BR102012006917B1

BR102012006917B1 - anel de pistão

Info

Publication number: BR102012006917B1
Application number: BR102012006917-2A
Authority: BR
Inventors: Takatsugu Iwashita; Tomoyuki Sato
Original assignee: Tpr Co., Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2021-04-20
Also published as: BR102012006917A2; CN102705102A; EP2505685B1; KR20120110041A; IN2012DE00922A; EP2505685A1; US20150137457A1; JP2012202522A; US20120248711A1; CN102705102B; US9175771B2

Abstract

ANEL DE PISTÃO. 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

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um anel de pistão para um motor de combustão interna.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[002] Um revestimento baseado em carbono é conhecido como um revestimento o qual tem um baixo coeficiente de atrito, mas a tensão de revestimento 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 e camadas duras alternadamente laminadas e a qual permite que uma superfície lisa seja facilmente obtida.

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

[004] A Publicação de Patente Japonesa (A) Número 2006-008853 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 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

[005] 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.

[006] 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 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 μm ou mais.

[007] De preferência, a camada de alta dureza tem uma espessura de 5 a 90 nm.

[008] De preferência, a superfície sobre a qual o revestimento está formado tem uma rugosidade de material de base de 1,0 μmRz ou menos.

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

[0010] De preferência, uma camada de baixa dureza do revestimento contém somente carbono ou carbono e também Cr ou Ti.

[0011] 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 se torne áspera, o coeficiente de atrito torna-se maior, e o desgaste do material em oposição torna-se maior também. Se a diferença de dureza se tornar 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 μm, a resistência ao desgaste torna-se insuficiente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] 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

[0013] A figuras 1A a 1C mostram uma modalidade da presente invenção, em que

[0014] A figura 1A é uma vista em corte transversal longitudinal a qual mostra uma parte de um anel de pistão,

[0015] A figura 1B é uma vista em corte transversal ampliada de uma parte de revestimento, e

[0016] A figura 1C é uma vista a qual mostra uma parte de uma superfície de revestimento após o deslizamento, e

[0017] A figura 2 é uma vista esquemática de um testador de desgaste alternativo.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES PREFERIDAS

[0018] Abaixo, uma modalidade preferida da presente invenção será explicada enquanto referindo aos desenhos.

[0019] 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 e B com diferentes durezas laminadas em pelo menos duas camadas cada. Nas figuras 1A a 1C, os dois tipos de camadas A e B 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 "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 μm ou mais. A rugosidade de material de base da circunferência externa é de 1,0 μmRz ou menos. A camada 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.

[0020] 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 insuficiente. Se a espessura se torna 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 do material de base da circunferência externa for maior do que 1,0 μmRz, 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 da superfície for uma camada de alta dureza A, a superfície do material em oposição pode ser rapidamente alisada.

[0021] 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 A). As espessuras das camadas são ajustadas mudando os tempos de formação, enquanto que as durezas são ajustadas mudando a voltagem de polarização.

[0022] 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.

[0023] 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 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.

[0024] As condições de teste foram como segue:

[0025] Carga: 100 N

[0026] Velocidade: 600 cpm/min

[0027] Óleo lubrificante: 5W-20

[0028] Tempo: 1 hora

[0029] Peça de teste superior: peça de teste em forma de pino para anel de pistão dado um revestimento de DLC

[0030] Peça de teste inferior: material de ferro fundido de grafite formado em flocos para revestimento de cilindro Tabela 1

[0031] 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

1. Anel de pistão (1) para deslizar, através de um óleo de lubrificação de motor contra um material de ferro de grafite de formato em floco para um revestimento de cilindro de um cilindro (12) de um motor de combustão interna, caracterizado pelo fato de que o anel de pistão (1) tem um revestimento carbono (2) como diamante (DLC) formado sobre a sua superfície deslizante, em cujo anel de pistão (1), o dito revestimento é um revestimento de múltiplas camadas compreendido de dois tipos de camadas (A, B) que têm durezas diferentes alternativamente laminadas em pelo menos duas camadas (A, B), uma diferença de dureza entre os ditos dois tipos de camadas (A, B) é de 500 a 1700 HV, uma camada de alta dureza tem a mesma ou maior espessura do que uma camada de baixa dureza, uma camada mais na superfície do revestimento é a camada de alta dureza, e o revestimento como um todo tem uma espessura de 5,0 μm ou mais, em que a dita camada de alta dureza tem uma espessura de 5 nm ou mais e 90nm ou menos, e em que a superfície sobre a qual o dito revestimento está formado tem uma rugosidade de material de base de 1,0 μm Rz ou menos.

2. Anel de pistão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma camada de baixa dureza do dito revestimento contém somente carbono (2) ou carbono (2) e também Cr ou Ti.