BR112020025012B1

BR112020025012B1 - Anel de pistão

Info

Publication number: BR112020025012B1
Application number: BR112020025012-0A
Authority: BR
Inventors: Tomoyuki Sato; Yutaka Kitazume; Takatsugu Iwashita
Original assignee: Tpr Co., Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2022-02-08
Also published as: MX2020013741A; BR112020025012A2; CN112469930A; EP3816486A4; WO2020004061A1; US11242929B2; KR20210013761A; US20210270370A1; KR102498972B1; EP3816486A1; CN112469930B

Abstract

a presente invenção aborda o problema de fornecer um anel de pistão coberto com um revestimento de dlc que tem excelente resistência ao desgaste e mostra uma propriedade de baixo ataque em uma superfície deslizante de diâmetro de cilindro. o problema é solucionado por meio de um anel de pistão que é usado na presença de um óleo lubrificante de motor e inclui um revestimento de dlc em uma superfície deslizante periférica externa. o revestimento de dlc tem uma razão de componente sp2 de 0,5 a 0,85, conforme determinado a partir de um espectro de tem-eels obtido por uma combinação de um microscópio eletrônico de transmissão (tem) e espectroscopia por perda de energia de elétrons (eels), bem como uma dureza de revestimento de 12 gpa a 26 gpa e um módulo de young de 250 gpa ou menos, conforme medido por um método de nanoindentação.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a um anel de pistão usado em um pistão para um motor de combustão interna.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] A superfície deslizante periférica externa de um anel de pistão usado em um pistão para um motor de combustão interna pode ser coberta com um revestimento de DLC (carbono similar a diamante), e vários desenvolvimentos têm sido realizados. De modo geral, um revestimento de DLC é um revestimento que tem uma estrutura amorfa (estrutura não cristalina) em que ligações sp2 de átomos de carbono que correspondem a uma estrutura de grafite e ligações sp3 de átomos de carbono que correspondem a uma estrutura de diamante coexistem. Um revestimento de DLC tem propriedades físicas similares a grafite (lubricidade sólida com um baixo coeficiente de atrito) quando a razão de componente sp2 (sp2/(sp2 + sp3)) é alta, ou propriedades físicas similares a diamante (excelente dureza, resistência ao desgaste e estabilidade química) quando a razão de componente sp3 (sp3/(sp2 + sp3)) é alta; portanto, um revestimento de DLC que tem várias propriedades pode ser formado ajustando-se essas razões de componente.

[0003] O Documento Patentário 1 revela um membro deslizante que tem uma composição selecionada em que a razão de sp2 aumenta a partir do lado de superfície interna de um filme de carbono rígido amorfo, que é o lado de material-base, em direção ao lado de superfície externa, e o valor de (B - A) é 20 ou maior quando a razão de sp2 do filme de carbono rígido amorfo no lado de superfície interna é definida como A% e no lado de superfície externa é definida como B%. É mencionado que a razão de sp2 A e a razão de sp2 B são, de modo preferencial, menores do que 40% e maiores do que 65%, respectivamente, e que o filme de carbono rígido amorfo tem excelente adesão ao material-base desde que a densidade de 300 μm2 ou gotículas maiores existentes na superfície do filme de carbono rígido amorfo seja de 600 gotículas/mm2 ou menos, como resultado disso, o trincamento do revestimento e o descascamento da camada de superfície podem ser inibidos e excelente resistência ao desgaste pode ser alcançada.

[0004] No Documento Patentário 1, a “razão de sp2", que representa a razão de ligações sp2 em relação às ligações sp2 e sp3 contidas no filme de carbono rígido amorfo (sp2/(sp2 + sp3)), significa um valor que é calculado com base em um espectro obtido por espectroscopia por perda de energia de elétrons (EELS). De modo adicional, o termo "gotículas" se refere a reentrâncias ou protuberâncias que são formadas na superfície do filme de carbono rígido amorfo devido à incorporação ou omissão de partículas de gotícula, e é estabelecido que a densidade de gotículas pode ser determinada contando-se visualmente, sob um microscópio, o número de 300 μm2 ou mais reentrâncias ou protuberâncias existentes em uma área prescrita da superfície que são formadas por incorporação ou omissão de partículas de gotícula; e que, evidentemente, a contagem também pode ser realizada por processamento de imagem ou similares.

[0005] Uma razão de sp2 relativamente baixa no lado de material-base significa que o filme de carbono rígido amorfo tem uma força relativamente alta nas proximidades do material-base. Com isso, o descascamento do revestimento, que é causado por destruição do revestimento que ocorre devido à carga aplicada ao revestimento nas proximidades de sua interface com o material-base durante deslizamento de carga alta, pode ser inibido. Além disso, até mesmo quando um material-base macio é usado, a deformação do material-base é reduzida, de modo que descascamento do revestimento causado pela deformação possa ser inibido. Em outras palavras, adesão suficiente pode ser garantida entre o filme de carbono rígido amorfo e o material-base. Por outro lado, uma razão de sp2 relativamente alta no lado de superfície externa significa que os átomos de carbono têm uma força de ligação relativamente fraca, isto é, o revestimento é flexível. Por exemplo, quando matérias estranhas geradas por deslizamento, tais como detritos de desgaste e poeira, passam através da superfície deslizante, a superfície do revestimento atua como um amortecimento, de modo que fissuração e descascamento do revestimento possam ser inibidos.

[0006] O Documento Patentário 2 revela um membro deslizante dotado de um filme de carbono rígido amorfo formado em pelo menos uma superfície deslizante, em que o filme de carbono rígido amorfo é uma camada de carbono cujo módulo de Young diminui de maneira contínua e/ou por etapas a partir de um material-base do membro deslizante em direção à superfície, e a camada de carbono tem uma concentração de hidrogênio menor do que 5% por átomo. De modo adicional, o Documento Patentário 2 estabelece que a camada de carbono tem, de preferência, um módulo de Young maior do que 400 GPa na porção de pelo menos 0,5 μm de espessura a partir do lado de material-base e um módulo de Young de 350 GPa ou menos na porção de pelo menos 1,5 μm de espessura a partir da superfície para o interior, e é mencionado que excelente resistência ao desgaste e resistência a descascamento são alcançados devido a esses valores de módulo de Young.

DOCUMENTOS DA TÉCNICA RELACIONADA DOCUMENTOS PATENTÁRIOS

[0007] [Documento Patentário 1] Patente no JP6357606

[0008] [Documento Patentário 2] Publicação de Pedido de Patente Não Examinado no JP2018-003880

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMAS A SEREM SOLUCIONADOS PELA INVENÇÃO

[0009] Vários desenvolvimentos têm sido realizados para revestimentos de DLC e é necessário que um revestimento de DLC não cause desgaste na superfície deslizante de um diâmetro de cilindro, isto é, tenha uma propriedade de baixo ataque contra a superfície deslizante de diâmetro de cilindro (propriedade de baixo ataque contra membros complementares), além de ter uma resistência ao desgaste aperfeiçoada e manter um baixo atrito.

[0010] Em associação ao deslocamento de um automóvel, sedimentos denominados depósitos são gerados dentro do motor do automóvel. Os depósitos são normalmente sedimentos, por exemplo, de produtos de combustão incompleta de combustível e óleo lubrificante de motor. Para aperfeiçoamento da economia de combustível nos últimos anos, também em motores a gasolina, sistemas de recirculação de gases de escape (EGR) que recirculam gases de escape nas câmaras de combustão têm sido introduzidos e sistemas de injeção direta têm sido adotados e, consequentemente, a quantidade de depósitos que se dissolvem em um óleo lubrificante de motor tende a aumentar.

