JPS6316478B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6316478B2 JPS6316478B2 JP59270736A JP27073684A JPS6316478B2 JP S6316478 B2 JPS6316478 B2 JP S6316478B2 JP 59270736 A JP59270736 A JP 59270736A JP 27073684 A JP27073684 A JP 27073684A JP S6316478 B2 JPS6316478 B2 JP S6316478B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plating
- test
- nickel
- piston ring
- wear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
Description
イ 発明の技術分野
本発明は窒化珪素分散ニツケル―燐―コバルト
めつき層を有する内燃機関用ピストンリングに関
する。 ロ 従来技術と問題点 例えば、高速で摺動するピストンリングは耐摩
耗性を高めるため硬質クロムめつきを施したもの
が広く使用されているが、このめつきは、処理に
かなりの長時間を要する上に、めつきの廃液によ
る公害発生防止対策に多額の費用を要し、めつき
のコストが高くなるほどのほかに、高鉛ガソリン
を燃料とするエンジンや、高負荷のエンジンに使
用した場合耐摩耗性、耐焼付性、耐蝕性などに問
題があつた。 上記問題点を解決するため、例えばニツケル―
燐などの合金マトリクス中に窒化物、炭化物、酸
化物などの硬質粒子を分散させる複合めつき方法
が注目されている。これは、複合めつき又は分散
めつきと呼ばれていて、分散される粒子の種類、
大きさ、分散量を適当に選ぶことによつて耐摩耗
性、耐焼付性、耐蝕性に優れた皮膜を形成するこ
とができ、既にシリンダや、ピストンリングのよ
うな摺動部材などに使用され始めている。しかし
高速運転のエンジンに使用した場合熱負荷の影響
などにより皮膜がもろくなりやすい欠点があつ
た。 ハ 発明の目的 本発明は従来の複合めつきの問題点を解消し、
耐摩耗性、耐焼付性、耐蝕性に優れた皮膜層を摺
動面に有するピストンリングを提供するものであ
る。 第１図に示す内燃機関用ピストンリング１の摺
動面に複合めつき層が形成されていて、該複合め
つき層がコバルト10〜40重量％、燐２〜15重量
％、ニツケル50〜88重量％の合金基地３中に、平
均粒径0.5〜10μmの窒化珪素粒子を５〜30容量％
分散させたことを特徴とする内燃機関用ピストン
リング。 ホ 作用効果 合金基地中に含まれる燐は熱硬化処理を行うと
硬度が増し、耐摩耗性、耐蝕性に優れた効果があ
る。燐の量は２〜15重量％が良い。燐の量が２％
以下ではその効果は少なく、15％を越すとかえつ
て皮膜は脆くなり、衝撃強度、密着性も悪くな
る。 合金基地中にコバルトを添加することにより耐
焼付性、耐蝕性が優れ、また圧壊疲労強度も増
す。コバルトの量は10〜40重量％が良い。その量
が10重量％より少ないと効果は少なく、また40重
量％を越えてもその効果に著しい変化は無く、経
済的ではない。 合金基地中に分散される窒化珪素の粒径は0.5
〜10μm、その量は５〜30容量％が良い。窒化珪
素の粒径が0.5μm以下、或いは５容量％以下では
耐摩耗性としての効果は少ない。また10μm、或
いは30容量％を越えると、皮膜の強度はかえつて
低下し、更に相手材の摩耗を大きくすることにな
る。 ヘ 発明の実施例 ピストンリング用鋼材である先端端面が５mm×
５mmの鋼製試験片に、まず第一工程として摺動面
に通例のニツケルストライクめつき方法で厚さ
5μのニツケルめつきを形成しておき、次に第二
工程として電気めつき法により表１の条件で厚さ
120μmの窒化珪素分散ニツケル―燐―コバルトめ
つき層を形成させた。またこれとは別に電気めつ
き法と同じ材質の試験片に無電解めつき法により
表１の条件で厚さ100μmの窒化珪素分散ニツケル
―燐―コバルトめつき層を形成させた。無電解ニ
ツケルめつきは、めつき層の密着性が良好なので
ニツケルストライクめつきは省略することができ
る。 第三工程として前記各方法で得た各試験片を
370℃で１時間加熱硬化処理をした。この種のニ
ツケル―コバルト―燐合金めつき層には通常加熱
硬化処理が施されるが、この加熱温度は200〜450
℃が一般に採用されている。 マイクロビツカース硬度計で測定した結果と、
めつき層組成を表２にしめす。
めつき層を有する内燃機関用ピストンリングに関
する。 ロ 従来技術と問題点 例えば、高速で摺動するピストンリングは耐摩
耗性を高めるため硬質クロムめつきを施したもの
が広く使用されているが、このめつきは、処理に
かなりの長時間を要する上に、めつきの廃液によ
る公害発生防止対策に多額の費用を要し、めつき
のコストが高くなるほどのほかに、高鉛ガソリン
を燃料とするエンジンや、高負荷のエンジンに使
用した場合耐摩耗性、耐焼付性、耐蝕性などに問
題があつた。 上記問題点を解決するため、例えばニツケル―
燐などの合金マトリクス中に窒化物、炭化物、酸
化物などの硬質粒子を分散させる複合めつき方法
が注目されている。これは、複合めつき又は分散
めつきと呼ばれていて、分散される粒子の種類、
大きさ、分散量を適当に選ぶことによつて耐摩耗
性、耐焼付性、耐蝕性に優れた皮膜を形成するこ
とができ、既にシリンダや、ピストンリングのよ
うな摺動部材などに使用され始めている。しかし
高速運転のエンジンに使用した場合熱負荷の影響
などにより皮膜がもろくなりやすい欠点があつ
た。 ハ 発明の目的 本発明は従来の複合めつきの問題点を解消し、
耐摩耗性、耐焼付性、耐蝕性に優れた皮膜層を摺
動面に有するピストンリングを提供するものであ
る。 第１図に示す内燃機関用ピストンリング１の摺
動面に複合めつき層が形成されていて、該複合め
つき層がコバルト10〜40重量％、燐２〜15重量
％、ニツケル50〜88重量％の合金基地３中に、平
均粒径0.5〜10μmの窒化珪素粒子を５〜30容量％
分散させたことを特徴とする内燃機関用ピストン
リング。 ホ 作用効果 合金基地中に含まれる燐は熱硬化処理を行うと
硬度が増し、耐摩耗性、耐蝕性に優れた効果があ
る。燐の量は２〜15重量％が良い。燐の量が２％
以下ではその効果は少なく、15％を越すとかえつ
て皮膜は脆くなり、衝撃強度、密着性も悪くな
る。 合金基地中にコバルトを添加することにより耐
焼付性、耐蝕性が優れ、また圧壊疲労強度も増
す。コバルトの量は10〜40重量％が良い。その量
が10重量％より少ないと効果は少なく、また40重
量％を越えてもその効果に著しい変化は無く、経
済的ではない。 合金基地中に分散される窒化珪素の粒径は0.5
〜10μm、その量は５〜30容量％が良い。窒化珪
素の粒径が0.5μm以下、或いは５容量％以下では
耐摩耗性としての効果は少ない。また10μm、或
いは30容量％を越えると、皮膜の強度はかえつて
低下し、更に相手材の摩耗を大きくすることにな
る。 ヘ 発明の実施例 ピストンリング用鋼材である先端端面が５mm×
５mmの鋼製試験片に、まず第一工程として摺動面
に通例のニツケルストライクめつき方法で厚さ
5μのニツケルめつきを形成しておき、次に第二
工程として電気めつき法により表１の条件で厚さ
120μmの窒化珪素分散ニツケル―燐―コバルトめ
つき層を形成させた。またこれとは別に電気めつ
き法と同じ材質の試験片に無電解めつき法により
表１の条件で厚さ100μmの窒化珪素分散ニツケル
―燐―コバルトめつき層を形成させた。無電解ニ
ツケルめつきは、めつき層の密着性が良好なので
ニツケルストライクめつきは省略することができ
る。 第三工程として前記各方法で得た各試験片を
370℃で１時間加熱硬化処理をした。この種のニ
ツケル―コバルト―燐合金めつき層には通常加熱
硬化処理が施されるが、この加熱温度は200〜450
℃が一般に採用されている。 マイクロビツカース硬度計で測定した結果と、
めつき層組成を表２にしめす。
【表】
【表】
【表】
次に本発明に係る摺動面の耐摩耗試験および焼
付試験について説明する。試験は第３図および第
４図に示すライダー方式摩耗試験機によつて行つ
た。その概要はステータホルダ１にシリンダー材
