活塞环制造技术

一种活塞环，其包括活塞环体和形成在活塞环体上下表面中的至少一个表面上的表面涂膜。该表面涂膜包括耐热树脂和含在耐热树脂中的金属粉末，并且，在其上要形成活塞环体的表面涂膜的那个表面上形成一个磷酸盐涂膜，作为该表面涂膜的基础涂膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于内燃机的活塞环，更具体而言，涉及一种能有效防止 铝粘附(沉积)到活塞环上的活塞环。
技术介绍
通常， 一个压缩环和一个油环作为一套活塞环被安装到作往复运动的活塞 上。压缩环的作用是防止在高压燃气从燃烧室侧吹入曲轴室侧过程中的漏气(blow-by)现象。另一方面，油环的主要功能是抑制油上窜(oil-叩)现象，在 这种上窜现象中，粘附在汽缸内壁表面的过量润滑剂从曲轴室侧侵入燃烧室侧 并被浪费了。在活塞环的现有标准组合中，公知有一种三个环的组合，包括一 个顶环(one top ring)和一个副环共两个压缩环以及一个油环。近来，由于对内燃机的轻重量和高功率输出的日益需求，迫切需要一种具 有高质量的活塞环。在提高内燃机活塞环耐久性的现有技术下，提出了耐磨损 表面处理，如氮化处理、离子电镀处理、或者镀硬铬处理。在这些表面处理中，氮化处理具有很高的评价，并被广泛用于在苛刻环境 下工作的活塞环的表面处理中，因为氮化处理能提供优秀的耐磨损性能。但是，虽然经过氮化处理的活塞环在耐磨性上非常优秀，但在将其用于铝 合金活塞时，活塞的环槽的磨损将会增加。另外，如图1A至图1C所示，会发 生使铝从铝合金制成的活塞槽的下表面粘附到活塞环1的下表面3上的现象。 (参见图1C)图2A至图2C用图表显示了通过使用触针式表面粗糙度测试机得出的活塞 的环槽的上、下表面2和3的表面状态的变化。如图2所示，活塞环槽的上、 下表面2和3的表面状态从图2A中所示的正常状态经过图2B中的活塞环槽粗 糙状态变成图2C中所示的铝粘附状态。在图2A至图2C中，横坐标轴表示活塞的位置，纵坐标轴表示活塞槽的表 面波纹，在图中，字母F代表前方向，AT代表止推方向，R代表后方向，T代表4焦力方向。另外，图3A至图3C示出了铝粘附的机制，其中图3A示出了活塞环1的 下表面3和铝合金活塞10的槽的下表面11通过形成在这两个表面上的厚度低 于0.2微米的氧化膜8互相接触，图3B示出了互相接触的氧化膜8的局部的应 力升高，这种应力升高破坏了氧化膜8，活塞环1的下表面3上的铁和铝合金 活塞10的槽的下表面11上的铝连在一起，图3C示出了铝合金20熔到活塞环 1的下表面3。另外，图4示出了铝粘附部分的放大视图，在图4中，附图标记20代表 粘附的铝，附图标记21代表铝和铁的连结部分。如前面所述，由于活塞环的垂直运动，因而当在活塞槽的预定部分发生熔 焊现象所导致的局部磨损时，泄漏气体(blow-by gas)的泄漏就导致内燃机密 封性能的下降，进而降低了功率输出。这种现象在短时间内发生在活塞环槽下 侧，并且对内燃机的耐久性产生很大的影响。所以，已经针对活塞槽的磨损提 出了一些对策。例如，作为对抗活塞槽磨损的手段，为了防止活塞和活塞环彼此直接接触， 对活塞进行活塞内的基质强化处理、阳极氧化膜涂层处理或者电镀处理，另一 方面，对活塞环进行磷盐薄膜涂层处理或者电镀处理，或者如图5A和图5B所 示，对活塞10和活塞环1的表面进行树脂(例如，Defric (由KAWAMURA KENKYUSHO制造))涂层处理。另外，为了解决上述问题，研究并提供了一种活塞环，在其上下表面或者 只在活塞环的下表面形成有诸如氮化层或电镀铬层的抗磨损处理层，在所述抗 磨损处理层的 一 个表面上形成有含固体润滑剂的聚苯并咪唑 (polybenzoimidazol)树脂薄膜(参见专利公开文献l: JP-H7-063266 )。另外，除本申请的申请人以外还有其他人研究并提供了一种活塞环，该活 塞环表面上涂敷了含固体润滑剂的耐热树脂(参见专利公开文献2和3: JP-H10-246149和JP-H11-246823 )。但是，上述对抗活塞槽磨损的现有技术手段可能对在活塞使用的初始阶段 中所产生的铝粘附有效，但对活塞的长期使用却是不够的，所以需要提高耐久 性。更具体地说，例如，虽然前述专利文献1披露了一种由聚苯并咪唑树脂和固体润滑剂(石墨或MoS。