ES2692538T3

ES2692538T3 - Pistón de acero para un motor de combustión interna y procedimiento para su producción

Info

Publication number: ES2692538T3
Application number: ES14184947.1T
Authority: ES
Inventors: Monika Dr. Lehnert; Reinhard Dr. Rose; Jürgen RAMM; Beno Widrig
Original assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2018-12-04
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: CN104564404A; PT2862958T; DE102013221102A1; JP2015078693A; JP6654797B2; EP2862958B1; EP2862958A2; CN104564404B; US9581104B2; BR102014025901A2; EP2862958A3; HUE040593T2; US20150107544A1

Abstract

Pistón de acero para un motor de combustión interna, que presenta una cabeza del pistón y una capa protectora aplicada sobre la cabeza del pistón, conteniendo la capa protectora: a) una capa adhesiva de Cr o CrN, que está presente sobre la superficie de la cabeza del pistón, y b) una capa funcional, que está presente sobre la capa adhesiva, presentando la capa funcional una o varias capa(s) (A) de CrN así como una o varias capa(s) (B) de CrON en la forma de [(A)/(B)]a, siendo a >= 1 a 100.

Description

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DESCRIPCION

Piston de acero para un motor de combustion interna y procedimiento para su produccion

La presente invencion se refiere a un piston de acero para un motor de combustion interna, en particular un piston de acero para un motor de combustion interna que presenta una cabeza del piston y una capa protectora aplicada sobre la cabeza del piston. Ademas, la invencion se refiere a un procedimiento para producir un tal piston de acero.

En el caso de pistones de acero para un motor de combustion interna, en particular para motores diesel, surge el problema de que la nube de combustible ardiente que se inflama tras la inyeccion genera una cantidad de calor muy grande. La concavidad de la camara de combustion, que esta configurada en la cabeza del piston de acero, esta sujeta con ello, tfpicamente en areas proximas a y/o sobre el borde superior de la concavidad de la camara de combustion, es decir, en el area lfmite a modo de labio entre la concavidad de la camara de combustion y el borde superior plano de la concavidad de la cabeza del piston, es decir, el borde concavo, a una fuerte oxidacion. En esta oxidacion, el hierro en el acero se oxida hasta formar Fe2O3 y los oxidos resultantes no presentan ninguna adhesion al material de acero no oxidado, que se encuentra debajo, del piston.

Por procesos mecanicos de expansion/contraccion, la capa oxidada formada finalmente se desprende, formandose denominadas entallas de batidura. Por este proceso, las areas erosionadas con ello se vuelven tan grandes con el transcurso del tiempo que son visibles a simple vista. Por la extension adicional de estas entallas de batidura hasta el material base del piston de acero, pueden aparecer finalmente grietas en el borde concavo que, en casos extremos, pueden dar como resultado una destruccion del piston. Aparte de eso, a causa de las entallas de batidura, surge el problema de que, por la modificacion correspondiente del diseno del borde concavo, se originan perturbaciones en el proceso de combustion y, con ello, se deteriora el comportamiento de los gases de escape del motor.

En cuanto al problema descrito anteriormente, por ejemplo, por el documento US 7.458.358 B2 se conoce un procedimiento en el que sobre la cabeza del piston de un piston para un motor de combustion interna se aplica un material de recubrimiento que presenta una microestructura y una porosidad, irradiandose el recubrimiento con un rayo laser de alta energfa para aumentar la densidad del recubrimiento, mientras que simultaneamente se transforma la microestructura y se genera una union de material entre el recubrimiento y la superficie de la cabeza del piston, y se enmascara una parte del recubrimiento para evitar una irradiacion con el rayo laser.

Por el documento EP 1 217 095 A1 se conoce un recubrimiento protector para un componente sometido a una carga termica, en particular un componente de turbina, para protegerlo frente a la corrosion y/o la oxidacion y/o la erosion, presentando el recubrimiento protector un recubrimiento de sellado de una o varias capas de un material amorfo.

Aparte de eso, por el documento DE 197 41 800 A1 se conoce un sistema de capas para el recubrimiento de sustratos metalicos propensos a la corrosion con al menos una capa intermedia y al menos una capa funcional, siendo la capa funcional un nitruro, carbonitruro y/u oxinitruro de al menos uno de los metales de los subgrupos IV a VI del sistema periodico, y estando estructurada la capa intermedia de uno o varios oxido(s) metalico(s). Por la patente GB 629 235 A se conoce un cromado duro de cabezas de pistones de acero para motores diesel. La capa de cromo es porosa y resistente a la corrosion y al desgaste.

Sin embargo, con los recubrimientos y procedimientos del estado de la tecnica, no puede evitarse de manera completamente satisfactoria la formacion de entallas de batidura mencionadas anteriormente y, con ello, el dano concomitante del piston.

Por este motivo, la presente invencion se ocupa del problema de seguir mejorando un piston de acero de un motor de combustion interna en cuanto al problema mencionado anteriormente.

De acuerdo con la invencion, este problema se resuelve por los objetos de las reivindicaciones independientes. Formas de realizacion ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

La presente invencion se basa en la idea general de colocar sobre la cabeza del piston de un piston de acero una capa protectora que contiene una capa adhesiva y una capa funcional aplicada encima, conteniendo la capa funcional una pluralidad de capas espedficas de nitruros, oxidos u oxinitruros metalicos. La invencion esta definida en las reivindicaciones 1, 3 y 12. Formas de realizacion preferentes estan reivindicadas en las reivindicaciones 2, 4 a 11 y 13. De acuerdo con la invencion, la capa protectora a) contiene una capa adhesiva de Cr o CrN, que esta presente sobre la superficie de la cabeza del piston, y b) una capa funcional, que esta presente sobre la capa adhesiva, presentando la capa funcional, dado el caso, una o varias capa(s) (A) de CrN asf como una o varias capa(s) (B) de CrON en la forma de [(A)/(B)]a, siendo a = 1 a 100. En una alternativa, la como alternativa tambien puede presentar solo una capa de CrON, es decir, a = 1 y (A) no esta presente.

El sistema de capas de acuerdo con la invencion evita oxidaciones de las cabezas del piston en motores de combustion interna presentes. El sistema de capas tiene la ventaja economica y relativa a la tecnica de procesos de

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que para el recubrimiento unicamente se necesitan fuentes de evaporacion que esten equipadas con blancos de Cr. Esto contribuye a un mayor rendimiento en el procedimiento de recubrimiento y, con ello, a menores costes de produccion. En una forma de realizacion no de acuerdo con la invencion, la capa funcional contiene, dado el caso, una o varias capa(s) (C) de AlCrO asf como una o varias capa(s) (C') de AlCrO que se diferencian de (C) en la forma de [(C)/(C')]a, siendo a = 1 a 100. En una variacion especial de esta forma de realizacion, la capa funcional tambien puede presentar solo una capa de AlCrO, es decir, a = 1 y (C) no esta presente.

El material de capa AlCrO que se usa de acuerdo con la forma de realizacion no de acuerdo con la invencion puede producirse, como es sabido, como solucion solida en estructura de corindon, como esta descrito en el documento WO 08/043606 A1, y presenta, adicionalmente al efecto como barrera de oxidacion, aparte de eso, una mayor estabilidad termica en comparacion con el sistema de capas de CrON de acuerdo con la forma de realizacion de acuerdo con la invencion. Esto se demuestra sobre todo en que la estructura cristalina de la capa de AlCrO no se modifica incluso a temperaturas de hasta 1000 °C, es decir, tampoco se produce ninguna modificacion de densidad esencial y, por consiguiente, ninguna estabilidad mecanica de la capa. Por este motivo, el sistema de capas de acuerdo con la forma de realizacion no de acuerdo con la invencion ofrece un enfoque de solucion en caso de que las cabezas del piston debieran exponerse en el futuro a temperaturas aun mayores de la camara de combustion.

En cada forma de realizacion de los sistemas de capas, las transiciones entre la capa adhesiva y la capa funcional pueden disenarse tanto abruptamente como de manera fluida con respecto al contenido de metal asf como al contenido de nitrogeno y de oxfgeno.

De acuerdo con la invencion, se ha descubierto que con la combinacion espedfica mencionada anteriormente de capas puede evitarse de manera eficaz una oxidacion termica y, con ello, una formacion de entallas de batidura. Esto se consigue por la accion del calor en presencia de oxfgeno sobre la capa funcional inicialmente de poro abierto, que se transforma con ello en una capa de poro cerrado. Con ello, ya no puede tener lugar una oxidacion del material base de acero del piston.

En un perfeccionamiento ventajoso de la solucion de acuerdo con la invencion, asf como de la forma de realizacion no de acuerdo con la invencion, a = 1, es decir, la capa funcional consta de una capa (A) y de una capa (B) o de una capa (C) y de una capa (C'), de manera que se produce una estructura de la capa protectora que puede representarse como capa adhesiva/capa (A)/capa (B) o capa adhesiva/capa (C)/capa (C'). A este respecto, en las dos formas de realizacion, para la capa adhesiva se utiliza Cr o CrN, preferentemente CrN.

De acuerdo con otro perfeccionamiento ventajoso de la solucion de acuerdo con la invencion, en el caso en el que a = 1, la capa (B) o (C') esta presente como capa de gradiente con cada vez mas porcentaje de oxfgeno en la direccion de la superficie que esta dirigida en sentido opuesto a la capa (A) o (en el caso de la forma de realizacion no de acuerdo con la invencion) que esta dirigida en sentido opuesto a la capa adhesiva. En comparacion con una capa (B) o (C'), cuyo contenido de oxfgeno es constante por todo el grosor de la capa, esto tiene la ventaja de que las propiedades mecanicas de la capa de oxido (B) o (C') pueden adaptarse de manera mas ventajosa a la capa (A) o (en el caso de la forma de realizacion no de acuerdo con la invencion) a la capa adhesiva.

El aumento del porcentaje de oxfgeno con cada vez mas grosor de capa de la capa (B) o (C') puede conseguirse de manera conocida en sf por el aumento sucesivo del porcentaje de oxfgeno durante el desprendimiento de la capa (B) o (C'). Con respecto al procedimiento para desprender la capa protectora, se remite a la descripcion del procedimiento de acuerdo con la invencion.

De acuerdo con otro perfeccionamiento ventajoso de la solucion de acuerdo con la invencion, a = 2 a 50, preferentemente de 10 a 40, en particular de 15 a 30. El respectivo desprendimiento de una pluralidad de capas (A) y (B) o (C) y (C') en comparacion con el desprendimiento de solo respectivamente una capa (A) o (B) o (C) y (C') tiene la ventaja de que, con ello, pueden controlarse selectivamente tensiones de capa intrmsecas y puede optimizarse la adhesion del sistema de capas sobre la superficie del piston para la carga alternativa termica.

Convenientemente, la capa protectora presenta un grosor de 1 pm a 15 pm, preferentemente de 2 pm a 12 pm, aun mas preferentemente de 4 pm a 10 pm y en particular de 5 pm a 8 pm. Si el grosor de la capa protectora asciende a por debajo de 1 pm, el efecto protector contra la oxidacion de acuerdo con la invencion no puede obtenerse, dado el caso, de manera suficiente. La razon para ello se encuentra en que, en el caso del procedimiento, preferente por razones economicas, de la deposicion en fase de vapor mediante arco catodico reactivo (PVD, por sus siglas en ingles), pueden producirse salpicaduras que, en el caso de capas demasiado finas, no pueden introducirse lo suficiente en la capa. Una desviacion a otros procedimientos como deposicion en fase de vapor catodica filtrada o la pulverizacion catodica de metales permitina grosores de capa eventualmente menores, pero tendna como consecuencia mayores costes de produccion, como es sabido por el experto. Por otra parte, si el grosor de la capa protectora asciende a mas de 15 pm, esta pierde cada vez mas su capacidad de adaptarse a las modificaciones de forma, condicionadas por la temperatura, del sustrato. Se vuelve mas quebradiza y puede producirse, dado el caso, un desprendimiento de la capa protectora.

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De acuerdo con otro perfeccionamiento ventajoso de la solucion de acuerdo con la invencion, la capa adhesiva presenta un grosor de 0,1 pm a 5 pm, preferentemente de 1 pm a 5 pm y en particular de 1,5 pm a 4,0 pm. El lfmite inferior del grosor de la capa adhesiva se determina sobre todo por que las superficies de la cabeza del piston mas diffciles de acceder geometricamente tambien debenan presentar una capa adhesiva cohesiva. De acuerdo con la experiencia, los grosores de capa adhesiva de mas de 5 pm no contribuyen a una mejora adicional de la adhesion de la capa protectora, sino que empeoran la rentabilidad del procedimiento de recubrimiento.

Convenientemente, la capa funcional presenta un grosor de 0,5 pm a 10 pm, preferentemente de 1 pm a 8 pm, mas preferentemente de 2 pm a 5 pm y en particular de 3 pm a 4 pm. A este respecto, las capas (A) y (B) o (C) y (C') de la capa funcional pueden presentar independientemente en cada caso un grosor de 0,04 pm a 0,25 pm. De acuerdo con una forma de realizacion preferente de la presente invencion, las capas (A) y (B) o (C) y (C') de la capa funcional presentan respectivamente el mismo grosor.

De acuerdo con otro perfeccionamiento ventajoso de la solucion de acuerdo con la invencion, la capa protectora solo esta presente sobre el borde concavo de la cabeza del piston. Puesto que la formacion de entallas de batidura se produce en particular en el area del borde concavo, de acuerdo con el presente perfeccionamiento, puede conseguirse de manera especialmente economica una proteccion correspondientemente eficaz del piston.

Aparte de eso, la presente invencion facilita un procedimiento para producir un piston de acero para un motor de combustion interna de acuerdo con la descripcion anterior, que presenta las etapas: facilitar un piston de acero que presente una cabeza del piston, y aplicar una capa protectora, como la que esta definida anteriormente, sobre la cabeza del piston, en particular solo sobre el borde concavo de la cabeza del piston, mediante un procedimiento PVD.

Como piston de acero que debena recubrirse con el procedimiento de acuerdo con la invencion puede usarse convenientemente cualquier piston de acero para un motor de combustion interna que sea conocido por el experto, preferentemente un piston de acero para un motor diesel.

En particular, como piston de acero que va a recubrirse se usa un piston de acero que se utiliza en el ambito de vetnculos comerciales (de carga pesada y media (heavy duty, medium duty)) o en la gama diesel de turismos (HSD = High Speed Diesel, diesel de alta velocidad) Los diametros tfpicos de pistones de turismos se encuentran en el intervalo de 75 a 90 mm, mientras que en los vetnculos comerciales de MD/HD se emplean diametros de entre 105 mm y aproximadamente 160 mm. Los materiales basicos usados provienen del ambito de los materiales ferrosos de AFP, por ejemplo, 39MnVS6, u otros aceros resistentes a temperaturas mas altas como, por ejemplo, 42CrMo4. La configuracion de la concavidad del piston puede ser relativamente sencilla con un radio definido y posterior destalonamiento (segun el tipo de piston o condiciones lfmite termodinamicas presentes). Eventualmente, esta concavidad tambien puede estar configurada como concavidad escalonada. En los dibujos estan representados ejemplos de realizacion preferentes de la invencion y se explican mas en detalle en la siguiente descripcion.

A este respecto, muestran, en cada caso esquematicamente,

fig. 1 un recubrimiento aplicado de acuerdo con el ejemplo 1 en el estado de desprendimiento, fig. 2 una superficie pulida vista al microscopio de una superficie de corte a traves de un piston de acero recubierto de acuerdo con la invencion despues de la prueba del motor en el area del borde concavo de acuerdo con el ejemplo 1,

fig. 3 una superficie pulida vista al microscopio de una superficie de corte a traves de un piston de acero no recubierto despues de la prueba del motor en el area del borde concavo de acuerdo con el ejemplo comparativo,

fig. 4 una capa protectora de acuerdo con la forma de realizacion de acuerdo con la invencion sobre un sustrato de metal duro pulido con un aumento de 25 000x, y

fig. 5 una capa protectora de acuerdo con la forma de realizacion no de acuerdo con la invencion sobre un sustrato de metal duro pulido con un aumento de 50 000x.

En lo sucesivo, se describe detalladamente un ejemplo para la aplicacion de la capa protectora de acuerdo con la invencion sobre una cabeza del piston mediante un procedimiento PVD conocido.

A continuacion, como ejemplo para un procedimiento PVD se describe un proceso de recubrimiento que se basa en la deposicion en fase de vapor mediante arco catodico reactivo. Sin embargo, esto no debena entenderse como limitacion a solamente este procedimiento PVD. Para el recubrimiento tambien pueden emplearse otros procedimientos PVD como, por ejemplo, la pulverizacion catodica de metales, la evaporacion por haz de electrones o la ablacion laser, que presentan, sin embargo, una menor rentabilidad y requieren un mayor esfuerzo tecnico durante el control del proceso de recubrimiento.

Al principio, los sustratos (pistones) que van a recubrirse se introducen en los soportes giratorios, previstos para ello, de una instalacion de recubrimiento bajo vacfo. A continuacion, la instalacion de recubrimiento bajo vacfo se vacio con bomba a una presion de aproximadamente 10-4 mbar.

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Para ajustar la temperatura del proceso, se activa un plasma de arco de baja tension (LVA, por sus siglas en ingles), asistido por calefactores radiantes, entre un catodo caliente y las piezas de trabajo conectadas anodicamente en una atmosfera de argon-hidrogeno.

En este proceso, se ajustaron los siguientes parametros:

Corriente de descarga LVA 110 A Flujo de argon 50 sccm

Flujo de hidrogeno 300 sccm

Bajo estas condiciones, se ajusta una presion de proceso de 1,4 x 10"2 mbar. Los dispositivos de calefaccion y el LVA se regularon de manera que se mantuvo una temperatura de sustrato de < 230 °C. La duracion del proceso de esta etapa de pretratamiento ascendio a 100 min.

Como siguiente etapa de proceso se realiza el grabado de las superficies del sustrato para liberar las superficies del sustrato de impurezas, dado el caso, presentes. Para ello, el lVa se acciona entre el catodo caliente y un anodo auxiliar previsto en la instalacion de recubrimiento. En este caso, puede aplicarse un suministro de frecuencia media o radiofrecuencia de corriente continua (CC), uno de corriente continua pulsada o uno accionado con corriente alterna entre los sustratos y el suelo. Sin embargo, preferentemente, las piezas de trabajo se sometieron a un voltaje de polarizacion negativo.

Para esta etapa de pretratamiento, se ajustaron los siguientes parametros de proceso:

Flujo de argon 60 sccm

Corriente de descarga LVA 150 A Voltaje de polarizacion 60 V (CC)

Bajo estas condiciones, se ajusta una presion de proceso de 2,4 x 10"3 mbar en el sistema de recubrimiento. Los parametros de proceso se volvieron a seleccionar de manera que las temperaturas del sustrato no sobrepasaron 230 °C. La duracion de este pretratamiento ascendio a 45 min.

En la siguiente etapa del proceso, se realiza el recubrimiento del sustrato con la capa adhesiva de CrN. Esta etapa del proceso se llevo a cabo con cuatro blancos de Cr. En el caso del numero de blancos, se tienen en cuenta distintos aspectos. Puede reducirse la duracion del recubrimiento si se aumenta el numero de blancos, aumentando entonces, sin embargo, la carga termica de los sustratos. En el presente proceso, en el recubrimiento la temperatura del sustrato tampoco debena sobrepasar 230 °C. Los parametros del proceso para el recubrimiento con la capa adhesiva fueron:

Flujo de nitrogeno regulado a 3 Pa de presion total

Corriente por blanco de Cr 140 A

Voltaje de polarizacion del sustrato CC U = -20 V

Con ello, pudieron garantizarse a su vez temperaturas del sustrato por debajo de 230 °C. La duracion de la etapa del proceso para aplicar la capa adhesiva ascendio a 60 min.

A continuacion del recubrimiento de los sustratos con la capa adhesiva, se realiza el recubrimiento con la capa funcional. Como ya se ha descrito anteriormente, este es especialmente sencillo y economico en el caso de la capa multiestrato de CrN-CrON. Los cuatro blancos de Cr se accionan aun sin cambios con respectivamente 140 A por blanco. Para la primera capa de CrON, se dejan entrar entonces en el sistema de recubrimiento 300 sccm de oxfgeno durante 2 min. A continuacion, el flujo de oxfgeno se ajusta de nuevo a cero, asf, se desconecta, durante 2 min. Luego, se realiza la misma secuencia descrita anteriormente: 2 min de adicion de oxfgeno de 300 sccm, 2 min de desconexion del flujo de oxfgeno, obteniendose un recubrimiento de CrN. En el presente proceso, esta secuencia se llevo a cabo 18 veces, es decir, se produjeron en conjunto 36 capas individuales. Con la aplicacion de esta capa funcional, se concluyo con ello tambien la aplicacion de toda la capa protectora. Despues de que los sustratos se hubieran refrigerado a continuacion a aproximadamente 150 °C, el sistema de recubrimiento se ventilo para la extraccion del sustrato. La fig. 4 muestra una tal capa protectora, pero sobre un sustrato de metal duro pulido, que, en el caso del recubrimiento de los pistones de acero, se ha recubierto, no obstante, bajo las mismas condiciones. La seccion transversal de rotura se tomo con un microscopio electronico de barrido con un aumento de 25 000x. Puede reconocerse la capa adhesiva de aproximadamente 2,4 pm de grosor sobre el sustrato, que consta de CrN. Aparte de eso, sobre la capa adhesiva puede reconocerse la capa funcional de CrN/CrON, de aproximadamente 3,0 pm de grosor, como capa multiestrato.

En el proceso descrito anteriormente, la temperatura de recubrimiento de limito a 230 °C. Una tal limitacion puede resultar util si, por ejemplo, los pistones de acero han experimentado pretratamientos especiales que son sensibles a

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la temperatura. Sin embargo, en caso de que los pistones de acero presenten unicamente acero, que permite mayores temperatures, resulta preferente elegir temperaturas algo mas elevadas durante el recubrimiento, puesto que entonces las etapas de pretratamiento se vuelven mas efectivas y pueden limpiarse mejor pequenas cavidades en el piston por procesos de desgasificacion. A este respecto, son preferentes temperaturas del sustrato entre 300 °C y 400 °C.

La fig. 5 muestra, en analogfa a la fig. 4, una capa protectora que consta de una capa adhesiva de CrN y de una capa funcional de AlCrO individual de acuerdo con la forma de realizacion no de acuerdo con la invencion. La seccion transversal de capa observada en el microscopio electronico de barrido (aumento 50 000x) muestra un grosor de capa total de aproximadamente 3 pm, que consta de una capa adhesiva de CrN de 1,6 pm de grosor y de una capa funcional de AlCrO de 1,4 pm de grosor. En este caso, en el sistema de recubrimiento se trabajo con blancos de Cr y blancos de AlCr. Las etapas de pretratamiento correspondieron a aquellas que ya se habfan descrito anteriormente.

Otras caractensticas y ventajas importantes de la invencion se deducen de las reivindicaciones secundarias, de los dibujos y de la descripcion de figuras correspondiente mediante los dibujos.

Se entiende que las caractensticas mencionadas y las que se explican en la presente solicitud pueden emplearse no solo en la combinacion indicada en cada caso, sino tambien en otras combinaciones o por sf solas, sin abandonar el contexto de la presente invencion.

Ejemplo 1

El borde concavo de la cabeza del piston de un piston de acero se recubrio con el procedimiento PVD, como se habfa descrito con detalle anteriormente, primero con una capa adhesiva de CrN de 3,9 pm de grosor y a continuacion con una capa funcional de 23 capas de CrN y 23 capas de CrON, que presentaban respectivamente un grosor de capa de aproximadamente 0,06 pm y se habfan aplicado alternativamente. A este respecto, la primera capa, aplicada sobre la capa adhesiva, de la capa funcional era una capa de CrN. El grosor total de la capa funcional ascendio aproximadamente a 2,9 pm. La fig. 1 muestra el recubrimiento obtenido en el estado de desprendimiento, mostrando la fig. 1(b) una seccion transversal esquematica a traves del piston recubierto y mostrando las figuras 1(a) y 1(c) respectivamente superficies pulidas vistas al microscopio de superficies de corte a traves del piston de acero de acuerdo con la fig. 1(b).

El piston de acero recubierto obtenido se instalo en un motor y se llevo a cabo un funcionamiento de prueba (motor diesel de turismo con piston de acero, 150 kW de potencia, 120 horas de ensayo de carga, temperatura en el borde concavo aproximadamente 600 °C). Tras el funcionamiento de prueba, el piston volvio a desmontarse (cf. la fig. 2(a)) y se elaboro una superficie pulida vista al microscopio de una superficie de corte a traves del piston de acero en el area del borde concavo, que esta mostrada en la fig. 2(b).

Como es evidente por la fig. 2(b), la capa protectora aplicada sobre el borde concavo esta completamente intacta y el material del piston de acero no presenta ninguna entalla de batidura. Esto demuestra que el piston de acero de acuerdo con la invencion presenta una excelente capacidad de resistencia frente a un dano por oxidacion.

Ejemplo comparativo

Con el piston de acero como el que se ha usado en el ejemplo 1, pero sobre el que no se habfa aplicado ninguna capa protectora, se llevo a cabo el mismo funcionamiento de prueba que en el ejemplo 1.

Como es evidente por las fig. 3(a) y (b), el material del piston de acero no recubierto presenta entallas de batidura, lo cual da como resultado las desventajas descritas anteriormente.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Piston de acero para un motor de combustion interna, que presenta una cabeza del piston y una capa protectora aplicada sobre la cabeza del piston, conteniendo la capa protectora:

a) una capa adhesiva de Cr o CrN, que esta presente sobre la superficie de la cabeza del piston, y

b) una capa funcional, que esta presente sobre la capa adhesiva, presentando la capa funcional una o varias

capa(s) (A) de CrN asf como una o varias capa(s) (B) de CrON en la forma de [(A)/(B)]a, siendo a = 1 a 100.
2. Piston de acero para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 1, en el que a = 1.
3. Piston de acero para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 2, no estando presente (A).
4. Piston de acero para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 2, en el que la capa (B) esta presente como capa de gradiente con cada vez mas porcentaje de oxfgeno en la direccion de la superficie que esta dirigida en sentido opuesto a la capa (A).
5. Piston de acero para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 1, en el que a = 2 a 100.
6. Piston de acero para un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa protectora presenta un grosor de 1 pm a 15 pm.
7. Piston de acero para un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la capa adhesiva presenta un grosor de 0,5 pm a 5 pm.
8. Piston de acero para un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la capa funcional presenta un grosor de 0,5 pm a 10 pm.
9. Piston de acero para un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las capas (A) y (B) o (C) y (C') presentan independientemente en cada caso un grosor de 0,04 pm a 0,25 pm.
10. Piston de acero para un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que las capas (A) y (B) o (C) y (C') presentan respectivamente el mismo grosor.
11. Piston de acero para un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la capa protectora solo esta presente sobre el borde concavo de la cabeza del piston.
12. Procedimiento para la produccion de un piston de acero para un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones 1 a 11, que presenta las etapas:

facilitar un piston de acero que presente una cabeza del piston, y

aplicar una capa protectora, como la que esta definida en una de las reivindicaciones 1 a 15, sobre la cabeza del piston, en particular solo sobre el borde concavo de la cabeza del piston, mediante un procedimiento PVD.
13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, en el que la temperatura de recubrimiento en el procedimiento PVD asciende de 150 °C a 550 °C.