RU2520245C2 - Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, имеющий покрытие, и способ получения скользящего элемента - Google Patents

Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, имеющий покрытие, и способ получения скользящего элемента Download PDF

Info

Publication number
RU2520245C2
RU2520245C2 RU2012127374/02A RU2012127374A RU2520245C2 RU 2520245 C2 RU2520245 C2 RU 2520245C2 RU 2012127374/02 A RU2012127374/02 A RU 2012127374/02A RU 2012127374 A RU2012127374 A RU 2012127374A RU 2520245 C2 RU2520245 C2 RU 2520245C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sliding element
layer
carbon
element according
coating
Prior art date
Application number
RU2012127374/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012127374A (ru
Inventor
Маркус КЕННЕДИ
Original Assignee
Федерал-Могул Буршайд Гмбх
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 Федерал-Могул Буршайд Гмбх filed Critical Федерал-Могул Буршайд Гмбх
Publication of RU2012127374A publication Critical patent/RU2012127374A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2520245C2 publication Critical patent/RU2520245C2/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/002—Pretreatement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/007—After-treatment
    • 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
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings

Abstract

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу, имеющему покрытие по меньшей мере на одной поверхности скольжения, и к способу получения скользящего элемента. Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, для использования в двигателе внутреннего сгорания имеет по меньшей мере на одной поверхности скольжения в направлении изнутри наружу покрытие, содержащее металлосодержащий адгезионный слой и слой алмазоподобного углерода DLC типа тетраэдрического углерода ta-C толщиной по меньшей мере 10 мкм. Слой типа тетраэдрического углерода ta-C имеет содержание sp3-гибридизованных атомов углерода по меньшей мере 40 ат.% и водород в количестве менее 0,5 ат.%, при этом содержание sp3-гибридизованных атомов углерода в наружных 1-3 мкм слоя снижено. Полученный скользящий элемент обладает улучшенной комбинацией коэффициента трения и износостойкости. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Область техники
Изобретение относится к скользящему элементу, в частности, поршневому кольцу, имеющему покрытие по меньшей мере на одной поверхности скольжения, и к способу получения скользящего элемента.
Скользящие элементы, такие, например, как поршневые кольца, поршни или гильзы цилиндра, должны работать в двигателях внутреннего сгорания в течение длительного срока одновременно при как можно более низком трении, так и при низком износе. Трение, которое в двигателях внутреннего сгорания напрямую связано с расходом топлива, может удерживаться низким благодаря покрытию из DLC (алмазоподобного углерода). Кроме того, в принципе достижима толщина слоя до 40 мкм. Однако, при толщине слоя более 5 мкм имеется проблема в том, что свойства слоя, например, что касается структуры и состава слоя, будут меняться, так что требуемый срок службы не достигается. Это справедливо также для толщин слоев менее 5 мкм.
Задачей настоящего изобретения является создание скользящего элемента, содержащего металлосодержащий адгезионный слой, а также покрытие DLC типа ta-C с подходящей толщиной слоя, чтобы обеспечить минимальные потери мощности на преодоление трения в продолжение всего срока службы элемента.
Уровень техники
Слои алмазоподобного углерода (DLC) являются метастабильной формой аморфного углерода со значительной долей sp3-гибридизованных атомов углерода. Снабжение слоями алмазоподобного углерода различных основ в целях создания новых компонентов осуществляется в настоящее время различными способами. Наиболее хорошо известными способами, какими можно покрыть скользящие элементы, производимые массово, являются плазмо-химическое осаждение из паровой фазы (PA-CVD), напыление и вакуумно-дуговое осаждение (DE4006456). Слоистые системы, которые могут быть получены в соответствии с этим, обычно содержат водород в случае PA-CVD не содержат водорода в случае напыления или вакуумно-дугового осаждения из паровой фазы. Сводку возможных систем с DLC-слоями можно найти в VDI Guideline 2840 в разделе Carbon films.
