[发明专利]具有喷丸磨合层的活塞环及其制造方法

说明书

本发明涉及一种活塞环，包括环形本体(2)、通过热喷涂施加至环形本体(2)的耐磨层(6)以及应变硬化的磨合层(8)，所述磨合层(8)由AlCuFe合金制成，其通过热喷涂施加至耐磨层(6)。

技术领域

本发明涉及一种活塞环及其制造方法，尤其涉及一种用于内燃机的具有多层涂层的大口径活塞环，或者涉及一种用于二冲程应用的活塞环。

背景技术

对于往复式活塞内燃机中的活塞环，必须满足两个相互矛盾的要求。一方面，必须提供很高的耐磨性，否则，随着活塞环越来越薄，泄漏的气体和油耗会增加并损害内燃机的性能。另一方面，由于活塞环磨损，气缸壁和活塞环之间的间隙越来远大，从而使得燃烧气体更容易从活塞环逸出(所谓漏气)，这会降低发动机的效率。由于增大的间隙，残留在燃烧室中未刮掉的油膜变得越来越厚，从而使得单位时间内可能损失更多的油，即油耗增加。

为了实现发动机性能的最大优化，即为了获得最大密封效果和低磨损之间的最佳的折衷，活塞环与气缸壁之间的间隙尺寸必须因此尽可能保持精确。然而，这需要在内燃机制造和组装过程中采用复杂、高成本的工艺步骤，否则，会持续导致一定程度的不可避免的公差。所以，通常一种可能的最小或小间隙尺寸是可以被接受的，并且允许活塞环在运行过程中通过磨损达到最佳厚度。理想情况下，活塞环的运转面被磨损直到达到最佳的间隙直径。该过程也被称为“磨合”

所以，一方面，需要一种优选的耐磨材料，使得活塞环在正常运转过程中经历尽量少的磨损，并且间隙仅经历小幅度扩大。另一方面，为了获得良好的磨合性能，必须至少一部分运转表面能够承受相对较少的磨损，以便在磨合过程中，活塞环与气缸壁之间的过小间隙(例如，由于不可避免的部件公差)可以尽快增大到正确的尺寸。

因此，原则上，活塞环上设有涂层，旨在带来所需的性能。相对于使用具有所需性能的、很可能昂贵的材料制造整个活塞环，这自然更容易操作并且成本更低。对于这种涂层，还有进一步的要求。除了提供必需的性能，涂层设计还必须使其不会从活塞环剥离，即能够良好地附着在底层材料上。如果涂层包括几个不同的层，层之间良好的内聚力也是必要的。否则，存在形成裂缝或层剥离的风险，这对于发动机来说是不利的。

活塞环的运转表面上的涂层在与气缸壁接触的表面区域必须是耐磨的。此外，在磨合阶段它们的固有磨损应当足以令人满意地适应对偶面。而且，这些层应当具有很高的抗断裂性，并且即使在长时间运行之后，也几乎不会或不会表现出疲劳性能。

例如，耐磨层由硬铬制成。DE 19931829A1描述了一种用于活塞环的电镀硬铬镀层。用于耐磨层的其他材料是具有氧化铝陶瓷的铬(例如，来自辉门公司(Federal-Mogul)的)或者具有微粒金刚石的铬(例如，来自辉门公司(Federal-Mogul)的)。

施加至耐磨层的磨合层是基于钼，例如，其通过金属丝火焰喷涂施加至耐磨层。预先通过喷砂工艺(blasting process)激活耐磨层。

而且，由AlCuFe合金制造的磨合层可以通过热喷涂施加至耐磨层。然而，为此，有必要首先将一个电镀中间层施加至耐磨层。

但是，已知的具有铬基耐磨层的活塞环的磨合与磨损性能以及此处应用的磨合层需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有改进的磨合与磨损性能的活塞环及其制造方法。

根据本发明的第一个实施例，提供一种活塞环，包括：

环形本体；

耐磨层，其通过热喷涂施加至所述环形本体；以及

应变硬化的磨合层，其由AlCuFe合金制成，通过热喷涂施加至所述耐磨层。