複合めっき層中の燐の量は重量比で５％、コバルトの量
は重量比で３５％、窒化珪素の量は容積比で１５％であ
った。

第三工程として、ピストンリングを４００℃で１時間加
熱して、基地を硬化させた。この処理によってマイクロ
ピッカス硬度は８００〜９００となった。

（実機試験）実施例１．および実施例２で得られたピストンリングを
４サイクル、水冷４気筒エンジンに取り付け、実機試験
を行った。エンジンは、アルミ合金製シリンダの内周面
に、炭化珪素を分散させたニッケルめっき施したものを
用い、高鉛ガソリンを燃料として６８００　ｒｐｍ、全
負荷、１００時間のベンチテストを行なって、ピストン
リングの外周摺動面、およびシリンダの内周面の摩耗量
を測定した。

比較のため硬質クロムめっき、および炭化珪素を分散さ
せたニッケル複合めっきを施したピストンリングの組合
せについてもそれぞれ同様に試験を行なった。

試験結果を第２図に示す。

（効果）第２図は、炭化珪素を分散させたニッケル複合めっきを
施したシリンダに、硬質クロムめっきを施したピストン
リングを組合せて、そのときの摩耗量を１００％として
、他の組合せの摩耗量を比較したものである。

実施例１および実施例２のピストンリングは、複合皮膜
中に燐を含有しているため耐摩耗性に優れている。また
、窒化珪素を分散しているため、炭化珪素を分散させた
場合に比べて、相手シリンダの摩耗も減少している。こ
のように、本発明の組合せは、いずれの組合せよりもピ
ストンリングおよびシリンダの耐摩耗性にすぐれている
ことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のピストンリングの断面図図中　１＝
ピストンリング２：複合めっき層第２図は、実機試験に於ける、ピストンリングおよびシ
リンダの摩耗を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燐が０．２〜１０重量％、残りがニッケルからな
るニッケル−燐合金めっきの基地層中に、平均粒径０．
５〜１０μｍの窒化珪素が容積比で５〜３０％の範囲で
分散している複合皮膜層を摺動面に有するピストンリン
グと、ニッケルめっきの基地層中に、平均粒径１〜１０
μｍの炭化珪素粒子を容積比で１０〜３０％の範囲で分
散している複合皮膜層を摺動面に有するシリンダとの組
合せ。
（２）燐が０．２〜１０重量％、コバルトが１０〜４０
重量％、残りがニッケルからなるニッケル−コバルト−
燐合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍ
の窒化珪素が容積比で５〜３０％の範囲で分散している
複合皮膜層を摺動面に有するピストンリングと、ニッケ
ルめっきの基地層中に、平均粒径１〜１０μｍの炭化珪
素粒子を容積比で１０〜３０％の範囲で分散している複
合成被層を摺動面に有するシリンダとの組合せ。