BR102012016283A2 - SLIDING ELEMENT AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Patente de Invenção: ELEMENTO DESLIZANTE E MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA. A presente invenção refere-se a um elemeto deslizante (1) para uso em motores de combustão interna, elemento deslizante (1) esse que é dotado de uma camada deslizante (4) compreendendo uma matriz de tungstênio e carbetos de tungstênio com vista a aumentar a longevidade do elemento deslizante (1) através das melhorias da resistência à fadiga e ao desgaste e concomitante prevenir o desgaste dos componentes do motor que interagem com dito elemento deslizante (1).Invention Patent: SLIDING ELEMENT AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE. The present invention relates to a sliding element (1) for use in internal combustion engines, a sliding element (1) which is provided with a sliding layer (4) comprising a tungsten matrix and tungsten carbides in order to increase the longevity of the sliding element (1) through the improvement of fatigue and wear resistance and at the same time preventing the wear of the engine components that interact with said sliding element (1).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTO DESLIZANTE E MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA".Report of the Invention Patent for "SLIDING ELEMENT AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE".
A presente invenção refere-se a um elemento deslizante para uso em motores de combustão interna, elemento deslizante esse que é do5 tado de uma camada deslizante compreendendo uma matriz de tungstênio e carbetos de tungstênio com vista a aumentar a longevidade do elemento deslizante através da melhoria da resistência à fadiga e ao desgaste e, concomitante, prevenir o desgaste dos componentes do motor que interagem com dito elemento deslizante.The present invention relates to a sliding element for use in internal combustion engines, which sliding element is provided with a sliding layer comprising a tungsten matrix and tungsten carbides with a view to increasing the longevity of the sliding element by improving fatigue and wear resistance and, concomitantly, prevent wear of engine components that interact with said sliding element.
Descrição do estado da técnicaDescription of the prior art
Tendo em conta as demandas crescentes da indústria automóvel, novas exigências têm surgido, exigências essas que se refletem diretamente em uma maior solicitação dos componentes de motores de combustão interna. Desse modo, os atuais componentes de motor, não estando pro15 jetados para tal demanda, sofrem um desgaste prematuro. Algumas das peças que naturalmente sofrem esse efeito são os elementos de deslizamento, particularmente mancais e anéis de pistão.Given the growing demands of the automotive industry, new demands have emerged, requirements that are reflected directly in increased demand for internal combustion engine components. Thus, current engine components, not being designed for such a demand, suffer premature wear. Some of the parts that naturally suffer this effect are the sliding elements, particularly bearings and piston rings.
Inúmeros desenvolvimentos têm surgido com o intuito de melhorar a resistência à fadiga e ao desgaste dos componentes de um motor de 20 combustão interna; porém, o aumento das pressões de trabalho dos motores de combustão interna e a crescente intensidade de fricção e contato entre os componentes de um motor dificultam o sucesso de tais tentativas por precocemente levarem um dos elementos de deslizamento, ou os outros componentes do motor, ao desgaste.Numerous developments have emerged to improve the fatigue and wear resistance of the components of an internal combustion engine; However, the increased working pressures of the internal combustion engines and the increasing friction and contact intensity between the components of an engine hinder the success of such attempts by early bringing one of the sliding elements, or other engine components, to the engine. wear.
Note-se também que o futuro não reserva facilidade para esteNote also that the future does not reserve any facility for this
campo de atuação, basta observar que se exigem motores mais potentes, que atinjam regimes de rotação mais elevados, mais eficientes, com menor consumo e com elevada capacidade de carga. Todos esses fatores comprometem o desempenho do motor ao longo prazo, prejudicando o funcionamento do motor, ou mesmo a sua falha.It is sufficient to note that more powerful engines are required to achieve higher, more efficient, lower consumption and high load capacities. All of these factors compromise engine performance over the long term, impairing engine operation, or even engine failure.
Naturalmente, face às novas exigências, novos materiais precisam surgir, posto que aqueles já conhecidos são os mesmos que limitam o desempenho de motores de combustão interna dos dias de hoje. Uns dos componentes mais importantes para alcançar um melhor desempenho de um motor são os elementos de deslizamento, tais como pistões, mancais, etc. Devido às inovações de elementos deslizantes, com mais dureza, mais 5 resistência à fadiga e ao desgaste, e consequentemente mais vida útil, a indústria automóvel tem se modernizado a par e passo com o desenvolvimento de motores cada vez mais eficientes, poderosos e duráveis frente à elevada carga a que são submetidos.Naturally, in the face of new demands, new materials need to emerge, as those already known are the same ones that limit the performance of today's internal combustion engines. One of the most important components for achieving better engine performance is sliding elements such as pistons, bearings, etc. Due to innovations in sliding elements, harder, more fatigue and wear resistance and consequently longer service life, the automotive industry has been modernizing alongside the development of ever more efficient, powerful and durable front engines. the high load to which they are subjected.
Entende-se que quanto mais duro o elemento deslizante, menos 10 ele se desgasta; porém, quanto mais duro o elemento deslizante, mais desgaste ocorre nos componentes do motor mais macios com os quais interage. Ademais, sabe-se que quanto mais duro o elemento deslizante, mais frágil ele se torna e mais tensões internas são geradas quando na fabricação, resultando particularmente em um aumento na probabilidade de que haja de15 laminação do elemento deslizante, destacamento da camada mais dura que recobre o componente ou até mesmo a quebra, rompimento do componente.It is understood that the harder the sliding element, the less 10 it wears out; however, the harder the slide element, the more wear and tear occurs on the softer engine components with which it interacts. In addition, it is known that the harder the sliding element, the more fragile it becomes and the more internal stresses are generated when manufacturing, resulting in an increased likelihood of sliding element lamination, detachment of the harder layer. covers the component or even the breaking, breaking of the component.
Nesse sentido, elementos deslizantes do estado de técnica têm tentado chegar a um equilíbrio de ter um elemento deslizante com uma dureza suficientemente alta para que não se desgaste facilmente com o conta20 to com outros componentes do motor, mas também suficientemente não agressivo relativamente aos outros componentes do motor para que não cause desgaste aos outros componentes do motor, e suficientemente tenaz, para que não haja delaminação do elemento deslizante, e para que aumente a vida útil em gerai de um motor. Como se vê, a equação é de longe fácil.In this regard, prior art sliding elements have attempted to strike a balance of having a sliding element of a sufficiently high hardness so that it does not easily wear off against other engine components but also is not sufficiently aggressive with respect to the other components. the engine so as not to cause wear to the other engine components, and sufficiently tough, so that there is no delamination of the sliding element, and to extend the overall service life of an engine. As it turns out, the equation is by far easy.
A presente invenção revela por fim um elemento deslizante cujaFinally the present invention reveals a sliding element whose
dureza é mais elevada que os elementos deslizantes do estado de técnica, mas por outro lado, também não ocasiona desgaste nos outros componentes do motor com qual o elemento se interage constantemente na operação do motor. Apresenta-se, enfim, um elemento deslizante de uma dureza ele30 vada que sofre menos desgaste sob elevada carga, que não sofre delaminação, e que também não ocasiona desgaste nos outros componentes do motor. Não obstante os possíveis problemas acima identificados como o desgaste nos outros componentes do motor ou o estresse interno no motor devido ao uso de um elemento deslizante de elevada dureza, o pedido de patente W02008098548, e a patente DE10011917 revelam uma alta de5 manda para elementos deslizantes com mais dureza no uso em um motor de combustão interna.The hardness is higher than the prior art sliding elements, but on the other hand, it also causes no wear on the other engine components with which the element constantly interacts with engine operation. Finally, there is a sliding element of high hardness that is less wear-resistant under high load, non-delamination, and also does not cause wear on other engine components. Notwithstanding the possible problems identified above such as wear on other engine components or internal stress on the engine due to the use of a high hardness sliding element, patent application W02008098548, and patent DE10011917 disclose a high sliding element load of 5. harder to use on an internal combustion engine.
O pedido de patente W02008098548 descreve um anel de pistão dotado de uma camada deslizante, que diminui gradualmente e é depositada em pelo menos uma face do anel de pistão por deposição física de va10 por (PVD). No entanto, elementos deslizantes revestidos por PVD são mais susceptíveis à delaminação quando comparados com os elementos deslizantes dotados de camadas depositadas por outros processos. Assim, esta tecnologia apresenta logo em sua raiz, problemas sérios.W02008098548 describes a piston ring provided with a sliding layer, which gradually decreases and is deposited on at least one face of the piston ring by physical deposition of va10 by (PVD). However, PVD coated sliding elements are more susceptible to delamination as compared to sliding elements provided with layers deposited by other processes. Thus, this technology presents at its root, serious problems.
