[发明专利]带涂层的滑动元件

说明书

提供了诸如活塞环的滑动元件，包括基底、底涂层和相对薄的滑动涂层。底涂层通常通过PVD、CVD、电镀沉积、电沉积或热喷涂工艺施加到基底的运行表面。滑动涂层包括聚合物基质和设置在整个基质中的硬质颗粒。在底涂层仍处于其被施加的状态下并且表面粗糙度为至少4.0μm时，将滑动涂层施加到底涂层。在滑动元件的使用期间，薄的滑动涂层用作牺牲的跑合层。此外，随着滑动涂层的聚合物基质磨损掉，硬质颗粒抛光底涂层的粗糙表面。因此，不需要在使用滑动元件之前抛光或研磨被施加的底涂层。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年4月22日提交的美国实用专利申请No.14/693,194的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于本文中。

发明背景

1.技术领域

本发明涉及带涂层的滑动元件，例如活塞环，以及制造该带涂层的滑动元件的方法。

2.相关技术

发动机应用的滑动元件典型地由带有改性表面的多层材料组成，以优化滑动特性。例如，滑动元件可以包括可能基于铅、锡或铝的金属层，其通过电镀工艺、蒸发或离子镀施加。非金属滑动层也是已知的，例如具有被改性以实现某些性能、负载能力和耐磨性的人造树脂基材的那些。

尽管由已知涂层提供的负载能力很高，但是如果超过负载能力极限，则可能导致滑动功能的故障。基底材料的相关暴露于是可导致咬死(seizure)，导致滑动元件完全失效。

树脂基滑动涂层已经被使用多年以减轻机械结构中的摩擦。通常，在需要无进一步润滑即可容易移动的金属、塑料和橡胶部件上涂覆有涂层。在典型的应用中，负载相当低，并且边界条件(如温度和介质)是非关键的。从各种出版物，特别是EP 0 984 182 A1中已知，发动机应用，例如曲轴轴承，也是可利用182A1的，发动机应用，例如曲轴轴承，也可以用这种滑动元件。在该文献中，描述了具有聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、环氧树脂或酚醛树脂基质的覆盖物，其中可以加入Fe₃O₄以减轻磨损。

DE 196 14 105 A1揭示了由聚四氟乙烯(PTFE)或热塑性含氟聚合物制成的基质材料、Fe₂O₃和固体润滑剂组成的耐磨损和抗气蚀的塑料滑动层。该材料用于轴承，例如用作减震器的导向元件，并且由于其结构和软的含氟聚合物基质而仅仅适用于低滑动速度和低负载。

EP 1 775 487 A2公开了一种滑动轴承，其具有金属载体材料，以及施加到该金属载体材料上的铝合金和塑料滑动层。为了提高塑料滑动层的结合强度和抗气蚀性，提出了这样的材料，其具有由PI、PAI、聚苯并咪唑(PBI)、工程聚合物(EP)和功能聚合物(FP)制成的粘合剂，以及固体润滑剂，比如MoS₂、石墨、PTFE和BN。

发明内容

本发明提供一种具有高的峰值负载能力并具有改善的耐磨性的滑动元件。滑动元件可以在高温和高滑动速度下使用，例如在内燃机内的运动部件上使用。滑动元件包括基底，施加到基底上的底涂层以及施加到底涂层上的滑动涂层。底涂层具有厚度和至少4.0μm的表面粗糙度(R_z)。滑动涂层包括由至少一种聚合物形成的基质。滑动涂层还包括设在基质中的硬质颗粒，并且该硬质颗粒由氮化物、碳化物、硼化物、氧化物和金属中的至少一种形成。滑动涂层的厚度为底涂层的厚度的2％至60％。

本发明的另一方面提供一种制造滑动元件的方法。该方法包括，将底涂层施加到基底上；并将滑动涂层施加到底涂层上。

在使用滑动元件期间，当滑动涂层沿着另一部件滑动时，该滑动涂层用作牺牲的跑合层(run-in layer)。此外，随着滑动涂层的聚合物基质磨损，硬质颗粒抛光或降低底涂层的表面粗糙度。因此，在使用滑动元件之前不再需要抛光或研磨被施加的底涂层。

附图说明