BR102013031138B1

BR102013031138B1 - anel de pistão

Info

Publication number: BR102013031138B1
Application number: BR102013031138-3A
Authority: BR
Inventors: Mauricio Ciminelli Duarte De Souza; Juliano Avelar Araujo; Robert Richard Banfield; José Valentim Lima Sarabanda
Original assignee: Mahle International Gmbh; Mahle Metal Leve S/A
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2020-10-27
Also published as: DE112014005504T5; CN105793625A; WO2015082538A1; US20160298764A1; US9759324B2; CN105793625B; BR102013031138A2

Abstract

Patente de Invenção: "ANEL DE PISTÃO". A presente invenção refere-se a um anel de pistão para um motor de combustão interna, que compreende uma base metálica (4) à qual um revestimento de proteção (5) é aplicado para cobrir pelo menos parte da superfície da base (4), em que o revestimento é composto por pelo menos uma fase de nitreto produzida a partir de pelo menos um elemento metálico e alumínio (Al) e compreende tensão interna menor que 2,2 GPa.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um anel de pistão que tem um revestimento composto por um nitreto (elemento metálico + Nitrogênio (N)) e pelo menos um elemento metálico adicional selecionado a partir do grupo IHA da tabela periódica.

[0002] O anel de pistão assim obtido mostra excelentes propriedades em relação à resistência a desgaste e resistência a fragmentação enquanto mantém um excelente nível de resistência a arranhão, devido a um nível de tensão interna reduzido e um número reduzido de macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento.

Descrição da técnica anterior

[0003] O uso de uma película de nitreto de cromo (CrN e/ou Cr2N) na superfície periférica externa de um motor de combustão interna membro deslizante, tal como um anel de pistão, fornece alta resistência a desgaste. Esse tipo de revestimento é amplamente usado em componentes para motores desenvolvidos recentemente, em que altas cargas térmicas e mecânicas são uma regra durante a operação. Tal revestimento é obtido por deposição física de vapor metálico gerada por uma fonte de arco catódico.

[0004] No entanto, em motores que operam sob condições de carga extremamente alta ou em motores com alto nível de pressão de combustão, como aqueles de turbocompressor, esse revestimento de CrN e/ou Cr2N cerâmica apresenta uma fragilidade intrínseca que leva ao aparecimento de microfissuras na sua superfície. Essas microfissuras se propagam e sua conexão leva a uma perda de pequenos pedaços do revestimento (um fenômeno chamado de "fragmentação"), que geram espaços vazios na sua superfície e, em alguns casos drásticos, riscos nos forros do motor. A falta de revestimento em algumas porções do anel expõe a base metal que começa a sofrer um desgaste severo e então o desempenho de tal um componente rapidamente diminui.

[0005] Outro grande obstáculo para a ampla aplicação de deposição de plasma de arco catódico é a presença de macropartículas no revestimento. Essas macropartículas induzem a defeitos do revestimento, que resultam em danos prematuros aos revestimentos geralmente duros e resistentes a corrosão. O efeito prejudicial da formação de macropartículas incluiu a perda local de adesão de revestimento, enrugamento de superfície e formação de porosidade de encolhimento de superfície devido a um mecanismo de autorrepulsão de macropartícula, em que nenhum dos quais são favorecidos por aplicações tribológicas.

[0006] Outro tipo de revestimento, composto por revestimentos de TiN dopado, é usado em operações de corte a seco por causa de sua temperatura de oxidação alta e resistência a desgaste abrasivo. No entanto, conforme pode ser visto para o revestimento de cerâmica de cromo, a presença de macropartículas devido ao processo de arco catódico coloca em risco a resistência à corrosão e fragmentação desse revestimento para aplicações de anel de pistão.

