活塞環用熱噴涂涂膜、活塞環及活塞環用熱噴涂涂膜的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及活塞環用熱噴涂涂膜、活塞環及活塞環用熱噴涂涂膜的制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著引擎的高輸出化等高性能化，引擎用的活塞環的使用環境越來越嚴 格，要求具有更優良的耐磨損性、耐燒結性的活塞環（參考下述專利文獻1~4)。特別是， 與氣缸襯里滑動的活塞環的外周面要求高的耐磨損性、耐燒結性等。為了應對這樣的要求， 通過熱噴涂法在活塞環的外周滑動面上形成附魔，對活塞環賦予高的耐磨損性、耐燒結性。 另外，"燒結"是指活塞環的外周面（滑動面）由于伴隨與氣缸襯里的滑動產生的發熱而與 氣缸襯里接合的現象。"耐燒結性"是指不易引起燒結的性質。
[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 硬質粒子的陶瓷成分增加的方法。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2007-314839號公報
[0007] 專利文獻2 :日本特開2005-155711號公報
[0008] 專利文獻3 :日本特開2012-046821號公報
[0009] 專利文獻4 :日本特開平3-172681號公報
【發明內容】
[0010] 發明所要解決的問題
[0011] 但是，熱噴涂涂膜中的陶瓷成分增加時，存在與活塞環外周面滑動的引擎的襯里 內面的磨損量增大的問題。以下，將像引擎的襯里內面這樣與活塞環的外周面滑動的構件 記作"對象材料"。
[0012] 本發明的目的在于提供具有優良的耐磨損性并且能夠抑制對象材料的磨損的熱 噴涂涂膜、活塞環及上述活塞環用熱噴涂涂膜的制造方法。
[0013] 用于解決問題的方法
[0014] 本發明的活塞環用熱噴涂涂膜的一個方式為通過將粉末組合物熱噴涂到活塞環 基材的外周滑動面上而得到的活塞環用熱噴涂涂膜，其中，粉末組合物含有鉬粒子、鎳鉻合 金粒子和碳化絡粒子，碳化絡粒子的中位粒徑為5~25ym。
[0015] 上述本發明中，可以通過等離子噴涂法將粉末組合物熱噴涂到活塞環基材的外周 滑動面上。
[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，該粉末組合物可以含有40~60質量％的鉬粒子，且 可以含有20~40質量％的碳化鉻粒子。
[0018] 熱噴涂涂膜的孔隙率可以為1~10面積％。
[0019] 本發明的活塞環的一個方式具備活塞環基材和形成在該活塞環基材的外周滑動 面上的上述本發明的活塞環用熱噴涂涂膜。
[0020] 本發明的活塞環用熱噴涂涂膜的制造方法的一個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基材的外周滑動面上的工序，碳化鉻粒 子的中位粒徑為5~25ym。
[0021] 上述活塞環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 噴涂到活塞環基材的外周滑動面上。
[0022] 以上述粉末組合物的總量為基準，該粉末組合物可以含有40~60質量％的鉬粒 子，且可以含有20~40質量％的碳化鉻粒子。
[0023] 發明效果
[0024] 根據本發明，能夠提供具有優良的耐磨損性并且能夠抑制對象材料的磨損的活塞 環用熱噴涂涂膜、活塞環及上述活塞環用熱噴涂涂膜的制造方法。
【附圖說明】
[0025] 圖1(a)是本發明的一個實施方式的活塞環的立體圖，圖1 (b)是圖1(a)的活塞環 的I-I方向的截面圖。
[0026] 圖2是磨損量測定裝置的側面圖。
[0027]圖3是利用掃描電子顯微鏡對實施例1中得到的熱噴涂涂膜的與滑動面垂直的截 面進行拍攝而得到的圖像。
【具體實施方式】
[0028] 以下，參考附圖對本發明的優選實施方式進行詳細說明。但是，本發明不限于下述 實施方式。
[0029] 圖1 (a)是本發明的一個實施方式的活塞環的立體圖，圖1 (b)是圖1 (a)的活塞環 的I-I方向的截面圖。本實施方式的活塞環1具備活塞環基材2和形成在該活塞環基材2 的外周滑動面上的活塞環用熱噴涂涂膜3。活塞環用熱噴涂涂膜3通過將下述粉末組合物 熱噴涂到活塞環基材2的外周滑動面上來形成。以下，將活塞環用熱噴涂涂膜記作"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。粉末組合物優選僅由 鉬粒子、鎳鉻合金粒子和碳化鉻粒子構成。
[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， 優選為10~20ym。通過使碳化絡粒子的中位粒徑為5ym以上，與碳化絡粒子過小的情況 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，碳化鉻不易從滑動面突出，熱噴涂涂膜 的滑動面變得光滑，因此，碳化鉻本身不易從滑動面脫落。另外，也不易引起由于突出到熱 噴涂涂膜的滑動面的碳化鉻而使對象材料的滑動面受到磨損的現象。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的硬 度差減少。結果，熱噴涂涂膜的滑動面中局部硬的部分（碳化鉻偏在的部分）變小，不易引 起由于碳化鉻而在對象材料的滑動面上形成微細凹凸的現象。基于上述理由，本實施方式 的活塞環用熱噴涂涂膜的耐磨損性優良，并且能夠抑制對象材料的滑動面的磨損。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 時粒徑大的群和粒徑小的群的粒子的數量相等的直徑。
[0033] 以粉末組合物總量為基準，該粉末組合物可以含有40~60質量％的鉬粒子，且含 有45~55質量％。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性優良、與 活塞環基材的密合性優良的熱噴涂涂膜。粉末組合物中的鉬粒子的含有率為40質量％以 上時，存在可以充分得到上述耐燒結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質量％以下時，存在能夠調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，優選為25~35ym。鉬粒子的中位粒徑為 15ym以上時，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 涂時抑制煙霧的過度發生，熱噴涂涂膜與活塞環基材的膠粘力有提高的傾向。另外，粉末組 合物的流動性提高，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，在熱噴涂涂膜中形成微細的組織，有能夠降低對象材料的磨損的傾向。另 外，熱噴涂時的熔融變得容易，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粒子。鉬造粒燒結粒子通過將小徑的鉬粉末造粒后進行加 熱而使其燒結來得到。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，粉末組合物可以含有10~25質量％的鎳鉻合金粒 子，優選含有10~20質量％。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質量％以上時， 有容易抑制構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質量％以下時，耐燒結性有提高的傾向。
[0037] 鎳絡合金粒子的中位粒徑可以為10~35ym，優選為15~30ym。鎳絡合金粒子 的中位粒徑為15ym以上時，有容易抑制構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，熱噴涂涂膜中的組織變得致密，容 易抑制構成熱噴涂涂膜的成分的脫落，有能夠抑制對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面上細細地分散，對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，粉末組合物可以含有20~40質量％的碳化鉻粒子， 優選含有30~40質量％。通過使粉末組合物含有碳化鉻粒子，能夠提高引擎內等的熱噴涂 涂膜的耐磨損性。通過使粉末組合物含有20質量％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質量％以下的碳化鉻粒子，熱 噴涂涂膜內的粒子間的結合變得牢固，有能夠抑制熱噴涂涂膜表面的碳化鉻脫落的傾向。 碳化鉻發生脫落時，在脫落的碳化鉻存在于熱噴涂涂膜與對象材料的界面的狀態下，活塞 環與對象材料發生滑動，因此，涂膜的磨損量和對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，粉末組合物中的上述其他成分的含有率為約1質量％~約10 質量％即可。其他成分的中位粒徑沒有特別限定。另外，上述粉末組合物有時不可避免地含 有上述以外的成分作為雜質。上述雜質的含有率只要低至不損害本發明效果的程度即可。
[0040](熱噴涂）
[0041] 將粉末組合物在熱噴涂裝置內進行加熱，以高速向活塞環基材的外周面噴射。作 為將粉末組合物噴射到活塞環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，優選等離子噴涂法。
[0042] 在等離子噴涂法中，對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，在碰撞到活塞環基材時，發生扁平化而以層狀堆積到活塞環基材的外周滑動面上。然 后，以層狀堆積的粒子在活塞環基材上驟冷，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，滑動后碳化鉻也保持在熱噴涂涂膜中，另外，滑動后的熱 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 性優良，并且可以抑制對象材料的磨損。
[0044]為了得到耐磨損性優良并且對象材料的磨損得到抑制的熱噴涂涂膜，從使氣體充 分等離子化的觀點出發，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