JPH0625596B2 - 高耐久性ピストンリングの製造方法 - Google Patents
高耐久性ピストンリングの製造方法Info
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- JPH0625596B2 JPH0625596B2 JP59027681A JP2768184A JPH0625596B2 JP H0625596 B2 JPH0625596 B2 JP H0625596B2 JP 59027681 A JP59027681 A JP 59027681A JP 2768184 A JP2768184 A JP 2768184A JP H0625596 B2 JPH0625596 B2 JP H0625596B2
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- nitriding
- plating
- piston ring
- layer
- gas
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は高耐久性ピストンリングの製造方法に関する。
内燃機関用ピストンリングの表面硬化処理としては一般
的に硬質Ｃｒめっきによる硬化処理が使用されている
が、この硬化処理のみでは、最近の高出力化及びより高
度な排ガス規制の強化につれて、ディーゼルエンジン等
のエンジンでリング摩耗に起因してエンジンライフを短
くするというトラブルが生じている。
的に硬質Ｃｒめっきによる硬化処理が使用されている
が、この硬化処理のみでは、最近の高出力化及びより高
度な排ガス規制の強化につれて、ディーゼルエンジン等
のエンジンでリング摩耗に起因してエンジンライフを短
くするというトラブルが生じている。
これらの対策として種々の硬化処理が検討され、高鉛ガ
ソリン用としてＭｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系材等を溶射す
ることにより表面を硬化したピストンリングが一部に使
用されている。しかし、このものは自身の摩耗には問題
がないが、溶射特性から生じる相手材への攻撃性および
相手材が鋳鉄材で耐摩耗性に乏しいことから相性に問題
があり、相手材であるシリンダの摩耗が大きく、エンジ
ンライフの面で不十分で、相対摩耗の調和したピストン
リングの硬化処理が必要である。
ソリン用としてＭｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系材等を溶射す
ることにより表面を硬化したピストンリングが一部に使
用されている。しかし、このものは自身の摩耗には問題
がないが、溶射特性から生じる相手材への攻撃性および
相手材が鋳鉄材で耐摩耗性に乏しいことから相性に問題
があり、相手材であるシリンダの摩耗が大きく、エンジ
ンライフの面で不十分で、相対摩耗の調和したピストン
リングの硬化処理が必要である。
本発明はシリンダ摩耗を現行水準としピストンリングの
寿命を延長することによりエンジンライフを延長するも
のである。
寿命を延長することによりエンジンライフを延長するも
のである。
一般にピストンリングの寿命を延長する方法として、
リングの材質を改善する方法、より硬化耐摩耗性を向
上する方法、現行の硬化層の厚さを増加する方法等が
ある。
リングの材質を改善する方法、より硬化耐摩耗性を向
上する方法、現行の硬化層の厚さを増加する方法等が
ある。
しかし、、の方法はシリンダ材が鋳鉄等に限定され
るため、相性調整が困難であり、耐久性向上のためには
の方法による硬化層自体を増厚する手段がとられる。
現在実用化されている硬化処理には硬質Ｃｒめっきまた
は窒化処理等の処法がある。これらの処理リングは、通
常のエンジンでは性能、耐久性共に満足できるが、高度
な排ガス対策を施したディーゼルエンジン又は高鉛ガソ
リン使用のエンジン等では、耐久性で満足できず、必然
的に硬化層厚さの増加を要求されている。しかしなが
ら、これらの各々の処理は、単に耐久性のみからの要求
で厚さを勝手に設定できない問題がある。
るため、相性調整が困難であり、耐久性向上のためには
の方法による硬化層自体を増厚する手段がとられる。
現在実用化されている硬化処理には硬質Ｃｒめっきまた
は窒化処理等の処法がある。これらの処理リングは、通
常のエンジンでは性能、耐久性共に満足できるが、高度
