JPWO2002068706A1 - 耐摩耗性摺動部材 - Google Patents
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Abstract
厳しい条件下で使用される大型舶用ディーゼルエンジンに使用することができる耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れた耐摩耗性摺動部材であり、その摺動部材（１０）は母材（Ｍ）の摺動面に、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クロム合金粉末１０〜４０質量％、セラミックス粉末３〜４０質量％、固体潤滑剤２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射してなる溶射皮膜（Ｃ）を備える。
Description
技術分野
本発明は、内燃機関に用いられるピストンリング、シリンダライナ等の摺動部材に関する。
背景技術
近年、内燃機関は一層の高出力化、高性能化が要望され、それに伴いピストンリング、シリンダライナ等の摺動部材はより高温にさらされ、より厳しい環境下で使用されるようになった。このため、摺動部材にはより優れた耐摩耗性及び耐スカッフ性が要求される。従来は、摺動部材の耐摩耗性を向上するために、硬質クロムメッキが用いられていたが、硬質クロムメッキは耐スカッフ性に劣るため、溶射による表面処理に移行しつつある。例えば、特開平６−２２１４３８は、耐摩耗性、耐スカッフ性に優れたピストンリングとして、モリブデン、ニッケル−クロム合金、及び微細炭化クロムからなるプラズマ溶射皮膜を提案している。
しかしながら、微細なセラミックス粉末の炭化クロムを含む溶射皮膜は、摺動抵抗が大きく、シリンダライナ等の相手材を攻撃して摩耗させるという問題があった。
発明の開示
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、その課題は耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れた摺動部材の溶射皮膜であって、相手材に対する攻撃性の低いものを提供することにある。
前述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、摺動部材の母材摺動面に、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クローム合金粉末１０〜４０質量％、セラミックス粉末３〜４０質量％、固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して溶射皮膜（Ｃ）を形成したことにある。
この成分の限定理由は次のとおりである。
モリブデン粉末は、比率が３０質量％未満になると皮膜層は耐スカッフ性に劣り、７０質量％を越えると十分な硬度が得られないため、モリブデン粉末の比率は３０〜７０質量％とする。
ニッケル−クローム合金粉末は、比率が１０質量％未満になると皮膜層は十分な靭性が得られず、４０質量％を越えると耐スカッフ性に劣るため、ニッケル−クローム合金粉末の比率は１０〜４０質量％とする。
セラミックス粉末は、酸化クロム又は炭化クロムであり、比率が３質量％未満の場合、皮膜層は十分な硬度が得られず、４０質量％を越えると硬くなりすぎ相手材を攻撃してしまうため、セラミックス粉末の比率は３〜４０質量％とする。
固体潤滑剤粉末は、硫化マンガン又は二硫化モリブデン若しくはフッ化カルシウムであり、比率が２質量％未満の場合、その潤滑効果を十分に得られず、１５質量％を越えると皮膜層は脆くなってしまうため、固体潤滑剤粉末の比率は２〜１５質量％とする。
上記のとおり、本発明の摺動部材は、摺動面に形成した溶射皮膜が、モリブデン、ニッケル−クロム合金、セラミックス、固体潤滑剤の各粉末からなる混合粉末を溶射してなるから、耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れるだけでなく、公知の溶射皮膜を備えた摺動部材に比べると、相手攻撃性は低いので、より厳しい条件下で使用される摺動部材、例えば、高性能大型舶用ディーゼルエンジンのピストンリング等に使用することができるだけでなく、エンジン全体の寿命を延ばすことができるという格別の効果を奏する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態を図１に示すピストンリングに基づいて説明する。
図１のピストンリング１０は母材Ｍの外周摺動面に、溶射皮膜Ｃを有する。この溶射皮膜Ｃは、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クローム合金粉末１０〜４０質量％、酸化クロム又は炭化クロムのセラミックス粉末３〜４０質量％、硫化マンガン又は二硫化モリブデン若しくはフッ化カルシウムの固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して形成したものである。
