CN110506174B - 用于内燃机的活塞环 - Google Patents

用于内燃机的活塞环 Download PDF

Info

Publication number
CN110506174B
CN110506174B CN201880024781.4A CN201880024781A CN110506174B CN 110506174 B CN110506174 B CN 110506174B CN 201880024781 A CN201880024781 A CN 201880024781A CN 110506174 B CN110506174 B CN 110506174B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ring
thickness
outer layer
layer
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880024781.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110506174A (zh
Inventor
茹利亚诺·阿韦拉尔·阿劳霍
努诺·科斯塔
保罗·若泽·达·罗沙·莫尔登特
若泽·瓦伦廷·利马·萨拉班多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Metals Ltd
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle Metals Ltd
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle Metals Ltd, Mahle International GmbH filed Critical Mahle Metals Ltd
Publication of CN110506174A publication Critical patent/CN110506174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110506174B publication Critical patent/CN110506174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • C23C14/025—Metallic sublayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5873—Removal of material
    • C23C14/588—Removal of material by mechanical treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F16J9/12—Details

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞环(1)，所述活塞环具有包括环形外表面(3)的铁合金基体(2)，在所述环形外表面(3)上施加包括至少一层外层(6)的涂层，所述外层(6)沉积在粘合层(5)上，外层(6)具有可变厚度，使得外层(6)的厚度从90°和270°分别朝向0°和360°逐渐增加，且厚度在0°和350°左右达到最大值，并朝向0°和360°略微减小，以确保最佳工作条件，除了防止和/或阻止涂层的外层(6)的分离外，还实现最小化接触压力，并因此最小化环(1)的端部(41、42)附近的加速磨损。

Description

用于内燃机的活塞环
本发明涉及一种用于内燃机的活塞环，该活塞环具有可变厚度的涂层，该涂层由于在活塞环的最关键区域获得的优异的耐磨性而具有较高的耐久性。
背景技术
与几乎所有现有的传统汽车发动机(汽油、酒精、Flex、VNG或柴油)一样，活塞式内燃机包含至少一个活塞环。活塞环的作用是密封燃烧室，分配和控制机油，并驱散活塞在燃烧期间吸收的热量，将热量传导到发动机缸体。
目前，发动机趋于在高温、高压和高转速下工作，使得活塞环承受的载荷越来越大，这就产生了减少磨损和摩擦、改善密封性和提高断裂强度的需求。
活塞环通常由金属基体形成，金属基体包括外表面，在该外表面上施加适于与缸壁接触的至少一层涂层。涂层的功能是最重要的，因为它试图赋予环以下特性：低滑动摩擦、高耐磨性、高断裂韧性、硬度和热稳定性、抗热疲劳和抗接触。
通常，施加涂层是通过离子涂覆工艺来进行的，特别是通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或电镀涂覆工艺来进行。
通过研究、试验和模拟，申请人能够注意到活塞环，特别是压缩环，在与环的端部相邻的区域中或环自身的端部处经历过早的磨损。
因此，在现有技术中找到一些文献，它们寻求在环的这些最关键区域中提供更大耐久性的解决方案。
具有代表性的现有技术是文献US2004/056425，该文献涉及一种活塞环和一种用于制造活塞环的方法，该活塞环包括可变厚度的涂层，在环的端部区域的涂层的厚度是沿远离环端部附近的区域施加的涂层的厚度的1.5至4倍。
文献US2004/056425所公开的方法包括PVD工艺并且具有可变转速，使得当环的端部区域面向涂层材料源时，速度最小，使环的端部附近区域的厚度大于与环的端部相对的区域的涂层厚度。然而，这种工艺在速度变化期间需要非常精确和受控的同步，否则就无法实现改变涂层厚度的效果。
文献WO2014/194874涉及一种活塞环和一种用于制造活塞环的方法，该活塞环包括铸铁或铸钢主体，通过PVD工艺在该主体上沉积可变厚度的涂层，使得在环的端部区域中涂层较厚并且环的主体被加工，使得在发动机关闭的冷操作状态下，环的主体的径向压力分布使得其端部基本上没有通过限定的圆周角的径向压力，并且确定涂层的可变厚度，使其在高于150℃的温度时沿活塞环的整个圆周呈现出基本均匀的径向压力分布。
但在环的端部附近区域的涂层的增加不足以确保部件的更大耐久性。如图2所示，在环的端部附近的区域的涂层越厚，环的端部和发动机缸体之间的接触压力就越大。燃烧会产生高温和气体压力的增加，导致过早的磨损，这种过早磨损会因低润滑条件和压缩环的滑动表面与该区域之间的接触压力而进一步恶化。
现有技术中的解决方案试图通过增加活塞环端部附近的区域的涂层来确保活塞环的更大耐久性。
然而，重要的是要注意在制备厚涂层时遇到的难点。涂层的增加很复杂，主要有两个原因：
-加工时间很长。为了得到至少30微米厚的涂层，仅为了覆盖，就需要大约24小时的机器操作；
-非常高的压力状态。涂层的厚度越大，接触时导致分离和剥落的压力状态越大。
这使得有必要找到具有涂层的活塞环，该涂层包括沉积在粘合层上的可变厚度的外层，使得外层由于优异的耐磨性和低的滑动摩擦而具有高耐久性，并且所述粘合层提供外层与活塞环的外表面的必要粘合，并且外层在环的最关键区域中具有高厚度。
发明目的
本发明的目的是提供一种用于内燃机的活塞环，该活塞环具有包括外表面的金属基体，在该外表面上施加包括至少一个外层的涂层，该外层沉积在粘合层上，由于外层6由非晶碳a-C形成，该外层具有可变厚度；其中较薄层的点处的厚度与较厚层的点处的厚度之间的比值为0.20至0.50，外层6沉积在至少一个粘合层5上。
本发明的另一目的是提供一种具有涂层的活塞环，该涂层包括可变厚度的外层，使得外层的厚度从90°和270°分别朝向0°和360°逐渐增加，外层的厚度在10°和350°附近达到最大值，并朝向0°和360°略微减小，以确保最佳工作条件，并且最小化接触压力并因此最小化环的端部附近的加速磨损。
此外，本发明的目的是提供一种具有涂层的活塞环，该涂层包括通过物理气相沉积(PVD)工艺施加的具有可变厚度的外层。
发明内容
本发明的目的通过用于内燃机的活塞环来实现，该活塞环具有包括环形外表面的铁合金基体，在该环形外表面上施加包括至少一层外层的涂层，该外层由非晶碳a-C形成；该外层具有可变厚度，其中较薄层的点处的厚度和较厚层的点处的厚度之间的比值为0.20至0.50，外层6沉积在至少一个粘合层5上。
本发明的目的还通过活塞环来实现，该活塞环包括：具有两个端部的开口，两个端部为第一端部和第二端部；第一半部，其由与开口相邻的、外表面的从0°至90°和从270°至360°的部分限定；第二半部，其由与开口相对的、外表面的从90°至270°的部分限定，其中第一半部表现出外层的厚度梯度，外层在第一端部和第二端部附近的相邻区域中较厚，外层的厚度在第一和第二端部的附近区域中减小，第二半部表现出外层的均匀厚度，在环的第二半部的外层包括至少10微米的厚度，在环的第一和第二端部的附近的相邻区域中外层逐渐变厚并且达到至少30微米的厚度，在环的第一和第二端部附近区域的外层厚度比第一和第二端部附近的相邻区域的厚度小2％至10％，所述外表面是滑动表面并且活塞环是指第一活塞槽压缩环和/或第二活塞槽压缩环。
此外，本发明的目的是通过包含如上文所述的至少一个活塞环的内燃机来实现。
附图说明
下面将基于在附图中所示的实施方式来更详细地描述本发明。这些附图描述了：
图1-本发明的包含涂层的活塞环的示意图；
图2-活塞环的从0°到360°的压力分布的图示；
图3-现有技术的PVD工艺的示意图；
图4-本发明的PVD工艺的步骤1的示意图；
图5-本发明的PVD工艺的步骤2的示意图；和
图6-在本发明的PVD工艺中使用物理阻隔物的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于内燃机的活塞环1，活塞环1设置有铁合金基体2，该基体2包括环形外表面3，在环形外表面3上施加包括至少一层外层6的涂层，该外层6沉积在至少一层粘合层5上，外层6具有可变厚度，使得外层6的厚度从90°和270°分别朝向0°和360°逐渐增加，厚度在10°和350°左右达到最大值，并朝向0°和360°略微减小，以确保最佳工作条件，除了防止和/或阻止涂层的外层6的剥离外，还最小化接触压力，并因此最小化环的端部附近的加速磨损。
活塞环1通常具有开口4，开口4的存在确保了将活塞环1安装在内燃机的活塞的槽中的可能性。为了更好地定义本发明，环1的开口4的区域由两个端部定义，即第一端部41和第二端部42，这两个端部也称为环的末端。以开口4的中心为例，假设开口4具有10°的角。因此，开口4的中心被定义为零度0°或360°角，使得每个端部41、42与开口4的中心距离5°。
在这种情况下，第一端部41的边界距离开口4的中心位于5°处，并且第二端部42的边界距离开口4的中心位于355°处，或距离该中心-5°处。为了更好地理解本发明，必须从活塞环1的开口4的中心开始沿顺时针方向测量度数。
以在本文中将得到更好解释的非常简单的方式，在本发明中获得涂层的过程包括：通过物理气相沉积(PVD)在环1的基本一半的外表面3上进行第一沉积，随后还是通过PVD在环1的整个外表面3上进行第二沉积，第一沉积和第二沉积能够交替进行。
更具体地说，第一沉积是在环1的如下区域中进行的，该区域包括由从环1的开口4的中心开始计算的角度0°至90°和270°至360°所限定的区域。或者，可以说，接收第一沉积的表面由邻近于开口4的中心的180°所限定。邻近于开口4的中心的180°在下文中被称为环1的第一半部31。环1的相对的部分在下文中被称为第二半部32，并且自然地包括与开口4中心相对的由90°到270°的角度所限定的外表面3的部分。
如图1所示，活塞环1具有基体2，基体2包括环形外表面3，该环形外表面3在环1和气缸套之间的交界处用作滑动部分。本发明所示的环1优选地包括第一活塞槽压缩环或者甚至包括第二活塞槽压缩环。
本发明的活塞环1具有这样的形式，使得第一半部31包括涂层的外层6的厚度梯度，该厚度梯度从90°和270°以至少10微米开始，并在环1的端部41、42附近的相邻区域中以至少30微米结束。
在另一优选的构造中，外层6在环1的第二半部32中包括至少5微米的厚度，逐渐加厚并在环1的第一端部和第二端部41、42附近的相邻区域达到至少10微米的厚度，在该区域中的最厚层为60微米。
优选但非必要地，在优选构造中，外层6具有可变厚度，其中较薄层的点处的厚度和较厚层的点处的厚度之间的比值为0.20至0.50，外层6沉积在至少一个粘合层5上。
应注意的是，端部41、42的附近的外层6的厚度比端部41、42附近的相邻区域的厚度小约2％至10％。因此，第一端部41的附近具有至少30微米的厚度，第二端部42的附近具有至少30微米的厚度。此外，从90°至270°的环的第二半部32具有至少为10微米的均匀厚度的外层6。
如前所述，最重要的是要研究克服制备厚涂层的难度。
外层6是由非晶碳a-C形成的。在某种程度上，制备氮化铬(CrN)厚层与制备非晶碳a-c厚层的难点类似。然而，由于材料固有的特性，非晶碳a-C的厚层更难以制备。
涂层增加的复杂性主要有两个原因：
-加工时间很长。为了使由非晶碳a-C形成的外层6达到至少30微米的厚度，仅为了覆盖，就需要大约24小时的机器操作的加工时间；
-非常大的压力状态。厚度越大，导致外层6与接合滑动表面接触时的分离和剥落的压力状态就越大。
由于高机械负荷和热负荷，发动机需要较高的耐磨性，这使得活塞环除了具有其他特征之外还必须具有高耐磨性。由于环的几何构造，第一端部和第二端部41、42是最关键和最受压力的区域，需要较厚的涂层。因此，沉积在第一端部和第二端部41、42附近的由非晶碳a-C形成的外层6包括至少30微米的厚度。
在这方面，现有技术中的常规解决方案在能量消耗和加工时间方面具有高成本，并且由于外层6的分离和剥落而具有低耐久性。
因此，本发明的活塞环1包括沉积在外表面3和外层6之间的至少一个粘合层5以用作中间粘合层。
粘合层5包括金属成分，优选但不是必须由铬(Cr)形成，并且从距离第一端部和第二端部41、42的180°上，粘合层的厚度等于或大于外层6的厚度的5％。
顾名思义，粘合层5确保外层6粘合到环1的基体2的外表面3上，从而防止和/或阻止外层6的分离和剥落。粘合层5优选地包括能够确保涂层的必要牢固性的0.1至1.2微米的厚度，优选1微米的厚度。
为了获得活塞环1，本发明的PVD涂覆工艺在特别适合这种沉积的室55中进行，该室包括涂层材料53的至少一个源52和至少一个转盘50，转盘50上固定有至少一个活塞环1。
室55优选地但不是必须地包括偶数个涂层材料53的源52。或者，本发明可以包括奇数个源52，根据每个项目和需求，在一、二、三、四、五、六、七、八、九、十个源52等等之间进行选择。在如图3、图4或图5所示的可行实施例中，四个源可以对称且等距地布置，以便可以针对所有待涂覆的部分进行均衡沉积。简言之，以简单的方式，源52的数量变化而无论环1的数量如何。
除了转盘上的可用的区域之外，关于要沉积的环的数量没有限制，可以沉积一个或更多个环1。源52的数量越多，涂层材料53的沉积速度就越快，因此，加工效率越高。
关于转盘50，其可以顺时针或逆时针转动。此外，在指定转盘50的第一转动运动W1和活塞环1的第二转动运动W2时，二者可沿交替方向或相同方向转动，这可以是顺时针方向或逆时针方向。
通常，用于涂覆活塞环的PVD工艺如图3所示，该PVD工艺包括将至少一个环1附接到转盘50上，使得转盘围绕其中心轴51进行第一转动运动W1，并且环1在转盘50上进行第二转动运动W2，环1从0°到360°在整个外表面3上接收涂层材料的沉积。
本发明提供的涂覆工艺包括通过至少两个步骤进行的PVD工艺来施加涂层，该至少两个步骤可以相对于实施顺序交替进行。
如图4所示，在涂覆工艺的步骤1中，活塞环1附接到转盘50，使得活塞环1的第一半部31面向涂层材料53的源52。在该步骤中，只有转盘50围绕中心轴51进行第一转动运动W1，而环1相对于转盘50保持静止。第一步骤的目的是实现涂层材料53的第一沉积并使外层6的厚度达到最终厚度的2/3(三分之二)。
在图5所示的该工艺的步骤2中，转盘50和环1都进行转动运动。转盘50围绕中心轴51进行第一转动运动W1，而环1在转盘50上进行第二转动运动W2。在此步骤中，涂层材料53的第二沉积从0°到360°沿着环1的整个外表面3进行。因此，环1的第一半部31达到外层6的最终厚度，该厚度相对于环1的第二半部32将更厚。或者，应注意的是，在步骤1和步骤2之间，环可以进行精加工过程，该精加工过程可以是机加工、研磨、磨削、细磨、珩磨、涂刷等。
在图6中，可以看到PVD涂覆工艺确保了在环1的第一端部41附近和第二端部42附近的外层6的厚度优选地但非必要地比在第一端部和第二端部41、42附近的相邻区域中外层6的厚度小2％至10％。
在优选的构造中，在环1的开口4的端部41、42之间插入物理阻隔物54，以便阻挡由源52施加的一部分涂层材料53，从而实现了在环1的开口的第一端部41附近和第二端部42附近的外层6的厚度的减小。
在第二种构造中，通过机加工过程实现开口4的端部41、42附近的外层6的厚度的减小，以便在涂覆工艺之后去除材料。优选但非必要地，所使用的机加工过程是涂刷或研磨。
端部41、42附近的外层6的厚度的减小旨在降低接触压力，从而允许更好的润滑并因此减少环1的磨损。
将PVD涂覆工艺分为两个步骤，允许调整加工参数，以降低材料53的沉积期间施加的压应力。
本发明的过程使得在第一和第二步骤期间可以施加不同的材料。例如，在第一步骤中，可以施加具有高耐磨性的材料，而在第二步骤中，可以施加具有低滑动摩擦和低耐磨性的材料。
虽然已经描述了优选实施例，但是应当理解，仅由所附权利要求的内容限定的本发明的范围包括其他可能的变体，包括其中可能的等同物。

Claims (8)

1.一种用于内燃机的活塞环(1)，所述活塞环具有包括环形外表面(3)的铁合金基体(2)，在所述环形外表面上施加包括至少一层外层(6)的涂层，其特征在于，所述外层(6)由非晶碳a-C形成；所述外层具有可变厚度，其中较薄层的点处的厚度与较厚层的点处的厚度之间的比值为0.20至0.50，所述外层(6)沉积在至少一层粘合层(5)上，在从所述环(1)的第一端部(41)和第二端部(42)起获得的180°处，所述粘合层(5)的厚度等于或大于所述外层(6)的厚度的5％。
2.根据权利要求1所述的环(1)，其特征在于，所述粘合层(5)由铬(Cr)形成。
3.根据权利要求1所述的环(1)，其特征在于，所述粘合层(5)的厚度为0.1微米至1.2微米。
4.根据权利要求1所述的环(1)，其特征在于，所述环包括：
开口(4)，其具有两个端部，即第一端部(41)和第二端部(42)；
第一半部(31)，其由与所述开口(4)相邻的、所述外表面(3)的从0°至90°和从270°至360°的部分来限定，
第二半部(32)，其由与所述开口(4)相对的、所述外表面(3)的从90°至270°的部分来限定，
第一半部(31)表现出所述外层(6)的厚度梯度，所述外层(6)在所述第一端部和所述第二端部(41、42)附近的相邻区域中较厚，所述外层(6)的厚度在所述第一端部和所述第二端部(41、42)附近的区域中减小，
第二半部(32)表现出所述外层(6)的均匀厚度。
5.根据权利要求4所述的环(1)，其特征在于，所述外层(6)在所述环(1)的所述第二半部(32)中包括至少5微米的厚度，所述外层(6)在所述环(1)的所述第一端部和所述第二端部(41、42)附近的相邻区域中逐渐变厚并达到至少10微米的厚度，该区域的最厚层为60微米。
6.根据权利要求1所述的环(1)，其特征在于，所述外表面(3)是滑动表面。
7.根据权利要求1所述的环(1)，其特征在于，所述环涉及第一活塞槽压缩环和/或第二活塞槽压缩环。
8.一种内燃机，其特征在于，其包括如权利要求1所限定的至少一个活塞环(1)。
CN201880024781.4A 2017-04-12 2018-04-11 用于内燃机的活塞环 Active CN110506174B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRBR1020170075990 2017-04-12
BR102017007599-0A BR102017007599B1 (pt) 2017-04-12 2017-04-12 Anel de pistão para motores de combustão interna
PCT/EP2018/059318 WO2018189255A1 (en) 2017-04-12 2018-04-11 Piston ring for internal combustion engines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110506174A CN110506174A (zh) 2019-11-26
CN110506174B true CN110506174B (zh) 2021-03-26

Family

ID=62025821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880024781.4A Active CN110506174B (zh) 2017-04-12 2018-04-11 用于内燃机的活塞环

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10995857B2 (zh)
EP (1) EP3610178A1 (zh)
CN (1) CN110506174B (zh)
BR (1) BR102017007599B1 (zh)
WO (1) WO2018189255A1 (zh)

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4299401A (en) * 1979-09-12 1981-11-10 Ramsey Corporation Piston ring and method of making same
DE3632896A1 (de) 1986-09-27 1988-04-07 Krc Umwelttechnik Gmbh Verfahren zum nassen entfernen von schwefeldioxid
DE4140232C1 (zh) * 1991-12-06 1993-07-15 Goetze Ag, 5093 Burscheid, De
JP4680380B2 (ja) 2000-12-26 2011-05-11 株式会社リケン ピストンリング及びその製造方法
DE102004032403B3 (de) * 2004-07-03 2005-12-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Erzeugung einer Beschichtung auf einem Kolbenring sowie Kolbenring
BRPI0506343A (pt) 2005-12-21 2006-12-05 Mahle Metal Leve Sa anel de pistão com cobertura de nitreto de cromo
DE102006029415B4 (de) * 2006-06-27 2023-07-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verschleißfeste Beschichtung sowie Herstellverfahren hierfür
DE102008016864B3 (de) * 2008-04-02 2009-10-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
DE102008042896A1 (de) * 2008-10-16 2010-04-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Beschichtung eines Gleitelements und Gleitelement, insbesondere Kolbenring oder Zylinderlaufbuchse eines Verbrennungsmotors
DE102009028504C5 (de) * 2009-08-13 2014-10-30 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring mit einer Beschichtung
BRPI0903320A2 (pt) * 2009-09-24 2011-05-24 Mahle Metal Leve Sa anel de pistão e processo de fabricação de um anel de pistão
DE102009046281B3 (de) * 2009-11-02 2010-11-25 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Kombination eines Gleitelements mit einem Laufpartner
DE102009052587A1 (de) * 2009-11-10 2011-05-12 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
DE102010002686A1 (de) * 2010-03-09 2011-09-15 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Verfahren zur Beschichtung eines Gleitelements
JP5689735B2 (ja) * 2010-07-29 2015-03-25 日本ピストンリング株式会社 ピストンリング
DE102010062114B4 (de) * 2010-11-29 2014-12-11 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung
DE102011003254A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements
DE102011010656A1 (de) * 2011-02-09 2012-08-09 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
DE102011076453B4 (de) * 2011-05-25 2013-08-01 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring mit Verbundbeschichtung
BRPI1105714B1 (pt) * 2011-12-07 2021-01-05 Mahle Metal Leve S/A componente deslizante para uso em motores de combustão interna
KR20130091053A (ko) 2012-02-07 2013-08-16 현대자동차주식회사 나노 다층의 코팅층을 갖는 자동차용 피스톤링
BR102012003607A2 (pt) * 2012-02-16 2013-10-29 Mahle Metal Leve Sa Componente deslizante para uso em motores de combustão interna
DE102012214284B4 (de) * 2012-08-10 2014-03-13 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer widerstandsfähigen Beschichtung
JP5564099B2 (ja) * 2012-12-28 2014-07-30 株式会社リケン シリンダとピストンリングの組合せ
DE102013200846A1 (de) * 2013-01-21 2014-07-24 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung
EP2963317B1 (en) * 2013-02-28 2019-03-27 Nippon Piston Ring Co., Ltd. Hard carbon coating film
DE102013009369B4 (de) 2013-06-04 2015-05-07 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings
CN103789725B (zh) 2014-01-29 2016-08-31 仪征亚新科双环活塞环有限公司 一种活塞环表面的多层多元复合硬质pvd镀层、活塞环及制备工艺
BR102014025243B1 (pt) * 2014-10-09 2022-09-27 Mahle Metal Leve S/A Anel de pistão para motores de combustão interna, processo para obtenção de anel de pistão e motor de combustão interna
JP6143916B2 (ja) * 2016-05-02 2017-06-07 日本ピストンリング株式会社 ピストンリング

Also Published As

Publication number Publication date
US10995857B2 (en) 2021-05-04
BR102017007599B1 (pt) 2022-07-26
BR102017007599A2 (pt) 2018-10-30
US20200040996A1 (en) 2020-02-06
EP3610178A1 (en) 2020-02-19
CN110506174A (zh) 2019-11-26
WO2018189255A1 (en) 2018-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2649490C2 (ru) Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием
US20090026712A1 (en) Sliding Member
BR112012022007B1 (pt) Anel de pistão, e um método para revestimento de um anel de pistão
GB2343496A (en) A sliding member, eg a piston ring, with a diamond-like carbon (DLC) film
US10407764B2 (en) Internal-combustion engine piston ring, process for obtaining a piston ring, and internal-combustion engine
US20130174419A1 (en) Method for producing a piston ring
US8430410B2 (en) Piston ring
US9810323B2 (en) Piston ring
US9004465B2 (en) Helical compression spring for an oil scraper ring of a piston in an internal combustion engine and method for coating a helical compression spring
JP2022109981A (ja) ピストンリング
JP6560219B2 (ja) ピストンピン及びピンに焼き付き防止コーティングを適用する方法
EP2946133B1 (en) Piston ring with localized nitrided coating
CN110506174B (zh) 用于内燃机的活塞环
JPH07269342A (ja) 内燃機関クーラントポンプのメカニカルシールのためのシールアセンブリ及びその製造方法
CN108700195B (zh) 用于内燃机的活塞环和用于获得活塞环的方法以及内燃机
CN108603278B (zh) 具有保护层的有涂层的活塞环
CN110997966A (zh) 具有喷丸磨合层的活塞环及其制造方法
CN214330767U (zh) 选择性氮化的活塞环
WO2017218444A1 (en) Boron doped ta-c coating for engine components
EP4056732A1 (en) Surface treatment of piston rings
KR100307644B1 (ko) 피스톤링

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant