(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンプレーティング法により窒化クロムを主成分とする皮膜が摺動面に形成された摺動部材であって、前記窒化クロムのＣｒＮは｛１１１｝面を主配向とするものであり、前記皮膜はＢを０．０５〜２０重量％含有し、前記ＢはＣｒ中に若しくはＣｒｘＮ中に固溶することを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
イオンプレーティング法により窒化クロムを主成分とする皮膜が摺動面に形成された摺動部材であって、前記窒化クロムのＣｒＮは｛１１１｝面を主配向とするものであり、前記皮膜はＢを０．０５〜２０重量％、ＯとＣのいずれか一方又は双方を１５重量％以下、それぞれ含有し、前記ＢはＣｒ中に若しくはＣｒｘＮ中に固溶することを特徴とする摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ピストンリング等の摺動部材であって、摺動面に窒化クロムのイオンプレーティング皮膜が施されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用ピストンリング等の摺動部材において、その外周摺動面にＣｒ2 Ｎを含むＣｒＮのイオンプレーティング皮膜をＰＶＤ法により形成して耐摩耗性を向上することは、特開平８−２９６０３０号により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
公知のＣｒ2 ＮとＣｒＮとからなる窒化クロムを主成分とするイオンプレーティング皮膜には、ＣｒＮが｛１１１｝面を主配向とするものと、｛１００｝面を主配向とするものの２種類があるが、ＣｒＮが｛１１１｝面を主配向とするものは、｛１００｝面を主配向とするものに比べて、耐摩耗性、耐スカッフ性には優れているが、内部応力が高く、耐剥離性に劣る。他方、逆に、ＣｒＮが｛１００｝面を主配向とするものは、｛１１１｝面を主配向とするものに比べて、耐摩耗性、耐スカッフ性には劣るが、気孔率の制御が容易であるため、耐剥離性には優れている。
【０００４】
本発明の課題は、前者のＣｒＮが｛１１１｝面を主配向とする皮膜の耐摩耗性及び耐スカッフ性を生かしながら、その耐剥離性を改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明が採用する手段は、窒化クロムを主成分とし、ＣｒＮが｛１１１｝面を主配向とするイオンプレーティング皮膜に、ホウ素を０．０５ないし２０重量％含有させたこと、もしくは、このホウ素と共に、酸素及び炭素のいずれか一方又は双方を１５重量％以下含有させたことにある。
【０００６】
ホウ素を皮膜に添加することにより、皮膜の耐剥離性が向上する理由は次のとおりと考えられる。
Ｃ、Ｏ、Ｎに較べ、Ｃｒ中におけるＢの自由成生自由エネルギーが高いと考えられているため、ホウ化物を形成し難く、Ｃｒ中に若しくはＣｒx Ｎ中に固溶する。従って、Ｃ、Ｏ、Ｎに較べ、基地強化に及ぼす作用は大となり、皮膜の耐剥離性が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の摺動部材は、イオンプレーティング法のターゲットにクロムホウ素合金を使用し、窒素雰囲気下で、摺動部材の外周摺動面に、ホウ素を含有する窒化クロム皮膜を形成したものである。皮膜の窒化クロムはＣｒ2 Ｎを含むが、主としてＣｒＮからなり、そのＣｒＮは｛１１１｝面を主配向とする。皮膜のホウ素含有量はクロムホウ素合金の組成により０．０５〜２０重量％の範囲に調整する。この範囲限定の理由は、皮膜のホウ素含有量が、０．０５％未満では、皮膜の耐剥離性は向上せず、２０％を超えると、皮膜の耐剥離性が逆に相当に低下することによる。
【０００８】
イオンプレーティングの雰囲気を窒素と酸素の混合ガス、又は窒素と炭化水素の混合ガス、もしくは窒素と酸素と炭化水素の混合ガスとして、皮膜に酸素又は炭素もしくは双方を含有させてもよい。この場合、酸素と炭素の含有量は混合ガスの組成により１５重量％以下に調整する。この範囲限定の理由は、酸素又は炭素もしくはその双方の含有量が１５重量％を超えると、皮膜の耐剥離性が逆に低下することによる。
【０００９】
【実施例】
本発明実施例及び比較例並びに従来例の摺動部材を各種の試験により説明する。
アークイオンプレーティング装置を用いて同一のピストンリング鋳鉄母材上に１４種類の皮膜を試料として形成した。このとき、試料には−５０Ｖのバイアス電圧を印加した。試料の皮膜はＣｒＮが｛１１１｝面を主配向とする窒化クロムを主成分とするものである。試料のＢ含有率はターゲットのＣｒ−Ｂ合金の組成により、Ｏ、Ｃ含有率は雰囲気ガス中の窒素、酸素、メタンの比率によりそれぞれ調整した。
【００１０】
各試料の区分と窒化クロム以外の成分の含有率は表１に示すとおりである。
0003824199.tif 000002
【００１１】
摩耗試験
試験機の容器に潤滑油を溜め、その潤滑油に円板状相手材を部分的に浸して一定速度で回転し、相手材の外周面に試料を接触させて試料に荷重をかけ、一定時間経過後に試料の摩耗量を測定する。
試験条件は次のとおりである。
試験機：アムスラー型摩耗試験機
相手材：ＦＣ２５
潤滑油：軸受油
油温：８０℃
周速：１ｍ／ｓ
荷重：１５０Ｋｇ
時間：７ｈｒ
図１は、摩耗試験結果を指数で示すグラフであり、摩耗指数は試料１（従来例）の摩耗量を１００とする。
図１から、Ｂを含有する実施例及び比較例試料２〜１４は、耐摩耗性がＢを含有しない従来例試料１に比べるとさらに向上することがわかる。
【００１２】
スカッフ試験
試験機の容器に潤滑油を溜め、その潤滑油に円板状相手材を浸して一定速度で回転し、相手材の外周面に試料を接触させて試料に荷重をかけ、その荷重をスカッフが発生するまで順次増加させていき、スカッフを発生する限界荷重を測定する。
試験条件は次のとおりである。
試験機：アムスラー型摩耗試験機
相手材：ＦＣ２５
潤滑油：２号スピンドル油
周速：１ｍ／ｓ
図２は、スカッフ試験結果を指数で示すグラフであり、スカッフ指数は試料１（従来例）の限界荷重を１００とする。
図２から、Ｂを含有する実施例及び比較例試料２〜１４は、耐スカッフ性がＢを含有しない従来例試料１に比べるとさらに向上することがわかる。
【００１３】
剥離試験
剥離試験は、図３に示す衝撃試験装置を使用して実施した。図において矢印で示すように、当金１にのせた試料の皮膜表面２にスプリング３で付勢した圧子４を衝突させる。衝突１回当り４３．１ｍＪ（４．４Ｋｇｆｍｍ）の衝撃エネルギーを加え、皮膜表面２に剥離が発生するまでの回数を測定する。剥離有無の判定は皮膜表面２を１５倍に拡大して観察することにより行う。
【００１４】
図４は、剥離試験結果を指数で示すグラフであり、指数は試料１（従来例）の皮膜表面が剥離するまでの回数を１００とする。
図４から、実施例試料２〜４、６〜８、１０〜１２、１４は従来例試料１に比べると、耐剥離性が向上することがわかる。しかし、比較例試料５、９、１３は、従来例試料１に比べると、耐剥離性が低下する。
【００１５】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明の摺動部材は、摺動面に形成したＣｒＮが｛１１１｝面を主配向とする窒化クロムを主成分とするイオンプレーティング皮膜に、Ｂを０．０５〜２０重量％、又はそれと共にＯとＣのいずれか一方又は双方を１５％以下含有させたものであるから、従来のＢを含有しないものに比べると、耐剥離性が改善され、耐摩耗性と耐スカッフ性もさらに向上するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩耗試験の結果を指数で示すグラフ、
【図２】スカッフ試験の結果を指数で示すグラフ、
【図３】剥離試験に使用した試験機の略図、
【図４】剥離試験の結果を指数で示すグラフ、
【符号の説明】
１：当金
２：皮膜表面
３：スプリング
４：圧子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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