组成的表面涂膜。在涂膜的形成阶段，所述聚苯并 咪唑树脂在还处于液体树脂时很容易被氧化，而且会随着时间变质。所以，在 使用上要注意。另外，聚苯并咪唑的品质很难长时间地保持稳定。另外，上述专利文献2披露了 一种由聚酰胺酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂和 固体润滑剂(石墨、MoS2、 WS2或者聚四氟乙烯)组成的表面涂膜。但是这种 表面涂膜不能充分地防止铝粘附而且还带来成本增加的问题。还有，上述专利文献3披露了一种由聚酰胺酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂和 例如MoS2或Sb203的固体润滑剂组成的表面涂膜。-f旦是，这种涂膜不能充分地 防止铝粘附，而且Sb203是对环境有害的，所以难以-使用。在防止活塞环槽磨损的常规技术中，含有固体润滑剂的表面涂膜被用于活 塞环表面，以便为活塞环体的表面赋予表面润滑性。相反，本专利技术中，所述表 面涂膜所含的是金属粉末而不是固体润滑剂。如前所述，在常规技术中，是通过提高活塞环表面的润滑能力(润滑性) 来减少活塞环槽的磨损的。这可以通过为活塞环表面赋予润滑性来实现。但是，在该方法中，可能在具有足够润滑性的表面涂膜还存在的初始阶段 没有什么问题，但是经过较长时间后，表面涂膜自身可能被磨损或者剥落，这 导致了润滑能力的损失，活塞环体的表面可能会直接暴露出来而活塞环槽可能 磨损。
技术实现思路
在考虑了上述情况的基础上，本专利技术的目的是提供一种能提高耐磨损性 能、能有效防止活塞环上的铝粘附现象、并能有效防止表面涂膜从活塞环体上 剥落的活塞环。根据本专利技术，通过提供一种包括活塞环体和形成在该活塞环体上下表面中 的至少一个表面上的表面涂膜的活塞环，能够实现上述以及其他目的，其中， 表面涂膜包括耐热树脂和包含在耐热树脂中的金属粉末，在其上要形成活塞环 体的表面涂膜的那个表面上形成一磷酸盐涂膜，作为该表面涂膜的基础涂膜。在优选实施例中，理想的是磷酸盐涂膜是一种材料选自由磷酸锌系涂膜、 磷酸锰系涂膜、和磷酸锌钙系涂膜组成的组中的涂膜。理想的是磷酸盐涂膜的厚度在1-10微米之间，磷酸盐涂膜的表面粗糙度按JISB0601 ( 1994)的十点平均粗糙度Rz在l-10微米之间。金属粉末可以是纯铜、氧化铜或铜合金之一，金属粉末相对于整个表面涂 膜的含量在20%-80%质量百分比的范围内。耐热树脂可以包括相对整个表面涂 膜的含量在2%-10%质量百分比的固体润滑剂，固体润滑剂可以是二硫化钼、 二硫化鴒或石墨中的一种或者多种。还理想的是耐热树脂是聚酰胺酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂。 根据上述特征的本专利技术，由于在活塞环体上下表面中的至少一个表面上有 由耐热树脂和含在耐热树脂中的金属粉末组成的所述表面涂膜，因此可以防止 铝合金活塞环槽的一部分从活塞环上剥落并粘附到活塞环，另外，由于作为基 础涂膜的磷酸盐涂膜形成在其上要形成活塞环体的表面涂膜的那个表面上，因 而所述表面涂膜可以通过该磷酸盐涂膜稳固地固定到活塞环体上，从而能有效 地防止表面涂膜从活塞环体上剥落。另外，根据本专利技术，由于润滑性被通过构成表面涂膜的耐热树脂施加到活 塞环体的表面，另外，形成在活塞环上的表面涂膜也可以被金属粉末赋予耐磨 损性能。通过在要在其上形成活塞环体的表面涂膜的那个表面上形成磷酸盐涂 膜作为基础涂膜，能防本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞环，该活塞环包括活塞环体和形成在该活塞环体上下表面中的至少一个表面上的表面涂膜，其中，该表面涂膜包括耐热树脂和含在该耐热树脂中的金属粉末，并且，在其上要形成该活塞环体的表面涂膜的那个表面上形成磷酸盐涂膜，作为该表面涂膜的基础涂膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：为贝悦夫，石川裕三，仮屋智孝，靏田诚，
申请(专利权)人：日本活塞环株式会社，STT株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]