JPS5993865A

JPS5993865A - 摺動部材

Info

Publication number: JPS5993865A
Application number: JP57201750A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Fuwa; 良雄不破; Yoshikazu Yamamoto; 義和山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1982-11-17
Filing date: 1982-11-17
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPH0340106B2

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】本発明は摺動部材、特に内燃機関用ピストンリンク、シ
リンダライナ、ニアコンプレッサ、シフトフォーク等の
摺動面に適用できる摺動部材に関する。

内燃機関において、性能を向上させる目的での高回転・
高圧縮比化、また軽量化・燃費向上対策としての軽合金
の使用や部品の小型化等の必要性から、そういった背景
にある部品に対しては耐摩耗性、耐焼付性材料や低摩擦
材料を従来部品にもまして改善する必要性が高まってお
り、従来から多くの研究がなされている。

従来、かかる対策の一つとして、摺動部に金属、酸化物
、炭化物を溶射したり又はメッキにより耐摩耗性被覆層
を形成することは公知であり、その応用例も多い。

以下ピストンリングに例をとって、具体的に説明する。

ピストンリングの耐摩耗性被覆層としては、鉄系ピスト
ンリング母材の外周面にクロムメッキやＭＯ７８射、高
炭素Ｆｅ　−Ｃｒ合金溶射など耐摩耗性に優れた層を形
成する表面処理が行われている。

クロムメソ゛キビストンリングは、相手材であるシリン
ダライナ鋳鉄材との耐焼付性がよくないため、焼付きや
いわゆるスカッフィングと呼ばれる引掻摩耗を発生しや
すい。

この不具合対策として、普通鋳鉄にＮｉ、、Ｐ、　Ｃｒ
ＭＯ及び、又はＢ、、Ｎｂを添加した低合金鋳鉄シリン
ダライナが用いられているが、このものは普通鋳鉄（例
えばＪＩＳＦＣ２３）に比べて、鋳造性と加工性が悪く
なり、従ってシリンダライナがコスト高となる等の問題
がある。

またクロムメッキピストンリングの場合には、相手部材
であるシリンダボアの摩耗は減少するが、ピストンリン
グ自体のクロムメッキ層のｌ摩耗性が劣るという欠点が
ある。

Ｍｏ溶射ピストンリングは、相手側のシリンダライナ鋳
鉄材との耐焼付性は良好であるが、３００℃以上の熱負
荷がかかるエンジンでは、Ｍｏの酸化により、ピストン
リング母材と溶射層の間及び溶射層内の結合力が劣って
おり、かつＭｏ自体が高価なため、ピストンリング製品
が高価となる等の欠点を有している。

本発明は摺動部材自体の耐摩耗・耐焼付性を向上させる
とともに、相手部材の摩耗・焼付をも発生させない摺動
部材を提供すること、特にピストンリング、シリンダラ
イナ、ピストン等の摺動面に適用できる摺動部材を提供
することを目的とする。

かかる目的は、５５〜７０重量％（以下同じ）　Ｃｒ。

３〜９％Ｃ１残部Ｆｅ及び不可避の不純物としてのＳｉ
ｓ　Ｍｎ、、ＰＸＳを含有する組成をもった高炭素Ｆｅ
−Ｃｒ合金粉末；３０〜８５％と、Ｍｏ粉末；１０〜５
０％と、ＡＩ系合金粉末・Ｃｕ系合金粉末・炭素鋼粉末
を単独もしくは２種以上配合した軟質合金粉末；２〜３
５％から成る混合粉末を、基材表面にプラズマ溶射して
溶射層を設けたことを特徴とする摺動部材によって達成
される。

本発明において、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末と、Ｍ。

粉末と、軟質合金粉末の混合粉末を使用するのは、各粉
末の有する利点を利用するためである。

すなわち、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末のプラズマ溶射層
の硬さは、ビッカース硬さで８３０〜１０００と硬質ク
ロムメッキと同程度の硬さを有し、自身の耐摩耗性には
優れているが、相手部材の摩耗が多いという欠点を有し
ている。

Ｍｏのガス溶射層の硬さは、ビッカース硬さで６００〜
８０−０であり摺動部材自身の摩耗は多いが、相手部材
の摩耗が少なく、耐焼付性に優れているという長所を有
している。

一方軟質合金溶射層の硬さは、ビッカース硬さで５０〜
５００であり、それほど硬くなく相手部材の摩耗が非雷
に少ないという長所を有しているが、同時に摺動部材自
身の摩耗が多いという欠点を有している。

個別には上記のような特性を示す上記３種類の粉末の混
合粉末をプラズマ溶射した層のビッカース硬さは、４０
０〜９００であり、摺動部材自身の耐摩耗性は高炭素Ｆ
ｅ−Ｃｒ合金溶射層と同等であり、相手部材の摩耗はＭ
ｏ溶射層より少なく、さらに耐ｗｂ付性についてはＭｏ
溶射層と同等であり、きわめて優れた摺動特性を示す。