この溶射皮膜Ｃは、優れた耐スカッフ性と耐摩耗性を有し、固体潤滑剤粉末を含むため、摺動抵抗が比較的小さく、相手攻撃性は低い。
実施例
以下、本発明の耐摩耗性摺動部材を、実施例と公知比較例について実施した各種の試験によって説明する。
同一ピストンリング用鋳鉄材の母材上に、表１に示す成分の混合粉末をプラズマ溶射して１４種類の厚さ３００μｍの溶射皮膜を形成し、１４種類の実施例及び比較例試験片とした。２個の試験片Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は前記公報に提案された公知比較例であり、１２個の試験片Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４は本発明の実施例である。
溶射皮膜はプラズマ溶射によるものである。その溶射条件は次のとおりである。
使用ガン：スルザーメテコ社製９ＭＢプラズマ溶射ガン
電圧：６０〜７０Ｖ
電流：５００Ａ
各試験片について、スカッフ試験及び摩耗試験を実施した。
スカッフ試験
図２に示す回転式平面滑り摩擦摩耗試験により、各試験片のスカッフ限界面圧を測定した。一定速度で回転するライナ材１２の回転面に試験片１１を一定時間所定の面圧（Ｐ）で圧接し、スカッフが発生した時の面圧を限界面圧とした。面圧操作は、初期面圧を２．４５ＭＰａとして、３０分後に面圧を４．９ＭＰａ、それから５分毎に０．９８ＭＰａずつ漸次増加させていく方法で行われた。
【００２０】
試験条件は、以下のとおりである。
滑り速度：５ｍ／ｓｅｃ
潤滑油：ＳＡＥ３０＋白灯油（１：１）
油量：無給油、初期塗布のみ
相手材：ターカロイ（日本ピストンリング（株）の商品名として知られているボロン鋳鉄）
測定結果は図３に示すとおりである。実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１４のスカッフ限界面圧は７．８〜８．８ＭＰａの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２のスカッフ限界面圧は６．９〜７．８ＭＰａの範囲であるから、実施例の耐スカッフ性は比較例と同等もしくはそれを上回る。
摩耗試験
図２に示す回転式平面滑り摩擦摩耗試験により、各試験片のリング材の摩耗量とライナ材の摩耗量を測定した。一定速度で回転するライナ材１２の回転面に試験片１１を一定時間所定の面圧（Ｐ）をかけて、試験をした。潤滑油は回転するライナ材１２に滴下した。
試験条件は、以下のとおりである。
滑り速度：６ｍ／ｓｅｃ
面圧：６ＭＰａ
潤滑油：スピノックスＳ−２軸受油（日本石油株式会社の商品名として知られている軸受油）
油温：６０±１０℃
油量：１０−４ｍ３／ｍｉｎ
試験時間：１００時間
相手材：ターカロイ（日本ピストンリング株式会社の商品名として知られているボロン鋳鉄）
測定結果は図４に示すとおりである。実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１４のリング材摩耗量は１２．６〜１７．１μｍの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２のリング材摩耗量は１７．５〜２２．３μｍの範囲であるから、実施例のリング材の耐摩耗性は比較例よりも良好である。また、実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１４のライナ材摩耗量は１．１〜２．１μｍの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２のライナ材摩耗量は２．８〜４．３μｍの範囲であるから、実施例の耐摩耗性及び相手材攻撃性は比較例よりも著しく良好である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係るピストンリングの要部断面図、
図２は摩擦試験に用いた回転式平面滑り摩擦摩耗試験機の略図、
図３はスカッフ試験の結果を示す図、
図４は摩耗試験の摩耗量測定結果を示す図、
本発明は、内燃機関に用いられるピストンリング、シリンダライナ等の摺動部材に関する。
背景技術
近年、内燃機関は一層の高出力化、高性能化が要望され、それに伴いピストンリング、シリンダライナ等の摺動部材はより高温にさらされ、より厳しい環境下で使用されるようになった。このため、摺動部材にはより優れた耐摩耗性及び耐スカッフ性が要求される。従来は、摺動部材の耐摩耗性を向上するために、硬質クロムメッキが用いられていたが、硬質クロムメッキは耐スカッフ性に劣るため、溶射による表面処理に移行しつつある。例えば、特開平６−２２１４３８は、耐摩耗性、耐スカッフ性に優れたピストンリングとして、モリブデン、ニッケル−クロム合金、及び微細炭化クロムからなるプラズマ溶射皮膜を提案している。
しかしながら、微細なセラミックス粉末の炭化クロムを含む溶射皮膜は、摺動抵抗が大きく、シリンダライナ等の相手材を攻撃して摩耗させるという問題があった。
