RU2632338C2 - Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием - Google Patents

Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием Download PDF

Info

Publication number
RU2632338C2
RU2632338C2 RU2015120606A RU2015120606A RU2632338C2 RU 2632338 C2 RU2632338 C2 RU 2632338C2 RU 2015120606 A RU2015120606 A RU 2015120606A RU 2015120606 A RU2015120606 A RU 2015120606A RU 2632338 C2 RU2632338 C2 RU 2632338C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
sliding element
dlc
coating
element according
Prior art date
Application number
RU2015120606A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015120606A (ru
Inventor
Маркус КЕННЕДИ
Ральф ЛАММЕРС
Юрий ИВАНОВ
Михаэль ЦИННАБОЛЬД
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 RU2015120606A publication Critical patent/RU2015120606A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2632338C2 publication Critical patent/RU2632338C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • C23C14/22—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
    • 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
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • 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
    • F16J9/28—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction of non-metals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности к поршневому кольцу, по меньшей мере с одной поверхностью скольжения с покрытием. Покрытие по направлению изнутри наружу имеет металлсодержащий адгезионный слой и DLC-слой. DLC-слой представляет собой безводородный слой из аморфного алмазоподобного углерода, который имеет основной DLC-слой, который является протяженным от адгезионного слоя до последующего покровного DLC-слоя, и имеет содержание углерода более чем около 98,5 ат. %, содержание кислорода, и/или водорода, и/или азота в каждом случае составляет менее чем около 0,5 ат. %, и соотношение углерода sp2/sp3 - между около 1 и около 3. Безводородный слой из аморфного алмазоподобного углерода имеет покровный DLC-слой, который является протяженным от основного DLC-слоя до поверхности скользящего элемента и по сравнению с основным слоем имеет меньшее содержание углерода, и/или более высокое содержание кислорода, и/или более высокое содержание водорода, а также содержит металлы и/или оксиды металлов и имеет соотношение углерода sp2/sp3 - между около 1 и около 3. Технический результат состоит в повышении механических и трибологических свойств элементов, в частности поршневых колец для двигателей внутреннего сгорания. 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к скользящему элементу, в частности к поршневому кольцу, по меньшей мере с одной поверхностью скольжения, которая имеет покрытие, которое по направлению изнутри наружу имеет металлсодержащий адгезионный слой и DLC-слой, состоящий из покровного и основного слоя.
Уровень техники
Все более ужесточающиеся законодательные типовые условия и возрастающие запросы покупателей в отношении меньшего расхода топлива двигателями внутреннего сгорания требуют постоянного снижения механических потерь на трение. Но это сопровождается также явно возрастающими требованиями к конструкционным деталям с внедрением средств оптимизации мощности, таких как непосредственный впрыск и турбонаддув, для которых, с их стороны, требуются особенно износостойкие конструктивные элементы.
Для обеспечения срока службы высоконагруженных поршневых колец все больше применяются покрытия из твердых сплавов, как описано в патентном документе DE 4419713. При этом наносятся нитриды металлов, например, такие как CrN и TiN, в виде одно- или многослойного покрытия главным образом с помощью физического осаждения из газовой фазы.
Для снижения трения в системе «поршневое кольцо/поверхность скольжения цилиндра» применяются покрытия из аморфного DLC (алмазоподобного углерода) (Стандарт VDI 2840). Но они еще имеют слишком малый срок службы. И вследствие развития внутренних напряжений, которые уменьшают адгезионную способность и тем самым срок службы, толщины наносимых слоев ограничены величиной около 5 мкм, как описано в патентном документе DE 102005063123 В.
Патентные документы DE 4040456 С1 и DE 19850218 С1 описывают изготовление не содержащих водорода покровных систем из аморфного алмазоподобного углерода с помощью традиционных процессов распыления или так называемых процессов вакуумно-дугового нанесения. Как предполагается, повышение твердости слоев обуславливает улучшенный показатель износа. При этом твердость в значительной степени определяется характером связей, то есть отношением углерод-углеродных связей в состоянии sp2-гибридизации к связям между атомами углерода в состоянии sp3-гибридизации. Чем выше содержание атомов в состоянии sp3-гибридизации, тем более твердым и жестким является DLC-слой.
