滑动元件制造技术

本发明专利技术涉及一种滑动元件，尤其用于内燃机的活塞圈(10)，其包括硬非晶碳涂层(15)，Rmr(0.3‑0.5)轮廓大于至少25％，和/或Rmr(0.3‑0.5)轮廓大于至少50％。

Sliding element

The invention relates to a sliding element, especially for piston ring of internal combustion engine (10), including a hard amorphous carbon coating (15), Rmr (0.3 0.5) profile is more than 25% at least, and / or Rmr (0.3 0.5) profile is more than 50% at least.

【技术实现步骤摘要】
滑动元件
本专利技术涉及一种滑动元件，诸如用于内燃机的活塞圈，其包括设置有粗糙轮廓的硬非晶碳涂层，粗糙轮廓能够在其滑动界面上带来减小的摩擦，以及减小磨损。
技术介绍
无论是具有狄塞尔循环、奥托循环、两个或者三个冲程的内燃机，均包括至少一个滑动元件，诸如活塞圈。在这方面，活塞圈的作用为密封气缸衬套和活塞主体之间的空间，隔绝燃烧室与发动机的其他内部部件。活塞圈径向布置在活塞主体的基底上，防止燃烧气体从燃烧室朝向油箱逃离，以及防止发动机油渗透燃烧室。一些内燃机利用迪塞尔循环操作发动机，利用高负荷工作。其他例子可以发现在高性能汽油发动机中。独立于引证的例子，存在的趋势是发动机以高速利用较高功率、降低的间隙操作，结果，受到严重的磨损机制。一旦其机械部件经受这种条件，这种条件自然更严厉。在这方面，在这些高功率或者性能发动机中利用的圈需要低摩擦、高硬度以及高磨损阻力。此外，需要着重强调的是，当与性能以及耐久性的重大需要一起考虑时，内燃机的环境冲击以一般方式导致需要利用更紧容差工作，这自然转化成利用越来越薄的润滑油层。正如下文将看到的，已经具体地开发了本专利技术，以提供解决方案，利用占主导地位的较少的粘性油实现了良好性能。在现有技术中陈述的活塞圈大致包括硬非晶碳涂层，还公知为DLC(钻石碳)或者氢化DLC无氢纳米结构，正如用于实现低摩擦以及高磨损阻力的方案。总之，现有技术的解决方案将DLC涂层应用于合并sp3以及sp2键的成分。不过，必须注意的是，由于sp3键的高尺寸稳定性，其硬度超过利用sp2键发现的硬度。基于该原因，现有技术的各种解决方案使用涂覆有sp2薄层(石墨类型)的sp3DLC层(钻石类型)。为了更好地理解，凭借非常软以及润滑剂，sp2层被利用以允许活塞圈嵌入气缸衬套内并且防止sp3层直接接触气缸衬套。这种考虑是极其有效的，凭借的事实是，除了sp3层会刻痕气缸衬套的事实，存在于sp3层的应力浓度非常高，使得其会生成灾难性后果：刻痕气缸衬套，以及涂层会发生破裂以及传播，结果导致发动机的工作寿命减少。专利文献WO2010133633显示了一种活塞圈，其设置有ta-C类型DLC涂层，具有的厚度超过10微米并且具有至少一个残余应力梯度以赋予经受应力的部件耐久性以及低摩擦。应该注意的是，沉积在DLC涂层的固有的高内应力导致在该
需要查找解决方案。不过，虽然降低了残余应力，但该方案未完全解决问题，因为事实上活塞圈与衬套的接触界面依靠轮廓继续发生，例如，这不确保气缸衬套不遭受现有技术的解决方案的典型磨损。文献US2013/0140776描述了一种设置有厚度也超过10微米的ta-C类型的DLC涂层的活塞圈，涂层包含的抛光层具有的厚度从1至3微米，其中，sp3的质量减小至小于40％的值，以确保较大质量的sp2存在于该用于将圈嵌入气缸内的第二层中。虽然现有技术的解决方案关注的是确保低摩擦以及高耐久性，但是发现的所有方案都需要界面或者存在元件，界面或者存在元件诸如能够使较软层嵌入圈的滑动区域，或者添加带来这种效果的金属。此外，在现有技术中存在可替换物，鉴于涂层遭受的高内应力以及高硬度，通过降低内应力，来维持涂层的完整性功能。独立于现有技术的文献显示的努力，在抛光产品中还未发现生成良好结果的解决方案，即不需要嵌入相应气缸衬套内并且同时利用非常小的间隙工作的活塞圈。结果，需要找到一种滑动元件，诸如活塞圈，其包括ta-C类型的硬非晶碳涂层，设置有粗糙轮廓，能够降低其滑动界面的摩擦，同时能够减小磨损。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种滑动元件，诸如用于内燃机的活塞圈，尤其利用高负荷和/或功率操作的发动机，该活塞圈包括非晶碳涂层，其设置有粗糙轮廓，能够降低其滑动界面的摩擦，同时能够依靠降低波峰以及最大化波谷而减小活塞圈以及气缸衬套的磨损。此外，本专利技术的目的是提供一种活塞圈，其设置有能够利用非常小间隙以及具有高耐久性的油薄膜作业的涂层。此外，本专利技术的目的是提供一种能够利用非常小间隙以及油膜作业的活塞圈。最后，本专利技术的目的是提供一种硬度超过4000HV(维氏硬度)的活塞圈，其不刻痕气缸衬套，其硬度相当低，大致小于700HV(维氏硬度)或者甚至250至300HV。
