JPH03260475A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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- JPH03260475A JPH03260475A JP5724790A JP5724790A JPH03260475A JP H03260475 A JPH03260475 A JP H03260475A JP 5724790 A JP5724790 A JP 5724790A JP 5724790 A JP5724790 A JP 5724790A JP H03260475 A JPH03260475 A JP H03260475A
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Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
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。
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〕
本発明は溶射ピストンリングに関する。
ピストンリングの外周面に溶射皮膜を形成したものは知
られており、通常Ｍｏ塩以外溶射材を使用する場合は、
母材との密着性を良好にするために、表層部の溶射皮膜
の下に下地溶射皮膜を設ける。この場合、通常、ピスト
ンリングの外周面に浅い凹溝を全周にわたって形成し、
その溝内の全表面に下地溶射皮膜を設け、その溝内に表
層部の溶射材を溶着して形成する。
られており、通常Ｍｏ塩以外溶射材を使用する場合は、
母材との密着性を良好にするために、表層部の溶射皮膜
の下に下地溶射皮膜を設ける。この場合、通常、ピスト
ンリングの外周面に浅い凹溝を全周にわたって形成し、
その溝内の全表面に下地溶射皮膜を設け、その溝内に表
層部の溶射材を溶着して形成する。
そして、従来、例えばＮｉ−Ａｌ下地溶射材が使用され
て、内燃機関用エンジンで一定の効果を出したが、高負
荷化する中では不十分で、ＮｉＡｌ下地溶射皮膜が層内
剥離することがある。
て、内燃機関用エンジンで一定の効果を出したが、高負
荷化する中では不十分で、ＮｉＡｌ下地溶射皮膜が層内
剥離することがある。
そして、高負荷ディーゼルエンジンにおいては、高温、
高値ｅＩ！腐食性雰囲気中での耐食性が要求されるが、
Ｎｉ−Ａ４２下地溶射皮膜は、プラズマ溶射した時の成
分がＮｉＡ１４５％、Ｎ ｉｓ Ａ １２４５％、Ｎ
１０ ＋Ａ １． ｇｏｓ １０％の３成分組織であり
、局部的に純Ｎｉ、純ＡＪが認められるが、粒子の溶融
積層間で問題が生しる。即ち、ＮｉＯは耐食性に乏しく
、積層量腐食を生し、溶射層が破壊されてツイスト応力
と相まって剥離に達することがある。
高値ｅＩ！腐食性雰囲気中での耐食性が要求されるが、
Ｎｉ−Ａ４２下地溶射皮膜は、プラズマ溶射した時の成
分がＮｉＡ１４５％、Ｎ ｉｓ Ａ １２４５％、Ｎ
１０ ＋Ａ １． ｇｏｓ １０％の３成分組織であり
、局部的に純Ｎｉ、純ＡＪが認められるが、粒子の溶融
積層間で問題が生しる。即ち、ＮｉＯは耐食性に乏しく
、積層量腐食を生し、溶射層が破壊されてツイスト応力
と相まって剥離に達することがある。
また、Ｎｉ−Ａｌ下地溶射材は、５〜１０％ＡｌとＮｉ
であるため、硬度が低く耐摩耗性に乏しい欠点があり、
外周面に露出したＮｉ−Ａｌ下地溶射皮膜は燃焼生成硬
質粉によって容易に摩耗して、外周面において母材と表
