JPH0337028B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0337028B2 JPH0337028B2 JP61124668A JP12466886A JPH0337028B2 JP H0337028 B2 JPH0337028 B2 JP H0337028B2 JP 61124668 A JP61124668 A JP 61124668A JP 12466886 A JP12466886 A JP 12466886A JP H0337028 B2 JPH0337028 B2 JP H0337028B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nickel
- phosphorus
- piston ring
- sliding surface
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/04—Phosphor
Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
（発明の技術分野）
本発明は、耐摩耗性に優れた複合めつき層を摺
動面に有する内燃機関用ピストンリングとAl−
Si製シリンダの組合せ技術に関する。 （従来技術と問題点） 近年、内燃機関の軽量化に伴い、過共晶Al−
Si合金、あるいは亜共晶Al−Si合金製シリンダ
が一部で実用化されている。このAl−Si合金製
シリンダは良好な耐摩耗性を示すものの、鋳鉄製
シリンダにくらべてやや劣る。従来、この種のシ
リンダに組合せて使用するピストンリングとして
は、摺動面に炭化珪素を分散させたニツケル複合
めつき、あるいは炭化珪素を分散させた鉄複合め
つきが施されたものが提案されている。この炭化
珪素などの硬質粒子を分散させることによつて、
硬質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、耐摩耗性が改善
される。 しかし、炭化珪素を分散させたニツケルあるい
は鉄複合めつきは、分散材の炭化珪素粒子が硬質
で、結晶の端部が鋭利のため、相手シリンダ材を
摩耗させやすい。また、複合めつき層の基地がニ
ツケルあるいは鉄だけでは硬度が不足しているた
め、逆に、シリンダ材の初晶シリコンにより摩耗
を受け易い。また、一般にピストンリングの表面
処理に多く使用されている硬質クロムめつきは、
潤滑油に対する濡れ性が悪いため保油効果が少な
く、焼き付きが起きやすい。このように、従来の
めつきを施したピストンリングとAl−Siシリン
ダの組合せでは、加鉛ガソリンを使用したり、過
酷な運転条件では、ピストンリングあるいはシリ
ンダが異常摩を起すことがあつた。 （発明の構成） 本発明は、上記目的を達成するため、第１の発
明として、燐が0.2〜10重量％残りがニツケルか
らなるニツケル−燐合金めつきの基地層中に、平
均粒径0.5〜10μmの窒化珪素を容積比で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、過共晶Al−Si製シリンダ
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
がニツケルからなるニツケル−コバルト−燐合金
めつきの基地層中に、平均粒径0.5〜10μmの窒化
珪素を容積比で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、過
共晶Al−Si製シリンダとの組合せを提供するこ
とで上記問題点を解決している。 以下に複合皮膜層について述べる。 合金基地中に含まれる燐は、熱硬化処理を行な
うと硬度が高くなつ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0.2％以下では熱硬化処理をおこなつ
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つて
脆くなり、衝撃強度は弱くなり、ピストンリング
母材との密着性も悪くなる。したがつて燐の量は
0.2〜10％が良い。 皮膜に分散している窒化珪素粒子は、燐ととも
に皮膜の耐摩耗性改善に優れた効果を示す。そし
て、炭化珪素粒子にくらべて結晶が鋭利でないた
め、相手シリンダ材を摩耗させにくい。さらに、
窒化珪素粒子は、セラミツ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、炭
化珪素粒子などに比べて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。合金基地中のコバルトの量
は、10重量％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。したがつて、コバルトの量は10〜40重
量％が良い。 （実施例 １） 呼び径×幅×厚さが78mm×1.5mm×3.2mmの鋼製
第一圧力リングに、まず第一工程として、摺動面
に通例のニツケルストライクめつき方法で、厚さ
10μmのニツケルめつきを形成した。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
めつき条件で、窒化珪素を分散した厚さ120μmの
ニツケル−燐複合めつきを形成した。
動面に有する内燃機関用ピストンリングとAl−
Si製シリンダの組合せ技術に関する。 （従来技術と問題点） 近年、内燃機関の軽量化に伴い、過共晶Al−
Si合金、あるいは亜共晶Al−Si合金製シリンダ
が一部で実用化されている。このAl−Si合金製
シリンダは良好な耐摩耗性を示すものの、鋳鉄製
シリンダにくらべてやや劣る。従来、この種のシ
リンダに組合せて使用するピストンリングとして
は、摺動面に炭化珪素を分散させたニツケル複合
めつき、あるいは炭化珪素を分散させた鉄複合め
つきが施されたものが提案されている。この炭化
珪素などの硬質粒子を分散させることによつて、
硬質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、耐摩耗性が改善
