JPS62282150A

JPS62282150A - ピストンリングとシリンダの組合せ

Info

Publication number: JPS62282150A
Application number: JP12466886A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shinada; 品田　学; Mikio Matsubara; 松原　幹雄
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1986-05-31
Filing date: 1986-05-31
Publication date: 1987-12-08
Also published as: JPH0337028B2

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】３、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とＡｌ−Ｓｉ製シリンダ
の組合せ技術に関する。

（従来技術と問題点）近年、内燃機関の軽量化に伴い、過共晶Ａｌ−５ｉ合金
、あるいは亜共晶Ａｌ−５ｉ合金製シリンダが一部で実
用化されている。このＡ　ｌ　−Ｓ　ｉ合金製シリンダ
は良好な耐摩耗性を示すものの。

鋳鉄製シリンダにくらにでやや劣る。従来、この種のシ
リンダに組合せて使用するピストンリングとしては、摺
動面に炭化珪素を分散させたニッケル複合めっき、ある
いは炭化珪素を分散させた鉄複合めっきが施されたもの
が提案されている。この炭化珪素などの硬質粒子を分散
させることによって、硬質粒子による第一摺動面と、基
地部による第二摺動面との間の保油作用により、耐摩耗
性が改善される。

しかし、炭化珪素を分散させたニッケルあるいは鉄複合
めっきは、分散材の炭化珪素粒子が硬質で、結晶の端部
が鋭利のため、相手シリンダ材を摩耗させやすい。また
、複合めっき層の基地がニッケルあるいは鉄だけでは硬
度が不足しているため、逆に、シリンダ材の初晶シリコ
ンにより摩耗を受は易い。また、一般にピストンリング
の表面処理に多く使用されている硬質クロムめっきは、
潤滑油に対する濡れ性が悪いため保油効果が少なく、焼
き付きが起きやすい。このように、従来のめっきを施し
たピストンリングとＡｌ−５ｉシリンダの組合せでは、
加鉛ガソリンを使用したり、過酷な運転条件では、ピス
トンリングあるいはシリンダが異常度を起すことがあっ
た。

（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％、残りがニッケルからなるニ
ッケル−燐合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜
１０μｍの窒化珪素を容積比で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ピストンリングと
、過共晶Ａ１−５ｉ製シリンダとの組合せを提供し、第
２の発明として、燐が０．２〜１０重量％、コバルトが
１０〜４０重量％、残りがニッケルからなるニッケル−
コバルト−燐合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５
〜１０μｍの窒化珪素を容積比で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ピストンリング
と、過共晶Ａｌ−Ｓｉ堰シリンダとの組合せを提供する
ことで上記問題点を解決している。

以下に複合皮膜層について述べる。

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６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、７１１
８強度は弱くなり、ピストンリング母材との密着性も悪
くなる。したがって燐の量は０．２〜１０％が良い。

皮膜に分散している窒化珪素粒子は、燐とともに皮膜の
耐摩耗性改善に優れた効果を示す。そして、炭化珪素粒
子にくらへて結晶が鋭利でないため、相手シリンダ材を
摩耗させにくい。さらに、窒化珪素粒子は、セラミック
の中でも金属との濡れ性が悪く金属と溶融状態になりに
くいため、炭化珪素粒子などに比べて耐久ヵノフ性も良
くなる。

窒化珪素の容量は０．５〜３０％で且つその平均粒径は
０．５〜１１０１Ｌが良い。容量が０．５％以下或いは
粒径が０．５μｍ以下では基地表面に占める窒化珪素の
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の発明として合金基地中にコバルトを添
加している。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重景％が良い。

（実施例１）呼び径Ｘ幅×厚さが７８薗Ｘ１．５ｎｎ＋Ｘ３．２ｏｎ
の鋼製第一圧力リングに、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５厚さ１０
μｍ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のニッケル−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％、窒化珪素の量
は容積比で２５％であった。

第三工程として、ピストンリンクを４ｏ○℃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Ｘ厚さが７８ｆｆｆ＋＋　Ｘ　　１．５ｍｍ　Ｘ３
．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。

窒化珪素を分散した厚さ１１０μｍのニッケル−コバル
ト−燐複合めっきを形成した。

【表２１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％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７８ｎｖｎ、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６８０
０ｒｐｍ、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アルミ合金シリンダ（
Ａ　３９０合金製）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、炭化珪素を分散させたニ
ッケル複合めっき、および炭化珪素を分散させた鉄複合
めっき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１の実施例、および第２の実施例のピストンリングと
Ａｌ−Ｓｉ合金製シリンダとの組合せは、従来の硬質ク
ロムめっきとの組合せに比へて、ピストンリングの摩耗
は約１１５、シリンダの摩耗は約１／２に減っている。

また、いずれの比較ピストンリングとの組合せよりも耐
摩耗性にすぐれていることがわかる。

以上のことから、本発明によるピストンリングとシリン
ダの組合せは、高鉛ガソリンを燃料とするエンジンなど
に対して、耐摩耗性に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％、残りがニッケルからな
るニッケル−燐合金めっきの基地層中に、平均粒径０．
５〜１０μｍの窒化珪素が容積比で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ピストンリン
グと、過共晶Ａｌ−Ｓｉ製シリンダとの組合せ。
（２）燐が０．２〜１０重量％、コバルトが１０〜４０
重量％、残りがニッケルからなるニッケル−コバルト−
燐合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍ
の窒化珪素が容積比で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ピストンリングと、過共晶
Ａｌ−Ｓｉ製シリンダとの組合せ。