Получение так называемых безводородных и, соответственно, бескислородных и безводородных аморфных алмазоподобных слоев описано в патентных документах DE 102008022039 А1 и ЕР 0724023 А1.
Правда, с безводородными слоями из аморфного алмазоподобного углерода с высокой твердостью и высоким модулем упругости связаны некоторые технологические проблемы. Во-первых, поверхности очень твердых слоев должны быть очень гладкими, чтобы при высоком контактном напряжении не происходили разрушения на поверхности и тем самым не приводили к выходу системы слоев из строя. Кроме того, вследствие различающихся коэффициентов теплового расширения базового материала поршневого кольца и его покрытия это обуславливает так называемый биметаллический эффект. Он еще больше усиливается вследствие разницы в модуле упругости обоих материалов. В результате при повышении температуры это ведет к повышенному давлению в области замка поршневого кольца, которое может способствовать износу. Кроме того, может повреждаться второй участник пары скольжения (рабочая поверхность зеркала цилиндра) вследствие образования царапин и высокого износа гильзы в верхней мертвой точке.
Сущность изобретения
В основу изобретения положена задача создания скользящего элемента, в частности поршневого кольца, для двигателей внутреннего сгорания с оптимальными механическими, а также трибологическими свойствами. Точнее, задача состоит в создании такого скользящего элемента, поверхность которого обеспечивает по возможности незначительное трение, и/или по возможности незначительный износ, и/или высокую устойчивость к прижогу, и/или оптимальное уплотнение и маслосъемное действие благодаря высокой точности геометрических размеров, и тем самым позволяет получить поршневое кольцо с длительным сроком службы. При этом, по сравнению с существующими твердыми сплавами, желательны более высокая твердость и/или высокая износостойкость, с достаточной прочностью на сдвиг, и/или незначительным трением, и/или инертностью. Кроме того, должен быть в максимальной степени предотвращен биметаллический эффект.
В соответствии с изобретением задача решена с помощью скользящего элемента согласно пункту 1 патентной формулы. Предпочтительные варианты исполнения и усовершенствования могут быть достигнуты согласно признакам, указанным в зависимых пунктах формулы изобретения.
Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, имеет по меньшей мере одну поверхность скольжения, на которую нанесено покрытие, которое по направлению изнутри наружу имеет металлсодержащий адгезионный слой и DLC-слой, причем DLC-слой представляет собой безводородный слой из аморфного алмазоподобного углерода, который имеет основной DLC-слой, который является протяженным от адгезионного слоя до последующего покровного DLC-слоя, и имеет содержание углерода более чем около 98,5 ат. %, содержание кислорода, и/или водорода, и/или азота в каждом случае составляет менее чем около 0,5 ат. %, и sp2/sp3-соотношение углерода между около 1 и около 3, и имеет покровный DLC-слой, который является протяженным от основного DLC-слоя до поверхности скользящего элемента и, по сравнению с основным слоем, имеет меньшее содержание углерода, и/или более высокое содержание кислорода, и/или более высокое содержание водорода, а также содержит металлы и/или оксиды металлов, и имеет sp2/sp3-соотношение углерода между около 1 и около 3.
Описываемый скользящий элемент оказывается предпочтительным в отношении снижения трения и износа, что обусловлено высокой твердостью и хорошими характеристиками инертности DLC-слоя. Соответствующее изобретению sp2/sp3-соотношение является особенно предпочтительным для снижения среднего износа кольца по окружности кольца и износа в области замка поршневого кольца благодаря снижению биметаллического эффекта, в том числе вследствие снижения модуля упругости. Кроме того, повышенная в результате этого точность геометрических размеров содействует достижению оптимального уплотнения и маслосъемного действия.
Кроме того, является особенно предпочтительным соответствующий изобретению диапазон sp2/sp3-соотношения, так как это позволяет отрегулировать оптимальную комбинацию характеристик твердости и гибкости DLC-слоя. Для оптимальных трибологических свойств в покровном DLC-слое предпочтительно присутствует металл, преимущественно в виде оксида металла, и при этом действует как твердый смазочный материал. В общем и целом, таким образом получается скользящий элемент с высокой износостойкостью и более длительным сроком службы.