В таблице 1 перечислены документы, которые отражают уровень техники в контексте настоящей заявки. В списке делается различие между публикациями, которые существенны для способа, и тех, которые существенны для продукта.
Таблица 1
Номер Год Тип Важные признаки
DE 3901401 1989 Получение DLC/ способ Способ контроля вакуумно-дугового процесса осаждения из паровой фазы
DE 4006456 1990 Способ контроля дугового разряда в вакууме
DE 10240337 2002   Устройство разделения частиц, в котором абсорбирующий электрод установлен в тени создаваемой плазмы, и создается (электро)магнитное поле, чтобы ускорить носители положительных зарядов
DE 19850217/US 6558757 1998 Способ покрытия в вакууме, в котором материал ионизируется из мишени посредством лазера и реагирует с газом, запасенным в порах, и затем осаждается на основу.
EP 1829986 2010 Способ механической обработки поверхностей, имеющих покрытие из твердого углерода
EP 0724023 1996 DLC-продукт Твердый, аморфный, не содержащий водорода углеродный слой (<0,5 ат.% H, модуль упругости >400 ГПа, твердость >40 ГПа, максимальная толщина слоя: несколько мкм, получен вакуумно-дуговым способом
DE 102005063123B3 2005   Скользящий элемент с износостойким и приработочным слоем, причем приработочный слой содержит водород и нанокристаллические карбидные фазы
DE 102008016864 B3 2008 Поршневое кольцо, имеющее DLC-покрытие с 3-слойной системой: адгезионный слой, металлосодержащий слой аморфного углерода, не содержащий металла аморфный углеродный слой, сопротивление >5000 Ом
US 6231956 1997 Износостойкая слоистая система, состоящая из основы из титанового сплава, промежуточного слоя и аморфного углеродного слоя
DE 19735962A1 1997 Направляющая втулка с водородсодержащим внутренним DLC-покрытием
DE 19850218 1998   Устройство и способ покрытия основ в вакууме с особым абсорбирующим электродом, который установлен так, чтобы частицы не осаждались напрямую на основу.
WO 2006125683A1 2006 Поршневое кольцо, имеющее 3-слойную систему, состоящую из 1-го слоя из элемента группы IVB, VB или VIB (<1 мкм), 2-го слоя из алмазоподобного нанокомпозита (<5 мкм) и 3-его алмазоподобного слоя (толщина слоя 0,1-10 мкм)
DE 102008022039 2008 Противоизносное покрытие из аморфного углеродного слоя с содержанием кислорода 0,5-25 ат.%.
Из EP 0724023 известно не содержащее водорода (<0,5 ат.%) DLC-покрытие с хорошими характеристиками трения в условиях отсутствия смазки, а также при пониженном использовании смазки. Этот слой имеет твердость >40 ГПа и модуль упругости >400 ГПа при максимальной толщине несколько микрон.
Из документа DE 10 2005063123 B3 известен скользящий элемент, имеющий DLC-покрытие с хорошей прирабатываемостью. Так как срок службы покрытия слишком короткий, нельзя обеспечить перманентно низкое трение в течение всего срока службы скользящего элемента.
DE 102008016864 относится к скользящему элементу, имеющему многослойное покрытие, которое содержит, в направлении изнутри наружу, адгезионный слой, металло- и водородсодержащий DLC-слой и не содержащий металла, но содержащий водород DLC-слой.
DE 19735962 A1 раскрывает направляющую втулку и способ получения твердой углеродной пленки на внутренней поверхности направляющей втулки, причем твердую углеродную пленку гидрированного аморфного углерода получают на внутренней поверхности способом плазмохимического осаждения из паровой фазы.
WO 2006/125683 A1 раскрывает поршневое кольцо, которое содержит, в направлении изнутри наружу, слой, содержащий элемент группы IVB, VB или VIB, промежуточный слой, имеющий алмазоподобный нанокомпозитный состав, и DLC-слой.