などとして使用される鋳鉄材FC25製で摺動面２
がホーニング仕上げされた円板３が取外し可能に
取り付けられており、その中央には裏側から注油
孔４を通して潤滑油が注油されるようにしてあ
り、図示しない油圧装置によつてステータホルダ
１には図において右方へ向けて所定圧力で押圧力
がかかるようにしてある。円板３に対向してロー
タ５上に取付けられた試験片保持具６の回転軸と
同心の円周上に等間隔に刻設された４個の取付孔
にそれぞれ試験片７が取付けられ、それぞれ所定
の表面処理が施された試験片の５×５mm角の先端
端面が円板３の摺動面２に接触し、図示しない駆
動装置によつて所定速度で回転する。試験はステ
ータ側の注油孔４から一定油温の潤滑油を摺動面
に供給しながら行なう。 摩耗試験は一定の押圧力の下でロータ５を回転
させ、試験片７が所定の摺動距離だけ円板３上を
摺動したときの試験片７とステータ円板３の摩耗
量によつて耐摩耗性を評価する。 またロータ５を回転させると試験片７と円板３
との摩擦によつてステータホルダ１には図示のよ
うにトルクＦを生ずるので、このトルクＦをスピ
ンドル８を介してロードセル９に作用させ、押圧
力の変化によるトルクＦの変化を動歪計１０で読
みトルクＦが急激に上昇したときに焼付けが生じ
たとして、そのときの押圧力をもつて耐焼付け性
を評価する。 試験片７には、前記実施例で得られた試験片の
他に比較のため一般に耐摩耗性表面処理に用いら
れる硬質クロムめつき、耐摩耗性耐スカツフ性に
優れているモリブデン溶射、およびコバルトを含
まない窒化珪素分散ニツケル―燐めつきについて
も同様の試験を行つた。 ａ 摩耗試験 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SAENo.30にダス
ト（JIS2種）を0.2ｇ／添加した温度80℃の油
を用いて、注油孔４から供給し、ステータホルダ
１にはロータ側に向けて油圧100Kg／cm2の押圧力
を加えながら、試験片７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５を
回転させた。 試験結果を次の表３に示す。
付試験について説明する。試験は第３図および第
４図に示すライダー方式摩耗試験機によつて行つ
た。その概要はステータホルダ１にシリンダー材
などとして使用される鋳鉄材FC25製で摺動面２
がホーニング仕上げされた円板３が取外し可能に
取り付けられており、その中央には裏側から注油
孔４を通して潤滑油が注油されるようにしてあ
り、図示しない油圧装置によつてステータホルダ
１には図において右方へ向けて所定圧力で押圧力
がかかるようにしてある。円板３に対向してロー
タ５上に取付けられた試験片保持具６の回転軸と
同心の円周上に等間隔に刻設された４個の取付孔
にそれぞれ試験片７が取付けられ、それぞれ所定
の表面処理が施された試験片の５×５mm角の先端
端面が円板３の摺動面２に接触し、図示しない駆
動装置によつて所定速度で回転する。試験はステ
ータ側の注油孔４から一定油温の潤滑油を摺動面
に供給しながら行なう。 摩耗試験は一定の押圧力の下でロータ５を回転
させ、試験片７が所定の摺動距離だけ円板３上を
摺動したときの試験片７とステータ円板３の摩耗
量によつて耐摩耗性を評価する。 またロータ５を回転させると試験片７と円板３
との摩擦によつてステータホルダ１には図示のよ
うにトルクＦを生ずるので、このトルクＦをスピ
ンドル８を介してロードセル９に作用させ、押圧
力の変化によるトルクＦの変化を動歪計１０で読
みトルクＦが急激に上昇したときに焼付けが生じ
たとして、そのときの押圧力をもつて耐焼付け性
を評価する。 試験片７には、前記実施例で得られた試験片の
他に比較のため一般に耐摩耗性表面処理に用いら
れる硬質クロムめつき、耐摩耗性耐スカツフ性に
優れているモリブデン溶射、およびコバルトを含
まない窒化珪素分散ニツケル―燐めつきについて
も同様の試験を行つた。 ａ 摩耗試験 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SAENo.30にダス
ト（JIS2種）を0.2ｇ／添加した温度80℃の油
を用いて、注油孔４から供給し、ステータホルダ