В предпочтительном варианте, DLC-слой имеет sp2/sp3-соотношение углерода преимущественно от около 1,05 до около 2. Этот предпочтительный диапазон обеспечивает возможность хорошего согласования DLC-слоя с основным материалом скользящего элемента. В частности, может быть предпочтительно снижен модуль упругости, и тем самым улучшена гибкость DLC-слоя, и, например, сокращен биметаллический эффект.
В одном дополнительном предпочтительном варианте исполнения покровный DLC-слой содержит железо и оксиды железа, причем эти оксиды железа могут представлять собой FeО и Fe3О4, что может быть определено методом рентгеновской дифрактометрии. Кроме того, покровный DLC-слой предпочтительно имеет содержание железа около 30 ат. % или менее. Из литературы известно, что оксиды железа в качестве твердого смазочного материала могут обуславливать снижение трения. К тому же, они являются значительно более мягкими материалами, чем безводородные DLC-покрытия, благодаря чему может быть решающим образом улучшена прирабатываемость. Определенная доля площади этих металлов и оксидов металлов ведет к оптимизации износа, прирабатываемости и трения. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения доля площади металла и оксида металла непосредственно на поверхности может быть определена измерениями с помощью растровой электронной микроскопии в так называемом BSE-режиме (дифракции обратно-рассеянных электронов). Она составляет около 5-40%, предпочтительно около 5-25%.
В особенности предпочтительно, чтобы металлы и/или оксиды металлов, которые содержит покровный DLC-слой, находились и, соответственно, были размещены в микронеровностях шероховатой поверхности покровного DLC-слоя. Кроме того, предпочтительно, чтобы металлы и/или оксиды металлов находились только в покровном слое.
Кроме того, покровный DLC-слой предпочтительно имеет содержание углерода около 25 ат. % или менее и содержание кислорода предпочтительно около 50 ат. % или менее.
В предпочтительном варианте поверхность покровного слоя при нормальных атмосферных условиях имеет от около 20 ат. % до около 30 ат. % С-О-связей, от около 8 ат. % до около 15 ат. %, предпочтительно от около 10 ат. % до около 15 ат. % С=О-связей и от около 6 ат. % до около 10 ат. % О-С=О-связей. Повышенное содержание С-О-связей, в частности, в соответствующем изобретению слое, ведет к увеличенному содержанию насыщенных углерод-углеродных связей и благоприятному снижению износа и трения.
Покровный DLC-слой предпочтительно имеет толщину до около 2 мкм, предпочтительно около 1 мкм, и основной DLC-слой имеет толщину от около 5 мкм до около 40 мкм. Предпочтительные толщины обеспечивают позитивное влияние в отношении длительного срока службы и эксплуатационной долговечности и тем самым долговременной защиты от абразивного и адгезивного износа и выхода конструкционных деталей из строя.
Содержание металла, и/или содержание кислорода, и/или содержание водорода внутри покровного DLC-слоя предпочтительно возрастает по направлению к его наружной стороне. Предпочтительное концентрирование этих элементов на наружной стороне ведет к благоприятным трибологическим характеристикам покрытия и к сокращению среднего износа кольца по окружности кольца и износа в области замка поршневого кольца.
DLC-слой предпочтительно имеет твердость около 1800-3500 HV0.02 и/или, кроме того, предпочтительно модуль упругости около 150-320 ГПа. Комбинация более высокой твердости по сравнению с обычными материалами на основе твердых сплавов и сниженных модулей упругости сравнительно с традиционными, в частности, безводородными DLC-материалами, является особенно благоприятной, поскольку тем самым могут быть повышены износостойкость и точность геометрических размеров и снижен биметаллический эффект.