Известно, что хорошая износостойкость достигается, когда содержание sp3-гибридизованных атомов углерода как можно выше, в частности, составляет более 60 ат.%. Такие слои называются слоями ta-C и могут быть получены обычными процессами напыления или так называемыми вакуумно-дуговыми способами (ср. в этой связи документы DE 4040456 C1 и DE 19850218 C1 из таблицы 1). Не содержащие водорода покрытия ta-C могут быть получены с толщиной несколько микрон как кислородсодержащие слои (ср., например, идеи DE 10 2008022039 A1 из таблицы 1) и как не содержащие кислорода и водорода слои (ср. в этой связи EP 0724023 A1).
В этом контексте известны также PVD-покрытия на основе твердых материалов, которые в большинстве случаев содержат нитрид хрома. Хотя такие слои имеют требуемую износостойкость, они не имеют необходимого низкого коэффициента трения.
Сущность изобретения
На этом фоне задачей изобретения является создать скользящий элемент, который еще больше улучшен в отношении комбинации коэффициента трения и износостойкости. Кроме того, требуется разработать способ получения такого скользящего элемента.
Следовательно, скользящий элемент согласно изобретению имеет по меньшей мере на одной поверхности скольжения, в направлении изнутри наружу, покрытие, имеющее металлосодержащий адгезионный слой и DLC-слой типа ta-C толщиной по меньшей мере 10 мкм. Металлосодержащий адгезионный слой предпочтительно не только обеспечивает адгезию DLC-слоя, но может также устранить внутренние напряжения, которые возникают в этом слое. Минимальная толщина слоя 10 мкм обеспечивает достижение требуемой износостойкости и дополнительно позволяет получить хорошие характеристики трения в течение всего срока службы двигателя. В частности, характеристики износа можно адаптировать как к самому скользящему элементу, в частности, поршневому кольцу, так и к контртелу, как, например, гильза цилиндра. Эффективность покрытия согласно изобретению обеспечивается описываемыми ниже технологическими этапами, в частности очисткой поверхности, которую требуется покрыть, способом напыления металлических ионов, а также описанными способами получения адгезионного слоЯ и DLC-слоя. Следовательно, можно дать значительно улучшенный скользящий элемент.
Одно из центральных требований, предъявляемых к скользящему элементу, в частности, поршневому кольцу, состоит в обеспечении покрытия, которое сохраняется в течение срока службы элемента, чтобы обеспечить минимальные потери мощности на преодоление трения на всем протяжении работы. При начальной апробации в двигателе было найдено, что хотя износ, достигаемый для системы поршневое кольцо с taC-покрытием /беговая дорожка из AlSi был примерно на 60% ниже, чем у поршневых колец, покрытых DLC-слоем, содержащим водород, необходима толщина слоя по меньшей мере 10 мкм, в зависимости от приложения и поверхностей скользящего контакта. Толщина покрытия в целом предпочтительно составляет до примерно 20 мкм.
Предпочтительные варианты осуществления представлены в следующих пунктах формулы изобретения.
Чтобы обеспечить достаточную адгезию слоя, в частности, в случае толщины слоев ta-C больше нескольких микрон, необходимо, кроме того, предусмотреть металлосодержащий адгезионный слой между основой и DLC-слоем. В настоящее время, основываясь на первоначальных полученных сведениях, считается предпочтительным, чтобы адгезионный слой содержал по меньшей мере один следующих материалов: хром, титан, нитрид хрома и вольфрам.
Кроме того, было найдено, что для адгезионного слоя выгодна толщина от 0,1 мкм до 1,0 мкм.
Далее, особенно хорошие свойства были найдены, когда DLC-слой по существу не содержал кислорода и/или водорода, то есть содержал каждый из этих элементов в количестве менее 0,5 ат.%.
Твердость и модуль упругости DLC-слоя также влияют на трибологические свойства поршневого кольца. При испытании было найдено, что для покрытия являются выгодными твердость поверхности не более 55 ГПа и модуль упругости не выше 550 ГПа.
В отличие от предшествующего уровня техники, при проверке пригодности как вне, так и в двигателе, было найдено, кроме того, что особенно хорошие параметры износа достигаются, когда DLC-слой имеет содержание sp3-гибридизованных атомов углерода по меньшей мере 40 ат.%.
Намеренное снижение содержания sp3 в наружных 1-3 мкм слоя вблизи края ведет к дальнейшему снижению трения при приработке и к снижению самого времени приработки. В предварительных испытаниях вне двигателя было найдено, что следующий вариант осуществления, в котором наружные 1-3 мкм вблизи края были легированы, приводит к дальнейшему улучшению термостойкости и характеристик шлифовочного прижога в условиях недостаточной смазки при максимальных нагрузках до 700 Н.
Внешняя область DLC-слоя, близкая к краю, имеющая толщину от 1 до 3 мкм, может быть с выгодой легирована такими элементами, как бор, кислород и/или кремний.
В частности, чтобы обеспечить низкое трение, рабочая поверхность скользящего элемента должна быть как можно более гладкой. Имеющийся здесь DLC-слой предпочтительно имеет в состоянии сразу после покрытия глубину микронеровностей Rz <6 мкм, а в готовом состоянии глубину микронеровностей Rz <2 мкм, в частности, <1 мкм, а также сниженную высоту пика Rpk <0,3 мкм, в частности, <0,1 мкм. В этой связи размеры из EP 1829986 A1 и DE 19850218 C1 включены в объект настоящей заявки.
Чугун или сталь, которые для особых приложений могут быть азотированными, предпочтительны для основы и базового материала скользящего элемента, который требуется покрыть. Что касается литьевого материала как базового материала, предпочтительными формами являются:
- нелегированный незакаленный чугун с пластинчатым графитом,
- легированный, термически обработанный или необработанный серый чугун с карбидами,
- чугун с шаровидным графитом, закаленный,
- чугун с вермикулярным графитом, незакаленный,
- литая сталь (по меньшей мере 11 вес.% хрома, закаленная мартенситная структура с включенными особыми карбидами, азотированная или неазотированная).
Что касается стали как базового материала, предпочтительными формами являются:
- хромистая сталь, по меньшей мере 11 вес.% хрома, азотированная или неазотированная,
- хром-кремний-углеродистая сталь.
Испытания на двигателе показали, что особенно хорошее соскабливающее масло действие поршневого кольца, покрытого слоем DLC типа ta-C согласно изобретению, достигается при очень малых, "острых" нижних краях поверхности скольжения. Таким образом, предпочтительно, кроме того, чтобы нижний край поверхности скольжения поршневого кольца согласно изобретению имел радиус не более 0,2 мм, предпочтительно менее 0,1 мм.
Вышеупомянутая задача достигается, кроме того, описанным в п.14 способом получения скользящего элемента, в частности, поршневого кольца, в котором проводится покрытие металлосодержащим адгезионным слоем и слоем DLC типа ta-C на толщину по меньшей мере 10 мкм. Процесс получения, осуществляемый лазерно-дуговым способом в вакууме, который уже был описан в различных документах (см. таблицу 1), был улучшен в контексте настоящего изобретения для получения слоя ta-C толщиной >10 мкм тем, что был использован адгезионный слой, оптимизированный в отношении выбора материала и толщины слоя, и технологические параметры обеспечивают стабильность процесса в продолжении всего времени нанесения покрытия. Предпочтительные размеры и преимущества, которых можно достичь с этим способом, выявляются, с одной стороны, из предшествующего описания скользящего элемента по изобретению. Далее, упомянем в этом месте, что все отличительные признаки, описываемые ниже в связи со способом, могут также применяться к скользящему элементу по изобретению.
С другой стороны, упомянем, что адгезионный слой можно сформировать особенно надежно способом напыления, способом термоосаждения из паровой фазы или способом электроосаждения из паровой фазы, например, дуговым способом.
Как упоминалось выше, особые преимущества в отношении адгезии адгезионного слоя с основой скользящего элемента достигаются, если поверхность, которую требуется покрыть, очищают способом напыления металлических ионов.
Шероховатость готового покрытия можно с выгодой уменьшить путем притирки, полирования ремнем и/или щеткой.

Claims (16)

1. Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, для использования в двигателе внутреннего сгорания, причем скользящий элемент имеет по меньшей мере на одной поверхности скольжения в направлении изнутри наружу покрытие, содержащее металлосодержащий адгезионный слой и слой алмазоподобного углерода DLC типа тетраэдрического углерода ta-C толщиной по меньшей мере 10 мкм, причем слой типа тетраэдрического углерода ta-C имеет содержание sp3-гибридизованных атомов углерода по меньшей мере 40 ат.%, отличающийся тем, что слой типа тетраэдрического углерода ta-C содержит водород в количестве менее 0,5 ат.%, и содержание sp3-гибридизованных атомов углерода в наружных 1-3 мкм слоя снижено.
2. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что адгезионный слой содержит по меньшей мере один из следующих материалов: хром, титан, нитрид хрома и/или вольфрам.
3. Скользящий элемент по пп.1 или 2, отличающийся тем, что адгезионный слой имеет толщину от 0,1 мкм до 1,0 мкм.
4. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что слой типа тетраэдрического углерода ta-C содержит кислород в количестве менее 0,5 ат.%.
5. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что твердость слоя алмазоподобного углерода DLC не превышает 55 ГПа, а модуль упругости не превышает 550 ГПа.
6. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что наружные 1-3 мкм слоя легированы.
7. Скользящий элемент по п.6, отличающийся тем, что наружные 1-3 мкм слоя типа тетраэдрического углерода ta-C легированы по меньшей мере одним из следующих элементов: бор, кислород и/или кремний.
8. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие имеет глубину микронеровностей Rz <6 мкм, предпочтительно <2 мкм и, в частности, <1 мкм.
9. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие имеет уменьшенную высоту пика микронеровностей Rpk <0,3 мкм, предпочтительно <0,1 мкм.
10. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что основным материалом скользящего элемента является чугун или сталь.
11. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что радиус нижней кромки поверхности скольжения не превышает 0,2 мм, предпочтительно <0,1 мм.
12. Способ получения скользящего элемента по одному из пп. 1-11, в частности поршневого кольца, для использования в двигателе внутреннего сгорания, при котором наносят покрытие металлосодержащим адгезионным слоем и слоем алмазоподобного углерода DLC типа тетраэдрического углерода ta-C, причем слой алмазоподобного углерода DLC выполняют с толщиной по меньшей мере 10 мкм.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что адгезионный слой получают путем напыления, термоосаждения из паровой фазы или электроосаждения из паровой фазы, например, дуговым методом.
14. Способ по пп. 12 или 13, отличающийся тем, что слой типа тетраэдрического углерода ta-C получают лазерно-дуговым методом в вакууме.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что покрываемую поверхность скользящего элемента очищают перед нанесением покрытия путем распыления металлических ионов.
16. Способ по п.12, отличающийся тем, что покрытие после его формирования выглаживают путем притирки, полирования ремнем и/или щеткой.
RU2012127374/02A 2011-01-27 2011-10-13 Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, имеющий покрытие, и способ получения скользящего элемента RU2520245C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011003254.1 2011-01-27
DE201110003254 DE102011003254A1 (de) 2011-01-27 2011-01-27 Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements
PCT/EP2011/067885 WO2012100847A1 (de) 2011-01-27 2011-10-13 Gleitelement, insbesondere kolbenring, mit einer beschichtung sowie verfahren zur herstellung eines gleitelements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012127374A RU2012127374A (ru) 2014-01-10
RU2520245C2 true RU2520245C2 (ru) 2014-06-20

