KR20160106737A - 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링 - Google Patents

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    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process

Abstract

본 발명은 탄소 기반 코팅(carbon-based coating) 및 적어도 섹션들에서 0.05, 바람직하게는 0.08 내지 0.11, 바람직하게는 0.1 μm까지의 DIN EN ISO 4287에 따르는 표면 조도(RΔq )를 가지는 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링에 관한 것이다.

Description

슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링{Sliding Element, in Particular Piston ring}
본 발명은 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링에 관한 것이다.
일반적으로 슬라이딩 요소들 및 구체적으로 피스톤 링들을 위해, 작동 중에 어느 정도의 마찰 손실이 발생할지는 필수적인 기준이다. 피스톤 링들이 사용되는 내연기관에서, 시장과 입법(legislation) 모두는 연료 소비, 따라서 이산화탄소 배출의 감소를 요구한다. 피스톤 링들은 기계적 마찰 손실의 거의 4분의 1, 따라서 연료 소비의 대략 4%에 책임이 있기 때문에, 연구는 피스톤 링들 및 슬라이딩 요소들에 의해 야기되는 이 마찰 손실들을 대체로 줄이기 위한 방법들에 광범위하게 초점을 맞추고 있다.
선행 기술에서, DE 44 19 713 A1에서 예를 들어 설명된 것처럼, 보통 PVD 방법들에 의해 제조되는 초경합금(hard metal) 코팅들이 사용된다. 둘째로, 그렇지만 수 마이크로미터(a few μm)의 층 두께에서만 보통 적용될 수 있는 비정질(amorphous) DLC 코팅들이 사용된다. 다른 시도는 극히 단단한 DLC 코팅을 충분히 낮은 거칠기(roughness)로 제공하여 실린더 활주면들(running surfaces) 또는 실린더 라이너들(liners)에 대한 손상 뿐 아니라 마모 또한 피하도록 한다. 이 목적에 적합한 다양한 TaC 코팅 시스템들은 DE 10 2008 022 039 A1 및 EP 0 724 023 A1로부터 알려져 있다.
이 배경으로 인해, 본 발명은 슬라이딩 이동의, 특히 엔진의 시동에서도 최극저 마모(lowest possible wear) 및 최극저 마찰의 조합에 관해 향상된 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링을 제공하는 목적을 기초로 한다.
이 목적은 청구항 1에 기재된 슬라이딩 요소에 의해 해결된다. 그에 따르면, 바람직하게는 피스톤 링인 슬라이딩 요소는 탄소 기반 코팅(carbon-based coating)이 제공되는 활주면 및 적어도 섹션들에서 0.05, 바람직하게는 0.08 내지 0.11, 바람직하게는 0.1 μm까지의 DIN EN ISO 4287에 따르는 조도(roughness) RΔq를 가진다. 광범위한 테스트들은, 탄소 기반 코팅을 사용할 때 비교적 낮은 마찰은 열적으로 및/또는 기계적으로 유도된 sp3-혼성 탄소 원자들이 sp2-혼성 탄소 원자들로 전환된다는 사실 때문이라는 것을 밝혀왔다. 이는 그 아래의 DLC 층에 비교하여 매우 얇은, 그리고 더 부드러운 최상층이 마찰의 감소를 야기하는 결과를 낳는다.
본 발명에 따르면, 이 바람직한 전환은 조도 프로파일의 평균 프로파일 경사(slope)가 최소값 0.05μm을 초과하거나 기껏해야 그와 동일하다는 사실로부터 특히 이익을 얻는다. 본 발명을 위해 사용되는 RΔq 값은 언급한 기준에 의해 평균선에 대한 프로파일 경사의 제곱 평균, 따라서 필터링된 프로파일의 평균 제곱 구배(mean square gradient)로서 정의된다. 따라서 낮은 값은 비교적 “평평한” 프로파일을, 그리고 높은 값은 비교적 “가파른” 프로파일을 의미한다. 테스트들은 0.05μm의 RΔq값 아래에서 마찰 계수가 원하지 않는 크기인 0.035보다 더 커진다는 것을 밝혀왔다. 그러므로, 기껏해야 0.05μm와 동일하거나 그보다 더 큰 RΔq값으로, 매우 낮은 마찰 계수들이 보장될 수 있고, 이는 본 발명이 이에 제한되지 않지만, 프로파일 경사가 sp3-부터 sp2-까지의 혼성 탄소 원자들 다수의 전환을 야기하고 그에 의해 마찰 계수에 원하는 방식으로 긍정적으로 영향을 미치도록 충분히 가파르다는 사실에 의해 설명된다.
