本發(fā)明涉及滑動(dòng)構(gòu)件和活塞環(huán)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著引擎的高輸出化等高性能化，引擎用的活塞環(huán)的使用環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)格，要求具有更優(yōu)良的耐磨損性和耐燒結(jié)性的活塞環(huán)(參考下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1～4)。特別是，對(duì)與氣缸襯里滑動(dòng)的活塞環(huán)的外周面要求高的耐磨損性和耐燒結(jié)性等。為了應(yīng)對(duì)這樣的要求，通過(guò)噴鍍法在活塞環(huán)的外周滑動(dòng)面上形成覆膜，對(duì)活塞環(huán)賦予高的耐磨損性和耐燒結(jié)性。需要說(shuō)明的是，“燒結(jié)”是指活塞環(huán)的外周面(滑動(dòng)面)由于伴隨與氣缸襯里的滑動(dòng)產(chǎn)生的發(fā)熱而與氣缸襯里接合的現(xiàn)象。“耐燒結(jié)性”是指不易引起燒結(jié)的性質(zhì)。

例如，作為提高噴鍍覆膜的耐磨損性的方法，有使噴鍍覆膜中所含的作為硬質(zhì)粒子的陶瓷成分增加的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2007-314839號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2005-155711號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2012-046821號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)平3-172681號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

但是，噴鍍覆膜中的陶瓷成分增加時(shí)，與活塞環(huán)外周面滑動(dòng)的引擎的襯里內(nèi)表面的磨損量增大。以下，將像引擎的襯里內(nèi)表面這樣與活塞環(huán)的外周面滑動(dòng)的構(gòu)件記做“對(duì)象材料”。

噴鍍覆膜是使半熔融狀態(tài)的粒子撞擊母材而形成的，因此，具有組成不同的多種粒子破碎并互相重疊而得到的組織。因此，使噴鍍覆膜滑動(dòng)時(shí)，軟質(zhì)的金屬成分和硬質(zhì)的陶瓷成分這兩者露出在噴鍍覆膜的滑動(dòng)面。在使硬質(zhì)成分與軟質(zhì)成分發(fā)生滑動(dòng)的情況下，軟質(zhì)成分更容易磨損，因此，與均質(zhì)材料的滑動(dòng)面相比，噴鍍覆膜的滑動(dòng)面容易變得粗糙。另外，在噴鍍條件不適當(dāng)?shù)那闆r下，組織的一部分容易從滑動(dòng)面脫落，滑動(dòng)面變得粗糙、或者因脫落的粒子而發(fā)生磨料磨損(Abrasive wear)。

本發(fā)明的目的在于提供具有優(yōu)良的耐磨損性并且能夠抑制對(duì)象材料的磨損的滑動(dòng)構(gòu)件和活塞環(huán)。

用于解決問(wèn)題的方法

本發(fā)明的一個(gè)方面的滑動(dòng)構(gòu)件具備基材和形成在上述基材的滑動(dòng)面上的噴鍍覆膜，噴鍍覆膜含有鉬相、碳化鉻相和鎳鉻合金相，鉬相、碳化鉻相和鎳鉻合金相堆積在基材的滑動(dòng)面上，與基材的滑動(dòng)面垂直的方向上的碳化鉻相的厚度的平均值為T(mén)_CrC、與基材的滑動(dòng)面垂直的方向上的鉬相的厚度的平均值為T(mén)_Mo時(shí)，T_CrC/T_Mo為0.46～1.00。

本發(fā)明的一個(gè)方面的滑動(dòng)構(gòu)件中，T_Mo可以為1.4～4.2μm，T_CrC可以為1.1～2.2μm。

本發(fā)明的一個(gè)方面的滑動(dòng)構(gòu)件中，在噴鍍覆膜內(nèi)形成有氣孔，鉬相、碳化鉻相、鎳鉻合金相和氣孔在滑動(dòng)面上重合，在滑動(dòng)面上重合的、鉬相、碳化鉻相、鎳鉻合金相和氣孔的總數(shù)在與滑動(dòng)面垂直的方向上的噴鍍覆膜的每單位厚度中可以為48/(100μm)～71/(100μm)。

本發(fā)明的一個(gè)方面的滑動(dòng)構(gòu)件中，噴鍍覆膜中的鉬原子的含有率可以為37～51質(zhì)量％，噴鍍覆膜中的鉻原子的含有率可以為19～32質(zhì)量％，噴鍍覆膜中的鎳原子的含有率可以為6～13質(zhì)量％，噴鍍覆膜中的碳原子的含有率可以為10～14質(zhì)量％。

本發(fā)明的一個(gè)方面的滑動(dòng)構(gòu)件中，噴鍍覆膜的平均硬度可以為400～900HV0.1。

本發(fā)明的一個(gè)方面的活塞環(huán)具備上述滑動(dòng)構(gòu)件。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有優(yōu)良的耐磨損性并且能夠抑制對(duì)象材料的磨損的滑動(dòng)構(gòu)件和活塞環(huán)。

附圖說(shuō)明

圖1中的(a)(即圖1a)是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的滑動(dòng)構(gòu)件(活塞環(huán))的立體圖，圖1中的(b)(即圖1b)是圖1a的滑動(dòng)構(gòu)件的b-b方向的斷面圖。

圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖，是與滑動(dòng)構(gòu)件的滑動(dòng)面垂直的方向上的噴鍍覆膜的斷面的示意圖。

圖3是磨損量測(cè)定裝置的側(cè)視圖。

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的一部分的背散射電子像。

圖5是實(shí)施例1的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的另一部分的背散射電子像。

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的一部分的背散射電子像。

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的另一部分的背散射電子像。

圖8是本發(fā)明的實(shí)施例3的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的一部分的背散射電子像。

