[發明專利]滑動元件，特別是一種具有涂層的活塞環

在審

• 申請號: 201480004622.X
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN104919086A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 尤里·伊萬諾夫;馬庫斯·肯尼迪;拉爾夫·拉默斯;邁克爾·津納伯德
• 申請（專利權）人: 輝門布爾沙伊德有限公司
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;F16J9/26
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 張約宗;張秋紅

技術領域

本發明涉及一種滑動元件，尤其涉及一種活塞環。

諸如活塞環之類的滑動元件有滑動表面，在該滑動表面上滑動元件與摩擦配對件滑動接觸。該摩擦學系統是復雜的，并且顯著地由諸如摩擦配對件的材料匹配和環境條件等決定，該環境條件包括諸如壓力、溫度和周圍介質。滑動元件精確地用在現代發電機中，特別是在高負載條件下，例如，在活塞環上。為了保證功能和延長部件的使用壽命，滑動元件的滑動表面性能尤其需要優化。

背景技術

這樣的優化通常包括采用諸如熱噴涂、電鍍或薄層等或多或少的復雜分層系統等技術方法。這些涂層的主要目的是防止磨損，并且首先通常關注的是涂層的高硬度。類金剛石涂層(類金剛石，DLC)已經被證明是特別硬且可靠的涂層。這些可以以許多方式進行變化，例如，通過改變它們的C-C結合特性，碳的不同結合片段，在它們的成分中添加或不添加氫和金屬。粘附層經常應用在這些磨損保護層的底層，為了確保滑動元件的基礎材料在高負載磨損保護層的可靠性和強大粘附性。

然而，非常硬的DLC層的專有使用會導致一些技術問題。一方面，這些層的表面必須非常光滑，這樣在一個更高的表面壓力下，表面不會被破壞，涂層系統也不會被破壞。進一步顯示，例如，活塞環磨損和襯套磨損會隨著磨損保護層的粗糙度的增加而顯著增加。因此，在使用之前有必要盡可能使磨損保護層的表面光滑，然而這與大量的工藝上的努力和高成本有關。例如，EP1829986B1描述了一種通過直立形狀或盤狀形狀元件處理高硬度碳基材料層的方法。另一方面，非常硬的磨損保護層有不宜的磨合性能。由于其高硬度，磨合性能會導致摩擦配對件的消耗，在磨合階段經歷增強磨損，此外形成刻痕和/或燒痕。

考慮到磨合性能，在這里提供比磨損保護層還要軟的磨合層是權宜之計。這些層的目的是為了產生一種摩擦學的“平衡”，其中，這些層在與摩擦配對件的第一次接觸時被剝去。通過這樣，這些層與摩擦配對件就產生了一種相互調節。緊隨著磨合階段，摩擦磨損減緩并穩定下來，然后，堅硬的磨損保護層確保長期有利的摩擦特性和永久的耐久性。

DE102005063123B3描述了一個滑動元件的層系統從內部到外部，包括一個磨損保護層，一個粘附層和一個Me-C:H類型的磨合層，也包括硬的物質材料，例如碳化鎢。

DE102008042747A1描述了一個具有涂層的滑動元件，從內到外依次是粘附層、PVD層、a-C:H:W類型的碳基層、a-C:H類型的碳基層和a-C:H類型的碳基層。結果證明外部的碳層比下面的碳層要軟。

發明內容

本發明是基于提供一種滑動元件的目的，特別是一種用于內燃機的活塞環，具有最佳的機械和摩擦性能。更具體地是，該目的包括提供這樣一種滑動元件，其表面有良好的磨合性能，即在磨合過程中具有縮短的磨合時間，減少抗體磨損和減少燃油消耗。進一步地，能夠提高滑動元件表面的加工性能。

根據本發明，其目的能夠由根據權利要求1的滑動元件解決。本發明的有利的體現和進一步的發展能夠由從屬權利要求陳述的特征實現。

根據本發明的滑動元件，特別是活塞環，具有至少一個滑動表面，該滑動表面具有涂層，從內到外至少有一個第一粘附層，一個硬質無氫DLC層，一個第二粘附層，一個軟質含氫、含金屬和/或含金屬-碳DLC層，以及一個硬質含氫的DLC層。該軟質含氫、含金屬和/或含金屬-碳DLC層比該硬質無氫DLC層軟，該硬質含氫DLC層比該軟質含氫、含金屬和/或含金屬-碳的DLC層硬。

內部的硬質無氫DLC層在磨合之后承擔滑動元件在長時間運行過程中的磨損保護，從而確保滑動元件具備的良好的耐久性和功能性。為了最優化實現該功能，ta-C類型的層優先被使用，也就是以可實現的高硬度為特點的四面體的、無氫、非晶碳層。。

該軟質含氫、含金屬和/或含金屬-碳DLC層，特別相比于以上描述的DLC層比較軟，但是，它也有非常好的摩擦性能。該層較好地成形為四面體的無氫的非晶碳層(ta-C)或者為含氫的非晶碳層(a-C:H)或者為含金屬和氫的非晶碳層(Me-DLC)。軟質DLC層在兩個硬質DLC層之間作為一個穩定的中間層，因此保護整個層系統不被產生的強剪切力破壞。