な排ガス対策を施したディーゼルエンジン又は高鉛ガソ
リン使用のエンジン等では、耐久性で満足できず、必然
的に硬化層厚さの増加を要求されている。しかしなが
ら、これらの各々の処理は、単に耐久性のみからの要求
で厚さを勝手に設定できない問題がある。
例えば、靱性の小さい硬質Ｃｒめっきは母材変形に追従
できず、Ｃｒ層中には縦方向のクラックを発生する。こ
のクラックは母材まで貫通するため切欠きとして作用
し、母材の疲労限を低下させる。さらにこのクラックは
めっき厚さの増加につれて大きくなり、より大きな応力
集中を生じる。以上のように厚いＣｒめっきは、ピスト
ンリングの如く繰り返し応力を受ける部品の機械的特性
を劣化させる。
できず、Ｃｒ層中には縦方向のクラックを発生する。こ
のクラックは母材まで貫通するため切欠きとして作用
し、母材の疲労限を低下させる。さらにこのクラックは
めっき厚さの増加につれて大きくなり、より大きな応力
集中を生じる。以上のように厚いＣｒめっきは、ピスト
ンリングの如く繰り返し応力を受ける部品の機械的特性
を劣化させる。
また、下記の電気めっきの特性も厚めっき使用の重要な
問題点である。
問題点である。
表面形状の変化が大きくなり、ピストンリングとして
の成形加工に問題を生じる。
の成形加工に問題を生じる。
めっき厚の不同が増大し、完成加工が困難になる。
表面あらさが急増し、加工代が増加する。
以上の点より、上限めっき厚さは、母材強度及び使用条
件にも関係するが、0.25mm以下が安全サイドである。
件にも関係するが、0.25mm以下が安全サイドである。
一方、窒化処理は窒化厚さにつれて窒化速度が低下し、
また、ピストンリングのような薄肉材への窒化処理は靱
性劣化が大きく、ピストンへの組付拡げ応力で折損する
ため、窒化厚さには限界があり、母材肉厚さの２０％以
下が実用的で、例えば厚さ0.6mmのサイドレールでは１
２０μｍ以下とするのが望ましい。
また、ピストンリングのような薄肉材への窒化処理は靱
性劣化が大きく、ピストンへの組付拡げ応力で折損する
ため、窒化厚さには限界があり、母材肉厚さの２０％以
下が実用的で、例えば厚さ0.6mmのサイドレールでは１
２０μｍ以下とするのが望ましい。
以上の如く、単一層では、各々の上限厚さが規制され、
厚さのみの増加で耐久性を向上させその希望を達成する
ことは不可能である。
厚さのみの増加で耐久性を向上させその希望を達成する
ことは不可能である。
前述した如く、硬質Ｃｒめっきは疲労限を低下させる特
性がある。一方、窒化処理はＮの拡散により残留応力を
生じ、疲労強度を向上することが広く知られている。こ
の効果は本発明（後述する）の最表面部を形成するＮ濃
度の高い化合物層の除去を行っても失われないので、窒
化処理後めっきすることにより、疲労限の高い硬質Ｃｒ
めっきリングが製造可能となる。
性がある。一方、窒化処理はＮの拡散により残留応力を
生じ、疲労強度を向上することが広く知られている。こ
の効果は本発明（後述する）の最表面部を形成するＮ濃
度の高い化合物層の除去を行っても失われないので、窒
化処理後めっきすることにより、疲労限の高い硬質Ｃｒ
めっきリングが製造可能となる。
したがって、この両者の利点を併用させることによっ
て、硬質Ｃｒめっき磨滅後、窒化処理層が耐摩耗効果を
もたらし耐久性向上に寄与するので、窒化処理面上への
硬質Ｃｒめっきは機械的特性の向上および耐摩耗性の向
上が望め、理想的な高寿命のピストンリングとなる。
て、硬質Ｃｒめっき磨滅後、窒化処理層が耐摩耗効果を
もたらし耐久性向上に寄与するので、窒化処理面上への
硬質Ｃｒめっきは機械的特性の向上および耐摩耗性の向
上が望め、理想的な高寿命のピストンリングとなる。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、高耐久性
ピストンリングの製造方法を提供することを目的とす
る。
ピストンリングの製造方法を提供することを目的とす
る。
本発明の高耐久性ピストンリングの製造方法は、マルテ
ンサイト系鋼材よりなるピストンリングをＮＨ3ガスと
Ｎ2ガスの混合ガス又はＮＨ3ガス雰囲気中で５００〜６
００℃に保持して全表面をガス窒化したのち、少なくと
も外周面の窒化層の中の、少なくとも最表面部を形成す
るＮ濃度の高い化合物層を除去して、Ｎ濃度の高い化合
物層が存在しない窒化層を３０μｍ以上、ピストンリン
グ厚さの２０％以下の厚さで形成し、この化合物層を除
去した窒化層上に弗化浴により硬質Ｃｒめっきを５０μ
ｍ以上、２５０μｍ以下施すことを特徴とする。
ンサイト系鋼材よりなるピストンリングをＮＨ3ガスと
Ｎ2ガスの混合ガス又はＮＨ3ガス雰囲気中で５００〜６
００℃に保持して全表面をガス窒化したのち、少なくと
も外周面の窒化層の中の、少なくとも最表面部を形成す
るＮ濃度の高い化合物層を除去して、Ｎ濃度の高い化合
物層が存在しない窒化層を３０μｍ以上、ピストンリン
グ厚さの２０％以下の厚さで形成し、この化合物層を除
去した窒化層上に弗化浴により硬質Ｃｒめっきを５０μ
ｍ以上、２５０μｍ以下施すことを特徴とする。
窒化処理面に電気めっきする上で問題になるのは密着性
であり、特にピストンリングのような高度な密着性を要
求される場合、窒化法、めっき前処理、めっき条件がピ
ストンリング製造上の大きな要件になる。
であり、特にピストンリングのような高度な密着性を要
求される場合、窒化法、めっき前処理、めっき条件がピ
ストンリング製造上の大きな要件になる。
窒化法としてＮ、ＣあるいはＮ、Ｃ、Ｏを拡散する軟窒
化法およびＮのみを拡散する窒化法等があるが、その表
面に電気めっきを処理する上で過度にＮ、Ｃあるいは
Ｎ、Ｃ、Ｏと化合して非金属層化した表面は強固な密着
力は得られない。軟窒化法として通常使用されている塩
浴法は有害な表面酸化層（黒層）および多孔質層が他の
方法より厚く、かつ層厚さが処理時間と比例関係にある
ので、ピストンリング製造上では不都合な点が多い。
化法およびＮのみを拡散する窒化法等があるが、その表
面に電気めっきを処理する上で過度にＮ、Ｃあるいは
Ｎ、Ｃ、Ｏと化合して非金属層化した表面は強固な密着
力は得られない。軟窒化法として通常使用されている塩
浴法は有害な表面酸化層（黒層）および多孔質層が他の
方法より厚く、かつ層厚さが処理時間と比例関係にある
ので、ピストンリング製造上では不都合な点が多い。
この場合Ｎのみ拡散する本発明のＮＨ3ガス窒化法の方
がめっき下地面として好ましい。
がめっき下地面として好ましい。
ＮＨ3ガス窒化法においても、２ＮＨ3→２Ｎ＋３Ｎ2で
生じたＮが表面から拡散浸入するため、最表面のＮ濃度
は非常に高く、塩浴法と比較すれば非常に薄いがＮＨ3
ガス窒化法においても化合物層を形成するため、その面
に硬質Ｃｒめっきを処理する場合には、必ずめっき前に
最表面部を形成するＮ濃度の高い化合物層を除去しなく
てはならない。
生じたＮが表面から拡散浸入するため、最表面のＮ濃度
は非常に高く、塩浴法と比較すれば非常に薄いがＮＨ3
ガス窒化法においても化合物層を形成するため、その面
に硬質Ｃｒめっきを処理する場合には、必ずめっき前に
最表面部を形成するＮ濃度の高い化合物層を除去しなく
てはならない。
窒化層の主な状態は最表面よりζ−Ｆｅ2Ｎ、ε−Ｆｅ
2-3Ｎ、γ′−Ｆｅ4Ｎ、α−Ｆｅ中Ｎ固溶層を形成分布
する。この中で、めっきの密着性を阻害するものは最表
面部を形成するＮ濃度の高い化合物層即ちζ−Ｆｅ2Ｎ
とε−Ｆｅ2-3Ｎであり、この層を除去した面上へ硬質
Ｃｒめっき処理することによって、硬質Ｃｒめっきの密
着性の良好なピストンリングが得られる。
2-3Ｎ、γ′−Ｆｅ4Ｎ、α−Ｆｅ中Ｎ固溶層を形成分布
する。この中で、めっきの密着性を阻害するものは最表
面部を形成するＮ濃度の高い化合物層即ちζ−Ｆｅ2Ｎ
とε−Ｆｅ2-3Ｎであり、この層を除去した面上へ硬質
Ｃｒめっき処理することによって、硬質Ｃｒめっきの密
着性の良好なピストンリングが得られる。
そして、窒化処理を実施する上でこの化合物層の発生が
出来る限り少ない材質を選定するのがよく、ピストンリ
ングとしての機能も留意して一般的にはピストンリング
用材料としての材質はマルテンサイト系鋼（ＳＵＳ４４
０Ｂ、ＳＵＳ４２０Ｊ２等、およびその相当材）を使用
することがよい。マルテンサイト系鋼材は耐熱、耐摩耗
性に優れており、また電気伝導度も高い（Ｃｒめっき電
流は５０Ａ／ｄm2程度と他のめっきの２０倍以上の高電
流を必要とする）。また、被Ｃｒめっき面は密着性のた
め電気化学的に活性であることが必要であり、ＳＵＳ材
は高度な不働態化被膜除去技術を必要とし、オーステナ
イト系よりマルテンサイト系の方が有利である。また、
オーステナイト系においては、含有Ｎｉが厚窒化を阻害
する。
出来る限り少ない材質を選定するのがよく、ピストンリ
ングとしての機能も留意して一般的にはピストンリング
