[发明专利]滑动元件，尤其是活塞环以及涂覆滑动元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有涂层的滑动元件，尤其是活塞环，以及涉及一种涂覆滑动元件的方法。

在许多技术应用中，滑动元件与滑动接触面滑动接触，活塞环和气缸套的结合可以被看作是典型的应用。假定气缸或气缸套是由例如铝-硅合金制成的，尤其是在四冲程汽油发动机（Otto engine，奥托发动机）的情形下，已经证明DLC（类金刚石碳）涂层体系对磨损和摩擦功率是成功的。然而，需要提高已知的DLC涂层体系对于具有常规的基于铁的气缸套的柴油机或涡轮增压的四冲程汽油发动机的寿命和可用性。由于显著高的气缸压力以及尤其与直接注入的结合，会增加的混合摩擦的比例。DLC涂层体系对这种情况缺乏适应性的决定性原因被认为是小于5μm的常规的小的层厚度。

背景技术

DE 10 2005 063 123B3公开了具有磨合层的DLC涂层。对于较大的层厚度，也被称作PVD层，尤其是基于CrN，其具有10至30μm的层厚度。虽然这些导致了提高的寿命、摩擦功率和耐磨性，尤其是在润滑不充分的情况下，但是损害了耐磨损性(scuff resistance)。相比之下，由于它们的无定形结构，DLC涂层体系具有如下优点，它们对金属表面显现了很大程度的化学惰性，并因此对滑动接触面显现极其低的粘合趋势。

例如，对根据DE 10 2008 016 864B3的涂层来说是适用的，在内部其具有包含金属的无定形碳层，在外部具有无金属的无定形碳层。

发明内容

本发明的目的是提供一种滑动元件，尤其是活塞环，尤其当用于例如具有基于铁的滑动接触面的柴油机或涡轮增压的四冲程汽油发动机时，其满足对于寿命和摩擦功率的要求。本发明还进一步提供了一种用于涂覆滑动元件的方法。

该目的是通过权利要求1所描述的滑动元件来实现的。

设置在其上的涂层是以多个CrN和a-C:H:Me层的交替板层为特征。初始测试已经显示通过这种层结构可以同时提高寿命和相对摩擦系数。

为清楚起见，上述的Me表示金属，为此，可使用例如钨、铬、钛或硅。以下提及的a-C:H:Me和a-C:H层都为DLC层，并且能够确保相对低的磨损和良好的摩擦性能。尤其是，例如，对活塞环的周围，由于不同的径向接触压力和由此产生的不同的磨损率，可以认为DLC仍然存在于至少部分环表面上，尤其是在润滑不充分的情况下，也可以保持良好的摩擦性能。在磨损方面，这是以有利的方式结合了CrN层提供的优点。CrN层的耐磨性通常比DLC的耐磨性好，从一开始或者当最外面的DLC层磨损时，CrN层的耐磨性可以有利地发挥作用。描述的多个板层的涂层可以提供额外的优点，可以制备显著大于常规的DLC涂层体系的总的层厚度。这实质上是基于如下事实：与CrN相比，DLC产生的内应力更高，当全部由CrN板层形成涂层时，内应力得到补偿。

所述涂层可尤其被至少设置在至少一个运行面（running surface）上的区域。此外，所述涂层可以延伸至与运行面相邻的表面的过渡部分上。例如，这影响活塞环的运行侧面。应该进一步指出的是，申请人在同日提交了一个申请，其名称为“用于内燃机中活塞的刮油环的螺旋形压缩弹簧以及涂覆螺旋形压缩弹簧的方法”，在该申请中，与本文描述的涂层相似的涂层用于螺旋形压缩弹簧。该申请中描述的涂层的所有特征也适用于本发明描述的涂层。此外，在本文描述的一个实施方式中，所提及的申请中描述的螺旋形压缩弹簧也可以有利地与本申请描述的活塞环结合，并且这种结合可以看做是本申请的主题。此外，申请人在同日提交了一个名称为“用于涂覆活塞环的至少内表面的方法及活塞环”的申请。在该申请中描述的尤其涉及涂覆活塞环的内表面的所有方法可以适用于本发明描述的活塞环，除了内表面以外，所提及的申请中描述的方法尤其还可用于涂覆表面。

在其后的权利要求中描述优选的进一步改进。

对于CrN层与基板的粘合，也就是说，滑动元件，尤其是活塞环，优选是由铸铁或钢制成，已发现形成铬的粘合层是有利的。这尤其适用于气相沉积法，并且优选层厚度小于1.0μm。当前，所述粘合层的最小层厚度优选为0.01μm。

尤其对于上述的粘合层，当前优选选择CrN层作为上述多个板层结构的最里层。