[发明专利]用于涂覆活塞环的至少内部面的方法和活塞环

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涂覆活塞环的至少内部面的方法以及一种活塞环。

背景技术

根据本发明的待涂覆的活塞环典型地提供为内燃机活塞中的两件式刮油环的部件。与气缸或气缸套滑动式接触的实际活塞环通过位于内侧上的螺旋压缩弹簧而被压在气缸套上。因此，在活塞环的内部面处，由于发动机操作期间的动态压力而会在活塞环和螺旋压缩弹簧之间发生相对运动。这种运动可导致所谓的二次磨损，其可在活塞环上以槽内通道的形式以及在弹簧上以材料磨蚀的形式显示出来。弹簧会卡在槽内通道中，这便损害了活塞环的刮拭动作。此外，执行功能所需的切向力会降低。

DE 19651112A1涉及一种设在发动机活塞杆上的完全具有涂层的刮油环。

JP 2006349019(A)公开了具有无定形硬质碳涂层的活塞环。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于涂覆活塞环的方法以及一种经涂覆的活塞环，由此来改善两件式刮油环的至少一个部件的摩擦和/或磨损性能。

一方面，通过权利要求1中所述的方法达到了该目的。

因此，通过PA-CVD（等离子辅助化学气相沉积）方法、辉光放电或高电离方法（例如HIPIMS）中的至少一种给优选由铸铁或钢制成的活塞环施加PVD和/或DLC层。对于所述方法已经发现，其能以令人惊奇和新颖的方式高质量地和加工技术可行地来形成活塞环内部面的涂层。因此，在活塞环的内部面上能够首次提供针对螺旋压缩弹簧或盘簧的有效磨损防护。应提及地是，活塞环可在其内部侧上具有用于接收盘簧的槽。关于这一点，“至少在内部侧上涂覆”应理解为意味着在活塞环的柱形内部面上以及优选地至少在诸如在盘簧槽中的与盘簧接触的区域内对活塞环涂覆。然而，其他表面如侧边和/或工作表面也可具有这里所描述的涂层。

已经发现，所述层具有非常低的摩擦系数。因此，另外可有利地预期得到盘簧上的低磨损。最后，所述层相对地非常耐化学性，从而能阻止沉积物，并且有利地达到了整个油环系统的运动性的进一步改进。DLC层可为无氢层的形式，特别是a-C或ta-C的形式。可进一步构思出含氢但无金属的层，例如为a-C:H或ta-C:H形式。

在其他权利要求中描述了其他优选的改进。

具体实施方式

对于有利地实现了所说明的要求的层厚度，已经发现其处于0.5μm到10μm的范围中。

对于PVD层，在初始测试中已经发现了特别良好的结果，这里，所述层由金属铬、钛、铝和钨中的至少一种的氮化物和/或碳化物形成。氮化物和碳化物的沉积可交替地或同时地发生。

对于具有从800到4000HV0.1硬度的PVD层，已经达到了特别良好的结果。

对于无定形碳或DLC层，优选考虑具有下面层中的至少一种的结构，并且活塞环的基材首先具有层厚度为1.0μm或更小的铬和/或钛的粘结层。这之后是含金属或含半导体的中间层，即a-C:H:Me，其中钨、钛或铬作为金属，或者是a-C:H:X，其中X是作为半导体的硅和/或锗和/或氟、硼、氧和氮组成中的一种或多种。这种中间层的厚度优选为从0.1μm到5μm。所述结构由具有优选地从0.1μm到5μm的厚度的a-C:H型的无金属顶层来完成。

对于含金属的DLC中间层，已经发现了其含有纳米晶金属或金属碳化物沉积物如WC、CrC、SiC、GeC或TiC时具有特别良好的性能。

对于DLC层来说，已经发现其在硬度为2000到5000HV0.002时具有有利的性能。

除了上述方法，溅射和特别是空心阴极辉光放电方法也可用于DLC层。

通过权利要求8中描述的活塞环进一步实现了上文提及的目的。通过实施上文描述的优选方法的特征会获得其优选的实施方案。

应当进一步提及地是，上述也能适用于这里所述的至少在其内部面上涂覆了的活塞环，在申请人同日提交的申请Sliding element,in particular a piston ring,and method for coating a sliding element中描述了该涂层的一个实施方案。此外，可有利地将这里所述的特别是在内部面上涂覆的活塞环与螺旋压缩弹簧相结合，在同日提交的申请Helical compression spring for an oil scraper ring of a piston in an internal combustion engine and method for coating a helical compression spring中描述了所述螺旋压缩弹簧的一个实施方案。