される。 しかし、炭化珪素を分散させたニツケルあるい
は鉄複合めつきは、分散材の炭化珪素粒子が硬質
で、結晶の端部が鋭利のため、相手シリンダ材を
摩耗させやすい。また、複合めつき層の基地がニ
ツケルあるいは鉄だけでは硬度が不足しているた
め、逆に、シリンダ材の初晶シリコンにより摩耗
を受け易い。また、一般にピストンリングの表面
処理に多く使用されている硬質クロムめつきは、
潤滑油に対する濡れ性が悪いため保油効果が少な
く、焼き付きが起きやすい。このように、従来の
めつきを施したピストンリングとAl−Siシリン
ダの組合せでは、加鉛ガソリンを使用したり、過
酷な運転条件では、ピストンリングあるいはシリ
ンダが異常摩を起すことがあつた。 （発明の構成） 本発明は、上記目的を達成するため、第１の発
明として、燐が0.2〜10重量％残りがニツケルか
らなるニツケル−燐合金めつきの基地層中に、平
均粒径0.5〜10μmの窒化珪素を容積比で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、過共晶Al−Si製シリンダ
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
がニツケルからなるニツケル−コバルト−燐合金
めつきの基地層中に、平均粒径0.5〜10μmの窒化
珪素を容積比で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、過
共晶Al−Si製シリンダとの組合せを提供するこ
とで上記問題点を解決している。 以下に複合皮膜層について述べる。 合金基地中に含まれる燐は、熱硬化処理を行な
うと硬度が高くなつ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0.2％以下では熱硬化処理をおこなつ
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つて
脆くなり、衝撃強度は弱くなり、ピストンリング
母材との密着性も悪くなる。したがつて燐の量は
0.2〜10％が良い。 皮膜に分散している窒化珪素粒子は、燐ととも
に皮膜の耐摩耗性改善に優れた効果を示す。そし
て、炭化珪素粒子にくらべて結晶が鋭利でないた
め、相手シリンダ材を摩耗させにくい。さらに、
窒化珪素粒子は、セラミツ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、炭
化珪素粒子などに比べて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。合金基地中のコバルトの量
は、10重量％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。したがつて、コバルトの量は10〜40重
量％が良い。 （実施例 １） 呼び径×幅×厚さが78mm×1.5mm×3.2mmの鋼製
第一圧力リングに、まず第一工程として、摺動面
に通例のニツケルストライクめつき方法で、厚さ
10μmのニツケルめつきを形成した。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
めつき条件で、窒化珪素を分散した厚さ120μmの
ニツケル−燐複合めつきを形成した。
【表】
複合めつ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％であつた。 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。この処理によつてマイクロビツカス硬度は
800〜900となつた。 （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×幅×厚さが78mm×1.5mm×3.2mmの鋼
製第一圧力リングに、ニツケルストライクめつき
を形成したのち、第二工程として、リングの摺動
面に表２の浴組成およびめつき条件で、窒化珪素
を分散した厚さ110μmのニツケル−コバルト−燐
複合めつきを形成した。
珪素の量は容積比で25％であつた。 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。この処理によつてマイクロビツカス硬度は
800〜900となつた。 （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×幅×厚さが78mm×1.5mm×3.2mmの鋼
製第一圧力リングに、ニツケルストライクめつき
を形成したのち、第二工程として、リングの摺動
面に表２の浴組成およびめつき条件で、窒化珪素
を分散した厚さ110μmのニツケル−コバルト−燐
複合めつきを形成した。
【表】
【表】
複合めつ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％であつた。 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
つてマイクロビツカス硬度は800〜900となつた。 （実験試験） 実施例１、および実施例２で得られたピストン
リングをシリンダボア径78mm、４サイクル、水冷
４気筒エンジンに取り付けて、高鉛ガソリンを燃
料として6800rpm、全負荷、100時間のベンチテ
ストを行い、ピストンリングの外周摺動面及びア
ルミ合金シリンダ（A390合金製）内周面の摩耗
量を測定した。 比較のため硬質クロムめつき、炭化珪素を分散
させたニツケル複合めつき、および炭化珪素を分
散させた鉄複合めつきを施したピストンリングに
ついてもそれぞれ同様に試験を行なつた。 試験結果を第２図に示す。 （効果） 第１の実施例、および第２の実施例のピストン
リングとAl−Si合金製シリンダとの組合せは、
従来の硬質クロムめつきとの組合せに比べて、ピ
ストンリングの摩耗は約1/5、シリンダの摩耗は
約1/2に減つている。また、いずれの比較ピスト
ンリングとの組合せよりも耐摩耗性にすぐれてい
ることがわかる。 以上のことから、本発明によるピストンリング
とシリンダの組合せは、高鉛ガソリンを燃料とす
