RU2677816C2 - Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо - Google Patents

Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо Download PDF

Info

Publication number
RU2677816C2
RU2677816C2 RU2016131087A RU2016131087A RU2677816C2 RU 2677816 C2 RU2677816 C2 RU 2677816C2 RU 2016131087 A RU2016131087 A RU 2016131087A RU 2016131087 A RU2016131087 A RU 2016131087A RU 2677816 C2 RU2677816 C2 RU 2677816C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sliding element
carbon
element according
based coating
sliding
Prior art date
Application number
RU2016131087A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016131087A (ru
RU2016131087A3 (ru
Inventor
Маркус КЕННЕДИ
Михаэль ЦИННАБОЛЬД
Петер ЭССЕР
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=52011225&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2677816(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Федерал-Могул Буршайд Гмбх filed Critical Федерал-Могул Буршайд Гмбх
Publication of RU2016131087A publication Critical patent/RU2016131087A/ru
Publication of RU2016131087A3 publication Critical patent/RU2016131087A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2677816C2 publication Critical patent/RU2677816C2/ru

Links

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
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • 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
    • 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
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0635—Carbides
    • 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
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C23C16/0281—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating of metallic sub-layers
    • 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
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • 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
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32—Carbides
    • 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
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • 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
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • 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
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/341—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one carbide layer
    • 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
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/343—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one DLC or an amorphous carbon based layer, the layer being doped or not
    • 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
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
    • 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

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности поршневому кольцу. Скользящий элемент имеет по меньшей мере одну поверхность скольжения, снабженную покрытием на основе углерода и по меньшей мере на отдельных участках имеющую среднеквадратичное значение локальных углов наклона профиля RΔшероховатости согласно стандарту DIN EN ISO 4287, равное от 0,05 до 0,11 или от 0,08 до 0,1. Обеспечивается скользящий элемент, имеющий улучшенную комбинацию наименьшего возможного износа и наименьшего возможного трения в начале скользящего движения, в частности в двигателе. 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности, к поршневому кольцу.
Для скользящих элементов вообще, и для поршневых колец в частности, существенным критерием является то, до какой степени во время работы возникают потери на трение. Для двигателей внутреннего сгорания, в которых используются поршневые кольца, как рынок, так и законодательство требуют снижения расхода топлива и тем самым выбросов диоксида углерода. Поскольку поршневые кольца ответственны приблизительно за четверть потерь на механическое трение, и тем самым примерно за 4% расхода топлива, исследования в значительной мере сосредоточиваются на мерах сокращения этих потерь на трение вообще, обусловленных поршневыми кольцами и скользящими элементами.
Для этого, как было описано, например, в DE 44 19 713 А1, применяются покрытия из твердого сплава, которые обычно формируют методами PVD (физического осаждения из паровой фазы). С другой стороны, используются покрытия из аморфного алмазоподобного углерода (DLC), которые, однако, обычно могут быть нанесены только слоем толщиной в несколько мкм. Еще одной сложной задачей является создание экстремально твердых DLC-покрытий с достаточно низкой шероховатостью, чтобы избежать повреждения беговых поверхностей цилиндра или гильз цилиндров, а также износа. Различные системы ТаС-покрытий, пригодные для этой цели, известны из DE 10 2008 022 039 А1 и ЕР 0 724 023 А1.
С учетом этой ситуации изобретение имеет задачей создание скользящего элемента и, в частности, поршневого кольца, которое улучшено в отношении комбинации наименьшего возможного износа и наименьшего возможного трения также в начале скользящего движения, в частности, в двигателе.
Эта задача решается с помощью скользящего элемента, описанного в пункте 1 формулы изобретения. Соответственно этому, скользящий элемент, который предпочтительно представляет собой поршневое кольцо, имеет поверхность скольжения (рабочая поверхность), снабженную покрытием на основе углерода, и по меньшей мере на отдельных участках, имеющую среднеквадратичное значение локальных углов наклона профиля RΔq шероховатости (далее называется просто как шероховатость RΔq)согласно стандарту DIN EN ISO 4287, составляющее 0,05-0,11, предпочтительно от 0,08 до 0,1. Многочисленные испытания показали, что сравнительно низкие потери на трение при использовании покрытия на основе углерода обеспечиваются тем обстоятельством, что термически и/или механически возбужденно sp3-гибридизованные атомы углерода преобразуются в sp2-гибридизованные атомы углерода. Это имеет результатом очень тонкий и - по сравнению с расположенным под ним DLC-слоем - более мягкий верхний слой, который обусловливает снижение трения.
Согласно изобретению, это желательное преобразование в особенности благоприятно по тем соображениям, что средний наклон профиля в профиле шероховатости составляет величину, превышающую или по меньшей мере равную минимальному значению 0,05. Используемое в изобретении значение RΔq определяется именно указанным стандартом как среднеквадратичное значение локальных углов наклона профиля шероховатости (то есть как среднеквадратичный наклон фильтрованного профиля) относительно средней линии. Таким образом, низкое значение означает сравнительно «плоский» профиль, и высокое значение предполагает сравнительно «крутой» профиль. Испытания показали, что ниже значения RΔq, равного 0,05, коэффициент трения становится выше 0,035, что лежит в нежелательном порядке величин. Поэтому при значениях RΔq, превышающих или только равных 0,05, могут быть обеспечены очень низкие коэффициенты трения, что объясняется тем фактом, что, хотя изобретение не должно ограничиваться этим, наклон профиля является достаточно крутым, чтобы вызвать многочисленные преобразования из sp3- в sp2-гибридизированные атомы углерода и тем самым обеспечить положительное влияние на коэффициент трения желательным образом.
В то же время было обнаружено, что при значениях RΔq 0,1 или более, и, в частности, 0,11 или более, износ усиливается нежелательным образом, а именно лежит в порядке величин более 3 мкм. Объяснение этому, чем изобретение также не должно ограничиваться, состоит в том, что при сравнительно «крутом» наклоне профиля шероховатости возрастает контактное давление, что влечет за собой износ. Тем самым изобретение представляет предпочтительный баланс между благоприятными значениями износа и низкими коэффициентами трения. Что касается желательных значений RΔq, то следует упомянуть, что они могут быть настроены подходящими процессами нанесения покрытия и, в частности, процессами обработки. Значения RΔq обеспечиваются подходящим сочетанием процессов нанесения покрытия и выравнивания (придания гладкости). Способ нанесения покрытия представляет собой способ PA-CVD (стимулируемое плазмой химическое осаждение из паровой фазы) или PVD. Эти способы позволяют целенаправленно настраивать механические свойства, необходимые для достижения требуемых величин шероховатости. Параметром настройки является энергия осаждаемых ионов углерода. На эту энергию могут влиять изменения мощности испарения, магнитные поля, а также источник напряжения смещения. Процесс выравнивания (придания гладкости) является сверхчистовой обработкой с использованием определенных содержащих алмазы выглаживающих инструментов, причем морфология алмазов, распределение связанных алмазов, а также сам инструмент подгоняются надлежащим образом.