１にはロータ側に向けて油圧100Kg／cm2の押圧力
を加えながら、試験片７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５を
回転させた。 試験結果を次の表３に示す。
【表】
ｂ 焼付試験
潤滑油は摩耗試験のものと同じものを使用し、
ステータホルダ１にはロータ側に向けてまず油圧
40Kg／cm2の押圧力を加え、摩擦速度8m／secでロ
ータ５を３分間回転させ、次に押圧力を50Kg／cm2
として３分間回転させ、このようにして順次押圧
力を10Kg／cm2づつ段階的に増加して各々３分間保
持し、ロードセル９を介して動歪計１０でトルク
Ｆの変化を記録し、急激にトルクの増加したとき
の押圧力から接触面圧を求めて焼付発生面圧とし
た。 試験結果を次の表４に示す。
ステータホルダ１にはロータ側に向けてまず油圧
40Kg／cm2の押圧力を加え、摩擦速度8m／secでロ
ータ５を３分間回転させ、次に押圧力を50Kg／cm2
として３分間回転させ、このようにして順次押圧
力を10Kg／cm2づつ段階的に増加して各々３分間保
持し、ロードセル９を介して動歪計１０でトルク
Ｆの変化を記録し、急激にトルクの増加したとき
の押圧力から接触面圧を求めて焼付発生面圧とし
た。 試験結果を次の表４に示す。
【表】
実機試験
次に呼び径×巾×厚さが、86×1.5×3.3mm鋼製
第一圧力カリングに本発明複合めつきを施し、ボ
ア径86mm、４気筒の水冷エンジンに組みつけて、
高鉛ガソリンを燃料とし6200rpm100時間の高速
耐久試験を行い、ピストンリング摺動面および鋳
鉄（FC25）製シリンダライナ内周面の摩耗を測
定した。このピストンリングの複合めつき層組成
はコバルト25重量％、燐7.5重量％、窒化珪素の
平均粒径0.8μm20容量％で残りニツケルのものを
使用した。 試験結果を第２図に示す。尚、比較例として前
記ライダー摩耗試験機で使用したものと同様の方
法で得た硬質クロムめつき、モリブデン溶射およ
びコバルトを含まない窒化珪素分散ニツケル―燐
めつきについても試験を行つた。 表３、表４および第２図より本発明のニツケル
―コバルト―燐複合めつき層は従来のめつき層に
比べて、耐摩耗性、焼付性が優れていることがわ
かる。また、相手材を摩耗させることも少なく内
燃機関用ピストンリングとして好適な表面処理層
である。
第一圧力カリングに本発明複合めつきを施し、ボ
ア径86mm、４気筒の水冷エンジンに組みつけて、
高鉛ガソリンを燃料とし6200rpm100時間の高速
耐久試験を行い、ピストンリング摺動面および鋳
鉄（FC25）製シリンダライナ内周面の摩耗を測
定した。このピストンリングの複合めつき層組成
はコバルト25重量％、燐7.5重量％、窒化珪素の
平均粒径0.8μm20容量％で残りニツケルのものを
使用した。 試験結果を第２図に示す。尚、比較例として前
記ライダー摩耗試験機で使用したものと同様の方
法で得た硬質クロムめつき、モリブデン溶射およ
びコバルトを含まない窒化珪素分散ニツケル―燐
めつきについても試験を行つた。 表３、表４および第２図より本発明のニツケル
―コバルト―燐複合めつき層は従来のめつき層に
比べて、耐摩耗性、焼付性が優れていることがわ
かる。また、相手材を摩耗させることも少なく内
燃機関用ピストンリングとして好適な表面処理層
である。
第１図は、電気めつき法により得られた本発明
のピストンリングめつき層断面図。 図中１は、ピストンリング、２は、ニツケルス
トライク層、３は、複合めつき層 第２図は、実機試験の摩耗結果を示す図、第３
図、第４図は、摩耗試験機で 図中１は、ステータホルダ、２は、摺動面、３
は、円板、４は、注油孔、５は、ロータ、６は、
試験片保持具、７は、試験片、８は、スピンド
ル、９は、ロードセル、１０は、動歪計。
のピストンリングめつき層断面図。 図中１は、ピストンリング、２は、ニツケルス
トライク層、３は、複合めつき層 第２図は、実機試験の摩耗結果を示す図、第３
図、第４図は、摩耗試験機で 図中１は、ステータホルダ、２は、摺動面、３
は、円板、４は、注油孔、５は、ロータ、６は、
試験片保持具、７は、試験片、８は、スピンド