동시에, 0.1μm 이상의, 그리고 특히 0.11μm 이상의 RΔq값으로 마모가 원하지 않는 방식으로, 즉 3μm 이상의 범위에서 증가한다는 것이 발견되었다. 이를 위한 설명은, 본 발명이 이 설명에 제한되어서는 안 되고, 비교적으로 “가파른” 조도 프로파일 경사에서 표면 가압이 증가하여 마모를 촉진한다는 것이다. 본 발명은 그러므로 유리한 마모 값들 및 낮은 마찰 계수들 사이에서 이로운 균형을 제공한다. 원하는 RΔq값에 관하여, 그들은 적합한 코팅 절차들, 특히 가공 절차들에 의해 조정될 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 상기 RΔq값은 코팅과 평활화(smoothing) 절차들의 적절한 조합에 의해 보장된다. 코팅 절차는 PA-CVD 또는 PVD 절차이다. 이 절차들은 필요한 조도 값들을 달성하기 위해 필요한 기계적 특성들의 목표된 조정을 허용한다. 설정 파라미터는 증착된 탄소 이온들의 에너지이다. 이 에너지는 자기장 뿐 아니라 바이어스 전원에 의해서도 증발기 전력에서의 변화에 의해 영향을 받는다. 상기 평활화 절차는 다이아몬드 형태학으로, 정의된 다이아몬트 함유 평활화 도구들을 사용하는 정밀 다듬질(superfinishing)이고, 접착된(bonded) 다이아몬드들 뿐 아니라 도구 자신의 분포는 적합한 방식으로 적응된다.
본 발명은 주로 RΔq값의 범위에 관해 앞서 언급된 발견에 기초하지만, 마모 값들 및 마찰 값들 사이의 이로운 균형을 달성하기 위한 범위를 구체화하기 위한 제한에는 적합하지 않은 다른 조도 파라미터들에 관해 발견되었다. 앞서 언급된 측정 값들에 관하여, 아래 테이블에서 자세히 다뤄지듯 이 값들은 내연기관들의 실제 작동 동안 관련될 때 혼합된 마찰 조건들 하에서 결정되었다는 것이 언급되어야만 한다. 여기서, 윤활 필름 두께는 기본 본체(base body) 및 카운터 본체(counter body), 즉 예를 들어 피스톤 링 및 실린더 라이너의 총 표면 조도를 필수적으로 달성하여, 조도 피크들의 직접적 접촉의 결과로 활주(running) 파라미터들에 하중이 전달될 수 있다. 이 상황에서, 마찰 조건들은 고체 본체 접촉에 의해 영향을 받고, 이는 가능한 한 부드러운 표면들을 필요로 한다. 심지어 최소 불균형도 특히 탄소 기반 코팅을 손상시키는 전단력을 야기할 수 있고, 코팅의 분리를 야기할 수 있다.
본 발명에 따른 슬라이딩 요소의 바람직한 실시예들은 추가 청구항들에 기재된다.
예를 들어 피스톤 링과 실린더 라이더 사이의 슬라이딩 접촉은 특히 볼록함의 영역, 즉 피스톤 링의 볼록하게 만곡된 활주면에서 일어나기 때문에, 본 발명에 따른 조도는 적어도 그러한 볼록함의 영역에서 형성된다.
또한, 기재된 RΔq값들은 피스톤 링의 축 방향에서 10 내지 90%, 바람직하게는 25 내지 75%의 활주면 상에 나타나야 한다.
코팅은 바람직하게는 특히 기재된 효과를 잘 이용할 수 있는 TaC 타입의 탄소 기반 코팅이다.
탄소 기반 코팅의 층 두께를 위해, 0.5, 바람직하게는 10 내지 30μm의 범위가 특히 유리한 것으로 입증되어 왔다. 더 바람직한 층 두께 범위는 0.5 내지 10μm이다.
이는 sp3 양에 동일한 방식으로 적용되고, 따라서 그 양은 적어도 40 원자%(At%)의 sp2-혼성화 탄소 원자들의 양으로 전환될 수 있다.
테스트들 동안, RΔq 값들과 마모 뿐 아니라 마찰 계수들 사이의 일관된 연관성은 특히 180 내지 260 GPa의 E-모듈러스 값 및 1600 내지 2800 HV 0.02의 경도 값을 위해 발견되었다. 두 파라미터들은 올리버 앤드 파르 메쏘드(Oliver & Phar method (O&P))에 따라 측정된다.
sp3/sp2 비율에 대해서는, 0.3 내지 1.2가 바람직하다.
기판에 탄소 기반 코팅의 확실한 접착을 보장하기 위해, 탄소 기반 코팅과 기판 사이에 크로뮴 및/또는 티타늄을 포함하는 금속 함유 접착층이 바람직하다.
0.05μm 내지 1.0μm의 범위는 접착층의 두께로 유리하다는 것이 입증되어 왔다.
기재된 마모 및 마찰 계수 모두에 유리한 효과는 코팅에서 특히 탄소의 양을 위해 알아낼 수 있고, 이는 전체 층 두께의 99%를 초과한다.
마지막으로, 피스톤 링은 바람직하게는 주철 또는 스틸로 만들어진다.
예시(Examples)
발진(oscillation)-마찰-마모 측정 시스템의 실제 연마된 회색 주철 실린더 경로 세그먼트 상의 실제 피스톤 링 세그먼트들의 형태의 본 발명에 따른 예시들은 정의된 압력 및 온도 조건들에서 혼합된 마찰 조건들 하에 테스트되었다. 아래 테이블은 각 링 마모 및 마찰 계수들과 함께, RΔq로 지정된 각각의 μm값들을 제공한다. 전체 평가로부터 특히 명백하듯이, 링 마모 및 마찰 계수 모두는 0.05 내지 0.11μm 범위의 RΔq 값에서만 양호("OK")하다. E-모듈러스 및 경도는 RΔq 값들과 링 마모 뿐 아니라 마찰 계수 사이의 특별히 일관된 연관성이 발견될 수 있는 앞서 언급된 범위에 있다.
Figure pct00001

Claims (13)

  1. 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링으로서,
    탄소 기반 코팅이 제공되는 적어도 하나의 활주면(running surface) 및 적어도 섹션들에서 0.05, 바람직하게는 0.08 내지 0.11, 바람직하게는 0.1 μm까지의 DIN EN ISO 4287에 따르는 조도(roughness) RΔq를 가지는, 슬라이딩 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    0.05 내지 0.1μm의 조도(RΔq)는 적어도 상기 슬라이딩 요소의 볼록함의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    0.05 내지 0.1 μm의 조도(RΔq)는 상기 활주면의 10 내지 90%, 바람직하게는 25 내지 75%에 걸쳐 축 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 코팅은 TaC 타입인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅의 층 두께는 0.5, 바람직하게는 10 내지 30μm인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 코팅은 적어도 40 원자%(at%)의 sp3-혼성 탄소 원자들의 양을 갖는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 코팅은 180 내지 260 GPa의 E-모듈러스 및/또는 1600 내지 2800 HV 0.02의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 코팅은 각각 0.5 원자% 미만의 양의 산소 및/또는 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 코팅은 0.3 내지 1.2의 sp3/sp2 비율을 갖는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    크로뮴 및/또는 티타늄을 포함하는 금속 함유 접착층은 상기 탄소 기반 코팅과 기판 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접착층은 0.05 내지 1.0μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 코팅 내의 탄소 비율은 전체 층 두께의 99%를 초과하는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 요소는 주철 또는 스틸로 만들어지는 피스톤 링인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 요소.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200607A1 (de) 2014-01-15 2015-07-16 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring
EP3318656B1 (en) * 2016-03-04 2019-08-07 Kabushiki Kaisha Riken Sliding member and piston ring
DE102016107874A1 (de) 2016-04-28 2017-11-16 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring
DE102017210559A1 (de) * 2017-06-22 2018-12-27 Mahle International Gmbh Kolbenring für einen Kolben einer Brennkraftmaschine
DE102017221606A1 (de) 2017-11-30 2019-06-06 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
JP6511126B1 (ja) * 2017-12-27 2019-05-15 株式会社リケン 摺動部材およびピストンリング
US11365806B2 (en) * 2019-09-09 2022-06-21 Tenneco Inc. Coated piston ring for an internal combustion engine
CN111503239A (zh) * 2020-04-26 2020-08-07 东莞市国森科精密工业有限公司 一种具有dlc涂层的谐波减速器柔轮
DE102020124180A1 (de) 2020-09-16 2022-03-17 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring
WO2022101416A1 (en) * 2020-11-13 2022-05-19 Nanofilm Vacuum Coating (Shanghai) Co., Ltd. Piston rings and methods of manufacture
CN113154036A (zh) * 2020-11-13 2021-07-23 纳峰真空镀膜（上海）有限公司 活塞环及制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120014590A (ko) * 2009-05-19 2012-02-17 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 슬라이딩 요소
KR20120130168A (ko) * 2011-01-27 2012-11-29 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 코팅을 구비한 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링, 및 슬라이딩 요소의 제조방법
KR20130048719A (ko) * 2010-03-09 2013-05-10 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 슬라이딩 부재, 특히 피스톤 링, 및 슬라이딩 부재의 코팅 방법
KR20130097063A (ko) * 2010-05-25 2013-09-02 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 슬라이딩 요소
KR20140005186A (ko) * 2010-11-29 2014-01-14 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 코팅을 포함하는 슬라이딩 소자 및 피스톤 링

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3350157B2 (ja) 1993-06-07 2002-11-25 帝国ピストンリング株式会社 摺動部材およびその製造方法
DE19502568C1 (de) 1995-01-27 1996-07-25 Fraunhofer Ges Forschung Harte, amorphe, wasserstofffreie C-Schichten und Verfahren zu ihrer Herstellung
US6066399A (en) * 1997-03-19 2000-05-23 Sanyo Electric Co., Ltd. Hard carbon thin film and method of forming the same
DE19824310C1 (de) * 1998-06-02 1999-08-12 Fraunhofer Ges Forschung Gleitlager und Verfahren zu seiner Herstellung
JP2000120869A (ja) 1998-10-15 2000-04-28 Teikoku Piston Ring Co Ltd 摺動部材及びその製造方法
US6739238B2 (en) 2000-11-20 2004-05-25 Nissan Motor Co., Ltd. Sliding structure for a reciprocating internal combustion engine and a reciprocating internal combustion engine using the sliding structure
AU2003233049A1 (en) 2002-04-24 2003-11-10 Diaccon Gmbh Slide element and method for production of said slide element
JP2004138128A (ja) 2002-10-16 2004-05-13 Nissan Motor Co Ltd 自動車エンジン用摺動部材
JP2004360649A (ja) 2003-06-06 2004-12-24 Nissan Motor Co Ltd エンジン用ピストンピン
KR101003865B1 (ko) * 2003-08-06 2010-12-30 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 저마찰 접동 기구, 저마찰제 조성물 및 마찰 감소 방법
DE102004041235A1 (de) 2004-08-26 2006-03-02 Ina-Schaeffler Kg Verschleißfeste Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
JP5030439B2 (ja) 2006-02-28 2012-09-19 株式会社リケン 摺動部材
FR2907470B1 (fr) * 2006-10-20 2009-04-17 Hef Soc Par Actions Simplifiee Piece en contact glissant, en regime lubrifie, revetue d'une couche mince.
DE102008022039A1 (de) 2008-04-30 2009-11-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verschleißschutzbeschichtung für auf Reibung beanspruchte Oberflächen von Bauteilen sowie Verfahren zur Ausbildung
DE102008037871A1 (de) 2008-08-15 2010-02-25 Amg Coating Technologies Gmbh Gleitelement mit Mehrfachschicht
DE102008055194A1 (de) * 2008-12-30 2010-07-08 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh Gleitelement
FR2944146B1 (fr) * 2009-04-02 2011-11-11 Saint Gobain Procede de fabrication d'une structure a surface texturee pour un dispositif a diode electroluminescente organique, et structure a surface texturee pour oled
DE102009046281B3 (de) 2009-11-02 2010-11-25 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Kombination eines Gleitelements mit einem Laufpartner
WO2011093464A1 (ja) 2010-01-29 2011-08-04 日本ピストンリング株式会社 ピストンリング
US8895488B2 (en) 2010-11-30 2014-11-25 Honda Motor Co., Ltd Sliding structural members
JP2012202522A (ja) 2011-03-28 2012-10-22 Tpr Co Ltd ピストンリング
DE102011083714A1 (de) 2011-09-29 2013-04-04 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement mit DLC-Beschichtung
DE102012207813A1 (de) * 2012-05-10 2013-11-14 Mahle International Gmbh Gleitkörper mit Beschichtung
DE102012207814A1 (de) 2012-05-10 2013-11-14 Mahle International Gmbh Bauelement, insbesondere ein Gleitelement
DE102012020756A1 (de) * 2012-10-23 2014-04-24 Mahle International Gmbh Bauteil mit einer Beschichtung und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102013200846A1 (de) * 2013-01-21 2014-07-24 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung
DE102014200607A1 (de) 2014-01-15 2015-07-16 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120014590A (ko) * 2009-05-19 2012-02-17 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 슬라이딩 요소
KR20130048719A (ko) * 2010-03-09 2013-05-10 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 슬라이딩 부재, 특히 피스톤 링, 및 슬라이딩 부재의 코팅 방법
KR20130097063A (ko) * 2010-05-25 2013-09-02 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 슬라이딩 요소
KR20140005186A (ko) * 2010-11-29 2014-01-14 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 코팅을 포함하는 슬라이딩 소자 및 피스톤 링
KR20120130168A (ko) * 2011-01-27 2012-11-29 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 코팅을 구비한 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링, 및 슬라이딩 요소의 제조방법

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