Изобретение главным образом основывается на вышеуказанных обнаруженных фактах относительно диапазона значений RΔq, тогда как в отношении прочих параметров шероховатости было найдено, что эти параметры непригодны для ограничения заданных диапазонов, чтобы достичь предпочтительного баланса между величинами износа и значениями трения. В отношении вышеупомянутых измеренных значений следует сказать, что, как более подробно разъясняется ниже со ссылкой на таблицу, эти значения были определены в смешанных условиях трения, насколько они существенны во время реальной работы двигателей внутреннего сгорания. Здесь толщина смазочной пленки достигает по существу общей глубины шероховатости поверхности основной детали и сопряженной детали, то есть, например, поршневого кольца и гильзы цилиндра, так что нагрузки за счет непосредственного контакта вершин шероховатостей могут передаваться на партнера скольжения. В этой ситуации на характеристику трения влияет контакт твердых тел, что требует по возможности более гладких поверхностей. Даже малейшие неровности могут создавать срезающие силы, которые повреждают, в частности, покрытие на основе углерода, и могут приводить к отслоению покрытия.
Предпочтительные варианты исполнения скользящего элемента согласно изобретению описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Поскольку скользящий контакт между, например, поршневым кольцом и гильзой цилиндра возникает, в частности, в области выпуклости (бочкообразность), то есть, выпукло изогнутой рабочей поверхности поршневого кольца, предпочтительно, чтобы шероховатость согласно изобретению формировалась по меньшей мере на участке такой выпуклости.
Более того, было найдено, что описываемые значения RΔq должны иметь место в осевом направлении поршневого кольца на 10-90%, предпочтительно 25-75% поверхности скольжения (рабочая поверхность).
Покрытие предпочтительно представляет собой покрытие на основе углерода типа ТаС, чтобы быть в состоянии особенно хорошо использовать описываемые эффекты.
Что касается толщины слоя покрытия на основе углерода, то диапазон 0,5, предпочтительно от 10 до 30 мкм, проявил себя как особенно благоприятный. Дополнительно предпочтительный диапазон толщин слоя составляет от 0,5 до 10 мкм.
Равным образом это применимо для sp3-, то есть имеющего возможность преобразования в sp2, количества гибридизованных атомов углерода по меньшей мере 40 ат.%.
Во время испытаний удалось дополнительно установить, что существует стабильная корреляция между значениями RΔq и износом, а также коэффициентами трения, в частности, для значений модуля Юнга от 180 до 260 ГПа, и величин твердости от 1600 до 2800 HV0,02. Оба параметра измеряются согласно методу Оливера и Фарра (O&P).
Что касается соотношения «sp3/sp2», то предпочтительным является значение от 0,3 до 1,2.
Для прочной адгезии покрытия на основе углерода к подложке предпочтительным является металлсодержащий адгезивный слой, включающий хром и/или титан, между покрытием на основе углерода и подложкой.
Для толщины адгезивного слоя оказался благоприятным диапазон от 0,05 мкм до 1,0 мкм.
Описанные благоприятные эффекты в отношении как износа, так и коэффициента трения, могут быть установлены, в частности, для количества углерода в покрытии, которое составляет более 99% по всей толщине слоя.
Наконец, поршневое кольцо предпочтительно изготавливается из чугуна или стали.
ПРИМЕРЫ
Примеры согласно изобретению в форме реальных сегментов поршневых колец на действительном хонингованном участке рабочей поверхности цилиндра из серого чугуна в системе измерения «колебание-трение-износ» были испытаны в смешанных условиях трения при заданных условиях давления и температуры. Приведенная ниже таблица представляет соответственные значения RΔq в мкм, обозначенные как Rdq, совместно с соответствующим износом кольца и коэффициентом трения. Как, в частности, очевидно из общей оценки, как износ кольца, так и коэффициент трения являются находятся в порядке («OK») только в диапазоне значения RΔq от 0,05 до 0,11. Величины модуля Юнга и твердости были в вышеуказанных диапазонах, для которых удалось найти особенно стабильную корреляцию между значениями RΔq и износом кольца, а также коэффициентом трения.
Rdq Rz Rk Rpk Износ кольца Коэффициент трения μ Оценка износа кольца Оценка коэффициента трения В целом
(мкм) (мкм) (мкм) (мкм) ()
0,02 0,2 0,06 0,02 1,0 0,049 OK не OK не OK
0,02 0,3 0,07 0,02 0,5 0,048 OK не OK не OK
0,02 0,23 0,1 0,02 1,0 0,052 OK не OK не OK
0,02 0,18 0,07 0,02 1,5 0,044 OK не OK не OK
0,02 0,22 0,11 0,03 0,5 0,043 OK не OK не OK
0,04 0,56 0,15 0,02 0,5 0,05 OK не OK не OK
0,06 0,45 0,18 0,08 1,0 0,024 OK OK OK
0,07 0,88 0,24 0,13 2,5 0,027 OK OK OK
0,08 0,94 0,25 0,15 2,0 0,032 OK OK OK
0,08 1,07 0,18 0,19 1,0 0,027 OK OK OK
0,09 1,15 0,24 0,16 1,5 0,03 OK OK OK
0,09 1,06 0,26 0,16 1,5 0,03 OK OK OK
0,1 1,11 0,31 0,18 3,0 0,033 OK OK OK
0,12 1,06 0,32 0,18 11,0 0,012 не OK OK не OK
0,14 1,1 0,43 0,17 6,5 0,015 не OK OK не OK
0,15 1,08 0,45 0,18 5,5 0,009 не OK OK не OK

