CN107614945B - 活塞环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于内燃机的活塞环(1)，其设置有基座，基座包括滑动外表面(3)、内表面(4)、上表面(5)和下表面(6)，外表面(3)包括倒角边缘(7，8)，环(1)的外表面(3)、内表面(4)、上表面(5)和下表面(6)以及倒角边缘(7，8)包括第一氮化物层(10)，第一层(10)在上表面(5)和下表面(6)上包括30与70微米之间的厚度，并且在外表面(3)和倒角边缘(7，8)上包括多达7微米的厚度，外表面(3)和倒角边缘(7，8)包括由硬铬或陶瓷镀铬涂层组成的滑动层(11)，滑动层(11)施加在第一层(10)上，滑动层(11)包括80与175微米之间的厚度，由于出色的耐磨性，保证了环(1)的高水平的耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的活塞环，所述活塞环包括由氮化处理物组成的涂层并且所述环的至少一个表面包括硬铬或陶瓷铬的电镀涂层。
背景技术
无论是柴油循环，奥托循环，二冲程发动机或者三冲程发动机，内燃机包括至少一个活塞环。活塞环密封气缸套和活塞头之间的空间，将燃烧室与其他内燃机部件隔离。活塞环沿径向设置在活塞头的基座中，防止燃烧气体沿着壳体的方向从燃烧室逸出，并且防止发动机油渗入燃烧室。通常，发动机设置有三个环，所述三个环平行地放置在布置在头部的基座中的凹槽中。
某些内燃机，主要是在柴油循环中运行的内燃机，在高负荷下工作。这些发动机通过高功率以低速运行，并且因此在其机械部件方面要求更多。因此，在这种高功率发动机中使用的环不仅需要在外表面上，而且在环的上表面和下表面上也需要是高度耐磨的。
现有技术的活塞环通常包括不锈钢基座，所述不锈钢基座具有沉积在环的外表面、内表面、上表面和下表面上以及沉积在环的倒角上的氮化物涂层。
专利文献DE102005023627公开了一种设置有氮化物涂层和沉积在环的外表面上的硬铬涂层的活塞环。然而，由于作为本发明的主题的环仅具有被倒角的并且带有硬铬涂层的外表面的一个边缘，因此该文献没有公开完整的技术方案。也就是说，硬铬涂层部分地施加在外表面上，从而降低了耐磨性。
此外，文献JP3090520和US6508473公开了设置有施加到内表面、上表面和下表面的氮化物涂层的活塞环，以及使用物理气相沉积(PVD)加工施加到环的外表面的硬铬涂层。
作为缺点，这些文献公开了PVD涂层，其被限制在更小的厚度上，并且因此在使用中在耐久性方面限制了涂层。另外通过在渗氮法上的PVD层的压缩作用来尝试环疲劳加工。
因此，需要找到一种活塞环，其包括氮化层，该氮化层合并有由沉积在环的关键区域中的铬组成的电镀涂层，所述环的关键区域被定义为外表面和倒角边缘，由于各种表面和各个套筒和活塞，接触力矩(contact moment)上的出色的耐磨性，环提供高水平的耐久性。
发明内容
发明目的
本发明的目的为提供一种用于内燃机的活塞环，特别是以高负荷和高功率运行的发动机，所述环包括布置在环的外表面上的氮化物涂层，从而确保更大的耐疲劳度。
本发明的另一个目的为提供一种活塞环，所述活塞环包括设置有镀铬涂层的至少一个表面，特别是环的关键表面，即外表面和倒角边缘。
本发明的另一个目的为提供一种由于出色的耐磨性而具有高水平的耐久性的活塞环。
最后，本发明的目的为提供一种活塞环，其包括在20微米深度处测量的高达500HV(维氏硬度)的硬度和至少一个具有在700和1200HV(维氏硬度)之间的硬度的表面。
本发明的简要说明
本发明的目的通过一种用于内燃机的活塞环来实现，所述活塞环设置有包括滑动外表面、内表面、上表面和下表面的基座，外表面包括倒角边缘，环的外表面、内表面、上表面和下表面以及倒角边缘包括设置有第一氮化物层的涂层，当施加到上表面和下表面时，第一层包括多达2％的环的标称轴向厚度的厚度，当施加到外表面并且施加到倒角边缘时，第一层包括相对于施加到上表面和下表面的第一层的多达10％的厚度，外表面和倒角边缘包括由硬铬或陶瓷镀铬涂层组成的滑动层，滑动层施加在第一层上，滑动层包括80与175微米之间的厚度。
本发明的目的还通过一种活塞环来实现，所述活塞环包括具有10％至17％重量的铬的不锈钢基座，其上沉积有第一层和滑动层，所述第一层包括30和50微米之间的厚度，以及当在上表面和下表面中在20微米的深度测量时为500HV(维氏硬度)的硬度，并且滑动层包括700和1200HV(维氏硬度)之间的硬度。
本发明的目的同样由内燃机实现，所述内燃机包括至少一个如上所述的活塞环。
附图说明
下面将基于附图中示出的示例性实施例来更详细地描述本发明。附图示出了：
图1为具有其所有组成部分的活塞环的透视图；
图2为穿过本发明的活塞环的横截面图；
图3为表示将本发明的涂层应用于环的上表面和下表面的横截面图；
图4为表示将本发明的第一实施例中的涂层应用于环的外表面的横截面的示意图；
图5为表示将本发明的第二实施例中的涂层应用于环的外表面的横截面的示意图；
图6为表示活塞环耐久性和施加到环的上表面和下表面的氮化物涂层相对于环厚度之间的关系的图表。
具体实施方式
本发明涉及一种用于内燃机的活塞环，所述活塞环包括氮化物涂层，所述环的至少一个表面包括硬铬或陶瓷镀铬涂层。
图1示出了设置有大致环形基座的金属活塞环1，其包括具有10％至17％重量的铬的不锈钢，并且设置有外表面3、内表面4、上表面5以及下表面6。外表面3用作环1和气缸套之间的界面中的滑动部分，而内表面4与活塞的壁相关联，并且上表面5和下表面6与活塞槽相关联。
外表面3和上表面5之间的交叉区域包括第一倒角边缘7，而外表面3和下表面6之间的交叉区域包括第二倒角边缘8(参见图2)。
本发明的活塞环1设置有基座，在所述基座上沉积有第一氮化物层10和滑动层11，其包括硬铬或陶瓷镀铬涂层。
第一氮化物层10被施加到外表面3、内表面4、上表面5和下表面6以及施加到环的倒角边缘7、8，使得该第一层10的厚度不同于每个表面。
活塞环1包括标称厚度，上表面5和下表面6之间的距离在3.0和4.0毫米之间。因此，施加到上表面5和下表面6的第一氮化物层10的厚度不得超过环1的标称轴向厚度的2％。考虑到环1的标称厚度，第一层10包括施加到上表面5和下表面6的60至70微米的厚度。
通过研究图6，能够理解的是，环1的标称厚度的2％的值表示第一层10的厚度的最佳值。该值确保了第一层10的应用，以提高耐磨性的方式起作用，而不会使第一氮化物层10损害环1的坚固性。如果相对于要使用的环1的标称厚度为3％、4％等的值，环1的断裂的发生率显着增加，使得所述层损害环1的结构。
在优选的构造中，第一层10包括施加到环1的上表面5和下表面6的30和50微米之间的厚度(见图3)。
此外，第一层10可以施加到外表面3和环1的倒角边缘7、8，但是具有较小的厚度。施加到外表面3并且施加到倒角边缘7、8的第一层10的厚度不得超过施加到上表面5和下表面6的第一层10的厚度的10％。因此，施加到外表面3并且施加到倒角边缘7、8的第一层10的厚度在6和7微米之间。在优选的构造中，施加到外表面3并且施加到倒角边缘7、8的第一层10具有3和5微米之间的厚度(参见图4)。
环1的标称厚度与施加到外表面3、上表面5和下表面6并且施加到倒角边缘7、8的第一层10的厚度之间的这些比例保证了环1在操作时将具有高水平耐久性和改进的性能水平。
本发明的环1还包括施加到外表面3和倒角边缘7、8上的第一层10的滑动层11。滑动层11包括由具有等于或大于100微米的厚度的硬铬或陶瓷铬组成的镀层。
在优选的结构中，本发明的滑动层具有达到环1的标称厚度的5％的厚度。再次考虑到环1的标称厚度，滑动层11具有80与175微米之间的厚度。
在另一种可能的构造中，第一层10仅施加到内表面4、上表面5和下表面6。因此，外表面3和倒角边缘7、8仅包括滑动层11(参见图5)。
此外，当在环1的上表面5和下表面6中在20微米的深度处测量时，第一层10具有500HV(维氏硬度)的最小硬度，并且滑动层11在外表面3和倒角边缘7、8上具有700与1200HV(维氏硬度)之间的硬度。
总而言之，通过第一层10和滑动层11的厚度的比例，本发明由于出色的耐磨性而成功地保证了高水平的耐久性而不损害耐疲劳性。
虽然已经描述了优选的示例性实施例，但是必须理解的是，本发明的范围涵盖了仅由所附权利要求书的内容(其包括那些可能的等同替代方式)限定的其他可能的变化。
Claims (5)
1.一种用于内燃机的活塞环(1)，其设置有基座，所述基座包括滑动外表面(3)、内表面(4)、上表面(5)和下表面(6)，所述外表面(3)包括倒角边缘(7，8)，所述活塞环(1)的特征在于，
所述活塞环(1)的所述外表面(3)、所述内表面(4)、所述上表面(5)和所述下表面(6)以及所述倒角边缘(7，8)包括设置有第一氮化物层(10)的涂层，当施加到所述上表面(5)和所述下表面(6)时，所述第一氮化物层(10)包括大于0％且不超过2％的所述活塞环(1)的标称轴向厚度的厚度，当施加到所述外表面(3)并且施加到所述倒角边缘(7，8)时，所述第一氮化物层(10)包括相对于施加到所述上表面(5)和所述下表面(6)的第一氮化物层的大于0％且不超过10％的厚度，其中所述第一氮化物层(10)在所述上表面(5)和所述下表面(6)上的厚度在30与50微米之间，
所述外表面(3)和所述倒角边缘(7，8)包括由硬铬或陶瓷镀铬涂层组成的滑动层(11)，所述滑动层(11)施加在所述第一氮化物层(10)上，所述滑动层(11)包括80与175微米之间的厚度。
2.如权利要求1所述的活塞环(1)，其特征在于，包括具有10％至17％重量的铬的不锈钢基座，其上沉积有所述第一氮化物层(10)和所述滑动层(11)。
3.如权利要求1所述的活塞环(1)，其特征在于，所述第一氮化物层(10)在所述上表面(5)和所述下表面(6)中的20微米深度处具有500HV(维氏硬度)的最小硬度。
4.如权利要求1所述的活塞环(1)，其特征在于，所述滑动层(11)具有700至1200HV(维氏硬度)的硬度。
5.一种内燃机，其特征在于，包括至少一个如权利要求1所述的活塞环(1)。
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