用材料としての材質はマルテンサイト系鋼（ＳＵＳ４４
０Ｂ、ＳＵＳ４２０Ｊ２等、およびその相当材）を使用
することがよい。マルテンサイト系鋼材は耐熱、耐摩耗
性に優れており、また電気伝導度も高い（Ｃｒめっき電
流は５０Ａ／ｄm2程度と他のめっきの２０倍以上の高電
流を必要とする）。また、被Ｃｒめっき面は密着性のた
め電気化学的に活性であることが必要であり、ＳＵＳ材
は高度な不働態化被膜除去技術を必要とし、オーステナ
イト系よりマルテンサイト系の方が有利である。また、
オーステナイト系においては、含有Ｎｉが厚窒化を阻害
する。
次に化合物層を出来る限り薄くする窒化法および処理条
件を選定する。塩浴法は窒化雰囲気中の窒素ポテンシャ
ルの制御が困難であることに起因し、前述したように、
処理時間が長くなるほど最表層部に生成する化合物層も
厚くなり、ピストンリングの製造には不適当である。
件を選定する。塩浴法は窒化雰囲気中の窒素ポテンシャ
ルの制御が困難であることに起因し、前述したように、
処理時間が長くなるほど最表層部に生成する化合物層も
厚くなり、ピストンリングの製造には不適当である。
これに対して、本発明の窒化法であるＮＨ3ガス窒化法
は処理温度および流量によりＮＨ3ガスの分解率を調整
し、化合物層生成を最小とし、かつＮＨ3の分解率は鉄
を触媒としているため窒化が進行するにつれて分解率が
自動的に低下、窒素ポテンシャルは自動的に低下するた
め化合物層の厚さは処理時間の多少の差によって増加し
ない利点がある。処理温度は、高温側は母材の内部硬度
の低下を防止するため６００℃以下とし（ＳＵＳ４２０
Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｂ等で処理後の内部硬さＨｖ３５０
以上）、低温側は高硬度窒化層（温度が低くなるほど窒
化速度は低下するが硬さは増す）が剥離の可能性がある
ため５００℃以上とするが、５６０〜５８０℃が最適で
ある。
は処理温度および流量によりＮＨ3ガスの分解率を調整
し、化合物層生成を最小とし、かつＮＨ3の分解率は鉄
を触媒としているため窒化が進行するにつれて分解率が
自動的に低下、窒素ポテンシャルは自動的に低下するた
め化合物層の厚さは処理時間の多少の差によって増加し
ない利点がある。処理温度は、高温側は母材の内部硬度
の低下を防止するため６００℃以下とし（ＳＵＳ４２０
Ｊ２、ＳＵＳ４４０Ｂ等で処理後の内部硬さＨｖ３５０
以上）、低温側は高硬度窒化層（温度が低くなるほど窒
化速度は低下するが硬さは増す）が剥離の可能性がある
ため５００℃以上とするが、５６０〜５８０℃が最適で
ある。
塩浴窒化も鉄を触媒とし発生機のＮを発生するが、窒素
ポテンシャルが高いため、ＳＵＳ材でもガス窒化のよう
な特殊な前処理を必要とせずかつ窒化速度が比較的早い
利点があるが、本目的の化合物層を薄くしようとする場
合逆効果となる。
ポテンシャルが高いため、ＳＵＳ材でもガス窒化のよう
な特殊な前処理を必要とせずかつ窒化速度が比較的早い
利点があるが、本目的の化合物層を薄くしようとする場
合逆効果となる。
また、窒化法によって発生する不要化合物層をラッピン
グ加工等により研削除去する場合、ＮＨ3ガス窒化法で
発生する化合物層は１０μｍ以下であり、窒化処理によ
る歪量、および窒化による膨張量、表面あらさの増分等
の修正加工代は最小の研削代で充分除去できるので問題
はない。
グ加工等により研削除去する場合、ＮＨ3ガス窒化法で
発生する化合物層は１０μｍ以下であり、窒化処理によ
る歪量、および窒化による膨張量、表面あらさの増分等
の修正加工代は最小の研削代で充分除去できるので問題
はない。
しかし、めっき下地面は電気化学的に活性度が不充分な
ため、より強固な密着性を得るためには硬質Ｃｒめっき
条件の改善が必要である。標準的な硬質Ｃｒめっき浴種
であるクロム酸−硫酸をベースとしたサージェント浴よ
り弗化浴種の方が高い密着力を得ることができる。これ
はサージェント浴の触媒であるＳＯ4 2-より弗化浴の触
媒であるＦ-の方が活性度を高めるためである。
ため、より強固な密着性を得るためには硬質Ｃｒめっき
条件の改善が必要である。標準的な硬質Ｃｒめっき浴種
であるクロム酸−硫酸をベースとしたサージェント浴よ
り弗化浴種の方が高い密着力を得ることができる。これ
はサージェント浴の触媒であるＳＯ4 2-より弗化浴の触
媒であるＦ-の方が活性度を高めるためである。
弗化浴は広い電流密度でめっきができ、カバーリングパ