ル、９は、ロードセル、１０は、動歪計。
Claims (1)
- １ 摺動面に複合めつき層を形成した内燃機関用
ピストンリングであつて、該複合めつき層がコバ
ルト10〜40重量％、燐２〜15重量％、ニツケル50
〜88重量％の合金基地中に、平均粒径0.5〜10μm
の窒化珪素粒子を５〜30容量％分散させたことを
特徴とする内燃機関用ピストンリング。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59270736A JPS61149498A (ja) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | 内燃機関用ピストンリング |
| US06/812,124 US4681817A (en) | 1984-12-24 | 1985-12-23 | Piston ring |
| DE19853545826 DE3545826A1 (de) | 1984-12-24 | 1985-12-23 | Kolbenring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59270736A JPS61149498A (ja) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | 内燃機関用ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61149498A JPS61149498A (ja) | 1986-07-08 |
| JPS6316478B2 true JPS6316478B2 (ja) | 1988-04-08 |
Family
ID=17490248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59270736A Granted JPS61149498A (ja) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | 内燃機関用ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61149498A (ja) |
Families Citing this family (4)
| 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 |
| FR2617510B1 (fr) * | 1987-07-01 | 1991-06-07 | Snecma | Procede de codeposition electrolytique d'une matrice nickel-cobalt et de particules ceramiques et revetement obtenu |
| CH677934A5 (ja) * | 1988-08-25 | 1991-07-15 | Fluehmann Ag Werner | |
| JP2709613B2 (ja) * | 1988-11-30 | 1998-02-04 | 株式会社リケン | ピストンリング |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5119852B2 (ja) * | 1972-04-21 | 1976-06-21 | ||
| DE2348362B2 (de) * | 1973-09-26 | 1978-09-28 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von galvanisch abgeschiedenen dicken Dispersionsüberzügen |
-
1984
- 1984-12-24 JP JP59270736A patent/JPS61149498A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61149498A (ja) | 1986-07-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |