[发明专利]用于在内燃机中使用的滑动部件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在内燃机中使用的滑动部件，例如活塞环，其设置有涂层，该涂层包含至少一种过渡层，该过渡层由陶瓷材料、如碳化钨(WC_1-x)或类似物组成，和/或由金属、如金属铬(bcc-Cr)或一些其它必要或需要等效物组成。

这样构成的滑动部件提供如下优点：如更高的稳定性和耐用性，赋予配备有该滑动部件的内燃机长的使用寿命。最近的，由申请人进行的详尽的研究证实了：所述涂层的形态和微结构以及所使用的创新的沉积工艺导致如更大的耐磨性和韧性的提高，该创新的沉积工艺通过晶体形式的金属材料的两个组合层与无定形结构的组合保证更好的粘附。

背景技术

为了内燃发动机可靠地运行并根据其设计者指定的理想的参数，它的内部部件即使在最临界的操作条件下也必须具有高的耐久性。因此，如活塞环和轴承的部件尤其必须显示抗磨损的抵抗性和耐久性，所述磨损由不断滑动，和高温以及由在汽缸内发生的燃烧所产生的产物的所带来的化学和研磨攻击而造成。

鉴于这一点，需要高耐久性，滑动部件、例如活塞环和轴承被施加涂层以更好地承受发动机的不断的操作循环，并且以构成部件的基体材料，所述发动机的操作参数以及制造成本等作为前提，施加到这些部件的涂层不断被精制。

具体地关于活塞环，一些涂层已经被研发出来用于以有利的制造成本的方式赋予这些部件高耐久性。

第一涂层在专利DE 10 2009 046 281中公开，该专利涉及由钢或铸铁制造的活塞环，其具有涂层，所述涂层由无金属的DLC层组成或由金属内层和非金属的顶层、由PVD工艺(物理气相沉积)沉积的氮化铬(CrN)构成的层以及陶瓷Me(C_xN_y)中间层组成。

氮化层施加在环基体上，并且上述中间层随后施加在其上。最后，涂层DLC施加在中间层上。

任选地(非强制性地)，提供粘附层，其形成在通过PVD所施加的氮化铬和活塞环或类似物的基体之间的粘结。

这种涂层的一个弱点在于，Me(C_xN_y)粘结层是脆弱的和易碎的，并可能导致覆盖层的过早脱落，从而导致内燃机较短的使用寿命，这在市场营销方面是不希望的。

此外，与现在提出的涂层相比，现有技术的这种涂层不具有由碳化钨WC_1-x组成的过渡层。

文献DE 10 2008 042 747公开了一种滑动部件、如活塞环，该活动部件的涂层包括由施加在基材上的金属铬组成的粘附层，由PVD工艺(物理气相沉积)所施加的氮化层(氮化铬)，设置有碳的内层，其与设置有优选的a-C：H类型的外层相比具有更大的硬度和/或含有小百分比的氢。

该第二涂层的缺点是氢促进形成sp³的电子结构(与金刚石一样的结构)，并随着其减少将会增加sp²的结构(与石墨一样的结构)。由此，该覆盖层的耐磨损性受到损害。

此外，作为相对于现在开发的涂层的区别，现有技术的这种涂层作为一个巨大的区别从外面向内算起具有第二层，所述第二层具有无定形碳形式，而不是创新的多层结构(W-C：H)和(a-C：H)。因此，通过该涂层获得的性能指数较低，特别是在抗裂纹扩展方面。

文献DE 10 2009 028 504，反过来，公开了以钢或铸铁制造的活塞环，其最初覆盖有粘附层，在所述粘附层上施加包含碳和金属、特别是钨的中间层和无金属成分的DLC层。该涂层的平均厚度为从5μm到40μm，外层的厚度与中间层的厚度之比为从0.7到1.5，而外层的厚度与该涂层的总厚度之比为从约0.4至0.6。

作为相对于现在开发的涂层巨大区别，该现有技术不具有配置为(W-C：H)和(a-C：H)的多层结构的中间层。实际上，该层不存在于该涂层中，因此，利用它实现的性能指数较低，特别是在抗裂纹扩展方面。

最后，文件US2007/0078067公开了一种施加于至少一个滑动部件的涂层，其特征在于它包括在部件的滑动表面上的无定形碳膜，并具有在拉曼光谱中的D带(与碳无序sp²相关联)与G带(单晶石墨)的总强度之比在1.5和2.0之间。