Кроме того, DLC-слой преимущественно имеет среднюю высоту неровностей шероховатой поверхности Rz < около 2 мкм, предпочтительно Rz < около 1 мкм и высоту редуцированных выступов Rpk < около 0,15 мкм, предпочтительно Rpk < около 0,1 мкм. Эта незначительная шероховатость, которая может быть достигнута при более мягких поверхностных слоях с меньшей технической сложностью, является особенно благоприятной, поскольку тем самым может быть предотвращен выход системы слоев из строя из-за разрушения вследствие неровностей в твердых углеродных слоях.
Адгезионный слой предпочтительно имеет толщину от около 0,05 до около 1,0 мкм и, кроме того, предпочтительно содержит хром или титан. Кроме того, основной материал скользящего элемента предпочтительно представляет собой ковкий чугун или сталь. Этот соответствующий изобретению вариант исполнения обеспечивает в общем лишь оптимальное и прочное сцепление уменьшающих износ DLC-слоев с основным материалом скользящего элемента и тем самым в значительной мере содействует его работоспособности.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет схематическое изображение строения покрытия на скользящем элементе.
Фиг. 2 представляет полученное в растровом электронном микроскопе в BSE-режиме (дифракции обратно-рассеянных электронов) изображение отполированного безводородного слоя из аморфного алмазоподобного углерода в изломе покрытия.
Фиг. 3 представляет величины среднего относительного износа кольца по окружности кольца описанных в таблице 1 и испытанных скользящих элементов.
Фиг. 4 представляет средние величины относительного износа кольца в области замка, описанные в таблице 1, и испытанных скользящих элементов.
Варианты осуществления изобретения
Фиг. 1 представляет соответствующее изобретению строение покрытия скользящего элемента. Непосредственно к основному материалу скользящего элемента примыкает адгезионный слой 1. На этот адгезионный слой нанесен основной DLC-слой 2, и на нем в качестве поверхностного слоя размещен покровный DLC-слой 3.
Фиг. 2 показывает полученный в растровом электронном микроскопе вид покрытия сбоку. В зависящей от материала BSE-контрастности (дифракции обратно-рассеянных электронов) углеродсодержащий материал 4 проявляется как черно-серый. Кроме того, различимы белые области вблизи поверхности покрытия, которые представляют содержащий железо материал 5. Стрелки 6 и 7 в каждом случае указывают толщины содержащего железо материала на выбранных примерных точках измерения.
Таблица 1 приводит обзор трех различных покрытий скользящего элемента, в частности поршневого кольца, и перечисляет их обозначения, способы получения, толщины слоев, механические свойства и sp2/sp3-соотношения. При этом система слоев «PtaC2» соответствует предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Ценность всех скользящих элементов была установлена в моторном испытании на двигателе, то есть в высоконагруженном дизельном двигателе с давлением сгорания 200 бар (20 МПа) и удельной мощностью 71 кВт/литр рабочего объема. Фиг. 3 и фиг. 4 показывают сопоставление величин среднего относительного износа кольца по окружности кольца и среднего относительного износа кольца в области замка после 500 часов продолжительности работы, причем в качестве эталона (100%) был использован прототипный образец в форме CrN-покрытия. Предпочтительный вариант исполнения представляется как особенно благоприятный, то есть сравнительно безызносный. То, как действует пониженное sp3-содержание, необычайно проявляется в сравнении с прототипом, так как «PtaC2» имеет меньшую твердость и более низкий модуль упругости, чем «PtaC1».
Кроме того, было определено уплотняющее действие поршневых колец, изготовленных с покрытиями согласно таблице 1, с помощью контурной маркировки на вставленном кольце. По ней затем определено радиальное давление по всему периметру кольца.
По сравнению с «PtaC1», предпочтительный вариант исполнения «PtaC2» отличается областью почти без давления в замке поршневого кольца с незначительным схождением и является не проницаемым на просвет. Это указывает на точность геометрических размеров и уплотняющее действие также при высоких температурах.