[0007] Existem vários casos de patente que pertencem à técnica anterior que descrevem anéis de pistão ou outros membros deslizantes que têm um revestimento compreendido de um nitreto (elemento metálico + Nitrogênio (N)) e pelo menos um elemento metálico adicional, porém, elas falham ao mostrar a mesma composição da presente invenção e, por isso, têm o mesmo desempenho em relação à resistência à fragmentação, resistência a desgaste e nível de resistência a arranhão, em função das propriedades vantajosas de um nível de tensão interna e um número de macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento consideravelmente reduzido.

[0008] A patente Britânica GB2259715 se refere a um anel de pistão que tem revestimento de superfície de metal e metal carbureto/nitreto, bem como um processo para fabricar o mesmo.

[0009] O processo patenteado usa um aparelho de galvanização de arco iónico no qual um metal não tem a capacidade de formar um carbureto ou nitreto, tais como cobalto, níquel ou molibdênio é definido como um primeiro alvo, um metal com a capacidade de formar um carbureto ou nitreto, tal como silício, titânio, vanádio, cromo, ferro, zircônio, nióbio ou tungsténio é definido como um segundo alvo e Nitrogênio, acetileno ou metano é alimentado como um gás de processo para formar uma película em um corpo de anel de pistão o qual é um artigo a ser revestido, desse modo fornecendo um anel de pistão que compreende uma película dura formada em pelo menos sua face externa deslizante do corpo de anel de pistão. Tal película dura compreende uma estrutura misturada formada pelo metal que não tem a capacidade de formar um carbureto ou nitreto e um carbureto ou nitreto do metal com a capacidade de formar um carbureto ou nitreto. No anel de pistão de tal invenção, a película dura tem tão boa adesão ao material do corpo ou dureza da película que fissuramento ou separação de película não tende a ocorrer mesmo quando a película é formada em uma espessura grande. O carbureto ou nitreto na película dura contribui para a realização de uma resistência a desgaste superior. Por causa da estrutura fina da película dura, o desgaste do material de oposição pode ser diminuído, nenhuma lubrificação de película tende a ser perdida e a resistência a corrosão pode ser aprimorada. Depois de a película dura ter sido formada a nitruração pode ser realizada.

[00010] O pedido de patente internacional W02008/152104 se refere a um anel de pistão que compreende um material de suporte e um revestimento resistente a desgaste que é composto por um sistema ternário A-B-N o qual é aplicado com o uso de um processo de PVD e no qual A e B em que cada um representa um elemento do grupo que abrange Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si e C e N que representa Nitrogênio. A espessura do revestimento resistente a desgaste equivale a = 3 [mu]m.

[00011] A patente n2U.S. 7.160.635 se refere aos revestimentos nitrificados com base em Ti-AI-Cr protetores para proteção de substratos que opera em temperaturas moderadamente elevadas. Mais particularmente, os revestimentos são desenvolvidos para a proteção de aeronave liga de titânio e componentes de turbina de gás estacionários bem como componentes de motor para aplicações automotivas, os artigos que têm tais revestimentos e um método para sua produção.

[00012] O pedido de patente n2U.S. 2009/0075114 se refere a um método para a fabricação de um revestimento de proteção de material duro em um substrato que consiste em um metal ou em um material de cerâmica eletricamente condutora, por exemplo, uma ferramenta revestida para usar em uma máquina-ferramenta ou componentes expostos à alta temperatura em que, antes da deposição do revestimento de material protetor duro, em que o substrato é pré- tratado por bombardeamento de íons metálicos de pelo menos um elemento de terra-rara, desse modo, resultando em implantação de algum dentre os ditos ions no dito substrato.