[0011] De modo adicional, em gás de combustão, por exemplo, óxidos e carbonetos coexistem além de hidrocarbonetos que se originam a partir de combustível não queimado, e depósitos também são gerados a partir dessas substâncias e permanecem no óleo lubrificante de motor.

[0012] Os depósitos contidos no óleo lubrificante de motor existem em uma região de deslizamento entre um anel de pistão e um diâmetro de cilindro e formam um ambiente de deslizamento que causa desgaste abrasivo. Em outras palavras, quando comparado a um ambiente de deslizamento em que o óleo lubrificante de motor está limpo e a geração de depósito é limitada, o desgaste abrasivo entre o anel de pistão e o diâmetro de cilindro é facilitado em um ambiente em que o óleo lubrificante de motor foi deteriorado.

[0013] Um objetivo da presente invenção é fornecer um anel de pistão coberto com um revestimento de DLC que tenha excelente resistência ao desgaste com um efeito suficiente também contra o desgaste abrasivo descrito acima e mostre uma propriedade de baixo ataque em uma superfície deslizante de diâmetro de cilindro.

MEIOS PARA SOLUCIONAR OS PROBLEMAS

[0014] Os presentes inventores estudaram intensamente para alcançar o objetivo descrito acima e, consequentemente, constataram que um revestimento de DLC, que tenha excelente resistência ao desgaste e mostre uma propriedade de baixo ataque em membros complementares, pode ser obtido controlando-se a razão de componente sp2, bem como a dureza de revestimento e o módulo de Young, que são medidos por um método de nanoindentação, para que estejam, cada um, em uma faixa específica, concluindo, desse modo, a presente invenção.

[0015] A presente invenção é um anel de pistão que é usado na presença de um óleo lubrificante de motor e tem um revestimento de DLC em uma superfície deslizante periférica externa, em que o revestimento de DLC tem uma razão de componente sp2 de 0,5 a 0,85, conforme medido por TEM-EELS com o uso de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) em combinação com espectroscopia por perda de energia de elétrons (EELS), bem como uma dureza de revestimento de 12 GPa a 26 GPa e um módulo de Young de 250 GPa ou menos, conforme medido por um método de nanoindentação.

[0016] O revestimento de DLC tem, de modo preferencial, um módulo de Young de 200 GPa ou menos, e o número de macropartículas no revestimento de DLC, que é observado em uma imagem *10.000 de um corte transversal do revestimento de DLC que é obtido ao longo da direção de espessura sob um microscópio eletrônico de varredura (SEM), é, de modo preferencial, 2 ou menos por 10 μm2.

[0017] De modo adicional, é preferencial que o revestimento de DLC tenha um índice de refração de 2,3 a 2,6 em um comprimento de onda de 550 nm, conforme medido por um elipsômetro espectroscópico, uma dureza de revestimento de 20 GPa ou menos, uma camada subjacente contendo Ti, Cr ou Si, e uma espessura de filme de 1 μm ou maior.

EFEITOS DA INVENÇÃO

[0018] De acordo com a presente invenção, um anel de pistão coberto com um revestimento de DLC que tem excelente resistência ao desgaste com um efeito suficiente contra desgaste abrasivo e mostra uma propriedade de baixo ataque em uma superfície deslizante de diâmetro de cilindro pode ser fornecido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] A Figura 1(A) mostra uma vista esquemática em corte transversal de um anel de pistão em que um revestimento de DLC que tem uma camada subjacente é formado em um material-base de anel de pistão; e a Figura 1(B) mostra uma vista esquemática em corte transversal de um anel de pistão em que um revestimento de DLC que tem uma camada subjacente é formado em um material-base de anel de pistão que tem uma camada-base.

[0020] A Figura 2(A) mostra uma imagem SEM em corte transversal do revestimento de DLC produzido no Exemplo 3 (substituto de desenho), e a Figura 2(B) é um desenho esquemático para descrever a porção de macropartícula mostrada na Figura 2(A).

[0021] A Figura 3 mostra outra imagem SEM em corte transversal do revestimento de DLC produzido no Exemplo 3 (substituto de desenho).

[0022] A Figura 4 mostra uma imagem SEM em corte transversal do revestimento de DLC produzido no Exemplo Comparativo 1 (substituto de desenho).

[0023] A Figura 5 mostra uma imagem SEM em corte transversal do revestimento de DLC produzido no Exemplo Comparativo 2 (substituto de desenho).

[0024] A Figura 6(A) mostra uma imagem SEM de superfície do revestimento de DLC produzido no Exemplo 3 (substituto de desenho), e a Figura 6(B) mostra uma imagem SEM de superfície do revestimento de DLC produzido no Exemplo Comparativo 1 (substituto de desenho).

[0025] A Figura 7 mostra curvas de aspereza de superfície do revestimento de DLC produzido no Exemplo 3 (substitutos de desenho), em que a Figura 7(A) representa o estado imediatamente após a formação de revestimento e a Figura 7(B) representa o estado de acabamento final (alisamento de superfície).

[0026] A Figura 8 mostra uma curva de aspereza de superfície do revestimento de DLC produzido no Exemplo Comparativo 1 (substitutos de desenho), em que a Figura 8(A) representa o estado imediatamente após a formação de revestimento e a Figura 8(B) representa o estado de acabamento final (alisamento de superfície).

[0027] A Figura 9 é um desenho esquemático que ilustra o esboço do teste de desgaste por atrito oscilante conduzido nos Exemplos.

[0028] A Figura 10 fornece micrografias a laser que mostram descascamento de um revestimento de DLC em um teste de adesão como um exemplo de referência (substituto de desenho).

MODO PARA EXECUTAR A INVENÇÃO

[0029] A presente invenção será descrita em referência às modalidades específicas; entretanto, as modalidades descritas abaixo são fornecidas como exemplos da presente invenção e não especificam, necessariamente, as invenções descritas nas reivindicações, e nem todos os recursos descritos nas modalidades são indispensáveis aos meios para solucionar os problemas da presente invenção.

[0030] Um anel de pistão 10 da presente modalidade, ilustrado na Figura 1(A), é encaixado em uma ranhura de anel de pistão (não ilustrada) formada em um pistão, e se move em um modo oscilante em conjunto com o movimento oscilante do pistão enquanto desliza em uma superfície periférica interna de um diâmetro de cilindro (não ilustrado).

[0031] O anel de pistão 10 da presente modalidade pode ser usado como qualquer um dentre um anel de topo, um segundo anel e um anel de lubrificação a óleo. Quando o anel de pistão 10 é usado como um anel de lubrificação a óleo, o anel de pistão 10 pode ser aplicado a qualquer um dentre um corpo principal de anel de lubrificação a óleo de um anel de lubrificação a óleo que tem uma configuração de duas partes consistindo no corpo principal de anel de lubrificação a óleo e um expansor de bobina, e um segmento de um anel de lubrificação a óleo que tem uma configuração de três partes consistindo em dois segmentos (também denominados "trilhos laterais") e um espaçador de expansor.

[0032] O anel de pistão 10 da presente modalidade é encaixado, de modo preferencial, em um pistão produzido a partir de uma liga de alumínio e usado como um anel de pistão contra um diâmetro de cilindro produzido a partir de ferro fundido.