Кроме того, необходимая поверхностная обработка обозначенных как «PtaC» слоев может изменять их микроструктуру и поверхностный состав. Так, с помощью SIMS (масс-спектрометрии вторичных ионов) было измерено, что в случае «PtaC1» и «PtaC2» после обработки/полировки это привело к повышению содержания кислорода от величины < около 0,5 ат. % на глубине от около 500 нм до основного материала до примерно 47 ат. % в приповерхностной области. Равным образом, повысилось содержание железа от величины < около 1 ат. % до около 23 ат. %, и содержание углерода снизилось от около 99 ат. % по глубине DLC-слоя до около 30 ат. % в приповерхностной области.
Таблица 1
Обозначение Способ изготовления Толщина слоя [мкм] Модуль упругости [ГПа] Твердость [HV0.02] sp2/sp3-соотношение
PCN Физическое осаждение из паровой фазы 32 230-270 1180-1370 -
«PtaC1» Физическое осаждение из паровой фазы 22 370-410 3300-4500 0,8-1
«PtaC2» Физическое осаждение из паровой фазы 23 185-210 2470-2940 1,05-2
Таблица 2, на основе исследований с помощью REM (растровой электронной микроскопии), приводит долю площади Fe для покрытий «PtaC1» и «PtaC2». Кроме того, таблица 2, на основе измерений с использованием XPS (рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии) и тем самым для области поверхности с толщиной около 10 нм, то есть для покровного слоя, представляет величины содержания углерод-кислородных связей.
Сравнительно с «PtaC1», соответствующее предпочтительному варианту осуществления изобретения покрытие «PtaC2» отличается сравнительно большим содержанием Fe на поверхности, а также повышенным содержанием ординарных С-О-связей. Следует ожидать, что не связанный с кислородом углерод в нормальной атмосфере будет создавать связь с водородом, которая имеет меньшую энтальпию образования, чем С-О-соединение, и поэтому «PtaC1» по сравнению с соответствующим изобретению «PtaC2» имеет уменьшенную износостойкость, а также более высокое трение. Однако этот тип связывания не может быть обнаружен методом XPS.
Таблица 2
Обозначение слоя Доля площади Fe [%] (REM-измерения) Содержание углерод-кислородных связей [ат%] (XPS-измерения)
С-О С=О О-С=О
«PtaC1» 13,8-27,3 11,7 10,3 6,0
«PtaC2» 11,7-36,5 24,7 11,3 8,0
Соответствующий изобретению скользящий элемент может быть изготовлен с использованием PVD-способа, в котором, например, хром в качестве адгезионного слоя и углерод испаряются, ионизируются и посредством электромагнитных полей осаждаются на основной материал скользящего элемента. Дополнительная обработка скользящего элемента выполняется в последующем процессе, в котором, в сочетании с термохимическим процессом, например, инициируемым при нагревании окислением, это приводит к переносу материала с металлического обрабатывающего материала. В результате соответствующие металлы и/или оксиды металлов откладываются в микронеровностях шероховатой поверхности покровного DLC-слоя, как ясно можно распознать по белым участкам на фиг. 2.

Claims (21)

1. Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, по меньшей мере с одной поверхностью скольжения, имеющей покрытие, которое по направлению изнутри наружу имеет металлсодержащий адгезионный слой и DLC-слой, причем DLC-слой представляет собой безводородный слой из аморфного алмазоподобного углерода, который имеет основной DLC-слой, который является протяженным от адгезионного слоя до последующего покровного DLC-слоя и имеет содержание углерода более чем около 98,5 ат. %, содержание кислорода и/или водорода и/или азота в каждом случае менее чем около 0,5 ат. % и соотношение углерода sp2/sp3 от около 1 до около 3, и имеет покровный DLC-слой, который является протяженным от основного DLC-слоя до поверхности скользящего элемента и по сравнению с основным слоем имеет меньшее содержание углерода и/или более высокое содержание кислорода и/или более высокое содержание водорода, а также металлы и/или оксиды металлов и соотношение углерода sp2/sp3 от около 1 до около 3.
2. Скользящий элемент по п. 1, в котором DLC-слой имеет соотношение углерода sp2/sp3 от около 1,05 до около 2.
3. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором покровный DLC-слой содержит железо и/или оксиды железа.
4. Скользящий элемент по п. 3, в котором оксиды железа представляют собой FeO и/или Fe3O4.
5. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором покровный DLC-слой имеет содержание железа около 30 ат. % или менее.
6. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором покровный DLC-слой имеет содержание углерода около 25 ат. % или более.
7. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором покровный DLC-слой имеет содержание кислорода около 50 ат. % или менее.
8. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором поверхность покровного DLC-слоя имеет следующие значения содержания углерод-кислородных связей:
С-O от около 20 ат. % до около 30 ат. %,
С=O от около 8 ат. % до около 15 ат. %, предпочтительно от около 10 ат. % до около 15 ат. %,
O-С=O от около 6 ат. % до около 10 ат. %.
9. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором находящиеся на поверхности покрытия металлы и/или оксиды металлов имеют долю площади около 5-40%, предпочтительно около 5-25%.
10. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором покровный DLC-слой имеет толщину до около 2 мкм, предпочтительно около 1 мкм.
11. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором основной DLC-слой имеет толщину от около 5 мкм до около 40 мкм.
12. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором содержание металла и/или содержание кислорода и/или содержание водорода внутри покровного DLC-слоя возрастают/возрастает к его наружной стороне.
13. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором DLC-слой имеет твердость около 1800-3500 HV0.02.
14. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором DLC-слой имеет модуль упругости около 150-320 ГПа.
15. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором DLC-слой имеет среднюю высоту неровностей шероховатой поверхности Rz < около 2 мкм, предпочтительно Rz < около 1 мкм и высоту редуцированных выступов Rpk < около 0,15 мкм, предпочтительно Rpk < около 0,1 мкм.
16. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором адгезионный слой имеет толщину от около 0,05 мкм до около 1,0 мкм.
17. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором адгезионный слой содержит хром или титан.
18. Скользящий элемент по п. 1 или 2, в котором основной материал скользящего элемента представляет собой ковкий чугун или сталь.
RU2015120606A 2012-10-31 2013-10-31 Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием RU2632338C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012219930.6A DE102012219930A1 (de) 2012-10-31 2012-10-31 Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung
DE102012219930.6 2012-10-31
PCT/EP2013/072781 WO2014068040A1 (de) 2012-10-31 2013-10-31 Gleitelement, insbesondere kolbenring, mit einer beschichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015120606A RU2015120606A (ru) 2016-12-20
RU2632338C2 true RU2632338C2 (ru) 2017-10-04

Family

ID=49517501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120606A RU2632338C2 (ru) 2012-10-31 2013-10-31 Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9488276B2 (ru)
EP (1) EP2914761B1 (ru)
JP (1) JP6333270B2 (ru)
KR (1) KR102184805B1 (ru)
CN (1) CN104812926B (ru)
BR (1) BR112015009584B1 (ru)
DE (1) DE102012219930A1 (ru)
PT (1) PT2914761T (ru)
RU (1) RU2632338C2 (ru)
WO (1) WO2014068040A1 (ru)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
DE102014213822A1 (de) * 2014-07-16 2016-01-21 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Verfahren zur Herstellung desselben
JP5918326B2 (ja) * 2014-09-16 2016-05-18 株式会社リケン 被覆摺動部材
US10458548B2 (en) * 2015-08-10 2019-10-29 Nippon Itf, Inc. Piston ring and method for manufacturing same
WO2017104822A1 (ja) * 2015-12-18 2017-06-22 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
JP7106194B2 (ja) * 2016-03-01 2022-07-26 エリコン サーフェス ソリューションズ アーゲー、 プフェフィコン ジルコニウム接着膜を備えた水素フリー炭素被覆部
CN107835866B (zh) * 2016-03-04 2019-06-28 株式会社理研 滑动构件及活塞环
BR102016007169B1 (pt) * 2016-03-31 2023-01-10 Mahle International Gmbh Anel de pistão para motores de combustão interna, processo para obtenção de anel de pistão e motor de combustão interna
BR102016017735B1 (pt) * 2016-07-29 2021-05-18 Mahle Metal Leve S.A. elemento deslizante para motores de combustão interna
US10858727B2 (en) * 2016-08-19 2020-12-08 Applied Materials, Inc. High density, low stress amorphous carbon film, and process and equipment for its deposition
CN110446883B (zh) 2017-03-31 2020-10-09 株式会社理研 滑动构件和活塞环
WO2018179708A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社リケン 摺動部材及びピストンリング
US11047478B2 (en) * 2017-06-02 2021-06-29 Mahle International Gmbh Piston ring and method of manufacture
US11293548B2 (en) 2017-06-20 2022-04-05 Nippon Piston Ring Co., Ltd Sliding member and coating film
DE102017210559A1 (de) * 2017-06-22 2018-12-27 Mahle International Gmbh Kolbenring für einen Kolben einer Brennkraftmaschine
JP6883805B2 (ja) * 2017-06-27 2021-06-09 トーヨーエイテック株式会社 硬質被膜及びその製造方法
US11193588B2 (en) * 2017-08-09 2021-12-07 Mainspring Energy, Inc. Reinforced sealing rings
US10844857B2 (en) 2018-06-19 2020-11-24 Ingersoll-Rand Industrial U.S., Inc. Compressor system with purge gas system
US11560808B2 (en) * 2018-09-19 2023-01-24 Raytheon Technologies Corporation Seal assembly for gas turbine engine
DE102018125631A1 (de) * 2018-10-16 2020-04-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Schichtsystem, Rollelement und Verfahren
DE102018131022A1 (de) * 2018-12-05 2020-06-10 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Gleitlager und Verfahren zur Herstellung eines Lagerelementes für ein Gleitlager
DE102019001120A1 (de) * 2019-02-15 2020-08-20 KSB SE & Co. KGaA Entlastungseinrichtung
CN114466950A (zh) * 2019-09-30 2022-05-10 日本活塞环株式会社 滑动构件、其制造方法及包覆膜
JP7284700B2 (ja) * 2019-12-17 2023-05-31 株式会社リケン 摺動機構
DE102020124180A1 (de) 2020-09-16 2022-03-17 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring
CN113582172B (zh) * 2021-07-16 2022-07-29 东莞市华升真空镀膜科技有限公司 类金刚石碳结构及其制备方法与应用
JP7093899B1 (ja) 2022-03-02 2022-06-30 Ｔｐｒ株式会社 高耐摩耗性被膜を備えた摺動部材

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000128516A (ja) * 1998-10-30 2000-05-09 Riken Corp 低摩耗性と優れた密着性を有する複合ダイヤモンドライクカーボン皮膜
RU2201999C2 (ru) * 2001-06-29 2003-04-10 Нежданов Владимир Иванович Способ модификации железосодержащих поверхностей узлов трения
US20080220257A1 (en) * 2005-08-18 2008-09-11 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
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
RU2440441C2 (ru) * 2006-10-20 2012-01-20 Х.Е.Ф. Деталь в скользящем контакте в режиме смазки, покрытая тонкой пленкой

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0221531A3 (en) * 1985-11-06 1992-02-19 Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha High heat conductive insulated substrate and method of manufacturing the same
AU631037B2 (en) * 1989-12-28 1992-11-12 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Hard and lubricant thin film of amorphous carbon-hydrogen-silicon, iron base metallic material coated therewith, and the process for producing the same
DE4040456A1 (de) 1990-12-18 1992-06-25 Ilmenau Tech Hochschule Vorrichtung zur erzeugung vorkomprimierter luft, insbesondere fuer druckluftgewehre
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
KR0134942B1 (ko) * 1993-06-11 1998-06-15 이다가끼 유끼오 비정질 경질 탄소막 및 그 제조 방법
DE19502568C1 (de) 1995-01-27 1996-07-25 Fraunhofer Ges Forschung Harte, amorphe, wasserstofffreie C-Schichten und Verfahren zu ihrer Herstellung
NL1007046C2 (nl) * 1997-09-16 1999-03-17 Skf Ind Trading & Dev Bekleed wentellager.
DE19850218C1 (de) 1998-08-26 2000-03-30 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren 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
JP4793531B2 (ja) * 2001-07-17 2011-10-12 住友電気工業株式会社 非晶質炭素被膜と非晶質炭素被膜の製造方法および非晶質炭素被膜の被覆部材
EP1479946B1 (en) * 2003-05-23 2012-12-19 Nissan Motor Co., Ltd. Piston for internal combustion engine
DE102004041235A1 (de) * 2004-08-26 2006-03-02 Ina-Schaeffler Kg Verschleißfeste Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
JP5755830B2 (ja) * 2005-08-18 2015-07-29 スルザー メタプラス ゲーエムベーハー 四面体炭素膜を備える層状構造体により被覆した基板
JP2007162099A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Toyota Motor Corp 硬質炭素膜及びその製造方法並びに摺動部材
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
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
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
DE102008037871A1 (de) * 2008-08-15 2010-02-25 Amg Coating Technologies Gmbh Gleitelement mit Mehrfachschicht
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
JP2010261473A (ja) * 2009-04-30 2010-11-18 Yamaha Motor Co Ltd 内燃機関用摺動部品、内燃機関、輸送機器および内燃機関用摺動部品の製造方法
DE102009046281B3 (de) * 2009-11-02 2010-11-25 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Kombination eines Gleitelements mit einem Laufpartner
JP2012062534A (ja) * 2010-09-16 2012-03-29 Jtekt Corp 摺動部材
DE102011003254A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000128516A (ja) * 1998-10-30 2000-05-09 Riken Corp 低摩耗性と優れた密着性を有する複合ダイヤモンドライクカーボン皮膜
RU2201999C2 (ru) * 2001-06-29 2003-04-10 Нежданов Владимир Иванович Способ модификации железосодержащих поверхностей узлов трения
US20080220257A1 (en) * 2005-08-18 2008-09-11 Nv Bekaert Sa Substrate Coated with a Layered Structure Comprising a Tetrahedral Carbon Layer and a Softer Outer Layer
RU2440441C2 (ru) * 2006-10-20 2012-01-20 Х.Е.Ф. Деталь в скользящем контакте в режиме смазки, покрытая тонкой пленкой
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
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

Also Published As

Publication number Publication date
JP6333270B2 (ja) 2018-05-30
US9488276B2 (en) 2016-11-08
RU2015120606A (ru) 2016-12-20
CN104812926B (zh) 2017-09-22
PT2914761T (pt) 2016-11-08
BR112015009584B1 (pt) 2021-06-15
KR102184805B1 (ko) 2020-12-01
DE102012219930A1 (de) 2014-04-30
EP2914761A1 (de) 2015-09-09
JP2016502593A (ja) 2016-01-28
BR112015009584A2 (pt) 2017-07-04
WO2014068040A1 (de) 2014-05-08
EP2914761B1 (de) 2016-10-05
KR20150080540A (ko) 2015-07-09
US20150292622A1 (en) 2015-10-15
CN104812926A (zh) 2015-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2632338C2 (ru) Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием
KR101420142B1 (ko) 코팅을 구비한 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링, 및 슬라이딩 요소의 제조방법
US10131988B2 (en) Sliding element, in particular piston ring, and combination of a sliding element with a mating running element
JP6340014B2 (ja) 摺動エレメント
US9103015B2 (en) Sliding element and method for coating a sliding element
JP5030439B2 (ja) 摺動部材
US9611543B2 (en) Sliding element having a coating
US20130084031A1 (en) Sliding element with dlc coating
US20130316156A1 (en) Sliding element, in particular a piston ring, having a coating
KR102265022B1 (ko) 슬라이딩 요소, 특히 피스톤 링
JP6422495B2 (ja) ピストンリング
US20140323367A1 (en) Element comprising at least one sliding surface having a coating for use in an internal combustion engine or a compressor
JP2019516914A (ja) 保護層を備えるコーティングピストンリング
US9388900B2 (en) Method for producing a piston ring having embedded particles
WO2017218444A1 (en) Boron doped ta-c coating for engine components
WO2019107442A9 (ja) 摺動部材
JPS6357964A (ja) ピストンリング

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20180402

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191101