ワーがよい等の特性とＣｒ上にＣｒめっきを施すことが
容易であることが大きな利点として広く知られている
が、Ｃｒ上にＣｒめっきを施す上で問題になるのは、例
えばめっきの中断時めっき面は瞬時に不働態化し、硫酸
のみを触媒とする標準浴（サージェント浴）では完全に
不働態化膜を除去しかつ高度なめっき技術（再めっき手
法、エッチング→めっきに極性を変更し、2.5Ｖより１
分毎に0.5Ｖずつ昇圧し規定電流にする）でめっきしな
いと密着不良になることが広く知られている。一方、弗
化浴ではめっきを中断しても特別な処理を必要とせず継
続し再めっきすることが可能であり、これは浴中のＦ-
イオンによる不働態化膜の除去効果による。本提案のリ
ング材はマルテンサイト系鋼材で不働態化しやすい特性
があり、上記例のＣｒ上へのＣｒめっきに類似してい
る。マルテンサイト系鋼材＋窒化面への安定的なＣｒめ
っき浴として弗化浴が必要である。
ワーがよい等の特性とＣｒ上にＣｒめっきを施すことが
容易であることが大きな利点として広く知られている
が、Ｃｒ上にＣｒめっきを施す上で問題になるのは、例
えばめっきの中断時めっき面は瞬時に不働態化し、硫酸
のみを触媒とする標準浴（サージェント浴）では完全に
不働態化膜を除去しかつ高度なめっき技術（再めっき手
法、エッチング→めっきに極性を変更し、2.5Ｖより１
分毎に0.5Ｖずつ昇圧し規定電流にする）でめっきしな
いと密着不良になることが広く知られている。一方、弗
化浴ではめっきを中断しても特別な処理を必要とせず継
続し再めっきすることが可能であり、これは浴中のＦ-
イオンによる不働態化膜の除去効果による。本提案のリ
ング材はマルテンサイト系鋼材で不働態化しやすい特性
があり、上記例のＣｒ上へのＣｒめっきに類似してい
る。マルテンサイト系鋼材＋窒化面への安定的なＣｒめ
っき浴として弗化浴が必要である。
以上より本発明による製造方法としての硬質Ｃｒめっき
処理方法は弗化浴による条件を前提とするものである。
処理方法は弗化浴による条件を前提とするものである。
弗化浴としては下記のものが好適である。
ＣｒＯ3 ２００〜３００ ｇ／ Ｃｒ3+ 0.5〜５ ｇ／ Ｈ2ＳＯ4 １〜３ ｇ／ 弗化物 １〜５ ｇ／ 温度 ４５〜６０℃ 弗化物は多種あり、３０種以上あるが、一般に使用され
ているのはＮ2ＳｉＦ6又はＫ2ＳｉＦ6である。
ているのはＮ2ＳｉＦ6又はＫ2ＳｉＦ6である。
本発明はＦ-イオンの存在するめっき浴とする。
なお、下記の再めっき手法を用いればより好ましい。
１）エッチング（逆電） ３０Ａ／ｄm2×１分 ２）めっき （正電） 1.9Ｖ×５分 還元洗浄処理 めっき 2.5Ｖ（分解電圧）より１分毎１Ｖずつ昇圧
し規定電流（４５〜５０Ａ／ｄm2）にする。
し規定電流（４５〜５０Ａ／ｄm2）にする。
なお、窒化層厚さは窒化処理時間の増加に応じて増して
行き、寿命で設定すればよい問題で、トップリングの上
下面ではＨｖ７００以上の硬さで厚さ１０μｍ以上あれ
ば、通常のディーゼルエンジンライフを満たすことが可
能であるが、母材硬さ、使用条件の変動等を考慮し３０
μｍ以上が安全サイドである。上限は疲労強度とは別に
窒化厚さにつれて靱性が劣化しピストンへの組付時に破
断するため、リングの肉厚の２０％以下がよい。硬質Ｃ
ｒめっきの厚さは５０μｍ以上で、Ｃｒめっき後の成形
加工、疲労限等を考慮し２５０μｍ以下が好ましい。
行き、寿命で設定すればよい問題で、トップリングの上
下面ではＨｖ７００以上の硬さで厚さ１０μｍ以上あれ
ば、通常のディーゼルエンジンライフを満たすことが可
能であるが、母材硬さ、使用条件の変動等を考慮し３０
μｍ以上が安全サイドである。上限は疲労強度とは別に
窒化厚さにつれて靱性が劣化しピストンへの組付時に破
断するため、リングの肉厚の２０％以下がよい。硬質Ｃ
ｒめっきの厚さは５０μｍ以上で、Ｃｒめっき後の成形
加工、疲労限等を考慮し２５０μｍ以下が好ましい。
第１図に本発明により製造したピストンリングの一実施
例を示す。
例を示す。
本実施例のピストンリング１は全表面にガス窒化層を有
するが、内周面以外の面のガス窒化層は最表面部を形成
するＮ濃度の高い化合物層を除去した。即ち、２はピス
トンリング母材、３はピストンリングの全表面に形成さ
れたＨｖ７００以上のガス窒化層、４は摺動面のガス窒
化層３上に形成したＨｖ８５０以上の硬質Ｃｒめっき
層、５は内周面のガス窒化層３上に除去されないまま残
