JPH06146017A

JPH06146017A - シリンダ

Info

Publication number: JPH06146017A
Application number: JP32889692A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shinada; 学品田
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性、耐焼付性及び耐蝕性に優れた皮膜
を摺動面に被覆したシリンダを提供する。【構成】タングステンが２〜40重量％、残りが実質的
にニッケルからなるニッケル−タングステン合金の基地
中に、平均粒径 0.5〜10μｍの酸化クロム粒子が容積比
で５〜30％分散している複合めっき層３をシリンダ母材
２の内周摺動面に有するシリンダ１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性に優れた複合め
っき層を有するシリンダに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
鋳鉄製のエンジンシリンダに代わって、内燃機関の軽量
化の目的でアルミニウム合金製のシリンダが実用化され
ている。しかし、このアルミニウム合金製シリンダは耐
摩耗性において鋳鉄製シリンダにやや劣るので、摺動面
に鋳鉄製シリンダライナを組合わせて使用することが一
般に行われている。ところが鋳鉄製ライナを組合せる
と、エンジンシリンダがコスト高となり、重量も大きく
なるので、燃費もその分だけ多くなり、経済的に好まし
くない。

【０００３】このため、アルミニウム合金製シリンダの
内周面に硬質クロムめっきやニッケル−炭化珪素複合め
っき（以下、ニカジルめっきという）等の表面処理が施
されたものが提案されている。

【０００４】しかし、硬質クロムめっきは、耐摩耗性に
は優れているが、めっき処理に長時間を要する上に、耐
焼付性、耐蝕性等に問題がある。一方、ニカジルめっき
はガソリン等を燃料とする内燃機関では耐蝕性には優れ
ているものの、耐焼付性に劣り、また相手材への攻撃性
が大きいという欠点がある。また、アルコールを燃料と
する内燃機関では蟻酸が生成され、腐食が起こり、耐摩
耗性が低下するという問題もある。

【０００５】さらに、近年のエンジンの高速回転化に伴
い、シリンダにかかる負荷が増大しているため、優れた
耐摩耗性及び耐焼付性を有する皮膜が望まれている。

【０００６】従って、本発明の目的は、耐摩耗性、耐焼
付性及び耐蝕性に優れた皮膜を摺動面に被覆したシリン
ダを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、ニッケル−タングステン合金の基
地中に酸化クロム粒子が分散した複合めっき層を設ける
ことによって、耐摩耗性及び耐焼付性に優れたシリンダ
が得られることを発見し、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明のシリンダは、タングス
テンが２〜40重量％、残りが実質的にニッケルからなる
ニッケル−タングステン合金の基地中に、平均粒径 0.5
〜10μｍの酸化クロム粒子が容積比で５〜30％分散して
いる複合めっき層を摺動面に有することを特徴とする。

【０００９】

【実施例及び作用】本発明について、以下詳細に説明す
る。

【００１０】図１に示すように、本発明のシリンダ１
は、シリンダ母材２の摺動面に酸化クロム粒子分散ニッ
ケル−タングステン合金複合めっき皮膜３を有する。

【００１１】ニッケル基合金基地中に含まれるタングス
テンは、高温時のめっき皮膜の硬度を高め、耐摩耗性、
耐熱性に優れるとともに、蟻酸等の強い酸に対する耐蝕
性にも優れている。ニッケル＋タングステンの合計を 1
00重量％として、タングステンの量が２重量％未満では
上記の効果が顕著に得られず、また40重量％を超えても
その効果に著しい変化はなく、経済的に好ましくない。
したがって、タングステンの量は２〜40重量％とする。
好ましいタングステンの量は５〜30重量％である。一
方、マトリックスとなるニッケルは、皮膜の耐熱性や耐
蝕性を高めるとともに、皮膜の靭性を高める。ニッケル
＋タングステンの合計を 100重量％として、ニッケルの
量は60〜98重量％であり、好ましくは70〜95重量％であ
る。

【００１２】合金基地中に分散する酸化クロム（Cr₂O₃)
粒子は、皮膜の耐摩耗性の改善に優れた効果を示す。ま
た、摩擦係数が小さいため摩擦の低減にも効果を示す。
酸化クロムはセラミックの中でも金属との濡れ性が低
く、溶融状態になりにくいため、耐焼付性の改善にも寄
与する。分散する酸化クロム粒子の含有量は、複合めっ
き層全体を基準として５〜30容量％で、かつその平均粒
径は 0.5〜10μｍである。含有量が５％未満あるいは平
均粒径が 0.5μｍ未満では、基地表面に占める酸化クロ
ム粒子の面積が少なく、耐摩耗性の改善効果が十分でな
い。一方、含有量が30容量％を超えるか、あるいは平均
粒径が10μｍを超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。酸化クロム粒子
の好ましい平均粒径は0.8 〜1.2 μｍであり、好ましい
含有量は10〜25容量％である。

【００１３】また本発明では、合金基地中に上記酸化ク
ロム粒子と潤滑性粒子とを混合して分散させてもよい。
潤滑性粒子を加えることにより、酸化クロム粒子との相
乗効果を発揮し、耐摩耗性、耐焼付性をさらに良好にす
ることができる。

【００１４】潤滑性粒子としては、劈開性を有し、摩擦
係数の低い固体潤滑剤粒子が適している。固体潤滑剤粒
子には、二硫化モリブデン、フッ化黒鉛、ボロンナイト
ライド等がある。潤滑性粒子の容量は、複合めっき層全
体を基準として５〜20容量％で、かつその平均粒径は
0.5〜10μｍが好ましい。容量が５％未満あるいは平均
粒径が 0.5μｍ未満では、耐摩耗性、耐焼付性の改善効
果が少ない。また容量が20容量％、あるいは平均粒径が
10μｍを超えると皮膜の強度が低下し、脆くなって脱落
しやすくなる。

【００１５】複合めっき層の形成には、上記所望の組成
となるようにタングステン化合物及びニッケル化合物を
溶解させためっき浴中に酸化クロム粒子を分散させたも
のを使用する。タングステン及びニッケル化合物として
は硫酸塩、スルファミン酸塩等を用いる。

【００１６】酸化クロム粒子分散ニッケル−タングステ
ン合金複合めっき皮膜の厚さは30〜100 μｍであるのが
好ましい。皮膜の厚さが30μ未満では、摩耗しやすく、
また100 μｍを超えると処理コストの上昇をきたすばか
りか、めっき層の剥離を生じやすくなるため好ましくな
い。特に好ましいめっき層の厚さは50〜80μｍである。

【００１７】得られた複合めっき皮膜は水洗、乾燥後、
必要に応じてベーキング処理を行う。ベーキング処理温
度は200 〜400 ℃程度で、時間は30〜100 分程度であ
る。このベーキング処理により、複合めっき皮膜及び母
材中に吸蔵された水素が放出され、良好な複合めっき皮
膜が得られる。

【００１８】本発明を以下の具体的実施例によりさらに
詳細に説明する。実施例１直径80mm、厚さ10mmの円板状のアルミニウム合金製の試
験片に、表１に示すめっき条件で、酸化クロム粒子分散
ニッケル−タングステン合金複合めっき皮膜を形成し
た。次に、試験片を200 ℃で１時間加熱して、皮膜のベ
ーキング処理を行った。得られた複合めっき皮膜の組
成、硬度及び厚さを測定した。結果を表２に示す。

【００１９】

【００２０】

【００２１】比較例１〜２比較のために、実施例１と同じ試験片に硬質クロムめっ
きを100 μｍに形成し、200 ℃で１時間のベーキング処
理を施したもの（比較例１）、及びニカジルめっきを80
μｍに形成し、200 ℃で１時間のべーキング処理を施し
たもの（比較例２）を作製した。

【００２２】次に、実施例１及び比較例１〜２で得られ
た試験片について、以下のように耐摩耗性試験及び耐焼
付性試験を行った。

【００２３】(1) 耐摩耗性試験耐摩耗性試験は図２及び図３に示すライダー方式の摩耗
試験装置によって行った。図２は試験装置の要部を示す
部分断面図、図３は図２中のＸ−Ｘ矢視図である。ステ
ータホルダ４に試験片６が取外し可能に取付けられてお
り、その中央には裏側から注油孔７を通して潤滑油が注
油されるようになっている。ここでステータホルダ４に
は油圧装置（図示せず）によって、図２において右方向
へ向けて所定圧力で押圧力（Ｐ）がかかるようにしてあ
る。

【００２４】試験片６に対向するロータ８上に取り付け
られた相手材保持具９には回転軸と同心状の円周上に等
間隔に四個の取り付け孔が刻設されており、それぞれの
孔に相手材10が取りつけられる。相手材10の５mm×５mm
の先端面が試験片６の摺動面５に接触し、駆動装置（図
示せず）によって所定速度で回転する。

【００２５】試験はステータ側の注油孔７から一定油温
の潤滑油を摺動面に供給しながら行なう。相手材10が所
定の摺動距離だけ試験片６上を摺動したときの試験片６
と相手材10の摩耗量によって耐摩耗性を評価する。

【００２６】具体的には、潤滑油として加鉛ガソリンを
燃料とする実機テストに使用後のエンジンオイルＳＡＥ
No.30 にダスト（ＪＩＳ２種）を 0.2ｇ／リットル添加
した温度80℃の油を用いて、注油孔７から供給したステ
ータホルダ４にはロータ側に向けて油圧 100kg/cm²の押
圧力を加えながら、ガス窒化処理を施したSUS440B から
なる相手材10の摩擦速度を３〜５ｍ／sec とし、摺動距
離が 100kmとなるまでロータ８を回転させた。試験結果
を表３に示す。

【００２７】

【００２８】(2) 耐焼付性試験上記耐摩耗性試験と同じ試験機を使用して耐焼付性試験
を行った。ロータ８を回転させると試験片６と相手材10
との間の摩擦によって、ステータホルダ４にトルクＦ
（図２中のＦ）が生ずるが、そのトルクＦをスピンドル
11を介してロードセル12により検知し、押圧力の変化に
よるトルクＦの変化を動歪計13で読み取った。焼付が生
じるとトルクＦが急激に上昇するので、その時の押圧力
をもって試験片の耐焼付性とした。

【００２９】試験条件は次に示す通りであった。相手材：ガス窒化処理を施したSUS440B 摩擦速度：８m/sec. 潤滑油：実施例１と同じオイル油温： 80℃ 給油量： 400cc/min 接触面圧； 40kg/ cm²より焼付発生まで10kg/cm
²ずつ増圧、各面圧に３分間保持試験結果を表４に示す。

【００３０】

【００３１】表３及び表４から明らかなように、本発明
によるシリンダは、硬質クロムめっきを施したもの及び
ニカジルめっきを施したものと比較して、耐摩耗性及び
耐焼付性に優れていることがわかる。また、ガス窒化処
理を施した合金鋼からなる相手材の摩耗量も少ない。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した通り、酸化クロム粒子分散
ニッケル−タングステン合金複合めっき皮膜を有する本
発明のシリンダは、耐摩耗性、耐焼付性及び耐蝕性に優
れる。また、本発明のシリンダと組み合わせるピストン
リングの摩耗量を少量に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるシリンダの断面図であ
る。

【図２】ライダー摩耗試験機を示す部分断面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ矢視図である。

【符号の説明】

１・・・シリンダ２・・・シリンダ母材３・・・酸化クロム粒子分散ニッケル−タングステン合
金複合めっき皮膜４・・・ステータホルダ５・・・摺動面６・・・試験片７・・・注油孔８・・・ロータ９・・・相手材保持具 10・・・相手材 11・・・スピンドル 12・・・ロードセル 13・・・動歪計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タングステンが２〜40重量％、残りが実
質的にニッケルからなるニッケル−タングステン合金の
基地中に、平均粒径 0.5〜10μｍの酸化クロム粒子が容
積比で５〜30％分散している複合めっき層を摺動面に有
することを特徴とするシリンダ。