層部の溶射皮膜との間に段付摩耗を生し、その凹部が切
欠作用となり耐剥離性が劣化し、またこの凹部部分のエ
ツジ部がシリンダ壁面を異常に加速摩耗させることがあ
る。
であるため、硬度が低く耐摩耗性に乏しい欠点があり、
外周面に露出したＮｉ−Ａｌ下地溶射皮膜は燃焼生成硬
質粉によって容易に摩耗して、外周面において母材と表
層部の溶射皮膜との間に段付摩耗を生し、その凹部が切
欠作用となり耐剥離性が劣化し、またこの凹部部分のエ
ツジ部がシリンダ壁面を異常に加速摩耗させることがあ
る。
本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性
、耐焼付性にすぐれるとともに、高圧、高温、硫＃腐食
性雰囲気中での耐食性にすぐれ、かつ耐剥離強度の高い
下地溶射皮膜を備えた溶射ピストンリングを提供するこ
とを目的とする。
、耐焼付性にすぐれるとともに、高圧、高温、硫＃腐食
性雰囲気中での耐食性にすぐれ、かつ耐剥離強度の高い
下地溶射皮膜を備えた溶射ピストンリングを提供するこ
とを目的とする。
本発明の構成は、外周面に形成した下地溶射皮膜上に表
層部の溶射皮膜を儂えるピストンリングにおいて、前記
下地溶射皮膜がＭｏ６０〜８０重量％と、Ｎｉ基アモル
ファス合金２０〜４０重量％との溶射材からなり、かつ
その皮膜厚さが２０〜１１００ｐであることを特徴とす
る。
層部の溶射皮膜を儂えるピストンリングにおいて、前記
下地溶射皮膜がＭｏ６０〜８０重量％と、Ｎｉ基アモル
ファス合金２０〜４０重量％との溶射材からなり、かつ
その皮膜厚さが２０〜１１００ｐであることを特徴とす
る。
Ｍｏの粒度は４４μｍ以上で１２５μｍ未満、Ｎｉ基ア
モルファス合金の粒度は１０μｍ以上で６４μｍ未満が
よい。
モルファス合金の粒度は１０μｍ以上で６４μｍ未満が
よい。
そして、Ｎｉ基アモルファス合金はプラズマ熔射後５０
％以上アモルファスが残留するのがよい。
％以上アモルファスが残留するのがよい。
Ｍｏを６０〜８０重量％含んでいるので、ピストンリン
グ母材との密着性がよい。
グ母材との密着性がよい。
以下、ピストンリング母材との密着性の評価試験を説明
する。
する。
球状黒鉛鋳鉄よりなるリング径９Ｑｍｍφのピストンリ
ングの外周面の母材表面を、粗さ２０μｍＲＺにブラス
ト加工した後、下地溶射材を単層でプラズマ溶射し、常
法で仕上加工した。そして、ピストンリングの内周の対
称位置に配置する一対のビンを反対方向に動かしてピス
トンリングを拡げ、剥離又はクラック発生までの拡げ量
と溶射皮膜の残留量で密着性を調べた。
ングの外周面の母材表面を、粗さ２０μｍＲＺにブラス
ト加工した後、下地溶射材を単層でプラズマ溶射し、常
法で仕上加工した。そして、ピストンリングの内周の対
称位置に配置する一対のビンを反対方向に動かしてピス
トンリングを拡げ、剥離又はクラック発生までの拡げ量
と溶射皮膜の残留量で密着性を調べた。
使用溶射材：ＭｏとＮｉ基アモルファス合金Ｍｏは純度
９９．７％、Ｎｉ基アモルファス合金はＮｉの他、Ｃｒ
、Ｗ、Ｍｏ、更に若干のＢＳＣを含む、溶射後は５５％
アモルファスが残留した。
９９．７％、Ｎｉ基アモルファス合金はＮｉの他、Ｃｒ
、Ｗ、Ｍｏ、更に若干のＢＳＣを含む、溶射後は５５％
アモルファスが残留した。
また、Ｍｏの粒度は４４μｍ以上１２５μｍ未満、Ｎｉ
基アモルファス合金の粒度は１０μｍ以上６４μｍ未°
満である。
基アモルファス合金の粒度は１０μｍ以上６４μｍ未°
満である。
表１にＭｏ量を変えた場合の結果を示す。
（以下余白）
表１