[00013] A patente n2U.S. 5.154.433 se refere a um anel de pistão que compreende um anel de aço inoxidável martensíntico que tem uma camada nitrificada formada na porção de superfície do mesmo e uma película de nitreto de titânio revestida na superfície deslizante externa do anel por um processo de galvanização por íon. Em uma das modalidades dessa invenção, a película de nitreto de titânio tem uma concentração de Nitrogênio que é gradualmente aumentada na direção da superfície de topo do mesmo para inferior, gradualmente, uma dureza da película em direção à superfície de topo e faz uma porção de superfície da película mais frágil que a outra porção da película. Por outro lado, de acordo com uma segunda modalidade da invenção, a película de nitreto de titânio tem uma concentração de Nitrogênio a qual é gradualmente diminuída na direção à superfície de topo e torna uma dureza de superfície da película HV 1.800 ou menos.

[00014] A patente n2U.S. 5.316.321 se refere a um anel de pistão não ferroso com camada de tratamento de superfície dura. Mais especificamente, o anel é feito de uma liga de titânio e pelo menos uma superfície periférica externa e as superfícies superior e inferior do mesmo são formadas por uma camada difundida de Nitrogênio e pelo menos uma superfície deslizante periférica externa do mesmo é revestida com uma película dura através de deposição física de vapor na camada difundida de Nitrogênio.

[00015] A patente n2U.S. 6.372.369 se refere a uma película de revestimento dura, um membro deslizante similar a um anel de pistão coberto com película dura e método de fabricação do mesmo.

[00016] Em tal invenção, uma camada nitrificada é formada em um anel de pistão e uma película dura é formada por galvanização de arco iônico na camada nitrificada na superfície circunferencial externa. A película dura tem uma estrutura de cristal compreendida por fases misturadas de CrN e TiN e contém oxigênio em um estado de solução sólido nos cristais de CrN e TiN. A película dura compreende cromo de 40 a 75 por cento em peso, titânio de 10 a 40 por cento em peso, oxigênio de 0,5 a 15 por cento em peso e o resíduo de Nitrogênio. O tamanho de partícula de cristal está dentro de 1 [mu]m. A dureza Vickers da película dura está em uma faixa de 1.300 a 2.300. Os cristais de CrN e TiN têm uma superfície de orientação preferida de (200) ou superfície de orientação preferida (111) paralelas a uma superfície que é coberta e tem uma estrutura em forma de coluna que desenvolve em um formato de coluna do material base na direção da superfície de película. O carbono em um estado de solução sólido pode estar contido em vez de oxigênio e tanto o oxigênio quanto o carbono podem estar contidos em um estado de solução sólido. Um sob película de CrN pode ser formada entre a camada nitrificada e a película dura.

[00017] A patente n2U.S. 6.161.837 se refere a um anel de pistão com face revestimento híbrida, assim como a um processo para fabricar o anel. Um corpo de base de aço anular tem uma camada inferior formada por eletrogalvanização de uma superfície periférica do corpo com um gás nitrificado de cromo ou titânio. O anel normalmente é banhado até encobrir, alisar e livrar de nódulos de galvanização metálicos residuais, que rendem microabrasões aleatórios na camada inferior. Uma camada superior de nitreto metálico ou cerâmica de cromo é formada na camada inferior banhada, com o uso de meios de deposição física de vapor.

[00018] O pedido de patente n2U.S. US2008/0260478 revela um revestimento de PVD e em particular um revestimento de PVD de supertreliça de multicamada de nanoescala que compreende uma dureza alta, um baixo coeficiente de atrito e elevada inatividade química. O revestimento de multicamada compreende uma dupla camada de repetição representada por (VxMe(i-x))CyN(i-y)/(MezV(1- z))CyN(i-y) em que 0,1<=x<=0,9; 0,01<y<0,99 e 0,1<=z<=0,9 e Me é um metal substancialmente puro ou uma liga de metal.

[00019] A composição do revestimento através das camadas alterna da camada para camada de acordo com uma sequência modulada de camada rica em V e uma camada rica em Me. O vanádio está incorporado dentro da composição de camada e foi encontrado para atuar como um agente de lubrificação durante desgaste de deslize. O carbono, também incorporado dentro do revestimento, serve para estabilizar ainda o coeficiente de atrito desse modo aumentando a inatividade química entre a ferramenta de corte e o material da peça de trabalho.

[00020] Finalmente, o pedido de patente n2U.S. 2012/037493 se refere a uma tecnologia de revestimento em que uma fonte de evaporação de arco é fornecida de uma maneira que a velocidade de formação da película é elevada induzindo-se linhas magnéticas na direção do substrato. A fonte de evaporação de arco é dotada de: pelo menos um ímã circunferencial externo, que é disposto de modo que o ímã circunferencial externo cerca a circunferência externa de um alvo e que a direção de magnetização do mesmo é na direção que cruza de forma ortogonal a superfície do alvo e um ímã de superfície traseira disposto no lado de superfície traseira do alvo. O ímã de superfície traseira tem um primeiro ímã permanente em formato diferente de anel em que a polaridade do mesmo está voltada para a mesma direção que a polaridade do ímã circunferencial externo e a direção de magnetização do ímã de superfície traseira é na direção que cruza de forma ortogonal a superfície do alvo.

[00021] Não foi desenvolvido ainda um membro deslizante tal como um anel de pistão que tendo um revestimento aplicado pelo processo de PVD (deposição física de vapor) gerado por uma fonte de arco catódico em que tal revestimento é composto por um nitreto (elemento metálico + Nitrogênio (N)) e pelo menos um elemento metálico adicional, que mostra um excelente desempenho em relação à resistência a fragmentação, resistência a desgaste e nível de resistência a arranhão em vista das propriedades vantajosas de um nível de tensão interna e um número de macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento, consideravelmente reduzido.

Objetivos da invenção

[00022] A presente invenção tem como objetivo um anel de pistão que tem um revestimento composto por um nitreto (elemento metálico + Nitrogênio (N)) e pelo menos um elemento metálico adicional selecionado a partir do grupo IHA da tabela periódica.

[00023] A presente invenção também tem como objetivo um anel de pistão que apresenta excelentes propriedades em relação à resistência a desgaste e resistência a fragmentação embora mantenha um excelente nível de resistência a arranhão, devido a um nível de tensão interna reduzido e um número reduzido de macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento.

Breve descrição da invenção

[00024] Os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de um anel de pistão para um motor de combustão interna que compreende uma base metálica à qual um revestimento de proteção é aplicada para cobrir pelo menos parte da superfície da base, em que o revestimento é composto por pelo menos uma fase de nitreto produzida de pelo menos um elemento metálico e alumínio (Al) e compreende tensão interna menor que 2,2 GPa.

[00025] Os objetivos da presente invenção são também alcançados por meio de um anel de pistão para um motor de combustão interna que compreende uma base metálica à qual um revestimento de proteção é aplicado para cobrir pelo menos parte da superfície externa da base, em que o revestimento é composto por um nitreto (elemento metálico + Nitrogênio (N)) e pelo menos um elemento metálico adicional selecionado a partir do grupo IIIA da tabela periódica; e compreende menos que 3x104 macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez de análise do revestimento material.

[00026] Os objetivos da presente invenção são alcançados ainda por meio de um anel de pistão para um motor de combustão interna que compreende uma base metálica à qual um revestimento de proteção é aplicada, composta por TiAIN ou CrAIN, em que o revestimento compreende entre 5x102 e 3x104 macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento e é aplicada pelo processo de PVD (deposição física de vapor) gerado por uma fonte de arco catódico.

Descrição Resumida dos Desenhos

[00027] A Figura 1 é uma vista esquemática de um anel de pistão com três anéis compreendidos na técnica anterior, dentro de um forro de cilindro.

[00028] A Figura 1a é uma vista detalhada de um dentre os anéis do pistão ilustrado na Figura 1.

[00029] A Figura 1b é uma vista detalhada esquemática do anel ilustrado na Figura 1b, que mostra a base metal e um já conhecido revestimento de cerâmica de cromo composto por CrN e/ou Cr2N.

