JPH0466A - ピストンリング - 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〕 本発明は溶射ピストンリングに関する。

〔従来の技術〕

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以外の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−Ａｍ！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充分で、ＮｉＡ１下地溶射皮膜が層
内剥離することがある。

また、Ｎｉ−Ａｌ下地溶射材は、５〜１０％ＡｌとＮｉ
であるため、硬度がＨｖ２００程度と低く耐摩耗性に乏
しい欠点があり、外周面に露出したＮｉ−Ａｌ１．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、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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の構成は、外周面に形成した下地溶射皮膜上に表
層部の溶射皮膜を備えるピストンリングにおいて、前記
下地溶射皮膜が、ＭＯを６０重量％以上含み粒度が５μ
ｍ以上、４４μｍ未満のフェロモリブデン合金粉を溶射
したものか、あるいは前記フェロモリブデン合金粉と、
５〜５０重量％で粒度が４４μｍ以上、１２５μｍ未満
のＭ。

粉、Ｎｉ自溶性合金粉のいずれか又は両方と、を混合溶
射したものからなり、その皮膜厚さが２０〜１００μｍ
であることを特徴とする。

〔作用〕

従来使用されているＮ１−Ａ７！下地溶射皮膜の硬さは
ＨＶ２＋）０以下であり、耐摩耗材として使用される表
層部の溶射皮膜及び母材より硬度が低いため、運転中の
ツイスト応力がＮ１−Ａρ下地溶射皮膜に集中し、下地
溶射皮膜内で剥離を生しることがある。本発明は下地溶
射皮膜に耐摩耗性を付与するとともに、硬度を高くして
下地溶射皮膜への応力集中を防止する。この特性を付与
する材料は粉末粒度を微細にしないと、母材との結合力
が不安定になるため、５μｍ以上、４４μｍ未満の微細
粉を使用する。

溶射材の母材との結合力は溶射元素により大きな差があ
り、結合力の高い元素は周期率表の■、■族で、特に自
己結合力のある元素はＭＯ３Ｎｂ、Ｔａであり、その結
合力は、 Ｍ　ｏ　：　５７０　ｋｇ／ｃＩＩ＋”Ｎｂ：５５０ｋ
ｇ／値２ Ｔ　ａ　：　４７　Ｑ　ｋｇ／ａｍ” である。

なお、これらの華元素では耐摩耗性に乏しい上に高価で
ある。

これに対して、フェロモリブデン合金粉は、母材との密
着性が良好である上に、耐摩耗性があり、その上安価で
ある。なお、合金粉の硬さはＨｖ　１１００程度である
。

フェロモリブデン合金粉中のＭｏ、Ｆｅ以外の不純物は
少ない方がよく、Ｍｏの含有量は６０重量％以上がよい
。なお、より好ましくは６５重量％以上である。そして
、母材との密着性等の点で粉末の粒度は５μｍ以上、４
４μｍ未満がよい。

粉末の粒度が５μｍ未満では過溶融となり、溶射効率が
著しく低下し、４４μｍ以上では溶融不足により母材と
の密着性が劣化するおそれがある。

なお、より好ましい範囲は１０〜２０μｍである。

また、上記フェロモリブデン合金粉に、粒度が４４μｍ
以上、１２５μｍ未満の摺動特性及び母材との密着性を
妨げないＭＯ粉、Ｎｉ自溶性合金粉を混合溶射すれば、
下地溶射皮膜の粗さが大きくなって、表層部の溶射皮膜
との結合力が高まる。

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太き（するの
がよい。４４μｍ未満では粗さ出しの効果が望めず、１
２５μｍ以上では溶融不足になる可能性があり、気孔が
粗大になり、結合力が劣化する。なお、より好ましい範
囲は６３μｍ以上、１００μｍ未満である。

また、ＭＯ粉、Ｎ］自溶性合金粉の混合量は５重量％未
満では粗さ出しの効果が望めず、５０重量％を超えると
、硬さが低下し、層内強度が低下し、剥離を生じるおそ
れがある。なお、より好ましい範囲は１５〜４０重量％
である。

次に拡げテストを行った結果を説明する。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
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、ビストンリングの内周の対称位置に配置
する一対のピ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を調べた。

（１）下地溶射材 Ｆ　ｅ　−Ｍ　ｏ　：　ＪＩＳ　Ｇ２３０７相当材ＭＯ
＝純度９９．７０％ Ｎｉ自溶性合金：　ＪＩＳ　ＭＳＦＮｉ−２相当材Ｆｅ
−Ｍｏの粉末粒度は５μｍ以上、４４μｍ未満。

Ｍｏ、Ｎｉ自溶性合金の粉末粒度は４４μｍ以上、１２
５μｍ未満。

（２）表層部の溶射材 高Ｃｒ鋳鉄　　：５０重量％ Ｍｏ　　　　　　：３０重量％ Ｎｉ自溶性合金：２０重量％ （ＪＩＳ　ＭＳＦＮｉ−２相当材） 結果を表１に示す。

表１ 上記のように、下地溶射皮膜が厚さ４０μｍのＮｉ−５
％ＡＩでは、下地溶射皮膜内で剥離する。

そして、Ｎｉ−５％Ａ１の下地溶射皮膜厚さを８０μｍ
にすれば剥離せず、クランクの発生にとどまるが、拡げ
量は３３ｍｍと小さい。これに対して、本発明のものは
、厚さ２０〜４０μｍで、いずれも単なるクラック発生
のみで剥離せず、拡げ量もＮ１−５％Ａ１のものに比べ
て大きいことがわかる。

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、１゜０μｍ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。なお、より好ましい範囲
は３０〜８０μｍである。

〔実施例〕

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にブラス
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を６０重量％以上含むフェロモリブデン合金粉のみ
、あるいはこれに５〜５０重量％でＭ。

粉、Ｎｉ自溶性合金粉のいずれか又は両方を混合したも
ので、フェロモリブデン合金粉の粒度は５μｍ以上、４
４μｍ未満、ＭＯ粉、Ｎｉ自溶性合金の粒度は４４μｍ
以上、１２５μｍ未満のもの。

表層部の溶射材： 高Ｃｒ鋳鉄　　　５０重量％ Ｍｏ　　　　　　　３Ｑ重量％ Ｎｉ自溶性合金　２０重量％ （ＪＩＳ　ＭＳＦＮｉ−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１．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。

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） 〔発明の効果〕 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、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。

【図面の簡単な説明】

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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、Ｍｏを６０重量％以上含み粒度が５μｍ以上、４
   ４μｍ未満のフェロモリブデン合金粉を溶射したもので
   、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. （２）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、Ｍｏを６０重量％以上含み粒度が５μｍ以上、４
   ４μｍ未満のフェロモリブデン合金粉と、５〜５０重量
   ％で粒度が４４μｍ以上、１２５μｍ未満のＭｏ粉、Ｎ
   ｉ自溶性合金粉のいずれか又は両方と、を混合溶射した
   もので、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。