圖9是本發(fā)明的實(shí)施例3的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的另一部分的背散射電子像。

圖10是比較例1的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的一部分的背散射電子像。

圖11是比較例1的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的另一部分的背散射電子像。

圖12是比較例2的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的一部分的背散射電子像。

圖13是比較例2的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的另一部分的背散射電子像。

圖14是比較例3的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的一部分的背散射電子像。

圖15是比較例3的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的另一部分的背散射電子像。

圖16是比較例4的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的一部分的背散射電子像。

圖17是比較例4的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜的斷面(與基材的滑動(dòng)面垂直的斷面)的另一部分的背散射電子像。

具體實(shí)施方式

以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明不限于下述實(shí)施方式。

[滑動(dòng)構(gòu)件]

本實(shí)施方式的滑動(dòng)構(gòu)件可以構(gòu)成例如活塞環(huán)、氣缸、葉片和挺桿等的一部分或全部。下文中，對(duì)滑動(dòng)構(gòu)件1為活塞環(huán)的情況進(jìn)行說(shuō)明。如圖1和2所示，本實(shí)施方式的活塞環(huán)1例如具備環(huán)狀的基材2和形成在位于基材2的外周的滑動(dòng)面2a上的噴鍍覆膜10。

基材2例如由鑄鐵材料和鋼材等構(gòu)成。基材2的形狀根據(jù)滑動(dòng)構(gòu)件的用途適當(dāng)選擇，沒(méi)有特別限定。在滑動(dòng)構(gòu)件1為活塞環(huán)的情況下，基材2的外徑例如可以為200mm～980mm。基材2的內(nèi)徑例如可以為190mm～920mm。基材2的厚度例如可以為約5mm～約25mm。在活塞環(huán)1插入到引擎的氣缸內(nèi)的情況下，基材2的外周面是與作為對(duì)象材料的襯里發(fā)生滑動(dòng)的面。

在基材2的外周面上形成噴鍍覆膜10之前，可以預(yù)先通過(guò)噴砂等在基材2的外周面上形成粗糙度為約1μm～約20μm的凹凸。由此，在噴鍍法中熔融的粒子與基材2的凸部或凹部碰撞時(shí)，伴隨熔融的粒子的凝固、收縮，應(yīng)力作用于粒子，通過(guò)由該應(yīng)力引起的錨固效應(yīng)使得噴鍍覆膜10容易牢固地膠粘于基材2上。

如圖2所示，噴鍍覆膜10含有鉬相11、碳化鉻相12和鎳鉻合金相13。噴鍍覆膜10可以含有多個(gè)鉬相11、多個(gè)碳化鉻相12和多個(gè)鎳鉻合金相13。噴鍍覆膜10可以由鉬相11、碳化鉻相12和鎳鉻合金相13構(gòu)成。鉬相11有助于噴鍍覆膜10的耐燒結(jié)性。碳化鉻相12有助于噴鍍覆膜10的耐磨損性。鎳鉻合金相13的至少一部分夾雜在鉬相11與碳化鉻相12之間，具有將兩相接合的功能。鉬相11、碳化鉻相12和鎳鉻合金相13堆積在基材2的滑動(dòng)面2a上。鉬相11、碳化鉻相12和鎳鉻合金相13可以是在與滑動(dòng)面2a平行的方向上延伸的層。即，鉬相11、碳化鉻相12和鎳鉻合金相13可以各自為鉬層、碳化鉻層和鎳鉻合金層。

與上述基材2的滑動(dòng)面2a垂直的方向Y上的碳化鉻相12的厚度為t_CrC、t_CrC的平均值為T(mén)_CrC、方向Y上的鉬相11的厚度為t_Mo、t_Mo的平均值為T(mén)_Mo時(shí)，T_CrC/T_Mo為0.46～1.00。

T_CrC/T_Mo為0.46～1.00意味著，碳化鉻相12的平均厚度T_CrC與鉬相11的平均厚度T_Mo的差小。

碳化鉻相12比鉬相11硬，不易磨損。換言之，鉬相11比碳化鉻相12柔軟，容易磨損。因此，在T_CrC/T_Mo為0.46～1.00的范圍外的情況下，軟質(zhì)的鉬相11容易在噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面磨損，硬質(zhì)的碳化鉻相12容易露出于噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面而殘留。即，T_CrC與T_Mo的差大時(shí)，噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面容易磨損，滑動(dòng)面容易變得粗糙。硬質(zhì)的碳化鉻相12露出于噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面時(shí)，對(duì)象材料因與碳化鉻相12的滑動(dòng)而容易磨損。另外，碳化鉻相12露出于噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面時(shí)，碳化鉻相12容易從噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面脫落，脫落的碳化鉻相12引起磨料磨損。另一方面，在本實(shí)施方式中，T_CrC與T_Mo的差大時(shí)所發(fā)生的上述現(xiàn)象得到抑制。即，在本實(shí)施方式中，T_CrC/T_Mo為0.46～1.00，T_CrC與T_Mo的差小，因此，噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面為均質(zhì)，伴隨滑動(dòng)而產(chǎn)生的噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面的磨損和粗糙化得到抑制，對(duì)象材料的磨損也得到抑制。基于同樣的理由，T_CrC/T_Mo可以為0.50～1.00、0.51～1.00、0.60～1.00、0.65～1.00、0.50～0.80、0.51～0.80、0.60～0.80、0.65～0.80、0.50～0.76、0.51～0.76、0.60～0.76或者0.65～0.76。

鉬相11的平均厚度T_Mo可以為1.4～4.2μm或者2.0～4.0μm。鉬相11的平均厚度T_Mo為4.2μm以下時(shí)，具有滑動(dòng)面容易變得平滑的傾向。基于同樣的理由，T_Mo可以為2.4～3.0μm。

碳化鉻相12的平均厚度T_CrC可以為1.1～2.2μm或者1.0～2.0μm。T_CrC為1.0μm以上時(shí)，具有充分發(fā)揮碳化鉻相所具有的耐磨損性、噴鍍覆膜的磨損量降低的傾向。碳化鉻相12的平均厚度T_CrC為2.2μm以下時(shí)，在滑動(dòng)時(shí)碳化鉻相不易從滑動(dòng)面突出，滑動(dòng)后的滑動(dòng)面變得平滑，因此，具有噴鍍覆膜和對(duì)象材料的磨損量都減少的傾向。基于同樣的理由，T_CrC可以為1.4～1.9μm。

鎳鉻合金相13的平均厚度T_NiCr可以為0.5～1.0μm。鎳鉻合金相13的平均厚度T_NiCr可以為0.8～0.9μm。

在噴鍍覆膜10內(nèi)，可以形成有多個(gè)氣孔14。氣孔14可以形成在噴鍍覆膜10的鉬相11內(nèi)。氣孔14也可以形成在噴鍍覆膜10的碳化鉻相12內(nèi)。氣孔14也可以形成在噴鍍覆膜10的鎳鉻合金相13內(nèi)。氣孔14也可以形成在鉬相11、碳化鉻相12和鎳鉻合金相13中的兩相或三相之間。氣孔14的寬度D可以為0.4～0.8μm。氣孔14的寬度D是指與基材2的滑動(dòng)面2a垂直的方向Y上的氣孔14的寬度(內(nèi)徑)的平均值。氣孔14的寬度D可以為0.5～0.6μm。

鉬相11、碳化鉻相12、鎳鉻合金相13和氣孔14可以在滑動(dòng)面2a上重合。即，鉬相11、碳化鉻相12、鎳鉻合金相13和氣孔14可以沿著與上述滑動(dòng)面2a垂直的方向Y重合。在滑動(dòng)面2a上重合的鉬相11的平均相數(shù)在噴鍍覆膜10的每單位厚度中為N_Mo(單位：1/100μm)，在滑動(dòng)面2a上重合的碳化鉻相12的平均相數(shù)在噴鍍覆膜10的每單位厚度中為N_CrC(單位：1/100μm)，在滑動(dòng)面2a上重合的鎳鉻合金相13的平均相數(shù)在噴鍍覆膜10的每單位厚度中為N_NiCr(單位：1/100μm)，在滑動(dòng)面2a上重合的氣孔14的數(shù)量的平均值在噴鍍覆膜10的每單位厚度中為N_P時(shí)，(N_Mo+N_CrC+N_NiCr+N_P)可以為48/(100μm)～71/(100μm)。(N_Mo+N_CrC+N_NiCr+N_P)在上述范圍內(nèi)時(shí)，具有如下傾向：構(gòu)成噴鍍覆膜10的組織的各相微細(xì)，噴鍍覆膜10中的各相的不均得到抑制，使噴鍍覆膜10均勻地磨損。因此，具有如下傾向：滑動(dòng)時(shí)的噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面容易變得平滑，噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面的表面粗糙度容易降低，對(duì)象材料的磨損容易得到抑制。基于同樣的理由，(N_Mo+N_CrC+N_NiCr+N_P)可以為51.6/(100μm)～64.6/(100μm)。

鉬相11的平均相數(shù)N_Mo例如可以為16.1/(100μm)～19.9/(100μm)或者17.2/(100μm)～18.7/(100μm)。

碳化鉻相12的平均相數(shù)N_CrC例如可以為15.1/(100μm)～21.6/(100μm)或者16.0/(100μm)～21.2/(100μm)。

鎳鉻合金相13的平均相數(shù)N_NiCr例如可以為11.6/(100μm)～29.9/(100μm)或者15.4/(100μm)～24.4/(100μm)。

氣孔14的數(shù)量的平均值N_P例如可以為0.3/(100μm)～7.9/(100μm)或者0.6/(100μm)～3.6/(100μm)。

噴鍍覆膜10中的鉬原子的含有率可以為37～51質(zhì)量％或者40.64～48.68質(zhì)量％。

噴鍍覆膜10中的鉻原子的含有率可以為19～32質(zhì)量％或者21.90～29.16質(zhì)量％。

噴鍍覆膜10中的鎳原子的含有率可以為6～13質(zhì)量％或者7.98～11.89質(zhì)量％。

噴鍍覆膜10中的碳原子的含有率可以為10～14質(zhì)量％或者11～14質(zhì)量％。

鉬原子、鉻原子、鎳原子和碳原子各自的含有率在上述范圍內(nèi)時(shí)，具有容易得到本發(fā)明的效果的傾向。

噴鍍覆膜10的厚度可以為50～600μm或者200～450μm。噴鍍覆膜10的厚度為50μm以上時(shí)，即使在為了控制噴鍍覆膜10的粗糙度而對(duì)表面進(jìn)行加工后，也能夠殘留充分的厚度，具有容易維持噴鍍覆膜10的耐久性的傾向。噴鍍覆膜10的厚度為600μm以下時(shí)，具有容易抑制噴鍍覆膜10從基材2剝離的傾向。

噴鍍覆膜10的維氏硬度可以為400～900HV0.1、450～850HV0.1或者500～800HV0.1。噴鍍覆膜10的維氏硬度為400HV0.1以上時(shí)，具有噴鍍覆膜的磨損量容易降低的傾向。噴鍍覆膜10的維氏硬度為900HV0.1以下時(shí)，具有對(duì)象材料的磨損量容易降低的傾向。

[滑動(dòng)構(gòu)件的制造方法]

滑動(dòng)構(gòu)件1通過(guò)將粉末組合物(粒子)噴鍍到基材2的滑動(dòng)面2a上而在基材2的滑動(dòng)面2a上形成噴鍍覆膜10來(lái)制造。粉末組合物例如含有鉬粒子、碳化鉻粒子和鎳鉻合金粒子。粉末組合物可以僅由鉬粒子、碳化鉻粒子和鎳鉻合金粒子構(gòu)成。

粉末組合物中的鉬粒子的含有率相對(duì)于粉末組合物的總質(zhì)量可以為40～60質(zhì)量％或者45～55質(zhì)量％。通過(guò)使粉末組合物含有鉬粒子，容易得到耐磨損性和耐燒結(jié)性優(yōu)良、與基材2的密合性優(yōu)良的噴鍍覆膜10。粉末組合物中的鉬粒子的含有率為40質(zhì)量％以上時(shí)，具有上述耐燒結(jié)性和密合性容易提高的傾向。另外，粉末組合物中的鉬粒子的含有率為60質(zhì)量％以下時(shí)，容易對(duì)碳化鉻粒子和鎳鉻合金粒子的含有率進(jìn)行調(diào)整來(lái)確保碳化鉻粒子和鎳鉻合金粒子的混合比例。

鉬粒子的中值粒徑可以為15～40μm或者25～35μm。鉬粒子的中值粒徑為15μm以上時(shí)，具有鉬在噴鍍覆膜10中容易與其他金屬成分纏結(jié)的傾向。另外，具有如下傾向：在噴鍍時(shí)能夠抑制過(guò)度的煙塵(fume)的產(chǎn)生，噴鍍覆膜10與基材2的膠粘力容易提高。另外，具有粉末組合物的流動(dòng)性提高、容易形成噴鍍覆膜10的傾向。另一方面，鉬粒子的中值粒徑為40μm以下時(shí)，具有如下傾向：在噴鍍覆膜10中形成更微細(xì)的組織，對(duì)象材料的磨損容易降低。另外，具有鉬粒子容易熔融、噴鍍覆膜10中的氣孔率減少的傾向。需要說(shuō)明的是，粒子的中值粒徑是表示將粒徑具有分布的粒子群以某一粒徑為界分成兩群時(shí)粒徑大的群與粒徑小的群的粒子的數(shù)量相等的直徑。

鉬粒子可以是造粒后的燒結(jié)粒子。鉬造粒燒結(jié)粒子可以通過(guò)將小徑的鉬粉末進(jìn)行造粒后進(jìn)行加熱來(lái)得到。造粒中使用的鉬粉末的粒徑例如可以為1～3μm。

粉末組合物中的碳化鉻粒子的含有率相對(duì)于粉末組合物的總質(zhì)量可以為20～40質(zhì)量％或者30～40質(zhì)量％。通過(guò)使粉末組合物含有碳化鉻粒子，能夠提高引擎內(nèi)等的噴鍍覆膜10的耐磨損性。粉末組合物中的碳化鉻粒子的含有率為20質(zhì)量％以上時(shí)，具有噴鍍覆膜10的耐磨損性容易提高的傾向。另外，粉末組合物中的碳化鉻粒子為40質(zhì)量％以下時(shí)，具有如下傾向：在噴鍍覆膜10內(nèi)粒子彼此容易結(jié)合，容易抑制碳化鉻相從噴鍍覆膜10的表面脫落。碳化鉻從噴鍍覆膜10的表面脫落時(shí)，在脫落的碳化鉻存在于噴鍍覆膜10與對(duì)象材料的界面的狀態(tài)下，滑動(dòng)構(gòu)件1與對(duì)象材料發(fā)生滑動(dòng)，因此存在覆膜的磨損量和對(duì)象材料的磨損量都增大的傾向。

碳化鉻粒子的中值粒徑可以為5～25μm、9～24μm或者10～20μm。碳化鉻粒子的中值粒徑為5μm以上時(shí)，與碳化鉻粒子過(guò)小的情況相比，碳化鉻在噴鍍覆膜10中容易與其他金屬成分纏結(jié)，不易從噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面脫落。另外，碳化鉻粒子的中值粒徑為25μm以下時(shí)，具有如下傾向：碳化鉻相不易從噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面突出，滑動(dòng)面變得平滑，因此，碳化鉻相本身不易從滑動(dòng)面脫落。例外，也不易發(fā)生對(duì)象材料的滑動(dòng)面因突出于噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面的碳化鉻相而被磨損的現(xiàn)象。此外，碳化鉻粒子的中值粒徑為25μm以下時(shí)，與碳化鉻粒子過(guò)大的情況相比，噴鍍覆膜10的組織內(nèi)的硬度差減少。其結(jié)果是，在噴鍍覆膜10的滑動(dòng)面，局部性硬的部分(碳化鉻偏在的部分)減小，不易發(fā)生因碳化鉻而在對(duì)象材料的滑動(dòng)面形成微細(xì)的凹凸的現(xiàn)象。因此，碳化鉻粒子的中值粒徑處于上述范圍時(shí)，具有如下傾向：噴鍍覆膜10的耐磨損性容易提高，容易抑制對(duì)象材料的滑動(dòng)面的磨損。

粉末組合物中的鉬粒子的含有率為M_Mo質(zhì)量％、粉末組合物中的碳化鉻粒子的含有率為M_CrC質(zhì)量％時(shí)，M_CrC/M_Mo可以為0.33～1.00。M_CrC/M_Mo為0.33～1.00時(shí)，T_CrC/T_Mo容易控制在0.46～1.00的范圍內(nèi)。基于同樣的理由，M_CrC/M_Mo可以為0.54～0.89。