[00030] A Figura 2 é uma vista detalhada esquemática da ocorrência de fragmentação em um anel compreendido na técnica anterior sem qualquer tipo de revestimento.

[00031] A Figura 3 é uma vista detalhada esquemática da ocorrência de fragmentação em um anel compreendido na técnica anterior com um já conhecido revestimento de cerâmica de cromo composto por CrN e/ou Cr2N.

[00032] A Figura 4 é outra vista detalhada esquemática da ocorrência de fragmentação em um anel compreendido na técnica anterior com um já conhecido revestimento de cerâmica de cromo composto por CrN e/ou Cr2N.

[00033] A Figura 5 é uma vista esquemática de um anel de pistão com três anéis objetivados pela presente invenção, dentro de um forro de cilindro.

[00034] A Figura 5A é uma vista detalhada do anel objetivado pela presente invenção.

[00035] A Figura 5B é uma vista detalhada esquemática do anel ilustrado na Figura 5b, que mostra a base metal e o revestimento inovador desenvolvido pelo inventor.

[00036] É necessário fazer mais uma ilustração onde o recobrimento 5, não seja multicamada, para isso utilizar a figura 5, excluindo as linhas intermediárias 11 e 12 e mantendo apenas o material base 4 e monocamada de revestimento 5.

[00037] A Figura 6A é um gráfico da porcentagem de macropartículas/gotículas na área do revestimento entre o anel de pistão da técnica anterior e a presente invenção.

[00038] A Figura 6B é um gráfico do diâmetro de macropartículas/gotículas nos revestimentos do anel de pistão da técnica anterior e da presente invenção.

[00039] A Figura 6C é um gráfico do número de macropartículas/gotículas por área do revestimento entre o anel de pistão da técnica anterior e a presente invenção.

[00040] A Figura 6D é um gráfico do desgaste médio dos revestimentos do anel de pistão da técnica anterior e da presente invenção.

[00041] A Figura 7 é uma vista esquemática de o equipamento Atlas para a realização do teste de risco, de acordo com os padrões ASTM C 1624 05.

[00042] A Figura 8 é um gráfico comparativo da carga de delaminação suportada pelo anel da técnica anterior e a presente invenção revestidos com CrN.

[00043] A Figura 9 são duas imagens que comparam o aparecimento do revestimento do anel da técnica anterior e o anel da presente invenção, depois do teste de risco.

Descrição Detalhada da Invenção

[00044] A presente invenção se refere, em essência, a um anel de pistão 3 para um motor de combustão interna que compreende uma base metálica 4 à qual um revestimento de proteção específico e novo 5 é aplicado de uma maneira que cubra pelo menos parte da superfície da base 4. Mais preferencialmente, o membro deslizante é um anel de pistão de compressão.

[00045] A base metálica 4 do membro é preferencialmente composta por um metal ferroso, como ferro fundido ou aço inoxidável, porém, é evidente que outro tipo de material pode ser especificado se necessário ou desejado, fornecido em que o mesmo é tecnicamente viável, sem se afastar do escopo de proteção da invenção.

[00046] Conforme pode ser visto a partir das figuras 1 a 4, os anéis de pistão 30 já conhecidos mostram uma base 40 a qual um revestimento 50 pode ser aplicado.

[00047] A Figura 2 mostra, esquematicamente, um anel sem qualquer tipo de revestimento. A falta de revestimento para proteger a base causa um rápido desgaste e a ocorrência de fragmentação.

[00048] As Figuras 3 e 4 mostram, também esquematicamente, anéis com revestimentos 50 de CrN e/ou CR2N. Em alguns motores que operam sob condições de carga extremamente alta ou com alto nível de pressão de combustão, a fragmentação ocorre mesmo com tal tipo de revestimento de proteção.