Patente DE10011917 revela um anel de pistão compreendendo 15 uma camada de revestimento de nitreto de titânio de uma dureza de aproximadamente 2200HV a 2500HV depositado por PVD ou CVD na superfície deslizante do anel de pistão, dotado de uma espessura de 5 a 20 mícrons. A tecnologia revelada por este documento apresenta um grande inconveniente que deriva da reduzida espessura da camada deposita, resultando em uma 20 vida útil reduzida do componente, ou seja, exatamente aquilo que se deseja evitar. Do mesmo modo, a dureza é excessivamente elevada ao ponto de riscar a superfície de deslizamento de um cilindro.DE10011917 discloses a piston ring comprising a layer of titanium nitride coating of a hardness of approximately 2200HV to 2500HV deposited by PVD or CVD on the sliding surface of the piston ring, having a thickness of 5 to 20 microns. The technology disclosed by this document has a major drawback that derives from the reduced thickness of the deposit layer, resulting in reduced component life, which is exactly what is to be avoided. Similarly, the hardness is excessively high to the point of scratching the sliding surface of a cylinder.
Faz-se assim necessário alcançar uma solução que garanta o quesito durabilidade, resguardando a necessidade de não ocorrer o desgas25 te nos componentes com os quais o elemento de deslizamento interage e, também, de resistir à delaminação que naturalmente se mostra tendencialmente crescente quando se aumenta a dureza da camada de revestimento. Objetivos da invençãoIt is therefore necessary to achieve a solution that guarantees durability by safeguarding the need not to wear on the components with which the sliding element interacts, and also to resist the delamination which naturally tends to increase with increasing the hardness of the coating layer. Objectives of the invention
É, portanto, um objetivo da presente invenção prover um elemento de deslizamento para uso em motores de combustão interna capaz de conciliar diferentes características responsáveis pela melhor resistência ao desgaste tanto para o elemento deslizante quanto para as superfícies dos componentes do motor com quais interage o tal elemento deslizante.It is therefore an object of the present invention to provide a slip element for use in internal combustion engines capable of reconciling different characteristics responsible for the best wear resistance for both the slide element and the surfaces of the engine components with which it interacts. sliding element.
É, também, um objetivo da invenção prover um elemento deslizante para uso em motores de combustão interna compreendendo uma camada dotada de uma matriz de tungstênio e de carbetos de tungstênio onde 5 um material de base ferrosa é revestido com dita matriz de tungstênio e carbetos de tungstênio, sendo que dita camada pode ser associada à base ferrosa por meio de uma camada de ligação de níquel.It is also an object of the invention to provide a sliding element for use in internal combustion engines comprising a tungsten matrix and tungsten carbide layer where a ferrous base material is coated with said tungsten matrix and carbides. tungsten, wherein said layer may be associated with the ferrous base by means of a nickel bonding layer.
É, ainda, um objetivo da presente invenção prover um elemento deslizante para uso em motores de combustão interna compreendendo uma camada dotada de uma matriz de tungstênio e de carbetos de tungstênio, cuja camada seja aplicada por um processo de deposição química em fase vapor (CVD).It is a further object of the present invention to provide a sliding element for use in internal combustion engines comprising a layer provided with a tungsten matrix and tungsten carbides whose layer is applied by a chemical vapor deposition (CVD) process. ).
Por fim, é ainda um objetivo da presente invenção prover um motor dotado do elemento deslizante apontado acima.Finally, it is a further object of the present invention to provide a motor having the sliding element pointed above.
Breve descrição da invençãoBrief Description of the Invention
Os objetivos da presente invenção são alcançados por um elemento deslizante para motores de combustão interna, o elemento deslizante sendo dotado de uma material base ferrosa sobre o qual é aplicada simultaneamente e uniformemente por CVD uma camada dotada de uma matriz de 20 tungstênio e carbeto de tungstênio, sendo que a camada pode ser associada à base ferrosa por meio de uma camada de ligação de níquel.The objectives of the present invention are achieved by a sliding element for internal combustion engines, the sliding element being provided with a ferrous base material on which a tungsten and tungsten carbide matrix is simultaneously and uniformly applied by CVD. wherein the layer may be associated with the ferrous base by means of a nickel bonding layer.
O elemento deslizante, objeto deste pedido, para motores de combustão interna pode incluir, mas não está limitado a um mancai, um anel de pistão, um cilindro de motor e outros componentes de motores de combustão interna que possuem propriedades deslizantes.The sliding member object of this application for internal combustion engines may include, but is not limited to a bearing, piston ring, engine cylinder and other internal combustion engine components having sliding properties.
Descrição resumida dos desenhosBrief Description of the Drawings
A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:The present invention will hereinafter be described in more detail based on an exemplary embodiment shown in the drawings. The figures show:
Figura 1 - é uma representação das camadas do elemento desliFigure 1 - is a representation of the layers of the sliding element.
zante da presente invenção:of the present invention:
Figura 2 - é uma fotografia das camadas do elemento deslizante da presente invenção;Figure 2 is a photograph of the sliding element layers of the present invention;
Figura 3 - é uma fotografia da corte transversal do elemento deslizante da presente invenção;Figure 3 is a cross-sectional photograph of the sliding element of the present invention;
Figura 4 - é uma fotografia de um elemento deslizante do estado da técnica que sofreu delaminação a 120N depois de ter submetido a um teste de riscamento;Figure 4 is a photograph of a prior art sliding element that has been delaminated at 120N after undergoing a scratching test;
Figura 5 - é uma fotografia de o elemento deslizante da presente invenção que não sofreu delaminação a 180N depois de ter submetido a um teste de riscamento;Figure 5 is a photograph of the sliding member of the present invention that has not been delaminated at 180N after being scratched;
Figura 6 - gráficos comparativo de desgaste do canalete de umFigure 6 - Comparative graphs of channel wear of a
pistão entre dois materiais que do estado da técnica - PVD (CrN) X Aço Nitretado.piston between two materials which state of the art - PVD (CrN) X Nitrided Steel.
Figura 7 - gráficos comparativo de desgaste da face inferior de um anel de pistão entre dois materiais do estado da técnica PVD (CrN) X Aço Nitretado.Figure 7 - Comparative graphs of wear on the underside of a piston ring between two prior art PVD (CrN) X Nitrided Steel materials.
Figura 8 - é um gráfico que mostra que o elemento deslizante da presente invenção sofre menos desgaste que o elemento deslizante de nitreto de crômio.Figure 8 is a graph showing that the sliding element of the present invention undergoes less wear than the chromium nitride sliding element.
Figura 9 - é um gráfico que mostra que o elemento deslizante da presente invenção causa menos desgaste a um componente de motor de combustão interna com qual se interage em comparação com um elemento deslizante de nitreto de crômio do estado de técnica Descrição detalhada de invençãoFigure 9 is a graph showing that the sliding element of the present invention causes less wear to an internal combustion engine component with which it interacts with a prior art chromium nitride sliding element. Detailed Description of the Invention
As figuras 1, 2 e 3 representam uma vista em corte transversal 25 do elemento deslizante 1 da presente invenção. De modo preferencial, mas não obrigatório, o elemento deslizante 1 da presente invenção é compreendido por um material base 2 ferroso sobre o qual é aplicada uma camada 4 dotada de uma matriz de tungstênio e de carbetos de tungstênio por CVD, sendo que a camada 4 pode ser associada à base ferrosa 2 por meio de 30 uma camada de ligação 3 de níquel que tem como objetivo promover uma melhor adesão entre a camada 4 com a base ferrosa 2.Figures 1, 2 and 3 represent a cross-sectional view 25 of the sliding element 1 of the present invention. Preferably, but not obligatory, the sliding element 1 of the present invention is comprised of a ferrous base material 2 onto which a layer 4 provided with a tungsten matrix and tungsten carbides is applied by CVD, with layer 4 can be associated with ferrous base 2 by means of a nickel bonding layer 3 which aims to promote better adhesion between layer 4 and ferrous base 2.
A figura 3 demonstra que a espessura do elemento deslizante é uniforme em todas as superfícies do elemento deslizante. Note-se que, obrigatoriamente, a deposição uniforme desta camada ao elemento deslizante é alcançada por um processo de CVD. O processo de CVD apresenta condições favoráveis à aplicação de uma camada sobre elementos deslizantes 5 para que todas as superfícies dos elementos sejam expostas à atmosfera do forno onde acontece a deposição CVD. Portanto, de um modo simultâneo e uniforme, ocorre-se um revestimento de um elemento deslizante em todas as superfícies por CVD. Assim, tal como será exposto abaixo, o CVD, além da vantagem apontada, mostra-se também superior quando comparado com 10 o PVD cujas camadas depositadas são mais susceptíveis à delaminação.Figure 3 demonstrates that the thickness of the sliding element is uniform on all surfaces of the sliding element. Note that, evenly, the deposition of this layer to the sliding element is achieved by a CVD process. The CVD process presents favorable conditions for the application of a layer on sliding elements 5 so that all element surfaces are exposed to the furnace atmosphere where CVD deposition takes place. Therefore, simultaneously and uniformly, a sliding element is coated on all surfaces by CVD. Thus, as will be explained below, the CVD, besides the pointed advantage, also proves superior when compared to 10 the PVD whose deposited layers are more susceptible to delamination.
Considerando a aplicação uniforme e simultânea da camada em todas as superfícies do elemento deslizante seja a preferência, também se pode aplicar a camada dotada de uma matriz de tungstênio e carbeto de tungstênio apenas em regiões específicas do elemento deslizante. Mais es15 pecificamente, a camada dotada de uma matriz de tungstênio e carbeto de tungstênio pode ser aplicada apenas na superfície deslizante, ou na superfície deslizante e nas superfícies por cima e por baixo do elemento deslizante (superfícies adjacentes). Nesse último caso a camada depositada nas superfícies adjacentes pode ser ainda dotada de uma espessura inferior a espes20 sura da camada aplicada na superfície deslizante, criando, enfim, um gradiente de espessura no elemento deslizante.Since uniform and simultaneous application of the layer on all surfaces of the sliding element is preferred, the layer with a tungsten and tungsten carbide matrix can only be applied to specific regions of the sliding element. More specifically, the tungsten and tungsten carbide matrix layer can be applied only to the sliding surface, or to the sliding surface and to the surfaces above and below the sliding element (adjacent surfaces). In the latter case the layer deposited on the adjacent surfaces may further be less than the thickness of the layer applied to the sliding surface, finally creating a thickness gradient on the sliding element.
Com referência às outras particularidades do elemento deslizante 1 da presente invenção, note-se que o material base 2 é compreendido por uma liga ferrosa, de modo preferencial, mas não obrigatório, de aço car25 bono, aço inoxidável ou ferro fundido, onde, por exemplo, um aço de baixo ou médio carbono compreende uma espessura que pode variar de 0,25mm a 10mm.With reference to the other particularities of the sliding element 1 of the present invention, it is noted that the base material 2 is comprised of a preferably but not compulsory ferrous alloy of carbon steel, stainless steel or cast iron, where, for For example, a low or medium carbon steel comprises a thickness ranging from 0.25mm to 10mm.
A camada de ligação 3, quando existente, é compreendida por níquel puro, dotada, de modo preferencial, mas não obrigatório, de uma espessura entre 1 e 5 mícrons.Binding layer 3, where present, is comprised of pure nickel, preferably but not required to be between 1 and 5 microns thick.
No tocante à camada 4 depositado por CVD, a sua composição é de uma matriz de metal de tungstênio e carbetos de tungstênio. Mais especificamente, a matriz pode compreender, além do metal de tungstênio: carbeto de tungstênio WC; semicarbeto de tungstênio W2C, subcarbeto de tungstênio W3C; subcarbeto de tungstênio W12C; ou uma mistura destes carbetos.As regards CVD deposited layer 4, it is composed of a matrix of tungsten metal and tungsten carbides. More specifically, the matrix may comprise, in addition to tungsten metal: WC tungsten carbide; tungsten semicarb W2C, tungsten subcarbide W3C; tungsten subcarbate W12C; or a mixture of these carbides.
Cumpre notar ainda que a camada 4 é dotada de uma espessuIt should also be noted that layer 4 has a thickness of
ra de 5 a 150 mícrons, preferencialmente de 5 a 60 mícrons. Ademais, a camada 4 tem uma dureza de 1000HV a 3500HV, que varia de acordo com a profundidade de matriz aplicada. Mais especificamente, a região da superfície da camada depositada 4 (região mais externa) do elemento deslizante 10 tem dureza que varia de 1500HV a 3500HV e a porção da camada depositada 4 com inicio desde a base ferrosa (ou camada de ligação 3) até 0 meio da camada depositada por CVD tem dureza inferior a 15Q0HV.5 to 150 microns, preferably 5 to 60 microns. In addition, layer 4 has a hardness of 1000HV to 3500HV, which varies according to the applied depth of matrix. More specifically, the surface region of the deposited layer 4 (outermost region) of the sliding element 10 has a hardness ranging from 1500HV to 3500HV and the portion of the deposited layer 4 starting from the ferrous base (or bonding layer 3) to 0 ° C. The CVD deposited layer has a hardness of less than 150 ° C.
O conjunto das figuras 4 e 5 mostra o resultados de dois elementos deslizantes após o teste de riscamento, um referente ao estado da técnica que suportou a carga de 120 N antes de ocorrer a delaminação e outro representando a presente invenção e que não sofreu delaminação quando submetido à carga máxima do equipamento que é 180N. O elemento deslizante do estado da técnica representado pela figura 4 é dotado de camada de nitreto de cromo depositado por PVD. Já 0 elemento deslizante da presente invenção, representado pela figura 5, é dotado de uma matriz de tungstênio e carbeto de tungstênio depositada por CVD. O elemento deslizante que sofreu delaminação (figura 4) teve a sua camada depositada por PVD. Por sua vez, o elemento deslizante que não sofreu delaminação (figura 5) teve a sua camada depositada por CVD. O conjunto das figuras 4 e 5 ajuda a demonstrar a importância de se depositar a camada por CVD para se evitar eventuais delaminações das camadas depositadas nos elementos deslizantes.The set of figures 4 and 5 show the results of two sliding elements after the scratching test, one referring to the state of the art that withstood the 120 N load before delamination occurred and another representing the present invention and which did not suffer delamination when subjected to the maximum equipment load of 180N. The prior art sliding element shown in FIG. 4 is provided with a PVD deposited chromium nitride layer. The sliding element of the present invention, shown in Figure 5, is provided with a tungsten and tungsten carbide matrix deposited by CVD. The delamination sliding element (Figure 4) had its layer deposited by PVD. In turn, the non-delamination sliding element (Figure 5) had its layer deposited by CVD. The set of figures 4 and 5 helps to demonstrate the importance of depositing the layer by CVD to avoid possible delamination of the layers deposited on the sliding elements.
Além desses benefícios a deposição por CVD também permite a eliminação de tratamentos térmicos por nitretação que no estado da técnica se faz necessário, pois precisa-se de uma camada dura e resistente ao desgaste também nas faces adjacentes a face de contato, pois no estado da técnica o material resistente ao desgaste (PVD) é aplicado economicamente apenas na face externa do componente, sendo nestes casos comumente necessário o tratamento de endurecimento por nitretação, sabe-se que este tipo de tratamento causa a fragilização do componente principalmente em regiões de cantos que é onde concentra-se as maiores tensões e através 5 dos esforços cíclicos em que os componentes são submetidos podem levar a uma fratura por fadiga do componente.In addition to these benefits, CVD deposition also allows the elimination of nitriding heat treatments that are necessary in the state of the art, as a hard and wear resistant layer is also required on the faces adjacent to the contact face, because in the state of In this technique the wear resistant material (PVD) is economically applied only to the external face of the component, and in these cases the treatment of nitriding hardening is commonly necessary. It is known that this type of treatment causes the embrittlement of the component mainly in regions of corners that This is where the highest stresses are concentrated and through the cyclic stresses on which the components are subjected can lead to a fatigue fracture of the component.
No tocante a presente invenção por se tratar de um processo de CVD, e conforme mencionado anteriormente, todas as faces do componente expostas a atmosfera do forno recebem simultaneamente o recobrimento do 10 material endurecido, neste caso não se faz necessário os comumente aplicados processo de endurecimento por nitretação, o que fornece ao componente não somente vantagens de resistência ao desgaste mas também vantagens de resistência mecânica em comparação com o estado da técnica.With regard to the present invention as it is a CVD process, and as mentioned above, all faces of the component exposed to the furnace atmosphere simultaneously receive the coating of the hardened material, in which case the commonly applied hardening process is not necessary. by nitriding, which gives the component not only wear resistance advantages but also mechanical strength advantages compared to the state of the art.
Os gráficos das figuras 6 e 7 representam elementos de desli15 zamento que compõem o estado de técnica. Demonstram o desgaste que sofrem e causam os elementos de deslizamento com dureza elevada nas superfícies dos componentes de um motor com quais interagem. Mais particularmente, a figura 6 apresenta um comparativo de desgaste do canalete de um pistão entre dois materiais do estado da técnica - PVD (CrN) X Aço 20 Nitretado. Já a figura 7 apresenta um comparativo de desgaste da face inferior de um anel de pistão entre dois materiais do estado da técnica PVD (CrN) X Aço Nitretado.The graphs of figures 6 and 7 represent sliding elements that make up the state of the art. They demonstrate the wear and tear of high hardness on the surfaces of the engine components with which they interact. More particularly, Figure 6 shows a comparative wear of a piston groove between two prior art materials - PVD (CrN) X Steel 20 Nitride. Figure 7 shows a comparative wear of the lower face of a piston ring between two state of the art PVD (CrN) X Nitrided Steel materials.
Como se pode ver através dos gráficos das figuras 6 e 7, para o exemplo onde existe uma camada endurecida por nitretação, tanto o ele25 mento de deslizamento quanto o componente com que interage, neste caso as canaletas dos pistões, sofreram desgaste na ordem de 10 a 20 mícrons. Agora em relação ao outro exemplo do estado da técnica (PVD CrN), embora o desgaste do elemento deslizante tenha sido minimizado para 5 mícrons máximo, no componente que interage, canaletas dos pistões, o desgaste foi 30 agravado para 30 a 40 mícrons, o que evidencia a necessidade de se desenvolver um material que aumente a resistência ao desgaste do elemento deslizante sem prejudicar o outro componente que interage. Finalmente, uma análise dos gráficos 8 e 9 em conjunto revela que os elementos deslizantes da presente invenção, de durezas de 1750HV e 1900HV respectivamente, apresentam significativamente mais resistência ao desgaste quando comparados com o elemento deslizante do estado da 5 técnica (uma camada dotada de nitreto de crômio aplicada por PVD). Também revela que os elementos deslizantes da presente invenção conseguem maximizar as suas resistências ao desgaste enquanto também não causam desgaste nos componentes do motor com quais os elementos deslizantes se interagem, apesar de terem uma dureza mais elevada.As can be seen from the graphs of figures 6 and 7, for the example where there is a nitriding hardened layer, both the sliding element and the component with which it interacts, in this case the piston grooves, have been worn out in the order of 10. at 20 microns. Now for the other prior art example (PVD CrN), although sliding element wear has been minimized to 5 microns maximum, in the interacting component, piston grooves, wear has been aggravated to 30 to 40 microns, the which highlights the need to develop a material that increases the wear resistance of the sliding element without harming the other interacting component. Finally, an analysis of graphs 8 and 9 together reveals that the sliding elements of the present invention, of hardness of 1750HV and 1900HV respectively, exhibit significantly more wear resistance compared to the prior art sliding element (a layer provided with chromium nitride applied by PVD). It also reveals that the sliding elements of the present invention can maximize their wear resistance while also causing no wear on the engine components with which the sliding elements interact, despite having a higher hardness.
Em síntese, o novo conceito da presente invenção passa peloIn summary, the new concept of the present invention goes through the
uso de uma camada com uma elevada dureza depositada por CVD em um elemento deslizante cuja totalidade das propriedades, inesperadamente, não permite que o elemento deslizante desgaste um componente de um motor com qual o elemento deslizante se interage, enquanto o elemento em si 15 também não se desgasta - e se houver desgaste tanto para o elemento deslizante em si como para os outros componentes de um motor, o desgaste vai ser relativamente insignificante particularmente à Iuz do desgaste sofrido pelos elementos deslizantes do estado de técnica.use of a high hardness layer deposited by CVD on a sliding element whose full properties, unexpectedly, do not allow the sliding element to wear a motor component with which the sliding element interacts, while the element itself also does not. It wears out - and if there is wear on both the slide element itself and the other components of an engine, the wear will be relatively insignificant particularly in light of the wear suffered by the state of the art slide elements.
A título de exemplo, o elemento deslizante do estado da técnica 20 pode ser um anel de pistão, um mancai, um cilindro de motor ou uma válvula. Considerando que se trata de um anel de pistão, são notórias as vantagens da presente invenção, senão veja-se. O anel de pistão dotado de uma camada depositada 4 da presente invenção não irá sofrer tanto desgaste, não irá afetar a longevidade do seu respectivo cilindro e não irá, também, 25 provocar desgaste mensurável na canaleta do pistão onde é inserido.By way of example, the prior art sliding member 20 may be a piston ring, a bearing, a motor cylinder or a valve. Since it is a piston ring, the advantages of the present invention are noticeable, if not seen. The deposited piston ring 4 of the present invention will not be so worn, will not affect the longevity of its cylinder and will not cause measurable wear on the piston groove where it is inserted.
Por um lado seria razoável pensar-se que a camada depositadaOn the one hand, it would be reasonable to think that the deposited layer
4 garantisse uma boa resistência ao desgaste, porém o estado da técnica aponta que uma camada com uma dureza elevada, como a da presente invenção, delaminaria e desgastaria os outros componentes no motor com qual se interage.4 would ensure good wear resistance, but the prior art points out that a layer of high hardness such as the present invention would delaminate and wear out the other components in the engine with which it interacts.
Surpreendentemente, a inédita aplicação da camada 4 depositada por CVD em um elemento de deslizamento superou os resultados esperados, sendo que mesmo com uma camada com dureza elevada, não há desgaste nos componentes com qual se interage, havendo inclusive uma diminuição do desgaste do elemento deslizante em si e a vantagem de suportar maiores cargas sem delaminação.Surprisingly, the unprecedented application of CVD-deposited layer 4 on a sliding element has surpassed the expected results, and even with a high hardness layer, there is no wear on the components with which it interacts, and even decreased wear on the sliding element. itself and the advantage of withstanding higher loads without delamination.
Desta forma, a configuração construtiva da presente invençãoThus, the constructive configuration of the present invention
superou a expectativa inicial, justificando completamente o novo elemento deslizante 1. Assim, os excelentes resultados alcançados garantem que um elemento deslizante 1 com uma dureza elevada pode existir e aumentar a longevidade dos componentes de um motor de combustão interna. O au10 mento da longevidade desses componentes também resulta em um aumento muito superior ao normal da longevidade da vida útil do motor em si, inclusive naqueles motores mais modernos cujas solicitações são consideravelmente maiores. Desta forma, o resultado alcançado pelo elemento deslizante 1 da presente invenção é tão superior àqueles do estado da técnica que 15 se antevê como um sucesso comercial por conseguir prevenir não só o seu próprio desgaste, mas também o desgaste nos outros componentes do motor com os quais interage. Assim, a presente invenção compreende não só o elemento deslizante 1, como também um motor contendo o elemento deslizante 1 da presente invenção.exceeded the initial expectation by completely justifying the new sliding element 1. Thus, the excellent results achieved ensure that a sliding element 1 with high hardness can exist and increase the longevity of the components of an internal combustion engine. Increasing the longevity of these components also results in a much higher than normal increase in the longevity of the engine life itself, even on those more modern engines whose demands are considerably higher. Thus, the result achieved by the slide element 1 of the present invention is so superior to those of the prior art that it is anticipated to be a commercial success in preventing not only its own wear, but also wear on the other engine components with the same. which interact. Thus, the present invention comprises not only the sliding element 1, but also a motor containing the sliding element 1 of the present invention.
Desse modo, resta evidente a clara vantagem do elemento desThus, the clear advantage of the design element is evident.
lizante 1 da presente invenção, onde a combinação dos elementos químicos depositados de uma especifica maneira originaram resultados excelentes não antes alcançados.1 of the present invention, where the combination of the chemical elements deposited in a specific manner yielded excellent results not previously achieved.
Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.Having described a preferred embodiment example, it should be understood that the scope of the present invention encompasses other possible variations, being limited only by the content of the appended claims, including the possible equivalents thereof.
Claims (12)
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