[发明专利]带有多层组件的活塞环及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞环及其生产方法，特别是一种内燃机用、带有多层涂层的大孔活塞环。

背景技术

对于活塞环，以活塞式内燃机的活塞环为例，需要满足两个本质相互冲突的要求。一方面，需要有高的耐磨性，因为否则，也就是采用较薄的活塞环，漏气和油耗都会增加，且发动机的性能会下降。随着活塞环的磨损，气缸壁和活塞环之间的间隙会变得越来越大，因此燃烧气体会更容易溢出通过该活塞环(所谓的漏气)，这将会降低发动机的效率。由于间隙变大，留在燃烧室内的未剥离油膜将会变厚，因此每个单位时间会损失更多的油，因此增加了油耗。

为了使发动机的特性尽可能最佳，从而在最好的密封效果和较低的摩擦损失之间实现最好可能的折中，因此活塞环和气缸壁之间的间隙的尺寸必须保持尽可能精确。但是，这将要求发动机的生产和组装过程中有复杂而昂贵的工艺步骤，因为否则它总是会出现某些程度的不可避免的公差。通常，可能稍稍过小的间隙尺寸是可以接受的，活塞环在运行过程中的磨损可以使其达到最佳的厚度。理想的情况是，活塞环的支承面被磨损，直至达到最佳的间隙尺寸。这个过程也被称为磨合。

另一方面，需要尽可能耐磨的材料，实现活塞环在常规的运行中尽可能少地被磨损，且间隙很难增大。但是，为了实现良好的磨合特性，支承面的至少一部分必须能够相对较容易地被磨掉，使得在磨合操作中活塞环和气缸壁之间可能过小的间隙(例如，由于不可避免的组件公差)可尽快地变成合适尺寸。

因此，原则上活塞环设有涂层，该涂层可产生期望的质量。比起采用具有期望特性但可能很昂贵的材料制造的活塞，这自然更容易处理且更便宜。但采用这样的涂层带来了另一个要求。除了提供必要的质量，该涂层还必须有使得它不会与活塞环分离的成分，也就是，使得它具有良好的附着性能，以附着在下层材料上。假设该涂层由几个不同的层组成，则各个层之间良好的粘着性(即良好的粘聚力)是必须的。否则可能有这些层破裂或分离的危险，这对发动机来说是很危险的。

在与气缸壁接触的表面区域，活塞环的支承面上的涂层必须是耐磨的。此外，在磨合阶段它自身的磨损必须足够，以充分适配相对的表面。另外，这些层必须高度抗破裂，并且在长时间的使用后没有或只有非常轻微的疲劳变形。

耐磨涂层由例如硬的铬合金形成。DE 199 31 829 A1描述了一种用于活塞环的电偶(galvanic)硬铬合金层。用于耐磨涂层的其他材料有含氧化铝陶瓷的铬合金(例如，Federal Mogul公司的)或者含微钻石的铬合金(例如，Federal Mogul公司的)。

附着于耐磨涂层的磨合层是基于例如钼的，通过线材火焰喷涂的方法在该耐磨涂层上形成。此处的耐磨涂层是通过之前的喷丸工艺(blastingprocess)形成的。

此外，可通过热喷涂方式将AlCuFe合金磨合层附着于耐磨涂层。但是，必须首先在耐磨涂层上涂覆电偶中间层。

但是，具有基于铬的耐磨涂层且其上附有磨合层的普通活塞环的磨合和耐磨特性仍然需要改善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善了磨合和磨损性能的活塞环及其生产方法。

根据本发明的一个实施例，本发明提供了一种活塞环，包括：

环体；

通过热喷涂方式涂覆于所述环体的支承面上的Ni合金粘合促进层；

通过热喷涂方式涂覆于所述粘合促进层上的含CrC、WC、MoC的Mo合金耐磨涂层；

通过热喷涂方式涂覆于所述耐磨涂层上的AlCu合金或者Ni-石墨合金磨合层。

根据本发明的活塞环，通过使用三个不同的功能层，提供了耐磨(通过耐磨涂层)、良好的磨合特性(通过磨合层)以及增强的附着性/粘合性(通过粘合层)的新的有利组合。不必再加工或者磨光磨合层，却通过磨合阶段发生的磨损得到最终的形状。该耐磨涂层防止在发动机的极端运行条件下发生过度磨损。粘合促进层使这些层最佳地附着在支承面或者环体上。

优选地，所述粘合促进层、所述耐磨涂层以及所述磨合层以过喷(overspray)的方式形成。

优选地，所述环体包括边缘具有斜角的排气槽。

优选地，所述斜角具有30°至70°角。优选地，所述斜角具有0.5至2.0mm的宽度。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种生产活塞环的方法，包括：

提供一环体；

在所述环体的支承面上热喷涂Ni合金的粘合促进层；

在所述粘合促进层上热喷涂含CrC、WC、MoC的Mo合金耐磨涂层；以及

在所述耐磨涂层上热喷涂AlCu合金或者Ni-石墨合金的磨合层。