Claims (13)

1. Скользящий элемент, имеющий по меньшей мере одну поверхность скольжения, снабженную покрытием на основе углерода и по меньшей мере на отдельных участках имеющую среднеквадратичное значение локальных углов наклона профиля RΔq шероховатости согласно стандарту DIN EN ISO 4287, равное от 0,05 до 0,11 или от 0,08 до 0,1.
2. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что среднеквадратичное значение локальных углов наклона профиля RΔq шероховатости составляет от 0,05 до 0,1 по меньшей мере в области выпуклости скользящего элемента.
3. Скользящий элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что среднеквадратичное значение локальных углов наклона профиля RΔq шероховатости составляет от 0,05 до 0,1 в осевом направлении на 10-90%, предпочтительно 25-75% поверхности скольжения.
4. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие на основе углерода представляет собой покрытие типа Та-С.
5. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя покрытия составляет от 0,5 до 30 мкм, предпочтительно от 10 до 30 мкм.
6. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие на основе углерода имеет sp3-количество гибридизованных атомов углерода по меньшей мере 40 ат.%.
7. Скользящий элемент по любому из пп.1, 4 или 6, отличающийся тем, что покрытие на основе углерода имеет модуль Юнга от 180 до 260 ГПа и/или твердость от 1600 до 2800 HV0,02.
8. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие на основе углерода включает кислород и/или водород, каждый в количестве менее 0,5 ат.%.
9. Скользящий элемент по п.1 или 6, отличающийся тем, что покрытие на основе углерода имеет соотношение «sp3/sp2» от 0,3 до 1,2.
10. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что между покрытием на основе углерода и подложкой создан металлсодержащий адгезивный слой, включающий хром и/или титан.
11. Скользящий элемент по п.10, отличающийся тем, что адгезивный слой имеет толщину от 0,05 до 1,0 мкм.
12. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что доля углерода в покрытии на основе углерода составляет более 99% по всей толщине слоя.
13. Скользящий элемент по п.1, отличающийся тем, что скользящий элемент представляет собой поршневое кольцо, выполненное из чугуна или стали.
RU2016131087A 2014-01-15 2014-12-08 Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо RU2677816C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014200607.4 2014-01-15
DE102014200607.4A DE102014200607A1 (de) 2014-01-15 2014-01-15 Gleitelement, insbesondere Kolbenring
PCT/EP2014/076866 WO2015106884A1 (de) 2014-01-15 2014-12-08 Gleitelement, insbesondere kolbenring

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016131087A RU2016131087A (ru) 2018-02-20
RU2016131087A3 RU2016131087A3 (ru) 2018-08-06
RU2677816C2 true RU2677816C2 (ru) 2019-01-21

Family

ID=52011225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016131087A RU2677816C2 (ru) 2014-01-15 2014-12-08 Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10072756B2 (ru)
EP (1) EP3094763B1 (ru)
JP (1) JP6549133B2 (ru)
KR (1) KR102265022B1 (ru)
CN (1) CN105992837B (ru)
BR (1) BR112016016403B1 (ru)
DE (1) DE102014200607A1 (ru)
PT (1) PT3094763T (ru)
RU (1) RU2677816C2 (ru)
WO (1) WO2015106884A1 (ru)

Families Citing this family (10)

* 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
US10036472B2 (en) * 2016-03-04 2018-07-31 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
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 (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2244856C2 (ru) * 1998-06-02 2005-01-20 Федераль-Могуль Висбаден ГмбХ Подшипник скольжения и способ его изготовления
RU2440441C2 (ru) * 2006-10-20 2012-01-20 Х.Е.Ф. Деталь в скользящем контакте в режиме смазки, покрытая тонкой пленкой
US20120187435A1 (en) * 2009-04-02 2012-07-26 Saint-Gobain Glass France Method for manufacturing a structure with a textured surface as a mounting for an organic light-emitting diode device, and oled structure with a textured surface
WO2012100847A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere kolbenring, mit einer beschichtung sowie verfahren zur herstellung eines gleitelements

Family Cites Families (28)

* 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
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
JP2005524801A (ja) 2002-04-24 2005-08-18 ディアッコン ゲーエムベーハー 滑動部材および当該滑動部材を製造する方法
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
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
DE102009003232A1 (de) * 2009-05-19 2010-12-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement eines Verbrennungsmotors, insbesondere Kolbenring
DE102009046281B3 (de) * 2009-11-02 2010-11-25 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Kombination eines Gleitelements mit einem Laufpartner
CN102741535B (zh) 2010-01-29 2014-09-10 日本活塞环株式会社 活塞环
DE102010002686A1 (de) * 2010-03-09 2011-09-15 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Verfahren zur Beschichtung eines Gleitelements
DE102010029256A1 (de) * 2010-05-25 2011-12-01 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement
DE102010062114B4 (de) * 2010-11-29 2014-12-11 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung
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
DE102012207814A1 (de) 2012-05-10 2013-11-14 Mahle International Gmbh Bauelement, insbesondere ein Gleitelement
DE102012207813A1 (de) * 2012-05-10 2013-11-14 Mahle International Gmbh Gleitkörper mit Beschichtung
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 (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2244856C2 (ru) * 1998-06-02 2005-01-20 Федераль-Могуль Висбаден ГмбХ Подшипник скольжения и способ его изготовления
RU2440441C2 (ru) * 2006-10-20 2012-01-20 Х.Е.Ф. Деталь в скользящем контакте в режиме смазки, покрытая тонкой пленкой
US20120187435A1 (en) * 2009-04-02 2012-07-26 Saint-Gobain Glass France Method for manufacturing a structure with a textured surface as a mounting for an organic light-emitting diode device, and oled structure with a textured surface
WO2012100847A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere kolbenring, mit einer beschichtung sowie verfahren zur herstellung eines gleitelements

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017505413A (ja) 2017-02-16
CN105992837B (zh) 2019-05-03
RU2016131087A (ru) 2018-02-20
DE102014200607A1 (de) 2015-07-16
KR20160106737A (ko) 2016-09-12
US10072756B2 (en) 2018-09-11
RU2016131087A3 (ru) 2018-08-06
BR112016016403B1 (pt) 2022-03-29
KR102265022B1 (ko) 2021-06-16
JP6549133B2 (ja) 2019-07-24
BR112016016403A2 (ru) 2017-08-08
EP3094763A1 (de) 2016-11-23
PT3094763T (pt) 2019-05-08
CN105992837A (zh) 2016-10-05
EP3094763B1 (de) 2019-03-06
WO2015106884A1 (de) 2015-07-23
US20160341312A1 (en) 2016-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2677816C2 (ru) Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо
JP5452734B2 (ja) コーティングを有するスライド要素、特に、ピストンリング、およびスライド要素を製造するプロセス
US7255084B2 (en) Piston with a skirt having a low coefficient of friction
CN103620085B (zh) 用于涂覆活塞环的至少内部面的方法和活塞环
RU2599687C2 (ru) Скользящий элемент с покрытием из алмазоподобного углерода
BR112012010336B1 (pt) elemento deslizante e combinação de um elemento deslizante
EP3663430B1 (en) Sliding member and piston ring
RU2440441C2 (ru) Деталь в скользящем контакте в режиме смазки, покрытая тонкой пленкой
TWI461605B (zh) 替代型壓縮機之活塞總成
CN102286723A (zh) 一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层
JP7219776B2 (ja) ピストンリング
JP2020125758A (ja) 内燃機関用のライナー
JP6523283B2 (ja) 優れた滑り特性と適切な硬度を有する窒化モリブデン
JP2005256868A (ja) 一対の摺動部材
JP2013087325A (ja) 硬質炭素膜及びその形成方法
RU2727466C2 (ru) Имеющее покрытие поршневое кольцо с защитным слоем
TW201510111A (zh) 為了相對於另一較軟之組件滑動而塗佈有一層非晶形碳的機械零件
JP2000320674A (ja) 低フリクション摩擦材およびその製造方法
US20170362965A1 (en) Boron doped ta-c coating for engine components
EP3978655A2 (en) Method for producing layered film structure and piston for internal combustion engine
JP2023133290A (ja) ピストンリング
RU2574563C2 (ru) Способ нанесения износостойкого покрытия на поверхность поршневого кольца
Aghajani et al. Formation of a hybrid coating by the use of plasma nitriding and hard chromium electroplating on the surface of H11 hot work tool steel
JP2010168637A (ja) 表面処理部材
JPH0552266A (ja) 組合せオイルリング

Legal Events

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

Effective date: 20191209