粉末組合物中的鎳鉻合金粒子的含有率相對(duì)于粉末組合物的總質(zhì)量可以為10～25質(zhì)量％或者10～20質(zhì)量％。通過(guò)使粉末組合物含有鎳鉻合金粒子，能夠抑制碳化鉻因滑動(dòng)等而從噴鍍覆膜10脫落。粉末組合物中的鎳鉻合金粒子的含有率為10質(zhì)量％以上時(shí)，具有容易抑制構(gòu)成噴鍍覆膜10的成分(特別是碳化鉻)從滑動(dòng)面脫落的傾向。另外，粉末組合物中的鎳鉻合金粒子的含有率為25質(zhì)量％以下時(shí)，具有耐燒結(jié)性容易提高的傾向。

鎳鉻合金粒子的中值粒徑可以為10～35μm或者15～30μm。鎳鉻合金粒子的中值粒徑為10μm以上時(shí)，具有容易抑制構(gòu)成噴鍍覆膜10的成分(特別是碳化鉻)從滑動(dòng)面脫落的傾向。另外，鎳鉻合金粒子的中值粒徑為35μm以下時(shí)，具有如下傾向：噴鍍覆膜10中的組織變得致密，容易抑制構(gòu)成噴鍍覆膜10的成分的脫落，容易抑制對(duì)象材料的磨損。另外，具有如下傾向：噴鍍覆膜10中的鎳鉻合金在滑動(dòng)面上細(xì)細(xì)地分散，對(duì)象材料的磨損容易降低。

粉末組合物可以含有上述以外的其他成分。其他成分例如可以為鎳鉻合金以外的鎳合金、鈷合金以及銅和銅合金等。鎳合金例如可以為鎳基自熔性合金。以該粉末組合物總量為基準(zhǔn)，粉末組合物中的上述其他成分的含有率為約1質(zhì)量％～約10質(zhì)量％即可。其他成分的中值粒徑?jīng)]有特別限定。需要說(shuō)明的是，粉末組合物有時(shí)含有上述以外的成分作為不可避免的雜質(zhì)。雜質(zhì)的含有率低至不阻礙本發(fā)明效果的程度即可。

將粉末組合物在噴鍍裝置內(nèi)加熱，以高速向基材2的滑動(dòng)面2a噴射。將粉末組合物噴鍍到基材2的滑動(dòng)面2a上的方法可以為氣體火焰噴鍍法、等離子噴鍍法或者高速火焰噴鍍法(HVOF)等。這些方法中，優(yōu)選等離子噴鍍法。

在等離子噴鍍法中，向噴鍍裝置的陽(yáng)極與陰極之間施加高電壓，由此使陽(yáng)極與陰極之間的氣體等離子化。等離子化后的氣體被加熱，進(jìn)一步發(fā)生膨脹，因此，以高溫且高速?gòu)膰婂冄b置噴出，形成等離子流(等離子體羽)。供給至噴鍍裝置的粉末組合物在上述等離子流中被加熱并加速，向基材2噴射。對(duì)于加熱并加速后的粒子，粒子的一部分發(fā)生了熔融，因此，在與基材2碰撞時(shí)，發(fā)生扁平化，以層狀堆積在基材2的滑動(dòng)面2a上。然后，使以層狀堆積的粒子在基材2上驟冷，形成噴鍍覆膜10。

根據(jù)等離子噴鍍法，與其他噴鍍方法相比，能夠?qū)⒎勰┙M合物中的粒子加熱至高溫，具有促進(jìn)粉末組合物中的各粒子的熔融的傾向。因此，具有如下傾向：在通過(guò)等離子噴鍍法制作的噴鍍覆膜10的與基材2的滑動(dòng)面2a垂直的斷面XY(與覆膜的厚度方向平行的斷面)，層狀的鉬相11與層狀的碳化鉻相12與層狀的鎳鉻合金相13堆積，形成各相褶曲并相互重疊并且纏結(jié)的組織。并且具有如下傾向：通過(guò)在噴鍍覆膜10的斷面形成上述組織，即使在滑動(dòng)后也容易使碳化鉻相保持在噴鍍覆膜10中，并且，滑動(dòng)后的噴鍍覆膜10表面容易變得平滑。因此，通過(guò)上述等離子噴鍍得到的噴鍍覆膜10的耐磨損性優(yōu)良，并且可抑制對(duì)象材料的磨損。

在等離子噴鍍法中，與基材2碰撞的粒子(在等離子體羽中飛行的噴鍍粒子)的平均速度例如可以為210m/秒以上或者215m/秒以上。噴鍍粒子的平均速度例如可以為230m/秒以下或者226m/秒以下。在等離子噴鍍法中，噴鍍粒子的平均溫度例如可以為3000℃以上或者3025℃以上。在等離子噴鍍法中，噴鍍粒子的平均溫度例如可以為3250℃以下或者3228℃以下。與基材2碰撞的粒子的平均速度為210m/秒以上、該粒子的平均溫度為3000℃以上時(shí)，鉬粒子容易變形，容易形成薄的鉬相，容易將T_CrC/T_Mo控制在0.46～1.00的范圍內(nèi)。

等離子噴鍍的條件以使上述噴鍍粒子的平均速度和平均溫度達(dá)到上述范圍的方式來(lái)設(shè)定。在制造T_CrC/T_Mo處于0.46～1.00的范圍內(nèi)的噴鍍覆膜10的情況下，等離子噴鍍的電流值(等離子氣體電流)例如可以為450～550A，電力值例如可以為45～75kW。

供給至等離子噴鍍裝置中的陽(yáng)極與陰極之間的氣體例如可以為氮?dú)狻鍤狻錃饣蛘吆獾取Ｉ鲜鰵怏w(等離子工作氣體)可以單獨(dú)使用一種，也可以組合使用兩種。等離子工作氣體可以是氮?dú)馀c氬氣的混合氣體。

上述等離子工作氣體的供給量可以為80～160NL/分鐘或者100～130NL/分鐘。另外，在等離子工作氣體為氮?dú)馀c氬氣的混合氣體的情況下，混合氣體中的氮?dú)獾墓┙o量可以為1～20NL/分鐘。混合氣體中的氬氣的供給量可以為79～140NL/分鐘。等離子工作氣體的供給量為上述下限值以上時(shí)，具有如下傾向：能夠?qū)婂儠r(shí)的粒子賦予充分的速度，因此，噴鍍覆膜10變得致密，容易抑制各相從噴鍍覆膜10脫落。等離子工作氣體的供給量為上述上限值以下時(shí)，具有如下傾向：噴鍍時(shí)的粒子的速度不會(huì)變得過(guò)大，容易抑制噴鍍覆膜10變得過(guò)度致密。因此，具有噴鍍覆膜10中的內(nèi)部應(yīng)力減小、噴鍍覆膜10中的裂紋不易產(chǎn)生的傾向。另外，具有如下傾向：能夠使粉末組合物中的粒子充分熔融，抑制噴鍍覆膜10中含有熔融不充分的粒子的塊(噴濺物)的現(xiàn)象，容易抑制噴鍍覆膜10的表面變粗糙。

實(shí)施例

以下，列舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明具體地進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明的范圍不限于這些實(shí)施例。

(實(shí)施例1)

[滑動(dòng)構(gòu)件1的制作]

將一般結(jié)構(gòu)用軋制鋼材(SS400)的板材切成縱5mm、橫3.5mm、厚度8mm的棱柱狀，由此得到試驗(yàn)用基材。通過(guò)下述步驟，在基材的滑動(dòng)面(縱5mm×橫3.5mm的面)上形成噴鍍覆膜。

將50質(zhì)量份的鉬粒子、15質(zhì)量份的鎳鉻合金粒子和35質(zhì)量份的碳化鉻粒子混合，得到粉末組合物A。作為鉬粒子，使用將鉬粉進(jìn)行造粒燒結(jié)而得到的、パウレックス株式會(huì)社制造的粒子(商品名：SG-12S)。造粒前的鉬粉(一次粒子)的粒徑為1～3μm，造粒后的鉬粒子(二次粒子)的中值粒徑為31μm。作為鎳鉻合金粒子，使用蘇爾壽美科公司制造的粒子(商品名：Metco 43VF-NS)。鎳鉻合金粒子的中值粒徑為22μm。作為碳化鉻粒子，使用蘇爾壽美科公司制造的粒子(商品名：Metco 70F)。碳化鉻粒子的中值粒徑為13μm。

通過(guò)等離子噴鍍法，將粉末組合物A噴鍍到上述試驗(yàn)用基材的滑動(dòng)面上，由此制作實(shí)施例1的滑動(dòng)構(gòu)件。等離子噴鍍法使用蘇爾壽美科公司制造的等離子噴鍍裝置“TriplexPro”來(lái)進(jìn)行。等離子噴鍍?cè)谙率鰲l件下進(jìn)行。噴鍍粒子的平均速度調(diào)節(jié)至218m/秒。噴鍍粒子的平均溫度調(diào)節(jié)至3228℃。噴鍍粒子的平均速度和平均溫度使用オゼール公司制造的噴鍍狀況分析裝置“SprayWatch”(注冊(cè)商標(biāo))來(lái)進(jìn)行測(cè)定。在使噴鍍粒子所碰撞的基材2的滑動(dòng)面的中央部，對(duì)噴鍍粒子的平均速度和平均溫度進(jìn)行測(cè)定。

電流：450A。

電力：54kW。

載氣(等離子工作氣體)：Ar與N₂的混合氣體。

Ar氣體的流量(供給量)：100NL/分鐘。

N₂氣體的流量(供給量)：2.2NL/分鐘。

[滑動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和組成的分析]

使用掃描型電子顯微鏡(SEM)測(cè)定的結(jié)果確認(rèn)到：在噴鍍后的基材的滑動(dòng)面上形成了厚度為約438μm的噴鍍覆膜。

將實(shí)施例1的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜在與基材的滑動(dòng)面垂直的方向上切斷。利用SEM所附帶的能量色散型X射線分光裝置(SEM-EDX)對(duì)該噴鍍覆膜的斷面1的噴鍍覆膜進(jìn)行分析。分析的結(jié)果確認(rèn)到：噴鍍覆膜含有多個(gè)鉬相、多個(gè)碳化鉻相和多個(gè)鎳鉻合金相。另外，基于SEM的觀察的結(jié)果確認(rèn)到：在噴鍍覆膜中形成有多個(gè)氣孔。

利用SEM拍攝實(shí)施例1的噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像。將噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像示于圖4中。斷面1的背散射電子像的倍率為500倍，背散射電子像的分辨率(像素?cái)?shù))為1280×960像素。通過(guò)同樣的方法，拍攝作為與基材的滑動(dòng)面垂直的方向上的噴鍍覆膜的斷面、且與斷面1不同的部分(斷面2)的背散射電子像。將斷面2的背散射電子像示于圖5中。圖4和5中的白色部分為鉬相，深灰色的部分為碳化鉻相，淺灰色的部分為鎳鉻合金相，黑色部分為氣孔。由圖4和5確認(rèn)到：層狀的鉬相、層狀的碳化鉻相、層狀的鎳鉻合金相和氣孔各自褶曲，各相和氣孔堆積在滑動(dòng)面上。

將實(shí)施例1的滑動(dòng)構(gòu)件的噴鍍覆膜在與基材的滑動(dòng)面垂直的方向上切斷。利用SEM-EDX測(cè)定屬于該噴鍍覆膜的斷面的測(cè)定部位a、b、c、d和e處的碳、氧、鉬、鉻和鎳各自的含有率。將測(cè)定結(jié)果示于表3中。

實(shí)施使用噴鍍覆膜的上述斷面1的背散射電子像的下述步驟1～5。

<步驟1>基于背散射電子像中的對(duì)比度差，將鉬相、碳化鉻相、鎳鉻合金相和氣孔相互辨別。

<步驟2>利用掩模尺寸為3×3像素的眾數(shù)濾波器(MajorityFiltering)從背散射電子像中除去噪音。

<步驟3>分別個(gè)別地累計(jì)在背散射電子像中由沿縱向(與滑動(dòng)面垂直的方向)排列的多個(gè)像素構(gòu)成的一個(gè)像素列內(nèi)存在的各相的厚度和氣孔的寬度。

<步驟4>分別個(gè)別地計(jì)數(shù)在上述的一個(gè)像素列內(nèi)存在的各相的數(shù)量和氣孔的數(shù)量。

<步驟5>在背散射電子像中沿縱向(與滑動(dòng)面垂直的方向)排列的全部像素列中，實(shí)施上述步驟3和4。

通過(guò)利用上述斷面1的背散射電子像的步驟1～5，測(cè)定鉬相的相數(shù)N_Mo、碳化鉻相的相數(shù)N_CrC、鎳鉻合金相的相數(shù)N_NiCr、氣孔的數(shù)量(N_P)、鉬相的厚度T_Mo、碳化鉻相的厚度T_CrC、鎳鉻合金相的厚度T_NiCr以及氣孔的寬度D。將這些關(guān)于斷面1的測(cè)定結(jié)果示于表2的斷面No.1的行中。將基于這些測(cè)定結(jié)果算出的N_Mo+N_CrC+N_NiCr+N_P示于表2中。將基于關(guān)于斷面1的上述測(cè)定結(jié)果算出的T_Mo、T_CrC和T_NiCr的平均值T_AVE和T_CrC/T_Mo示于表2中。

通過(guò)與上述斷面1的背散射電子像的情況同樣的方法，實(shí)施使用上述斷面2的背散射電子像的步驟1～5。通過(guò)利用斷面2的背散射電子像的步驟1～5，測(cè)定N_Mo、N_CrC、N_NiCr、N_P、T_Mo、T_CrC、T_NiCr以及D。將這些關(guān)于斷面2的測(cè)定結(jié)果示于表2的斷面No.2的行中。將基于這些測(cè)定結(jié)果算出的N_Mo+N_CrC+N_NiCr+N_P示于表2中。將基于關(guān)于斷面2的上述測(cè)定結(jié)果算出的T_AVE和T_CrC/T_Mo示于表2中。

[維氏硬度]

通過(guò)下述方法測(cè)定實(shí)施例1的噴鍍覆膜的維氏硬度。

依據(jù)JIS Z 2244所規(guī)定的方法，測(cè)定維氏硬度。測(cè)定中，使用維氏硬度計(jì)(株式會(huì)社明石制造，商品名：MVK-G2)。在維氏硬度的測(cè)定中，試驗(yàn)力為HV0.1，載荷的保持時(shí)間為10秒。對(duì)位于與滑動(dòng)構(gòu)件的基材的滑動(dòng)面垂直的方向上的噴鍍覆膜的斷面的中央部的20處的維氏硬度進(jìn)行測(cè)定，求出它們的平均值。將維氏硬度的平均值示于表1中。

[平均磨損量]

通過(guò)下述方法進(jìn)行實(shí)施例1的滑動(dòng)構(gòu)件的耐磨損性試驗(yàn)。

圖3是耐磨損性試驗(yàn)中所使用的磨損量測(cè)定裝置的側(cè)視圖。在磨損量測(cè)定裝置5中，滑動(dòng)構(gòu)件的支架6與作為對(duì)象材料的圓盤(pán)7相對(duì)向地配置。將實(shí)施例1的兩個(gè)滑動(dòng)構(gòu)件1作為磨損銷(xiāo)插入并固定到支架6的規(guī)定位置。使設(shè)置于支架6的滑動(dòng)構(gòu)件1的噴鍍覆膜10與圓盤(pán)7相對(duì)向。對(duì)支架6施加載荷W，使滑動(dòng)構(gòu)件1的噴鍍覆膜10與圓盤(pán)7接觸。在噴鍍覆膜10與圓盤(pán)7接觸的狀態(tài)下，在向接觸面供給潤(rùn)滑油的同時(shí)使圓盤(pán)7在下述條件下沿圖3的箭頭R的方向旋轉(zhuǎn)。

<試驗(yàn)條件>

磨損銷(xiāo)(滑動(dòng)構(gòu)件)的尺寸：縱5.0mm×橫3.5mm×厚度8.0mm。

防油污(as-coat)覆膜(噴鍍后未進(jìn)行研磨等后處理的噴鍍覆膜)(5.0mm×3.5mm)。

對(duì)象材料：φ為60mm的圓盤(pán)。

通過(guò)劃格調(diào)整后的算術(shù)平均粗糙度Ra：0.2～0.4μm。

硼鑄鐵制(“ターカロイ”(注冊(cè)商標(biāo)))。

一個(gè)活塞環(huán)與圓盤(pán)的接觸面積：3.5mm×5mm。

接觸面壓力：94MPa。

潤(rùn)滑油：JOMO Delstar F20相當(dāng)品。

潤(rùn)滑油供給：油供給(150mL/分鐘)。

潤(rùn)滑油溫度：80℃(油浴設(shè)定)、約65℃(向滑動(dòng)面供給時(shí))。

試驗(yàn)方法：1)以載荷為500N、對(duì)象材料旋轉(zhuǎn)速度為500rpm的條件進(jìn)行5分鐘試運(yùn)轉(zhuǎn)。

2)以載荷為3300N、對(duì)象材料旋轉(zhuǎn)速度為790rpm的條件進(jìn)行60分鐘正式試驗(yàn)。

3)測(cè)定噴鍍覆膜和對(duì)象材料的磨損量。

4)再次進(jìn)行1)～3)。

使用測(cè)微計(jì)測(cè)定耐磨損性試驗(yàn)前后的滑動(dòng)構(gòu)件1整體的厚度(基材2與噴鍍覆膜10的厚度的合計(jì)值)。從耐磨損性試驗(yàn)前的滑動(dòng)構(gòu)件1的厚度中減去耐磨損性試驗(yàn)后的滑動(dòng)構(gòu)件1的厚度，由此算出噴鍍覆膜10的磨損量。對(duì)每個(gè)噴鍍覆膜進(jìn)行三次耐磨損性試驗(yàn)，將所得到的噴鍍覆膜的磨損量的算術(shù)平均值作為噴鍍覆膜10的平均磨損量。將實(shí)施例1的噴鍍覆膜的平均磨損量示于表1中。

另外，使用觸針式輪廓儀，測(cè)定耐磨損性試驗(yàn)后的圓盤(pán)表面的滑動(dòng)部(滑動(dòng)痕)的底面與非滑動(dòng)部表面的距離(高低差)。該距離(高低差)為對(duì)象材料的磨損量。對(duì)每個(gè)噴鍍覆膜進(jìn)行三次耐磨損性試驗(yàn)，將所得到的對(duì)象材料的磨損量的算術(shù)平均值作為對(duì)象材料的平均磨損量。將對(duì)象材料的平均磨損量示于表1中。

(實(shí)施例2～3和比較例1～4)

在實(shí)施例2～3和比較例1～4各自的滑動(dòng)構(gòu)件的制作中，將噴鍍粒子的平均速度和平均溫度調(diào)節(jié)至下述表1所記載的值。

在比較例4中，使用粉末組合物B代替粉末組合物A。粉末組合物B是含有60質(zhì)量份的鉬粒子、30質(zhì)量份的鎳鉻合金粒子和10質(zhì)量份的碳化鉻粒子的組合物。

除了上述事項(xiàng)以外，通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，制作實(shí)施例2～3和比較例1～4各自的滑動(dòng)構(gòu)件。

通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，對(duì)各實(shí)施例和比較例的滑動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行分析。將分析結(jié)果示于表1～3中。

將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的實(shí)施例2的噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像示于圖6中。將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的實(shí)施例2的噴鍍覆膜的斷面2的背散射電子像示于圖7中。

將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的實(shí)施例3的噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像示于圖8中。將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的實(shí)施例3的噴鍍覆膜的斷面2的背散射電子像示于圖9中。

將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例1的噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像示于圖10中。將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例1的噴鍍覆膜的斷面2的背散射電子像示于圖11中。

將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例2的噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像示于圖12中。將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例2的噴鍍覆膜的斷面2的背散射電子像示于圖13中。

將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例3的噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像示于圖14中。將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例3的噴鍍覆膜的斷面2的背散射電子像示于圖15中。

將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例4的噴鍍覆膜的斷面1的背散射電子像示于圖16中。將通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法拍攝的比較例4的噴鍍覆膜的斷面2的背散射電子像示于圖17中。

如圖6～17所示，確認(rèn)到：實(shí)施例2～3和比較例1～4各自的滑動(dòng)構(gòu)件均具備基材和形成在基材的滑動(dòng)面上的噴鍍覆膜，噴鍍覆膜含有鉬相、碳化鉻相和鎳鉻合金相，鉬相、碳化鉻相、鎳鉻合金相和氣孔堆積在基材的滑動(dòng)面上。

通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，測(cè)定其他實(shí)施例和比較例各自的噴鍍覆膜的維氏硬度。將測(cè)定結(jié)果示于表1中。

通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，進(jìn)行使用其他實(shí)施例和比較例各自滑動(dòng)構(gòu)件的耐磨損性試驗(yàn)，測(cè)定各噴鍍覆膜的平均磨損量和對(duì)象材料的平均磨損量。將測(cè)定結(jié)果示于表1中。

[表3]

在T_CrC/T_Mo為0.46～1.00的實(shí)施例1～3中確認(rèn)到：與比較例1～4相比，耐磨損性試驗(yàn)后的噴鍍覆膜的磨損量小，并且對(duì)象材料的磨損量小。

盡管實(shí)施例1～3和比較例1～3的噴鍍覆膜均是由粉末組合物A形成，但在比較例3中，沒(méi)有得到像實(shí)施例1～3和比較例1～2的噴鍍覆膜那樣的微細(xì)組織(參考圖4～15)。如表2所示，對(duì)于比較例3的噴鍍覆膜而言，與實(shí)施例1～3和比較例1～2相比，各相的平均厚度大，平均相數(shù)少。認(rèn)為比較例3與實(shí)施例1～3和比較例1～2的差異是由于：在比較例3中，噴鍍粒子的平均速度小。比較例3中，與實(shí)施例1～3和比較例1～2相比，噴鍍覆膜和對(duì)象材料的平均磨損量大。認(rèn)為這是由于：比較例3的噴鍍覆膜的組織不微細(xì)，因此發(fā)生了磨料磨損。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的滑動(dòng)構(gòu)件例如應(yīng)用于汽車(chē)或船舶等的引擎用的活塞環(huán)。

符號(hào)說(shuō)明

1…滑動(dòng)構(gòu)件(活塞環(huán))、2…基材、2a…滑動(dòng)面、5…磨損量測(cè)定裝置、6…支架、7…圓盤(pán)、10…噴鍍覆膜、11…鉬相、12…碳化鉻相、13…鎳鉻合金相、14…氣孔。