具有硬铬层和改善的磨合行为的活塞环制造技术

提供了一种活塞环，所述活塞环具有基体，其中，所述基体具有内圆周面、第一侧面、第二侧面和外圆周面，其中在所述外圆周面上淀积有具有裂纹网络的第一硬铬层，所述第一硬铬层的裂纹网络的裂纹密度为10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有硬铬层和改善的磨合行为的活塞环
[0001]本专利技术涉及一种在滑动面上具有硬铬层并且具有改善的磨合行为的活塞环，以及一种用于制备这种活塞环的方法，及其在内燃机中的用途。
[0002]用于内燃机的活塞环暴露于强摩擦和高温，并且因此必须具有这样的表面：其具有高耐磨损和耐腐蚀性以及高耐焦烧性，并且除此之外具有良好的滑动特性。为此，活塞环的外圆周面(滑动面)通常配置有磨损保护层，例如以电解地沉积的硬铬层的形式。
[0003]为了改善耐磨损和耐腐蚀性，可以在电镀的硬铬层中嵌入固体粒子。在DE 3531410 A1和EP 0217126 A1中，描述了电镀的硬铬层，它们具有裂纹网络，并且在裂纹网络的裂纹中嵌入有固体粒子。
[0004]不过，这样的硬铬固体粒子层的耐磨损性是如此之高，使得活塞环的磨合持续很长时间，通常为2000个运行小时以上。在该时间中，内燃机容易出故障，并且显示出高的油耗。这对于大型活塞环，例如在船舶发动机中安装的活塞环，是尤其重要的。通常，当活塞环的直径为约120
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1000mm时，称为大型活塞环。
[0005]因此，此专利技术基于以下任务：克服现有技术的上述缺点，并且提供一种活塞环，其磨合行为得以改善。进而，此专利技术的任务是提供一种用于制备这种活塞环的方法。
[0006]根据本专利技术，该任务通过一种活塞环完成，所述活塞环具有基体，其中，所述基体具有内圆周面、第一侧面、第二侧面和外圆周面，其中在所述外圆周面上淀积有具有裂纹网络的第一硬铬层，所述第一硬铬层的裂纹网络的裂纹密度为10
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250条裂纹/mm，并且在所述第一硬铬层的裂纹中嵌入有中值粒子大小为0.01
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10μm的固体粒子，在所述第一硬铬层上淀积有具有裂纹网络的第二硬铬层，其中所述第二硬铬层的裂纹网络的裂纹密度为10
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250条裂纹/mm，并且在所述第二硬铬层的裂纹中没有嵌入固体粒子，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹具有1
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15μm的平均宽度，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹是电解地扩展的，并且相对于所述第二硬铬层的总表面，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹的表面占比为3
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25％。
[0007]该任务进一步通过一种用于制备活塞环的方法完成，所述方法包括以下步骤：
[0008](a)将具有基体的活塞环置入含有铬化合物和平均粒子大小为0.01
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10μm的固体粒子的电解液中，所述基体具有内圆周面、第一侧面、第二侧面和外圆周面，
[0009](b)在所述外圆周面上电解地沉积第一硬铬层，所述第一硬铬层具有裂纹网络，
[0010](c)将电流方向倒转，其中已形成的裂纹扩展并且所述固体粒子嵌入到裂纹中，
[0011](d)将所述步骤(b)和(c)重复至少一次，使得形成含有在裂纹中的固体粒子的第一硬铬层，
[0012](e)将所述活塞环置入含有铬化合物且不含有固体粒子的电解液中，并且在所述第一硬铬层上电解地沉积具有裂纹网络的第二硬铬层，以及
[0013](f)将电流方向倒转，其中在所述第二硬铬层的表面处已形成的裂纹扩展到1
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15μm的平均宽度，并且相对于所述第二硬铬层的总表面，裂纹的表面占比为3
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25％。
[0014]上述活塞环具有以下优点：其在表面处具有裂纹，该裂纹是扩展的，并且因此有高的表面占比，使得其能够起到润滑剂储存器的作用。同时，根据本专利技术的活塞环在表面处具
有一层无粒子的硬铬层，其不像具有固体粒子的第一硬铬层(硬铬
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固体粒子层)那么耐磨损，由此总体上磨合行为得以缩短并且因此得到明显改善。这尤其减少了在前大约2000个工作小时中的油耗。此外，上方的无粒子层是已证实特别适合于活塞环的硬铬层。上方的无粒子的硬铬层在磨合阶段磨损掉，从而在活塞环磨合之后，已知的有利的硬铬固体粒子层即第一硬铬层可以作为在内燃机中的摩擦搭档接管其任务。当需要时步骤(e)和(f)可以重复，也可能重复多次。由此，无粒子硬铬层在其厚度上可以适应要求。
[0015]具有内外圆周面以及侧面的活塞环的基本构造是例如在DE 10 2011 084 052 A1中所述的。
[0016]在本专利技术的含义中，将硬铬层理解为电解地(电镀地)淀积的铬层。为了形成硬铬层，将活塞环置入电解液，并且接通到阴极。具有或不具有固体粒子的硬铬层的形成是已知的，并且是例如在EP 2 825 682 A1和EP 2 260 127 A1中所述的。
[0017]向活塞环施加直流电或脉动的直流电。在沉积步骤(b)中，具有裂纹网络(微裂纹网络)的硬铬层形成。因为在裂纹网络应当嵌入固体粒子，所以电解液含有固体粒子，并且在转换极性步骤(c)中，将活塞环接通到阳极，并且裂纹扩展，使得固体粒子嵌入到扩展的微裂纹中。在此，固体粒子优选在电解液中保持悬浮。当重复步骤(b)和(c)时，裂纹在后续的沉积步骤(b)中被封闭，并且沉积另一层有微裂纹的硬铬层，其再次具有新的裂纹，并且其裂纹能够随后扩展并且由粒子填入。
[0018]每层铬层(铬层)优选具有约6
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20μm的厚度，并且通过多次电流方向的逆转(转换极性)和沉积，可以使第一硬铬层的厚度适合想要的部署目的。
[0019]接着第一硬铬层的沉积，随后在步骤(e)中淀积不含有固体粒子的第二硬铬层。在沉积结束时，在步骤(f)重新转换极性(电流方向倒转)，并且将表面处的裂纹扩展，使得其具有规定的平均宽度，并且有相应高的表面占比。
[0020]通过以下方式确定在第二硬铬层的表面处的裂纹的平均宽度(裂纹宽度)：通过在大约垂直于裂纹走向进行测量，测量至少十条在表面中随机挑选的裂纹的宽度，并计算这至少十条测得的裂纹宽度的算数平均值。为了测量，使用表面的显微照片，特别是滑动面磨片的表面照片，滑动面磨片可以如下述实施例所述进行制备。
[0021]第二硬铬层的表面处的裂纹的平均宽度为1
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15μm，优选1.5
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12μm，特别是2
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10μm且最优选3
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9μm。
[0022]在第二硬铬层的表面之中或之处的裂纹的表面占比同样借助表面的显微照片特别是表面的滑动面磨片显微照片来测定。裂纹与硬铬层的其余部分在颜色上有差别，其中裂纹具有更暗的颜色，如可在图1中看到的。为了确定裂纹的表面占比，取至少40μm x 40μm的表面，并且通过测量来确定暗色的占比，即表面处的裂纹相对于总表面的占比。在至少三块随机选择的至少40μm x 40的正方形处测定它，并且从这三处测量确定算数平均。如此测定的值是在第二硬铬层的表面中的裂纹的表面占比。
[0023]在第二硬铬层的表面中的裂纹的表面占比为3
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25％，优选5
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20％，特别是6
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18％，各自均相对于第二硬铬层的总表面。
[0024]在一个优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.活塞环，所述活塞环具有基体，其中，所述基体具有内圆周面、第一侧面、第二侧面和外圆周面，并且在所述外圆周面上淀积有具有裂纹网络的第一硬铬层，其中所述第一硬铬层的裂纹网络的裂纹密度为10
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250条裂纹/mm，并且在所述第一硬铬层的裂纹中嵌入有中值粒子大小为0.01
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10μm的固体粒子，在所述第一硬铬层上淀积有具有裂纹网络的第二硬铬层，其中所述第二硬铬层的裂纹网络的裂纹密度为10
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250条裂纹/mm，其特征在于，在所述第二硬铬层的裂纹中没有嵌入固体粒子，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹具有1
‑
15μm的平均宽度，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹是电解地扩展的，并且相对于所述第二硬铬层的总表面，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹的表面占比为3
‑
25％。2.根据权利要1所述的活塞环，其特征在于，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹的平均宽度为2
‑
10μm，并且所述第二硬铬层的裂纹密度为30
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200条裂纹/mm。3.根据权利要1或2所述的活塞环，其特征在于，在所述第二硬铬层的表面处的裂纹的表面占比为5
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20％。4.根据权利要求1
‑
3所述的活塞环，其特征在于，所述第一硬铬层的厚度为60
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200μm。5.根据权利要求1
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4所述的活塞环，其特征在于，所述第二硬铬层的厚度为5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：联邦摩高布尔沙伊德公司，
类型：发明
国别省市：