BR102016017735B1

BR102016017735B1 - elemento deslizante para motores de combustão interna

Info

Publication number: BR102016017735B1
Application number: BR102016017735-9A
Authority: BR
Inventors: Eliel Dos Santos Paes
Original assignee: Mahle Metal Leve S.A.; Mahle International Gmbh
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2021-05-18
Also published as: WO2018019940A1; EP3491162A1; US11466777B2; BR102016017735A2; US20210277996A1; EP3491162B1; CN109415797A

Abstract

ELEMENTO DESLIZANTE PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA. A presente invenção refere-se a um elemento deslizante para motores de combustão interna dotado de um revestimento compreendendo duas camadas (14, 15) de carbono amorfo duro (DLC) com porcentagem de ligações sp3 e espessuras distintas e um perfil de rugosidade com Rmr(0,3-0,5) igual ou superior a 50% e/ou com Rmr(0,4-0,5) igual ou superior a 70%, com Rpk menor do que 0,07 micrometro, capaz de promover uma boa condição de amaciamento e melhor contato entre duas superfícies deslizantes, além de reduzir o atrito e o desgaste, e garantir elevada dureza.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um elemento deslizante, tal como um anel de pistão para motores de combustão interna, dotado de um revestimento compreendendo duas camadas de carbono amorfo duro e um perfil de rugosidade capaz de promover uma boa condição de amaciamento e melhor contato entre duas superfícies deslizantes,além de reduzir o atrito e o desgaste, e garantir elevada dureza.

Descrição do estado da técnica

[002] Motores de combustão interna sejam eles ciclo Diesel, ciclo Otto, dois ou três tempos, compreendem ao menos um anel de pistão. O anel de pistão atua na vedação do espaço entre a camisa de cilindro e o êmbolo do pistão, isolando a câmara de combustão dos demais componentes internos dos motores. O anel de pistão é disposto radialmente na base do êmbolo do pistão, impedindo que os gases da combustão escapem da câmara de combustão em direção ao cárter e evitando que o óleo do motor penetre na câmara de combustão.

[003] Usualmente, os motores são dotados de três anéis paralelamente alocados em canaletas dispostas na base do êmbolo, sendo dois anéis de compressão e um anel de raspagem de óleo. Os anéis de compressão ficam mais próximos da cabeça do pistão e vedam a folga existente entre pistão e camisa, fazendo com que o pistão possa comprimir a mistura ar-combustível para a queima e posteriormente manter a estanqueidade do cilindro. Já os anéis de raspagem de óleo têm a função óbvia de raspar o excesso de óleo lubrificante jogado sob pressão na parede das camisas.

[004] Alguns motores de combustão interna, principalmente motores que operam com ciclo Diesel, trabalham com cargas elevadas. Outros exemplos podem ser encontrados em motores à gasolina de elevado desempenho. Independentemente dos exemplos que possam ser citados, há uma tendência para que os motores operem em alta velocidade com potência elevada, folgas reduzidas e, portanto, sujeitos a um comportamento tribológico severo. Tais condições são naturalmente mais exigentes com seus componentes mecânicos. Nesse sentido, os anéis utilizados nesses motores de alta potência ou rendimento necessitam de baixo atrito, alta dureza e elevada resistência ao desgaste.

[005] Por outro lado, é importante realçar que o impacto ambiental dos motores de combustão interna, quando aliados à necessidade de elevado desempenho e durabilidade, resultam, de um modo geral, na necessidade de se trabalhar com tolerâncias mais apertadas, o que naturalmente se traduz na utilização de camadas de óleos lubrificantes cada vez mais finas.

[006] As camadas de óleos lubrificantes além de mais finas, também são obtidas por meio de óleos de baixa viscosidade, que garantem menor atrito entre os componentes deslizantes. No entanto, quanto menor o filme de óleo e menor sua viscosidade, maior a probabilidade de contato entre os componentes deslizantes.