Family

ID=44789475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012127374/02A RU2520245C2 (ru) 2011-01-27 2011-10-13 Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, имеющий покрытие, и способ получения скользящего элемента

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9086148B2 (ru)
EP (2) EP3091100B1 (ru)
JP (1) JP5452734B2 (ru)
KR (1) KR101420142B1 (ru)
CN (1) CN103608482B (ru)
BR (1) BR112012016440B1 (ru)
DE (1) DE102011003254A1 (ru)
MX (1) MX348385B (ru)
PT (2) PT2668309T (ru)
RU (1) RU2520245C2 (ru)
WO (1) WO2012100847A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778062C2 (ru) * 2018-06-18 2022-08-15 Идромеканик Э Фроттман Деталь, снабженная покрытием из негидрированного аморфного углерода на подслое, содержащем хром, углерод и кремний

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009003232A1 (de) * 2009-05-19 2010-12-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement eines Verbrennungsmotors, insbesondere Kolbenring
DE102012211864A1 (de) * 2012-07-06 2014-05-22 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung/Bearbeitung eines Nockens
DE102012020191B4 (de) * 2012-10-10 2017-05-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Beschichtungen aus hartem Kohlenstoff, die auf Substraten ausgebildet sind
DE102012219930A1 (de) * 2012-10-31 2014-04-30 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer 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
EP2963317B1 (en) * 2013-02-28 2019-03-27 Nippon Piston Ring Co., Ltd. Hard carbon coating film
US9765726B2 (en) * 2013-03-13 2017-09-19 Federal-Mogul Cylinder liners with adhesive metallic layers and methods of forming the cylinder liners
WO2014177641A1 (de) * 2013-04-30 2014-11-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHT UND MIT DEM VERFAHREN HERGESTELLTE VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHT
JP5965378B2 (ja) * 2013-10-31 2016-08-03 株式会社リケン ピストンリング及びその製造方法
DE102014200607A1 (de) 2014-01-15 2015-07-16 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring
BR102014007893B1 (pt) 2014-04-02 2022-03-22 Mahle International Gmbh Elemento deslizante, motor de combustão interna e processo de obtenção de elemento deslizante
DE102014209309A1 (de) * 2014-05-16 2015-12-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bauteil, Verwendung eines Bauteils sowie Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils
DE102014213822A1 (de) 2014-07-16 2016-01-21 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102014011139A1 (de) 2014-07-25 2015-01-08 Daimler Ag Motorkomponente
WO2016021671A1 (ja) * 2014-08-07 2016-02-11 国立大学法人豊橋技術科学大学 Ｄｌｃ膜及びｄｌｃ膜被膜物品
JP2016056435A (ja) * 2014-09-12 2016-04-21 株式会社神戸製鋼所 硬質摺動部材の製造方法、および硬質摺動部材
JP5918326B2 (ja) * 2014-09-16 2016-05-18 株式会社リケン 被覆摺動部材
WO2016042629A1 (ja) 2014-09-17 2016-03-24 日本アイ・ティ・エフ株式会社 被覆膜とその製造方法およびｐｖｄ装置
US10428416B2 (en) 2014-09-17 2019-10-01 Nippon Itf, Inc. Coating film, manufacturing method for same, and PVD device
ES2552104B1 (es) * 2015-04-23 2016-09-14 Advanced Nanotechnologies S.L. Guía para corredera de soporte de cabezal de impresión de impresora, procedimiento de obtención de una guía de impresora e instalación para la obtención de esta guía
US10619739B2 (en) * 2015-07-31 2020-04-14 Nippon Piston Ring Co., Ltd Piston ring
BR102015025731B1 (pt) 2015-10-08 2021-05-18 Mahle Metal Leve S/A elemento deslizante
JP6273563B2 (ja) 2015-12-18 2018-02-07 日本アイ・ティ・エフ株式会社 被覆膜とその製造方法およびｐｖｄ装置
BR102015032127B8 (pt) 2015-12-21 2022-09-27 Mahle Metal Leve Sa Elemento deslizante
JP6534123B2 (ja) 2016-03-23 2019-06-26 日本アイ・ティ・エフ株式会社 被覆膜とその製造方法およびｐｖｄ装置
DE102016108088B4 (de) * 2016-04-20 2018-05-09 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Beschichteter Kolbenring mit Schutzschicht
KR102257499B1 (ko) * 2016-05-03 2021-05-31 엘지전자 주식회사 리니어 압축기 및 그 제조방법
US20170362965A1 (en) * 2016-06-17 2017-12-21 Federal-Mogul Llc Boron doped ta-c coating for engine components
BR102016015392A2 (pt) 2016-06-30 2018-01-16 Mahle Metal Leve S.A. Sliding element for internal combustion engines
BR102016017735B1 (pt) 2016-07-29 2021-05-18 Mahle Metal Leve S.A. elemento deslizante para motores de combustão interna
CN106567036B (zh) * 2016-10-26 2018-10-23 东南大学 一种手术器械刃口表面的处理方法
DE102017104221A1 (de) 2017-03-01 2018-09-06 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
BR102017007599B1 (pt) * 2017-04-12 2022-07-26 Mahle Metal Leve S.A. Anel de pistão para motores de combustão interna
KR20180121253A (ko) * 2017-04-28 2018-11-07 삼성전자주식회사 가전기기의 외장재와 이를 포함하는 가전기기 및 그 제조방법
US11293548B2 (en) 2017-06-20 2022-04-05 Nippon Piston Ring Co., Ltd Sliding member and coating film
DE102017114622A1 (de) * 2017-06-30 2019-01-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche
JP6533818B2 (ja) 2017-10-20 2019-06-19 株式会社リケン 摺動部材およびピストンリング
DE102017221606A1 (de) * 2017-11-30 2019-06-06 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
DE102018109569A1 (de) * 2018-04-20 2019-10-24 Stabilus Gmbh Bremsmodul für ein antriebssystem, antriebssystem und herstellungsverfahren für ein bremsmodul
US20190368607A1 (en) * 2018-05-29 2019-12-05 Mahle International Gmbh Piston ring and method for manufacturing a piston ring
CN111575669B (zh) * 2019-05-22 2021-03-23 北京师范大学 一种防高速冲击涂层方法
DE102020124180A1 (de) 2020-09-16 2022-03-17 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007020139A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 Nv Bekaert Sa Substrate coated with a layered structure comprising a tetrahedral carbon layer and a softer outer layer
RU2295084C2 (ru) * 2002-12-18 2007-03-10 Маско Корпорейшн оф Индиана Клапанный компонент с многослойной поверхностью
WO2008145459A1 (de) * 2007-05-25 2008-12-04 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Vakuumbehandlungsanlage und vakuumbehandlungsverfahren
RU2342468C1 (ru) * 2007-04-04 2008-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" Способ формирования сверхтвердого легированного углеродного покрытия на кремнии в вакууме
WO2009050914A1 (ja) * 2007-10-19 2009-04-23 Imott Corporation フレッチング摩耗を軽減する隙間基材、及び隙間基材を使用した締結構造物

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3901401C2 (de) 1988-03-01 1996-12-19 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Steuerung einer Vakuum-Lichtbogenentladung
DE4006456C1 (en) 1990-03-01 1991-05-29 Balzers Ag, Balzers, Li Appts. for vaporising material in vacuum - has electron beam gun or laser guided by electromagnet to form cloud or pre-melted spot on the target surface
DE4040456A1 (de) 1990-12-18 1992-06-25 Ilmenau Tech Hochschule Vorrichtung zur erzeugung vorkomprimierter luft, insbesondere fuer druckluftgewehre
DE19502568C1 (de) 1995-01-27 1996-07-25 Fraunhofer Ges Forschung Harte, amorphe, wasserstofffreie C-Schichten und Verfahren zu ihrer Herstellung
JPH1082390A (ja) * 1996-07-18 1998-03-31 Sanyo Electric Co Ltd 摺動部材、圧縮機及び回転圧縮機
US5941647A (en) 1996-08-19 1999-08-24 Citizen Watch Co., Ltd. Guide bush and method of forming hard carbon film over the inner surface of the guide bush
DE19637450C1 (de) 1996-09-13 1998-01-15 Fraunhofer Ges Forschung Verschleißbeständiger, mechanisch hochbelastbarer und reibungsarmer Randschichtaufbau für Titan und dessen Legierungen sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE19850217C1 (de) 1998-08-26 2000-03-30 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten im Vakuum
DE19850218C1 (de) 1998-08-26 2000-03-30 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von Substraten im Vakuum
WO2000012775A1 (de) 1998-08-26 2000-03-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von substraten im vakuum
JP3555844B2 (ja) * 1999-04-09 2004-08-18 三宅 正二郎 摺動部材およびその製造方法
JP2004019464A (ja) 2002-06-12 2004-01-22 Uchida Hydraulics Co Ltd 油圧ピストンポンプ・モータ
DE10240337B4 (de) 2002-08-27 2007-11-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Separation von Partikeln aus einem von einem Target zur Beschichtung eines Substrates erzeugten Plasma im Vakuum
JP2004137535A (ja) * 2002-10-16 2004-05-13 Nissan Motor Co Ltd 硬質炭素被膜摺動部材
EP1479946B1 (en) * 2003-05-23 2012-12-19 Nissan Motor Co., Ltd. Piston for internal combustion engine
JP4973971B2 (ja) * 2003-08-08 2012-07-11 日産自動車株式会社 摺動部材
DE102004041235A1 (de) * 2004-08-26 2006-03-02 Ina-Schaeffler Kg Verschleißfeste Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
WO2006125683A1 (en) 2005-05-26 2006-11-30 Nv Bekaert Sa Piston ring having hard multi-layer coating
WO2007020138A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 Nv Bekaert Sa Substrate coated with a layered structure comprising a tetrahedral carbon coating
KR20070040577A (ko) * 2005-10-12 2007-04-17 김태영 다이아몬드상 카본이 코팅된 엔진
WO2007064332A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 United Technologies Corporation Metal-free diamond-like-carbon coatings
DE102005060375A1 (de) 2005-12-16 2007-06-21 Steelpat Gmbh & Co. Kg Gleitpendellager
DE102005063123B3 (de) 2005-12-30 2007-05-31 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements, Gleitsystem und Beschichtung für ein Gleitelement
DE102006010916A1 (de) 2006-03-01 2007-09-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen einer Beschichtung aus hartem Kohlenstoff
JP2007297592A (ja) 2006-04-04 2007-11-15 Nissan Motor Co Ltd 低摩擦摺動機構
JP4954644B2 (ja) * 2006-08-31 2012-06-20 日本ピストンリング株式会社 シリンダライナとピストンリングの組み合わせ
ES2573674T3 (es) 2006-12-21 2016-06-09 Inventio Ag Sistema de accionamiento para un dispositivo de traslación con cadena deslizante
JP5273337B2 (ja) 2007-06-01 2013-08-28 神奈川県 低摩擦摺動部材
DE102007060091A1 (de) 2007-12-13 2009-06-25 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Ölabstreifring
JP2009167512A (ja) * 2008-01-21 2009-07-30 Kobe Steel Ltd 摺動部品用ダイヤモンドライクカーボン皮膜およびその製造方法
DE102008016864B3 (de) * 2008-04-02 2009-10-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
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
WO2010020274A1 (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Metso Paper, Inc. Coating for lowering friction effect and improving wear resistance of a component in a fibre web machine and process of producing the same
DE102009003232A1 (de) 2009-05-19 2010-12-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement eines Verbrennungsmotors, insbesondere Kolbenring
DE102010002687C5 (de) 2010-03-09 2015-09-10 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Beschichtung zumindest der Innenfläche eines Kolbenrings sowie Kolbenring
JP5865015B2 (ja) 2011-06-24 2016-02-17 株式会社リケン ピストンリング
JP5865014B2 (ja) 2011-06-24 2016-02-17 株式会社リケン ピストンリング