上記結果から、Ｍｏ６０〜８０重量％で、溶射残留量が
１００％で拡げ量も大きいことがわかる（第３図参照）
。
１００％で拡げ量も大きいことがわかる（第３図参照）
。
また、Ｍｏの他にＮｔ基アモルファス合金を含むので、
耐摩耗性、耐焼付性がすぐれ、また抗張力が高くクラン
クを生しにくい。Ｎｉ基アモルファス合金の引張強度は
７２ Ｋ ｇ／ｍｍ” 、硬さＨぇＣ４５と高い。
耐摩耗性、耐焼付性がすぐれ、また抗張力が高くクラン
クを生しにくい。Ｎｉ基アモルファス合金の引張強度は
７２ Ｋ ｇ／ｍｍ” 、硬さＨぇＣ４５と高い。
またＭｏ粒度を４４μｍ以上で１２５μｍ未満とすると
、下地溶射皮膜の粗さが大きくなり、表層部の溶射皮膜
との結合力が大きい、下地溶射皮膜と表層部の溶射皮膜
の結合はインターロック結合であり（第２図参照、１は
ピストンリング母材、３は下地溶射皮膜、４は表層部の
溶射皮膜）、そのため結合力を上げるには下地溶射皮膜
の表面粗さを粗くする必要があり、それには下地溶射材
の粒度を大きくするのがよい。なお、１２５μｍ以上で
あると、Ｍｏ粉が未溶解になるので、結合力は劣化する
。
、下地溶射皮膜の粗さが大きくなり、表層部の溶射皮膜
との結合力が大きい、下地溶射皮膜と表層部の溶射皮膜
の結合はインターロック結合であり（第２図参照、１は
ピストンリング母材、３は下地溶射皮膜、４は表層部の
溶射皮膜）、そのため結合力を上げるには下地溶射皮膜
の表面粗さを粗くする必要があり、それには下地溶射材
の粒度を大きくするのがよい。なお、１２５μｍ以上で
あると、Ｍｏ粉が未溶解になるので、結合力は劣化する
。
一方、Ｎｉ基アモルファス合金の粒度が大きいと、溶射
皮膜内の均一性が劣り、層内強度が低下し、層内剥離を
生しる。これは粒子が溶融し、各粒子が積層する溶射皮
膜の特性であり、Ｍｏ層の補強材として作用しているＮ
ｉ基アモルファス合金は均一であることが必要で、粒子
の大きさは小さい方がより均一に分布し結合力を強化す
る。よって、Ｎｉ基アモルファス合金の粒度は１０μｍ
以上で６４μｍ未満とする。
皮膜内の均一性が劣り、層内強度が低下し、層内剥離を
生しる。これは粒子が溶融し、各粒子が積層する溶射皮
膜の特性であり、Ｍｏ層の補強材として作用しているＮ
ｉ基アモルファス合金は均一であることが必要で、粒子
の大きさは小さい方がより均一に分布し結合力を強化す
る。よって、Ｎｉ基アモルファス合金の粒度は１０μｍ
以上で６４μｍ未満とする。
以下に、下地溶射皮膜の上に表層部の溶射皮膜を形成し
たピストンリングについて、ＭｏとＮｉ基アモルファス
合金の粒度を変えた場合のねしりテストを行い、剥離の
有無を調べた。
たピストンリングについて、ＭｏとＮｉ基アモルファス
合金の粒度を変えた場合のねしりテストを行い、剥離の
有無を調べた。
球状黒鉛鋳鉄よりなるリング径９０ｍｍφのピストンリ
ングの外周面に浅い凹溝を全周にわたって形威し、その
凹溝の母材表面を粗さ２０μｍＲＺにブラスト加工した
後、その溝内の全表面に下地溶射材をプラズマ溶射して
厚さ６０ｔｔｍの下地溶射皮膜を設け、その溝内に表層
部の溶射材をプラズマ溶射して厚さ１４０μｍの溶射皮
膜を形威し、常法で仕上加工した。そして、ピストンリ
ングを６０度ねじり（合口を上下にずらす）、合口と反
対側の２０ｍｍの区間の剥離の有無を調べた。
ングの外周面に浅い凹溝を全周にわたって形威し、その
凹溝の母材表面を粗さ２０μｍＲＺにブラスト加工した
後、その溝内の全表面に下地溶射材をプラズマ溶射して
厚さ６０ｔｔｍの下地溶射皮膜を設け、その溝内に表層
部の溶射材をプラズマ溶射して厚さ１４０μｍの溶射皮
膜を形威し、常法で仕上加工した。そして、ピストンリ
ングを６０度ねじり（合口を上下にずらす）、合口と反
対側の２０ｍｍの区間の剥離の有無を調べた。
結果を表２に示す。なお、１０個のピストンリングにつ
いて行い、１１１１１を生しないものはＯ，剥離を生じ
たものが１〜５個の場合は△、剥離を生したものが６〜
１０個の場合は×で示す。
いて行い、１１１１１を生しないものはＯ，剥離を生じ
たものが１〜５個の場合は△、剥離を生したものが６〜
１０個の場合は×で示す。
使用下地溶射材：Ｍｏ ７０重量％Ｎｉ基
アモル ３０！量％ ファス合金 （前記密着性試験で使用したものと同し）表層部の使用
溶射材：高Ｃｒ鋳１！［−５０重量％Ｍ０ ３０重
量％ Ｎｉ自溶性合金 ２０重量％ （ＪＩＳ門５ＦＮｉ−２相当材） 表２ 上６４μｍ未満が良好であることがわかる。
アモル ３０！量％ ファス合金 （前記密着性試験で使用したものと同し）表層部の使用
溶射材：高Ｃｒ鋳１！［−５０重量％Ｍ０ ３０重
量％ Ｎｉ自溶性合金 ２０重量％ （ＪＩＳ門５ＦＮｉ−２相当材） 表２ 上６４μｍ未満が良好であることがわかる。
次に、拡げ密着テストを行った。
ピストンリングは上記ねしりテストで説明したものと同
様にして作製した。なお、比較例として、下地溶射皮膜
を設けないもの〈比較１）と、下地溶射皮膜がＮ ｉ
−５％Ａｆ（比較２〉も作製した。
様にして作製した。なお、比較例として、下地溶射皮膜
を設けないもの〈比較１）と、下地溶射皮膜がＮ ｉ
−５％Ａｆ（比較２〉も作製した。
そして、ピストンリングの内周の対称位置に配置する一
対のビンを反対方向に動かしてピストンリングを拡げ、
剥離又はクランク発生までの拡げ量と溶射皮膜の残留量
を調べた。
対のビンを反対方向に動かしてピストンリングを拡げ、
剥離又はクランク発生までの拡げ量と溶射皮膜の残留量
を調べた。
下地溶射材と表層部の溶射材は上記ねしりテストで用い
たものと同一である。なお、Ｍｏの粒度は４４μｍ以上
で１２５μｍ未満、Ｎｉ基アモルファス合金の粒度は１
０μｍ以上で６４μｍ未満のものを使用した。
たものと同一である。なお、Ｍｏの粒度は４４μｍ以上
で１２５μｍ未満、Ｎｉ基アモルファス合金の粒度は１
０μｍ以上で６４μｍ未満のものを使用した。
結果を表３に示す。
（以下余白）
上記より、Ｍｏの粒度４４μｍ以上１２５μｍ未満、Ｎ
ｉ基アモルファス合金の粒度１０μｍ以表３ 上記のように、下地溶射皮膜を設けないものは母材面で
、下地溶射皮膜がＮｉ−５％Ａ１のものは下地溶射皮膜
内で剥離するが、本発明のものは単なるクランク発生の
みで、剥離しない。
ｉ基アモルファス合金の粒度１０μｍ以表３ 上記のように、下地溶射皮膜を設けないものは母材面で
、下地溶射皮膜がＮｉ−５％Ａ１のものは下地溶射皮膜
内で剥離するが、本発明のものは単なるクランク発生の
みで、剥離しない。
次に、Ｎｉ自溶性合金（ＪＩＳ阿５ＦＮｉ−５相当材）
と、Ｎｉ基アモルファス合金（前記密着性試験で使用し
たものと同し）について、内燃機関で発生する塩酸（有
鉛ガソリン）と硫酸（ディーゼルエンジン）とについて
耐食性試験を行った。
と、Ｎｉ基アモルファス合金（前記密着性試験で使用し
たものと同し）について、内燃機関で発生する塩酸（有
鉛ガソリン）と硫酸（ディーゼルエンジン）とについて
耐食性試験を行った。
その結果、１０％塩酸には双方とも侵されなかった。
また、２５％硫酸の１００℃溶液に浸漬し、その腐食速
度を比較した結果は、 Ｎｉ自溶性合金 ０．４１８ｍｍ／２４ＨｒＮ
ｉ基アモルファス合金 ０．００１＋ｕ＋／２４Ｈｒで
、Ｎｉ基アモルファス合金はＮｉ自溶性合金の約４００
倍の耐食性があることがわかる。
度を比較した結果は、 Ｎｉ自溶性合金 ０．４１８ｍｍ／２４ＨｒＮ
ｉ基アモルファス合金 ０．００１＋ｕ＋／２４Ｈｒで
、Ｎｉ基アモルファス合金はＮｉ自溶性合金の約４００
倍の耐食性があることがわかる。
なお、下地溶射皮膜の厚さが２０μｍ未満であると、下
地溶射皮膜の粗さが不充分となり、１００μｍを越える
と、溶射皮膜全体に占める下地溶射皮膜の割合が多くな
って耐久性が劣るようになる。
地溶射皮膜の粗さが不充分となり、１００μｍを越える
と、溶射皮膜全体に占める下地溶射皮膜の割合が多くな
って耐久性が劣るようになる。
第１図はピストンリングの外周面に溶射皮膜を形成した
ものを示す、即ち、ピストンリング母材１が球状黒鉛鋳
鉄よりなるピストンリングの外周面に浅い凹溝２を全周
にわたって形成し、母材面を粗さ２０μｍＲＺにプラス
ト加工した後、その溝２内に下記に示す下地溶射材をプ
ラズマ溶射して、溝２内の全表面に下地溶射皮膜３を厚
さ６０μｍ設け、その後下記に示す表層部の溶射材を溝
２内にプラズマ溶射して、下地溶射皮膜３上に表層部の
溶射皮膜４を厚さ１５０μｍ設け、所定の仕上加工を施
して形成したものである。
ものを示す、即ち、ピストンリング母材１が球状黒鉛鋳
鉄よりなるピストンリングの外周面に浅い凹溝２を全周
にわたって形成し、母材面を粗さ２０μｍＲＺにプラス
ト加工した後、その溝２内に下記に示す下地溶射材をプ
ラズマ溶射して、溝２内の全表面に下地溶射皮膜３を厚
さ６０μｍ設け、その後下記に示す表層部の溶射材を溝
２内にプラズマ溶射して、下地溶射皮膜３上に表層部の
溶射皮膜４を厚さ１５０μｍ設け、所定の仕上加工を施
して形成したものである。
下地溶射材：Ｍｏ ７０重量％Ｎｉ基アモ
ル ３０重量％ ファス合金 （前記密着性試験で使用したものと同じ）表層部の溶射
材：高Ｃｒ鋳鉄 ５０ｆＥ量％Ｍｏ ３０重置
％ Ｎｉ自溶性合金 ２０重置％ （ＪＩＳ門５ＦＮｉ−２相当材） ピストンリング母材は上記では球状黒鉛鋳鉄を使用した
が、勿論これに限ることはなく、他の鋳鉄あるいは鋼を
適宜使用すればよい。
ル ３０重量％ ファス合金 （前記密着性試験で使用したものと同じ）表層部の溶射
材：高Ｃｒ鋳鉄 ５０ｆＥ量％Ｍｏ ３０重置
％ Ｎｉ自溶性合金 ２０重置％ （ＪＩＳ門５ＦＮｉ−２相当材） ピストンリング母材は上記では球状黒鉛鋳鉄を使用した
が、勿論これに限ることはなく、他の鋳鉄あるいは鋼を
適宜使用すればよい。
また、表層部の溶射材としては、上記に限らず、この他
例えば下記に示すもの等を使用するのがよい。
例えば下記に示すもの等を使用するのがよい。
高Ｃｒ鋳鉄 ５０重量％
Ｍｏ３０重量％
Ｎｉｌアモルファス合金 ２０重量％
あるいは
高Ｃフェロクロム合金 ７０重量％
Ｍｏ ９重量％Ｎｉ自溶性合金
２１重量％ （ＪＩＳ ＭＳＦＮｉ−２相当材） Ｍｏの粒度は４４μｍ以上で１２５μｍ未満、Ｎｉ基ア
モルファス合金の粒度は１０μｍ以上で６４μｍ未満の
ものを使用した。
２１重量％ （ＪＩＳ ＭＳＦＮｉ−２相当材） Ｍｏの粒度は４４μｍ以上で１２５μｍ未満、Ｎｉ基ア
モルファス合金の粒度は１０μｍ以上で６４μｍ未満の
ものを使用した。
なお、Ｎｉ基アモルファス合金はプラズマ溶射後、５５
％アモルファスが残留した。
％アモルファスが残留した。
なお、下地溶射皮膜の厚さは３０〜８０μｍが特に好ま
しい。
しい。
以上説明したように本発明によれば、耐摩耗性、耐焼付
性にすぐれるとともに、高圧、高温、硫酸腐食性雰囲気
中での耐食性にすくれ、かつ耐剥離強度の高い下地溶射
皮膜を備えた溶射ピストンリングとなる。
性にすぐれるとともに、高圧、高温、硫酸腐食性雰囲気
中での耐食性にすくれ、かつ耐剥離強度の高い下地溶射
皮膜を備えた溶射ピストンリングとなる。
第１図は本発明の一実施例を示すピストンリングの一部
分の縦断面図、第２図はその要部拡大図、第３図は母材
との密着性テストの結果を示す図である。 １はピストンリング母材、２は凹溝、３は下地溶射皮膜
、４は表層部の溶射皮膜。
分の縦断面図、第２図はその要部拡大図、第３図は母材
との密着性テストの結果を示す図である。 １はピストンリング母材、２は凹溝、３は下地溶射皮膜
、４は表層部の溶射皮膜。
Claims (3)
- （１）外周面に形成した下地溶射皮膜上に表層部の溶射
皮膜を備えるピストンリングにおいて、前記下地溶射皮
膜がＭｏ６０〜８０重量％と、Ｎｉ基アモルファス合金
２０〜４０重量％との溶射材からなり、かつその皮膜厚
さが２０〜１００μｍであることを特徴とするピストン
リング。 - （２）Ｍｏの粒度が４４μｍ以上で１２５μｍ未満、Ｎ
ｉ基アモルファス合金の粒度が１０μｍ以上で６４μｍ
未満であることを特徴とする請求項１記載のピストンリ
ング。 - （３）Ｎｉ基アモルファス合金がプラズマ溶射後５０％
以上アモルファスが残留することを特徴とする請求項１
又は２記載のピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5724790A JPH03260475A (ja) | 1990-03-08 | 1990-03-08 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5724790A JPH03260475A (ja) | 1990-03-08 | 1990-03-08 | ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03260475A true JPH03260475A (ja) | 1991-11-20 |
Family
ID=13050204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5724790A Pending JPH03260475A (ja) | 1990-03-08 | 1990-03-08 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03260475A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011144403A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Nakayama Steel Works Ltd | アモルファス皮膜付き金属材およびアモルファス皮膜形成方法 |
-
1990
- 1990-03-08 JP JP5724790A patent/JPH03260475A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011144403A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Nakayama Steel Works Ltd | アモルファス皮膜付き金属材およびアモルファス皮膜形成方法 |
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