[007] Via de regra, a aplicação de camadas de revestimento em anéis para motores que trabalham com cargas elevadas se dá por processos de deposição de vapor, especialmente processo de deposição física de vapor PVD (Physical Vapor Deposition) e processo de deposição química de vapor assistido por plasma PACVD (Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition) Motores diesel de cargas elevadas foram os primeiros a utilizarem revestimento de nitreto de cromo (CrN) aplicado por deposição de arco catódico (Arc-PVD). Nos últimos anos, os revestimentos aplicados por PVD passaram a ser utilizados também em anéis de pistão para motores de carga leve, tanto à gasolina quanto diesel, devido à excelente resistência ao desgaste com durabi- lidade garantida.

[008] Os anéis de pistão apresentados no estado da técnica geralmente compreendem revestimentos de carbono amorfo duro, também conhecidos como DLC (Diamond Like Carbon) ou nanoestrutura hidrogenada de DLC livre de hidrogênio, como solução para alcançar um baixo atrito e elevada resistência ao desgaste. Via de regra, as soluções do estado da técnica aplicam o revestimento de DLC em uma composição que integra ligações sp3 (tipo diamante) e sp2 (tipo grafite). Cumpre, no entanto, notar que, em virtude da estrutura 3D (tridimensional) das ligações sp3, a sua dureza é superior àquela encontrada nas ligações sp2.

[009] Para melhor entendimento, as estruturas sp2, por conferir características de um material extremamente macio e lubrificante, são importantes para facilitar a acomodação do anel na camisa de cilindro e contrabalançar com as estruturas sp3 em contato com a camisa do cilindro. Tal preocupação é extremamente válida, haja vista que além de a estrutura sp3 poder riscar a camisa de cilindro, a concentração de tensões presentes nas estruturas sp3 é muito elevada, de tal modo que pode gerar consequências desastrosas tanto para a camisa de cilindro, riscando-a, como para o revestimento, podendo ocorrer trincas e sua propagação, o que, consequentemente, leva à diminuição da vida útil dos componentes. Por tal motivo, diversas soluções do estado da técnica passam por utilizar revestimentos DLC com predominância de ligações sp2, a fim de reduzir o atrito e tensões internas.

[0010] O documento US9086148 revela um elemento deslizante, particularmente um anel de pistão, dotado de um revestimento DLC, no qual são depositadas, sequencialmente, uma camada adesiva contendo um metal e uma camada ta-C tipo DLC com uma espessura de pelo menos 10 micrometros, sendo que o revestimento contém uma camada de acabamento com espessura de 1 a 3 micrometros, onde a quantidade de ligações sp3 vai diminuindo para valores inferiores a 40%, com vista a garantir que uma maior quantidade de sp2 esteja presente nesta segunda camada para acomodação do anel no cilindro.

[0011] Outras soluções do estado da técnica apresentam revestimentos DLC com acabamento superficial refinado com um perfil de rugosidade compreendendo valores reduzidos de picos (Rpk), menores do que 0,1 micrometro, e valores elevados da proporção de material de uma superfície (Rmr). O parâmetro de rugosidade Rpk diz respeito ao valor da rugosidade média de picos de uma superfície e o parâmetro Rmr representa quanto de contato existe entre duas superfícies. Quanto menor o Rpk, menor a chance do anel de pistão gerar riscos na camisa de cilindro no momento do amaciamento (run-in), e quanto maior o Rmr melhor a sustentação e o contato entre o anel e a camisa.

[0012] O documento de patente US8123227 revela um elemento deslizante dotado de um revestimento DLC, no qual a camada DLC é depositada sobre um material base formado por cromo (Cr), ou um material nitretado, ou cromo nitretado (CrN), a camada DLC compreendendo espessura entre 0,01 e 2 micrometros, com igual ou superior a 20 GPa, com um perfil de rugosidade compreendendo Rpk entre 0,07 e 0,14 micrometro e Rz igual ou menor do que 0,7 micrometro, e uma camisa de cilindro com rugosidade de Rz entre 2 e 4 micrometros.

[0013] Assim, o revestimento DLC quando aplicado a um anel de pistão apresenta aos menos três características que, quando combinadas entre si, resultam em maior resistência ao desgaste, maior dureza e menor atrito, que são: porcentagem de ligações sp3/sp2 na matriz DLC, espessura da camada de revestimento e amplitude de valores para parâmetros de rugosidade como picos (Rpk) e contato entre superfícies de deslizamento (Rmr).

[0014] Importante notar que para revestimentos DLC muito finos, ou seja, de espessura reduzida, é possível alcançar facilmente valores elevados de Rmr, uma vez que o material base do anel apresenta uma superfície muito lisa e uma camada fina de revestimento não é capaz de aumentar demasiadamente a rugosidade da superfície. No entanto, quando são aplicadas camadas mais espessas de DLC, na ordem de 10 micrometros, existe dificuldade em alcançar valores elevados de Rmr. Por exemplo, quando toma como referência o parâmetro de rugosidade Rz que representa a distância entre o pico (Rpk) mais alto e o vale (Rvk) mais profundo, um material base com Rz na ordem de 0,5 micrometro, após a aplicação de um revestimento de 10 micrometros, pode chegar a valores de Rz entre 4 e 5 micrometros, ou seja, uma superfície excessivamente rugosa.

[0015] Quanto à porcentagem de ligações sp3/sp2 na matriz DLC, tem-se, além da diferença na estrutura das ligações, o fato de que diferentes porcentagens de sp3 compreendem diferentes taxas de deposição, de modo que quanto menor a porcentagem de sp3 mais rápidaserá a deposição da camada. Por exemplo, uma camada com porcentagem entre 35% e 45% de ligações sp3 é depositada a uma taxa média de 0,6-0,9 mícron/hora, enquanto que uma camada com porcentagem entre 55% e 65% de ligações sp3 é depositada a uma taxa média de 0,2-0,5 mícron/hora. Assim, a velocidade na qual a camada é depositada sobre a superfície do anel pode ser mais rápida ou mais lenta dependendo da porcentagem de ligações sp3 contidas na matriz DLC, fator que afeta diretamente os custos do produto.

[0016] Por outro lado, camadas com porcentagem entre 55% e 65% de sp3 são capazes de receber melhores acabamentos do que camadas com porcentagem entre 35% e 45% de sp3. Nesse sentido, tem-se que para anéis de pistão compreendendo revestimento DLC é de suma importância que a superfície final acabada seja a mais polida possível para que tenha boa compatibilidade com o cilindro, uma vez que a dureza da camisa de cilindro é consideravelmente menor, usualmente inferior a 7000 MPa, do que a dureza do revestimento DLC, superior a 15 GPa.

[0017] Dessa forma, a presente invenção apresenta um elemento deslizante, tal como um anel de pistão, dotado de um revestimento de carbono amorfo duro (DLC) compreendendo duas camadas com porcentagem de ligações sp3 e espessura distintas para cada camada, que garantem uma boa taxa de deposição do revestimento somada a um acabamento superior para um revestimento DLC com ao menos 10 micrometros de espessura e um perfil de rugosidade com excelente acabamento capaz de promover uma boa condição de amaciamento e melhor contato entre duas superfícies deslizantes.

Objetivos da invenção

[0018] Um primeiro objetivo da presente invenção está em prover um elemento deslizante para motores de combustão interna dotado de um revestimento de carbono amorfo duro compreendendo dupla camada, sendo uma camada interna com porcentagem reduzida de ligações sp3 e grande espessura, e uma camada externa com porcentagem elevada de ligações sp3 e pequena espessura, obtendo uma boa taxa de deposição do revestimento para a camada interna e um bom acabamento para a camada externa.

