本发明专利技术提供一种活塞环，该活塞环能够在高功率发动机中，长期持续优异的铝粘附防止效果。该活塞环中，在活塞环的上下侧面中的至少一个面上被覆了分散有硬质颗粒的聚酰亚胺皮膜。作为硬质颗粒，可以使用氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、立方晶氮化硼、金刚石等。硬质颗粒的平均粒径为0.01μm～5μm，皮膜的厚度为2μm～30μm。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及活塞环，进ー步详细地说，本专利技术涉及内燃机用的活塞环。
技术介绍
汽油发动机的第一道活塞环附近因燃料的燃烧会达到200°C以上的高温。在内燃机中，在这种高温下，由于燃烧压カ的作用，活塞环与活塞的活塞环槽表面(以下称作“环槽表面”)之间反复发生碰撞，同吋，活塞环表面和环槽表面在圆周方向发生滑动。图I表示环槽表面的粗糙度的測定結果。在环槽表面，以O. 2mm间隔存在有基于车刀的旋盘加工所产生的高度约为Iym的凸起。为了使车体轻量化，通常使用铝合金作为活塞材料，但铝系材料的耐热性低，若超过200°c则硬度下降。在这种高温下，随着与活塞环的碰撞、滑动，在环槽表面会产生疲劳破坏，表面的凸起脱落，在环槽表面出现活性的铝合金的新生表面。并且，脱落下来的铝合金片或出现在环槽内的铝合金的新生表面随着与活塞环的碰撞而与活塞环上面、下面等接触，进而发生滑动。由此产生了铝合金片粘附(Cohesion)在活塞环侧面、或活塞环主体固着在活塞的新生铝合金表面的“铝粘附”。只要新生的铝合金面持续出现，铝粘附也会持续产生，随着铝粘附的进行，活塞环在环槽内固着在活塞上，损害了活塞环的密封性能。因作为密封性能之一的气体密封功能丧失，会产生高压燃烧气体从燃烧室向曲柄室流出的漏气的现象，导致发动机功率降低。另外，因油封功能丧失，会导致油耗增大。进一歩，随着铝粘附的进行，环槽进ー步发生磨损，损害活塞环上下面和环槽表面之间的密封性，导致漏气量的増加。为了防止铝粘附，以往提出了很多使作为活塞母材的铝合金不与活塞环、特别是第一道活塞环直接接触的方法和缓和活塞环对于环槽的攻击的方法。作为活塞方面的对策，在专利文献I中记载了下述方法对环槽表面实施阳极氧化处理(氧化铝膜处理)，进ー步将润滑性物质填充至由该处理生成的微细孔中。通过氧化铝膜处理，在环槽表面形成了以氧化铝为主成分的硬质皮膜，因此可以防止作为活塞母材的铝合金的脱落，可以抑制活塞环上的粘附。但是，对活塞进行阳极氧化处理所需要的成本高，并且，氧化铝为硬质，因此存在初期磨合性差的问题。另ー方面，作为活塞环方面的对策，例如在专利文献2中记载有下述方法在活塞环的侧面形成了在聚酰胺、聚酰亚胺等耐热性树脂中分散有作为固体润滑剂的ニ硫化钥等的皮膜。在专利文献2的结构中，因皮膜中的固体润滑剂裂开、磨损，从而使皮膜的摩擦系数下降，缓和了对环槽的攻击性，抑制了铝粘附。另外，在专利文献3中记载了，在活塞环侧面上形成了由含有铜系粉末的耐热树脂构成的表面皮膜的方法。在专利文献3中，通过添加铜系粉末，可以向形成于活塞环表面的表面皮膜赋予耐磨损性，可以长期发挥由耐热树脂产生的润滑性的功能。进ー步，在专利文献4中示出了下述内容在具有预定的表面粗糙度的条痕的滑动部件的滑动面上，形成了以聚酰胺酰亚胺树脂为主成分的被覆层，所述被覆层的组成还包括聚酰胺酰亚胺树脂的涂膜改性剂和含有氧化铝等硬质颗粒的改性被膜润滑剂，从而可以提高滑动部件的耐磨损性和密合性，同时能够降低摩擦系数。并且记载有，从平衡耐磨损性和对立材磨损的观点出发，优选预定硬度的氧化铝或氮化硅作为硬质颗粒。近年来，伴随着发动机的高功率化，第一道活塞环附近的到达温度进ー步上升。在这种情况下，更加容易产生由活塞强度的下降而导致的疲劳破坏，难以长期维持被覆在活塞环上的树脂制皮膜。在专利文献2中，添加固体润滑剂作为必要成分，如上所述，固体润滑剂自身会裂开、磨损，从而使皮膜的摩擦系数下降，缓和对环槽的攻击性。因此，皮膜的耐磨损性低，难以长期維持皮膜，并且难以持续铝粘附防止效果。另外，为了抑制这种皮膜的磨损，固体润滑剂的添加量存在极限，皮膜的摩擦系数的降低也存在极限。因此，在高温下，硬度下降的活塞材的表面变得粗糙，有可能引起进ー步的铝粘附的发生。另外，即使是专利文献3和4的皮膜，也无法充分降低对对立材的攻击性，在高温下，对立材的表面变粗糙，皮膜自身有可能因磨损或热分解而消失。如此，在现阶段，还未得到能够在高功率的发动机中长期维持高的铝粘附防止效 果的活塞环。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开昭63-170546号公报专利文献2 :日本特开昭62-233458号公报专利文献3:W02007/099968专利文献4 :日本特许第4151379号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题因此，本专利技术的目的是解决上述问题点，提供ー种活塞环，该活塞环能够在高功率的发动机中，长期持续优异的铝粘附防止效果。用于解决问题的手段鉴于上述课题，本专利技术人进行了深入研究，结果发现，通过在活塞环的上下侧面的至少ー个面上被覆含有硬质颗粒的聚酰亚胺皮膜，从而可以在高功率的发动机中，长期持续优异的铝粘附防止效果，由此想到了本专利技术。即，本专利技术的活塞环的特征在于，在上下侧面的至少ー个面上被覆了含有硬质颗粒的聚酰亚胺皮膜。专利技术效果对于在聚酰亚胺中分散有硬质颗粒的本专利技术的皮膜来说，其摩擦系数低，并且硬度高。因此，能够使作为对立材的铝合金制活塞的表面不会变得粗糙、以短时间进行平滑化，并且能够有效地防止铝粘附的发生。另外，本专利技术的皮膜以耐热性优异的聚酰亚胺为基体树脂(基底)，并添加了硬质颗粒，从而在耐磨损性方面也是优异的。进ー步，通过在滑动初期使对立材平滑化，摩擦力大幅下降，从而可以抑制高温下的磨损和热分解，可以长期维持皮膜。并且，本专利技术的皮膜利用了作为基体树脂的聚酰亚胺的润滑特性，不需要添加固体润滑剤，因此不会产生由固体润滑剂的裂开而导致的皮膜的磨损。因此，本专利技术的活塞环即使在高功率的发动机中也能够长期維持皮膜，持续优异的铝粘附防止效果。附图说明图I是表示对活塞的活塞环槽表面的表面粗糙度进行測定的结果的图。图2是表示单质粘附试验机的概要的截面图。图3是表示添加材(氧化铝颗粒)的平均粒径和活塞环下面的皮膜残存量的关系的曲线图。图4是表示添加材(氧化铝颗粒)的平均粒径和第一道活塞环槽下面的槽磨损量的关系的曲线图。图5是表示活塞环的皮膜硬度和活塞环下面的皮膜残存量的关系的曲线图。图6是表示活塞环的皮膜硬度和第一道活塞环槽下面的槽磨损量的关系的曲线图。具体实施例方式以下，对本专利技术的活塞环进行详细说明。(I)活塞环母材对于本专利技术的活塞环的母材没有特别限定，但由于活塞环与环槽反复进行碰撞，因此优选具有预定的強度。作为优选材料，可以举出钢、马氏体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、闻级铸铁等。(2)活塞环基底处理为了提高本专利技术的皮膜与活塞环母材的密合性，可以在活塞环母材表面上形成磷酸盐皮膜。作为磷酸盐皮膜，可以举出磷酸锌系、磷酸锰系、磷酸钙系的皮膜。另外，也可以形成磷酸盐皮膜以外的化学处理皮膜或氧化膜。在母材表面形成有镀硬铬皮膜或无电解镀镍皮膜等的活塞环上无法形成化学处理皮膜，因此优选去除无机质污溃和有机质污溃以确保皮膜的密合性。另外，还可以兼顾表面的粗糙度调整，进行喷砂处理。(3)皮膜被覆于本专利技术的活塞环上的皮膜含有作为耐热性树脂的聚酰亚胺和硬质颗粒。通过使硬质颗粒分散在润滑特性优异的聚酰亚胺中，可以得到摩擦系数低且硬度高的皮膜。通过将这种皮膜被覆于活塞环上，可以使作为对立材的铝合金制活塞的环槽表面不会变得粗糙、以短时间进行平滑化，可以有效地抑制铝粘附的发生。另外，在本专利技术的皮膜中分散有硬质颗粒，因此耐磨损性优异，并且因为使用了耐热性本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.08 JP 2009-2785261.ー种活塞环，其是在上下侧面的至少ー个面上被覆有皮膜的活塞环，该活塞环的特征在于，所述皮膜为含有硬质颗粒的聚酰亚胺皮膜。2.如权利要求I所述的活塞环，其特征在干，所述硬质颗粒为选自由氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、立方晶氮化硼、金刚石组成的组中的至少ー...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木隼一，小野敬，
申请(专利权)人：株式会社理研，
类型：发明
国别省市：
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