[發明專利]帶有多層組件的活塞環及其生產方法

無效

• 申請號: 200780046593.3
• 申請日: 2007-11-26
• 公開（公告）號: CN101715521A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 米歇爾·布赫曼;皮特·施密德;馬克·曼努埃爾·馬特;約翰·里德爾
• 申請（專利權）人: 聯邦摩高布爾沙伊德公司
• 主分類號: F16J9/26
• 分類號: F16J9/26;C23C4/04
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛;李琴

技術領域

本發明涉及一種活塞環及其生產方法，特別是一種內燃機用、帶有多層涂層的大孔活塞環。

背景技術

對于活塞環，以活塞式內燃機的活塞環為例，需要滿足兩個本質相互沖突的要求。一方面，需要有高的耐磨性，因為否則，也就是采用較薄的活塞環，漏氣和油耗都會增加，且發動機的性能會下降。隨著活塞環的磨損，氣缸壁和活塞環之間的間隙會變得越來越大，因此燃燒氣體會更容易溢出通過該活塞環(所謂的漏氣)，這將會降低發動機的效率。由于間隙變大，留在燃燒室內的未剝離油膜將會變厚，因此每個單位時間會損失更多的油，因此增加了油耗。

為了使發動機的特性盡可能最佳，從而在最好的密封效果和較低的摩擦損失之間實現最好可能的折中，因此活塞環和氣缸壁之間的間隙的尺寸必須保持盡可能精確。但是，這將要求發動機的生產和組裝過程中有復雜而昂貴的工藝步驟，因為否則它總是會出現某些程度的不可避免的公差。通常，可能稍稍過小的間隙尺寸是可以接受的，活塞環在運行過程中的磨損可以使其達到最佳的厚度。理想的情況是，活塞環的支承面被磨損，直至達到最佳的間隙尺寸。這個過程也被稱為磨合。

另一方面，需要盡可能耐磨的材料，實現活塞環在常規的運行中盡可能少地被磨損，且間隙很難增大。但是，為了實現良好的磨合特性，支承面的至少一部分必須能夠相對較容易地被磨掉，使得在磨合操作中活塞環和氣缸壁之間可能過小的間隙(例如，由于不可避免的組件公差)可盡快地變成合適尺寸。

因此，原則上活塞環設有涂層，該涂層可產生期望的質量。比起采用具有期望特性但可能很昂貴的材料制造的活塞，這自然更容易處理且更便宜。但采用這樣的涂層帶來了另一個要求。除了提供必要的質量，該涂層還必須有使得它不會與活塞環分離的成分，也就是，使得它具有良好的附著性能，以附著在下層材料上。假設該涂層由幾個不同的層組成，則各個層之間良好的粘著性(即良好的粘聚力)是必須的。否則可能有這些層破裂或分離的危險，這對發動機來說是很危險的。

在與氣缸壁接觸的表面區域，活塞環的支承面上的涂層必須是耐磨的。此外，在磨合階段它自身的磨損必須足夠，以充分適配相對的表面。另外，這些層必須高度抗破裂，并且在長時間的使用后沒有或只有非常輕微的疲勞變形。

耐磨涂層由例如硬的鉻合金形成。DE?199?31?829?A1描述了一種用于活塞環的電偶(galvanic)硬鉻合金層。用于耐磨涂層的其他材料有含氧化鋁陶瓷的鉻合金(例如，Federal?Mogul公司的)或者含微鉆石的鉻合金(例如，Federal?Mogul公司的)。

附著于耐磨涂層的磨合層是基于例如鉬的，通過線材火焰噴涂的方法在該耐磨涂層上形成。此處的耐磨涂層是通過之前的噴丸工藝(blastingprocess)形成的。

此外，可通過熱噴涂方式將AlCuFe合金磨合層附著于耐磨涂層。但是，必須首先在耐磨涂層上涂覆電偶中間層。

但是，具有基于鉻的耐磨涂層且其上附有磨合層的普通活塞環的磨合和耐磨特性仍然需要改善。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種改善了磨合和磨損性能的活塞環及其生產方法。

根據本發明的一個實施例，本發明提供了一種活塞環，包括：

環體；

通過熱噴涂方式涂覆于所述環體的支承面上的Ni合金粘合促進層；

通過熱噴涂方式涂覆于所述粘合促進層上的含CrC、WC、MoC的Mo合金耐磨涂層；

通過熱噴涂方式涂覆于所述耐磨涂層上的AlCu合金或者Ni-石墨合金磨合層。

根據本發明的活塞環，通過使用三個不同的功能層，提供了耐磨(通過耐磨涂層)、良好的磨合特性(通過磨合層)以及增強的附著性/粘合性(通過粘合層)的新的有利組合。不必再加工或者磨光磨合層，卻通過磨合階段發生的磨損得到最終的形狀。該耐磨涂層防止在發動機的極端運行條件下發生過度磨損。粘合促進層使這些層最佳地附著在支承面或者環體上。

優選地，所述粘合促進層、所述耐磨涂層以及所述磨合層以過噴(overspray)的方式形成。

優選地，所述環體包括邊緣具有斜角的排氣槽。

優選地，所述斜角具有30°至70°角。優選地，所述斜角具有0.5至2.0mm的寬度。

根據本發明的另一方面，本發明提供了一種生產活塞環的方法，包括：

提供一環體；

在所述環體的支承面上熱噴涂Ni合金的粘合促進層；

在所述粘合促進層上熱噴涂含CrC、WC、MoC的Mo合金耐磨涂層；以及

在所述耐磨涂層上熱噴涂AlCu合金或者Ni-石墨合金的磨合層。