[0019] É, também, um objetivo da presente invenção prover um elemento deslizante dotado de um revestimento de carbono amorfo duro compreendendo espessura mínima de 10 micrometros com um perfil de rugosidade apresentando valores reduzidos de Rpk e valores elevados de Rmr, promovendo melhor sustentação e contato entre duas superfícies de deslizamento, além de boas condições de amacia- mento, diminuindo as chances de ocorrer riscos nas superfícies de deslizamento.

[0020] É, por fim, um objetivo da presente invenção prover um elemento deslizante dotado de um revestimento de carbono amorfo duro capaz de garantir elevada dureza, na faixa de 25 GPa a 50 GPa.

Breve descrição da invenção

[0021] Os objetivos da presente invenção são alcançados por um elemento deslizante para motores de combustão interna compreendendo um material base dotado de uma superfície externa anelar sobre a qual se deposita, sequencialmente, uma camada de ligação, uma primeira camada de revestimento e uma segunda camada de revestimento, as primeira e segunda camadas de revestimento sendo compostas por carbono amorfo duro (DLC) de uma matriz combinada com ligações sp3/sp2, a primeira camada de revestimento compreendendo até 45% de ligações sp3 e espessura de pelo menos 10 micrometros e a segunda camada de revestimento compreendendo pelo menos 55% de ligações sp3 e espessura de pelo menos 3 micrometros, a espessura da camada total de revestimento com a primeira camada de revestimento somada à segunda camada de revestimento sendo de pelo menos 13 micrometros.

[0022] Os objetivos da presente invenção são, também, alcançados por um elemento deslizante compreendendo a segunda camada de revestimento apresentando um perfil de rugosidade com Rmr(0,3- 0,5) igual ou superior a 50%, e/ou com Rmr(0,4-0,5) igual ou superior a 70%, com Rpk menor do que 0,07 micrometro e Rz menor do que 1 micrometro, apresentando uma dureza que varia entre 25 GPa e 50 GPa.

[0023] Os objetivos da presente invenção são, ainda, alcançados por um elemento deslizante em que a camada de ligação é composta por um dos materiais entre cromo metálico (Cr), ou níquel (Ni), ou cobalto (Co), ou tungstênio (W), ou carboneto de cromo (Cr-C), sendo depositada por um processo de deposição física de vapor (PVD), e o material base sendo composto por um metal ferroso.

[0024] Ademais, os objetivos da presente invenção são alcançados por um elemento deslizante, preferencialmente um anel de pistão, e um motor de combustão interna compreendendo ao menos um elemento deslizante.

Descrição resumida dos desenhos

[0025] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0026] Figura 1 - representação da disposição de um anel de pistão no interior de um cilindro de um motor de combustão interna;

[0027] Figura 2 - representação de um corte transversal do anel de pistão revelando a estrutura do revestimento da presente invenção;

[0028] Figura 3 - gráfico comparando os valores de Rmr obtidos no estado da técnica e na presente invenção;

[0029] Figura 4 - gráfico comparando os valores de Rmr obtidos no estado da técnica e na presente invenção;

[0030] Figura 5 - gráfico comparando os valores de Rz e Rpk obtidos no estado da técnica e na presente invenção;

[0031] Figura 6 - gráfico comparando os valores de Rz e Rpk obtidos no estado da técnica e na presente invenção;

[0032] Figura 7 - fotografias comparando as superfícies obtidas no estado da técnica e na presente invenção; e

[0033] Figura 8 - gráficos comparando os perfis de rugosidade obtidos no estado da técnica e na presente invenção.

Descrição detalhada dos desenhos

[0034] A presente invenção refere-se a um elemento deslizante, tal como um anel de pistão 10 para motores de combustão interna, dotado de um revestimento compreendendo duas camadas 14, 15 de carbono amorfo duro e um perfil de rugosidade capaz de promover uma boa condição de amaciamento e melhor contato entre duas superfícies deslizantes, além de reduzir o atrito e o desgaste, garantindo elevada dureza.

[0035] O elemento deslizante da presente invenção pode ser um componente de motor que mantenha contato com uma camada fina de fluido lubrificante, sofrendo desgaste, tal como por exemplo, uma camisa de cilindro, um anel de pistão de raspagem de óleo, um anel de pistão de primeira canaleta, entre outros.

[0036] Inicialmente, cumpre notar que o elemento deslizante da presente invenção é preferencialmente um anel de pistão 10 para motores de combustão interna que operem com elevada carga e/ou potência, tal como ilustrado na figura 1. Usualmente esses anéis de pistão trabalham com folgas muito justas e um filme de óleo fino para garantirem excelente rendimento e baixas emissões de CO2.

[0037] O anel de pistão 10 da presente invenção compreende um material base 12 dotado de uma superfície externa 11 anelar, sendo composto, preferencialmente, por um metal ferroso, por exemplo, um aço inoxidável com 10% a 17% de cromo ou um aço carbono. A superfície externa 11 anelar corresponde à porção do anel paralela e virada para a região de contato com uma camisa do cilindro 20, por outras palavras, é a superfície que atua como interface entre o anel e uma camisa de cilindro 20, sendo que é sobre a superfície externa 11 que o revestimento é depositado.

[0038] Em uma configuração preferencial, ilustrada na figura 2, a superfície externa 11 recebe, sequencialmente, uma camada de ligação 13 e, sobre a camada de ligação 13, uma primeira camada de revestimento 14 e uma segunda camada de revestimento 15, as primeira e segunda camadas de revestimento 14, 15 sendo compostas por carbono amorfo duro do tipo a-C/ta-C.

[0039] A camada de ligação 13 tem como objetivo promover a acomodação das tensões entre a estrutura metálica do anel e o revestimento de carbono amorfo duro, garantindo assim uma excelente adesão entre o revestimento e o material base 12. De modo preferencial, mas não obrigatório, a camada de ligação 13 é formada por cromometálico (Cr). Em uma configuração preferencial alternativa, a camada de ligação 13 é composta por um entre os materiais como níquel (Ni), cobalto (Co), tungstênio (W), carboneto de cromo (Cr-C) ou por um material cerâmico. A camada de ligação 13 compreende uma espessura inferior a 3 micrometros, preferencialmente entre 1 micrometro e 3 micrometros, e é depositada por um processo de deposição física de valor (PVD).

[0040] Por sua vez, as primeira e segunda camadas de revestimento 14, 15 são formadas por carbono amorfo duro (DLC), sendo o carbono totalmente amorfo livre, ou substancialmente livre, de hidrogênio, compreendendo menos de 2% em peso de hidrogênio.

[0041] De modo distinto das soluções encontradas no estado da técnica, a presente invenção apresenta um revestimento de carbono amorfo duro compreendendo dupla camada, ou seja, duas camadas depositadas, cada camada compreendendo matrizes de ligações sp2/sp3 e espessuras distintas, além de utilizar uma topografia na superfície de contato do revestimento especialmente desenvolvida, capaz de apresentar boa compatibilidade com a superfície de contato da camisa de cilindro 20.

[0042] Para alcançar os objetivos da presente invenção, a primeira camada de revestimento 14, depositada sobre a camada de ligação 13, é composta por carbono amorfo duro, compreendendo até 45% de ligações sp3 e espessura igual ou superior a 10 micrometros. Nessa configuração preferencial da primeira camada 14, a reduzida porcentagem de ligações sp3, igual ou inferior a 45%, tem por objetivo otimizar a taxa de deposição do revestimento da primeira camada, além de acomodar e reduzir tensões internas.

[0043] Sobre a primeira camada de revestimento 14 é depositada, ainda, uma segunda camada de revestimento 15 composta por carbono amorfo duro compreendendo ao menos 55% de ligações sp3 e espessura igual ou superior a 3 micrometros. Diferentemente da primeira camada de revestimento 14, a segunda camada de revestimento 15 compreende elevada porcentagem de ligações sp3, igual ou superior a 55%, e tem por objetivo garantir excelente acabamento do revestimento,além de elevada dureza.

[0044] A espessura da camada total de revestimento, com a primeira camada de revestimento 14 somada à segunda camada de revestimento 15, é de pelo menos 13 micrometros, preferencialmente 15 micrometros, onde uma melhor relação entre taxa de deposição, tensão interna, acabamento, dureza e espessura de revestimento é alcançada. No tocante à dureza, a segunda camada de revestimento 15 compreende entre 25 GPa e 50 GPa e utiliza um acabamento especialmente desenvolvido na superfície de contato do revestimento capaz de evitar um elevado desgaste e reduzir as chances de riscar a camisa de cilindro, cuja dureza é consideravelmente menor. Tanto a dureza quanto o acabamento otimizado são observados na segunda camada de revestimento 15, uma vez que essa representa a camada mais externa do revestimento que entra em contato direto com a superfície de contato da camisa de cilindro 20.

[0045] O processo de deposição do revestimento compreendendo a primeira camada de revestimento 14 e a segunda camada de revestimento 15 ocorre por um processo de deposição de vapor (PVD).

[0046] Contribuindo em grande escala para os excelentes resultados da presente invenção, a superfície da segunda camada de revestimento 15 compreende uma topografia cujo contato com a superfície de contato da camisa de cilindro 20 ocorre, principalmente, por meio de picos menores do que 0,1 micrometro, com elevada sustentação e melhor contato entre as superfícies deslizantes.

[0047] A norma ISO4287 define os parâmetros de rugosidade para proporção de material de uma superfície (Rmr), que reflete a porcentagem de material a uma determinada profundidade medida a partir de uma linha de referência e representa quanto de contato existe entre duas superfícies. Para melhor entendimento, a título de exemplo, tem- se que para uma topografia compreendendo muitos picos, o Rmr tende a ser menor, prejudicando a sustentação e contato entre as superfícies. Por sua vez, uma topografia compreendendo picos reduzidos, por exemplo, menores do que 0,1 micrometro, tende a apresentar um Rmr elevado, evidenciando que a proporção de material na superfície é maior. Dessa forma, os valores de Rmr são de enorme importância para caracterizar o perfil de rugosidade de uma superfície, uma vez que tais valores permitem compreender a topografia específica e obter uma solução de atrito e desgaste reduzidos com alta durabilidade

[0048] Portanto, para melhorar a sustentação e o contato entre as superfícies deslizantes, faz-se necessário obter um Rmr elevado, seja por meio da redução no número de picos ou da redução da amplitu- de/altura desses picos. O Rpk é o parâmetro de rugosidade que diz respeito à quantidade e à altura dos picos de uma superfície.

[0049] Além da sustentação e do contato entre as superfícies, a presença de picos provoca o riscamento e o desgaste crítico na superfície de contato da camisa de cilindro 20 devido à elevada pressão de contato. Ademais, essa elevada pressão local dificulta a formação e a manutenção do filme de óleo lubrificante, mesmo que haja óleo presente nos vales da segunda camada de revestimento 15 de carbono amorfo livre de hidrogênio (DLC).

[0050] Assim, para resolver os problemas do estado da técnica, foi desenvolvida uma superfície com picos de amplitude/altura reduzida, menor do que 0,1 micrometro, com o intuito de garantir uma boa sustentação no contato entre o anel de pistão 10 e a camisa de cilindro 20. Para uma mesma carga, esta superfície gera uma baixa pressão de contato quando comparada com uma topografia contendo picos elevados. Dessa forma, o acabamento do anel de pistão 10 é de enorme importância para a realização do contato entre o anel 10 e a camisa 20, de forma a contribuir para uma boa operação do motor. A boa compatibilidade entre o anel de pistão 10 e a camisa de cilindro 20 é obtida por processos de lixamento e lapidação para redução da altura dos picos na segunda camada de revestimento 15, processo este que ocorre após a deposição do revestimento.

[0051] Nesse sentido, o revestimento da presente invenção apresenta a segunda camada de revestimento 15 com Rpk menor do que 0,07 micrometro, ou seja, picos com amplitude/altura menor do que 0,07 micrometro.

[0052] Assim, a presente invenção tem como característica da topografia da segunda camada de revestimento 15 apresentar Rmr(0,3- 0,5) igual ou superior a 50% e/ou Rmr(0,4-0,5) igual ou superior a 70%.

[0053] Além do Rpk e Rmr, a segunda camada de revestimento 15 apresenta Rz menor do que 1 micrometro.

[0054] Os resultados laboratoriais obtidos durante o desenvolvimento do elemento deslizante da presente invenção são apresentados nas figuras 3 a 8, e evidenciam claramente as diferenças e vantagens da presente invenção em relação ao estado da técnica.

[0055] A figura 3 mostra os valores de Rmr obtidos para anéis do estado da técnica e da presente invenção. Nesse sentido, foram testadosanéis dotados de revestimento de carbono amorfo duro com espessura igual ou superior a 10 micrometros com até 40% de ligações sp3, tal como revelado pelo documento do estado da técnica US9086148, apontado anteriormente.

[0056] Os resultados da figura 3 mostram que o revestimento de carbono amorfo duro revelado pela presente invenção apresenta valores de Rmr superiores aos valores alcançados no estado da técnica. Os anéis do estado da técnica apresentam perfil de rugosidade com Rmr(0,3-0,5) entre 30% e 40% e Rmr(0,4-0,5) entre 50% e 60%. Por sua vez, os anéis da presente invenção alcançam valores de Rmr(0,3- 0,5) entre 80% e 90% e Rmr(0,4-0,5) superior a 90%.

[0057] Da mesma forma, a figura 4 mostra resultados de um segundo teste, no qual os anéis do estado da técnica apresentam Rmr(0,3-0,5) de 35% e Rmr(0,4-0,5) de 61%, enquanto os anéis da presente invenção alcançam Rmr(0,3-0,5) de 78% e Rmr(0,4-0,5) de 89%.

[0058] A figura 5 mostra os valores obtidos para amplitude/altura de picos e vales em anéis do estado da técnica e da presente invenção. Observa-se que os anéis do estado da técnica compreendem valores de Rz superior a 0,8 micrometro e Rpk na ordem de 0,1 micrometro, enquanto os anéis da presente invenção apresentam valores de Rz e Rpk reduzidos, com Rz entre 0,6 e 0,8 micrometro e Rpk inferior a 0,1 micrometro.

[0059] A figura 6 mostra os valores de Rz e Rpk obtidos na presente invenção em comparação com os valores revelados no estado da técnica, representado pelo documento US8123227, apontado anteriormente. Os pontos mais claros do gráfico da presente invenção representam valores individuais e o ponto mais escuro a média dos valores medidos. Observa-se que não é possível comparar valores de Rmr entre a presente invenção e o documento US8123227, uma vez que esse estado da técnica revela um revestimento de carbono amorfo duro de espessura até 2 micrometros, muito menor do que a espessura mínima de 10 micrometros do revestimento da presente invenção. Os valores de Rmr são naturalmente maiores para revestimentos finos, de modo que o desafio maior está em obter um revestimento espesso com alto valor de Rmr, objetivo esse alcançado pela presente invenção.

[0060] Por fim, as figuras 7 e 8 mostram, respectivamente, o aspecto superficial e o perfil de rugosidade do revestimento do estado da técnica e da presente invenção. Observa-se, na figura 7, o revestimento da presente invenção compreendendo uma superfície mais homogênea, com menos picos aparentes/elevados. Por sua vez, a figura 8 evidencia claramente as diferenças entre o perfil de rugosidade do revestimento do estado da técnica com vales profundos e picos elevados, e o perfil de rugosidade da presente invenção com vales mais rasos e picos mais baixos.

[0061] Em suma, o elemento deslizante da presente invenção é dotado de um revestimento de carbono amorfo duro que oferece as seguintes vantagens:

[0062] i) revestimento com elevada dureza, entre 25GPa e 50GPa, com espessura superior a 10 micrometros, promovendo redução no atrito e desgaste, garantindo alta durabilidade;

[0063] ii) boa taxa de deposição do revestimento em combinação com excelente acabamento devido à deposição de duas camadas de revestimento com porcentagens de ligações sp3 e espessuras distintas, garantindo Rz menor do que 1 micrometro;

[0064] iii) boa sustentação entre a superfície de contato do elemento deslizante e a superfície de contato da camisa 20, com valores elevados de Rmr, sendo Rmr(0,3-0,5) igual ou superior a 50% e/ou Rmr(0,4-0,5) igual ou superior a 70%;

[0065] iv) redução no período de amaciamento do conjunto elemento deslizante e camisa de cilindro 20 devido à amplitude/altura reduzida dos picos, e menor chance de ocorrer riscos na superfície de contato da camisa 20 durante o amaciamento, com valor de Rpk menor do que 0,07 micrometro.

[0066] Assim, não restam dúvidas de que o revestimento de carbono amorfo duro substancialmente livre de hidrogênio da presente invenção é capaz de conciliar uma boa taxa de deposição aliada a um excelente acabamento, elevada dureza em combinação com acomodação e redução de tensões internas, espessura superior a 10 micrometros em combinação com Rmr elevado, Rz menor do que 1 micrometro e Rpk menor do que 0,07 micrometro, e promover melhor sustentação e contato entre duas superfícies deslizantes, com boas condições de amaciamento, reduzindo o atrito, o desgaste e a ocorrência de riscos nas superfícies deslizantes, garatindo excelente durabilidade. [0067] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferi-do, 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.

Claims

1. Elemento deslizante para motores de combustão interna compreendendo um material base (12) dotado de uma superfície externa (11) anelar sobre a qual se deposita, sequencialmente, uma camada de ligação (13), uma primeira camada de revestimento (14) e uma segunda camada de revestimento (15), as primeira e segunda camadas de revestimento (14, 15) sendo compostas por carbono amorfo duro (DLC) de uma matriz combinada com ligações sp3/sp2, o elemento deslizante sendo caracterizado pelo fato de que a primeira camada de revestimento (14) compreende até 45% de ligações sp3 e espessura de pelo menos 10 micrometros e a segunda camada de revestimento (15) compreende pelo menos 55% de ligações sp3 e espessura de pelo menos 3 micrometros, em que a segunda camada de revestimento (15) apresenta um perfil de rugosidade com Rmr(0,3-0,5) igual ou superior a 50% e/ou com Rmr(0,4-0,5) igual ou superior a 70% e um perfil de rugosidade com Rpk menor do que 0,07 micrometro.

2. Elemento deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada total de revestimento com a primeira camada de revestimento (14) somada à segunda camada de revestimento (15) é de pelo menos 13 micrometros.

3. Elemento deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de revestimento (15) apresenta um perfil de rugosidade com Rz menor do que 1 micrometro.

4. Elemento deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de revestimento (15) apresenta uma dureza que varia entre 25 GPa e 50 GPa.

5. Elemento deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de ligação (13) é composta por um dos materiais entre cromo metálico (Cr), ou níquel (Ni), ou cobalto (Co), ou tungstênio (W), ou carboneto de cromo (Cr-C).

6. Elemento deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de ligação (13) é depositada por um processo de deposição física de vapor (PVD).

7. Elemento deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material base (12) é composto por um metal ferroso.

8. Elemento deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um anel de pistão (10).