專利名稱：內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件特別是一種活塞環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，特別是一種活塞環(huán)。內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗量、并且因此其CO2排放量在很大程度上取決于發(fā)動機(jī)中的摩擦損失。在這種情形中，大部分的摩擦損失發(fā)生在活塞組件上，特別是發(fā)生在活塞環(huán)上。在這個方面，在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域中致力于將內(nèi)燃機(jī)中的每個滑動構(gòu)件，即活塞、活塞環(huán)和氣缸套構(gòu)建為低摩擦的。同樣理想的是為上述構(gòu)件設(shè)計(jì)良好的磨合表現(xiàn)以及在發(fā)動機(jī)的整個使用期限內(nèi)實(shí)現(xiàn)相對低的摩擦。
背景技術(shù)：
DE 10 2005 063 123 B3公開了一種滑動構(gòu)件，其具有磨損層和磨合層并且優(yōu)選地還具有位于上述磨損層和磨合層之間的中間金屬層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種用于內(nèi)燃機(jī)的滑動構(gòu)件，特別是一種活塞環(huán)，其兼具有利的磨合表現(xiàn)和持久的低摩擦系數(shù)。這個目的是通過權(quán)利要求1的主題來實(shí)現(xiàn)的。因此，提出了一種內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，諸如活塞、氣缸套等，但是特別是一種活塞環(huán)，其具有涂層，所述涂層從外到內(nèi)至少具有下述各層第一碳基層、第二碳基層、PVD層和粘合層，上述第二碳基層比上述第一碳基層更硬和/或具有更小比例的氫。特別是當(dāng)與第二碳基層相比時，最外層的第一碳基層相對柔軟，但是具有有利的摩擦表現(xiàn)。在一個有益的方式中，與已知的DLC(類金剛石薄膜)層相比第一碳基層還具有增強(qiáng)的耐磨性。這些優(yōu)勢可以借助于特別適當(dāng)?shù)某练e過程和參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。在一個有益的方式中，可以從根本上對所描述的最外層碳基層進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)良好的磨合表現(xiàn)，也就是說使活塞環(huán)與例如氣缸套的磨合優(yōu)化。在一個有益的方式中，位于第一碳基層下方的第二碳基層實(shí)現(xiàn)了兩個碳基層與鄰接的PVD層的良好連接和粘合。碳基層中的至少一個層可以實(shí)施為DLC層。優(yōu)選地，兩個碳基層都是相對薄的使得它們具有有限的使用期限并且能夠被用作磨合層。PVD(物理氣相沉積)層被設(shè)置為“長期的”最外層。通過設(shè)計(jì)特定的孔隙率，可以獲得有益地約為碳基磨合層的大小(magnitude)的有利的摩擦系數(shù)。在測試中發(fā)現(xiàn)由于兩個碳基層的存在而產(chǎn)生這種摩擦系數(shù)，而不會具有任何棘手的磨合表現(xiàn)。PVD層相對厚； 諸如，其具有最小為IOym的層厚度并且因此是耐用和耐磨損的。這樣，實(shí)現(xiàn)了所需的使用期限。最后，為諸如活塞環(huán)等滑動構(gòu)件的基體材料設(shè)置粘合層，上述基體材料可以是鋼、 鑄鐵或者其他適當(dāng)?shù)牟牧稀？偟膩碚f，可以認(rèn)為本發(fā)明的基本思想是首先內(nèi)燃機(jī)的滑動構(gòu)件具有四層以上。特別地，將碳基層的有利的摩擦系數(shù)和良好的磨合表現(xiàn)以及PVD層的耐磨性結(jié)合在一起。進(jìn)一步的創(chuàng)新是將最外層碳基層區(qū)分為具有所描述的特性和特征的第一層和第二層。特別地，考慮到這個區(qū)分，最內(nèi)(粘合)層沒有必要一定存在。在其他的權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的優(yōu)選研究成果。優(yōu)選地，第一和/或第二碳基層是a_C:H類型的層。優(yōu)選地，在內(nèi)側(cè)的第二碳基層和PVD層之間設(shè)置有含金屬的第三碳基層。相應(yīng)地含有鎢或者其他適當(dāng)?shù)慕饘俚腶-C:H:W類型的層已經(jīng)被證明是尤其有利的。為了所需的磨合表現(xiàn)并且同時具有有利的摩擦系數(shù)，對于第一碳基層和第二碳基層，彡3μπι和/或< 5μπι的厚度已經(jīng)被證明是有利的；在適當(dāng)時包括第三碳基層時，對于第一碳基層、第二碳基層和第三碳基層，> 3 μ m和/或< 5 μ m的厚度已經(jīng)被證明是有利的。為了保證在整個使用期限內(nèi)的有利的摩擦系數(shù)，優(yōu)選地，PVD層具有的摩擦系數(shù)約為至少一個碳基層的大小。特別地，摩擦系數(shù)可以大約為0. 02 (對于灰口鑄鐵)。對于PVD層，利用相應(yīng)地基于氮化鉻的CrN類型的層獲得了特別良好的結(jié)果。在氮化鉻基層的情形中，其可以是根據(jù)GOE 243 (申請人的材料說明書)的層。目前PVD層的層厚度優(yōu)選為至少10 μm，從而以有益的方式實(shí)現(xiàn)了所需的使用期限。關(guān)于粘合層，在利用金屬層特別是鉻層的測試中顯現(xiàn)了特別良好的特性。最后，對于粘合層，< 0. 5 μ m的層厚度已經(jīng)被證明是有利的。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，特別是一種活塞環(huán)，其具有從外到內(nèi)至少具有下述各層的涂層-第一碳基層，-第二碳基層，其比所述第一碳基層更硬和/或具有更小比例的氫；-PVD層，和-粘合層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述第一碳基層和/或所述第二碳基層是a_C:H類型的層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，在所述第二碳基層和所述PVD層之間設(shè)置有含金屬的第三碳基層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述第三碳基層是 a-C:H:W類型的層。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述第一碳基層和所述第二碳基層的涂層厚度為> 3 μ m和/或< 5 μ m ；在適當(dāng)時包括第三碳基層時， 所述第一碳基層、所述第二碳基層和所述第三碳基層的涂層厚度為> 3 μ m和/或< 5 μ m。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述PVD層具有的摩擦系數(shù)基本上等于至少一個碳基層的摩擦系數(shù)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，對于灰口鑄鐵，所述PVD層具有大約為0. 02的摩擦系數(shù)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述PVD層是CrN類型的層。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述PVD層具有彡10 μ m的層厚度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述粘合層是金屬層，特別地是鉻層。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其特征在于，所述粘合層具有< 0.5μπι的層厚度。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)中的滑動構(gòu)件，其從外到內(nèi)具有下述各層的涂層第一碳基層；第二碳基層，其比所述第一碳基層更硬和/或具有更小比例的氫；PVD層和粘合層。
文檔編號F16J9/26GK102171383SQ200980139177
公開日2011年8月31日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者斯特芬·霍佩, 曼弗雷德·菲舍爾 申請人:菲特爾莫古布爾沙伊德有限公司