活塞環(huán)用熱噴涂涂膜、活塞環(huán)及活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及活塞環(huán)用熱噴涂涂膜、活塞環(huán)及活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著引擎的高輸出化等高性能化，引擎用的活塞環(huán)的使用環(huán)境越來越嚴(yán) 格，要求具有更優(yōu)良的耐磨損性、耐燒結(jié)性的活塞環(huán)（參考下述專利文獻(xiàn)1~4)。特別是， 與氣缸襯里滑動(dòng)的活塞環(huán)的外周面要求高的耐磨損性、耐燒結(jié)性等。為了應(yīng)對(duì)這樣的要求， 通過熱噴涂法在活塞環(huán)的外周滑動(dòng)面上形成附魔，對(duì)活塞環(huán)賦予高的耐磨損性、耐燒結(jié)性。 另外，"燒結(jié)"是指活塞環(huán)的外周面（滑動(dòng)面）由于伴隨與氣缸襯里的滑動(dòng)產(chǎn)生的發(fā)熱而與 氣缸襯里接合的現(xiàn)象。"耐燒結(jié)性"是指不易引起燒結(jié)的性質(zhì)。
[0003] 例如，作為提高熱噴涂涂膜的耐磨損性的方法，采用使作為熱噴涂涂膜中含有的 硬質(zhì)粒子的陶瓷成分增加的方法。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2007-314839號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2005-155711號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2012-046821號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開平3-172681號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明所要解決的問題
[0011] 但是，熱噴涂涂膜中的陶瓷成分增加時(shí)，存在與活塞環(huán)外周面滑動(dòng)的引擎的襯里 內(nèi)面的磨損量增大的問題。以下，將像引擎的襯里內(nèi)面這樣與活塞環(huán)的外周面滑動(dòng)的構(gòu)件 記作"對(duì)象材料"。
[0012] 本發(fā)明的目的在于提供具有優(yōu)良的耐磨損性并且能夠抑制對(duì)象材料的磨損的熱 噴涂涂膜、活塞環(huán)及上述活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的制造方法。
[0013] 用于解決問題的方法
[0014] 本發(fā)明的活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的一個(gè)方式為通過將粉末組合物熱噴涂到活塞環(huán) 基材的外周滑動(dòng)面上而得到的活塞環(huán)用熱噴涂涂膜，其中，粉末組合物含有鉬粒子、鎳鉻合 金粒子和碳化絡(luò)粒子，碳化絡(luò)粒子的中位粒徑為5~25ym。
[0015] 上述本發(fā)明中，可以通過等離子噴涂法將粉末組合物熱噴涂到活塞環(huán)基材的外周 滑動(dòng)面上。
[0016] 鉬粒子的中位粒徑可以為15~40ym，鎳鉻合金粒子的中位粒徑可以為10~ 35um〇
[0017] 以粉末組合物的總量為基準(zhǔn)，該粉末組合物可以含有40~60質(zhì)量％的鉬粒子，且 可以含有20~40質(zhì)量％的碳化鉻粒子。
[0018] 熱噴涂涂膜的孔隙率可以為1~10面積％。
[0019] 本發(fā)明的活塞環(huán)的一個(gè)方式具備活塞環(huán)基材和形成在該活塞環(huán)基材的外周滑動(dòng) 面上的上述本發(fā)明的活塞環(huán)用熱噴涂涂膜。
[0020] 本發(fā)明的活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的制造方法的一個(gè)方式具備將含有鉬粒子、鎳鉻合 金粒子和碳化鉻粒子的粉末組合物熱噴涂到活塞環(huán)基材的外周滑動(dòng)面上的工序，碳化鉻粒 子的中位粒徑為5~25ym。
[0021] 上述活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的制造方法中，可以通過等離子噴涂法將粉末組合物熱 噴涂到活塞環(huán)基材的外周滑動(dòng)面上。
[0022] 以上述粉末組合物的總量為基準(zhǔn)，該粉末組合物可以含有40~60質(zhì)量％的鉬粒 子，且可以含有20~40質(zhì)量％的碳化鉻粒子。
[0023] 發(fā)明效果
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有優(yōu)良的耐磨損性并且能夠抑制對(duì)象材料的磨損的活塞 環(huán)用熱噴涂涂膜、活塞環(huán)及上述活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的制造方法。
【附圖說明】
[0025] 圖1(a)是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的活塞環(huán)的立體圖，圖1 (b)是圖1(a)的活塞環(huán) 的I-I方向的截面圖。
[0026] 圖2是磨損量測(cè)定裝置的側(cè)面圖。
[0027]圖3是利用掃描電子顯微鏡對(duì)實(shí)施例1中得到的熱噴涂涂膜的與滑動(dòng)面垂直的截 面進(jìn)行拍攝而得到的圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本發(fā)明不限于下述 實(shí)施方式。
[0029] 圖1 (a)是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的活塞環(huán)的立體圖，圖1 (b)是圖1 (a)的活塞環(huán) 的I-I方向的截面圖。本實(shí)施方式的活塞環(huán)1具備活塞環(huán)基材2和形成在該活塞環(huán)基材2 的外周滑動(dòng)面上的活塞環(huán)用熱噴涂涂膜3?；钊h(huán)用熱噴涂涂膜3通過將下述粉末組合物 熱噴涂到活塞環(huán)基材2的外周滑動(dòng)面上來形成。以下，將活塞環(huán)用熱噴涂涂膜記作"熱噴涂 涂膜"。
[0030] (粉末組合物）
[0031] 上述粉末組合物含有鉬粒子、鎳鉻合金粒子和碳化鉻粒子。粉末組合物優(yōu)選僅由 鉬粒子、鎳鉻合金粒子和碳化鉻粒子構(gòu)成。
[0032] 碳化鉻粒子的中位粒徑為5~25ym。碳化鉻粒子的中位粒徑可以為9~24ym， 優(yōu)選為10~20ym。通過使碳化絡(luò)粒子的中位粒徑為5ym以上，與碳化絡(luò)粒子過小的情況 相比，碳化鉻容易在熱噴涂涂膜中與其他金屬成分纏繞，不易從熱噴涂涂膜的滑動(dòng)面脫落。 另外，通過使碳化鉻粒子的中位粒徑為25ym以下，碳化鉻不易從滑動(dòng)面突出，熱噴涂涂膜 的滑動(dòng)面變得光滑，因此，碳化鉻本身不易從滑動(dòng)面脫落。另外，也不易引起由于突出到熱 噴涂涂膜的滑動(dòng)面的碳化鉻而使對(duì)象材料的滑動(dòng)面受到磨損的現(xiàn)象。另外，通過使碳化鉻 粒子的中位粒徑為25ym以下，與碳化鉻粒子過大的情況相比，熱噴涂涂膜的組織內(nèi)的硬 度差減少。結(jié)果，熱噴涂涂膜的滑動(dòng)面中局部硬的部分（碳化鉻偏在的部分）變小，不易引 起由于碳化鉻而在對(duì)象材料的滑動(dòng)面上形成微細(xì)凹凸的現(xiàn)象。基于上述理由，本實(shí)施方式 的活塞環(huán)用熱噴涂涂膜的耐磨損性優(yōu)良，并且能夠抑制對(duì)象材料的滑動(dòng)面的磨損。需要說 明的是，粒子的中位粒徑是指在將粒徑具有分布的粒子群以某一粒徑作為界限而分為兩群 時(shí)粒徑大的群和粒徑小的群的粒子的數(shù)量相等的直徑。
[0033] 以粉末組合物總量為基準(zhǔn)，該粉末組合物可以含有40~60質(zhì)量％的鉬粒子，且含 有45~55質(zhì)量％。通過使粉末組合物含有鉬粒子，能夠得到耐磨損性和耐燒結(jié)性優(yōu)良、與 活塞環(huán)基材的密合性優(yōu)良的熱噴涂涂膜。粉末組合物中的鉬粒子的含有率為40質(zhì)量％以 上時(shí)，存在可以充分得到上述耐燒結(jié)性和密合性的效果的傾向。另外，粉末組合物中的鉬粒 子的含有率為60質(zhì)量％以下時(shí)，存在能夠調(diào)整碳化鉻粒子和鎳鉻合金粒子的含有率來確 保碳化鉻粒子和鎳鉻合金粒子的混合比例的傾向。
[0034] 鉬粒子的中位粒徑可以為15~40ym，優(yōu)選為25~35ym。鉬粒子的中位粒徑為 15ym以上時(shí)，存在鉬容易在熱噴涂涂膜中與其他金屬成分纏繞的傾向。另外，能夠在熱噴 涂時(shí)抑制煙霧的過度發(fā)生，熱噴涂涂膜與活塞環(huán)基材的膠粘力有提高的傾向。另外，粉末組 合物的流動(dòng)性提高，存在熱噴涂涂膜的形成變得容易的傾向。另一方面，鉬粒子的中位粒徑 為40ym以下時(shí)，在熱噴涂涂膜中形成微細(xì)的組織，有能夠降低對(duì)象材料的磨損的傾向。另 外，熱噴涂時(shí)的熔融變得容易，熱噴涂涂膜中的孔隙率有減少的傾向。
[0035] 鉬粒子可以為造粒燒結(jié)粒子。鉬造粒燒結(jié)粒子通過將小徑的鉬粉末造粒后進(jìn)行加 熱而使其燒結(jié)來得到。造粒中使用的鉬粉末的粒徑例如為1~3ym。
[0036] 以該粉末組合物總量為基準(zhǔn)，粉末組合物可以含有10~25質(zhì)量％的鎳鉻合金粒 子，優(yōu)選含有10~20質(zhì)量％。通過使粉末組合物含有鎳鉻合金粒子，能夠抑制碳化鉻由于 滑動(dòng)等而從熱噴涂涂膜脫落。粉末組合物中的鎳鉻合金粒子的含有率為10質(zhì)量％以上時(shí)， 有容易抑制構(gòu)成熱噴涂涂膜的成分、特別是碳化鉻的脫落的傾向。另外，粉末組合物中的鎳 鉻合金粒子的含有率為25質(zhì)量％以下時(shí)，耐燒結(jié)性有提高的傾向。
[0037] 鎳絡(luò)合金粒子的中位粒徑可以為10~35ym，優(yōu)選為15~30ym。鎳絡(luò)合金粒子 的中位粒徑為15ym以上時(shí)，有容易抑制構(gòu)成熱噴涂涂膜的成分、特別是碳化鉻的脫落的 傾向。另外，鎳鉻合金粒子的中位粒徑為35ym以下時(shí)，熱噴涂涂膜中的組織變得致密，容 易抑制構(gòu)成熱噴涂涂膜的成分的脫落，有能夠抑制對(duì)象材料的磨損的傾向。另外，熱噴涂涂 膜中的鎳鉻合金在滑動(dòng)面上細(xì)細(xì)地分散，對(duì)象材料的磨損有減少的傾向。
[0038] 以該粉末組合物總量為基準(zhǔn)，粉末組合物可以含有20~40質(zhì)量％的碳化鉻粒子， 優(yōu)選含有30~40質(zhì)量％。通過使粉末組合物含有碳化鉻粒子，能夠提高引擎內(nèi)等的熱噴涂 涂膜的耐磨損性。通過使粉末組合物含有20質(zhì)量％以上的碳化鉻粒子，有可以充分得到上 述耐磨損性的效果的傾向。另外，通過使粉末組合物含有40質(zhì)量％以下的碳化鉻粒子，熱 噴涂涂膜內(nèi)的粒子間的結(jié)合變得牢固，有能夠抑制熱噴涂涂膜表面的碳化鉻脫落的傾向。 碳化鉻發(fā)生脫落時(shí)，在脫落的碳化鉻存在于熱噴涂涂膜與對(duì)象材料的界面的狀態(tài)下，活塞 環(huán)與對(duì)象材料發(fā)生滑動(dòng)，因此，涂膜的磨損量和對(duì)象材料的磨損量均有增大的傾向。
[0039] 粉末組合物可以含有上述以外的其他成分。作為上述其他成分，可以列舉鎳鉻合 金以外的鎳合金、鈷合金、以及銅和銅合金等。作為上述鎳合金，可以列舉鎳基自溶性合金。 以粉末組合物總量作為基準(zhǔn)，粉末組合物中的上述其他成分的含有率為約1質(zhì)量％~約10 質(zhì)量％即可。其他成分的中位粒徑?jīng)]有特別限定。另外，上述粉末組合物有時(shí)不可避免地含 有上述以外的成分作為雜質(zhì)。上述雜質(zhì)的含有率只要低至不損害本發(fā)明效果的程度即可。
[0040](熱噴涂）
[0041] 將粉末組合物在熱噴涂裝置內(nèi)進(jìn)行加熱，以高速向活塞環(huán)基材的外周面噴射。作 為將粉末組合物噴射到活塞環(huán)基材的外周面上的方法，可以列舉氣體火焰噴涂法、等離子 噴涂法和高速火焰噴涂法（HVOF)等，優(yōu)選等離子噴涂法。
[0042] 在等離子噴涂法中，對(duì)熱噴涂裝置的陽極與陰極之間施加高電壓，由此使陽極與 陰極之間的氣體等離子化。等離子化后的氣體被加熱并進(jìn)一步膨脹，因此，以高溫且高速從 熱噴涂裝置中噴出，形成等離子射流。供給至熱噴涂裝置的粉末組合物在上述等離子射流 中被加熱并且被加速，向活塞環(huán)基材噴射。被加熱并且被加速的粒子的一部分粒子熔融，因 此，在碰撞到活塞環(huán)基材時(shí)，發(fā)生扁平化而以層狀堆積到活塞環(huán)基材的外周滑動(dòng)面上。然 后，以層狀堆積的粒子在活塞環(huán)基材上驟冷，形成熱噴涂涂膜。
[0043] 等離子噴涂法能夠比其他熱噴涂方法將供給的粉末組合物中的粒子加熱至高溫， 有促進(jìn)粉末組合物中的各粒子的熔融的傾向。因此，通過等離子噴涂得到的熱噴涂涂膜的 與滑動(dòng)面垂直的截面（與涂膜的厚度方向平行的截面）中，有形成堆積的鉬層、鎳鉻合金層 和碳化鉻層以波浪狀起伏且相互重合（褶曲）并且相互纏繞的組織的傾向。而且，通過在 熱噴涂涂膜的截面形成上述組織，滑動(dòng)后碳化鉻也保持在熱噴涂涂膜中，另外，滑動(dòng)后的熱 噴涂涂膜表面有變得平滑的傾向。因此，通過上述等離子噴涂得到的熱噴涂涂膜的耐磨損 性優(yōu)良，并且可以抑制對(duì)象材料的磨損。
[0044]為了得到耐磨損性優(yōu)良并且對(duì)象材料的磨損得到抑制的熱噴涂涂膜，從使氣體充 分等離子化的觀點(diǎn)出發(fā)，等離子噴涂的電流值（等離子氣體電流）為450~550A即可，電 力值為45~75kW即