発明の開示
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、その課題は耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れた摺動部材の溶射皮膜であって、相手材に対する攻撃性の低いものを提供することにある。
前述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、摺動部材の母材摺動面に、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クローム合金粉末１０〜４０質量％、セラミックス粉末３〜４０質量％、固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して溶射皮膜（Ｃ）を形成したことにある。
この成分の限定理由は次のとおりである。
モリブデン粉末は、比率が３０質量％未満になると皮膜層は耐スカッフ性に劣り、７０質量％を越えると十分な硬度が得られないため、モリブデン粉末の比率は３０〜７０質量％とする。
ニッケル−クローム合金粉末は、比率が１０質量％未満になると皮膜層は十分な靭性が得られず、４０質量％を越えると耐スカッフ性に劣るため、ニッケル−クローム合金粉末の比率は１０〜４０質量％とする。
セラミックス粉末は、酸化クロム又は炭化クロムであり、比率が３質量％未満の場合、皮膜層は十分な硬度が得られず、４０質量％を越えると硬くなりすぎ相手材を攻撃してしまうため、セラミックス粉末の比率は３〜４０質量％とする。
固体潤滑剤粉末は、硫化マンガン又は二硫化モリブデン若しくはフッ化カルシウムであり、比率が２質量％未満の場合、その潤滑効果を十分に得られず、１５質量％を越えると皮膜層は脆くなってしまうため、固体潤滑剤粉末の比率は２〜１５質量％とする。
上記のとおり、本発明の摺動部材は、摺動面に形成した溶射皮膜が、モリブデン、ニッケル−クロム合金、セラミックス、固体潤滑剤の各粉末からなる混合粉末を溶射してなるから、耐摩耗性及び耐スカッフ性に優れるだけでなく、公知の溶射皮膜を備えた摺動部材に比べると、相手攻撃性は低いので、より厳しい条件下で使用される摺動部材、例えば、高性能大型舶用ディーゼルエンジンのピストンリング等に使用することができるだけでなく、エンジン全体の寿命を延ばすことができるという格別の効果を奏する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態を図１に示すピストンリングに基づいて説明する。
図１のピストンリング１０は母材Ｍの外周摺動面に、溶射皮膜Ｃを有する。この溶射皮膜Ｃは、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クローム合金粉末１０〜４０質量％、酸化クロム又は炭化クロムのセラミックス粉末３〜４０質量％、硫化マンガン又は二硫化モリブデン若しくはフッ化カルシウムの固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して形成したものである。
この溶射皮膜Ｃは、優れた耐スカッフ性と耐摩耗性を有し、固体潤滑剤粉末を含むため、摺動抵抗が比較的小さく、相手攻撃性は低い。
実施例
以下、本発明の耐摩耗性摺動部材を、実施例と公知比較例について実施した各種の試験によって説明する。
同一ピストンリング用鋳鉄材の母材上に、表１に示す成分の混合粉末をプラズマ溶射して１４種類の厚さ３００μｍの溶射皮膜を形成し、１４種類の実施例及び比較例試験片とした。２個の試験片Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は前記公報に提案された公知比較例であり、１２個の試験片Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４は本発明の実施例である。
使用ガン：スルザーメテコ社製９ＭＢプラズマ溶射ガン
電圧：６０〜７０Ｖ
電流：５００Ａ
各試験片について、スカッフ試験及び摩耗試験を実施した。
スカッフ試験
図２に示す回転式平面滑り摩擦摩耗試験により、各試験片のスカッフ限界面圧を測定した。一定速度で回転するライナ材１２の回転面に試験片１１を一定時間所定の面圧（Ｐ）で圧接し、スカッフが発生した時の面圧を限界面圧とした。面圧操作は、初期面圧を２．４５ＭＰａとして、３０分後に面圧を４．９ＭＰａ、それから５分毎に０．９８ＭＰａずつ漸次増加させていく方法で行われた。
【００２０】
試験条件は、以下のとおりである。
滑り速度：５ｍ／ｓｅｃ
潤滑油：ＳＡＥ３０＋白灯油（１：１）
油量：無給油、初期塗布のみ
相手材：ターカロイ（日本ピストンリング（株）の商品名として知られているボロン鋳鉄）
測定結果は図３に示すとおりである。実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１４のスカッフ限界面圧は７．８〜８．８ＭＰａの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２のスカッフ限界面圧は６．９〜７．８ＭＰａの範囲であるから、実施例の耐スカッフ性は比較例と同等もしくはそれを上回る。
摩耗試験
図２に示す回転式平面滑り摩擦摩耗試験により、各試験片のリング材の摩耗量とライナ材の摩耗量を測定した。一定速度で回転するライナ材１２の回転面に試験片１１を一定時間所定の面圧（Ｐ）をかけて、試験をした。潤滑油は回転するライナ材１２に滴下した。
試験条件は、以下のとおりである。
滑り速度：６ｍ／ｓｅｃ
面圧：６ＭＰａ
潤滑油：スピノックスＳ−２軸受油（日本石油株式会社の商品名として知られている軸受油）
油温：６０±１０℃
油量：１０−４ｍ３／ｍｉｎ
試験時間：１００時間
相手材：ターカロイ（日本ピストンリング株式会社の商品名として知られているボロン鋳鉄）
測定結果は図４に示すとおりである。実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１４のリング材摩耗量は１２．６〜１７．１μｍの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２のリング材摩耗量は１７．５〜２２．３μｍの範囲であるから、実施例のリング材の耐摩耗性は比較例よりも良好である。また、実施例の試験片Ｎｏ．３〜Ｎｏ．１４のライナ材摩耗量は１．１〜２．１μｍの範囲であり、比較例の試験片Ｎｏ．１及びＮｏ．２のライナ材摩耗量は２．８〜４．３μｍの範囲であるから、実施例の耐摩耗性及び相手材攻撃性は比較例よりも著しく良好である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係るピストンリングの要部断面図、
図２は摩擦試験に用いた回転式平面滑り摩擦摩耗試験機の略図、
図３はスカッフ試験の結果を示す図、
図４は摩耗試験の摩耗量測定結果を示す図、
Claims (3)
- 摺動部材（１０）の母材（Ｍ）の摺動面に、モリブデン粉末３０〜７０質量％、ニッケル−クローム合金粉末１０〜４０質量％、セラミックス粉末３〜４０質量％、固体潤滑剤粉末２〜１５質量％からなる混合粉末を溶射して溶射皮膜（Ｃ）を形成したことを特徴としてなる耐摩耗性摺動部材。
- セラミックス粉末は酸化クロム又は炭化クロムであることを特徴としてなる請求項１記載の耐摩耗性摺動部材。
- 固体潤滑剤粉末はフッ化カルシウム、硫化マンガン、二硫化モリブデンの中から選択された一種類の粉末であることを特徴としてなる請求項１又は請求項２記載の耐摩耗性摺動部材。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2001055162A JP4790135B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 耐摩耗性摺動部材 |
| PCT/JP2002/001600 WO2002068706A1 (fr) | 2001-02-28 | 2002-02-22 | Element coulissant resistant a l'usure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=18915384
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001055162A Expired - Lifetime JP4790135B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 耐摩耗性摺動部材 |
| JP2002568799A Pending JPWO2002068706A1 (ja) | 2001-02-28 | 2002-02-22 | 耐摩耗性摺動部材 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001055162A Expired - Lifetime JP4790135B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 耐摩耗性摺動部材 |
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| Country | Link |
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| JP (2) | JP4790135B2 (ja) |
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| CN (1) | CN1209483C (ja) |
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| WO (1) | WO2002068706A1 (ja) |
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