[0033] Um material-base de anel de pistão 11 não é particularmente restrito desde que seja um material que é convencionalmente usado como um material-base de anel de pistão. Por exemplo, um material de aço inoxidável ou um material de aço pode ser usado de maneira adequada e, especificamente, aço inoxidável martensítico, aço de silício-cromo ou similares é usado de modo preferencial.

[0034] O anel de pistão 10, ilustrado na Figura 1(A), inclui: uma camada subjacente 13, que contém Cr, Ti ou Si, em uma superfície periférica externa alisada do material-base de anel de pistão 11; e um revestimento de DLC 12 na camada subjacente 13. Incorporando-se a camada subjacente 13, a adesão entre o revestimento de DLC 12 e o material-base de anel de pistão 11 pode ser aperfeiçoada.

[0035] A camada subjacente 13 tem uma espessura de filme, de preferência, de 0,2 μm a 1,0 μm. Controlando-se a espessura de filme nessa faixa, a adesão entre o revestimento de DLC 12 e o material-base de anel de pistão 11 pode ser aperfeiçoada de modo adicional. Nota-se que o revestimento de DLC 12 pode ser formado diretamente na superfície periférica externa alisada do material-base de anel de pistão 11, sem a camada subjacente 13 entre os mesmos.

[0036] Um método para alisar a superfície periférica externa do material-base de anel de pistão 11 antes da formação do revestimento de DLC 12 não é particularmente restrito; entretanto, é preferencial ajustar a aspereza de superfície através de retificação ou polimento. A aspereza de superfície do material-base de anel de pistão 11 é ajustada, de modo preferencial, para ser 0,5 μm ou menos em termos de altura máxima Rz prescrita em JIS B0601(2001).

[0037] Em outro modo, um anel de pistão 20, ilustrado na Figura 1(B), inclui uma camada-base 24 entre uma camada subjacente 23 e um material-base de anel de pistão 21. A camada-base 24 pode ser selecionada a partir de um revestimento de PVD, um revestimento cromado e uma camada nitretada. Dispondo-se a camada- base 24, a adesão entre o material-base de anel de pistão 21 e um revestimento de DLC 24 pode ser aperfeiçoada de modo adicional. A espessura da camada-base 24 não é particularmente restrita; entretanto, é, de preferência, 0,2 μm a 1,0 μm.

[0038] No revestimento de DLC 12 usado na presente modalidade, a razão de composição sp2/(sp2 + sp3) (doravante também denominada, simplesmente, “razão de componente sp2"), que é determinada por TEM-EELS com o uso de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) em combinação com espectroscopia por perda de energia de elétrons (EELS), pode ser 0,5 a 0,85, de preferência, 0,5 a 0,8. Com a razão de componente sp2 sendo menor do que 0,5 (50%), visto que a dureza de revestimento é alta, a resistência ao desgaste do revestimento de DLC é reduzida por desgaste abrasivo quando depósitos e matérias estranhas geradas por deslizamento, tais como detritos de desgaste e poeira, passam através da superfície deslizante. Além disso, é provável que um aumento no estresse interno induza descascamento dentro do revestimento de DLC. Quando a razão de componente sp2 é maior do que 0,85 (85%), visto que a força de ligação de átomos de carbono é fraca e a dureza de revestimento é, desse modo, baixa, a resistência ao desgaste do revestimento de DLC contra deslizamento é insuficiente. A razão de componente sp2 pode ser 0,55 ou maior, 0,60 ou maior, 0,65 ou maior, ou 0,70 ou maior.

[0039] De modo geral, um revestimento de DLC tem propriedades físicas similares a grafite quando a razão de componente sp2 (sp2/(sp2 + sp3)) é alta, ou propriedades físicas similares a diamante quando a razão de componente sp3 (sp3/(sp2 + sp3)) é alta; portanto, um revestimento de DLC que tem várias propriedades pode ser preparado ajustando-se essas razões de componente.

[Medição de Razão de Componente sp2]

[0040] A razão de componente sp2 é medida com o uso de um TEM (microscópio eletrônico de transmissão por emissão de campo JEM-2100F, fabricado por JEOL Ltd.) e um EELS (Modelo 863GIF Tridiem, fabricado por Gatan, Inc.).

[0041] O procedimento para medir a razão de componente sp2 por meio de TEM- EELS é conforme a seguir.

[0042] Um espectro de EELS é medido com o uso de um analisador de EELS. Para o espectro de EELS obtido desse modo, a intensidade de pico é normalizada ajustando uma região pré-pico com uma função linear e uma região pós-pico com uma função cúbica.

[0043] Subsequentemente, comparando-se os dados de diamante e os dados de grafite, a posição inicial de pico é alinhada para calibrar o valor de energia.

[0044] Para os dados calibrados desse modo, uma área total em uma faixa de 280 eV a 310 eV é determinada.

[0045] A fim de isolar o componente de pico de sp2, a separação de pico é realizada supondo que haja dois picos em uma faixa de 280 eV a 295 eV (π* pico de sp2 e o* pico contendo picos CH e amorfo), e a área do pico ao redor de 285 eV é determinada (área de pico de sp2).

[0046] Uma razão da área determinada no item (4) acima em relação à área determinada no item (3) acima (razão de área de pico sp2) é calculada. Para essa razão de área, a razão de sp2 é determinada a partir de valores relativos, considerando valores de grafite e diamante como 100 e 0, respectivamente. O valor obtido desse modo é definido como a razão de componente sp2.

[0047] O valor de medição é definido como uma média de três valores medidos extraídos de um corte transversal de revestimento em cada um dos três pontos ao longo da direção circunferencial de um único pistão, que estão em uma posição no lado oposto de um vão do anel de pistão e em posições de 90° em relação ao vão nos respectivos lados.

[0048] O revestimento de DLC 12 usado na presente modalidade tem, de preferência, uma dureza de 12 GPa a 26 GPa, conforme medido por um método de nanoindentação. Uma baixa dureza de revestimento menor do que 12 GPa não é preferencial, visto que torna a resistência ao desgaste do revestimento de DLC insuficiente. Uma dureza de revestimento maior do que 26 GPa também não é preferencial visto que, quando o anel de pistão é usado com um óleo lubrificante de motor que foi usado para percorrer uma longa distância, um ambiente de deslizamento que causa desgaste abrasivo facilita o desgaste do revestimento de DLC. Em um ambiente em que o desgaste abrasivo pode ocorrer, o desgaste do revestimento de DLC em si e o desgaste de um membro complementar aumentam em proporção à dureza do revestimento de DLC.

[0049] De modo adicional, o revestimento de DLC 12 tem, de modo preferencial, uma dureza Vickers de 1.000 HV a 2.000 HV, e a dureza Vickers pode ser 1.700 ou menos, ou 1.500 HV ou menos. Normalmente, considerando a resistência ao desgaste, uma maior dureza de revestimento é mais preferencial; entretanto, na presente modalidade, a dureza Vickers é controlada, de modo preferencial, para não ser excessivamente alta na faixa descrita acima, visto que não só uma dureza de revestimento excessivamente alta tende a aumentar o ataque contra uma superfície deslizante de diâmetro de cilindro, mas também o revestimento de DLC é formado na superfície periférica externa de um anel de pistão e é, desse modo, rompido no momento de uma operação envolvendo deformação, tal como colocação em um pistão.

[Medição de Dureza Vickers]

[0050] Para a medição de dureza Vickers, a dureza de indentação é medida com o uso de um analisador de nanoindentação (modelo: HM-2000, fabricado por Fischer Instruments K.K.) em conjunto com um indentador Vickers em uma carga de indentação de 500 mN com o tempo antes de atingir uma carga máxima de indentação sendo definido em 30 s (segundos).

[0051] O valor de medição é definido como uma média de três valores medidos extraídos de uma superfície de revestimento em cada um dos três pontos ao longo da direção circunferencial de um único pistão, que estão em uma posição no lado oposto de um vão do anel de pistão e em posições de 90° em relação ao vão nos respectivos lados.

[Medição de Dureza de Nanoindentação]

[0052] Para a medição de dureza por meio de um método de nanoindentação, a dureza de indentação é medida com o uso de um analisador de nanoindentação (modelo: HM-2000, fabricado por Fischer Instruments K.K.) em conjunto com um indentador Vickers em uma carga de indentação de 500 mN com o tempo antes de atingir uma carga máxima de indentação sendo definido em 30 s (segundos).

[0053] O valor de medição é definido como uma média de três valores medidos extraídos de uma superfície de revestimento em cada um dos três pontos ao longo da direção circunferencial de um único pistão, que estão em uma posição no lado oposto de um vão do anel de pistão e em posições de 90° em relação ao vão nos respectivos lados.

[0054] Em um ambiente de deslizamento em que depósitos existem entre o revestimento de DLC na superfície periférica externa de um anel de pistão e um diâmetro de cilindro, isto é, quando o anel de pistão é usado com um óleo lubrificante de motor que foi usado para percorrer uma longa distância, uma maior dureza de superfície do revestimento de DLC leva a um aumento de desgaste do revestimento de DLC. Levando isso em consideração, a dureza da superfície de revestimento é, de modo mais preferencial, 12 GPa a 22 GPa, de modo ainda mais preferencial, 12 GPa a 20 GPa, de modo particularmente preferencial, 12 GPa a 18 GPa.

[0055] O revestimento de DLC 12, usado na presente modalidade, tem um módulo de Young, de modo preferencial, de 250 GPa ou menos, de modo mais preferencial, 200 GPa ou menos, de modo ainda mais preferencial, 180 GPa ou menos, conforme medido por um método de nanoindentação. Com o módulo de Young sendo maior do que 250 GPa, fenda de fragilidade aparece na camada mais externa do revestimento de DLC e o desgaste aumenta quando depósitos e matérias estranhas geradas por deslizamento, tais como detritos de desgaste e poeira, passam através da superfície de revestimento de DLC. No entanto, um limite inferior não é particularmente restrito; entretanto, um módulo de Young de 120 GPa ou maior torna improvável que ocorra descascamento dentro do revestimento.

[Medição de Módulo de Young]

[0056] A medição de módulo de Young por um método de nanoindentação é realizada com o uso de um analisador de nanoindentação (modelo: HM-2000, fabricado por Fischer Instruments K.K.) em conjunto com um indentador Vickers em uma carga de indentação de 500 mN com o tempo antes de atingir uma carga máxima de indentação sendo definido em 30 s (segundos). O módulo de Young é determinado a partir de uma curva de profundidade de indentação de carga. Nota-se que o valor de medição é definido como uma média de quatro valores medidos obtidos do mesmo modo ao da medição de dureza de nanoindentação.

[0057] No revestimento de DLC 12 usado na presente modalidade, o número de macropartículas, que é observado em uma imagem (imagem SEM em corte transversal) de um corte transversal do revestimento na direção de espessura (um corte transversal perpendicular à direção circunferencial do anel de pistão) que é obtida em uma ampliação de *10.000 sob um microscópio eletrônico de varredura (SEM) é, de modo preferencial, 2 ou menos por 10 μm2, de modo mais preferencial, 1,5 ou menos por 10 μm2. Controlando-se o número de macropartículas para que seja 2 ou menos por 10 μm2, a geração de defeitos de superfície e a formação de irregularidades de superfície podem ser inibidas, de modo que o ataque contra um membro complementar possa ser reduzido.

[0058] As macropartículas observadas em um corte transversal do revestimento de DLC serão descritas em referência às imagens SEM em corte transversal de *10.000 mostradas nas Figuras 2 a 5.

[0059] A Figura 2(A) mostra um exemplo de uma imagem SEM em corte transversal obtida imediatamente após a formação do revestimento de DLC de uma modalidade (o Exemplo 3 descrito abaixo), e a Figura 2(B) é um desenho que ilustra, de maneira esquemática, a imagem da Figura 2(A) para descrever uma porção de macropartícula.

[0060] Na Figura 2(A), originando-se de uma macropartícula (seta a), uma única interface em formato de V (indicada por uma seta b na Figura 2(B)) que se expande em direção à superfície de revestimento (seta d) é formada dentro da área circulada no centro da imagem, e uma saliência (seta c) que se projeta para fora é formada na superfície de revestimento (seta d). É mostrado que essa macropartícula é formada no estágio precoce após o início da formação de revestimento, e que a interface em formato de V que se origina da macropartícula continua a crescer até a conclusão da formação de revestimento. O lado externo da interface em formato de V no revestimento (também denominado "lado externo da porção de macropartícula") é uma porção normal do revestimento e tem uma superfície uniforme e lisa em que nenhum padrão de repetição é observado.

[0061] A Figura 3 é outro exemplo de uma imagem SEM em corte transversal obtida imediatamente após a formação do revestimento de DLC de uma modalidade (o Exemplo 3 descrito abaixo). A Figura 3 mostra um caso em que, em oposição à Figura 2, uma pequena porção de macropartícula é formada no estágio avançado da formação de revestimento. Originando-se a partir de uma macropartícula (seta a), uma única interface em formato de V que se expande em direção à superfície de revestimento é formada dentro da área circulada no centro da imagem, e uma saliência que se projeta para fora é formada na superfície de revestimento. O lado externo da interface em formato de V no revestimento (também denominado "lado externo da porção de macropartícula") é uma porção normal do revestimento e tem uma superfície uniforme e lisa em que nenhum padrão de repetição é observado.

[0062] A Figura 4 mostra um exemplo de uma imagem SEM em corte transversal obtida imediatamente após a formação de um revestimento de DLC de um modo convencional (o Exemplo Comparativo 1 descrito abaixo). Originando-se a partir de uma macropartícula, duas interfaces em formato de V que se expandem em direção à superfície de revestimento são formadas em um modo sobreposto dentro da área circulada no centro da imagem, e um grande número de saliências que se projetam para fora é formado na superfície de revestimento. A Figura 4 é diferente das Figuras 2 e 3 em que as interfaces em formato de V que se originam da macropartícula são formadas tanto na direção de espessura do revestimento quanto na direção perpendicular ao mesmo (a direção de deslizamento do anel de pistão) de um modo sobreposto. Em outras palavras, o número de macropartículas que pode ser contado na imagem SEM em corte transversal do revestimento é grande. Além disso, a superfície de revestimento, mostrada na imagem SEM da Figura 4, tem as maiores irregularidades entre as superfícies de revestimento mostradas nas imagens SEM das Figuras 2, 3 e 5.

[0063] A Figura 5 mostra outro exemplo de uma imagem SEM em corte transversal obtida imediatamente após a formação de um revestimento de DLC convencional (o Exemplo Comparativo 2 descrito abaixo). No corte transversal de revestimento, um padrão listrado paralelo à direção de espessura de revestimento é formado no lado do material-base de anel de pistão, e duas camadas de revestimento diferentes são laminadas. No círculo indicado por e na Figura 5, originando-se de uma macropartícula, uma única interface pequena em formato de V que se estende sutilmente em direção à superfície de revestimento é formada; entretanto, essa interface não tem efeito na superfície de revestimento.

[0064] No círculo indicado por f na Figura 5, uma macropartícula forma um único pite relativamente grande na imagem SEM. Quando uma macropartícula similar a essa forma de pite é exposta na superfície mais externa do revestimento, acredita-se que a macropartícula aparecerá como um pite até mesmo se for observada a partir do lado de superfície de revestimento e formará uma irregularidade de superfície.

[0065] No círculo indicado por g na Figura 5, uma macropartícula forma uma pluralidade de pites relativamente grandes na imagem SEM. Quando uma macropartícula similar a essa forma de pite é exposta na superfície mais externa do revestimento, considera-se que a macropartícula aparecerá como pites plurais até mesmo se for observada a partir do lado de superfície de revestimento e afeta bastante a propriedade de ataque em um diâmetro de cilindro.

[0066] A Figura 6 mostra imagens SEM de superfície obtidas em uma ampliação de *1.000 imediatamente após a formação de revestimento, que correspondem às imagens SEM em corte transversal das Figuras 2 e 4 obtidas imediatamente após a formação de revestimento de DLC. A Figura 6(A) é uma imagem SEM de superfície que foi obtida imediatamente após a formação do revestimento de DLC da modalidade mostrada na Figura 2 (o Exemplo 3 descrito abaixo). A Figura 6(B) é uma imagem SEM de superfície que foi obtida imediatamente após a formação do revestimento de DLC convencional mostrado na Figura 4 (o Exemplo Comparativo 1 descrito abaixo).

[0067] Dentro da área circulada da imagem SEM de superfície mostrada na Figura 6(A), três saliências relativamente grandes (pontos brancos em formato de domo na imagem) de 2 μm a 3 μm de diâmetro, que são formados por macropartículas e se projetam na superfície, podem ser observados. De acordo com essa observação, pode-se dizer que as interfaces em formato de V no corte transversal de revestimento são formadas, cada uma, em um formato cônico dentro da camada de revestimento. No Documento Patentário 1, a densidade de gotículas que têm um tamanho de 300 μm2 ou maior (macropartículas de 20 μm ou mais de diâmetro) na superfície de revestimento é prescrita para ser 600 gotículas/mm2 ou menos; entretanto, na presente modalidade, até mesmo quando macropartículas estão presentes, os diâmetros estão em um nível de 5 μm ou menor.

[0068] A Figura 7(A) é uma curva de aspereza da superfície do revestimento de DLC mostrado na Figura 6(A), em que a ampliação de medição é *5.000 longitudinal e *100 lateral. Os picos que correspondem a saliências têm uma altura em níveis de 1,8 μm e 2,7 μm.

[0069] Na imagem SEM de superfície da Figura 6(B), pode-se observar que as saliências formadas por macropartículas ao longo de toda a área são contínuas. A Figura 7(B) é uma curva de aspereza da superfície do revestimento de DLC mostrado na Figura 6(B), em que a ampliação de medição é *5.000 longitudinal e *100 lateral. Os picos que correspondem a saliências formam irregularidades contínuas na curva de aspereza, e a altura máxima Rz está em um nível de 3,8 μm.

[0070] Conforme mostrado na Figura 7(B), as superfícies dos revestimentos de DLC mostrados nas Figuras 2, 3 e 5 são ajustadas, cada uma, por alisamento de superfície como um processo de acabamento final de modo que a aspereza de superfície seja 1,6 μm ou menos em termos de altura máxima Rz e a curva de aspereza tenha um formato plano.

[0071] Conforme mostrado na Figura 8(B), a superfície do revestimento de DLC mostrado na Figura 4 é ajustada por alisamento de superfície como um processo de acabamento final de modo que a aspereza de superfície seja 2,0 μm ou menos em termos de altura máxima Rz e a curva de aspereza seja áspera.

[0072] No alisamento de superfície, quando um revestimento de DLC tem uma grande irregularidade de superfície imediatamente após a formação do mesmo devido à presença de um grande número de macropartículas como no caso do revestimento de DLC convencional (Exemplo Comparativo 1), mostrado na Figura 8(A), irregularidades são formadas na superfície, conforme mostrado na Figura 8 (B) até mesmo se o alisamento de superfície for realizado como um processo de acabamento final; portanto, os presentes inventores consideram que é difícil alisar mais a superfície, conforme mostrado na Figura 7(B), e que a quantidade de desgaste de diâmetro de cilindro e a propriedade de ataque contra membros complementares são consequentemente aumentadas.

[0073] No revestimento de DLC da presente modalidade, o número de macropartículas existentes em um corte transversal é reduzido; portanto, uma superfície deslizante mais lisa pode ser formada, conforme mostrado na Figura 7(B), de modo que a propriedade de ataque contra o material de diâmetro de cilindro possa ser reduzida.

[Medição de Número de Macropartículas]

[0074] Um método para medir o número de macropartículas será descrito. O número de macropartículas é medido com o uso de um SEM (JSM-7001F, fabricado por JEOL Ltd.). Na direção circunferencial de um único anel de pistão, o anel de pistão é cortado em três pontos que estão em uma posição no lado oposto de um vão do anel de pistão e em posições de 90° em relação ao vão nos respectivos lados. Em imagens SEM de *10.000 de cortes transversais perpendiculares à direção circunferencial do único anel de pistão, cujas imagens são extraídas nas respectivas posições de corte, o número (n) de macropartículas existentes em uma região encerrada que tem uma largura de 10 μm em uma direção perpendicular à direção de espessura do revestimento e uma profundidade de D μm a partir da superfície de revestimento na direção de espessura do revestimento é contado. Como resultado, em um ponto de cada corte transversal de revestimento, o número (N) de macropartículas por unidade de área (macropartículas^m2) é determinado como N = n/(10D). O número de macropartículas P é definido como o número de macropartículas por 10 μm2, e uma média dos valores medidos nos três pontos do único anel de pistão é calculada. A importância dessa definição é que o número de macropartículas P pode ser comparado independentemente da espessura de revestimento. Nota-se que P = n/D (macropartículas/10 μm2).

[0075] O corte transversal de revestimento em cada uma das imagens SEM em corte transversal de *10.000 pode ser observado para uma porção que tem um comprimento máximo de 8,5 μm na direção longitudinal e um comprimento máximo de 12 μm na direção lateral, considerando a direção de espessura do revestimento como a direção longitudinal.

[0076] Na presente modalidade, nas imagens SEM em corte transversal de *10.000, o valor de P é, de modo preferencial, 2 (macropartículas/10 μm2) ou menos, de modo mais preferencial, 1,5 (macropartículas/10 μm2) ou menos.

[0077] Uma redução no número de macropartículas na observação em corte transversal do revestimento de DLC indica uma redução no número de macropartículas existentes na superfície de revestimento, e a propriedade de ataque contra a superfície deslizante de diâmetro de cilindro é reduzida, por exemplo, por uma redução na área por pite na superfície de revestimento e uma redução no número de pites.

[0078] O revestimento de DLC da presente modalidade tem, de modo preferencial, um índice de refração de 2,3 a 2,6 em um comprimento de onda de 550 nm, conforme medido por um elipsômetro espectroscópico. Controlando-se o índice de refração para que esteja nessa faixa, o revestimento de DLC se torna uniforme, e o número de macropartículas no mesmo é reduzido. O índice de refração pode ser 2,35 ou maior, ou 2,4 ou maior.

[Medição de Índice de Refração]

[0079] Quanto ao elipsômetro espectroscópico para a medição de índice de refração, um elipsômetro espectroscópico UVISEL (fabricado por HORIBA, Ltd.) pode ser usado.

[0080] Quanto às condições de medição, o ângulo de incidência é 70°, e o ponto é um elipsoide que tem um eixo geométrico secundário de 1 mm e um eixo geométrico principal de 3 mm.

[0081] O valor de medição é definido como uma média de três valores medidos extraídos de um corte transversal de revestimento em cada um dos três pontos ao longo da direção circunferencial de um único pistão, que estão em uma posição no lado oposto de um vão do anel de pistão e em posições de 90° em relação ao vão nos respectivos lados.

[0082] O revestimento de DLC tem, de modo preferencial, uma espessura de filme de 1 μm ou maior, excluindo a camada subjacente.

[0083] Na presente modalidade, o revestimento de DLC pode ser aplicado em uma espessura de filme de pelo menos 1 μm, visto que o revestimento de DLC em si tem uma resistência ao desgaste aperfeiçoada, e a espessura de filme é, de preferência, 30 μm ou menos, de modo mais preferencial, 20 μm ou menos.

[0084] O revestimento de DLC é composto principalmente de carbono amorfo; entretanto, o revestimento de DLC também pode conter hidrogênio e outras impurezas inevitáveis. A quantidade de hidrogênio contido no revestimento de DLC é normalmente 5% por átomo ou menos, e pode ser 3% por átomo ou menos, 2% por átomo ou menos, 1% por átomo ou menos, ou 0,5% por átomo ou menos.

[0085] Um método para produzir o revestimento de DLC da presente modalidade não é particularmente restrito. Conforme um exemplo, um método para formar um revestimento por meio de um processo de arco catódico filtrado a vácuo (FCVA) pode ser empregado. No processo de FCVA, o revestimento de DLC pode ser formado como uma única estrutura, ou pode ser formado como filmes plurais com ou sem alteração da tensão de polarização de pulsação a ser aplicada. No caso de produção do revestimento de DLC por meio de um processo de FCVA, a tensão de polarização de pulsação a ser aplicada é, de modo preferencial, maior do que normal a, por exemplo, -1.500 V a -3.000 V, de modo preferencial -2.000 V a -3.000 V.

EXEMPLOS

[0086] A presente invenção será descrita em mais detalhes por meio de Exemplos e Exemplos Comparativos. Nota-se, entretanto, que a presente invenção não é restrita aos Exemplos a seguir.

(Exemplo 1)

[0087] Com um material-base de anel de pistão sendo definido em um aparelho, o aparelho foi esvaziado para reduzir a pressão no mesmo, e o material-base foi subsequentemente aquecido. Então, o bombardeio iônico com íons de argônio foi realizado em um estado em que uma tensão de polarização de pulsação em uma faixa de -500 a -1.500 V estava sendo aplicada ao material-base.

[0088] Em seguida, em uma atmosfera de gás argônio, uma tensão de polarização aplicada ao material-base de anel de pistão foi definida em uma faixa de -50 V a -300 V, e um revestimento de Ti foi formado subsequentemente como uma camada subjacente (camada adesiva) no material-base de anel de pistão por meio de um método de pulverização catódica.

[0089] Posteriormente, no revestimento de Ti formado desse modo, uma primeira camada de carbono amorfo e uma segunda camada de carbono amorfo foram formadas alternadamente e laminadas. Nesse processo, a primeira camada de carbono amorfo foi formada por meio de um método de pulverização catódica com o uso de um alvo de carbono sob uma atmosfera de gás argônio em um estado em que uma tensão de polarização em uma faixa de -50 V a -300 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão. De modo adicional, a segunda camada de carbono amorfo foi formada com o uso de um alvo de carbono com descarga de arco em uma corrente de 50 a 200 A em um estado em que uma tensão de polarização de pulsação em uma faixa de -500 V a -1,500 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão.

[0090] A formação da primeira e da segunda camadas de carbono amorfo foi realizada sem o uso de um gás de processo contendo hidrogênio. Além disso, a espessura da primeira camada de carbono amorfo foi definida em 2 nm, e a espessura da segunda camada de carbono amorfo foi definida em 398 nm. Um conjunto de uma primeira camada de carbono amorfo e uma segunda camada de carbono amorfo foi laminado repetidamente em camadas de 38 conjuntos, e o resultado foi, subsequentemente, submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final, desse modo, um revestimento de DLC de 15 μm de espessura foi obtido.

(Exemplo 2)

[0091] Um revestimento de DLC de 10 μm de espessura foi obtido do mesmo modo ao do Exemplo 1, exceto que a primeira camada de carbono amorfo e a segunda camada de carbono amorfo foram laminadas repetidamente em camadas de 25 conjuntos e o resultado foi subsequentemente submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final.

(Exemplo 3)

[0092] Um revestimento de Ti foi formado como uma camada subjacente em um material-base de anel de pistão do mesmo modo ao do Exemplo 1.

[0093] Subsequentemente, uma camada de carbono amorfo foi formada no revestimento de Ti. Essa camada de carbono amorfo foi formada com o uso de um alvo de carbono com descarga de arco em uma corrente de 50 a 200 A em um estado em que uma tensão de polarização de pulsação em uma faixa de -2.000 V a -3.000 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão. A formação da camada de carbono amorfo foi realizada sem o uso de um gás de processo contendo hidrogênio. Além disso, a espessura de uma camada de carbono amorfo foi definida em 400 nm e essa camada de carbono amorfo foi laminada repetidamente em 13 camadas, após isso, o resultado foi submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final, desse modo, um revestimento de DLC de 5 μm de espessura foi obtido.

(Exemplo 4)

[0094] Um revestimento de DLC de 10 μm de espessura foi obtido do mesmo modo ao do Exemplo 3, exceto que a espessura de uma camada de carbono amorfo foi definida em 400 nm e essa camada de carbono amorfo foi laminada repetidamente em 25 camadas, após isso, o resultado foi submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final.

(Exemplo Comparativo 1)

[0095] Com um material-base de anel de pistão sendo definido em um aparelho de eletrodeposição iônica a arco, o aparelho foi esvaziado para reduzir a pressão no mesmo, e o material-base foi subsequentemente aquecido. Então, em um estado em que uma tensão de polarização em uma faixa de -500 V a -1.000 V estava sendo aplicada ao material-base, bombardeio iônico com Cr foi realizado com o uso de um alvo de Cr com descarga de arco em uma corrente de 50 um a 100 um.

[0096] Em seguida, em um estado em que uma tensão de polarização em uma faixa de -10 a -100 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão, um revestimento de Cr foi formado como uma camada subjacente no material-base de anel de pistão por eletrodeposição iônica a arco com o uso de um alvo de Cr com descarga de arco em uma corrente de 50 a 100 um.

[0097] Posteriormente, uma camada de carbono amorfo foi formada no revestimento de Cr. A formação dessa camada de carbono amorfo foi realizada com o uso de um alvo de carbono com descarga de arco em uma corrente de 50 um a 100 A em um estado em que uma tensão de polarização em uma faixa de 0 V a -100 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão, e o resultado foi subsequentemente submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final, desse modo, um revestimento de DLC que tem uma espessura de camada de carbono amorfo de 5 μm foi obtido.

(Exemplo Comparativo 2)

[0098] Com um material-base de anel de pistão sendo definido em um aparelho de eletrodeposição iônica a arco, o aparelho foi esvaziado para reduzir a pressão no mesmo, e o material-base de anel de pistão foi subsequentemente revestido com uma camada de CrN de 10 μm de espessura. Então, uma camada intermediária de Cr de 0,2 μm de espessura foi aplicada no mesmo. O resultado foi, enquanto era aquecido a 245 °C por um aquecedor, submetido à descarga de arco de 10 minutos a uma tensão de polarização de -700 V e uma corrente de arco de 40 A e, então, à descarga de arco a uma tensão de polarização de -170 V e uma corrente de arco de 40 A, desse modo, uma camada rígida escura de carbono amorfo (alta densidade de filme) e uma camada rígida branca de carbono amorfo (baixa densidade de filme) foram formadas em uma espessura total de 0,5 μm, após isso, o resultado foi resfriado para 125 °C.

[0099] Subsequentemente, uma camada adesiva produzida a partir de carbono rígido branco foi adicionalmente formada realizando-se descarga de arco de 90 segundos a uma tensão de polarização de -1.000 V e uma corrente de arco de 40 A. Posteriormente, um ciclo de aquecimento-resfriamento, que consistia em realizar, novamente, descarga de arco a uma tensão de polarização de -170 V e uma corrente de arco de 40 A, aquecer o resultado a 245 °C com o uso de um aquecedor e, então, formar uma camada rígida escura e uma camada rígida branca a uma espessura total de 0,5 μm, foi repetido oito vezes, após isso, o resultado foi submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final, desse modo, um revestimento de DLC que tem uma espessura de filme total de 5 μm foi formado.

(Exemplo Comparativo 3)

[0100] Um revestimento de Ti foi formado como uma camada subjacente em um material-base de anel de pistão do mesmo modo ao do Exemplo 1.

[0101] Subsequentemente, uma camada de carbono amorfo foi formada no revestimento de Ti. Essa camada de carbono amorfo foi formada com o uso de um alvo de carbono com descarga de arco em uma corrente de 50 a 200 A em um estado em que uma tensão de polarização de pulsação em uma faixa de -3.000 V a -3.500 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão. A formação da camada de carbono amorfo foi realizada sem o uso de um gás de processo contendo hidrogênio. De modo adicional, a espessura de uma camada de carbono amorfo foi definida em 400 nm e essa camada de carbono amorfo foi laminada repetidamente em 38 camadas, após isso, o resultado foi submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final, desse modo, um revestimento de DLC de 15 μm de espessura foi obtido.

(Exemplo Comparativo 4)

[0102] Um revestimento de Ti foi formado como uma camada subjacente em um material-base de anel de pistão do mesmo modo ao do Exemplo 1.

[0103] Subsequentemente, nesse revestimento de Ti, uma primeira camada de carbono amorfo e uma segunda camada de carbono amorfo foram formadas alternadamente e laminadas. Nesse processo, a primeira camada de carbono amorfo foi formada por meio de um método de pulverização catódica com o uso de um alvo de carbono sob uma atmosfera de gás argônio em um estado em que uma tensão de polarização em uma faixa de -50 V a -300 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão. De modo adicional, a segunda camada de carbono amorfo foi formada com o uso de um alvo de carbono com descarga de arco em uma corrente de 50 a 200 A em um estado em que uma tensão de polarização de pulsação em uma faixa de -100 V a -500 V estava sendo aplicada ao material-base de anel de pistão.

[0104] A formação da primeira e da segunda camadas de carbono amorfo foi realizada sem o uso de um gás de processo contendo hidrogênio. Além disso, a espessura da primeira camada de carbono amorfo foi definida em 2 nm, e a espessura da segunda camada de carbono amorfo foi definida em 398 nm. Um conjunto de uma primeira camada de carbono amorfo e uma segunda camada de carbono amorfo foi laminado repetidamente em camadas de 13 conjuntos, e o resultado foi, subsequentemente, submetido a alisamento de superfície como um processo de acabamento final, desse modo, um revestimento de DLC de 5 μm de espessura foi obtido.

[0105] Em seguida, os revestimentos de DLC obtidos acima foram avaliados. Para começar, um teste de medição da quantidade de desgaste com o uso de um testador de desgaste por atrito oscilante foi conduzido da forma a seguir.

[0106] A Figura 9 mostra o esboço de um teste de desgaste por atrito oscilante do tipo pino em placa. Primeiro, com o uso de um aço inoxidável martensítico como um material-base de anel de pistão que tem um diâmetro nominal de 86 mm e uma largura na direção de deslizamento de 1,2 mm, cada revestimento de DLC dos Exemplos e Exemplos Comparativos descritos acima foi formado na superfície periférica externa do material-base para preparar um anel de pistão que tem uma superfície deslizante periférica externa processada. Um membro de anel de pistão de 20 mm de comprimento circunferencial foi cortado de cada um dos três pontos, que estavam em uma posição no lado oposto de um vão do anel de pistão e em posições de 90° em relação ao vão nos respectivos lados e, então, testado. Os membros de anel de pistão cortados desse modo foram submetidos a acabamento final de modo que os membros de anel de pistão acabados tivessem uma aspereza de superfície de 1,0 μm em termos de altura máxima Rz com uma curva de aspereza de superfície em formato plano, e esses membros de anel de pistão foram usados, cada um, como peça de teste superior 100.

[0107] Como uma peça de teste inferior 110 que era um material que corresponde a JIS FC250, uma placa imitando um diâmetro de cilindro produzido a partir de ferro fundido com grafite escamoso tendo uma dureza de HRB100 com precipitação de carboneto de 3% foi preparada em uma largura de 17 mm, um comprimento de 70 mm e uma espessura de 14 mm e, subsequentemente, submetida a acabamento de superfície final com um papel esmeril #600 de modo que a placa acabada tivesse uma aspereza de superfície de 1,2 μm em termos de altura máxima Rz.

[0108] As condições do teste de medição de quantidade de desgaste são mostradas abaixo. Às superfícies deslizantes da peça de teste superior 100 e da peça de teste inferior 110, 150 μl de um óleo lubrificante de motor 0W-20, que foi usado por 400 horas de operação motor real, foi fornecido em um período de teste de 1 hora.

<Condições de Teste>

[0109] Curso: 50 mm

[0110] Carga: 50 N

[0111] Taxa: 300 ciclos/min

[0112] Temperatura de peça de teste inferior: 80°C (com o uso de um aquecedor que aquece a peça de teste inferior 122)

[0113] Período de teste: 60 min

[0114] Para cada um dentre os revestimentos de DLC obtidos nos Exemplos 1 a 4 e nos Exemplos Comparativos 1 a 4, a razão de componente sp2 (%), a dureza de nanoindentação, a dureza Vickers, o módulo de Young, o número de macropartículas P (/10 μm2) e o índice de refração foram medidos. Os valores medidos são mostrados na Tabela 1. De modo adicional, quanto aos resultados do teste de desgaste por atrito oscilante, o coeficiente de atrito, a razão de desgaste de revestimento de DLC, a razão de desgaste de membro complementar, a razão de desgaste total e a avaliação da quantidade de desgaste também são mostrados na Tabela 1. Nota-se que os valores desses resultados do teste de desgaste por atrito oscilante são, cada um, um valor médio de três ensaios. No teste de desgaste por atrito oscilante, o coeficiente de atrito foi medido um minuto após o início do teste. De modo adicional, as razões de desgaste nos Exemplos e Exemplos Comparativos foram calculadas considerando a quantidade de desgaste do revestimento de DLC do Exemplo Comparativo 1 como 50, a quantidade de desgaste do membro complementar como 50, e uma quantidade de desgaste total como 100.

<Avaliação da Quantidade de Desgaste>

[0115] A razão de desgaste de revestimento de DLC foi de 40 ou menos, e a razão de desgaste de membro complementar foi de 40 ou menos: S

[0116] A razão de desgaste de revestimento de DLC foi de 50 ou menos, e a razão de desgaste de membro complementar foi de 40 ou menos: A

[0117] A razão de desgaste de revestimento de DLC foi de 50 ou menos, e a razão de desgaste de membro complementar foi maior do que 40: B

[0118] A razão de desgaste de revestimento de DLC foi maior do que 50, e a razão de desgaste de membro complementar foi de 40 ou menos: C

[0119] A razão de desgaste de revestimento de DLC foi maior do que 50, e a razão de desgaste de membro complementar foi maior do que 40: D [Tabela 1] Tabela 1

Nota: Os resultados do teste de desgaste por atrito oscilante é um valor médio de três ensaios.

[0120] Conforme mostrado na Tabela 1, o coeficiente de atrito foi de 0,085 a 0,092 nos Exemplos e de 0,091 a 0,105 nos Exemplos Comparativos. No entanto, quando um teste de desgaste por atrito oscilante foi conduzido separadamente sob um ambiente de deslizamento limpo com o uso de um novo óleo lubrificante de motor, constatou-se que o coeficiente de atrito estava em um nível de cerca de 0,06 em todos os Exemplos e Exemplos Comparativos. Ou seja, o teste de desgaste por atrito descrito acima foi conduzido supondo um ambiente após uma operação estendida, e acredita-se que o coeficiente de atrito estava alto devido à ocorrência de desgaste abrasivo causado pelos depósitos que foram gerados dentro do motor e contidos no óleo lubrificante de motor usado.

[0121] De modo adicional, um teste de adesão foi conduzido para avaliar descascamento de cada revestimento de DLC.

[0122] Quanto ao método de teste, um indentador de diamante cônico usado no teste escala C de dureza Rockwell de acordo com JIS B2245:2016 foi empurrado contra a superfície de cada revestimento de DLC a uma carga de 150 kgf (1.471 N) e, após remover a carga, a presença ou ausência de descascamento do revestimento ao redor da impressão formada desse modo foi verificada. O teste foi conduzido três vezes para cada revestimento de DLC.

[0123] A Figura 10 fornece micrografias a laser que foram obtidas no teste de adesão descrito acima e mostram a presença ou ausência de descascamento de um revestimento de DLC (substitutos de desenho). A Figura 10(A) mostra uma micrografia a laser da superfície de revestimento que foi obtida em uma ampliação de *200, e a porção escura circular indica uma impressão produzida pelo indentador. A Figura 10(B) mostra uma micrografia a laser da superfície de revestimento que foi obtida em uma ampliação de *1.000 e é um aumento da parte envolvida por um quadrado na Figura 10(A), e a porção cinza no lado direito da micrografia indica uma impressão produzida pelo indentador. Em relação a um microscópio a laser, VK-X150 fabricado por KEYENCE Corporation foi usado. Como resultado do teste de adesão, nenhum descascamento foi encontrado em todos os Exemplos e Exemplos Comparativos.

[0124] Os resultados descritos acima do teste de desgaste indicam as mesmas tendências daquelas do desgaste de deslizamento de anéis de pistão e diâmetros de cilindro que são usados nos motores reais no mercado. Os resultados mostram que os depósitos gerados dentro do motor causaram desgaste abrasivo; e que valores maiores da dureza de superfície e do módulo de Young resultaram em maior desgaste dos próprios revestimentos de DLC e maior desgaste do membro complementar.

[0125] Além disso, nesses revestimentos de DLC que continham um grande número de macropartículas em um padrão listrado nos cortes transversais, muitas saliências foram formadas na superfície de revestimento imediatamente após a produção de cada revestimento de DLC, e essas saliências eram maiores do que 3 μm. Portanto, após o processo de alisamento de superfície, tende a ser difícil obter tal curva de aspereza lisa em formato plano sem picos observáveis, conforme mostrado na Figura 7(B).

[0126] Nesses revestimentos de DLC que continham um grande número de macropartículas, visto que muitos pites (que correspondem aos vales da curva de aspereza mostrada na Figura 8(B)) foram formados na superfície de revestimento após o processo de alisamento de superfície, a quantidade de desgaste do membro complementar aumentou e, ao mesmo tempo, o desgaste desses revestimentos de DLC avançou.

DESCRIÇÃO DAS REFERÊNCIAS NUMÉRICAS

[0127] 10, 20: anel de pistão

[0128] 11, 21: material-base de anel de pistão

[0129] 12, 22: revestimento de DLC

[0130] 13, 23: camada subjacente

[0131] 24: camada-base

[0132] 100: peça de teste superior

[0133] 110: peça de teste inferior 120:

[0134] 120: bloco móvel

[0135] 122: aquecedor que aquece a peça de teste inferior

Claims

1. Anel de pistão usado na presença de um óleo lubrificante de motor, o anel de pistão compreendendo um revestimento de DLC em uma superfície deslizante periférica externa, em que uma quantidade de hidrogênio contida no revestimento de DLC é de 5% por átomo ou menor, e em que o revestimento de DLC tem uma razão de componente sp2 de 0,5 a 0,85, conforme medido por TEM-EELS com o uso de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) em combinação com espectroscopia por perda de energia de elétrons (EELS), bem como uma dureza de revestimento de 12 GPa a 26 GPa, um módulo de Young de 250 GPa ou menor, conforme medido por um método de nanoindentação, e caracterizado por um índice refrativo de 2,3 a 2,6 em um comprimento de onda de 550 nm, conforme medido por um elipsômetro espectroscópico.

2. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o revestimento de DLC ter um módulo de Young de 200 GPa ou menor.

3. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o número de macropartículas no revestimento de DLC, que é observado em uma imagem *10.000 de um corte transversal do revestimento de DLC que é obtido ao longo da direção de espessura sob um microscópio eletrônico de varredura (SEM), ser 2 ou menor por 10 μm2.

4. Anel de pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o revestimento de DLC ter uma dureza de revestimento de 20 GPa ou menor.

5. Anel de pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o revestimento de DLC compreender uma camada subjacente contendo Ti, Cr ou Si.

6. Anel de pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o revestimento de DLC ter uma espessura de filme de 1 μm ou maior.

7. Anel de pistão usado na presença de um óleo lubrificante de motor, o anel de pistão caracterizado por compreender um revestimento de DLC em uma superfície deslizante periférica externa, em que o número de macropartículas no revestimento de DLC, que é observado em uma imagem x10.000 de um corte transversal do revestimento de DLC que é obtido ao longo da direção de espessura por meio de um microscópio eletrônico de varredura (SEM), é de 2 ou menor por 10 μm2, e o revestimento de DLC tem uma dureza Vickers de 1.000 HV a 1.500 HV.

8. Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o revestimento de DLC ter um índice de refração de 2,3 ou maior em um comprimento de onda de 550 nm, conforme medido por um elipsômetro espectroscópico.