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2295084C2 (ru) * 2002-12-18 2007-03-10 Маско Корпорейшн оф Индиана Клапанный компонент с многослойной поверхностью
WO2007020139A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 Nv Bekaert Sa Substrate coated with a layered structure comprising a tetrahedral carbon layer and a softer outer layer
RU2342468C1 (ru) * 2007-04-04 2008-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" Способ формирования сверхтвердого легированного углеродного покрытия на кремнии в вакууме
WO2008145459A1 (de) * 2007-05-25 2008-12-04 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Vakuumbehandlungsanlage und vakuumbehandlungsverfahren
WO2009050914A1 (ja) * 2007-10-19 2009-04-23 Imott Corporation フレッチング摩耗を軽減する隙間基材、及び隙間基材を使用した締結構造物

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778062C2 (ru) * 2018-06-18 2022-08-15 Идромеканик Э Фроттман Деталь, снабженная покрытием из негидрированного аморфного углерода на подслое, содержащем хром, углерод и кремний

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012100847A1 (de) 2012-08-02
CN103608482B (zh) 2015-12-09
JP5452734B2 (ja) 2014-03-26
PT2668309T (pt) 2017-02-08
MX2013007971A (es) 2013-11-20
US9086148B2 (en) 2015-07-21
JP2013528697A (ja) 2013-07-11
MX348385B (es) 2017-06-09
EP3091100A1 (de) 2016-11-09
PT3091100T (pt) 2020-03-25
CN103608482A (zh) 2014-02-26
KR101420142B1 (ko) 2014-07-16
EP2668309A1 (de) 2013-12-04
US20130140776A1 (en) 2013-06-06
DE102011003254A1 (de) 2012-08-02
BR112012016440B1 (pt) 2019-10-15
KR20120130168A (ko) 2012-11-29
EP2668309B1 (de) 2016-12-28
EP3091100B1 (de) 2020-02-19
RU2012127374A (ru) 2014-01-10
BR112012016440A2 (pt) 2017-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2520245C2 (ru) Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, имеющий покрытие, и способ получения скользящего элемента
KR101719696B1 (ko) 코팅을 구비한 활주 요소, 특히 피스톤 링
RU2599687C2 (ru) Скользящий элемент с покрытием из алмазоподобного углерода
US9103442B2 (en) Sliding element, in particular a piston ring, having a coating
RU2634811C2 (ru) Элемент скольжения, в частности, поршневое кольцо со стойким покрытием
JP6340014B2 (ja) 摺動エレメント
US20110143976A1 (en) Nitrogen-containing amorphous carbon-type film, amorphous carbon-type lamination film, and sliding member
JP5564099B2 (ja) シリンダとピストンリングの組合せ
JP6297049B2 (ja) コーティングを有するコンポーネントおよびその製造方法
JP2000120870A (ja) ピストンリング
JP2013529249A (ja) ピストンリングの少なくとも内側面を被覆する方法およびピストンリング
JP4359979B2 (ja) 被覆摺動部材
KR20150077451A (ko) 코팅을 가진 부품 및 이의 제조방법
JPWO2017022659A1 (ja) ピストンリング
JP2003247060A (ja) 非晶質炭素被膜の製造方法及び非晶質炭素被覆摺動部品
JP2017133049A (ja) 摺動部材及びその製造方法
Vetter Surface treatments for automotive applications
KR102155139B1 (ko) 내연 기관 라이너
JP4374153B2 (ja) ピストンリング
JP4374154B2 (ja) ピストンリング
JP4374160B2 (ja) ピストンリング
JP6756641B2 (ja) ピストンリング
WO2017218444A1 (en) Boron doped ta-c coating for engine components
WO2022176113A1 (ja) 摺動被膜及び摺動部材
CN110923639B (zh) 附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层、活塞环及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191014