っているＮ濃度の高い化合物層である。
するが、内周面以外の面のガス窒化層は最表面部を形成
するＮ濃度の高い化合物層を除去した。即ち、２はピス
トンリング母材、３はピストンリングの全表面に形成さ
れたＨｖ７００以上のガス窒化層、４は摺動面のガス窒
化層３上に形成したＨｖ８５０以上の硬質Ｃｒめっき
層、５は内周面のガス窒化層３上に除去されないまま残
っているＮ濃度の高い化合物層である。
なお、本実施例のものは摺動面および上下面のＮ濃度の
高い化合物層を除去したので、かたくてもろい化合物層
が脱落して摩耗粉として作用することにより相手摩耗、
自身の摩耗を加速して異常摩耗の原因となったり、シリ
ンダ内周面あるいはリング面の傷の原因となったりする
ことがない。
高い化合物層を除去したので、かたくてもろい化合物層
が脱落して摩耗粉として作用することにより相手摩耗、
自身の摩耗を加速して異常摩耗の原因となったり、シリ
ンダ内周面あるいはリング面の傷の原因となったりする
ことがない。
下記に本発明の製造方法の一実施例を示す。
１）粗仕上加工（線材からリング形状加工まで） ２）窒化処理（ＮＨ3ガス窒化） ３）最表面部を形成するＮ濃度の高い化合物層除去研削
加工（めっき下地作り） ４）脱脂（有機溶剤による蒸気洗浄） ５）表面活性処理（２８０〜３５０メッシュのアルミナ
砥粒を１０〜３０％（体積比）含んだ水溶液を使用し空
気圧５kg／cm2でブラスト加工） ６）硬質Ｃｒめっき（弗化浴系でめっきする） ７）完成加工（外周ラップ、上下面研磨（圧縮リン
グ）、合口調整）以下、硬質Ｃｒめっきの密着テストを
説明する。
加工（めっき下地作り） ４）脱脂（有機溶剤による蒸気洗浄） ５）表面活性処理（２８０〜３５０メッシュのアルミナ
砥粒を１０〜３０％（体積比）含んだ水溶液を使用し空
気圧５kg／cm2でブラスト加工） ６）硬質Ｃｒめっき（弗化浴系でめっきする） ７）完成加工（外周ラップ、上下面研磨（圧縮リン
グ）、合口調整）以下、硬質Ｃｒめっきの密着テストを
説明する。
（１）密着テスト方法 第２図の如く、密着テストのために、幅Ｂ＝２mmのスリ
ット６をピストンリング１の内周側から外周側に向かっ
て外周面からＡ＝３mmの所まで形成する。そして、第３
図のようにピストンリング１の片方を固定７し、他方を
破断するまで内側より外側方向に定速で拡げ、硬質Ｃｒ
めっき層４の破断状態を観察し密着性の評価をする。
ット６をピストンリング１の内周側から外周側に向かっ
て外周面からＡ＝３mmの所まで形成する。そして、第３
図のようにピストンリング１の片方を固定７し、他方を
破断するまで内側より外側方向に定速で拡げ、硬質Ｃｒ
めっき層４の破断状態を観察し密着性の評価をする。
評価は第４図に示す如く硬質Ｃｒめっき４が完全に残留
していた場合を良、第５図の如く硬質Ｃｒめっき４が部
分的に残留していた場合をやや良、第６図の如く硬質Ｃ
ｒめっき４が残留していない場合を不良とする。
していた場合を良、第５図の如く硬質Ｃｒめっき４が部
分的に残留していた場合をやや良、第６図の如く硬質Ｃ
ｒめっき４が残留していない場合を不良とする。
（２）テスト材 ピストンリング材質：ＳＵＳ４２０Ｊ２ ピストンリング寸法： ８３φmm×2.0mm（Ｂ）×3.5mm（Ｔ）表面硬化処理は第
１表による。テストNO.１と６は窒化処理なしの例であ
る。
１表による。テストNO.１と６は窒化処理なしの例であ
る。
窒化処理条件は第２表に示す。
硬質Ｃｒめっき条件は第３表に示す。
製造工程は粗加工→窒化処理→最表面部を形成するＮ濃
度の高い化合物層の除去研削加工→脱脂→表面活性処理
→硬質Ｃｒめっき→完成加工による。脱脂は弗素系の有
機溶剤による蒸気洗浄、表面活性処理は２８０メッシュ
のアルミナ砥粒を体積比で３０％含む水溶液を使用し空
気圧５kg／cm2でブラスト加工するものである。
度の高い化合物層の除去研削加工→脱脂→表面活性処理
→硬質Ｃｒめっき→完成加工による。脱脂は弗素系の有
機溶剤による蒸気洗浄、表面活性処理は２８０メッシュ
のアルミナ砥粒を体積比で３０％含む水溶液を使用し空
気圧５kg／cm2でブラスト加工するものである。
（３）結果 上記第１表のテストNO.１〜６について各々１０個密着
テストを実施した結果は、第１表に示すとおり、本発明
法であるテストNO.５が最も安定した密着性が得られる
ことがわかる。
テストを実施した結果は、第１表に示すとおり、本発明
