JPH0343340B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0343340B2 JPH0343340B2 JP57153330A JP15333082A JPH0343340B2 JP H0343340 B2 JPH0343340 B2 JP H0343340B2 JP 57153330 A JP57153330 A JP 57153330A JP 15333082 A JP15333082 A JP 15333082A JP H0343340 B2 JPH0343340 B2 JP H0343340B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alumina
- piston ring
- test piece
- titania
- chromium oxide
- 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.)
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ピストンリングの相手材となるシリ
ンダボアが窒化珪素焼結体などのセラミツクスで
作られたシリンダボアに使用されるピストンリン
グに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a piston ring used in a cylinder bore whose mating material is made of ceramic such as silicon nitride sintered body.
内燃機関において、燃費を向上させるため、燃
焼室の断熱化が図られている。この燃焼室の断熱
化により、ピストンリングとシリンダーライナー
間の摺動面は高温になり、油膜破断が起り易くな
り、その結果、ピストンリングとシリンダーライ
ナー管の焼付や過大摩耗が発生し易くなる。この
ため近年、シリンダーライナー材料として、窒化
珪素焼結体のように、セラミツクス製のシリンダ
ーボアの使用が考慮されている。 In internal combustion engines, combustion chambers are made insulated to improve fuel efficiency. Due to this heat insulation of the combustion chamber, the sliding surface between the piston ring and the cylinder liner becomes high temperature, making it easy to break the oil film, and as a result, the piston ring and the cylinder liner pipe are likely to seize or suffer excessive wear. For this reason, in recent years, consideration has been given to using cylinder bores made of ceramics, such as silicon nitride sintered bodies, as cylinder liner materials.
一方、ピストンリングとしては、その摺動部に
モリブデン溶射や鉄クロム合金粉末の溶射を施す
ことにより、ピストンリングの耐摩耗性、油膜の
保持性を高めている。 On the other hand, the sliding parts of piston rings are thermally sprayed with molybdenum or iron-chromium alloy powder to improve their wear resistance and oil film retention.
しかし、このように改良されたピストンリング
においても、窒化珪素焼結体などのセラミツクス
ボアに使用すると、ピストンリングは十分な耐摩
耗性を有するとは言えず、また相手材であるセラ
ミツクスボアの壁面の摩耗も大きかつた。 However, even with such improved piston rings, when used in ceramic bores such as silicon nitride sintered bodies, the piston rings cannot be said to have sufficient wear resistance, and the walls of the ceramic bore, which is the mating material, There was also a lot of wear.
本発明はかかる実情に鑑み開発されたものであ
り、耐摩耗性を有し、かつ、相手材であるセラミ
ツクスボアの攻撃性も少ないセラミツクスボア用
ピストンリングを提供することを目的とする。 The present invention was developed in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piston ring for a ceramic bore that has wear resistance and is less aggressive to the ceramic bore that is the mating material.
本発明者は、この目的を達成するために、種々
の溶射材料を調査、研究した。 In order to achieve this objective, the present inventor investigated and researched various thermal spray materials.
その結果、本発明者は、窒化珪素焼結体などの
セラミツクスボアに用いるピストンリングにおい
て、摺動層となる溶射層をアルミナとチタニヤお
よび酸化クロムから構成し、更にアルミナとチタ
ニヤ60重量%、残部(40重量%)酸化クロム付近
で相手材攻撃性の臨界的意義が得られることに発
見、確認し、そして、アルミナとチタニヤ40〜80
重量%に対し残部20〜60重量%が酸化クロムとす
れば、優れた耐摩耗性をもち、しかも相手材であ
るセラミツクスボアに対する攻撃性が少ない溶射
層が得られることに着目し、本発明を完成したも
のである。 As a result, the inventor of the present invention discovered that in a piston ring used for a ceramic bore such as a silicon nitride sintered body, the sprayed layer serving as a sliding layer is composed of alumina, titania, and chromium oxide, and further, 60% by weight of alumina and titania, and 60% by weight of alumina and titanium, and the balance (40% by weight) It was discovered and confirmed that the critical significance of attack on the other material is obtained near chromium oxide, and alumina and titania 40 to 80
The present invention was developed based on the fact that if the remaining 20 to 60% by weight is chromium oxide, a thermal sprayed layer with excellent wear resistance and less aggressiveness against the ceramic bore, which is the mating material, can be obtained. It is completed.
即ち、本発明のセラミツクスボア用ピストンリ
ングは、金属製のピストンリング本体とピストン
リング本体の摺動面に形成された摺動層とより成
るピストンリングにおいて、
摺動層がアルミナ、チタニヤおよび酸化クロム
の溶射盛金で形成され、
アルミナとチタニヤ40〜80重量%に対し残部20
〜60重量%が酸化クロムであり、セラミツクス焼
結体製シリンダボアへの攻撃性が低いことを特徴
とするものである。 That is, the piston ring for a ceramic bore of the present invention includes a piston ring body made of metal and a sliding layer formed on the sliding surface of the piston ring body, and the sliding layer is made of alumina, titania, and chromium oxide. It is formed with a thermal sprayed metal of 40-80% by weight of alumina and titanium, with the balance being 20% by weight.
~60% by weight is chromium oxide, and is characterized by low aggressiveness to cylinder bores made of ceramic sintered bodies.
本発明の金属製のピストンリングの本体とは、
その摺動面に摺動層を形成する前のピストンリン
グ素材を言う。係るピストンリング本体として
は、従来のピストンリング素材をそのまま使用す
ることができる。ピストンリングの種類として
は、コンプレツシヨンリング、オイルリングと従
来の各種のピストンリングを用いることができ
る。 The main body of the metal piston ring of the present invention is:
Refers to the piston ring material before a sliding layer is formed on its sliding surface. As such a piston ring body, a conventional piston ring material can be used as is. As for the types of piston rings, compression rings, oil rings, and various conventional piston rings can be used.
ピストン本体の摺動面に形成された摺動層は、
アルミナ、チタニヤおよび酸化クロムの溶射盛金
で形成されていることに特色がある。摺動層の構
成割合は、重量%でアルミナとチタニヤが40〜80
重量%、残部20〜60%が酸化クロムである。ここ
でアルミナとチタニヤについては、単酸化物の混
合物でもよいが分子オーダーで混合したアルミ
ナ、チタニヤ複酸化物とするのがよい。これによ
りアルミナとチタニヤの均一性がより確実となり
摺動層の組織がより安定する。 The sliding layer formed on the sliding surface of the piston body is
It is unique in that it is made of alumina, titania, and chromium oxide thermally sprayed metallization. The composition ratio of the sliding layer is 40 to 80% by weight of alumina and titania.
% by weight, the balance 20-60% is chromium oxide. Here, alumina and titania may be a mixture of single oxides, but it is preferable to use alumina and titania mixed oxides mixed in molecular order. This makes the uniformity of alumina and titania more reliable, and the structure of the sliding layer more stable.
アルミナとチタニヤの混合割合はアルミナ40重
量部に対しチタニヤ60重量部が最適であり、実際
上、アルミナ35〜45重量部、チタニヤ55〜65重量
部がよい。なお、チタニヤはアルミナの耐摩耗
性、耐熱サイクル性改良への効果がある。 The optimum mixing ratio of alumina and titania is 40 parts by weight of alumina and 60 parts by weight of titania, and in practice, 35 to 45 parts by weight of alumina and 55 to 65 parts by weight of titania are preferable. Incidentally, titania has the effect of improving alumina's wear resistance and heat cycle resistance.
アルミナ、チタニヤおよび酸化クロムの粒径
は、10ミクロン〜44ミクロンが好ましい。 The particle size of alumina, titania and chromium oxide is preferably between 10 microns and 44 microns.
摺動層に存在する気孔の気孔率は、3〜10%が
良い。なお、気孔はオイル保持の役割をもつ。摺
動層の厚さは、50ミクロン以上、好ましくは100
〜300ミクロン程度が好ましい。 The porosity of the pores present in the sliding layer is preferably 3 to 10%. Note that the pores have the role of retaining oil. The thickness of the sliding layer is 50 microns or more, preferably 100 microns
~300 microns is preferred.
