JPH0617933A - Piston ring - Google Patents
Piston ringInfo
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- JPH0617933A JPH0617933A JP20065392A JP20065392A JPH0617933A JP H0617933 A JPH0617933 A JP H0617933A JP 20065392 A JP20065392 A JP 20065392A JP 20065392 A JP20065392 A JP 20065392A JP H0617933 A JPH0617933 A JP H0617933A
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- piston ring
- molybdenum
- film
- nitride
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業の利用分野】本発明は、耐摩耗性に優れたイオン
プレーティング皮膜を少なくとも摺動面に有する内燃機
関用ピストンリングに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring for an internal combustion engine having an ion plating film having excellent wear resistance on at least a sliding surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ピスト
ンリングは、エンジンのシリンダライナ内に配置された
ピストンのリング溝に組み込まれ、主に燃焼室の気密
化、シリンダー表面に形成される潤滑油膜の膜圧制御、
及び燃焼熱をピストンからシリンダライナへ伝達するこ
とによるピストンの冷却等の働きをする。従って、ピス
トンリング特性としては耐摩耗性、耐焼付性、耐熱性、
保油性、及びシリンダ側の摩耗抑制性などが高い次元で
要求される。2. Description of the Related Art A piston ring is incorporated in a ring groove of a piston arranged in a cylinder liner of an engine, mainly seals a combustion chamber, and a lubricating oil film formed on a cylinder surface. Membrane pressure control of
It also functions to cool the piston by transferring combustion heat from the piston to the cylinder liner. Therefore, as piston ring characteristics, wear resistance, seizure resistance, heat resistance,
Oil retention and cylinder side wear control are required at a high level.
【０００３】これらの要求に応えるため、靭性が高く、
耐摩耗性、及び耐焼付性に優れる鋼などの鉄系材料を母
材としたピストンリングに、摺動特性を改良するための
表面処理を施したものを使用していた。従来から行われ
ているピストンリングの表面処理方法として、窒化処
理、クロムめっき処理、モリブデン溶射処理などが挙げ
られる。In order to meet these requirements, the toughness is high,
A piston ring made of an iron-based material such as steel having excellent wear resistance and seizure resistance, which has been subjected to a surface treatment for improving sliding characteristics, has been used. Examples of conventional piston ring surface treatment methods include nitriding treatment, chromium plating treatment, and molybdenum spraying treatment.
【０００４】また、特公平１−５２４７１号及び特開昭
６２−１２０４７１号は、ＰＶＤ（Physical Vapor Dep
osition ）法により、摺動面に金属窒化物や金属炭化物
等の皮膜をコーティングしたピストンリングを開示して
いる。金属窒化物や金属炭化物の皮膜は優れた耐摩耗
性、及び耐焼付性を示しており、特に窒化チタンや窒化
クロムなどが注目される。Japanese Patent Publication No. 1-52471 and Japanese Patent Laid-Open No. 62-120471 disclose PVD (Physical Vapor Dep).
osition) method, a piston ring having a sliding surface coated with a film of metal nitride, metal carbide, or the like is disclosed. Films of metal nitrides and metal carbides show excellent wear resistance and seizure resistance, and titanium nitride, chromium nitride, etc. are of particular interest.
【０００５】しかし、近年エンジンの高出力化や高性能
化に伴い、ピストンリングに要求される条件はますます
苛酷なものとなり、従来の皮膜では対応できない場合が
出てきた。硬質クロムめっき処理を施したピストンリン
グでは耐腐食摩耗性が不十分であり、窒化処理やモリブ
デン溶射処理を施したピストンリングでは耐摩耗性が不
十分であり、また窒化チタンや窒化クロムをコーティン
グしたピストンリングでも摺動特性が不十分であるた
め、さらに優れた耐摩耗性を有するピストンリングが望
まれている。However, in recent years, with the increase in the output and performance of the engine, the conditions required for the piston ring have become more and more severe, and there are cases in which the conventional coating cannot meet the requirements. Piston rings with hard chrome plating have insufficient corrosion wear resistance, piston rings with nitriding or molybdenum spraying have insufficient wear resistance, and titanium nitride or chromium nitride coating Even a piston ring has insufficient sliding characteristics, and therefore a piston ring having further excellent wear resistance is desired.