次に本発明において、各粉末添加量の限定理由について
説明する。

高炭素ｒｅ−Ｃｒ合金粉末の添加量を３０〜８５％とし
たのは、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末の添加量が３０％よ
り少ないと、摺動部材自身の摩耗が増加するからであり
、８５％を越えると相手部材の摩耗が増加するからであ
る。

また溶射粉末中Ｍｏ添加量を１０〜５０％としたのは、
Ｍｏ添加量が１０％より少ないと耐焼付性の向上が得ら
れず、５０％を越えると溶射層自体の耐摩耗性が落ちる
とともに、高温での耐酸化性が低下するからである。

さらに軟質合金粉末添加量を２〜３５％としたのは、軟
質合金粉末が２％より少ないと、相手部材の摩耗が増加
するからであり、また３５％を越えると、溶射層自体の
摩耗が多くなるからである。

軟質合金粉末としては、旧糸合金粉末・Ｃｕ系合金粉末
・または炭素鋼粉末を単独もしくは２種以上混合し、さ
らにこの混合粉末と高炭素Ｆｅ　−Ｃｒ合金粉末及びＭ
ｏ粉末を適宜配合した粉末を基材表面に溶射することに
より、高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末の粒子間に軟質合金粒
子とＭｏ粉末粒子が分散保持される。しかも３種類の粉
末の結合した構造の溶射層とすることにより、溶射層の
粒子間結合強度及び溶射層と基材との結合強度を弱める
ことなく、溶射層の硬さを低下させることができる。

軟質合金のうち屓系合金としては、Ａｌ−５ｉ合金、へ
１−Ｃｕ合金、へ１−Ｍｇ合金、＾ｌ−Ｍｎ合金、へ１
−Ｚｎ−Ｍｇ合金などが使用でき、耐摩耗性の点では過
共晶Ａｌ−Ｓｉ合金（Ｓｉが１２％以上）が好ましい。

この合金の耐摩耗性はＳｉ含有量が高くなるにつれて向
上するが、Ｓｉ含有量が高くなると密着性が低下するの
で、Ａｌ−１５〜２４％Ｓｉ合金が適当である。

アトマイズ法による上記比率のＡｌ−Ｓｉ合金粉末にす
れば、硬さが高＜　　（１（ｖ１２００程度）微細な初
晶Ｓｉが溶射層内に均一に分散して、より耐摩耗性及び
相手部材の摩耗が少ない点で優れている。

また、軟質合金のうちＣｕ系合金としては、黄銅（５５
〜７２％Ｃｕ−２８〜４５％Ｚｎ）　、青銅（８１〜９
０％Ｃｕ−３％以下Ｚｎ−４〜９％５ｎ−６％以下Ｐｂ
）、リン青銅（８７〜９１％Ｃｕ−９〜１２％Ｓｎ　−
０，０５〜０．２％Ｐ）Δ１青銅（８〜１０．５％Ａｌ
−１〜６％Ｆｅ−６％以下Ｎｉ−１，５％以下Ｍｎ−残
部Ｃｕ）などが使用でき、耐摩耗性の点で高力黄銅が特
に優れ、リン青銅、ＡＩ青銅も好ましい。

また炭素鋼としては、広範囲の炭素含有量のものが使用
されるが、自己潤滑性をもった黒鉛の分布する鋳鉄、あ
るいは軟質で密着性のよい低炭素含有量の炭素鋼が好ま
しい。

ただし、炭素含有量の高い方が硬さが高く耐摩耗性に優
れているので、密着性が低下しない範囲で炭素含有量の
高い方がよい。

上記３種類の混合粉末を溶射するには、基材への密着性
の点からプラズマ溶射法が好ましく、粉末粒度はいずれ
も３５０メツシユ（４４μ）より細かいものが望ましい
。４４μより粗いと気孔率が高くなり、耐摩耗性・耐ス
カッフィング性が悪くなるからである。

溶射層の厚さは０．０２〜０．５ｍｍが望ましい。０．
０２龍より薄いと表面に均一な厚さの溶射層が得られな
いからであり、また０、５龍より厚いと溶射層の剥離が
発生しやすいからである。

次に、本発明に係る摺動部材を実施例に基づき従来のも
のと比較して具体的に説明する。

実施例　１球状黒鉛鋳鉄製の外径２５．６ＩＩ１１．内ｊ昼２０．
０鶴、厚さ１５．０鮪の回転試験片のリング端面に、Ａ
ニクロムメッキ、Ｂ　：　Ｍｏのガス溶射、Ｃ：高炭素
Ｆｅ−Ｃｒ合金（組成；Ｆｅ−６６％Ｃｒ−７％Ｇ　−
１，８％５１％粉末粒度４４〜１０μ以下）粉末のプラ
ズマ溶射、Ｄ：４０％高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末と４０
％ＭＯ粉末と２０％軟質合金＾１−２４％Ｓｉ合金粉末
よりなる混合粉末のプラズマ溶射、Ｅニア０％高炭素Ｆ
ｅ−Ｃｒ合金粉末と２０％Ｍｏ粉末と１０％軟質合金Ｆ
ｅ−０，８％Ｃ合金粉末よりなる混合粉末のプラズマ溶
射を０．２０〜０．３０ｍｍ行い、各々のメッキ面及び
溶射面を研削加工した。

これを相手部材である外径２５．６ａｍ、内径２０．（
ｈａ、厚さ１５．０鰭の炭素鋼（ＪＩＳＳ４５Ｃ）試験
片の端面と接するように設置し、接触面に潤滑油として
キャッスルモータオイルＳ　Ａ　Ｅ　３０を供給し、荷
重を２５ｋｇから５００　ｋｇまで段階的に増加させ焼
付限度荷重を調べた。

この結果、Ａニクロムメッキ処理した試験片は２００〜
２５０　ｋｇで、Ｃ：高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末をプラ
ズマ溶射したものは３２５〜３５０　ｋｇでそれぞれ焼
付を発生したのに対し、Ｂ　：　Ｍｏ溶射したものなら
びに本発明の実施例であるＤ及びＥの混合粉末をプラズ
マ溶射・したものは、５００　ｋｇでも焼付を発生しな
かった。

実施例　２炭素鋼製の外径３５鶴、内径３ｏ龍、幅１０＋ｕ＋の円
筒試験片の外周面に実施例１と同様にＡ、！３、ｃｌＤ
、Ｅの処理を行い、各ｋ　Ｏ，２０”０．３（ｈａ（７
）被１ＥＪｉｉを形成し、各々のメッキ面及び溶射面を
研削加工した。

これらの試験片を摩擦摩耗試験機にセットし、大きさが
１６×１６Ｘ　１０ｍｍ　（７）鋳鉄（ＪＩＳＦＣ２３
相当）製の相手部材のその一つの面（１６Ｘ１６）と接
触させ、キャッスルモータオイルＳ　Ａ　Ｅ　３０を供
給しながら、回転数１６０ｒｐｍ、荷重６０ｋｇで１時
間摩耗試験を行った。

この試験結果を図に示す。図において、横軸に対して上
方は、回転試験片であるクロムメッキ及び各種溶射面の
摩耗量（摩耗減量；単位ｍｇ）を示し、下方は相手部材
である鋳鉄の摩耗量（摩耗痕深さ；単位μ）を表しＡ乃
至Ｅの符号は実施例１で用いたＡ乃至Ｅと一致させてあ
り、各々この摩耗試験結果を示している。

図及び摩擦面の観察により以下のことが明がらになった
。へのクロムメッキ処理を施した円筒試験片の外周面は
焼付き気味であり、それ自身の摩耗量は多いが相手部材
の摩耗は少ながった。

ＢのＭｏガス溶射材は、焼付きを発生しておらず、相手
部材の摩耗も少なかったが、それ自身の摩耗量が多かっ
た。

Ｃの１００％高炭素Ｆｅ　−Ｃｒ合金粉末をプラズマ溶
射したものは若干焼付き発生気味であり、それ自身の摩
耗量は非常に少ない反面、相手部材の摩耗が多かった。

これに対し、本発明に係るＤ及びＦの混合粉末をプラズ
マ溶射したものは、焼付きが見られず、それ自身の摩耗
量もへのクロムメッキ及びＢのＭ。

ガス溶射したものの１／２〜１／３と少なく、Ｃの１０
０％高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末をプラズマ溶射したもの
と同程度であり、しかも相手部材の摩耗も、Ｃの１００
％高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末でプラズマ溶射したものの
１／３程度であり、Ｂの門。ガス溶射したものに比較°
して同等以下である。

以上述べた如く、本発明に係る摺動部材は、耐摩耗性・
耐焼付性を要求される厳しい条件下の摺動部材として最
適のものである。

以下に、本発明の効果を列挙する。

（１）、耐摩耗性は、従来のＭｏ溶射やクロムメッキ処
理を施したものより優れている。

（２）、耐焼付性は、クロムメッキ処理を施したものよ
り優れており、Ｍｏガス溶溶射色同等である。

（３）、従来のＭｏ溶射に比べ低コストで製造でき、ま
た使用粉末は広く市販されているため入手が容易である
。

従って、上記のような効果から、本発明材はピストンリ
ング、シリンダライチ、ピストン等の耐摩耗性・耐焼付
性を要求される摺動部材として最適に利用できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明における実施例２の摩耗試験の結果を示す
グラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

５５〜７０重量％（以下同じ）Ｃｒ１３〜９％Ｃ１残部
Ｆｅ及び不可避の不純物としてのＳｔ、　Ｍｎ、、Ｐ、
、Ｓを含有する組成をもった高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末
；３０〜８５％と、Ｍｏ粉末；１０〜５０％と、へ１系
合金粉末・Ｃｕ系合金粉末・炭素銅粉末を単独もしくは
２種以上配合した軟質合金粉末；２〜３５％から成る混
合粉末を、基材表面にプラズマ溶射して溶射層−を設け
たことを特徴とする摺動部材。