法であるテストNO.５が最も安定した密着性が得られる
ことがわかる。
以上説明したように本発明によれば、次の効果を奏し、
高耐久性ピストンリングの製造方法として極めて優れる
ものである。
高耐久性ピストンリングの製造方法として極めて優れる
ものである。
ガス窒化層（厚さが３０μｍ〜ピストンリング厚さの
２０％以下）の上に硬質Ｃｒめっき層（厚さが５０μｍ
以上、２５０μｍ以下）を有するので、高い耐久性が得
られる。
２０％以下）の上に硬質Ｃｒめっき層（厚さが５０μｍ
以上、２５０μｍ以下）を有するので、高い耐久性が得
られる。
マルテンサイト系鋼材を素材とするため、ピストンリ
ングとしての機能は充分に満足できるとともに、窒化に
より硬い窒化層を得ることができる。
ングとしての機能は充分に満足できるとともに、窒化に
より硬い窒化層を得ることができる。
ガス窒化により、硬く耐摩耗性にすぐれた有効窒化層
を厚く形成できる。
を厚く形成できる。
前述したように、窒化と軟窒化とは異なるもので、窒化
が被処理物に窒素が拡散浸透するのに対し、軟窒化は窒
素と炭素が同時に被処理物に拡散浸透するもので、処理
浴あるいは処理雰囲気が異なる上に、得られる物性も相
違する。ガス窒化に比べて塩浴窒化は、密着性に有害な
Ｎ濃度の高い化合物層が厚く生成され、有効な窒化層が
厚くできない。これに対して、ガス窒化は、密着性に有
害なＮ濃度の高い化合物層の生成は薄く、有効窒化層も
厚く生成でき、かつ耐摩耗性も軟窒化による有効窒化層
に比べて優れている。
が被処理物に窒素が拡散浸透するのに対し、軟窒化は窒
素と炭素が同時に被処理物に拡散浸透するもので、処理
浴あるいは処理雰囲気が異なる上に、得られる物性も相
違する。ガス窒化に比べて塩浴窒化は、密着性に有害な
Ｎ濃度の高い化合物層が厚く生成され、有効な窒化層が
厚くできない。これに対して、ガス窒化は、密着性に有
害なＮ濃度の高い化合物層の生成は薄く、有効窒化層も
厚く生成でき、かつ耐摩耗性も軟窒化による有効窒化層
に比べて優れている。
苛酷な条件に晒されるピストンリングにおいては、窒
化層と硬質Ｃｒめっきとの間で高度の密着性を要求され
るが、Ｎ濃度の高い化合物層の除去と弗化浴のめっき条
件とによって、ピストンリングが晒される苛酷な条件下
においても充分に満足できる密着性を確保することがで
きる。
化層と硬質Ｃｒめっきとの間で高度の密着性を要求され
るが、Ｎ濃度の高い化合物層の除去と弗化浴のめっき条
件とによって、ピストンリングが晒される苛酷な条件下
においても充分に満足できる密着性を確保することがで
きる。
上記化合物層の研削除去作業に際し、この化合物層は
硬いのでその研削除去作業が大変となるが、マルテンサ
イト系鋼材とガス窒化処理を選択したことによって、化
合物層は厚くならないので、研削除去作業が容易で、製
造が容易である。
硬いのでその研削除去作業が大変となるが、マルテンサ
イト系鋼材とガス窒化処理を選択したことによって、化
合物層は厚くならないので、研削除去作業が容易で、製
造が容易である。
第１図は本発明により製造したピストンリングの一実施
例を示す断面部分図、第２図は密着テストのためにスリ
ットを設けたピストンリングの平面部分図、第３図は密
着テストの説明図、第４〜６図はピストンリングの密着
テスト後の密着評価良、やや良、不良状態をそれぞれ示
す図である。 １……ピストンリング、２……母材 ３……ガス窒化層、４……硬質Ｃｒめっき層 ５……Ｎ濃度の高い化合物層
例を示す断面部分図、第２図は密着テストのためにスリ
ットを設けたピストンリングの平面部分図、第３図は密
着テストの説明図、第４〜６図はピストンリングの密着
テスト後の密着評価良、やや良、不良状態をそれぞれ示
す図である。 １……ピストンリング、２……母材 ３……ガス窒化層、４……硬質Ｃｒめっき層 ５……Ｎ濃度の高い化合物層
Claims (1)
- 【請求項１】マルテンサイト系鋼材よりなるピストンリ
ングをＮＨ3ガスとＮ2ガスの混合ガス又はＮＨ3ガス雰
囲気中で５００〜６００℃に保持して全表面をガス窒化
したのち、少なくとも外周面の窒化層の中の、少なくと
も最表面部を形成するＮ濃度の高い化合物層を除去し
て、Ｎ濃度の高い化合物層が存在しない窒化層を３０μ
ｍ以上、ピストンリング厚さの２０％以下の厚さで形成
し、この化合物層を除去した窒化層上に弗化浴により硬
質Ｃｒめっきを５０μｍ以上、２５０μｍ以下施すこと