【０００６】従って、本発明の目的は、形成された皮膜
と母材との密着性に優れていると同時に耐摩耗性にも優
れた皮膜を被覆したピストンリングを提供することであ
る。Therefore, an object of the present invention is to provide a piston ring coated with a film which is excellent in adhesion between the formed film and the base material and is also excellent in wear resistance.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、少なくとも外周摺動面に、窒化モ
リブデンからなる皮膜がイオンプレーティング法によ
り、１〜50μｍの厚さで形成されているピストンリング
は密着性に優れていると同時に耐摩耗性にも優れている
ことを発見し、本発明を完成した。As a result of earnest research in view of the above problems, the inventors of the present invention have found that a film made of molybdenum nitride is formed on at least an outer peripheral sliding surface by an ion plating method to a thickness of 1 to 50 μm. The present invention was completed by discovering that the existing piston ring has excellent adhesion and at the same time excellent wear resistance.
【０００８】すなわち、本発明のピストンリングは少な
くともその外周摺動面に、窒化モリブデンを含有する厚
さが１〜50μｍの皮膜をイオンプレーティングにより形
成してなることを特徴とする。That is, the piston ring of the present invention is characterized in that a coating containing molybdenum nitride and having a thickness of 1 to 50 μm is formed by ion plating on at least the outer peripheral sliding surface thereof.
【０００９】[0009]
【実施例】本発明について、以下詳細に説明する。本発
明において、イオンプレーティング皮膜で被覆する基
材、すなわちピストンリング本体は従来公知のいかなる
材料や形状でもよい。その材料は、１３Ｃｒ及び１７Ｃ
ｒステンレス鋼、バネ鋼、工具鋼、及び鋳鉄などの鉄系
材料、及びそれらの材料に窒化処理やクロムめっきを施
したもの等を使用することができる。The present invention will be described in detail below. In the present invention, the substrate coated with the ion plating film, that is, the piston ring body may be any conventionally known material or shape. The material is 13Cr and 17C
r Stainless steel, spring steel, tool steel, iron-based materials such as cast iron, and materials obtained by subjecting these materials to nitriding treatment or chromium plating can be used.
【００１０】図１は本発明におけるピストンリング１
と、形成された皮膜2Aを示す断面図である。皮膜を形成
する面は、ピストンリングの外周摺動面２を必須とする
が、他の部分である内周面３、あるいは上下面４などの
いずれに形成しても差し支えはない。ピストンリングの
膜厚は、初期なじみにおける摩耗で表面層が消失する可
能性を考慮して１μｍ以上とし、初期なじみ以降にも皮
膜を残すことが必要である。一方、必要以上に皮膜を厚
くすることは経済上好ましくなく、膜厚が50μｍを超え
ると皮膜が欠けたり、亀裂が生じ、密着力が低下するの
で、50μｍ以下とすることが必要である。FIG. 1 shows a piston ring 1 according to the present invention.
FIG. 3B is a cross-sectional view showing the formed film 2A. Although the surface on which the film is formed is essentially the outer peripheral sliding surface 2 of the piston ring, it may be formed on any of the inner peripheral surface 3 which is another portion, the upper and lower surfaces 4, or the like. The film thickness of the piston ring is set to 1 μm or more in consideration of the possibility that the surface layer disappears due to wear in the initial familiarization, and it is necessary to leave the film after the initial familiarization. On the other hand, it is economically unfavorable to thicken the film more than necessary, and if the film thickness exceeds 50 μm, the film may be chipped or cracked to lower the adhesion, so that the film thickness should be 50 μm or less.
【００１１】図２は本発明によるピストンリング１を装
着したピストン５がシリンダライナ６に組み込まれた状
態の一部分を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a part of a state in which the piston 5 having the piston ring 1 according to the present invention is incorporated in the cylinder liner 6.
