CN103573462B - 活塞环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活塞环，包括活塞环基体、铬层和铜层；所述铬层通过电化学沉积方法涂覆在活塞环基体的外圆面上；所述铜层通过电化学沉积方法涂覆在涂覆了铬层的活塞环基体的外表面。本发明的铬层和铜层形成具有梯度功能的组合涂层，该组合涂层综合了铜层质软，初期磨合性能和密封性能良好以及铬层硬度高、耐磨性好的优点，使活塞环与缸套能在初期磨合阶段与正常磨损阶段实现平稳过渡，降低了磨合期拉缸的风险，延长了活塞环的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及活塞环。
背景技术
活塞环是一种应用在内燃机、压缩机等往复运动机器中，决定其性能的关键零件之一，活塞环的作用主要是保持活塞与气缸壁之间的密封、适当的刮掉附着在气缸壁上的机油，以保持机油消耗量适当、将燃烧气体产生的高温传给缸体，使活塞冷却、支撑活塞在气缸中平顺的往复运动，防止活塞与缸壁直接接触。
根据以上对活塞环的作用的描述，活塞环材料必须具有抗摩擦磨损、抗拉缸、初期磨合性好等特点，现在最普遍采用的活塞环材料有合金铸铁、球墨铸铁和钢材，通过表面处理的方法来达到活塞环的性能要求。
活塞环外圆工作面电镀硬铬是目前广泛使用的一种表面处理方式，从铬酸溶液中电解出来的金属铬，其莫氏硬度为9，维氏硬度可以达到HV750~1100，为最硬的金属，不易磨损，其与铸铁、钢等金属材料匹配时的摩擦系数在0.2左右，表现出了良好的抗摩擦磨损性能，应用在活塞环与缸套直接接触摩擦的外圆面上，能显著提高活塞环使用寿命。
在活塞环的工作表面上镀硬铬，虽然可以提高表面硬度及耐磨性，但活塞环在缸套中导热慢，布油不均匀的缺点是函待解决的技术课题。中国专利文献CN200920230010.9提供了一种《活塞环》，该专利在活塞环的外圆面松孔镀铬后再镀锡，所镀的锡层能大大降低活塞环与缸套的摩擦系数，提高摩擦付的使用寿命。然而金属锡熔点低，只有231.89℃，而接近燃烧室的第一道活塞环所承受温度最高，往往超过锡的熔点，达到260℃左右，在此温度下金属锡熔化成团附着在缸套壁上，产生熔着，影响环与缸套的气密性。另一方面，金属锡的莫氏硬度为1.5，硬度很低极易磨损，虽然在磨合期初即可达到环与缸套的磨合，保障了活塞环的气密性，但过低的硬度降低了锡层的使用寿命。金属锡两个方面的不足均对活塞环的使用性能产生不良影响，因而有必要寻找一种在以上两方面均能对活塞环性能起良好促进作用的表面涂层，在柴油机不断提高的爆发压力情况都能很好的提高活塞环的使用性能与寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种活塞环，保证活塞环与缸套的初期磨合安全迅速，有效保持气缸密闭性，降低磨合期产生拉缸的风险，提高活塞环使用寿命，降低内燃机尾气排放，优化整个内燃机工作性能。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：一种活塞环，包括活塞环基体、铬层和铜层；所述铬层通过电化学沉积方法涂覆在活塞环基体的外圆上；所述铜层通过电化学沉积方法涂覆在涂覆了铬层的活塞环基体的外表面。
所述铬层为普通硬铬或松孔铬。
所述铬层的硬度大于HV750。
所述铬层的厚度为0.1~0.5mm。
所述铜层的厚度为0.004~0.02mm，且厚度均匀。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：（1）本发明的铬层和铜层形成具有梯度功能的组合涂层，该组合涂层综合了铜层质软，初期磨合性能和密封性能良好以及铬层硬度高、耐磨性好的优点，使活塞环与缸套能在初期磨合阶段与正常磨损阶段实现平稳过渡，降低了磨合期拉缸的风险，延长了活塞环的使用寿命。
（2）本发明的铬层和铜层形成具有梯度功能的组合涂层，使燃烧室从一开始就处于良好的气密状态，有效保证了活塞环的密封、导热、支撑、布油功能，因而可减少活塞环及环槽内积炭的产生，有利于提高内燃机汽缸磨合的稳定性和消除汽缸产生突发严重磨损的风险，提高了整个内燃机的工作性能。
（3）本发明使得气缸具有良好的密闭性，还能有效的防止机油进入燃烧室燃烧，从而大大减少尾气排放。
（4）本发明符合市场需要，市场前景良好。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的涂层结构图。
附图中的标号为：
活塞环基体1、铬层2、铜层3、组合涂层4。
具体实施方式
（实施例1）
见图1，本实施例的活塞环，包括活塞环基体1、铬层2和铜层3。
铬层2通过电化学沉积方法涂覆在活塞环基体1的外圆面上。铜层3通过电化学沉积方法涂覆在涂覆了铬层2的活塞环基体1的外表面。铬层2为普通硬铬或松孔铬，硬度大于HV750，厚度为0.2~0.5mm。铜层3的厚度为0.004~0.02mm，厚度均匀。
金属铜熔点为1083.4℃，导热性好，莫氏硬度为3，活塞环外圆工作面镀铜能有效地减小活塞环与缸套的摩擦系数。镀铜的活塞环在汽缸中磨合运转时有不产生熔着的优点。同时由于铜的莫氏硬度为3，硬度较低，容易磨损，能使活塞环在运行时缩短磨合期。由于铜质地较软，对提高气缸气密性也有很好的效果，提高了燃油效率，减少尾气排放，同时相对于金属锡的硬度提高一倍，使用寿命也相对提高一倍以上。
铬层2和铜层3形成具有梯度功能的组合涂层4。在活塞环与缸套摩擦的初始阶段，铜层3与缸套进行摩擦，使活塞环迅速安全磨合，与缸套在短时间形成良好的密封，并降低了磨合期产生拉缸的风险。在活塞环与缸套摩擦的正常磨损阶段，铬层2与缸套进行摩擦，铬层2的抗磨损性良好，可有效保持活塞环的密封性，延长活塞环的使用寿命。组合涂层4使燃烧室从一开始就处于良好的气密状态，有效保证了活塞环的密封、导热、支撑、布油功能，因而可减少活塞环及环槽内积炭的产生，有利于提高内燃机汽缸磨合的稳定性和消除汽缸产生突发严重磨损的风险，提高了整个内燃机的工作性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.活塞环，其特征在于：包括活塞环基体(1)、铬层(2)和铜层(3)；所述铬层(2)通过电化学沉积方法涂覆在活塞环基体(1)的外圆面上；所述铜层(3)通过电化学沉积方法涂覆在涂覆了铬层(2)的活塞环基体(1)的外表面；所述铬层(2)的厚度为0.1～0.5mm；所述铜层(3)的厚度为0.004～0.02mm，厚度均匀。
2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于：所述铬层(2)为普通硬铬或松孔铬。
3.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于：所述铬层(2)的硬度大于HV750。
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