BR102012006917A2

BR102012006917A2 - anel de pistço

Info

Publication number: BR102012006917A2
Application number: BRBR102012006917-2A
Authority: BR
Inventors: Takatsugu Iwashita; Tomoyuki Sato
Original assignee: Tpr Co Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-06-04
Also published as: BR102012006917B1; CN102705102A; EP2505685B1; KR20120110041A; IN2012DE00922A; EP2505685A1; US20150137457A1; JP2012202522A; US20120248711A1; CN102705102B; US9175771B2

Abstract

ANEL DE PISTçO. A presente invenção refere-se a um anel de pistão o qual está provido com um revestimento baseado em carbono o qual tem uma propriedade de baixo atrito e resistência ao desgaste, isto é, um anel de pistão o qual tem um revestimento baseado em carbono formado sobre a sua superfície deslizante, em cujo anel de pistão, o revestimento é um revestimento de múltiplas camadas compreendendo de dois tipos de camadas que têm durezas diferentes laminadas em pelo menos duas camadas, uma diferença de dureza entre os dois tipos de camadas é de 500 a 1700 HV, uma camada de alta dureza tem a mesma ou maior espessura que uma camada de baixa dureza, e o revestimento como um todo tem uma espessura de 5,0 <109>m ou mais. A camada de alta dureza tem uma espessura de 5 a 90 nm. A superfície sobre a qual o revestimento está formado tem uma rugosidade de material de base de 1,0 <109>mRz ou menos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ANEL DE

PISTÃO".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um anel de pistão para um mo

tor de combustão interna.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Um revestimento baseado em carbono é conhecido como um revestimento o qual tem um baixo coeficiente de atrito, mas a tensão de re10 vestimento é alta e uma autofratura ocorre, assim aumentar a espessura é difícil. A Publicação de Patente Japonesa (A) Número 2006-008853 propõe um revestimento baseado em carbono com um baixo coeficiente de atrito o qual é feito de uma estrutura de múltiplas camadas com uma camada mais na superfície compreendida de uma camada macia e com camadas macias 15 e camadas duras alternadamente laminadas e a qual permite que uma superfície lisa seja facilmente obtida.

Ver a Publicação de Patente Japonesa (A) Número 2006-008853 acima para a técnica relacionada.

A Publicação de Patente Japonesa (A) Número 2006-008853 20 não define a diferença de dureza entre a camada dura e a camada macia. No entanto, na Publicação de Patente Japonesa (A) Número 2006-008853, a camada macia é considerada como uma camada de assentamento, enquanto que a camada dura é considerada como uma camada de resistência ao desgaste, de modo que as durezas são, no Exemplo 1, camada macia: 18 25 GPa e camada dura: 42 GPa e, no Exemplo 2, camada macia: 20 GPa e camada dura: 41 GPa. A diferença de dureza entre a camada macia e a camada dura era grande.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um objetivo da presente invenção é prover um anel de pistão o qual está provido com um revestimento baseado em carbono o qual tem uma propriedade de baixo atrito e excelente resistência ao desgaste.

A presente invenção provê um anel de pistão que tem um revestimento baseado em carbono formado sobre a sua superfície deslizante, em cujo anel de pistão, o revestimento é um revestimento de múltiplas camadas compreendido de dois tipos de camadas que têm durezas diferentes laminadas em pelo menos duas camadas cada, uma diferença de dureza entre os 5 dois tipos de camadas é de 500 a 1700 HV, uma camada de alta dureza tem a mesma ou maior espessura que uma camada de baixa dureza, e o revestimento como um todo tem uma espessura de 5,0 μηι ou mais.

De preferência, a camada de alta dureza tem uma espessura de

5 a 90 nm.

De preferência, a superfície sobre a qual o revestimento está

formado tem uma rugosidade de material de base de 1,0 μιτιΡζ ou menos.

De preferência, uma camada mais na superfície do revestimento é uma camada de alta dureza.

De preferência, uma camada de baixa dureza do revestimento contém somente carbono ou carbono e também Cr ou Ti.

Resumindo os efeitos vantajosos da invenção, de acordo com o anel de pistão da presente invenção, fazendo o revestimento baseado em carbono um revestimento de múltiplas camadas de dois tipos de camadas, os quais têm uma diferença de dureza de 500 a 1700 HV, o aumento da espessura torna-se possível e tanto uma propriedade de baixo atrito quanto uma excelente resistência ao desgaste são dados. Se a diferença de dureza for menor do que 500 HV, as rachaduras de revestimento fazem com que a superfície deslizante torne-se áspera, o coeficiente de atrito torna-se maior, e o desgaste do material em oposição torna-se maior também. Se a diferença de dureza tornar-se maior do que 1700 HV, o deslizamento faz com que a camada de baixa dureza torne-se desgastada, a tensão se concentra nas partes de alívio de superfície da camada de alta dureza (ver figura 1B), as lascas de revestimento, o coeficiente de atrito torna-se maior, e o desgaste no material em oposição também tornar-se maior. Se a espessura total do revestimento for menor do que 5,0 μιτι, a resistência ao desgaste torna-se insuficiente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estes e outros objetos e características da presente invenção ficarão mais claros da descrição seguinte das modalidades preferidas dadas com referência aos desenhos anexos, em que

figuras 1A a 1C mostram uma modalidade da presente invenção,

em que

figura 1A é uma vista em corte transversal longitudinal a qual

mostra uma parte de um anel de pistão,

figura 1B é uma vista em corte transversal ampliada de uma parte de revestimento, e

figura 1C é uma vista a qual mostra uma parte de uma superfície de revestimento após o deslizamento, e

figura 2 é uma vista esquemática de um testador de desgaste alternativo.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES PREFERIDAS

Abaixo, uma modalidade preferida da presente invenção será explicada enquanto referindo aos desenhos.

Um anel de pistão 1 tem um revestimento baseado em carbono 2 formado sobre a sua circunferência externa. O revestimento baseado em carbono 2 é um revestimento de DLC (carbono como diamante) compreendido de um revestimento de múltiplas camadas de dois tipos de camadas A 20 e B com diferentes durezas laminadas em pelo menos duas camadas cada. Nas figuras 1A a 1C, os dois tipos de camadas AeB são laminadas em seis camadas cada. A camada mais na superfície é uma camada A com uma alta dureza. A diferença de dureza entre os dois tipos de camadas A e B é e 500 a 1700 HV. A camada A com a alta dureza (daqui em diante referida como a 25 "camada de alta dureza A") tem uma espessura de 5 a 90 nm, enquanto a camada B com uma baixa dureza (daqui em diante referida como a "camada de baixa dureza B") tem a mesma ou maior espessura. A espessura total do revestimento baseado em carbono 2 é de 5,0 μιη ou mais. A rugosidade de material de base da circunferência externa é de 1,0 μιτιΚζ ou menos. A ca30 mada de baixa dureza B pode conter Cr ou Ti. Se Cr ou Ti forem contidos, a adesão com a camada de alta dureza A é mais aperfeiçoada.

Se a espessura da camada de alta dureza A for menor do que 5 nm, as larguras requeridas da camada de alta dureza A e da camada de baixa dureza B as quais estão expostas na circunferência externa após o deslizamento (ver figura 1C) não podem ser suficientemente asseguradas, a propriedade de retenção de óleo cai, e o efeito de baixo atrito torna-se insufici5 ente. Se a espessura torna-se maior do que 90 nm, as larguras da camada de alta dureza A e da camada de baixa dureza B as quais estão expostas à circunferência externa após o deslizamento tornam-se muito grandes, rachaduras de revestimento ocorrem, o coeficiente de atrito torna-se maior, e o desgaste do material em oposição também torna-se maior. Se a rugosidade 10 do material de base da circunferência externa for maior do que 1,0 μηιΡζ, o deslizamento faz com que a camada de baixa dureza B desgaste, a tensão concentre-se em partes de alívio de superfície da camada de alta dureza A (ver figura 1B), o revestimento lasque, o coeficiente de atrito torne-se maior, e o desgaste do material oposto também se torne- maior. Se a camada mais 15 da superfície for uma camada de alta dureza A, a superfície do material em oposição pode ser rapidamente alisada.

O revestimento baseado em carbono 2 acima é formado utilizando o método de PVD por crepitação alternada (formando a camada de baixa dureza B) e revestimento de íons (formando a camada de alta dureza 20 A). As espessuras das camadas são ajustadas mudando os tempos de formação, enquanto que as durezas são ajustadas mudando a voltagem de polarização.

Abaixo, os resultados de utilização de um testador de desgaste alternativo para medir a quantidade de autodesgaste, a quantidade de desgaste de oposição, e o coeficiente de atrito serão explicados.

A figura 2 mostra o esboço de um testador de desgaste alternativo o qual é utilizado para o teste. Uma peça de teste superior em forma de pino 10 está presa por um bloco de retenção 11. Por cima, um cilindro hidráulico 12 é utilizado para aplicar uma carga descendente por meio de que 30 uma peça de teste inferior 13 é pressionada contra. Por outro lado, uma peça de teste inferior em forma de disco plano 13 está presa por um bloco móvel 14 e é feita para se mover para trás e para frente por um mecanismo de manivela 15. O número de referência 16 indica uma célula de carga.

As condições de teste foram como segue:

Carga: 100 N Velocidade: 600 cpm/min Óleo lubrificante: 5W-20

Tempo: 1 hora

Peça de teste superior: peça de teste em forma de pino para anel de pistão dado um revestimento de DLC

Peça de teste inferior: material de ferro fundido de grafite formado em flocos para revestimento de cilindro Tabela 1

Dureza Dureza Diferença Elemen¬ Rugosi- Espes¬ Autodes- Des¬ Coefi¬ de de de dure¬ tos de dade de sura de gaste μΐπ gaste ciente Cama¬ Cama¬ za de camada material camada oposto de da A da B camadas B outros de base Anm μιτι atrito HV HV A1BHV que C μΐη Rz Ex. 1 2000 300 1700 _ 0,2 5 0,5 1 0,04 Ex. 2 1900 1400 500 _ 0,3 20 0,5 1 0,04 Ex. 3 2700 1000 1700 _ 0,2 30 0,5 1 0,04 Ex. 4 1700 400 1300 _ 0,2 90 0,5 1 0,04 Ex. 5 2500 1000 1500 Cr 0,3 80 0,5 1 0,04 Ex. 6 1700 400 1300 _ 0,5 10 0,5 1 0,04 Ex. 7 1700 400 1300 - 1,0 10 0,5 1 0,04 Ex. Comp. 1 1800 1400 400 - 0,2 90 Quebras 5 0,09 de revest Ex. Comp. 2 2800 1000 1800 _ 0,3 90 2,0 4 0,07 Ex. Comp. 3 1900 1400 500 _ 0,3 3 0,5 1 0,06 Ex. Comp. 4 1700 300 1400 _ 0,2 110 2,0 5 0,09 Ex. Comp. 5 2000 300 1700 _ 0,2 3 0,5 1 0,07 Ex. Comp. 6 1700 400 1300 - 1,2 10 1,5 2 0,07 Apesar da invenção ter sido descrita com referência a modalidades específicas escolhidas para propósitos de ilustração, deve ser aparente que numerosas modificações poderiam ser feitas a esta por aqueles versados na técnica sem afastar-se do conceito básico e do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Anel de pistão, que tem um revestimento baseado em carbono formado sobre a sua superfície deslizante, em cujo anel de pistão, o dito revestimento é um revestimento de múltiplas camadas compreendido de 5 dois tipos de camadas que têm durezas diferentes laminadas em pelo menos duas camadas cada, uma diferença de dureza entre os ditos dois tipos de camadas é de 500 a 1700 HV1 uma camada de alta dureza tem a mesma ou maior espessura que uma camada de baixa dureza, e o revestimento como um todo tem uma espessura de 5,0 μηι ou mais.

2. Anel de pistão de acordo com a reivindicação 1, em que a dita camada de alta dureza tem uma espessura de 5 a 90 nm.

3. Anel de pistão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a superfície sobre a qual o dito revestimento está formado tem uma rugosidade de material de base de 1,0 μη^ζ ou menos.

4. Anel de pistão de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, em que uma camada mais na superfície do dito revestimento é uma camada de alta dureza.

5. Anel de pistão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que uma camada de baixa dureza do dito revestimento contêm somente carbono ou carbono e também Cr ou Ti.