[go: up one dir, main page]

JP2730571B2 - Sliding material and piston ring - Google Patents

Sliding material and piston ring

Info

Publication number
JP2730571B2
JP2730571B2 JP7141248A JP14124895A JP2730571B2 JP 2730571 B2 JP2730571 B2 JP 2730571B2 JP 7141248 A JP7141248 A JP 7141248A JP 14124895 A JP14124895 A JP 14124895A JP 2730571 B2 JP2730571 B2 JP 2730571B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
layer
sliding
piston ring
thickness
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP7141248A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08312779A (en
Inventor
寿郎 小室
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Riken Corp filed Critical Riken Corp
Priority to JP7141248A priority Critical patent/JP2730571B2/en
Publication of JPH08312779A publication Critical patent/JPH08312779A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2730571B2 publication Critical patent/JP2730571B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CrNを主成分とし耐
摩耗性および耐焼き付き性に優れたクロム−窒素系皮膜
を有する摺動材料及び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 sliding material and a piston ring having a chromium-nitrogen based coating containing CrN as a main component and having excellent wear resistance and seizure resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、例えばピストンリングなどの
自動車のエンジン部品、各種機械部品などの摺動部には
摺動特性に優れた皮膜を表面処理により形成した摺動部
品が使用されている。従来より行われている表面処理方
法には、窒化処理、クロムめっき処理、モリブデン溶射
処理などの方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, sliding parts having a film having excellent sliding characteristics formed by surface treatment have been used for sliding parts such as engine parts of automobiles such as piston rings and various mechanical parts. Conventional surface treatment methods include a nitriding treatment, a chromium plating treatment, and a molybdenum spraying treatment.

【0003】ピストンリングは、エンジンのシリンダラ
イナ内に往復自在に配置されたピストンのリング溝にそ
の外周面がシリンダライナ内周面に摺接関係となるよう
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厚さ制御、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
耐摩耗性、耐焼付性、耐熱性、保油性及びシリンダ側の
摩耗抑制などが高い次元で要求される。これらの要求に
応えるため上記の表面処理が施されている。
[0003] A piston ring is incorporated into a ring groove of a piston reciprocally disposed in a cylinder liner of an engine so that an outer peripheral surface thereof is in sliding contact with an inner peripheral surface of the cylinder liner. It functions to control the thickness of the lubricating oil film formed on the cylinder surface, and to cool the piston by transmitting combustion heat from the piston to the cylinder liner. Therefore, a high degree of wear resistance, seizure resistance, heat resistance, oil retention, and suppression of wear on the cylinder side are required as piston ring characteristics. The surface treatment described above is performed to meet these requirements.

【0004】ピストンリングのコーティングに関し、特
公平1−52471号及び特開昭62−120471号
は、PVD(Physical Vapor Deposition )法により、
摺動面に金属窒化物や金属炭化物等の皮膜を形成するこ
とを開示している。この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エンジンへの適合性が良い
ということで注目されている。
[0004] Regarding the coating of the piston ring, Japanese Patent Publication No. 1-52471 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-120471 disclose a PVD (Physical Vapor Deposition) method.
It discloses that a film such as a metal nitride or a metal carbide is formed on a sliding surface. The metal nitride and metal carbide films exhibit excellent wear resistance and seizure resistance. Titanium nitride, chromium nitride, and the like have attracted attention because of their good compatibility with engines.

【0005】しかし、現在では摺動部材の使用条件がさ
らに過酷になり、これら窒化チタンや窒化クロムを用い
ても、摺動特性が充分とは言えない状況が生じている。
特に摺動運動に加え摺動面の法線方向の振動運動が相乗
し、摺動部材と相手材の接触面が離れ次に再び接触が起
こるときに打撃が生じる場合、または摺動運動において
法線方向の荷重が変動する場合など摺動条件が厳しい使
用条件下では、イオンプレーティングによる窒化クロム
皮膜をはじめとする硬質皮膜において欠け状剥離が発生
し、摺動材料の寿命を短くすることがある。また使用温
度が高かったり、接触荷重が大きく摺動部分に潤滑油膜
が形成されにくい場合など潤滑条件が厳しい使用条件下
でも同様な硬質皮膜の欠け状剥離が観察される。そこで
現状の表面処理皮膜よりも耐剥離性にすぐれたセラミッ
クスコーティング皮膜を被覆した摺動材料が望まれてい
る。
However, at present, the conditions of use of the sliding member have become more severe, and even with the use of titanium nitride or chromium nitride, a situation has arisen in which the sliding characteristics cannot be said to be sufficient.
In particular, when the vibration motion in the normal direction of the sliding surface in addition to the sliding motion is synergistic, and the contact surface between the sliding member and the counterpart material is separated and the contact occurs again, or when the striking motion occurs, Under severe operating conditions, such as when the load in the line direction fluctuates, chipping occurs in hard coatings such as chromium nitride coatings by ion plating, which can shorten the life of sliding materials. is there. Further, similar chipping of the hard film is observed even under severe lubricating conditions such as when the operating temperature is high or the lubricating oil film is hardly formed on the sliding portion due to a large contact load. Therefore, a sliding material coated with a ceramic coating film having better peel resistance than the current surface treatment film is desired.

【0006】又、ピストンリングにコーティングされた
イオンプレーティング皮膜はピストンリングの外周皮膜
表面にピッチング疲労が原因と考えられる欠け状の剥離
が生じる問題がある。
[0006] Further, the ion plating film coated on the piston ring has a problem that chipped peeling which is considered to be caused by pitting fatigue occurs on the outer peripheral film surface of the piston ring.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点に鑑
みてなされたもので、厳しい使用条件下でも欠け状剥離
が発生せず、同時に充分な耐焼き付き性、耐摩耗性を有
するクロム窒化物皮膜を被覆した摺動材料及びピストン
リングを提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and does not cause chipped peeling even under severe use conditions and at the same time has sufficient seizure resistance and abrasion resistance. It is an object of the present invention to provide a sliding material and a piston ring coated with an object film.

【0008】本発明者らは、従来のCrNを主成分とす
る皮膜の破断面組織と皮膜の欠け状剥離性の関係につき
研究し、その結果、従来の破断面組織は平滑状であり、
平滑状組織は上記性質に優れないことを見出した。さら
に、従来のCrNを主成分とする皮膜は真密度に形成す
ることを第一義に考えていたので、空孔率はほぼゼロで
あった。かかる皮膜は硬さや耐焼付性は優れているが、
欠け状剥離に対しては弱いことを見出した。
The present inventors have studied the relationship between the fracture surface structure of a conventional CrN-based film and the chipping-off property of the film. As a result, the conventional fracture surface structure is smooth,
It has been found that the smooth texture is not excellent in the above properties. Furthermore, since it was considered primarily to form a conventional film containing CrN as a main component at a true density, the porosity was almost zero. Such a film has excellent hardness and seizure resistance,
It was found that it was weak against chipped peeling.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段とその作用】上記問題に鑑
み、鋭意研究の結果、本発明者は、PVD法によりクロ
ム及び窒素を混合した気相を基材に接触させ、基材の表
面上にCrNを主成分とした窒化クロム系皮膜を形成す
る際、皮膜破断面の結晶が基材表面から皮膜表面に向か
って柱状の形態とすることができ、この柱状形態の層と
破断面が柱状でなく平滑状形態を有する従来からの層を
交互に積層するか、あるいは空孔率を1.5〜20体積
%に限定した層と、ほぼ真密度を有する従来からの層と
を交互に積層することにより、耐摩耗性、耐焼き付き性
に優れさらに欠け状剥離が発生しにくい摺動材料及びピ
ストンリングが得られることを見出し、本発明を完成し
た。
Means for Solving the Problems and Actions In view of the above problems, as a result of earnest studies, the present inventors have brought a gas phase in which chromium and nitrogen are mixed into contact with a substrate by a PVD method, and When a chromium nitride-based coating containing CrN as a main component is formed on a substrate, the crystal of the fracture surface of the film can be columnar from the substrate surface to the surface of the film, and the columnar layer and the fracture surface are columnar. Instead, conventional layers having a smooth morphology are alternately laminated, or a layer having a porosity limited to 1.5 to 20% by volume and a conventional layer having almost true density are alternately laminated. By doing so, the present inventors have found that a sliding material and a piston ring which are excellent in wear resistance and seizure resistance and in which chipped peeling is less likely to be obtained can be obtained, and have completed the present invention.

【0010】すなわち、本発明の摺動材料は、少なくと
もCrNを含有する窒化クロム系皮膜を基材に被覆して
なる摺動材料であって、前記窒化クロム系皮膜が、皮膜
破断面の結晶が基材表面から皮膜表面の方向に向かう柱
状層と皮膜破断面の結晶が平滑状層を基材に交互に積層
させて被覆していることを特徴とする第1の摺動材料
と、少なくともCrNを含有する窒化クロム系皮膜を基
材に被覆してなる摺動材料であって、前記皮膜が、空孔
率0〜0.5体積%以下の層と、空孔率が1.5%から
20体積%の層を基材に交互に積層させて被覆している
ことを特徴とする第2の摺動材料に関する。
That is, the sliding material of the present invention is a sliding material in which a chromium nitride-based coating containing at least CrN is coated on a substrate, wherein the chromium nitride-based coating has a crystal having a fracture surface of the coating. A first sliding material comprising a columnar layer extending from the surface of the substrate toward the surface of the film and a crystal having a fracture surface of the film, wherein a smooth layer is alternately laminated and coated on the substrate; A chromium nitride-based coating containing a base material, wherein the coating has a porosity of 0 to 0.5% by volume or less, and a porosity of 1.5% or less. The present invention relates to a second sliding material, wherein a 20% by volume layer is alternately laminated on a base material and coated.

【0011】同じく、本発明は少なくとも外周摺動面
に、皮膜破断面結晶が柱状なる形態を有する窒化クロム
層と皮膜破断面が柱状形態でなく平滑状を有する窒化ク
ロム層を交互に積層して総厚さが1〜80μmの皮膜を
形成してなることを特徴とする第1のピストンリング、
及び空孔率1.5〜20体積%である窒化クロム層と皮
膜空孔率が0.5体積%以下のほぼ真密度を有する窒化
クロム皮膜を交互に積層して総厚さが1〜80μmの皮
膜を形成してなることを特徴とする第2のピストンリン
グに関する。
[0011] Similarly, the present invention comprises alternately laminating at least on the outer peripheral sliding surface a chromium nitride layer having a crystal form having a columnar fracture surface and a chromium nitride layer having a smooth fracture structure instead of a columnar form. A first piston ring, which is formed by forming a film having a total thickness of 1 to 80 µm;
And a chromium nitride layer having a porosity of 1.5 to 20% by volume and a chromium nitride film having a porosity of approximately 0.5% by volume or less and having a substantially true density are alternately laminated to form a total thickness of 1 to 80 μm. The present invention relates to a second piston ring formed by forming a film of (1).

【0012】以下、先ず本発明に係る摺動材料の構成を
説明する。皮膜を被覆する基材は、鉄系材料、アルミ系
材料、及びチタン系材料等の中から用途により適宜選択
する。以下詳しく説明するPVD法は、CVD(Chemic
alVapor Deposition )法などに比べ低温処理に類する
が、蒸着現象による入熱は避けられないので、できれば
耐熱性のある鉄系材料及びチタン材料を基材として使用
することが好ましい。
Hereinafter, the structure of the sliding material according to the present invention will be described first. The substrate to be coated with the film is appropriately selected from iron-based materials, aluminum-based materials, titanium-based materials, and the like according to the application. The PVD method described in detail below is based on the CVD (Chemic
Although it is similar to low-temperature treatment as compared with the alVapor deposition method or the like, heat input due to the vapor deposition phenomenon is inevitable. Therefore, it is preferable to use a heat-resistant iron-based material or titanium material as a base material if possible.

【0013】本発明に係る第1の摺動材料における窒化
クロム系皮膜は、少なくともCrNを主成分としてお
り、その他にCr2 N、固溶Cr、N等の窒化クロム構
成化合物、原子を含むことがある。またCrN結晶構造
を保つ範囲において、酸素、炭素、水素等PVD雰囲気
から混入されることがある元素が窒素クロム系皮膜に含
まれていてもよい。また、この窒化クロム系皮膜は破断
面の結晶が基材表面から皮膜表面に向かう柱状を呈する
層と皮膜破断面が柱状でない平滑状を呈する層を交互に
積層させた形態を有する。ここで、結晶形態は摺動材料
皮膜の破断面を倍率が400〜10000倍程度の光学
顕微鏡もしくは電子顕微鏡で観察して得られる像により
識別するものとする。また、「平滑」とは柱状などの皮
膜成長上の異方性が認められないことであり、より大き
い倍率では粒状組織が観察されることを除外する意味で
はない。破断は皮膜の結晶形態に影響を与えないよう
に、基材側に刻み目、溝、切り欠き等を形成し、基材側
から溝等を拡大もしくは縮小するようにして皮膜を破壊
するものとする。本発明が特徴とする柱状破断面結晶形
態は、ピッチングによると考えられる欠け状剥離が発生
しにくく、また平滑状破断面結晶形態は、耐焼き付き性
が優れる。このように対照的性質をもつ層を組み合わせ
て積層することにより本材料は欠け状剥離が発生しにく
く、かつ耐スカッフ性に優れる。
The chromium nitride coating in the first sliding material according to the present invention contains at least CrN as a main component, and further contains chromium nitride constituent compounds such as Cr 2 N, solid solution Cr and N, and atoms. There is. Elements that may be mixed from the PVD atmosphere, such as oxygen, carbon, and hydrogen, may be included in the nitrogen chromium-based coating as long as the CrN crystal structure is maintained. The chromium nitride-based coating has a form in which a layer having a columnar structure in which the crystal of the fracture surface is directed from the surface of the base material to the surface of the substrate and a layer having a smooth shape in which the film fracture surface is not columnar are alternately laminated. Here, the crystal form is identified by an image obtained by observing the fracture surface of the sliding material film with an optical microscope or an electron microscope having a magnification of about 400 to 10,000 times. Further, “smooth” means that no anisotropy in film growth such as columnar shape is observed, and does not exclude that a granular structure is observed at a higher magnification. To prevent the fracture from affecting the crystal morphology of the film, the notch, groove, notch, etc. should be formed on the substrate side, and the film should be destroyed by expanding or reducing the groove, etc. from the substrate side. . The columnar fracture surface crystal morphology which is a feature of the present invention hardly generates chipped separation which is considered to be caused by pitting, and the smooth fracture surface crystal morphology has excellent seizure resistance. By laminating layers having contrasting properties in this manner, the present material is less likely to cause chipped peeling and has excellent scuff resistance.

【0014】この理由は次のように考えられる。柱状破
断面結晶は欠け剥離には耐えるが、スカッフによる摩耗
が起こると大きく摩耗して、その下の平滑破断面結晶層
が露出してスカッフによる焼付に耐える。逆に平滑破断
面結晶層がピッチングにより欠けると、欠けた部分で露
出した柱状破断面結晶層が欠け状剥離のさらなる進行を
阻止する。摺動条件はある摺動時点ではスカッフ摩耗も
しくはピッチンング摩耗のいずれか一方が支配的であ
り、この条件は長期に保たれることもありまた摺動材料
のなじみ、摩耗、潤滑条件の変化により一方から他方に
変化することもある。本発明によると、いずれかの層の
欠点を他の層が補うことにより優れた摺動特性が得られ
る。また、摺動条件がスカッフ摩耗が支配的であり、摺
動材料表面に露出した層が平滑破断面結晶層である場合
はこの層が安定して摩耗に耐えることは言うまでもな
い。
The reason is considered as follows. The columnar fracture surface crystal can withstand chipping and peeling. However, when scuff wear occurs, it is greatly worn, and the underlying smooth fracture surface crystal layer is exposed to withstand scuffing seizure. Conversely, when the smooth fracture surface crystal layer is chipped by pitting, the columnar fracture surface crystal layer exposed at the chipped portion prevents further progress of chipped separation. At a certain sliding point, one of scuff wear and pitching wear is predominant, and this condition may be maintained for a long period of time. From one to the other. According to the present invention, excellent sliding characteristics can be obtained by compensating for the defect of one of the layers by the other layer. In addition, scuff wear is dominant in the sliding conditions, and when the layer exposed on the surface of the sliding material is a crystal layer having a smooth fracture surface, it goes without saying that this layer stably withstands wear.

【0015】また窒化クロム系皮膜は、緻密性が高くな
ると耐スカッフ性及び耐摩耗性に優れる一方皮膜が脆く
なり、欠け状剥離が発生しやすくなる。CrNの理論密
度は6.14g/cm3 であるが、特に優れた耐スカッ
フ性及び耐摩耗性を維持するためには空孔率を0〜0.
5体積%にすることが必要である。一方欠け状剥離を防
止するためには、皮膜の緻密性を低下させ、空孔率を
1.5体積%(以下単に「%」と記す)以上とすること
が必要である。その際、皮膜空孔率をあまり高くする
と、硬さが低下し、耐摩耗性が劣化する。従って、皮膜
空孔率の上限を20%とすることが必要である。本発明
に係る第2の摺動材料に施された皮膜は、空孔率が0.
5体積%以下の皮膜と、空孔率が1.5体積%から20
体積%の皮膜を交互に積層させた形態を有しているこの
ように空孔率が異なる層を組合わせると欠け状剥離が発
生しにくくかつ耐スカッフ性に優れる。この理由は次の
ように考えられる。
When the chromium nitride-based film has a high density, the film has excellent scuffing resistance and abrasion resistance, but the film becomes brittle and chipped peeling is likely to occur. The theoretical density of CrN is 6.14 g / cm 3 , but in order to maintain particularly excellent scuff resistance and wear resistance, the porosity should be 0 to 0.1%.
It is necessary to be 5% by volume. On the other hand, in order to prevent chipping peeling, it is necessary to reduce the denseness of the film and to increase the porosity to 1.5% by volume (hereinafter simply referred to as “%”) or more. At this time, if the porosity of the film is too high, the hardness decreases and the wear resistance deteriorates. Therefore, it is necessary to set the upper limit of the coating porosity to 20%. The coating applied to the second sliding material according to the present invention has a porosity of 0.1.
5% by volume or less film and porosity of 1.5% by volume to 20%
When such layers having different porosity are formed by alternately laminating the coatings of volume%, chipping-like separation hardly occurs and scuff resistance is excellent. The reason is considered as follows.

【0016】摺動条件がスカッフィング及び摩耗が支配
的な条件(イ)から欠け状剥離が支配的な条件(ロ)へ
又は逆に時間的に変化する場合に、低空孔率層は条件
(イ)では摩耗が少ないが、条件(イ)→(ロ)の変化
の際に欠け状剥離により摩耗し、その下の高空孔率層が
露出するので、欠け状剥離はさらに進行しない。逆に低
空孔率層は条件(ロ)では容易に剥離して、条件(ロ)
に強い高空孔率層が露出して、剥離の進行が阻止され
る。このように条件(イ)又は(ロ)の何れかに対して
弱い層は容易に一部又は全部が相手材に摩耗せしめら
れ、当該条件に強い下層が露出されて相手材と摺接す
る。
When the sliding condition changes from the condition (a) in which scuffing and abrasion dominates to the condition (b) in which chipping is dominant, or vice versa, the low porosity layer has a condition (a). In (2), the abrasion is small, but when the condition (a) changes to (b), the abrasion occurs due to chipping and the underlying high porosity layer is exposed, so that chipping does not further progress. Conversely, the low porosity layer easily peels off under the condition (b), and the condition (b)
The high porosity layer, which is highly resistant, is exposed, and the progress of peeling is prevented. As described above, a part or all of the layer which is weak to either the condition (a) or (b) is easily worn by the mating material, and the lower layer which is strong under the condition is exposed and comes into sliding contact with the mating material.

【0017】本発明の第1及び第2摺動材料で積層させ
ている一層当りの厚さは、0.1〜10.0μmである
ことが好ましく、特に0.5〜5.0μmが好ましい。
一層当りの厚さが0.1μm以下では、各層が特長とす
る性質、例えば破断面が平滑な層の耐スカッフ性、が充
分発揮されないし、積層数が多くなり本材料を形成する
ことが煩雑になる。一方一層当りの厚さが10μmを超
える場合、積層数が少なく本材料の最外周層の効果しか
発揮できず、積層により互いの弱点を補う効果が望めな
い。
The thickness of one layer of the first and second sliding materials of the present invention is preferably 0.1 to 10.0 μm, and more preferably 0.5 to 5.0 μm.
If the thickness per layer is 0.1 μm or less, the characteristics characteristic of each layer, for example, the scuff resistance of a layer having a smooth fractured surface, are not sufficiently exhibited, and the number of laminated layers increases, making it difficult to form this material. become. On the other hand, when the thickness per layer exceeds 10 μm, the number of laminations is small and only the effect of the outermost layer of the present material can be exerted, and the effect of compensating for each other's weakness by lamination cannot be expected.

【0018】本発明の第1及び第2摺動材料における二
種類の皮膜の積層比すなわち、破断面形態が柱状でなく
平滑状である層または空孔率が0.5%以下の層厚さの
総計(B)に対する、破面形態が柱状である層または空
孔率が1.5〜20%の層の厚さの総計(A)の比(A
/B)は0.2〜10が好ましい。その積層比が0.2
以下では積層効果が少なく皮膜の欠け状剥離が生じやす
い。またその積層比が10以上では皮膜の緻密性が低く
耐スカッフ性、耐摩耗性に劣る。
The lamination ratio of the two types of coatings in the first and second sliding materials of the present invention, ie, a layer whose fracture surface is not columnar but smooth or a layer whose porosity is 0.5% or less Ratio of the total thickness (A) of the layer having a columnar fracture surface or the layer having a porosity of 1.5 to 20% to the total (B)
/ B) is preferably from 0.2 to 10. The lamination ratio is 0.2
Below, the laminating effect is small and chipping-like peeling of the film is likely to occur. When the lamination ratio is 10 or more, the denseness of the film is low and the scuff resistance and the wear resistance are poor.

【0019】本発明の第1及び第2摺動材料における皮
膜硬さは、それぞれの皮膜の空孔率、結晶形態及び積層
比等による影響を受ける。一般的に、空孔率がゼロであ
り真密度のCrN皮膜の硬さはHmV1500〜200
0程度であるのに対し、本発明の摺動材料における皮膜
の硬さは、表面から測定してHmVで約600から15
00程度である。
The film hardness of the first and second sliding materials of the present invention is affected by the porosity, crystal form, lamination ratio and the like of each film. Generally, the hardness of a CrN film having a porosity of zero and a true density is HmV 1500-200.
On the other hand, the hardness of the coating in the sliding material of the present invention is about 600 to 15 in HmV as measured from the surface.
It is about 00.

【0020】本発明の第1及び第2摺動材料における皮
膜の全体の厚みは1〜80μmであることが好ましい。
特に好ましくは20〜60μmである。皮膜の厚みが1
μm未満の場合、摩耗により皮膜の寿命が短く、一方、
皮膜全体の厚みが80μmを超える場合皮膜が剥離した
り、皮膜に亀裂が生じたりして、基材との密着力が低下
する。また必要以上に皮膜を厚くすることは経済上好ま
しくない。
The total thickness of the coating in the first and second sliding materials of the present invention is preferably 1 to 80 μm.
Particularly preferably, it is 20 to 60 μm. The film thickness is 1
If it is less than μm, the life of the film is short due to abrasion,
When the thickness of the entire coating exceeds 80 μm, the coating peels off or cracks occur in the coating, and the adhesion to the substrate is reduced. It is not economically preferable to make the film thicker than necessary.

【0021】本発明の皮膜においては、PVD法により
クロム及び窒素を混合した気相と基材とを接触させる。
PVD法は、皮膜を形成する技術の一種であり、基本的
には蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングの三
法に分類できる。特に、本発明においては、クロムの蒸
気物質を窒素と反応させて窒化クロムの皮膜を基材上に
堆積させる反応性イオンプレーティング法が最も好まし
い。
In the film of the present invention, a gas phase in which chromium and nitrogen are mixed is brought into contact with a substrate by a PVD method.
The PVD method is a kind of technology for forming a film, and can be basically classified into three methods of vapor deposition, sputtering, and ion plating. Particularly, in the present invention, a reactive ion plating method in which a chromium nitride film is deposited on a substrate by reacting a chromium vapor substance with nitrogen is most preferable.

【0022】クロムの蒸気は、HCDガンや電子ビーム
などの高エネルギービームをクロムに照射し、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
からクロム粒子を飛出させることにより、クロム蒸気を
得てもよい。そのクロム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、クロムはイオン化し、窒素イ
オンと化合し窒化クロムを生成する。その結果、基材表
面に窒化クロムの皮膜が形成される。
The chromium vapor is obtained by irradiating chromium with a high energy beam such as an HCD gun or an electron beam and evaporating it. Alternatively, chromium vapor may be obtained by ejecting chromium particles from the cathode, as in a cathodic arc plasma ion plating method and a sputtering method. When plasma is generated in a gas phase in which nitrogen is mixed with the chromium vapor, chromium is ionized and combined with nitrogen ions to generate chromium nitride. As a result, a chromium nitride film is formed on the substrate surface.

【0023】以下においては、イオンプレーティング法
を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されな
い。まず、基材を洗浄し、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
バー内に装入する。チャンバー内圧力が、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
より加熱して基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。
Hereinafter, the ion plating method will be described as an example, but the present invention is not limited to this. First, wash the substrate, remove dirt attached to the surface,
It is sufficiently cleaned and charged into a vacuum chamber of an ion plating apparatus. The pressure in the chamber is 1.3 × 10
After evacuating to -3 to 5 × 10 -3 Pa,
The gas contained in the substrate is released by heating with a heater built in the ion plating apparatus. The heating temperature is preferably from 300 to 500C. Then 100 ~
Cool to 400 ° C.

【0024】チャンバー内圧力が4×10-3Pa以下に
なった時点でターゲットであるクロムを陰極として、そ
の表面でアーク放電を発生させクロムイオンを飛び出さ
せる。この際、基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板表面に高エネルギ
ーで衝突させる方法、いわゆるボンバードクリーニング
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〜−900Vとするのが
好ましい。
When the pressure in the chamber becomes 4 × 10 −3 Pa or less, chromium as a target is used as a cathode, and an arc discharge is generated on the surface to cause chromium ions to fly out. At this time, a bias voltage is applied to the base material,
A method of colliding metal ions ejected from the cathode with high energy on the substrate surface, that is, so-called bombard cleaning, performs oxide removal and activation treatment of the substrate surface. It is preferable that the bias voltage at that time be -700 to -900V.

【0025】その後バイアス電圧を低下させ、クロムイ
オンを基材表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て、窒素をイオン化
する。この際、窒素分圧を1.3×10-1〜13.3P
a程度にして、バイアス電圧を0〜−100V印加して
基材表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、摺動材料をチャンバーから取り出す。
Thereafter, the bias voltage is lowered, and nitrogen gas is introduced into the chamber while depositing chromium ions on the surface of the base material, and is passed through the plasma to ionize nitrogen. At this time, the nitrogen partial pressure was set to 1.3 × 10 −1 to 13.3 P
At about a, a bias voltage of 0 to -100 V is applied to form an ion plating film on the substrate surface. After the film is formed, the sliding material is cooled down to 200 ° C. or lower in a vacuum chamber, and then the sliding material is taken out of the chamber.

【0026】本発明が特徴とする皮膜の空孔率及び破断
面結晶形態は、コーティング中の雰囲気圧力またはバイ
アス電圧を調整することにより制御でき、あらかじめ定
めた二種類のコーティング条件をそれぞれ所定時間毎に
繰り返すことにより、皮膜破断面結晶が柱状の形態を有
する柱状層もしくは所定の空孔率を有する層と、破断面
が柱状でなく平滑な層もしくは真密度に近い低空孔率層
とを交互に積層した窒化クロム系皮膜を摺動材料の摺動
面に形成することができる。
The porosity and the crystal morphology of the fracture surface of the film, which are characteristic of the present invention, can be controlled by adjusting the atmospheric pressure or the bias voltage during the coating. By repeating the process, a columnar layer or a layer having a predetermined porosity in which the fracture surface of the film has a columnar shape, and a layer having a fractured surface that is not columnar but smooth or a low porosity layer close to the true density are alternately formed. The laminated chromium nitride coating can be formed on the sliding surface of the sliding material.

【0027】以上説明した本発明の工程中、窒素ガスの
導入前にイオンプレーティングを行うと基材にクロム金
属の下地層が形成される。このクロム金属の下地層は、
熱膨張率が基材に近く、熱応力の影響を受けにくいた
め、密着性は良好で柔軟性に富む。クロム金属の下地層
は0.1〜2μmの厚さに形成するのが好ましい。0.
1μm未満では密着性向上の効果が薄く、0.1〜2μ
mの厚さで充分な効果を示す。また2μmを超えてもそ
れ以上の効果を得ることはできず、また経済上も好まし
くない。このように皮膜と基材との間に、密着性及び柔
軟性に富む下地層を形成することは皮膜の剥離防止に効
果がある。
If ion plating is performed before the introduction of nitrogen gas during the process of the present invention described above, an underlayer of chromium metal is formed on the substrate. This underlayer of chromium metal
Since the coefficient of thermal expansion is close to that of the substrate and is not easily affected by thermal stress, the adhesiveness is good and the flexibility is high. The chromium metal base layer is preferably formed to a thickness of 0.1 to 2 μm. 0.
If the thickness is less than 1 μm, the effect of improving the adhesion is weak, and 0.1 to 2 μm.
A sufficient effect is shown with a thickness of m. Further, if it exceeds 2 μm, no further effect can be obtained, and it is not economically preferable. Forming an underlayer with high adhesion and flexibility between the film and the substrate in this manner is effective in preventing the film from peeling.

【0028】摺動材料の説明に続いてピストンリングの
説明を行う。本発明のピストンリングの構成は摺動材料
に関する上記説明とほとんど同じであるために、重複記
載を避けるためにピストンリングに特有な点のみを説明
する。
Following the description of the sliding material, the piston ring will be described. Since the configuration of the piston ring of the present invention is almost the same as the above description regarding the sliding material, only the features unique to the piston ring will be described to avoid redundant description.

【0029】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。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。ピストンリング本体は従来公知のいかなる形式でも
よく、その材料は13Cr及び17Crステンレス鋼、
バネ鋼、工具鋼、鋳鉄等の鉄系材料、及びこれらの材料
に窒化処理やクロムめっきを施したものを使用すること
ができる。ピストンリングの皮膜総厚さは、初期なじみ
における摩耗で表面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必要がある。
一方、必要以上に膜厚を厚くすると経済上好ましくな
く、膜厚が60μmを超えると皮膜には亀裂が入りやす
く密着力が低下するので、60μm以下とすることが望
ましい。しかし、耐摩耗性、耐久性を特に必要とする用
途の場合には80μmまでの皮膜を形成することが可能
である。
FIG. 1 shows a piston ring 1 according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a formed film 2A. The surface on which the film is formed is essentially the outer peripheral sliding surface 2 of the piston ring, but may be formed on any other portion, such as the inner peripheral surface 3 or the upper and lower surfaces 4. FIG. 2 is a sectional view showing a part of a state in which a piston 5 equipped with the piston ring 1 according to the present invention is incorporated in a cylinder liner 6. The piston ring body may be of any type known in the art, the material of which is 13Cr and 17Cr stainless steel,
Iron-based materials such as spring steel, tool steel, cast iron, and the like, and those obtained by subjecting these materials to nitriding treatment or chromium plating can be used. The total thickness of the piston ring coating is 1 μm considering the possibility of the surface disappearing due to wear during initial run-in.
As described above, it is necessary to leave the film after the initial adaptation.
On the other hand, if the film thickness is unnecessarily large, it is not economically preferable. If the film thickness exceeds 60 μm, the film is easily cracked and the adhesive strength is reduced. However, in the case of an application that particularly requires wear resistance and durability, it is possible to form a film up to 80 μm.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明を具体的実施例によりさらに詳
細に説明する。 (実施例1)本実施例では、材質がSUS440材の基
材に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PVD処理を行い、皮膜の基礎的物性を調べた。
先ず、基材は炭化水素系溶剤で洗浄し、イオンプレーテ
ィング装置の真空チャンバー内に装入した。チャンバー
内圧力が1.3×10-3Pa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300〜500℃で加熱して基材の内在ガ
スを放出させ、その後200℃まで冷却した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. (Example 1) In this example, a base material made of SUS440 was subjected to PVD treatment using a cathodic arc plasma type ion plating apparatus, and the basic physical properties of the film were examined.
First, the base material was washed with a hydrocarbon-based solvent, and charged in a vacuum chamber of an ion plating apparatus. After evacuation was performed until the pressure in the chamber reached 1.3 × 10 −3 Pa, the gas contained in the base material was released by heating at 300 to 500 ° C. by a heater built in the ion plating apparatus, Then, it cooled to 200 degreeC.

【0031】チャンバー内圧力が4×10-3Pa以下に
なった時点で基材にバイアス電圧を−800V印加して
おき、アーク放電を発生させクロム源からクロムイオン
を飛び出させる。その後チャンバー内に導入した窒素ガ
ス分圧を1.3×10-1〜6.7Pa、印加バイアス電
圧を−100Vとして基材表面に厚さ5μmのイオンプ
レーティング皮膜(平滑層)を形成させた。さらにその
後コーティング条件を窒素ガス分圧6.7〜13.3P
a、バイアス電圧−30Vに変更して厚さ5μmの皮膜
(柱状層)を形成した。この2条件を交互に各5回繰り
返し計50μmの皮膜を被覆した。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摺動材料
を得た。
When the pressure in the chamber becomes 4 × 10 −3 Pa or less, a bias voltage of −800 V is applied to the substrate to generate an arc discharge to cause chromium ions to fly out of the chromium source. Then, a partial pressure of nitrogen gas introduced into the chamber was set to 1.3 × 10 −1 to 6.7 Pa and an applied bias voltage was set to −100 V to form an ion plating film (smooth layer) having a thickness of 5 μm on the substrate surface. . After that, the coating conditions were changed to a nitrogen gas partial pressure of 6.7 to 13.3P.
a, The bias voltage was changed to −30 V to form a 5 μm thick film (columnar layer). These two conditions were alternately repeated 5 times each to coat a film of a total of 50 μm. After the film was formed, the material was cooled in a vacuum chamber to 200 ° C. or lower to obtain a sliding material.

【0032】得られた皮膜の破断面形態、組成、表面微
小硬さを調べた。皮膜の破断面を走査型電子顕微鏡によ
り二次電子像を観察した結果を図3(倍率1000)に
示す。この図のように母材から皮膜表面に向かって柱状
を呈する結晶層と破断面が柱状でなく平滑を呈する結晶
層が交互に積層されていることを確認できた。また、X
線回折により組成を分析した結果、CrNの単一相であ
ることも確認した。表面硬さはHmV(100) 1024で
あった。
The morphology, composition, and surface microhardness of the obtained coating were examined. FIG. 3 (magnification: 1000) shows the result of observing a secondary electron image of the fracture surface of the film by using a scanning electron microscope. As shown in this figure, it was confirmed that a crystal layer exhibiting a columnar shape from the base material toward the film surface and a crystal layer exhibiting a smooth fracture surface instead of the columnar shape were alternately laminated. Also, X
As a result of analyzing the composition by line diffraction, it was also confirmed that the composition was a single phase of CrN. The surface hardness was HmV (100) 1024.

【0033】実施例2、3、比較例1 この実施例では本発明材料の耐焼付性を評価した。縦5
mm×横5mm×高さ5mmのピン状突起20(図4,
5参照)を同心円上に等間隔に三個配置したSKD61
材を試験片15として用いて、5mm角の正方形端面に
本発明による皮膜を厚さ約50μm形成し、得られた試
験片につき超高圧摩耗試験機によって耐焼付性試験を行
った。実施例2に係る試験片の皮膜は、実施例1にて記
述した方法により形成し、破断面の結晶が基材表面から
皮膜表面に向かう柱状層と、破断面が柱状ではない平滑
層が各々5μmずつ交互に積層されている総厚さ50μ
mのCrN単一相皮膜であった。
Examples 2 and 3, Comparative Example 1 In this example, the seizure resistance of the material of the present invention was evaluated. Vertical 5
mm × 5 mm × height 5 mm pin-shaped projections 20 (FIG. 4,
SKD61 in which three are arranged at equal intervals on a concentric circle
Using the material as a test piece 15, a film according to the present invention was formed to a thickness of about 50 μm on a square end face of 5 mm square, and a seizure resistance test was performed on the obtained test piece using an ultra-high pressure wear tester. The film of the test piece according to Example 2 was formed by the method described in Example 1, and a columnar layer in which the crystal of the fracture surface was directed from the substrate surface to the film surface, and a smooth layer in which the fracture surface was not columnar, respectively. Total thickness 50μ alternately laminated by 5μm
m of CrN single phase coating.

【0034】この実施例3の皮膜は空孔率が0.1%で
厚さが5μmの層(a)と空孔率が3%で厚さが3μm
の層(b)をそれぞれ交互に6層ずつ計48μm積層さ
せた皮膜(実施例3)であった。それぞれの層(a)、
(b)の形成条件は次のとおりであった。 層(a):窒素ガス分圧−6.7Pa、バイアス電圧−
−100V 層(b):窒素ガス分圧−26.6Pa、バイアス電圧
−−50V 皮膜の表面微小硬さは実施例2の皮膜がHmV102
4、実施例3の皮膜がHmV1256であった。
The coating of Example 3 has a layer (a) having a porosity of 0.1% and a thickness of 5 μm, and a layer (a) having a porosity of 3% and a thickness of 3 μm.
(B) were alternately laminated in a total of 48 μm in total of 6 layers (Example 3). Each layer (a),
The conditions for forming (b) were as follows. Layer (a): nitrogen gas partial pressure-6.7 Pa, bias voltage-
-100V layer (b): nitrogen gas partial pressure -26.6Pa, bias voltage --50V The surface microhardness of the film was HmV102 of the film of Example 2.
4. The film of Example 3 had HmV1256.

【0035】比較例として、試験片の5mm角の端面に
厚さが100μmのクロムめっき皮膜(比較例1)を用
いて同様の試験を行った。
As a comparative example, a similar test was performed using a chromium plating film having a thickness of 100 μm (Comparative Example 1) on a 5 mm square end face of a test piece.

【0036】本試験に用いた超高圧摩耗試験機の装置と
試験条件は次の通りである。試験装置は図4及び図4の
A−A矢視断面図である図5に要部を図解的に示すもの
であって、ステータホルダ11に取外し可能に取り付け
られた直径80mm×厚さ10mmの研摩仕上げを施し
た円盤12(相手材)の中央には、裏側から注油口13
を通して潤滑油が注油される。ステータホルダ11には
図示しない油圧装置によって図において右方に向けて所
定圧力で押圧力Pが作用するようにしてある。円盤12
に相対向してロータ14があり、図示しない駆動装置に
よって所定速度で回転するようにしてある。ロータ14
には試験片15が表面処理層を形成した5mm角の正方
形の端面を摺動面として円盤12に対し摺動自在に取り
付けてある。
The equipment and test conditions of the ultrahigh pressure wear tester used in this test are as follows. The test apparatus is schematically shown in FIG. 4 and FIG. 5 which is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4, and has a diameter of 80 mm × a thickness of 10 mm detachably attached to the stator holder 11. In the center of the polished disk 12 (counterpart material)
The lubricating oil is supplied through. A pressing force P is applied to the stator holder 11 at a predetermined pressure toward the right in the figure by a hydraulic device (not shown). Disk 12
The rotor 14 is opposed to the rotor 14 and is rotated at a predetermined speed by a driving device (not shown). Rotor 14
, A test piece 15 is slidably attached to the disk 12 with a 5 mm square square end face on which a surface treatment layer is formed as a sliding surface.

【0037】このような装置において、ステータホルダ
11に所定の押圧力Pをかけ、所定の面圧で円盤12と
試験片15のピン状突起20とが接触するようにしてお
いて、注油口13から摺動面に所定給油速度で給油しな
がらロータ14を回転させる。一定時間毎にステータホ
ルダ11に作用する圧力を段階的に増加していき、ロー
タ14の回転によって試験片15と相手の円盤12との
摩擦によってステータホルダ11に生ずるトルクTをス
テンレスファイバー16を介してロードセル17に作用
せしめ、その変化を動歪計18で読取り、記録計19に
記録させる。トルクTが急激に上昇したとき焼付が発生
したものとして、この時の接触面圧をもって耐焼付特性
の良否を判断する。試験条件は次の通りである。
In such an apparatus, a predetermined pressing force P is applied to the stator holder 11 so that the disk 12 and the pin-shaped projection 20 of the test piece 15 come into contact with each other at a predetermined surface pressure. Then, the rotor 14 is rotated while oil is supplied to the sliding surface at a predetermined oil supply speed. The pressure acting on the stator holder 11 is increased stepwise at regular intervals, and the torque T generated on the stator holder 11 by the friction between the test piece 15 and the counterpart disk 12 due to the rotation of the rotor 14 is transmitted through the stainless steel fiber 16. The change is read by a dynamic strainmeter 18 and recorded on a recorder 19. Assuming that the seizure occurred when the torque T sharply increased, the quality of the seizure resistance is judged based on the contact surface pressure at this time. The test conditions are as follows.

【0038】摩擦速度:8m/秒 接触面圧:20kgf/cm2 でならした後、焼付発生
まで10kgf/cm2 ずつ増圧。各面圧に3分間保
持。 潤滑油 :モーターオイル#30 油温 80℃、 供
給量 250cc/分 表1に試験結果を示した。
Friction speed: 8 m / sec Contact surface pressure: After leveling at 20 kgf / cm 2 , the pressure was increased by 10 kgf / cm 2 until seizure occurred. Hold at each contact pressure for 3 minutes. Lubricating oil: motor oil # 30 Oil temperature 80 ° C, supply amount 250 cc / min Table 1 shows the test results.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】FC250相手で本発明品は接触面圧28
5及び290kgf/cm2 で焼付が発生した。比較品
のクロムメッキの焼付面圧253kgf/cm2 以上で
あり、耐焼付性が優れている。
The product of the present invention has a contact surface pressure of 28
Seizure occurred at 5 and 290 kgf / cm 2 . The chrome plating baking surface pressure of the comparative product is 253 kgf / cm 2 or more, and the baking resistance is excellent.

【0041】実施例4、比較例2 この実施例では科研式摩耗試験機により本発明材料の腐
食摩耗試験を実施した。形状が縦5mm×横5mm×長
さ20mm、長手方向の一方の先端をR6mmの曲面と
したSKD−61材を試験片として用い、実施例1で記
述した方法により、試験片の先端曲面に、破断面の結晶
が基材表面から皮膜表面に向かう柱状層と、破断面の結
晶が柱状でない平滑層が各々厚さが5μmとなるように
交互に積層され、かつCrN単一相である皮膜(実施例
4)を50μmの厚さで被覆した。皮膜の表面微小硬さ
はHmV1024であった。
Example 4 and Comparative Example 2 In this example, a corrosion wear test of the material of the present invention was carried out using a Kaken abrasion tester. Using a SKD-61 material having a shape of 5 mm in length x 5 mm in width x 20 mm in length and one end in the longitudinal direction having a curved surface of R6 mm as a test piece, by the method described in Example 1, the tip curved surface of the test piece A film in which a columnar layer in which the crystal of the fracture surface is directed from the substrate surface to the film surface and a smooth layer in which the crystal of the fracture surface is not columnar are alternately laminated so as to have a thickness of 5 μm, respectively, and which is a CrN single phase film ( Example 4) was coated with a thickness of 50 μm. The surface microhardness of the film was HmV1024.

【0042】比較例として試験片先端R部に厚さ100
μmのクロムめっき試験片(比較例2)を用いて同様な
試験を行った。
As a comparative example, a thickness of 100
A similar test was performed using a chromium-plated test piece of μm (Comparative Example 2).

【0043】試験は、表面処理を施した試験片の先端R
部をドラム状に加工した相手材の外周部に曲面同士が線
接触するように合わせ、所定荷重を加え、所定速度で回
転させ、pH=2に調整した硫酸水溶液を接触部に一定
量適下した酸雰囲気の潤滑条件下で行った。
In the test, the tip R of the surface-treated test piece was
A curved surface is line-contacted with the outer peripheral portion of the mating material whose part is processed into a drum shape, a predetermined load is applied, the shaft is rotated at a predetermined speed, and a sulfuric acid aqueous solution adjusted to pH = 2 is applied to the contact part by a fixed amount. The test was performed under lubricating conditions in an acid atmosphere.

【0044】試験条件は次の通りである。 摺動相手材:FC250材 摩擦速度 :0.25m/秒 摩擦時間 :6時間 接触荷重 :4kgf 雰囲気 :摺動部にpH=2.0に調整した硫酸水溶
液を1.5cc/分滴下 皮膜摩耗量の測定値を表2に示した。結果はクロムめっ
き皮膜の摩擦量を100として相対値で示した。
The test conditions are as follows. Sliding partner material: FC250 material Friction speed: 0.25 m / sec Friction time: 6 hours Contact load: 4 kgf Atmosphere: 1.5 cc / min of sulfuric acid aqueous solution adjusted to pH = 2.0 is dropped on the sliding part Are shown in Table 2. The results are shown as relative values with the friction amount of the chromium plating film as 100.

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】比較品であるクロムめっき品に比べ、本発
明品は摩耗量が約1/25と大幅に減少している。
In comparison with the chrome-plated product, which is a comparative product, the product of the present invention has a significantly reduced wear amount of about 1/25.

【0047】実施例5、6、7、比較例3、4 この実施例では、すべりを伴う転がり疲労試験機(ロー
ラーピッチング試験機)により本発明の被覆を施した材
料の耐剥離性を評価した。試験片の基材材質は浸炭処理
したSCM材420であり、形状はφ26mm×28m
mのローラー状であり、その外周表面に本発明皮膜を約
50μmの厚さで施した。試験片の皮膜は、実施例1に
記述した方法により形成し、破断面の結晶が基材表面か
ら皮膜表面に向かう柱状層と、破断面結晶が柱状でない
平滑な厚さ5μmの層を交互に積層した総厚さ50μm
でかつCrN単一相である皮膜(実施例5)、及び空孔
率が0.1%で厚さが5μmの皮膜と、空孔率が3%で
厚さが3μmの皮膜をそれぞれ交互に6層ずつ計48μ
m積層させた皮膜(実施例6)であった。皮膜の表面微
小硬さは実施例5なる皮膜がHmV1024、実施例6
なる皮膜がHmV1256であった。
Examples 5, 6, and 7 and Comparative Examples 3 and 4 In this example, the peeling resistance of the material coated with the present invention was evaluated using a rolling fatigue tester with roller (roller pitting tester). . The base material of the test piece is carburized SCM material 420 and the shape is φ26mm × 28m
m, and the film of the present invention was applied on the outer peripheral surface thereof to a thickness of about 50 μm. The film of the test piece was formed by the method described in Example 1, and alternately formed a columnar layer in which the crystals of the fracture surface were directed from the substrate surface to the surface of the film, and a layer having a smooth thickness of 5 μm in which the fracture surface crystals were not columnar. Total thickness of 50μm
And a film having a single phase of CrN (Example 5), a film having a porosity of 0.1% and a thickness of 5 μm, and a film having a porosity of 3% and a thickness of 3 μm alternately. 48μ each for 6 layers
m (Example 6). The surface microhardness of the film was HmV1024 in Example 5 and Example 6 was HmV1024.
Was HmV1256.

【0048】実施例5、6と同材質の試験片本体外周
に、実施例1に記述した方法により形成し、破断面の結
晶が基材表面から皮膜表面に向かう柱状層が0.5μ
m、破断面の結晶が柱状でなく平滑な層を5μm、各々
が交互に計20層積層されている総厚さ55μmでかつ
CrN単一層である皮膜(比較例3−請求項4の比較
例)、及び破断面の形態がで平滑でありかつ空孔率が
0.2%程度と極めて低いCrN皮膜を42μm被覆し
(比較例4)、実施例5、6と同様に耐剥離性を測定し
た。
A columnar layer formed on the outer periphery of the test piece body of the same material as in Examples 5 and 6 by the method described in Example 1 and having a crystal having a fractured surface of 0.5 μm from the substrate surface to the film surface was formed.
m, a film having a total thickness of 55 μm and a single layer of CrN in which a total of 20 layers are alternately stacked in a layer of 5 μm in which the crystal of the fracture surface is not columnar and which is smooth (Comparative Example 3—Comparative Example of Claim 4) ) And a CrN film having a smooth fracture surface and a very low porosity of about 0.2% was coated at 42 μm (Comparative Example 4), and the peel resistance was measured in the same manner as in Examples 5 and 6. did.

【0049】本試験に用いたピッチング試験機の装置と
試験条件は次の通りである。試験装置は、図6に要部を
図解的に示すものであって、φ26mm×28mmの試
験片23を取り付けたテストローラー21と相対向して
負荷ローラー22があり、所定圧力が作用するようにし
てある。テストローラー21は、図示しない駆動装置に
より所定速度で回転するようにしてあり、その試験片2
3の外周には表面処理層を形成する。負荷ローラー22
は、φ130×18mmの大きさで、外周はR300m
mの形状をして微視的には試験片23と点接触し、大き
な押圧力をかけられるようになっている。また負荷ロー
ラー22はテストローラー21に対し図示しない歯車を
介し従動し、相対的に滑りながら回転するようになって
いる。滑り率は試験片周速(U23)と負荷ローラー周速
(U22)により、(U23−U22)/U23で表され、任意
に選定できる。試験片21と負荷ローラー22の接触部
には、図示しない注油口を通して潤滑油が注がれる。こ
のような装置において、試験片23に所定の押圧力をか
け、所定の面圧で試験片23と負荷ローラー22とが接
触するようにしておいて、接触部に所定注油速度で注油
しながらテストローラーを所定速度で回転させるととも
に、所定滑り率で負荷ローラー22を回転させる。試験
中定期的に試験片表面を注意深く観察し、試験片の表面
に欠け状剥離が発生するまでの回転の累計により耐剥離
性の良否を判断する。相手材である負荷ローラーの材質
はFC250材を用いた。試験条件は次の通りである。
The apparatus and test conditions of the pitching tester used in this test are as follows. FIG. 6 schematically shows a main part of the test apparatus. The test apparatus has a load roller 22 opposed to a test roller 21 to which a test piece 23 of φ26 mm × 28 mm is attached, so that a predetermined pressure is applied. It is. The test roller 21 is rotated at a predetermined speed by a driving device (not shown).
On the outer periphery of No. 3, a surface treatment layer is formed. Load roller 22
Has a size of φ130 × 18mm and the outer circumference is R300m
It has a shape of m and makes microscopic point contact with the test piece 23 so that a large pressing force can be applied. The load roller 22 follows the test roller 21 via a gear (not shown), and rotates while sliding relatively. Slip rate specimens peripheral velocity (U 23) and the load roller circumferential speed by (U 22), represented by (U 23 -U 22) / U 23, can be arbitrarily selected. Lubricating oil is poured into a contact portion between the test piece 21 and the load roller 22 through a lubrication port (not shown). In such an apparatus, a predetermined pressing force is applied to the test piece 23, the test piece 23 and the load roller 22 are brought into contact with each other at a predetermined surface pressure, and the test is performed while lubricating the contact portion at a predetermined lubrication rate. The roller is rotated at a predetermined speed, and the load roller 22 is rotated at a predetermined slip ratio. During the test, the surface of the test piece is carefully observed regularly, and the quality of the peeling resistance is determined by the total number of rotations until the chipped peeling occurs on the surface of the test piece. The material of the load roller as the mating material was FC250. The test conditions are as follows.

【0050】 面圧(ヘルツ応力) :160kgf/mm2 試験片周速 :82m/s 滑り率 :20% 使用オイル :#30(ベースオイル) オイル流量 :1200cc/分 オイル温度 :80℃ 表3に試験結果を示した。Surface pressure (Hertz stress): 160 kgf / mm 2 Test piece peripheral speed: 82 m / s Slip ratio: 20% Oil used: # 30 (base oil) Oil flow rate: 1200 cc / min Oil temperature: 80 ° C. Tested in Table 3 The results are shown.

【0051】[0051]

【表3】 耐剥離性試験結果 剥離発生までの回転累計数 実施例5 2×107 回以上でも剥離発生せず 実施例6 1.8×107 回で剥離発生 比較例3 3.7×106 回で剥離発生 比較例4 3.0×106 回で剥離発生 [Table 3] Peeling resistance test results Cumulative number of rotations until peeling occurred Example 5 No peeling occurred even at 2 × 10 7 times or more Example 6 Peeling occurred at 1.8 × 10 7 times Comparative Example 3 3.7 × 10 6 times delamination in delamination Comparative example 4 3.0 × 10 6 times

【0052】本発明品は比較例に対し耐剥離性が非常に
優れている。しかし比較例3のように積層比(柱状層の
厚さ計/平滑層の厚さ計)が0.1と小さいと剥離が生
じやすい。
The product of the present invention is much superior to the comparative example in peel resistance. However, when the lamination ratio (thickness meter of columnar layer / thickness meter of smooth layer) is as small as 0.1 as in Comparative Example 3, peeling is likely to occur.

【0053】実施例7、8、9、比較例5 実施例1と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが50μmであり、皮膜の破断面の結晶が母材表面か
ら皮膜表面に向かう柱状の形態を有する層と、皮膜破断
面の結晶が平滑である層が各々5μmずつ交互に計10
層積層した組成がCrNなる皮膜(実施例7、積層比
1.0)と、ピストンリング外周表面に、空孔率が0.
1%で厚さが5μmの層と空孔率が3%で厚さが3μm
の層をそれぞれ交互に6層ずつ計48μm積層させた、
組成がCrNとCr2 Nの混合よりなる皮膜(実施例
8、積層比0.6)を被覆した。また実施例8なる皮膜
とピストンリング母材の間に1μmの厚さでクロムから
なる下地層を形成した皮膜を被覆した(実施例9、積層
比1.0)。得られたピストンリングの皮膜密着性を測
定した。密着性の測定はツィ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、皮膜の剥離が生ずるまでのねじり角を測
定するものである。
Examples 7, 8, 9 and Comparative Example 5 In the same manner as in Example 1, the outer peripheral surface of the piston ring had a thickness of 50 μm, and the crystals of the fracture surface of the coating proceeded from the base material surface toward the coating surface. A layer having columnar morphology and a layer having a smooth crystal of the fracture surface of the film were alternately formed by 5 μm each for a total of 10 μm.
The porosity of the coating having a composition of CrN (Example 7, lamination ratio: 1.0) and the outer periphery of the piston ring are 0.
1%, 5 μm thick layer and 3% porosity, 3 μm thick
Were alternately laminated in a total of 48 μm, 6 layers each,
A coating having a composition of a mixture of CrN and Cr 2 N (Example 8, lamination ratio 0.6) was coated. Further, a coating having an underlayer made of chromium with a thickness of 1 μm was coated between the coating of Example 8 and the piston ring base material (Example 9, lamination ratio 1.0). The film adhesion of the obtained piston ring was measured. The measurement of the adhesion is called a twist test, in which one of the abutting portions of the piston ring is fixed and the other is twisted to measure a torsion angle until peeling of the film occurs.

【0054】比較例5として、実施例7と同材質及び同
寸法のピストンリング本体に皮膜断面の結晶が柱状の形
態を有しない平滑層からなる窒化クロム単一相の皮膜を
42μm被覆したピストンリングについても実施例7,
8,9と同様に皮膜密着性を測定した。実施例7、8、
9及び比較例5の測定結果を表4に示す。なお、測定値
は比較例5のねじり角を1とした角度比で表4に示し
た。さらに表4には皮膜の表面微小硬さを付記した。
As Comparative Example 5, a piston ring in which a piston ring body of the same material and dimensions as in Example 7 was coated with a single-phase chromium nitride film of 42 μm consisting of a smooth layer in which the crystal of the film cross section did not have a columnar shape. For Example 7,
The film adhesion was measured in the same manner as in Examples 8 and 9. Examples 7, 8,
Table 4 shows the measurement results of Comparative Example 9 and Comparative Example 5. The measured values are shown in Table 4 as an angle ratio with the torsion angle of Comparative Example 5 set to 1. Table 4 further shows the surface microhardness of the coating.

【0055】[0055]

【表4】 密着性試験結果 剥離が生じたねじり角の比 微小硬さ HmV 実施例7 1.28 1024 実施例8 1.23 1256 実施例9 1.31 1022 比較例5 1 1680 Table 4 Results of adhesion test Specific hardness at torsion angle at which peeling occurred HmV Example 7 1.28 1024 Example 8 1.23 1256 Example 9 1.31 1022 Comparative Example 5 1 1680

【0056】表4から明らかなように、本発明の皮膜は
比較例に比べて、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。
As is clear from Table 4, the coating of the present invention has a larger torsion angle until peeling occurs and is excellent in adhesion as compared with the comparative example.

【0057】実施例10、11、比較例6,7 実施例1と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが50μmであり、皮膜破断面の結晶が母材表面から
皮膜表面に向かう柱状層と破断面が柱状でなく平滑な層
が各々5μmずつ交互に計10層積層した組成がCrN
なる皮膜(実施例10、積層比1.0)と、ピストンリ
ング外周表面に、空孔率が0.1%で厚さが5μmの層
と空孔率が3%で厚さが3μmの層をそれぞれ交互に6
層ずつ計48μm積層させた組成がCrNとCr2 Nの
混合よりなる皮膜(実施例11、積層比0.6)を被覆
した。また、ピストンリングの外周摺動面にまず皮膜破
断面の結晶が柱状でなく平滑な厚さ0.8μmの層を形
成し、その後皮膜破断面の結晶が母材表面から皮膜表面
に向かう柱状の形態を有し、厚さが12μmの層を形成
し、さらに破断面の結晶が平滑状層を0.8μm、次に
破断面結晶が柱状の層を12μm形成する。このように
交互に計8回繰り返して厚さが51.2μmで組成がC
rNなる積層皮膜を被覆したピストンリング(比較例6
−請求項4の比較例−積層比15.0)を被覆した。
Examples 10 and 11, Comparative Examples 6 and 7 In the same manner as in Example 1, the outer peripheral surface of the piston ring had a thickness of 50 μm, and the crystals of the fracture surface of the film were columnar toward the film surface from the base material surface. CrN has a composition in which a total of 10 layers, each of which has a layer and a fractured surface that is not columnar and has a smoothness of 5 μm each, are alternately laminated.
And a layer having a porosity of 0.1% and a thickness of 5 μm and a layer of a porosity of 3% and a thickness of 3 μm on the outer peripheral surface of the piston ring. Are alternately 6
Film (Example 11, lamination ratio 0.6) having a composition in which the layers by total 48μm laminated is made of a mixture of CrN and Cr 2 N were coated. In addition, on the outer peripheral sliding surface of the piston ring, first, a crystal having a fractured surface of the coating forms a layer having a smooth thickness of 0.8 μm instead of a columnar shape. A layer having a morphology and a thickness of 12 μm is formed, and a crystal having a fractured surface forms a smooth layer of 0.8 μm, and then a crystal having a fractured surface forms a columnar layer of 12 μm. Thus, the thickness is 51.2 μm and the composition is C
Piston ring coated with a laminated film of rN (Comparative Example 6
-Comparative Example of Claim 4-Lamination ratio 15.0).

【0058】得られたピストンリングを4気筒4サイク
ルのディーゼルエンジン(インタークーラー付き過給器
を装備)のトップリングに組込み、台上実機試験を実施
した。試験条件は次に示す通りであった。 回転数 :4,000rpm 試験時間 :100時間 オイル温度:120℃ 水温 :40℃ 実機試験における外周摺動面摩耗量の測定を3回行っ
た。結果を表5に示す。
The obtained piston ring was assembled into a top ring of a 4-cylinder 4-cycle diesel engine (equipped with a supercharger with an intercooler), and a bench test was performed. The test conditions were as follows. Rotational speed: 4,000 rpm Test time: 100 hours Oil temperature: 120 ° C. Water temperature: 40 ° C. Measurement of the amount of wear on the outer peripheral sliding surface in the actual machine test was performed three times. Table 5 shows the results.

【0059】比較例としてピストンリングの外周摺動面
にクロムめっきを厚さ100μmに施したもの(比較例
7)について、実施例5及び6と同様に実機試験を行っ
た。
As a comparative example, an actual machine test was performed in the same manner as in Examples 5 and 6 for a piston ring whose outer peripheral sliding surface was plated with chromium to a thickness of 100 μm (Comparative Example 7).

【0060】[0060]

【表5】 [Table 5]

【0061】表5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(比較例7)に比べ、摩耗量が約1/4〜1/
5と大幅に減少している。しかし積層比が好ましい値以
上のCrN皮膜(比較例6)では摩耗量が増加してい
る。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
ル酸化を増加させ、ピストンリングは単なる摩擦摩耗の
みでなく、腐食摩耗が促進される雰囲気にさらされる。
本発明による皮膜を被覆したピストンリングは、このよ
うな条件下において優れた耐摩擦摩耗性および耐腐食摩
耗性を有することが期待される。
As is apparent from Table 5, the piston ring coated with the coating according to the present invention has a wear amount of about 1/4 to 1 / l as compared with the chromium-plated piston ring (Comparative Example 7).
5, which is a significant decrease. However, in the case of a CrN film having a lamination ratio equal to or more than a preferable value (Comparative Example 6), the wear amount is increased. In diesel engines, the combustion of fuel causes sulfur in the fuel to penetrate into the engine oil, increasing oil oxidation and exposing the piston ring to an atmosphere that promotes not only frictional wear but also corrosive wear.
The piston ring coated with the coating according to the present invention is expected to have excellent friction wear resistance and corrosion wear resistance under such conditions.

【0062】実施例13、14、15、16、比較例8 実施例1と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが50μmであり、皮膜破断面の結晶母材表面から皮
膜表面に向かう柱状層と、皮膜破断面の結晶が柱状でな
い平滑層が各々5μmずつ交互に計10層積層した組成
がCrNなる皮膜(実施例13、積層比1.0)、ピス
トンリング外周表面に空孔率が0.1%で厚さが5μm
の層と空孔率が3%で厚さが3μmの皮膜をそれぞれ交
互に6層ずつ計48μm積層させた組成がCrNとCr
2 Nが混合した皮膜(実施例14、積層比0.6)、さ
らに空孔率が0.2%で、かつ皮膜破断面の結晶が平滑
である厚さが0.6μmの層と空孔率が15%でかつ皮
膜破断面の結晶が柱状である厚さが4.5μmの皮膜
(実施例15、積層比7.5)、及びピストンリング外
周表面に空孔率が0.2%で厚さが5μmの層と空孔率
が10%で厚さが0.5μmの層をそれぞれ交互に9層
ずつ計49.5μm積層させた組成がCrNなる皮膜
(実施例16、積層比0.1)を被覆した。得られたピ
ストンリングを4気筒4サイクルのディーゼルエンジン
(インタークーラー付き過給器を装備)のトップリング
に組込み、台上実機試験を実施した。試験条件は次に示
す通りであった。
Examples 13, 14, 15, 16 and Comparative Example 8 In the same manner as in Example 1, the outer peripheral surface of the piston ring had a thickness of 50 μm, and proceeded from the surface of the crystal base material having the fracture surface to the surface of the film. A film in which the composition is CrN in which a total of 10 columnar layers and a smooth layer in which the crystal of the fracture surface of the film is not columnar, each having a thickness of 5 μm are alternately laminated (Example 13, lamination ratio 1.0), and a porosity on the outer peripheral surface of the piston ring. Is 0.1% and thickness is 5μm
Of CrN and Cr in which a total of 48 μm of a total of 48 μm layers and 3% porosity and 3 μm thick coatings were alternately laminated.
2 N was mixed film (Example 14, lamination ratio 0.6), further porosity 0.2%, and the film fracture surface crystals are holes and a layer of 0.6μm thickness is smooth of A coating having a thickness of 4.5 μm in which the crystal of the coating fracture surface is columnar at a rate of 15% (Example 15, lamination ratio 7.5), and a porosity of 0.2% at the outer peripheral surface of the piston ring. A film having a composition of CrN, in which nine layers each having a thickness of 5 μm and nine layers each having a porosity of 10% and a thickness of 0.5 μm are alternately laminated to a total of 49.5 μm (Example 16, lamination ratio of 0. 1) was coated. The obtained piston ring was assembled into a top ring of a 4-cylinder 4-cycle diesel engine (equipped with a supercharger with an intercooler), and a bench-based actual machine test was performed. The test conditions were as follows.

【0063】回転数 :4,000rpm 試験時間 :300時間 オイル温度:120℃ 水温 :100℃Rotation speed: 4,000 rpm Test time: 300 hours Oil temperature: 120 ° C. Water temperature: 100 ° C.

【0064】実機試験におけるピストンリング外周摺動
面の欠け状剥離の状態を観察した。結果を表6に示す。
The state of chipped peeling on the outer peripheral sliding surface of the piston ring in an actual machine test was observed. Table 6 shows the results.

【0065】比較例として皮膜断面の結晶が柱状でなく
平滑状の形態のみよりなるCrN組成皮膜を42μm被
覆したもの(比較例8)を被覆したものについて、実施
例13〜16と同様に実機試験を行った。
As a comparative example, a film coated with a 42 μm-coated CrN composition film in which the crystal in the cross section of the film is not columnar but having only a smooth shape (Comparative Example 8) was subjected to the actual machine test in the same manner as in Examples 13 to 16. Was done.

【0066】[0066]

【表6】 欠け状剥離発生状況 第1気筒 第2気筒 第3気筒 第4気筒 実施例13 なし なし なし なし 実施例14 なし なし なし なし 実施例15 なし なし なし なし 実施例16 発生 発生 なし 発生 比較例8 発生 発生 発生 発生 [Table 6] Chipped separation occurrence situation First cylinder Second cylinder Third cylinder Fourth cylinder Example 13 None None None None Example 14 None None None None Example 15 None None None None Example 16 Occurrence None Comparison of occurrence Example 8 Occurrence Occurrence Occurrence Occurrence

【0067】表6から明らかなように、比較例8による
皮膜を被覆したピストンリングは全ての気筒で皮膜剥離
が生じているが、本発明実施例では比較例に較べ改善が
見られ、耐欠け状剥離性に優れている。
As is clear from Table 6, the piston ring coated with the film according to Comparative Example 8 suffered film peeling in all cylinders. However, in Examples of the present invention, improvement was observed as compared with Comparative Example, and chipping resistance was observed. Excellent shape release.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明は基材の表面上に形成されるCrNを主成分とす
る窒化クロム系皮膜において、皮膜の破断面結晶が基材
表面から皮膜表面に向かう柱状の形態とした層あるいは
空孔率を1.5〜20%に限定した層を、破断面が柱状
でなく平滑状形態を有する層あるいは真密度の層に交互
に積層することにより、従来から使用されている硬質皮
膜に比較して、耐摩耗性、耐焼き付き性に優れさらに欠
け状剥離が発生しにくい摺動材料を提供するものであ
る。本発明材料は、ピストンリング、カムフォロアなど
のエンジン部品さらにはシューディスクなどのコンプレ
ッサー部品をはじめとする摺動部品や切削工具などの好
適である。
As is apparent from the above description,
The present invention relates to a chromium nitride-based coating containing CrN as a main component formed on the surface of a substrate, wherein a layer or porosity of the columnar morphology in which the fracture surface crystal of the coating is from the substrate surface to the coating surface is 1%. By alternately laminating a layer limited to 0.5 to 20% on a layer having a fractured surface having a smooth shape instead of a columnar shape or a layer having a true density, the layer has a higher resistance than conventional hard coatings. An object of the present invention is to provide a sliding material which is excellent in abrasion resistance and seizure resistance and in which chipped peeling is less likely to occur. The material of the present invention is suitable for sliding parts such as engine parts such as piston rings and cam followers, and compressor parts such as shoe disks, and cutting tools.

【0069】同様に上記のように交互に積層させた窒化
クロム皮膜を形成されているピストンリングは、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、耐摩擦摩耗性、耐腐食摩耗性および耐剥離性に優
れており、ピストンリングの寿命を増大することができ
る。
Similarly, a piston ring having a chromium nitride film alternately laminated as described above has a coating adhesion, abrasion resistance, and abrasion resistance which are lower than those of a conventionally used piston ring. It is excellent in corrosion wear resistance and peel resistance, and can prolong the life of the piston ring.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ピストンリングの部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a piston ring.

【図2】ピストンリングをピストンへの装着状態を示す
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a state in which a piston ring is mounted on a piston.

【図3】本発明の第1に係る摺動材料の皮膜破断面の金
属組織を電子顕微鏡で撮影した写真である。
FIG. 3 is a photograph taken by an electron microscope of a metal structure of a film fracture surface of the sliding material according to the first embodiment of the present invention.

【図4】超高圧摩擦試験機一部破砕説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a part of an ultra-high pressure friction tester.

【図5】第1図のA−A矢視断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1;

【図6】転がり疲労試験機の概要断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view of a rolling fatigue tester.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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:ピストンリング 6:シリンダライナ 11:ステータホルダ 12:円盤(相手材) 13:注油口 14:ロータ 15:試験片 16:ステンレスファイバー 17:ロードセル 18:動歪計 19:記録計 20:試験片のピン状特記(5mm角) 21:テストローラー 22:負荷ローラー 23:試験片 1: piston ring body 2: outer peripheral sliding surface 2A: coating 3: inner peripheral surface 4: upper and lower surfaces 5: piston ring 6: cylinder liner 11: stator holder 12: disk (partial material) 13: lubrication port 14: rotor 15 : Test piece 16: Stainless steel fiber 17: Load cell 18: Dynamic strain meter 19: Recorder 20: Special pin shape of test piece (5 mm square) 21: Test roller 22: Load roller 23: Test piece

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくともCrNを含有する窒化クロム
系皮膜を基材上に被覆してなる摺動材料であって、前記
窒化クロム系皮膜が、皮膜破断面の結晶が基材表面から
皮膜表面の方向に向かう柱状層と皮膜破断面の結晶が平
滑状層を基材に交互に積層させて被覆していることを特
徴とする摺動材料。
1. A sliding material comprising a base material coated with a chromium nitride-based coating containing at least CrN. A sliding material comprising a columnar layer directed in a direction and a crystal having a fracture surface of a film, wherein a smooth layer is alternately laminated on a substrate to cover the layer.
【請求項2】 少なくともCrNを含有する窒化クロム
系皮膜を基材上に被覆してなる摺動材料であって、前記
皮膜が、空孔率0〜0.5体積%の層と、空孔率が1.
5%から20体積%の層を基材に交互に積層させて被覆
していることを特徴とする摺動材料。
2. A sliding material comprising a base material coated with a chromium nitride-based coating containing at least CrN, wherein the coating comprises: a layer having a porosity of 0 to 0.5% by volume; The rate is 1.
A sliding material, wherein 5% to 20% by volume of layers are alternately laminated and coated on a substrate.
【請求項3】 請求項1記載の摺動材料において、前記
平滑層の厚さ総計(B)に対する前記柱状層の厚さの総
計(A)の比(A/B)が0.2〜10であることを特
徴とする摺動材料。
3. The sliding material according to claim 1, wherein a ratio (A / B) of the total thickness (A) of the columnar layers to the total thickness (B) of the smooth layers is 0.2 to 10. A sliding material, characterized in that:
【請求項4】 請求項2記載の摺動材料において、前記
空孔率が1.5〜20体積%の層の厚さ総計(B)に対
する前記空孔率が0〜0.5体積%の層の厚さの総計
(A)の比(A/B)が0.2〜10であることを特徴
とする摺動材料。
4. The sliding material according to claim 2, wherein the porosity is 0 to 0.5% by volume relative to the total thickness (B) of the layer having the porosity of 1.5 to 20% by volume. A sliding material, wherein the ratio (A / B) of the total (A) of the thicknesses of the layers is 0.2 to 10.
【請求項5】 各層の厚さが0.1〜10.0μmであ
ることを特徴とする請求項1から4までの何れか1項記
載の摺動材料。
5. The sliding material according to claim 1, wherein each layer has a thickness of 0.1 to 10.0 μm.
【請求項6】 請求項1から5までの何れか1項記載の
摺動材料において,前記皮膜の微小硬さが表面から測定
してHmV600〜1500の値であることを特徴とす
る摺動材料。
6. The sliding material according to claim 1, wherein the microhardness of the coating is HmV600 to 1500 measured from the surface. .
【請求項7】 請求項1から6までの何れか1項記載の
摺動材料において、前記皮膜と前記基材との間にクロム
からなる下地層が介在することを特徴とする摺動材料。
7. The sliding material according to claim 1, wherein an underlayer made of chromium is interposed between the film and the base material.
【請求項8】 少なくとも外周摺動面に請求項1から7
までの何れか1項記載の皮膜を1〜80μmの厚さに形
成したことを特徴とするピストンリング。
8. The method according to claim 1, wherein at least the outer peripheral sliding surface is provided.
A piston ring, wherein the film according to any one of the above is formed to a thickness of 1 to 80 μm.
JP7141248A 1995-05-16 1995-05-16 Sliding material and piston ring Expired - Fee Related JP2730571B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7141248A JP2730571B2 (en) 1995-05-16 1995-05-16 Sliding material and piston ring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7141248A JP2730571B2 (en) 1995-05-16 1995-05-16 Sliding material and piston ring

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08312779A JPH08312779A (en) 1996-11-26
JP2730571B2 true JP2730571B2 (en) 1998-03-25

Family

ID=15287532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7141248A Expired - Fee Related JP2730571B2 (en) 1995-05-16 1995-05-16 Sliding material and piston ring

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2730571B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059791A1 (en) 2006-11-14 2008-05-22 Kabushiki Kaisha Riken Chromium nitride coating film by ion plating, process for producing the same, and piston ring for internal combustion engine

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005269770A (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Nikon Corp Vibration wave motor and manufacturing method thereof
JP4721450B2 (en) * 2006-12-08 2011-07-13 本田技研工業株式会社 Sliding parts of valve gear
JP5132281B2 (en) * 2007-11-30 2013-01-30 日本ピストンリング株式会社 Sliding member
JP5217638B2 (en) * 2008-05-30 2013-06-19 株式会社ニコン Sliding member and manufacturing method thereof, camera body, interchangeable lens for camera
BRPI1102335A2 (en) 2011-05-27 2013-06-25 Mahle Metal Leve Sa element provided with at least one sliding surface with a coating for use on an internal combustion engine or compressor
US9341923B2 (en) * 2011-09-14 2016-05-17 Nikon Corporation Composite plastic member and method for producing the same
JP6325455B2 (en) 2012-12-07 2018-05-16 株式会社リケン piston ring
JP6339784B2 (en) 2013-09-30 2018-06-06 株式会社リケン piston ring
JP5980841B2 (en) * 2014-06-06 2016-08-31 株式会社リケン piston ring
DE102014213822A1 (en) * 2014-07-16 2016-01-21 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Sliding element, in particular piston ring, and method for producing the same
JP6842165B2 (en) * 2017-03-17 2021-03-17 日本アイ・ティ・エフ株式会社 Laminated coating film and its manufacturing method and piston ring
US11162586B2 (en) * 2017-06-02 2021-11-02 Mahle International Gmbh Piston ring and method of manufacture
CN114411093A (en) * 2021-12-23 2022-04-29 广东工业大学 Preparation method for preparing low-residual-stress long-cutting-life coating by cathodic arc evaporation

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0813134A (en) * 1994-06-24 1996-01-16 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Mold for plastic molding and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059791A1 (en) 2006-11-14 2008-05-22 Kabushiki Kaisha Riken Chromium nitride coating film by ion plating, process for producing the same, and piston ring for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08312779A (en) 1996-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5851659A (en) Sliding members and a method of preparation thereof
JP3885375B2 (en) piston ring
JP2730571B2 (en) Sliding material and piston ring
JPH0578821A (en) Piston ring and its manufacture
JP2000120869A (en) Sliding member and its manufacture
WO2018235750A1 (en) Sliding member and coating film
WO2001033065A1 (en) Combination of cylinder liner and piston ring of internal combustion engine
EP0707092B1 (en) Slide member and method of its production
JP2003113941A (en) Piston ring and combination structure of piston ring and ring groove of piston
JP2739722B2 (en) piston ring
JPH0931628A (en) Sliding member and its production
JP2001335878A (en) Sliding member
EP0702097B1 (en) Sliding members
JP2711962B2 (en) Piston ring and method of manufacturing the same
JP3654918B2 (en) Sliding material
JP3696406B2 (en) Sliding member
JP4374153B2 (en) piston ring
JP4374154B2 (en) piston ring
JP2003042294A (en) Piston ring
JP4374160B2 (en) piston ring
JPH0727228A (en) Sliding member and crn film coating method
JP3954739B2 (en) Method for producing nitrogen-containing Cr coating
JPH05223172A (en) Piston ring
JP2534566Y2 (en) piston ring
JP3212636B2 (en) Sliding material

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees