專利名稱：活塞環(huán)和活塞裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞環(huán)，進(jìn)ー步詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用的活塞環(huán)。
背景技術(shù)：
汽油發(fā)動機(jī)的第一道活塞環(huán)附近因燃料的燃燒會達(dá)到200°C以上的高溫。在內(nèi)燃機(jī)中，在這種高溫下，由于燃燒壓カ的作用，活塞環(huán)與活塞的活塞環(huán)槽表面(以下稱作“環(huán)槽表面”)之間反復(fù)發(fā)生碰撞，同吋，活塞環(huán)表面和環(huán)槽表面在圓周方向發(fā)生滑動。圖I表示環(huán)槽表面的粗糙度的測定結(jié)果。在環(huán)槽表面，以O(shè). 2mm間隔存在有基于車刀的旋盤加工所產(chǎn)生的高度約為Iym的凸起。為了使車體輕量化，通常使用鋁合金作為活塞材料，但鋁系材料的耐熱性低，若超過200°c則硬度下降。在這種高溫下，隨著與活塞環(huán)的碰撞、滑動，在環(huán)槽表面會產(chǎn)生疲勞破壞，表面的凸起脫落，在環(huán)槽表面出現(xiàn)活性的鋁合金的新生表面。并且，脫落下來的鋁合金片或出現(xiàn)在環(huán)槽內(nèi)的鋁合金的新生表面隨著與活塞環(huán)的碰撞而與活塞環(huán)上面、下面等接觸，進(jìn)而發(fā)生滑動。由此產(chǎn)生了鋁合金片粘附(Cohesion)在活塞環(huán)側(cè)面、或活塞環(huán)主體固著在活塞的新生鋁合金表面的“鋁粘附”。只要新生的鋁合金面持續(xù)出現(xiàn)，鋁粘附也會持續(xù)產(chǎn)生，隨著鋁粘附的進(jìn)行，活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)固著在活塞上，損害了活塞環(huán)的密封性能。因作為密封性能之一的氣體密封功能喪失，會產(chǎn)生高壓燃燒氣體從燃燒室向曲柄室流出的漏氣的現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率降低。另外，因油封功能喪失，會導(dǎo)致油耗增大。進(jìn)一歩，隨著鋁粘附的進(jìn)行，環(huán)槽進(jìn)ー步發(fā)生磨損，損害活塞環(huán)上下面和環(huán)槽表面之間的密封性，導(dǎo)致漏氣量的増加。為了防止鋁粘附，以往提出了很多使作為活塞母材的鋁合金不與活塞環(huán)、特別是第一道活塞環(huán)直接接觸的方法和緩和活塞環(huán)對于環(huán)槽的攻擊的方法。作為活塞方面的對策，在專利文獻(xiàn)I中記載了下述方法對環(huán)槽表面實(shí)施陽極氧化處理(氧化鋁膜處理)，進(jìn)ー步將潤滑性物質(zhì)填充至由該處理生成的微細(xì)孔中。通過氧化鋁膜處理，在環(huán)槽表面形成了以氧化鋁為主成分的硬質(zhì)皮膜，因此可以防止作為活塞母材的鋁合金的脫落，可以抑制活塞環(huán)上的粘附。但是，對活塞進(jìn)行陽極氧化處理所需要的成本高，并且，氧化鋁為硬質(zhì)，因此存在初期磨合性差的問題。另ー方面，作為活塞環(huán)方面的對策，例如在專利文獻(xiàn)2中記載有下述方法在活塞環(huán)的側(cè)面形成了在聚酰胺、聚酰亞胺等耐熱性樹脂中分散有作為固體潤滑劑的ニ硫化鑰等的皮膜。在專利文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)中，因皮膜中的固體潤滑劑裂開、磨損，從而使皮膜的摩擦系數(shù)下降，緩和了對環(huán)槽的攻擊性，抑制了鋁粘附。另外，在專利文獻(xiàn)3中記載了，在活塞環(huán)側(cè)面上形成了由含有銅系粉末的耐熱樹脂構(gòu)成的表面皮膜的方法。在專利文獻(xiàn)3中，通過添加銅系粉末，可以向形成于活塞環(huán)表面的表面皮膜賦予耐磨損性，可以長期發(fā)揮由耐熱樹脂產(chǎn)生的潤滑性的功能。進(jìn)ー步，在專利文獻(xiàn)4中示出了下述內(nèi)容在具有預(yù)定的表面粗糙度的條痕的滑動部件的滑動面上，形成了以聚酰胺酰亞胺樹脂為主成分的被覆層，所述被覆層的組成還包括聚酰胺酰亞胺樹脂的涂膜改性劑和含有氧化鋁等硬質(zhì)顆粒的改性被膜潤滑劑，從而可以提高滑動部件的耐磨損性和密合性，同時(shí)能夠降低摩擦系數(shù)。并且記載有，從平衡耐磨損性和對立材磨損的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選預(yù)定硬度的氧化鋁或氮化硅作為硬質(zhì)顆粒。近年來，伴隨著發(fā)動機(jī)的高功率化，第一道活塞環(huán)附近的到達(dá)溫度進(jìn)ー步上升。在這種情況下，更加容易產(chǎn)生由活塞強(qiáng)度的下降而導(dǎo)致的疲勞破壞，難以長期維持被覆在活塞環(huán)上的樹脂制皮膜。在專利文獻(xiàn)2中，添加固體潤滑劑作為必要成分，如上所述，固體潤滑劑自身會裂開、磨損，從而使皮膜的摩擦系數(shù)下降，緩和對環(huán)槽的攻擊性。因此，皮膜的耐磨損性低，難以長期維持皮膜，并且難以持續(xù)鋁粘附防止效果。另外，為了抑制這種皮膜的磨損，固體潤滑劑的添加量存在極限，皮膜的摩擦系數(shù)的降低也存在極限。因此，在高溫下，硬度下降的活塞材的表面變得粗糙，有可能引起進(jìn)ー步的鋁粘附的發(fā)生。另外，即使是專利文獻(xiàn)3和4的皮膜，也無法充分降低對對立材的攻擊性，在高溫下，對立材的表面變粗糙，皮膜自身有可能因磨損或熱分解而消失。如此，在現(xiàn)階段，還未得到能夠在高功率的發(fā)動機(jī)中長期維持高的鋁粘附防止效 果的活塞環(huán)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開昭63-170546號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開昭62-233458號公報(bào)專利文獻(xiàn)3:W02007/099968專利文獻(xiàn)4 :日本特許第4151379號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題點(diǎn)，提供ー種活塞環(huán)，該活塞環(huán)能夠在高功率的發(fā)動機(jī)中，長期持續(xù)優(yōu)異的鋁粘附防止效果。用于解決問題的手段鑒于上述課題，本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在活塞環(huán)的上下側(cè)面的至少ー個(gè)面上被覆含有硬質(zhì)顆粒的聚酰亞胺皮膜，從而可以在高功率的發(fā)動機(jī)中，長期持續(xù)優(yōu)異的鋁粘附防止效果，由此想到了本發(fā)明。即，本發(fā)明的活塞環(huán)的特征在于，在上下側(cè)面的至少ー個(gè)面上被覆了含有硬質(zhì)顆粒的聚酰亞胺皮膜。發(fā)明效果對于在聚酰亞胺中分散有硬質(zhì)顆粒的本發(fā)明的皮膜來說，其摩擦系數(shù)低，并且硬度高。因此，能夠使作為對立材的鋁合金制活塞的表面不會變得粗糙、以短時(shí)間進(jìn)行平滑化，并且能夠有效地防止鋁粘附的發(fā)生。另外，本發(fā)明的皮膜以耐熱性優(yōu)異的聚酰亞胺為基體樹脂(基底)，并添加了硬質(zhì)顆粒，從而在耐磨損性方面也是優(yōu)異的。進(jìn)ー步，通過在滑動初期使對立材平滑化，摩擦力大幅下降，從而可以抑制高溫下的磨損和熱分解，可以長期維持皮膜。并且，本發(fā)明的皮膜利用了作為基體樹脂的聚酰亞胺的潤滑特性，不需要添加固體潤滑剤，因此不會產(chǎn)生由固體潤滑劑的裂開而導(dǎo)致的皮膜的磨損。因此，本發(fā)明的活塞環(huán)即使在高功率的發(fā)動機(jī)中也能夠長期維持皮膜，持續(xù)優(yōu)異的鋁粘附防止效果。


圖I是表示對活塞的活塞環(huán)槽表面的表面粗糙度進(jìn)行測定的結(jié)果的圖。圖2是表示單質(zhì)粘附試驗(yàn)機(jī)的概要的截面圖。圖3是表示添加材(氧化鋁顆粒)的平均粒徑和活塞環(huán)下面的皮膜殘存量的關(guān)系的曲線圖。圖4是表示添加材(氧化鋁顆粒)的平均粒徑和第一道活塞環(huán)槽下面的槽磨損量的關(guān)系的曲線圖。圖5是表示活塞環(huán)的皮膜硬度和活塞環(huán)下面的皮膜殘存量的關(guān)系的曲線圖。圖6是表示活塞環(huán)的皮膜硬度和第一道活塞環(huán)槽下面的槽磨損量的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下，對本發(fā)明的活塞環(huán)進(jìn)行詳細(xì)說明。(I)活塞環(huán)母材對于本發(fā)明的活塞環(huán)的母材沒有特別限定，但由于活塞環(huán)與環(huán)槽反復(fù)進(jìn)行碰撞，因此優(yōu)選具有預(yù)定的強(qiáng)度。作為優(yōu)選材料，可以舉出鋼、馬氏體系不銹鋼、奧氏體系不銹鋼、聞級鑄鐵等。(2)活塞環(huán)基底處理為了提高本發(fā)明的皮膜與活塞環(huán)母材的密合性，可以在活塞環(huán)母材表面上形成磷酸鹽皮膜。作為磷酸鹽皮膜，可以舉出磷酸鋅系、磷酸錳系、磷酸鈣系的皮膜。另外，也可以形成磷酸鹽皮膜以外的化學(xué)處理皮膜或氧化膜。在母材表面形成有鍍硬鉻皮膜或無電解鍍鎳皮膜等的活塞環(huán)上無法形成化學(xué)處理皮膜，因此優(yōu)選去除無機(jī)質(zhì)污潰和有機(jī)質(zhì)污潰以確保皮膜的密合性。另外，還可以兼顧表面的粗糙度調(diào)整，進(jìn)行噴砂處理。(3)皮膜被覆于本發(fā)明的活塞環(huán)上的皮膜含有作為耐熱性樹脂的聚酰亞胺和硬質(zhì)顆粒。通過使硬質(zhì)顆粒分散在潤滑特性優(yōu)異的聚酰亞胺中，可以得到摩擦系數(shù)低且硬度高的皮膜。通過將這種皮膜被覆于活塞環(huán)上，可以使作為對立材的鋁合金制活塞的環(huán)槽表面不會變得粗糙、以短時(shí)間進(jìn)行平滑化，可以有效地抑制鋁粘附的發(fā)生。另外，在本發(fā)明的皮膜中分散有硬質(zhì)顆粒，因此耐磨損性優(yōu)異，并且因?yàn)槭褂昧四蜔嵝詢?yōu)異的聚酰亞胺作為基體樹脂，所以皮膜的耐熱性也優(yōu)異。進(jìn)ー步，通過在滑動初期使活塞材表面平滑化，摩擦力大幅下降，從而可以抑制高溫下的磨損和熱分解，長期維持皮膜。因此，本發(fā)明的活塞環(huán)即使在高功率的發(fā)動機(jī)中也能夠長期維持皮膜，持續(xù)優(yōu)異的鋁粘附防止效果。在以往的鋁粘附防止用的皮膜中，聚四氟こ烯(PTFE)、ニ硫化鑰、石墨等固體潤滑劑是必要成分、或者是期望添加的成分。但是，在本發(fā)明中，優(yōu)選不添加固體潤滑剤，即使添加固體潤滑劑，也以相對于皮膜全體的體積的1%、優(yōu)選0.8%作為限度。添加固體潤滑劑的情況下，固體潤滑劑自身裂開、磨損，從而使皮膜的摩擦系數(shù)下降，緩和對環(huán)槽的攻擊性，因此發(fā)生皮膜磨損，剝離下來的固體潤滑劑有時(shí)會使對立材表面粗糙。因此，難以在高溫下，長期維持皮膜，持續(xù)優(yōu)異的鋁粘附防止效果。 通過將本發(fā)明的皮膜被覆于活塞環(huán)的上下側(cè)面的至少ー個(gè)面上，可以得到本發(fā)明的效果，特別是被覆于下側(cè)面上，可以發(fā)揮更優(yōu)異的鋁粘附防止效果。通過在活塞環(huán)的上下側(cè)面上進(jìn)行被覆，可以得到進(jìn)ー步優(yōu)異的效果。對于本發(fā)明使用的聚酰亞胺沒有特別限定，但通常是利用液相法來形成皮膜的，因此優(yōu)選溶解性優(yōu)異的聚酰亞胺?？梢耘e出例如RIKACOAT SN-20(新日本理化株式會社制)、RIKACOAT PN-20 (新日本理化株式會社制)、RIKACOAT EN-20 (新日本理化株式會社制)、FC-114 Fine · PolyImide varnish (Fine Chemical Japan 株式會社制)、U-varnish-A(宇部興產(chǎn)株式會社制)、U-varnish_S(宇部興產(chǎn)株式會社制)、H801D(荒川化學(xué)エ業(yè)株式會社制)、H850D (荒川化學(xué)エ業(yè)株式會社制)、RC5057(株式會社I. S. T制)、RC5097 (株式會社I. S. T制)、RC5019 (株式會社I. S. T制)等。在本發(fā)明的皮膜中，使用聚酰亞胺作為基體樹脂材料，但也可以相對于皮膜全體的體積，以小于50%、優(yōu)選20%、進(jìn)ー步優(yōu)選5%作為限度來添加聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚四氟こ烯等其它耐熱性樹脂。
作為被覆于本發(fā)明的活塞環(huán)上的皮膜中所添加的硬質(zhì)顆粒，可以舉出氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化鈦、碳化硅、碳化硼、碳化鋯、氮化硅、氮化硼(立方晶)、金剛石等。其中，優(yōu)選氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、氮化硼(立方晶)、金剛石。添加氧化鋁的情況下，對于其種類沒有特別限定，可以使用α氧化鋁、Y氧化鋁等。作為硬質(zhì)顆粒，通常使用α氧化鋁，但通過使用Y氧化鋁，利用油吸附作用也可以得到優(yōu)異的鋁粘附防止效果。添加的硬質(zhì)顆?？梢詾镮種，也可以添加2種以上。硬質(zhì)顆粒的平均粒徑優(yōu)選為O. Ο μπι 5μηι,更優(yōu)選為O. 01 μ m O. 5 μ m。平均粒徑小于O. 01 μ m吋，因顆粒的凝集而有可能難以進(jìn)行均勻分散、或者使環(huán)槽表面平滑化的效果不充分。另ー方面，若平均粒徑超過5 μ m，則有可能使顆粒相對于聚酰亞胺的保持力下降、或者因皮膜中的顆粒而導(dǎo)致環(huán)槽表面變得粗糙。對于硬質(zhì)顆粒的添加量來說，優(yōu)選按照能夠得到最合適的皮膜硬度的方式來進(jìn)行調(diào)整。具體來說，優(yōu)選按照相對于250°C的活塞硬度，使皮膜硬度(室溫下)為±40%的范圍的方式來進(jìn)行調(diào)整。通過將皮膜硬度調(diào)整為該范圍，可以進(jìn)一歩降低高溫下的皮膜和活塞雙方對于對立材的攻擊性，在皮膜和活塞的表面上均不會產(chǎn)生褶皺或磨損，將活塞槽表面長期維持為鋁粘附防止效果優(yōu)異的平滑面。即，在安裝了下述活塞環(huán)的活塞裝置中，可以持續(xù)更優(yōu)異的鋁粘附防止效果，所述活塞環(huán)被覆了具有硬度在250°C的活塞硬度的±40%的范圍的硬度HV的皮膜。將250°C的活塞硬度作為100%，將皮膜硬度調(diào)整為小于60%，則皮膜容易磨損，有可能無法得到充分的鋁粘附防止效果。另ー方面，將250°C的活塞硬度作為100%，若按照超過140%的方式來調(diào)整皮膜硬度，則對環(huán)槽的攻擊性增加，有可能引起環(huán)槽磨損。需要說明的是，并不認(rèn)為在以酰亞胺為主成分的本發(fā)明的皮膜中，室溫的硬度和250°C的硬度存在很大差異。通常使用的鋁合金制活塞的250°C的硬度為HV50左右，因此優(yōu)選將本發(fā)明的皮膜硬度調(diào)整為30 70。為了調(diào)整為這種皮膜硬度，在硬質(zhì)顆粒為氧化鋁、碳化硅的情況下，相對于皮膜全體的質(zhì)量，優(yōu)選添加5質(zhì)量％ 30質(zhì)量％的硬質(zhì)顆粒。對于具有本發(fā)明的皮膜的活塞環(huán)來說，其在與含有8. 5質(zhì)量％ 30質(zhì)量％的Si的鋁合金制活塞的組合中發(fā)揮了優(yōu)異的效果。此處，即使在鋁合金具有過共晶組織的情況下，也可以有效地發(fā)揮鋁粘附防止效果。
被覆于本發(fā)明的活塞環(huán)上的皮膜的厚度優(yōu)選為2μπι 30μπι，進(jìn)ー步優(yōu)選為4 μ m 20 μ m。在小于2 μ m的情況下，皮膜在使環(huán)槽的表面平滑化前就磨盡了，有可能無法充分發(fā)揮鋁粘附防止效果。另外，若皮膜的厚度超過30 μ m，則在將活塞環(huán)安裝于環(huán)槽時(shí)有可能產(chǎn)生不良狀況，在成本方面也是不優(yōu)選的。(4)皮膜的形成方法對于本發(fā)明的皮膜形成方法沒有特別限定，可以使用噴涂、旋轉(zhuǎn)涂布、輥涂布、浸潰涂布、印刷法等公知的方法。從涂布效率優(yōu)異、能夠抑制涂布斑的發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選印刷法。另外，從簡便的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選噴涂。對于涂布液或墨水的調(diào)整方法沒有特別限定，但優(yōu)選使硬質(zhì)顆粒分散于市售的聚酰亞胺清漆后，根據(jù)需要添加溶剤，調(diào)整為最適合的粘度，從而進(jìn)行使用。涂布液或墨水的粘度、用于調(diào)整的溶劑或添加劑可以根據(jù)涂布方法或印刷方法來適當(dāng)選擇。對于分散方法沒有特別限定，可以使用砂磨、珠磨、輥磨等公知的方法。此時(shí)，根據(jù)需要可以適當(dāng)添加分散劑等。通過使硬質(zhì)顆粒均勻地分散在聚酰亞胺中，可以得到更優(yōu)異的環(huán)槽表面的平滑化效果，進(jìn)ー步提高鋁粘附防止效果。涂布液涂布后、或印刷后,進(jìn)行干燥、固化處理。通常,通過在250°C 400°C保持I小時(shí)來進(jìn)行固化。若固化溫度超過400°C，會產(chǎn)生聚酰亞胺的氧化分解，因此不為優(yōu)選。
實(shí)施例以下，基于實(shí)施例，進(jìn)ー步具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。需要說明的是，以下的實(shí)施例的記載中的“ ％ ”只要沒有特別限定，就表示“質(zhì)量％ ”。(實(shí)施例I)利用離子鍍法，在由低鉻鋼制作的活塞環(huán)的外周面上形成厚度約為30μπι的CrN皮膜。對得到的活塞環(huán)進(jìn)行堿性脫脂后，浸潰于加熱至約80°C的磷酸錳水溶液中5分鐘，在活塞環(huán)的外周面以外的面上形成厚度約為2 μ m的磷酸錳皮膜。將平均粒徑(累積高度50 %點(diǎn)的粒徑)為O. 5 μ m的氧化鋁(Al2O3)粉末添加至聚酰亞胺(PD清漆(新日本理化株式會社制RIKACOAT SN-20)，使用攪拌機(jī)，充分地進(jìn)行攪拌后，使其通過輥間隔調(diào)整為最小的三輥研磨機(jī)，由此制備涂布液。此處，相對于皮膜全體的質(zhì)量，氧化鋁粉末的添加量調(diào)整為10%。在形成了磷酸錳皮膜的活塞環(huán)的上下側(cè)面噴涂涂布液，然后在100°C干燥10分鐘，進(jìn)ー步在280°C的電爐中加熱I小時(shí)。得到的皮膜的厚度(單側(cè))約為 ο μ m,并且皮膜硬度HV為39。皮膜硬度是使用超微小硬度計(jì)(株式會社島津制作所制DUH-211)，以4. 9mN的負(fù)荷來測定擠壓硬度(Hit)，由換算式HV=O. 0924HU換算成維氏硬度HV。需要說明的是，對10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測定，擠壓硬度(Hit)使用其平均值。(實(shí)施例2)作為硬質(zhì)顆粒，使用平均粒徑為O. 5 μ m的碳化硅(SiC)粉末來代替氧化鋁粉末，除此之外，與實(shí)施例I同樣地在活塞環(huán)上下側(cè)面形成皮膜。得到的皮膜的厚度(單側(cè))約為10 μ m，皮膜硬度HV為41。 (實(shí)施例3 9)使用平均粒徑分別為O. 008 μ m(實(shí)施例3),0.01 μ m(實(shí)施例4)、0· 03 μ m(實(shí)施例5)、0· 05 μ m(實(shí)施例6)、1 μ m(實(shí)施例7)、5 μ m(實(shí)施例8)和8 μ m(實(shí)施例9)的氧化鋁粉末作為硬質(zhì)顆粒，除此之外，與實(shí)施例I同樣地在活塞環(huán)上下側(cè)面形成皮膜。得到的皮膜的厚度約為ΙΟμπι。另外，對各自的皮膜的皮膜硬度進(jìn)行測定，將結(jié)果示于表I。(實(shí)施例10 14)將皮膜全體的質(zhì)量作為100，使氧化鋁粉末的添加量分別為3質(zhì)量％ (實(shí)施例10)、5質(zhì)量％ (實(shí)施例11)、20質(zhì)量％ (實(shí)施例12)、30質(zhì)量％ (實(shí)施例13)和40質(zhì)量％(實(shí)施例14)，除此之外，與實(shí)施例I同樣地在活塞環(huán)上下側(cè)面形成皮膜。得到的皮膜的厚度(單側(cè))約為ΙΟμπι。另外，對各自的皮膜的皮膜硬度進(jìn)行測定，將結(jié)果示于表I。
(實(shí)施例15 17)調(diào)整涂布液的涂布量以使皮膜的厚度(單側(cè))分別為2 μ m(實(shí)施例15)、4 μ m(實(shí)施例16)和20 μ m(實(shí)施例17)，除此之外，與實(shí)施例I同樣地在活塞環(huán)上下側(cè)面形成皮膜。對各自的皮膜的皮膜硬度進(jìn)行測定，將結(jié)果示于表I。(比較例I)利用N-甲基-2-吡咯烷酮將聚酰胺酰亞胺(PAI)樹脂(東洋紡織株式會社HR16NN)稀釋，向該液體添加ニ硫化鑰粉末(平均粒徑為2 μ m)和石墨粉末(平均粒徑為