【００１２】本発明においてはイオンプレーティング法
により、皮膜をピストンリングに形成させる。イオンプ
レーティング法はＰＶＤ法の一種である。ＰＶＤ法は、
皮膜を形成する技術であり、基本的には、蒸着法、スパ
ッタリング法、及びイオンプレーティング法の３つの方
法に分類できる。本発明においては、モリブデン蒸気を
窒素と反応させ、窒化モリブデン皮膜をピストンリング
上に堆積させることができる反応性イオンプレーティン
グ法に特定した。In the present invention, the coating is formed on the piston ring by the ion plating method. The ion plating method is a kind of PVD method. The PVD method is
It is a technique for forming a film, and can be basically classified into three methods, that is, a vapor deposition method, a sputtering method, and an ion plating method. In the present invention, the reactive ion plating method is specified which is capable of reacting molybdenum vapor with nitrogen to deposit a molybdenum nitride film on the piston ring.
【００１３】モリブデン蒸気は、ＨＣＤガンや電子ビー
ムなどの高エネルギービームをモリブデンに照射し、蒸
発させることにより得る。また陰極アークプラズマ式イ
オンプレーティング法、及びスパッタリング法のよう
に、陰極からモリブデン粒子を飛び出させることによ
り、モリブデン蒸気を得てもよい。Molybdenum vapor is obtained by irradiating molybdenum with a high energy beam such as an HCD gun or an electron beam and evaporating it. Alternatively, molybdenum vapor may be obtained by ejecting molybdenum particles from the cathode, as in the cathodic arc plasma type ion plating method and the sputtering method.
【００１４】皮膜の構成元素であるモリブデンは窒化物
を形成しやすい元素である。そこでモリブデンの蒸気に
窒素を混合した気相中でプラズマを発生させると、モリ
ブデンはイオン化し、窒素イオンと化合して窒化モリブ
デンを生成する。その結果、ピストンリング母材の表面
に窒化モリブデンの皮膜が形成される。その際、窒素ガ
スの供給量が少ない場合は上記窒化モリブデンの他、未
反応のモリブデンが生成され、窒化モリブデンとモリブ
デンとの複合皮膜となる。Molybdenum, which is a constituent element of the film, is an element that easily forms a nitride. Therefore, when plasma is generated in a gas phase in which vapor of molybdenum is mixed with nitrogen, molybdenum is ionized and combined with nitrogen ions to generate molybdenum nitride. As a result, a molybdenum nitride film is formed on the surface of the piston ring base material. At that time, when the supply amount of nitrogen gas is small, in addition to the above molybdenum nitride, unreacted molybdenum is generated, and a composite film of molybdenum nitride and molybdenum is formed.
【００１５】ピストンリングの外周摺動面に形成された
窒化モリブデンとモリブデンとの複合皮膜は、モリブデ
ンを含有することにより窒化物単相からなる皮膜と比較
して若干耐食性が劣る。しかし、モリブデンを含有した
皮膜は、窒化物単相からなる皮膜と比べて母材と皮膜と
の界面における熱膨張係数や結晶構造などの変化が小さ
くなり、母材との密着力が高まる。このように、皮膜に
モリブデンを含有させることにより利害得失があるが、
総合的には窒化モリブデンのみからなる皮膜のほうが摺
動特性に優れるため、モリブデンを積極的には生成させ
ないようにするのが好ましい。なお、モリブデンの生成
量の上限は窒素の含有量により決定されるが、モリブデ
ンは皮膜中重量％で95％以下とするのが好ましい。The composite coating of molybdenum nitride and molybdenum formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring is slightly inferior in corrosion resistance to the coating composed of a single phase of nitride because it contains molybdenum. However, the film containing molybdenum has a smaller change in the coefficient of thermal expansion, the crystal structure, and the like at the interface between the base material and the film, as compared with the film made of a single nitride phase, and the adhesion with the base material is enhanced. In this way, there are benefits and disadvantages due to the inclusion of molybdenum in the film,
Overall, it is preferable to prevent molybdenum from being positively generated because a film made of only molybdenum nitride has better sliding characteristics. The upper limit of the amount of molybdenum produced is determined by the content of nitrogen, but molybdenum is preferably 95% or less by weight% in the film.