るエンジンなどに対して、耐摩耗性に優れている
ことが理解できる。
ルトの量は重量比で35％、窒化珪素の量は容積比
で15％であつた。 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
つてマイクロビツカス硬度は800〜900となつた。 （実験試験） 実施例１、および実施例２で得られたピストン
リングをシリンダボア径78mm、４サイクル、水冷
４気筒エンジンに取り付けて、高鉛ガソリンを燃
料として6800rpm、全負荷、100時間のベンチテ
ストを行い、ピストンリングの外周摺動面及びア
ルミ合金シリンダ（A390合金製）内周面の摩耗
量を測定した。 比較のため硬質クロムめつき、炭化珪素を分散
させたニツケル複合めつき、および炭化珪素を分
散させた鉄複合めつきを施したピストンリングに
ついてもそれぞれ同様に試験を行なつた。 試験結果を第２図に示す。 （効果） 第１の実施例、および第２の実施例のピストン
リングとAl−Si合金製シリンダとの組合せは、
従来の硬質クロムめつきとの組合せに比べて、ピ
ストンリングの摩耗は約1/5、シリンダの摩耗は
約1/2に減つている。また、いずれの比較ピスト
ンリングとの組合せよりも耐摩耗性にすぐれてい
ることがわかる。 以上のことから、本発明によるピストンリング
とシリンダの組合せは、高鉛ガソリンを燃料とす
るエンジンなどに対して、耐摩耗性に優れている
ことが理解できる。
第１図は、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：複合めつき
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。
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 (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燐が0.2〜10重量％、残りがニツケルからな
るニツケル−燐合金めつきの基地層中に、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、過共晶Al−Si製シリンダとの
組合せ。 ２ 燐が0.2〜10重量％、コバルトが10〜40重量
％、残りがニツケルからなるニツケル−コバルト
−燐合金めつきの基地層中に、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、過共晶Al−Si製シリンダとの組合せ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12466886A JPS62282150A (ja) | 1986-05-31 | 1986-05-31 | ピストンリングとシリンダの組合せ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12466886A JPS62282150A (ja) | 1986-05-31 | 1986-05-31 | ピストンリングとシリンダの組合せ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62282150A JPS62282150A (ja) | 1987-12-08 |
| JPH0337028B2 true JPH0337028B2 (ja) | 1991-06-04 |
Family
ID=14891099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12466886A Granted JPS62282150A (ja) | 1986-05-31 | 1986-05-31 | ピストンリングとシリンダの組合せ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62282150A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2709613B2 (ja) * | 1988-11-30 | 1998-02-04 | 株式会社リケン | ピストンリング |
| JP2536107B2 (ja) * | 1988-12-06 | 1996-09-18 | トヨタ自動車株式会社 | 摺動部材 |
| JPH03117779A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | 摺動用部材 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5438577B2 (ja) * | 1973-07-17 | 1979-11-21 | ||
| JPS51132311A (en) * | 1975-05-13 | 1976-11-17 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Relative combination with cylinder and sealring of internal combustion engine |
| JPS5720534A (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-03 | Toyota Motor Corp | Combination of cylinder bore and piston ring |
| JPS6045717B2 (ja) * | 1982-11-26 | 1985-10-11 | 株式会社 リケン | 内燃機関用ピストンリング |
-
1986
- 1986-05-31 JP JP12466886A patent/JPS62282150A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62282150A (ja) | 1987-12-08 |
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