技术实现思路
本专利技术的目的通过滑动元件、尤其通过用于内燃机的活塞圈实现，该活塞圈设置有滑动面，粘接层和硬非晶碳涂层从内朝外沉积在滑动面上，粘接层和硬非晶碳涂层具有的Rmr(0.2-0.5)轮廓大于至少25％，和/或Rmr(0.3-0.5)轮廓超过至少50％。此外本专利技术的目的是通过包括至少一个上文限定的活塞圈的内燃机实现的。附图说明下文中，将在附图表示的实施例的示例的基础上更详细描述本专利技术。附图示出了：图1是活塞圈配置在内燃机的气缸内部内的示意图；图2是活塞圈的截面，显示本专利技术的涂层的结构；图3是示出气缸衬套和现有技术中涂层式活塞圈的波峰的接触点的图表；图4是气缸衬套和本专利技术的涂层式活塞圈的平台的接触点的图表；图5是例举源自于具有低Rmr值的表面的结果的图；图6是例举源自于具有低Rmr值的表面的结果的图；图7是示出现有技术以及本专利技术中根据Rmr值的函数的摩擦结果的图表；以及图8是示出根据Rmr值的函数的各种类型非晶碳涂层的圈以及气缸衬套的磨损的图表。具体实施方式本专利技术涉及一种滑动元件，尤其用于内燃机的活塞圈10，其包括ta-C类型的硬非晶碳涂层15，该涂层呈现粗糙轮廓，具有的Rmr(0.3-0.5)值大于至少25％和/或Rmr(0.3-0.5)值大于至少50％。正如下文将看到的，粗糙轮廓具有平台18的优势，当连同诸如本专利技术的非晶碳涂层利用时，产生优于现有技术的滑动元件的性能。在开始时，必须陈述的是，本专利技术的滑动元件优选是用于利用高负荷和/或功率操作的内燃机的活塞圈10。通常这些活塞圈10利用非常小间隙以及油薄膜作业，以确保良好性能以及较低释放CO2。作为主要特性，本专利技术的活塞圈10具有的作为主要特性的低摩擦涂层15是基于具有高耐久性的碳结构，其结果是源自于涂层表面特别开发的形貌。本专利技术的圈10包括设置有滑动面11的金属基底，优选由铸铁、钢、不锈钢构成，包含10％至17％的铬或者碳钢。滑动面11朝向接触气缸衬套20的区域定位，并且涂层15沉积在滑动面11上。在优选构造中，滑动面11从内朝外接收粘接层14和ta-C类型的硬非晶碳的涂层15(见图1和图2)。粘接层14的目的是，收纳圈10的金属结构和非晶碳涂层15之间的应力，其内应力非常高，以这种方式确保功能涂层15和金属基底之间的良好粘接。以优选方式，但是非强制性的，粘接层14由铬构成的体心立方(bcc)多晶柱结构形成，其厚度为0.5和1微米之间。在可替换优选构造中，粘接层可以由镍或者钴构成。此外，粘接层14通过气相沉积处理从金属源沉积。相反，图2示出的抗摩擦层为涂层15，下文这样指代，其由没有或者基本没有氢的完全非晶碳(DLC)组成，具有占主导地位的sp3质量。相对于不存在氢，重要的是，需要注意其重量小于2％。关于sp3与sp2的比例，必须注意的是，在优选构造中，其比例包括超过50％的sp3键，其特征为ta-C涂层15。在可替换优选构造中，sp3的百分比范围为55％至70％。换句话说，sp3与sp2的比例范围为0.42至2.33，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑动元件，尤其用于内燃机的活塞圈(10)，其设置有滑动面(11)，粘接层(14)和硬非晶碳涂层(15)从内朝外沉积在所述滑动面(11)上，所述滑动元件的特征在于，所述涂层呈现的sp

【技术特征摘要】
2015.10.08 BR 10201502573171.一种滑动元件，尤其用于内燃机的活塞圈(10)，其设置有滑动面(11)，粘接层(14)和硬非晶碳涂层(15)从内朝外沉积在所述滑动面(11)上，所述滑动元件的特征在于，所述涂层呈现的sp3与sp2的比例范围为0.42至2.33，并且Rmr(0.2-0.5)轮廓大于至少25％，和/或Rmr(0.3-0.5)轮廓大于至少50％。2.根据权利要求1所述的滑动元件，其特征在于，所述涂层(15)包含的氢重量比小于2％。3.根据权利要求1所述的滑动元件，其特征在于，所述涂层(15)为ta-C类型并且包括超过50％的sp3键。4.根据权利要求1所述的滑动元件，其特征在于，所述涂层(15)为a-C类型，并且包括的sp3键具有的sp3值在25％...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·理查德·班菲尔德，茹利亚诺·阿韦拉尔·阿劳霍，
申请(专利权)人：马勒金属立夫有限公司，马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：巴西,BR