[00049] Descrevendo essencialmente, 0 anel de pistão 3, que é 0 objetivo da presente invenção, compreende uma base metálica 4 à qual um revestimento de proteção 5 é aplicada para cobrir pelo menos parte da superfície da base 4, em que 0 revestimento 5 é compreendido de pelo menos uma fase de nitreto produzida de pelo menos um elemento metálico e alumínio (Al) e compreende tensão interna menor que 2,2 GPa. A dureza do revestimento está entre 1.500HV a 2.500HV.

[00050] Preferencialmente, o revestimento 5 é uma estrutura monocamada e o elemento metálico na fase de nitreto é a partir do grupo B de tabela periódica, que é mais particularmente composto por CrN ou TiN.

[00051] Em uma modalidade alternativa, o revestimento 5 é formado por uma estrutura multicamada e o revestimento de superfície é interposto, originado sobrepondo-se uma pluralidade de subcamadas em que uma dentre essas subcamadas é composta por CrN. Mais particularmente, o revestimento 5 é compreendido de pelo menos uma primeira subcamada 11 e pelo menos uma segunda subcamada 12, em que a primeira subcamada 11 é composta por pelo menos uma cerâmica de metal e a segunda subcamada 12 é composta por pelo menos um compósito de nitreto cujo elemento metálico é do grupo IIIA da tabela periódica.

[00052] Conforme já conhecido daqueles versados na técnica, a primeira subcamada 11 é preferencialmente composta por nitreto de cromo incluindo Cr2N e CrN ou um TiN, devido às boas propriedades tribológicas e desempenho total. Os nitretos de cromo mostram um excelente nível de resistência a arranhão e o TiN também pode ser usado devido a suas boas propriedades de temperatura de oxidação alta e resistência a desgaste abrasivo.

[00053] Nessa modalidade, o recurso mais inovador é a presença de pelo menos segunda subcamada 12, composta por pelo menos um compósito de nitreto cujo elemento metálico é do grupo IIIA da tabela periódica, que é preferencialmente alumínio. Mais preferencialmente, a segunda subcamada 12 é composta por um TiN dopado com alumínio (Al), que garante o porcentagem de macropartículas reduzida que aprimora resistência a desgaste e fragmentação. O titânio pode ser substituído por outros elementos como cromo (Cr), molibdênio (Mo), nióbio (Nb), vanádio (V), entre outros.

[00054] O revestimento 5 é aplicado sobre a base metálica 4 pelo processo de PVD (deposição física de vapor) gerado por uma fonte de arco catódico, por codeposição em pelo menos dois (e preferencialmente quatro) alvos opostos (posicionados com um vão de 180° (ou 90°) um em relação ao outro).

[00055] Considerando o uso de quatro alvos posicionados um com um vão de 90° de um para o outro, preferencialmente existem dois alvos de Cr posicionados 180° um em relação ao outro e dois alvos de TiAI também posicionados 180° um em relação ao outro e 90° em relação aos alvos de Cr.

[00056] Para a estrutura monocamada apenas um tipo de alvo é aplicado. Por exemplo, quatro alvos de TiAI ou CrAI.

[00057] O membro deslizante (isto é, o anel de pistão) é posicionado em um suporte de base que gira durante o procedimento de deposição com a finalidade de alternativamente expor o substrato aos dois ou quatro alvos. Como o substrato giratório, as espécies de metal de ambos os alvos serão depositados e uma camada misturada será formada. A velocidade de rotação pode ser modificada com a finalidade de permitir o controle da espessura de todas as subcamadas assim como o tamanho de grão.

[00058] O revestimento preferencialmente tem uma espessura entre 10pm e 1000pm, porém, a mesma pode variar livremente se necessário ou desejado.

[00059] Como um resultado das especificações e do controle das variáveis do processo, o revestimento resultante 5 compreende menos que 4x104 macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento. Mais preferencialmente, o mesmo compreende entre 5x102 e 3x104 macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento.