参考までに摺動層の組成を変え、ピストンリン
グの耐摩耗性および相手材の攻撃性を試験したモ
デル試験結果を説明する。ピストンリング本体の
モデル材料として、外径35mm、内径31mm、厚さ
8.75mmのリング状の軸受鋼(SUJ2)製回転摩耗
試験片A〜Gを用意した。そして、この試験片A
〜Gの外周面にアルミナ、チタニヤ複合粉末、
(Al2O3:40%、TiO2残部)と酸化クロム粉末と
の混合粉末をそれらの配合割合を変えてプラズマ
溶射した。 For reference, we will explain the results of a model test in which the composition of the sliding layer was changed and the wear resistance of the piston ring and the aggressiveness of the mating material were tested. As a model material for the piston ring body, the outer diameter is 35 mm, the inner diameter is 31 mm, and the thickness is
8.75 mm ring-shaped bearing steel (SUJ2) rotating wear test pieces A to G were prepared. And this test piece A
~Alumina and titania composite powder on the outer circumferential surface of G.
(Al 2 O 3 : 40%, remainder TiO 2 ) and chromium oxide powder were plasma sprayed with different blending ratios.
配合割合は、アルミナ、チタニヤ合金粉末が試
験片A:100%、試験片B:90%、試験片C:80
%、試験片D:60%、試験片E:40%、試験片
F:30%、試験片G:0%、残部酸化クロム粉末
とした。ここで、試験片C、試験片D、試験片E
が本発明品となる。また試験片A、試験片B、試
験片F、試験片Gが比較例となる。 The blending ratio is 100% alumina and titania alloy powder for test piece A, 90% for test piece B, and 80% for test piece C.
%, test piece D: 60%, test piece E: 40%, test piece F: 30%, test piece G: 0%, and the remainder was chromium oxide powder. Here, test piece C, test piece D, test piece E
is the product of the present invention. In addition, test piece A, test piece B, test piece F, and test piece G serve as comparative examples.
さらに比較例として、同種類の試験片を用い、
その外周面に鉄クロム合金粉末(Cr:65%、
C:8.2%、Si:1.5%、残部Fe)を溶射盛金した
試験片H、さらには硬質クロムメツキをした試験
片を採用した。 Furthermore, as a comparative example, using the same type of test piece,
Iron chromium alloy powder (Cr: 65%,
A test piece H was used, which was thermally sprayed with C: 8.2%, Si: 1.5%, and the balance was Fe (balance: Fe), and a test piece was also plated with hard chrome.
又この試験では、セラミツクス製シリンダボア
に相当する相手部材として、長さ15.75mm幅6.35
mm高さ10.2mmのホツトプレスで得られた窒化珪素
焼結体よりなるブロツク試験片Kを採用し、さら
に比較例として、同じ形状の合金鋳鉄のブロツク
試験片Jも採用した。 In addition, in this test, the mating member corresponding to the ceramic cylinder bore was 15.75 mm in length and 6.35 mm in width.
A block test piece K made of a silicon nitride sintered body obtained by hot pressing with a height of 10.2 mm was used, and a block test piece J of alloy cast iron having the same shape was also used as a comparative example.
そして、このブロツク試験片K、Jの端面
(15.75mm×6.35mm)と上記リング状の試験片A〜
Iの外周面とが接する様に配置し、接触面に潤滑
油としてモーターオイル(10W−30)を供給し、
回転数160rpm、荷重300Kgで3時間の摩耗試験を
実施した。 Then, the end faces (15.75 mm x 6.35 mm) of the block test pieces K and J and the ring-shaped test pieces A~
Place it so that it is in contact with the outer peripheral surface of I, supply motor oil (10W-30) as a lubricant to the contact surface,
A wear test was conducted for 3 hours at a rotation speed of 160 rpm and a load of 300 kg.
試験結果を第1図に示す。第1図において上部
は、ブロツク試験片K、Jの摩耗量を示し、具体
的にはブロツク試験片K、Jの摩耗痕の深さを指
標とし、その深さ(単位ミクロン)をあらわす。
第1図において下部は、リング状の回転試験片A
〜Iの摩耗量を示し、具体的には回転試験片A〜
Iの摩耗減量を指標とし、重量減(単位ミリグラ
ム)をあらわす。 The test results are shown in Figure 1. In FIG. 1, the upper part shows the amount of wear on the block test pieces K and J. Specifically, the depth (in microns) of the wear marks on the block test pieces K and J is used as an index.
In Figure 1, the lower part is a ring-shaped rotating test piece A.
〜I shows the wear amount, specifically rotating test piece A〜
The weight loss (unit: milligrams) is expressed using the wear loss of I as an index.
第1図に示す試験結果より、相手材が窒化珪素
焼結体製のブロツク試験片Kである場合には、ア
ルミナチタニヤ粉末が40〜80%、酸化クロムが20
〜60%の組成をもつ試験片C、D、Eとすると、
つまり溶射盛金がアルミナ、チタニヤ、酸化クロ
ムの3成分を含んでいれば、相手材である窒化珪
素焼結体製のブロツク試験片Kの摩耗量は5〜
6.5ミクロンあたりと極めて少ないことがわかる。 From the test results shown in Figure 1, when the mating material is block test piece K made of silicon nitride sintered body, the alumina titania powder is 40 to 80%, and the chromium oxide is 20%.
Assuming specimens C, D, and E have a composition of ~60%,
In other words, if the sprayed metal contains the three components of alumina, titania, and chromium oxide, the amount of wear on the block test piece K made of silicon nitride sintered body, which is the mating material, will be 5~
It can be seen that it is extremely small at around 6.5 microns.
しかもアルミナチタニヤ粉末が60%、酸化クロ
ムが40%の組成をもつ試験片Dでは、窒化珪素焼
結体製のブロツク試験片Kの摩耗量は最低である
ことがわかる。 Furthermore, it can be seen that the wear amount of the block test piece K made of silicon nitride sintered body is the lowest in the test piece D, which has a composition of 60% alumina titania powder and 40% chromium oxide.
一方、相手材が合金鋳鉄製のブロツク試験片J
である場合には、アルミナチタニヤ粉末が40〜80
%、酸化クロムが20〜60%の組成をもつ試験片
D、Eであつても、つまり溶射盛金がアルミナ、
チタニヤ、酸化クロムの3成分を含んでいても、
相手材であるブロツク試験片Jの摩耗量は14.9ミ
クロン、14.8ミクロン付近と極めて大きいことが
わかる。 On the other hand, block test piece J whose counterpart material was made of alloy cast iron
If the alumina titania powder is 40~80
%, even if the specimens D and E have a composition of chromium oxide of 20 to 60%, that is, the sprayed metal is alumina,
Even though it contains three components: titania and chromium oxide,
It can be seen that the amount of wear of block test piece J, which is the mating material, is extremely large, around 14.9 microns and 14.8 microns.
以下、実施例により説明する。 Examples will be explained below.
第2図に示す球状黒鉛鋳鉄製のピストンリング
本体1とその外周面にプラズマ溶射で形成された
摺動層2とより成る本発明のピストンリングを製
造した。 A piston ring of the present invention was manufactured, which comprises a piston ring main body 1 made of spheroidal graphite cast iron and a sliding layer 2 formed on its outer peripheral surface by plasma spraying, as shown in FIG.
摺動層2として、アルミナ、チタニヤ複合粉末
60%、酸化クロム40%のもの、アルミナ、チタニ
ヤ複合粉末40%、酸化クロム60%のもの0と2種
類のピストンリングを製造した。 Alumina and titania composite powder as sliding layer 2
Two types of piston rings were manufactured: one with 60% chromium oxide, one with 40% chromium oxide, and one with 40% alumina/titania composite powder and 60% chromium oxide.
このピストンリングの摺動層の厚さは0.10〜
0.15mmである。又、摺動層の気孔率は5%であ
る。これらの摺動層は、上記混合粉末をピストン
リング本体の外周面に溶射し、通常の研削加工、
ラツピング加工を施し、表面粗さを0.5〜2.0ミク
ロンとしたものである。これら2種類のピストン
リングをそれぞれ別のデーゼルエンジンに組み込
み、実際のエンジンによる耐久試験を実施した。
使用したデイーゼルエンジンは排気量2188c.c.、シ
リンダーの孔径90mm、ストローク86mmの4サイク
ル4気筒のものであり、シリンダーボアとして
は、ホツトプレス法で製造した窒化珪素焼結体を
用いた。又、試験条件は、エンジン回転数
5200rpm全負荷とし、燃料として軽油を用い、
500時間の耐久試験を実施した。 The thickness of the sliding layer of this piston ring is 0.10~
It is 0.15mm. Further, the porosity of the sliding layer is 5%. These sliding layers are made by thermally spraying the above-mentioned mixed powder onto the outer peripheral surface of the piston ring body, and then applying the usual grinding process.
It is wrapped to give a surface roughness of 0.5 to 2.0 microns. These two types of piston rings were installed in different diesel engines, and durability tests were conducted using actual engines.
The diesel engine used was a 4-cycle, 4-cylinder engine with a displacement of 2188 c.c., a cylinder hole diameter of 90 mm, and a stroke of 86 mm, and the cylinder bore was made of a silicon nitride sintered body manufactured by a hot pressing method. In addition, the test conditions are engine rotation speed
5200 rpm full load, using light oil as fuel,
A 500 hour durability test was conducted.
この耐久試験において、2種類のピストンリン
グはいずれも良好に作動し、ピストンリングの摩
耗量は極めて軽微であつた。又、相手材である窒
化珪素焼結体製のシリンダボアの摩耗もほとんど
認められることができず、スカツフイングと呼ば
れる縦傷の発生も全く見られなかつた。 In this durability test, both types of piston rings operated well, and the amount of wear on the piston rings was extremely small. Further, almost no wear was observed in the cylinder bore made of the silicon nitride sintered body, which was the mating material, and no vertical scratches called scuffing were observed at all.
この耐久試験により本発明のピストンリングは
シリンダーボアがセラミツクスで形成されたエン
ジンのピストンリングとして十分な耐久性をも
ち、かつ相手材に対する攻撃性が少なく、すぐれ
たピストンリングであることが立証された。 This durability test proved that the piston ring of the present invention has sufficient durability as a piston ring for an engine whose cylinder bore is made of ceramics, and is less aggressive to mating materials, making it an excellent piston ring. .
第1図は摩擦試験の結果を示す棒グラフ、第2
図は本発明の実施例で得られたピストンリングの
断面図を示す。図中符号1はピストンリング本
体、2は摺動層を示す。
Figure 1 is a bar graph showing the results of the friction test, Figure 2 is a bar graph showing the results of the friction test.
The figure shows a cross-sectional view of a piston ring obtained in an example of the present invention. In the figure, reference numeral 1 indicates a piston ring body, and 2 indicates a sliding layer.
Claims (1)
ング本体の摺動面に形成された摺動層とより成る
ピストンリングにおいて、 上記摺動層がアルミナ、チタニヤおよび酸化ク
ロムの溶射盛金で形成され、 アルミナとチタニヤ40〜80重量%に対し残部20
〜60重量%が酸化クロムであり、セラミツクス焼
結体製シリンダボアへの攻撃性が低いことを特徴
とするセラミツクスボア用ピストンリング。[Scope of Claims] 1. A piston ring consisting of a metal piston ring body and a sliding layer formed on the sliding surface of the piston ring body, wherein the sliding layer is a thermally sprayed coating of alumina, titania, and chromium oxide. Made of gold, 40-80% by weight of alumina and titanium, balance 20%
A piston ring for ceramic bores that contains up to 60% by weight of chromium oxide and is characterized by low aggressiveness to cylinder bores made of ceramic sintered bodies.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57153330A JPS5943878A (en) | 1982-09-02 | 1982-09-02 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57153330A JPS5943878A (en) | 1982-09-02 | 1982-09-02 | Piston ring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5943878A JPS5943878A (en) | 1984-03-12 |
| JPH0343340B2 true JPH0343340B2 (en) | 1991-07-02 |
Family
ID=15560129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57153330A Granted JPS5943878A (en) | 1982-09-02 | 1982-09-02 | Piston ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5943878A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5218653A (en) * | 1975-08-01 | 1977-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | Elevator control system |
-
1982
- 1982-09-02 JP JP57153330A patent/JPS5943878A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5943878A (en) | 1984-03-12 |
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