[实用新型]硬铬层,带有镀层的衬底以及摩擦系统

说明书

技术领域

本发明涉及到一种硬铬层，其主要通过从含有六价铬的电解质中电沉积而形成，并且其具有在其中储存硬质材料微粒的裂缝。本发明还涉及到一种使用这种硬铬层电镀的衬底以及一种带有基体和使用上述衬底作为相对体的摩擦系统。

背景技术

由DE 19931829A1已知这种硬铬层。DE 19931829涉及涂敷有这种硬铬层的活塞环，这些活塞环在摩擦系统中与汽车发动机中的汽缸工作面共同作用。那里公开的硬铬层包含作为硬质材料微粒的、大小范围为0.25到0.5μm的金刚石微粒。在实践中观察到：在使用这样的硬铬层时，虽然活塞环上的磨损相对较小，但是加大了汽缸工作面上的磨损。此外，这表明了烧损痕迹安全性(Brandspursicherheit)不能按期望得到改善。

在该公开材料中，“烧损痕迹”的概念理解为由于表面的高热负荷所引起的表面变化。尤其是可以观察到活塞环工作面上深色的变色处，在大多数情况下，新的发动机中在相对短的运行时间之后就会发生这种情况。这种烧损痕迹是活塞环卡死的前兆。这种情况首先表现为在硬铬层出现宏观裂缝。然而，对于在实践中安全的发动机运行来说是非常重要的是：如此布置发动机和部件，使得甚至在不利的运行条件下，也尽可能避免烧损痕迹的出现。

由EP 0217126A1也已知这种硬铬层。在其中所描述的硬铬层中储存的是三氧化二铝(Al₂O₃)微粒。这些硬铬层用于对柴油发动机中第一个压缩环进行涂层。不过，对于现代的、高负荷的柴油发动机，使用这样的硬铬层不再能保证足够高的烧损痕迹安全性。此外，在更长的运行时间之后，会出现明显的镀层磨损，这会减小活塞环的外径。由此在活塞环的开口末端处产生较大的间隙，这导致较高的油耗和较高的漏气量。这两种影响提高了由发动机引起的环境污染，因而是不被期望的。

发明内容

本发明的目的在于：优化这种硬铬层，从而改善含有这种硬铬层的摩擦系统的耐磨损性。尤其应当进一步优化镀在活塞环上的硬铬层的耐磨损性，同时降低相应汽缸的磨损。除此之外，也应当改善烧损痕迹安全性。

该目的通过根据本发明的硬铬层来达到，该硬铬层，其主要通过从由含有六价铬的电解质中电沉积而形成，并且其具有在其中储存硬质材料微粒的裂缝，其特征在于：硬质材料微粒由立方体氮化硼构成并具有0.1到1.0μm的平均微粒尺寸。此外，本发明的对象还有一种具有本发明的硬铬层的衬底。最后，本发明的对象是一种摩擦系统，其由一个以铁为主要材料的基体和形式为本发明的衬底的相对体构成。

使行内人士惊讶的是：本发明的硬铬层不仅明显改善烧损痕迹安全性，而且降低摩擦系统的基体和相对体(即例如汽缸和活塞环)上的磨损值。

立方体氮化硼具有4500的努氏硬度和3.48g/cm³的密度。它可以承受超过1200℃的温度。因此，它的耐热性好于金刚石，金刚石在热负荷下容易释放出碳。这至今被看作是优点，因为这应当带来附加的固体润滑。令人惊讶地，立方体氮化硼较高的耐热性显然是在摩擦系统中使用本发明的的硬铬层时，烧损痕迹安全性得到改善的原因。

由立方体氮化硼构成硬质材料微粒的微粒尺寸是由如下情况得出，即平均尺寸大于1μm的微粒太大，而不能储存在在硬铬层中形成的裂缝中。此外，大的硬质材料微粒在摩擦系统中导致更大的磨损。而平均尺寸小于0.1μm的微粒不能改善耐磨损性或烧损痕迹安全性。

因为在硬铬层的电解质中通过选择合适的处理参数可以影响到显微裂纹的数量及其宽度和深度，所以也可以控制所储存的颗粒数量，因而其与每个面积单位的裂缝体积成比例。因此以有利的方式这样来控制裂缝的形成，即0.1-1μm大小的颗粒可以储存质量百分比为0.5％到5.0％的数量。在该颗粒在与相对体的摩擦接触中将使得，相对体的可能会磨损到层的粗糙尖端以微型标准使之更圆滑并且由此而去除了其侵略性。同时保留了相对体的粗糙凹谷，其被用作含油容积。因此产生了一种根据本发明的摩擦系统，其表现为在两种摩擦体上最小化的磨损，并且随时通过少量的油进行润滑，由此其提供了一种高效的烧损痕迹安全性。

在一种有利的改进方案中，硬质材料微粒的平均微粒尺寸为0.3μm。因此，耐磨损性和烧损痕迹安全性可以得到进一步的优化。

通过这些1.0％到3.0％的硬质材料微粒可以获得非常好的耐磨损性和烧损痕迹安全性。

本发明的硬铬层，优选由一系列的单层组成。这样在其深度上也可以实现硬质材料微粒的均匀分布，从而在发动机运转时能够随时保证耐磨损性和烧损痕迹安全性。