JPS62255667A

JPS62255667A - ピストンリング

Info

Publication number: JPS62255667A
Application number: JP9817786A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shinada; 品田　学; Takashi Tanno; 丹野　隆
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1987-11-07

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】（発明の技術分野）本発明は、耐摩耗性に優れた複合めっき層を摺動面に有
する内燃機関用ピストンリングに関する。

（従来技術と問題点）ピストンリングの機能上で生ずる問題点としては、エン
ジン全体から見れば、オイル消費、ブローパイ、またピ
ストンリング自体からみれば、耐摩耗性、耐熱性、保油
性及びシリンダ材の摩耗の問題等があげられる。このた
め、現在のピストンリングでは、硬質クロムめっきや、
モリブデン溶射、またはタフトライドのように鋼に窒化
処理を施す等の表面処理が行なわれている。

しかし、硬質クロムめっきでは、有鉛ガソリンを使用し
たとき耐摩耗性、耐焼付性に問題があり、モリブデン溶
射では耐熱性、耐焼付性は良好なものの耐摩耗性が劣り
、相手シリンダ材も摩耗させる。また、タフトライド処
理は、耐摩耗性に優れているが鋳鉄や普通鋼に窒化処理
を施すとき、処理温度を高くするため、リングが変形す
るなど好ましくなく、耐焼付性も良くない。

本発明は、従来の硬質クロムめっき、ＭＯ溶射及び窒化
処理等の有する欠点を解消し、それ自体耐摩耗性に優れ
、且つ摩擦係数の小さな硬質皮膜層を有するピストンリ
ングの提供を目的としている。

（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％、コバルトが１０〜４０重量
％、残りが鉄からなる鉄−コバルト−燐合金めっきの基
地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍの硬質粒子を容積
比で５〜３０％の範囲で分散している複合皮膜層を摺動
面に有することを特徴とするピストンリングを提供し、
第２の発明として、燐が０．２〜１０重量％、コバルト
が１０〜４０重量％、残りが鉄からなる鉄−コバルト−
燐合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍ
の硬質粒子を容積比で５〜３０％と、平均粒径０．５〜
２０μｍの潤滑剤粒子が容積比で５〜２０％の範囲で且
つ硬質粒子と潤滑剤粒子の合計が容積比で１０〜４５％
の範囲で分散している複合皮膜層を摺動面に有すること
を特徴とするピストンリングを提供することで上記間屈
点を解決している。

合金基地中に含まれる燐は、熱硬化処理を行なうと硬度
が高くなっ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っても硬
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って脆く
なり、衝撃強度は弱くなり、密着性も悪くなる。したが
って燐の量は０．２〜１０％が良い。

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、したがって、コバルトの量
は１０〜４０重量％が良い。

硬質粒子は、燐とともに、皮膜の耐摩耗性改善に優れた
効果を示す。硬質粒子としては、窒化珪素、炭化珪素、
炭化チタン、ジルコニア、アルミナ、酸化コバルト、な
どの金属窒化物、金属炭化物、全屈酸化物が適している
。

硬質粒子の容量は０．５〜３０％で且つその平均粒径は
０．５〜１０μｍが良い、容量が０．５％以下或いは平
均粒径が０．５μｍ以下では基地表面に占める硬質粒子
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％或いは平均粒径が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の発明として硬質粒子のほかに潤滑粒子
も分散させている。潤滑剤粒子は、相手材の摩耗改善に
優れた効果がある。潤滑剤粒子としては１例えばへき開
性のある低摩擦係数の固体潤滑剤が適している１代表的
な例として、二硫化モリブデン、フッ化黒鉛、窒化硼素
、グラファイト、雲母、テフロンなどの粒子が良い。

潤滑剤粒子の容量は０．５〜２０％で且つその平均粒径
は０．５〜２０μｍが良い、容量が０．５％或いは平均
粒径が０．５μｍ以下では潤滑剤としての効果が少なく
、また容量が２０％或いは平均粒径が２０μｍを越える
と、めっき層自身の耐摩耗性が低下するばかりでなく、
皮膜の強度も低下する。

硬質粒子と潤滑剤粒子の合計は、耐摩耗性、潤滑剤とし
ての効果から容積比で１０〜４５％が適当である。

（実施例１）呼び径×幅×厚さが７８ｍｍＸ１．５ｍ×３．２ａｍの
ｔｌＩＩＩＩ第一圧カリングに、まず第一工程として、
摺動面に通例のニッケルストライクめっき方法で、厚さ
１０μｍのニッケルめっきを形成した。次に第二工程と
して、リングの摺動面に表１の浴組成およびめっき条件
で、窒化珪素を分散した厚さ１２０μｍの鉄−コバルト
ー燐複合めっきを形成した。

複合めっ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２５％であ
った。

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
理によってマイクロピッカス硬度は８００〜９００とな
った。

（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Ｘ幅×厚さが７８ｎｙｎ　Ｘ　　１．５ｎｎ＋　
×３．２ｍの鋼製第一圧力リングに、ニッケルストライ
クめっきを形成したのち、第二工程として、リングの摺
動面に表２の浴組成およびめっき条件で、硬質粒子とし
て窒化珪素を、潤滑剤粒子として二硫化モリブデンを分
散した厚さ１１０μｍの鉄−コバルトー燐複合めっきを
形成した。

複合めっ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％、二
硫化モリブデンの量は容積比で１０％であった。

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。この処理によってマイクロ
ピッカス硬度は８００〜９００となった。

（実機試験）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７８Ｉｆｆ１１．４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６
８００ｒｐｍ、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シリンダ（鋳鉄Ｆ
ｅ１２製）内周面の摩耗量を測定した。

比較のため硬質クロムめっき、モリブデン溶射およびタ
フトライド処理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った。

試験結果を第２図に示す。

（効果）第２図から明らかなように、第１の発明、および第２の
発明のピストンリングは、いずれも比較ピストンリング
よりも摩耗量、および相手シリンダの摩耗量が少ない。

また第２の発明のピストンリングは、潤滑剤粒子を分散
しているので、第１の発明に比べて相手材の摩耗が少な
くなっている。

従って、特に耐摩耗性を要求される高鉛ガソリンを燃料
とするエンジンに対して、優れていることが理解できる
。

【図面の簡単な説明】

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：複合めっき層第２図は、実機試験に於けるピストンリングおよび相手
シリンダの摩耗を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燐が０．２〜１０重量％、コバルトが１０〜４０
重量％、残りが鉄からなる鉄−コバルト−燐合金めっき
の基地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍの硬質粒子が
容積比で５〜３０％の範囲で分散している複合皮膜層を
摺動面に有することを特徴とするピストンリング
（２）燐が０．２〜１０重量％、コバルトが１０〜４０
重量％、残りが鉄からなる鉄−コバルト−燐合金めっき
の基地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍの硬質粒子が
容積比で５〜３０％と、平均粒径０．５〜２０μｍの潤
滑剤粒子が容積比で５〜２０％の範囲で、且つ硬質粒子
と潤滑剤粒子の合計が容積比で１０〜４５％の範囲で分
散している複合皮膜層を摺動面に有することを特徴とす
るピストンリング