【００１６】複合皮膜の構成元素は、原子比でモリブデ
ン：窒素＝１：0.05〜1.0 とするのが好ましい。窒素の
モリブデンに対する原子比が0.05未満においては窒化モ
リブデンの生成が少なく、硬度が低くなり、耐摩耗性に
劣る。The constituent elements of the composite coating are preferably molybdenum: nitrogen = 1: 0.05 to 1.0 in atomic ratio. When the atomic ratio of nitrogen to molybdenum is less than 0.05, molybdenum nitride is less generated, the hardness is low, and the wear resistance is poor.
【００１７】上記の皮膜をピストンリング本体の外周摺
動面に形成させる方法を以下に詳述するが、本発明はこ
れに限定されない。A method for forming the above coating on the outer peripheral sliding surface of the piston ring body will be described in detail below, but the present invention is not limited to this.
【００１８】まず、ピストンリング母材を洗浄し、表面
に付着した汚れを取り、充分清浄化してイオンプレーテ
ィング装置の真空チャンバー内に挿入する。チャンバー
内の圧力が1.3 ×10-3〜５×10-3Paになるまで真空引き
を行ってから、イオンプレーティング装置に内蔵されて
いるヒーターにより加熱してピストンリング母材の内在
ガスを放出させる。加熱温度は300 〜500 ℃とするのが
好ましい。その後100〜400 ℃まで冷却する。First, the piston ring base material is washed to remove the dirt adhering to the surface, sufficiently cleaned, and then inserted into the vacuum chamber of the ion plating apparatus. Evacuate until the pressure in the chamber reaches 1.3 × 10 -3 to 5 × 10 -3 Pa, then heat by the heater built into the ion plating device to release the internal gas of the piston ring base material. Let The heating temperature is preferably 300 to 500 ° C. Then cool to 100-400 ° C.
【００１９】チャンバー内圧力が４×10-3Pa以下になっ
た時点でモリブデンからなるターゲットを陰極として、
その表面でアーク放電を発生させモリブデンイオンを飛
び出させる。この際、ピストンリング母材にはバイアス
電圧を印加しておき、陰極より飛び出した金属イオンを
基材表面に高エネルギーで衝突させる方法、いわゆるボ
ンバードクリーニング法により基材表面の酸化物除去と
活性化処理を行う。そのときのバイアス電圧は−700 〜
−900 Ｖとするのが好ましい。When the pressure in the chamber becomes 4 × 10 −3 Pa or less, a target made of molybdenum is used as a cathode,
Arc discharge is generated on the surface and molybdenum ions are ejected. At this time, a bias voltage is applied to the piston ring base material, and metal ions jumping out from the cathode are made to collide with the base material surface with high energy, so-called bombarding cleaning method to remove and activate oxides on the base material surface. Perform processing. The bias voltage at that time is -700 ~
It is preferably -900V.
【００２０】その後バイアス電圧を低下させ、モリブデ
ンイオンをピストンリング外周摺動面に堆積させなが
ら、窒素ガスをチャンバー内に導入し、プラズマ内を通
過させる。それにより窒素をイオン化させ、窒素分圧を
1.3 ×10-1〜1.6 Pa程度にし、バイアス電圧を−10〜−
100 Ｖ印加してピストンリング外周面にイオンプレーテ
ィング皮膜を形成させる。皮膜形成後、真空チャンバー
内で200 ℃以下になるまで冷却してから、ピストンリン
グをチャンバーから取り出す。After that, the bias voltage is lowered, and while molybdenum ions are deposited on the outer peripheral sliding surface of the piston ring, nitrogen gas is introduced into the chamber and passed through the plasma. As a result, nitrogen is ionized and the partial pressure of nitrogen is increased.
1.3 × 10 -1 to 1.6 Pa and bias voltage from -10 to-
100 V is applied to form an ion plating film on the outer peripheral surface of the piston ring. After the film is formed, cool it in the vacuum chamber to 200 ° C or lower, and then remove the piston ring from the chamber.
【００２１】以上が窒化モリブデン、あるいは窒化モリ
ブデンとモリブデンを含有する皮膜をピストンリングに
形成させる方法である。得られたピストンリングは、外
周摺動面の硬度が高く、皮膜と母材との密着力が良好で
あることから耐摩耗性に優れる。The above is the method of forming molybdenum nitride or a film containing molybdenum nitride and molybdenum on the piston ring. The obtained piston ring has a high hardness on the outer peripheral sliding surface and a good adhesion between the coating and the base material, and is therefore excellent in wear resistance.
【００２２】本発明において、皮膜とピストンリングの
母材との密着力をさらに高める方法として、（１）ピス
トンリングの母材と、皮膜との間にモリブデン金属から
なる下地層を形成させる方法、及び（２）ピストンリン
グの母材表面側から皮膜の表面に向かって、その皮膜中
の窒化モリブデンのモリブデンに対する比率を連続的に
増大させる方法がある。In the present invention, as a method for further increasing the adhesion between the coating and the base material of the piston ring, (1) a method of forming an underlayer made of molybdenum metal between the base material of the piston ring and the coating, And (2) there is a method of continuously increasing the ratio of molybdenum nitride to molybdenum in the coating from the surface of the base material of the piston ring toward the surface of the coating.
【００２３】（１）の方法においては、皮膜形成の際、
反応窒素ガスを導入する前に、モリブデンのイオンプレ
ーティングを行うと、ピストンリング母材にモリブデン
金属の下地層が形成される。このモリブデン金属の下地
層は、熱膨張がピストンリング母材に近く、熱応力の影
響を受けにくいため、密着性が良く、しかも柔軟性に富
む。モリブデン金属の下地層は、0.1 〜２μｍの厚さに
形成するのが好ましい。0.1 μｍ未満であると効果が薄
く、また、２μｍで十分な効果を得ることができ、２μ
ｍを超えてもそれ以上の効果を望むことはできず、経済
的にも好ましくない。In the method (1), when the film is formed,
If molybdenum is ion-plated before introducing the reactive nitrogen gas, an underlayer of molybdenum metal is formed on the piston ring base material. The molybdenum metal base layer has a thermal expansion close to that of the piston ring base material and is not easily affected by thermal stress, so that it has good adhesion and is highly flexible. The underlayer of molybdenum metal is preferably formed to a thickness of 0.1 to 2 μm. If it is less than 0.1 μm, the effect is small, and if it is 2 μm, a sufficient effect can be obtained.
Even if it exceeds m, no further effect can be expected, which is economically unfavorable.
【００２４】（２）の方法においては、皮膜形成の際、
下地層を形成せずに、あるいは下地層を所定の厚さで形
成したところで、徐々に窒素ガスを導入してイオンプレ
ーティングを行うと、蒸発したモリブデンの一部、また
は全部が窒化モリブデンに転換される。窒素ガス分圧が
低いときは転換の割合が少なく、窒素ガス分圧が次第に
高くなるにつれて転換の割合は多くなるので皮膜中の窒
化モリブデンの割合を連続的に増大させることができ
る。In the method (2), when the film is formed,
When the underlying layer is not formed or the underlying layer is formed to a predetermined thickness and nitrogen gas is gradually introduced to perform ion plating, part or all of the evaporated molybdenum is converted to molybdenum nitride. To be done. When the partial pressure of nitrogen gas is low, the conversion ratio is small, and as the partial pressure of nitrogen gas is gradually increased, the conversion ratio is increased, so that the ratio of molybdenum nitride in the film can be continuously increased.
【００２５】このように皮膜層を、密着性及び柔軟性に
富む下地層を形成することや、下地層に続いて、あるい
は下地層を形成しないでピストンリング母材側から皮膜
表面に向かって窒素比率が連続的に増加している皮膜層
を形成することは、皮膜のはく離防止に一層効果があ
る。As described above, the coating layer is formed with an underlayer having a high degree of adhesion and flexibility, or the nitrogen is applied from the piston ring base metal side toward the coating surface either following the underlayer or without forming the underlayer. Forming a coating layer in which the ratio is continuously increasing is more effective in preventing peeling of the coating.
【００２６】本発明を以下の具体的実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例１、比較例１ 本実施例では、呼び径×幅×厚さが86mm×２mm×３mm、
材質がＳＫＤ６１のピストンリング母材を使用した。The present invention will be described in more detail with reference to the following specific examples. Example 1 and Comparative Example 1 In this example, nominal diameter × width × thickness is 86 mm × 2 mm × 3 mm,
The material used was a piston ring base material of SKD61.
【００２７】ＰＶＤ処理は、陰極アークプラズマ式イオ
ンプレーティング装置を用いて行った。ピストンリング
母材をフロン洗浄し、イオンプレーティング装置の真空
チャンバー内に挿入した。チャンバー内の圧力が1.3 ×
10-3Pa以下になるまで真空引きを行ってから、イオンプ
レーティング装置に内蔵されているヒーターにより300
〜500 ℃で加熱してピストンリング母材の内在ガスを放
出させ、その後200 ℃まで冷却した。The PVD treatment was performed using a cathodic arc plasma type ion plating device. The piston ring base material was chlorofluorocarbon-cleaned and inserted into the vacuum chamber of the ion plating apparatus. Pressure in chamber is 1.3 x
Evacuate to 10 -3 Pa or less, then use the heater built into the ion plating device to
It was heated at ~ 500 ° C to release the internal gas of the piston ring base material and then cooled to 200 ° C.
【００２８】チャンバー内圧力が４×10-3Pa以下になっ
た時点でバイアス電圧を−700 〜−900 Ｖ印加してお
き、アーク放電を発生させ、モリブデンイオンを飛び出
させた。その後チャンバー内に導入した窒素の分圧を0.
13〜1.60Pa程度にして、バイアス電圧を−10〜−100 Ｖ
印加してピストンリング外周摺動面にイオンプレーティ
ング皮膜を形成させた。皮膜形成後、真空チャンバー内
で200 ℃以下になるまで冷却してピストンリングを取り
出した。When the pressure in the chamber became 4 × 10 -3 Pa or less, a bias voltage of -700 to -900 V was applied, arc discharge was generated, and molybdenum ions were ejected. After that, the partial pressure of nitrogen introduced into the chamber was reduced to 0.
Bias voltage is -10 to -100 V with 13 to 1.60 Pa.
By applying the voltage, an ion plating film was formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring. After forming the film, the piston ring was taken out after cooling to below 200 ° C in a vacuum chamber.
【００２９】上記方法で、ピストンリング外周摺動面
に、厚さが10μｍであり、皮膜の構成元素の原子比がモ
リブデン：窒素＝１：0.42である窒化モリブデンとモリ
ブデンよりなる皮膜を被覆した。By the above method, the outer peripheral sliding surface of the piston ring was coated with a film made of molybdenum nitride and molybdenum having a thickness of 10 μm and an atomic ratio of constituent elements of the film of molybdenum: nitrogen = 1: 0.42.
【００３０】得られたピストンリングの皮膜密着性を測
定した。密着性の測定方法は、ツイスト試験と呼ばれる
もので、ピストンリングの合い口部の一方を固定し、他
の一方をねじって皮膜の剥離が生じるまでのねじり角を
測定するものである。The film adhesion of the obtained piston ring was measured. The method of measuring the adhesion is called a twist test, in which one of the mating portions of the piston ring is fixed and the other is twisted to measure the twist angle until peeling of the film occurs.
【００３１】比較例１として、実施例１と同材質、及び
同寸法のピストンリング本体に窒化チタンの単一相皮膜
を５μｍの厚さで被覆したものに対して、実施例１と同
様に皮膜密着性を測定した。As Comparative Example 1, a piston ring main body having the same material and dimensions as in Example 1 was coated with a titanium nitride single-phase film with a thickness of 5 μm. The adhesion was measured.
【００３２】実施例１及び比較例１の測定結果を第１表
に示す。なお、測定値は比較例１のねじり角を１とした
角度比で表す。The measurement results of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 1. The measured value is represented by an angle ratio with the twist angle of Comparative Example 1 being 1.
【００３３】 [0033]
【００３４】一般的に皮膜の膜厚が厚いほど密着性は劣
るが、第１表から明らかなように、本発明の皮膜は窒化
チタンに比べて皮膜が厚いにもかかわらず、剥離が生じ
るまでのねじり角が大きく、密着性が優れている。Generally, the thicker the film is, the poorer the adhesion is. However, as is clear from Table 1, the film of the present invention is thicker than titanium nitride, but peels off. Has a large twist angle and excellent adhesion.
【００３５】実施例２、３、比較例２、３ 本実施例では、呼び径×幅×厚さが86mm×２mm×３mm、
材質がＳＫＤ６１のピストンリングを使用した。In Examples 2 and 3, Comparative Examples 2 and 3, in this Example, the nominal diameter × width × thickness is 86 mm × 2 mm × 3 mm,
A piston ring made of SKD61 was used.
【００３６】実施例１と同様の方法で、構成元素の原子
比がモリブデン：窒素＝１：0.42である窒化モリブデン
とモリブデンからなる皮膜を10μｍの厚さで被覆したピ
ストンリング（実施例２）と、構成元素の原子比がモリ
ブデン：窒素＝１：0.85である窒化モリブデンの皮膜を
10μｍの厚さで被覆したピストンリング（実施例３）を
４気筒４サイクルのディーゼルエンジンのトップリング
に組み込み、それぞれ台上実機試験を行った。In the same manner as in Example 1, a piston ring (Example 2) in which a film made of molybdenum nitride and molybdenum in which the atomic ratio of constituent elements is molybdenum: nitrogen = 1: 0.42 was coated to a thickness of 10 μm was used. , A molybdenum nitride film whose atomic ratio of constituent elements is molybdenum: nitrogen = 1: 0.85
A piston ring coated with a thickness of 10 μm (Example 3) was incorporated into a top ring of a 4-cylinder 4-cycle diesel engine, and a bench test was conducted.
【００３７】試験条件は次に示す通りであった。 回転数 ：３，５００rpm 試験時間 ：１００時間 オイル温度 ：１２８℃ 水温 ：１１０℃ 吸気温度 ：５５℃The test conditions were as follows: Rotation speed: 3,500 rpm Test time: 100 hours Oil temperature: 128 ° C Water temperature: 110 ° C Intake air temperature: 55 ° C
【００３８】実機試験における外周摺動面摩耗量の測定
を４回行った。その結果を第２表に示す。The wear amount of the outer peripheral sliding surface in the actual machine test was measured four times. The results are shown in Table 2.
【００３９】比較例として、ピストンリングの外周摺動
面にクロムめっきを施したもの（比較例２）と窒化クロ
ムをイオンプレーティング法で被覆したもの（比較例
３）について、実施例２及び３と同様に実機試験を行っ
た。結果を第２表に示す。As Comparative Examples, Examples 2 and 3 were prepared for the case where the outer peripheral sliding surface of the piston ring was plated with chromium (Comparative Example 2) and the case where chromium nitride was coated by the ion plating method (Comparative Example 3). An actual machine test was conducted in the same manner as in. The results are shown in Table 2.
【００４０】 第 ２ 表 摩耗量（μｍ） １回目 ２回目 ３回目 ４回目実施例２ 3.5 3.6 3.4 3.7 実施例３ 3.3 3.7 3.5 3.4 比較例２ 11.4 7.9 8.4 10.3 比較例３ 4.0 4.8 5.0 4.2 Table 2 Abrasion amount (μm) 1st time 2nd time 3rd time 4th time Example 2 3.5 3.6 3.4 3.7 Example 3 3.3 3.7 3.5 3.4 Comparative example 2 11.4 7.9 8.4 10.3 Comparative example 3 4.0 4.8 5.0 4.2
【００４１】第２表から明らかなように、本発明による
皮膜を被覆したピストンリングは、クロムめっきしたピ
ストンリングと比べ、摩耗量が１／３と大幅に減少し、
窒化クロムをイオンプレーティング法で被覆したピスト
ンリングと比べても摩耗量が４／５程度と減少してい
る。As is clear from Table 2, the piston ring coated with the film according to the present invention has a wear amount significantly reduced to 1/3 as compared with the chromium-plated piston ring,
Even when compared with a piston ring coated with chromium nitride by an ion plating method, the wear amount is reduced to about 4/5.
【００４２】ディーゼルエンジンにおいては、燃料の燃
焼によって燃料中の硫黄分がエンジンオイル中に入り込
み、オイルの酸化を促進させる。それゆえピストンリン
グは摩擦摩耗のみだけでなく、腐食摩耗にさらされるこ
とになる。本発明による皮膜を被覆したピストンリング
は耐摩擦摩耗性、及び耐腐食摩耗性に優れている。In a diesel engine, combustion of the fuel causes the sulfur content in the fuel to enter the engine oil and accelerate the oxidation of the oil. The piston ring is therefore exposed to not only frictional wear but also corrosive wear. The piston ring coated with the film according to the present invention is excellent in friction wear resistance and corrosion wear resistance.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上詳述した通り、窒化モリブデン、ま
たは窒化モリブデンとモリブデンからなる皮膜を少なく
とも外周摺動面に有する本発明のピストンリングは、従
来から使用されているピストンリングと比較して、皮膜
の密着性、及び耐摩耗性に優れており、寿命が長い。As described in detail above, the piston ring of the present invention having molybdenum nitride, or a film made of molybdenum nitride and molybdenum on at least the outer peripheral sliding surface, is The film has excellent adhesion and abrasion resistance, and has a long life.
【図１】ピストンリングとその外周摺動面に形成された
皮膜を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a piston ring and a film formed on an outer peripheral sliding surface thereof.
【図２】本発明によるピストンリングをシリンダライナ
内に装着した状態を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a state in which a piston ring according to the present invention is mounted in a cylinder liner.
１・・・ピストンリング本体 ２・・・外周摺動面 2A・・・皮膜 ３・・・内周面 ４・・・上下面 ５・・・ピストン ６・・・シリンダライナ 1 ... Piston ring body 2 ... Outer peripheral sliding surface 2A ... Coating 3 ... Inner peripheral surface 4 ... Upper / lower surface 5 ... Piston 6 ... Cylinder liner
Claims (4)
ブデンを含有する厚さが１〜50μｍの皮膜をイオンプレ
ーティングにより形成してなることを特徴とするピスト
ンリング。1. A piston ring, characterized in that a coating containing molybdenum nitride and having a thickness of 1 to 50 μm is formed on at least the outer peripheral sliding surface thereof by ion plating.
て、前記皮膜中に窒化モリブデンとモリブデンとを含有
することを特徴とするピストンリング。2. The piston ring according to claim 1, wherein the coating contains molybdenum nitride and molybdenum.
て、前記ピストンリングの母材表面側から前記イオンプ
レーティング皮膜の表面に向かって、前記皮膜中の窒化
モリブデンのモリブデンに対する比率が連続的に増大し
ていることを特徴とするピストンリング。3. The piston ring according to claim 2, wherein the ratio of molybdenum nitride to molybdenum in the film continuously increases from the base material surface side of the piston ring toward the surface of the ion plating film. Piston ring characterized by being.
において、前記ピストンリングの母材と、前記イオンプ
レーティング皮膜との間にモリブデン金属からなる下地
層を有することを特徴とするピストンリング。4. The piston ring according to claim 1, further comprising a base layer made of molybdenum metal between the base material of the piston ring and the ion plating film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20065392A JPH0617933A (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20065392A JPH0617933A (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Piston ring |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0617933A true JPH0617933A (en) | 1994-01-25 |
Family
ID=16427988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20065392A Pending JPH0617933A (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Piston ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617933A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5601293A (en) * | 1994-12-22 | 1997-02-11 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Sliding member with hard ternery film |
-
1992
- 1992-07-03 JP JP20065392A patent/JPH0617933A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5601293A (en) * | 1994-12-22 | 1997-02-11 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Sliding member with hard ternery film |
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