を特徴とする高耐久性ピストンリングの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59027681A JPH0625596B2 (ja) | 1984-02-16 | 1984-02-16 | 高耐久性ピストンリングの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59027681A JPH0625596B2 (ja) | 1984-02-16 | 1984-02-16 | 高耐久性ピストンリングの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60172773A JPS60172773A (ja) | 1985-09-06 |
| JPH0625596B2 true JPH0625596B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=12227708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59027681A Expired - Lifetime JPH0625596B2 (ja) | 1984-02-16 | 1984-02-16 | 高耐久性ピストンリングの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0625596B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101859541B1 (ko) * | 2017-03-21 | 2018-05-21 | 연세대학교 산학협력단 | 질화처리방법 및 질화층이 형성되어 내마모성과 내산화성이 강화된 철계 방진강판 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2552638B2 (ja) * | 1987-05-29 | 1996-11-13 | 株式会社 リケン | ピストンリング |
| JPH01307568A (ja) * | 1988-06-06 | 1989-12-12 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
| JP2859339B2 (ja) * | 1989-12-29 | 1999-02-17 | 日本ピストンリング株式会社 | ピストンリング及びその製造方法 |
| DE102005041408A1 (de) * | 2005-09-01 | 2007-03-08 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings für Verbrennungsmotoren sowie einen derartigen Kolbenring |
| CN108772503B (zh) * | 2018-06-12 | 2019-11-05 | 常州中车柴油机零部件有限公司 | 一种用于加工活塞环内沉量的工装及其使用方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS533930A (en) * | 1976-06-30 | 1978-01-14 | Kayaba Industry Co Ltd | Surface treatment of metallic material |
| JPS58163653U (ja) * | 1982-04-27 | 1983-10-31 | 日本ピストンリング株式会社 | ピストンリング |
-
1984
- 1984-02-16 JP JP59027681A patent/JPH0625596B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101859541B1 (ko) * | 2017-03-21 | 2018-05-21 | 연세대학교 산학협력단 | 질화처리방법 및 질화층이 형성되어 내마모성과 내산화성이 강화된 철계 방진강판 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60172773A (ja) | 1985-09-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |