内燃机用活塞环制造技术

本发明专利技术提供一种即使在高温且高负荷条件下也能够长期地防止铝粘着且能够抑制活塞件的磨损的内燃机用活塞环。该内燃机用活塞环是在活塞环用母材(11)的上下侧面中的至少一侧面上包覆有防铝粘着覆膜(12)的内燃机用的活塞环(1)，其特征在于，防铝粘着覆膜(12)具有第一覆膜(12a)和第二覆膜(12b)，该第一覆膜(12a)形成在活塞环用母材(11)上且由第一陶瓷材料构成，该第二覆膜(12b)形成在该第一覆膜(12a)上且具有比第一陶瓷材料小的维氏硬度HV。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】内燃机用活塞环
本专利技术涉及内燃机用活塞环，特别涉及即使在高温且高负荷条件下也能够长期地防止铝粘着，且能够抑制活塞件的磨损量的内燃机用活塞环。
技术介绍
在内燃机中使用的顶环、第二环、油环这3个活塞环以与设置在活塞的表面的环槽分别卡合的方式配置，具有防止燃烧气体从燃烧室向外部漏泄的气体密封功能、将活塞的热量向被冷却的缸壁传递而对活塞进行冷却的热传导功能、以及向缸壁适量给予作为润滑油的发动机油并将多余的油刮出的功能。这3个活塞环在内燃机的动作时，由于燃烧室内的燃料的爆发而活塞进行往复运动时，在活塞的环槽内，在与环槽的表面之间反复碰撞。而且，活塞环在环槽内沿其周方向滑动自如，因此在环槽内滑动。另外，在环槽的表面，通过环槽的形成用的车床加工，形成具有1μm左右的高度的突起，由于与上述的活塞环的碰撞和滑动而突起磨损，从而在环槽的表面露出铝面。该露出的铝面由于碰撞而与活塞环侧面接触，而且当反复滑动时，会产生铝合金粘着于活塞环侧面的现象即铝粘着。这在位于最接近燃烧室的位置且置于高温条件下的顶环中特别显著。当该铝粘着进一步进展时，环槽的磨损急速进展，活塞环与环槽之间的间隙扩大，活塞环的气体密封功能降低，产生高压的燃烧气体从燃烧室向曲轴室流出的被称为所谓窜气的现象，存在导致发动机输出的降低的问题。鉴于这样的状况，到目前为止，提出了防止活塞环的铝粘着的各种技术。例如，在专利文献1中记载了如下的技术：在与环槽碰撞及进行滑动的活塞环的上下侧面设置含有碳黑粒子的树脂系覆膜，由此提高平顺(なじみ)性来防止铝粘着。而且，在专利文献2中记载了如下的技术：将相对于表面覆膜整体而含有10～80质量％的从由镍系粉末、铅系粉末、锌系粉末、锡系粉末、硅系粉末构成的组中选择的一或两种以上的粉末的耐热树脂设置在活塞环的上下侧面的至少一方，由此有效地防止向活塞环的铝粘着。然而，在专利文献1及2记载的覆膜的情况下，当发动机内的温度上升时，存在防铝粘着性降低的问题。因此，在专利文献3中记载了如下的技术：将含有硬质粒子的具有固体润滑功能的聚酰亚胺覆膜设置在活塞环的上下侧面的至少一方，由此即使在超过230℃的高温条件下，也能长期地维持高的防铝粘着性。而且，在专利文献4中记载了如下的技术：取代树脂系覆膜，将至少含有硅的第一类金刚石(DiamondLikeCarbon，DLC)覆膜和在该第一DLC覆膜之下形成的至少含有W或W、Ni的第二DLC覆膜设置在活塞环的上下侧面，由此提供一种防铝粘着性、耐擦伤性及耐磨损性优异的活塞环。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-278495号公报专利文献2：日本特开2008-248986号公报专利文献3：国际公开第2011/071049号小册子专利文献4：日本特开2003-014122号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题近年来，发动机的小型化不断发展，为了提高燃油经济性，排气量减小，其结果是，发动机内的温度及压力日益上升。然而，在专利文献3那样的树脂系覆膜中，在超过260℃的高温条件下，在发动机内的压力超过10MPa那样的高负荷条件下，难以长期地维持防铝粘着性。而且，专利文献4记载的DLC覆膜在超过260℃的高温条件下，金刚石发生石墨化，难以发挥DLC覆膜本来的特性来维持防铝粘着性。而且，除了这样的防铝粘着覆膜的高温且高负荷条件下的铝粘着的长期的防止之外，降低向对象件即环槽的表面的攻击而抑制环槽的表面的活塞件的磨损量也至关重要。因此，本专利技术的目的在于提供一种即使在高温且高负荷条件下也能够长期地防止铝粘着，且能够抑制活塞件的磨损的内燃机用活塞环。用于解决课题的手段专利技术者们对于解决上述课题的方法进行了仔细研究。其结果是，发现了将防铝粘着覆膜形成为具有第一覆膜和第二覆膜的两层构造是极其有效的，从而完成了本专利技术，该第一覆膜形成在活塞环用母材上且由第一陶瓷材料构成，该第二覆膜形成在该第一覆膜上且具有比第一陶瓷材料小的维氏硬度HV。即，本专利技术的主旨结构如下。(1)一种内燃机用活塞环，是在活塞环用母材的上下侧面中的至少一侧面上包覆有防铝粘着覆膜的内燃机用的活塞环，其特征在于，所述防铝粘着覆膜具有第一覆膜和第二覆膜，该第一覆膜形成在所述活塞环用母材上且由第一陶瓷材料构成，该第二覆膜形成在该第一覆膜上且具有比所述第一陶瓷材料小的维氏硬度HV。(2)根据所述(1)记载的内燃机用活塞环，其中，所述第二覆膜由第二陶瓷材料构成，所述第一覆膜的维氏硬度HV为1000以上且2800以下，所述第二覆膜的维氏硬度HV为500以上且800以下。(3)根据所述(1)记载的内燃机用活塞环，其中，所述第二覆膜由树脂或金属构成，所述第一覆膜的维氏硬度HV为500以上且2800以下，所述第二覆膜的维氏硬度HV为20以上且300以下。(4)根据所述(1)～(3)中任一项记载的内燃机用活塞环，其中，所述第一覆膜的维氏硬度HV和所述第一覆膜的表面的算术平均粗糙度Ra(μm)满足以下的式(A)，Ra<-8.7×10-5HV+0.39(A)。(5)根据所述(1)～(4)中任一项记载的内燃机用活塞环，其中，所述第一覆膜的维氏硬度HV和所述第一覆膜的厚度h(μm)满足以下的式(B)，h>-2.9×10-4HV+0.89(B)。(6)根据所述(1)～(5)中任一项记载的内燃机用活塞环，其中，所述第一覆膜的表面的算术平均粗糙度为0.3μm以下。(7)根据所述(1)～(6)中任一项记载的内燃机用活塞环，其中，所述第一覆膜的厚度为0.1μm以上，所述第二覆膜的厚度为1μm以上，所述第一覆膜及所述第二覆膜的厚度的合计为20μm以下。(8)根据所述(1)、(2)、(4)～(7)中任一项记载的内燃机用活塞环，其中，所述第一陶瓷材料由从氧化铝、氧化锆、氧化铬、二氧化硅、碳化硅、碳化铬、氮化钛、氮化铬、氮化硅及氮化铝所组成的组中选择的至少一种构成，所述第二陶瓷材料由从二氧化钛、氧化钇及氧化镁所组成的组中选择的至少一种构成。(9)根据所述(1)、(3)～(7)中任一项记载的内燃机用活塞环，其中，所述第一陶瓷材料是从氧化铝、二氧化钛、氧化钇、氧化锆、二氧化硅、氧化镁、氧化铬、碳化硅、碳化铬、氮化铝、氮化钛、氮化硅、氮化铬中选择的至少一种，所述树脂材料由从聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、芳香族聚酯、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、芳香族聚氰脲酸酯、芳香族聚硫氰脲酸酯、芳香族聚胍胺中选择的至少一种构成，以及所述金属材料由从铟、铅、锡、铜、银、金中选择的至少一种构成。专利技术效果根据本专利技术，将防铝粘着覆膜形成为两层构造，通过维氏硬度HV比较低的第二覆膜来形成平顺面，通过维氏硬度HV比较高的第一覆膜而具有防铝粘着覆膜的耐久性，因此即使在高温且高负荷条件下也能够长期地防止铝粘着，且能够抑制活塞件的磨损量。附图说明图1是与环槽卡合的状态的本专利技术的内燃机用活塞环的示意剖视图。图2是本专利技术的内燃机用活塞环中的防铝粘着覆膜部分的放大图。图3是实施例使用的发动机模拟试验装置的示意图。具体实施方式以下，参照附图，说明本专利技术的实施方式。图1是与环槽卡合的状态的本专利技术的内燃机用活塞环的示意剖视图。该图所示的内燃机用活塞环1是在活塞环用母材11上包覆有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机用活塞环，是在活塞环用母材的上下侧面中的至少一侧面上包覆有防铝粘着覆膜的内燃机用的活塞环，其特征在于，所述防铝粘着覆膜具有第一覆膜和第二覆膜，该第一覆膜形成在所述活塞环用母材上且由第一陶瓷材料构成，该第二覆膜形成在该第一覆膜上且具有比所述第一陶瓷材料小的维氏硬度HV。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.18 JP 2013-216984;2013.11.26 JP 2013-243991.一种内燃机用活塞环，是在活塞环用母材的上下侧面中的至少一侧面上包覆有防铝粘着覆膜的内燃机用的活塞环，其特征在于，所述防铝粘着覆膜具有第一覆膜和第二覆膜，该第一覆膜形成在所述活塞环用母材上且由第一陶瓷材料构成，该第二覆膜形成在该第一覆膜上且具有比所述第一陶瓷材料小的维氏硬度HV。2.根据权利要求1所述的内燃机用活塞环，其中，所述第二覆膜由第二陶瓷材料构成，所述第一覆膜的维氏硬度HV为1000以上且2800以下，所述第二覆膜的维氏硬度HV为500以上且800以下。3.根据权利要求1所述的内燃机用活塞环，其中，所述第二覆膜由树脂或金属构成，所述第一覆膜的维氏硬度HV为500以上且2800以下，所述第二覆膜的维氏硬度HV为20以上且300以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机用活塞环，其中，所述第一覆膜的维氏硬度HV和所述第一覆膜的表面的算术平均粗糙度Ra(μm)满足以下的式(A)，Ra<-8.7×10-5HV+0.39(A)。5.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机用活塞环，其中，所述第一覆膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木隼一，小野敬，严永铁，
申请(专利权)人：株式会社理研，
类型：发明
国别省市：日本;JP