2μ m)，使用攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢韬螅蛊渫ㄟ^輥間隔調(diào)整為最小的三輥研磨機(jī)，由此制備涂布液。此處，以皮膜全體的質(zhì)量作為100，使ニ硫化鑰粉末和石墨粉末的添加量分別為5質(zhì)量1使用得到的涂布液，利用與實(shí)施例I同樣的方法，在與實(shí)施例I同樣的活塞環(huán)上形成皮膜。得到的皮膜的厚度(單側(cè))約為10 μ m,皮膜硬度HV為56。(比較例2)將添加材從氧化鋁粉末變更為ニ硫化鑰粉末(平均粒徑為2 μ m)和石墨粉末(平均粒徑為2 μ m)，除此之外，與實(shí)施例I同樣地在活塞環(huán)上下側(cè)面形成皮膜。以皮膜全體的質(zhì)量作為100，使ニ硫化鑰粉末和石墨粉末的添加量分別為5質(zhì)量％。得到的皮膜的厚度(單側(cè))約為10 μ m,皮膜硬度HV為25。(比較例3)利用N-甲基-2-吡咯烷酮將聚酰胺酰亞胺樹脂(東洋紡織株式會社HR16NN)稀釋，向該液體添加平均粒徑為O. 5 μ m的氧化鋁粉末，使用攪拌機(jī)，充分地進(jìn)行攪拌后，使其通過輥間隔調(diào)整為最小的三輥研磨機(jī)，由此制備涂布液。此處，以皮膜全體的質(zhì)量作為100，將氧化鋁粉末的添加量調(diào)整為10質(zhì)量％。使用得到的涂布液，利用與實(shí)施例I同樣的方法，在與實(shí)施例I同樣的活塞環(huán)上形成皮膜。得到的皮膜的厚度(單側(cè))約為10 μ m，皮膜硬度HV為70。(比較例4)利用N-甲基-2-吡咯烷酮將聚酰胺酰亞胺樹脂(東洋紡織株式會社HR16NN)稀釋，向該液體添加平均粒徑(鱗片的長軸的長度)為IOym的鱗片狀的銅粉末，使用攪拌機(jī)，充分地進(jìn)行攪拌后，使其通過輥間隔調(diào)整為最小的三輥研磨機(jī)，由此制備涂布液。此處，以皮膜全體的質(zhì)量作為100，將銅粉末的添加量調(diào)整為20質(zhì)量％。使用得到的涂布液，利用與實(shí)施例I同樣的方法，在與實(shí)施例I同樣的活塞環(huán)上形成皮膜。得到的皮膜的厚度約為10 μ m，皮膜硬度HV為60。(比較例5)
將添加材從氧化鋁粉末變更為平均粒徑(鱗片的長軸的長度)為10 μ m的鱗片狀銅粉末，除此之外，與實(shí)施例I同樣地在活塞環(huán)上下側(cè)面形成皮膜。以皮膜全體的質(zhì)量作為100，以鱗片狀銅粉末的添加量為20質(zhì)量％的方式來進(jìn)行添加。得到的皮膜的厚度約為10 μ m，皮膜硬度HV為29。(單質(zhì)粘附試驗(yàn))將實(shí)施例I 17和 比較例I 5的活塞環(huán)3分別安裝于圖2所示的單質(zhì)粘附試驗(yàn)機(jī)上。使活塞環(huán)3以3. Omm/s進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使鋁合金制的活塞材2進(jìn)行上下往返運(yùn)動，以預(yù)定間隔施加面壓為5MPa的負(fù)荷，進(jìn)行該單質(zhì)粘附試驗(yàn)3小吋。此處，使用加熱器I和熱電偶5，按照活塞材2的溫度為250°C ±1°C的方式進(jìn)行控制，以預(yù)定間隔，向活塞環(huán)3噴射恒定量的潤滑油和氮?dú)?。需要說明的是，使用AC8A-T6作為活塞材。使用株式會社Nikon制造的高溫顯微硬度計(jì)QM型，在將活塞材保持在250°C ± 1°C的狀態(tài)下，對硬度進(jìn)行測定，結(jié)果為50HV。對單質(zhì)粘附試驗(yàn)后的活塞環(huán)的皮膜殘存量和有無粘附、活塞材的磨損量和表面粗糙度進(jìn)行評價(jià)，將結(jié)果示于表I。各評價(jià)項(xiàng)目按照以下的判定標(biāo)準(zhǔn)來表示。活塞材的表面粗糙度是基于JISB0633，由核心部的標(biāo)高差距Rk算出的。需要說明的是，單質(zhì)粘附試驗(yàn)前的活塞材的表面粗糙度Rk約為I. O μ m。皮膜殘存量(活塞環(huán))…3 μ m以上◎、I μ m以上 小于3 μ m :〇、小于I μ m(有磷酸錳皮膜)Λ、小于Iym(無磷酸錳皮膜):Χ有無粘附(活塞環(huán))···無〇、有粘附但為輕微的粘附Λ、有Χ磨損量(活塞材)…小于O. 5 μ m : ◎、0· 5 μ m以上 小于I. O μ m :〇、I. O μ m以上 小于I. 5μ :Λ、1. 5μπι以上Χ表面粗糖度(活塞材)…小于O. 3 μ m : ◎、0· 3 μ m以上 小于O. 5 μ m : O、0· 5 μ m以上 小于O. 7μ :Λ、0· 7μπι以上Χ綜合判定…優(yōu)良◎、良好〇、有缺陷Δ、不良:X[表 I]
權(quán)利要求
1.ー種活塞環(huán)，其是在上下側(cè)面的至少ー個(gè)面上被覆有皮膜的活塞環(huán)，該活塞環(huán)的特征在于，所述皮膜為含有硬質(zhì)顆粒的聚酰亞胺皮膜。
2.如權(quán)利要求I所述的活塞環(huán)，其特征在干，所述硬質(zhì)顆粒為選自由氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、立方晶氮化硼、金剛石組成的組中的至少ー種。
3.如權(quán)利要求I或2所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述硬質(zhì)顆粒的平均粒徑為O.Ol μ m 5 μ m。
4.如權(quán)利要求I 3任ー項(xiàng)所述的活塞環(huán)，其特征在干，所述皮膜的厚度為2μ m 30 μ m0
5.一種活塞裝置，其是安裝有權(quán)利要求I 4任一項(xiàng)所述的活塞環(huán)的活塞裝置，該活塞裝置的特征在于，相對于250°C的活塞硬度，所述皮膜的硬度HV在±40%的范圍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種活塞環(huán)，該活塞環(huán)能夠在高功率發(fā)動機(jī)中，長期持續(xù)優(yōu)異的鋁粘附防止效果。該活塞環(huán)中，在活塞環(huán)的上下側(cè)面中的至少一個(gè)面上被覆了分散有硬質(zhì)顆粒的聚酰亞胺皮膜。作為硬質(zhì)顆粒，可以使用氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、立方晶氮化硼、金剛石等。硬質(zhì)顆粒的平均粒徑為0.01μm～5μm，皮膜的厚度為2μm～30μm。
文檔編號F02F5/00GK102648366SQ201080055179
公開日2012年8月22日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者佐佐木隼一, 小野敬 申請人:株式會社理研