CN106523701A - 一种内燃机活塞环 - Google Patents

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials

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Abstract

本发明公开一种内燃机活塞环，包括基体和至少一个外表面,所述基体材料是金属材料,所述活塞环外表面涂覆陶瓷涂层,所述表面陶瓷涂层是由氮化铬和氮化铌的沉积形成,其中所述陶瓷涂层:(i)为孔隙率低于10％,的柱状晶体结构；(ⅱ)由氮化铬相和氮化铌相构成,氮化铌相按重量百分比占涂层的30～40％；所述氮化铬选自CrN或Cr2N，所述氮化铌选自NbN或Nb4N3；(ⅲ)外表面涂层是由氮化铌构成。本发明通过在内燃机活塞环外表面沉积氮化铬和氮化铌的陶瓷涂层，并通过进一步选择氮化铌相的比重、限定孔隙率、涂层厚度等，提高了活塞环的耐磨损密封性。

Description

一种内燃机活塞环
技术领域
本发明涉及内燃机制造技术，特别是涉及一种表面具有图层的内燃机活塞环。
背景技术
在内燃机缸筒与活塞环的磨擦过程中产生的高温以及物理的、化学的和机械的混合作用，对活塞环造成严重磨损和产生剥落过程，因此活塞环既要具有较高的高温耐磨性能，又要具有一定的机械强度，特别是在内燃机效率不断提升的情况下要求活塞环性能更好。而且随着环境保护压力不断加大，对活塞环的密封性能对提出了更高的要求。
通过研究，本发明在活塞环表面覆盖陶瓷涂层，在提高耐磨擦性能的同时，保证了涂层具有较高的硬度和强度，并具有优异密封性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种耐磨且密封性能好的内燃机活塞环。
本发明采用的技术方案是：一种内燃机活塞环，包括基体和至少一个外表面,所述基体材料是金属材料,所述活塞环外表面涂覆陶瓷涂层,所述表面陶瓷涂层是由氮化铬和氮化铌的沉积形成,其中所述陶瓷涂层:
(i)为孔隙率低于10％,的柱状晶体结构；
(ⅱ)由氮化铬相和氮化铌相构成,氮化铌相按重量百分比占涂层的30～40％；
(ⅲ)外表面涂层是由氮化铌构成。
进一步的，所述氮化铬选自CrN或Cr2N，所述氮化铌选自NbN或Nb4N3；所述涂层厚度为10～70μm；所述涂层硬度是维氏1500～2300；所述基体材料选自铸铁、碳钢，所述铸铁、碳钢进行表面氮化；所述涂层氧含量不超过不超过10重量％，所述涂层碳含量不超过不超过10重量％；所述涂层中铌元素可以被钛、锆、钒、钽、钼或钨中至少一个金属元素替代。
本发明的有益效果是：本发明通过在内燃机活塞环外表面沉积氮化铬和氮化铌的陶瓷涂层，并通过进一步选择氮化铌相的比重、限定孔隙率、涂层厚度等，提高了活塞环的耐磨损密封性。
附图说明
图1是本发明内燃机活塞环轴侧示意图；
图2是设置在活塞槽中的活塞环剖面示意图。
图中标号表示：1、活塞环，2、涂层、3、活塞环基体，4、活塞环外表面
具体实施方法
下面结合实施例对本发明进一步详细说明。
如图1、图2所示，内燃机活塞环1包括基体3和至少一个外表面4,所述基体材料是金属材料,选自铸铁、碳钢，所述铸铁、碳钢可以进行表面氮化处理。所述活塞环外表面涂覆陶瓷涂层2,所述表面陶瓷涂层2是由氮化铬和氮化铌的沉积形成,其中所述陶瓷涂层2:
(i)为孔隙率低于10％,的柱状晶体结构；
(ⅱ)由氮化铬相和氮化铌相构成,氮化铌相按重量百分比占涂层的30～40％；所述氮化铬选自CrN或Cr2N，所述氮化铌选自NbN或Nb4N3，所述涂层厚度为10～70μm；
(ⅲ)外表面涂层是由氮化铌构成。
所述涂层硬度是维氏1500～2300；所述涂层氧含量不超过不超过10重量％，所述涂层碳含量不超过不超过10重量％；所述涂层中铌元素可以被钛、锆、钒、钽、钼或钨中至少一个金属元素替代。
铌元素可以通过至少一个替换以下组成的金属从群体中选择:钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、钽(Ta)、钼(Mo)和钨(W)。

Claims (10)

1.一种内燃机活塞环，包括基体和至少一个外表面,所述基体材料是金属材料,其特征在于，所述活塞环外表面涂覆陶瓷涂层,所述表面陶瓷涂层是由氮化铬和氮化铌的沉积形成,其中所述陶瓷涂层:
(i)为孔隙率低于10％,的柱状晶体结构；
(ⅱ)由氮化铬相和氮化铌相构成,氮化铌相按重量百分比占涂层的30～40％；
(ⅲ)外表面涂层是由氮化铌构成。
2.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述氮化铬选自CrN或Cr2N。
3.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述氮化铌选自NbN或Nb4N3。
4.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述涂层厚度为10～70μm。
5.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述涂层硬度是维氏1500～2300。
6.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述基体材料选自铸铁、碳钢。
7.根据权利要求6所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述铸铁、碳钢进行表面氮化。
8.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述涂层氧含量不超过不超过10重量％。
9.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述涂层碳含量不超过不超过10重量％。
10.根据权利要求1所述的内燃机活塞环,其特征在于，所述涂层中铌元素可以被钛、锆、钒、钽、钼或钨中至少一个金属元素替代。
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