[00060] O revestimento 5 também contém, não necessariamente, um elemento selecionado a partir do grupo em que Oxigênio (O) e Carbono (C), são parte do mesmo em uma quantidade de não mais que dez por cento em peso.

[00061] Outro recurso opcional do revestimento 5 é a existência de uma camada intermediária principalmente composta por cromo, níquel ou cobalto, disposta entre a base 4 e o revestimento 5.

[00062] Também essencialmente, o anel de pistão 3, que é o objetivo da presente invenção, pode ser descrito como que compreendendo uma base metálica 4 à qual um revestimento de proteção 5 é aplicado para cobrir pelo menos parte da superfície externa da base 4, em que o revestimento 5 é composto por um nitreto (elemento metálico + Nitrogênio (N)) e pelo menos um elemento metálico adicional selecionado a partir do grupo IIIA da tabela periódica; e compreende menos que 3x104 macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez de análise do revestimento material. Preferencialmente, o elemento metálico adicional é alumínio (Al), porém pode ser outro metal da família IIIA do alumínio, como índio (In), Boro (B) e gálio (Ga).

[00063] Os gráficos ilustrados nas Figuras 6A a 6D mostram a análise de gotículas de duas versões do anel de pistão, que é o objetivo da presente invenção, e suas vantagens em comparação a um anel de pistão que pertence ao estado da técnica com um revestimento de CrN regular pode ser facilmente detectado.

[00064] O gráfico de Figura 6A mostra claramente a redução da área da macropartícula/gotículas das duas versões da presente invenção (respectivamente em torno de 0,08% (versão de invenção 2) e em torno de 0,75% (versão de invenção 1)) quando comparado aos quase 1,2% do anel de CrN da técnica anterior.

[00065] De forma idêntica, o gráfico de Figura 6B mostra a redução do diâmetro da macropartícula/gotículas (em pm) da versão 2 da presente invenção (em torno de 0,57 pm contra, em torno de, 0,81 pm do anel de CrN da técnica anterior). Nessa análise específica, a versão 1 da presente invenção não mostra vantagens em relação ao anel da técnica anterior, com um diâmetro maior de forma marginal (em torno de 0,82 pm).

[00066] O gráfico de Figura 6C mostra a redução da relação entre o número de micropartículas/gotículas em relação à área do revestimento (em número de gotículas por pm2). Embora o revestimento de CrN da técnica anterior mostre tal relação em torno de 0,058, as versões 1 e 2 da invenção mostram valores muito menores, respectivamente em torno de 0,014 e 0,003.

[00067] Finalmente, o gráfico de Figura 6D se refere ao desgaste principal (em pm), o qual é reduzido a partir de, em torno de, 5,3 pm em um anel revestido de CrN regular a 3 pm (versão de invenção 1) e a 2,5 pm (versão de invenção 2).

[00068] Um teste de risco foi realizado para analisar o desempenho do anel de pistão 3 da presente invenção em comparação a um anel de pistão com um revestimento de CrN regular. O teste de risco, esquematicamente ilustrado na Figura 7, foi realizado em um equipamento chamado Atlas, de acordo com os padrões ASTM C 1624 05.

[00069] Em tal teste, uma punção é forçada a deslizar sobre uma amostra com um revestimento que deve ser testado enquanto uma carga de FN perpendicular ao deslocamento é aplicada. Embora a punção deslize, a carga aplicada aumenta gradualmente até a delaminação do revestimento acontecer. Aqui as vantagens do revestimento 5 do anel objetivado pela presente invenção são claramente percebidas.

[00070] O gráfico ilustrado na Figura 8, o qual ilustra a carga de delaminação (em N) suportada pelo revestimento em vista do deslocamento da punção, mostra que o anel revestido de CrN da técnica anterior suportou uma carga de em torno de 100N até a delaminação.

[00071] Conforme uma comparação, a versão 1 da invenção suportou 150N até a delaminação (em torno de 50% em relação ao anel da técnica anterior). A versão 2 da invenção realizada mesmo melhor, visto que a mesma suportou 180N de carga (a capacidade máxima do equipamento) sem delaminação.

[00072] Tendo descrito exemplos de modalidades preferidas, deve ser compreendido que o escopo da presente invenção engloba outras possíveis variações e somente é limitada pelo conteúdo das reivindicações anexadas ao mesmo, equivalentes potenciais estão inclusos no mesmo.

Claims

1. Anel de pistão para um motor de combustão interna que compreende uma base metálica (4) à qual um revestimento de proteção (5) é aplicado para cobrir pelo menos parte da superfície da base (4), caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) é composto por pelo menos uma fase de nitreto produzida a partir de pelo menos um elemento metálico e alumínio (Al) e compreende tensão interna menor que 1,2 GPa, e em que o revestimento de proteção (5) compreende menos que 4x104 macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média dez do revestimento.

2. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento metálico na fase de nitreto é do grupo B de tabela periódica, que compreende Alumínio (Al), Boro (B), Gálio (Ga).

3. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) tem uma estrutura multicamada incluindo uma camada composta do pelo menos uma fase de nitreto tendo o pelo menos um elemento metálico dopado com o alumínio (Al), e outra camada composta de um nitreto metálico.

4. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase de nitreto é composta por CrN, TiN ou NbN.

5. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) tem uma estrutura multicamada em que o revestimento de superfície é interposto, originado sobrepondo-se uma pluralidade de subcamadas em que uma dentre essas subcamadas é composta por CrN.

6. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento é aplicado pelo processo de PVD (deposição física de vapor) gerado por uma fonte de arco catódico.

7. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as macropartículas tem diâmetro inferior a 0,9 pm.

8. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) contém um elemento selecionado a partir do grupo em que Oxigênio (O) e Carbono (C) são parte do mesmo em uma quantidade de não mais que dez por cento em peso.

9. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dureza do revestimento está entre 1500HV a 2500HV.

10. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) tem uma espessura entre 10 pm e 100 pm.

11. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende uma camada intermediária composta por cromo, níquel ou cobalto, disposta entre a base (4) e o revestimento de proteção (5).

12. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mesmo é um anel de compressão.

13. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) é livre de macropartículas.

14. Anel de pistão para um motor de combustão interna que compreende uma base metálica (4) à qual um revestimento de proteção (5) é aplicado para cobrir pelo menos parte da superfície externa da base (4), caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) é uma estrutura multicamada incluindo uma fase de nitreto e uma fase de nitreto de cromo com um elemento metálico selecionado a partir do grupo IIIA da tabela periódica; que compreende Alumínio (Al), Boro (B), Gálio (Ga), e em que o revestimento de proteção (5) é livre de macropartículas e compreende tensão interna menor que 1,2 GPa.

15. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) tem uma estrutura multicamada incluindo uma camada de fase de nitreto e uma camada de fase de nitreto de cromo com o elemento metálico disposto um em cima do outro.

16. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a fase de nitreto é composta por CrN ou TiN.

17. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o elemento metálico da fase do nitreto de cromo é alumínio (Al).

18. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) é aplicado pelo processo de PVD (deposição física de vapor) gerado por uma fonte de arco catódico.

19. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dureza do revestimento de proteção (5) está entre 1500HV a 2500HV.

20. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) tem uma espessura entre 10 pm e 100 pm e é livre de macropartículas.

21. Anel de pistão para um motor de combustão interna que compreende uma base metálica (4) à qual um revestimento de proteção (5) é aplicado, composto por TiAIN ou CrAIN, caracterizado pelo fato de que o revestimento de proteção (5) compreende entre 5x102 e 3x104 macropartículas por milímetro quadrado pela área de seção transversal média do revestimento e é aplicado pelo processo de PVD (deposição física de vapor) gerado por uma fonte de arco catódico.