活塞环用热喷涂涂膜、活塞环及活塞环用热喷涂涂膜的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及活塞环用热喷涂涂膜、活塞环及活塞环用热喷涂涂膜的制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着引擎的高输出化等高性能化，引擎用的活塞环的使用环境越来越严 格，要求具有更优良的耐磨损性、耐烧结性的活塞环（参考下述专利文献1~4)。特别是， 与气缸衬里滑动的活塞环的外周面要求高的耐磨损性、耐烧结性等。为了应对这样的要求， 通过热喷涂法在活塞环的外周滑动面上形成附魔，对活塞环赋予高的耐磨损性、耐烧结性。 另外，"烧结"是指活塞环的外周面（滑动面）由于伴随与气缸衬里的滑动产生的发热而与 气缸衬里接合的现象。"耐烧结性"是指不易引起烧结的性质。
[0003] 例如，作为提高热喷涂涂膜的耐磨损性的方法，采用使作为热喷涂涂膜中含有的 硬质粒子的陶瓷成分增加的方法。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2007-314839号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开2005-155711号公报
[0008] 专利文献3 :日本特开2012-046821号公报
[0009] 专利文献4 :日本特开平3-172681号公报
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的问题
[0011] 但是，热喷涂涂膜中的陶瓷成分增加时，存在与活塞环外周面滑动的引擎的衬里 内面的磨损量增大的问题。以下，将像引擎的衬里内面这样与活塞环的外周面滑动的构件 记作"对象材料"。
[0012] 本发明的目的在于提供具有优良的耐磨损性并且能够抑制对象材料的磨损的热 喷涂涂膜、活塞环及上述活塞环用热喷涂涂膜的制造方法。
[0013] 用于解决问题的方法
[0014] 本发明的活塞环用热喷涂涂膜的一个方式为通过将粉末组合物热喷涂到活塞环 基材的外周滑动面上而得到的活塞环用热喷涂涂膜，其中，粉末组合物含有钼粒子、镍铬合 金粒子和碳化络粒子，碳化络粒子的中位粒径为5~25ym。
[0015] 上述本发明中，可以通过等离子喷涂法将粉末组合物热喷涂到活塞环基材的外周 滑动面上。
[0016] 钼粒子的中位粒径可以为15~40ym，镍铬合金粒子的中位粒径可以为10~ 35um〇
[0017] 以粉末组合物的总量为基准，该粉末组合物可以含有40~60质量％的钼粒子，且 可以含有20~40质量％的碳化铬粒子。
[0018] 热喷涂涂膜的孔隙率可以为1~10面积％。
[0019] 本发明的活塞环的一个方式具备活塞环基材和形成在该活塞环基材的外周滑动 面上的上述本发明的活塞环用热喷涂涂膜。
[0020] 本发明的活塞环用热喷涂涂膜的制造方法的一个方式具备将含有钼粒子、镍铬合 金粒子和碳化铬粒子的粉末组合物热喷涂到活塞环基材的外周滑动面上的工序，碳化铬粒 子的中位粒径为5~25ym。
[0021] 上述活塞环用热喷涂涂膜的制造方法中，可以通过等离子喷涂法将粉末组合物热 喷涂到活塞环基材的外周滑动面上。
[0022] 以上述粉末组合物的总量为基准，该粉末组合物可以含有40~60质量％的钼粒 子，且可以含有20~40质量％的碳化铬粒子。
[0023] 发明效果
[0024] 根据本发明，能够提供具有优良的耐磨损性并且能够抑制对象材料的磨损的活塞 环用热喷涂涂膜、活塞环及上述活塞环用热喷涂涂膜的制造方法。
【附图说明】
[0025] 图1(a)是本发明的一个实施方式的活塞环的立体图，图1 (b)是图1(a)的活塞环 的I-I方向的截面图。
[0026] 图2是磨损量测定装置的侧面图。
[0027]图3是利用扫描电子显微镜对实施例1中得到的热喷涂涂膜的与滑动面垂直的截 面进行拍摄而得到的图像。
【具体实施方式】
[0028] 以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。但是，本发明不限于下述 实施方式。
[0029] 图1 (a)是本发明的一个实施方式的活塞环的立体图，图1 (b)是图1 (a)的活塞环 的I-I方向的截面图。本实施方式的活塞环1具备活塞环基材2和形成在该活塞环基材2 的外周滑动面上的活塞环用热喷涂涂膜3。活塞环用热喷涂涂膜3通过将下述粉末组合物 热喷涂到活塞环基材2的外周滑动面上来形成。以下，将活塞环用热喷涂涂膜记作"热喷涂 涂膜"。
[0030] (粉末组合物）
[0031] 上述粉末组合物含有钼粒子、镍铬合金粒子和碳化铬粒子。粉末组合物优选仅由 钼粒子、镍铬合金粒子和碳化铬粒子构成。
[0032] 碳化铬粒子的中位粒径为5~25ym。碳化铬粒子的中位粒径可以为9~24ym， 优选为10~20ym。通过使碳化络粒子的中位粒径为5ym以上，与碳化络粒子过小的情况 相比，碳化铬容易在热喷涂涂膜中与其他金属成分缠绕，不易从热喷涂涂膜的滑动面脱落。 另外，通过使碳化铬粒子的中位粒径为25ym以下，碳化铬不易从滑动面突出，热喷涂涂膜 的滑动面变得光滑，因此，碳化铬本身不易从滑动面脱落。另外，也不易引起由于突出到热 喷涂涂膜的滑动面的碳化铬而使对象材料的滑动面受到磨损的现象。另外，通过使碳化铬 粒子的中位粒径为25ym以下，与碳化铬粒子过大的情况相比，热喷涂涂膜的组织内的硬 度差减少。结果，热喷涂涂膜的滑动面中局部硬的部分（碳化铬偏在的部分）变小，不易引 起由于碳化铬而在对象材料的滑动面上形成微细凹凸的现象。基于上述理由，本实施方式 的活塞环用热喷涂涂膜的耐磨损性优良，并且能够抑制对象材料的滑动面的磨损。需要说 明的是，粒子的中位粒径是指在将粒径具有分布的粒子群以某一粒径作为界限而分为两群 时粒径大的群和粒径小的群的粒子的数量相等的直径。
[0033] 以粉末组合物总量为基准，该粉末组合物可以含有40~60质量％的钼粒子，且含 有45~55质量％。通过使粉末组合物含有钼粒子，能够得到耐磨损性和耐烧结性优良、与 活塞环基材的密合性优良的热喷涂涂膜。粉末组合物中的钼粒子的含有率为40质量％以 上时，存在可以充分得到上述耐烧结性和密合性的效果的倾向。另外，粉末组合物中的钼粒 子的含有率为60质量％以下时，存在能够调整碳化铬粒子和镍铬合金粒子的含有率来确 保碳化铬粒子和镍铬合金粒子的混合比例的倾向。
[0034] 钼粒子的中位粒径可以为15~40ym，优选为25~35ym。钼粒子的中位粒径为 15ym以上时，存在钼容易在热喷涂涂膜中与其他金属成分缠绕的倾向。另外，能够在热喷 涂时抑制烟雾的过度发生，热喷涂涂膜与活塞环基材的胶粘力有提高的倾向。另外，粉末组 合物的流动性提高，存在热喷涂涂膜的形成变得容易的倾向。另一方面，钼粒子的中位粒径 为40ym以下时，在热喷涂涂膜中形成微细的组织，有能够降低对象材料的磨损的倾向。另 外，热喷涂时的熔融变得容易，热喷涂涂膜中的孔隙率有减少的倾向。
[0035] 钼粒子可以为造粒烧结粒子。钼造粒烧结粒子通过将小径的钼粉末造粒后进行加 热而使其烧结来得到。造粒中使用的钼粉末的粒径例如为1~3ym。
[0036] 以该粉末组合物总量为基准，粉末组合物可以含有10~25质量％的镍铬合金粒 子，优选含有10~20质量％。通过使粉末组合物含有镍铬合金粒子，能够抑制碳化铬由于 滑动等而从热喷涂涂膜脱落。粉末组合物中的镍铬合金粒子的含有率为10质量％以上时， 有容易抑制构成热喷涂涂膜的成分、特别是碳化铬的脱落的倾向。另外，粉末组合物中的镍 铬合金粒子的含有率为25质量％以下时，耐烧结性有提高的倾向。
[0037] 镍络合金粒子的中位粒径可以为10~35ym，优选为15~30ym。镍络合金粒子 的中位粒径为15ym以上时，有容易抑制构成热喷涂涂膜的成分、特别是碳化铬的脱落的 倾向。另外，镍铬合金粒子的中位粒径为35ym以下时，热喷涂涂膜中的组织变得致密，容 易抑制构成热喷涂涂膜的成分的脱落，有能够抑制对象材料的磨损的倾向。另外，热喷涂涂 膜中的镍铬合金在滑动面上细细地分散，对象材料的磨损有减少的倾向。
[0038] 以该粉末组合物总量为基准，粉末组合物可以含有20~40质量％的碳化铬粒子， 优选含有30~40质量％。通过使粉末组合物含有碳化铬粒子，能够提高引擎内等的热喷涂 涂膜的耐磨损性。通过使粉末组合物含有20质量％以上的碳化铬粒子，有可以充分得到上 述耐磨损性的效果的倾向。另外，通过使粉末组合物含有40质量％以下的碳化铬粒子，热 喷涂涂膜内的粒子间的结合变得牢固，有能够抑制热喷涂涂膜表面的碳化铬脱落的倾向。 碳化铬发生脱落时，在脱落的碳化铬存在于热喷涂涂膜与对象材料的界面的状态下，活塞 环与对象材料发生滑动，因此，涂膜的磨损量和对象材料的磨损量均有增大的倾向。
[0039] 粉末组合物可以含有上述以外的其他成分。作为上述其他成分，可以列举镍铬合 金以外的镍合金、钴合金、以及铜和铜合金等。作为上述镍合金，可以列举镍基自溶性合金。 以粉末组合物总量作为基准，粉末组合物中的上述其他成分的含有率为约1质量％~约10 质量％即可。其他成分的中位粒径没有特别限定。另外，上述粉末组合物有时不可避免地含 有上述以外的成分作为杂质。上述杂质的含有率只要低至不损害本发明效果的程度即可。
[0040](热喷涂）
[0041] 将粉末组合物在热喷涂装置内进行加热，以高速向活塞环基材的外周面喷射。作 为将粉末组合物喷射到活塞环基材的外周面上的方法，可以列举气体火焰喷涂法、等离子 喷涂法和高速火焰喷涂法（HVOF)等，优选等离子喷涂法。
[0042] 在等离子喷涂法中，对热喷涂装置的阳极与阴极之间施加高电压，由此使阳极与 阴极之间的气体等离子化。等离子化后的气体被加热并进一步膨胀，因此，以高温且高速从 热喷涂装置中喷出，形成等离子射流。供给至热喷涂装置的粉末组合物在上述等离子射流 中被加热并且被加速，向活塞环基材喷射。被加热并且被加速的粒子的一部分粒子熔融，因 此，在碰撞到活塞环基材时，发生扁平化而以层状堆积到活塞环基材的外周滑动面上。然 后，以层状堆积的粒子在活塞环基材上骤冷，形成热喷涂涂膜。
[0043] 等离子喷涂法能够比其他热喷涂方法将供给的粉末组合物中的粒子加热至高温， 有促进粉末组合物中的各粒子的熔融的倾向。因此，通过等离子喷涂得到的热喷涂涂膜的 与滑动面垂直的截面（与涂膜的厚度方向平行的截面）中，有形成堆积的钼层、镍铬合金层 和碳化铬层以波浪状起伏且相互重合（褶曲）并且相互缠绕的组织的倾向。而且，通过在 热喷涂涂膜的截面形成上述组织，滑动后碳化铬也保持在热喷涂涂膜中，另外，滑动后的热 喷涂涂膜表面有变得平滑的倾向。因此，通过上述等离子喷涂得到的热喷涂涂膜的耐磨损 性优良，并且可以抑制对象材料的磨损。
[0044]为了得到耐磨损性优良并且对象材料的磨损得到抑制的热喷涂涂膜，从使气体充 分等离子化的观点出发，等离子喷涂的电流值（等离子气体电流）为450~550A即可，电 力值为45~75kW即