[发明专利]涂覆滑动元件的方法以及滑动元件具体为活塞环

说明书

本申请是申请号为200980158154.0(国际申请号为：PCT/EP2009/066824)，申请日为2009年12月10日，发明名称为“涂覆滑动元件的方法以及滑动元件具体为活塞环”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种涂覆滑动元件的方法以及一种滑动元件具体为活塞环。对滑动元件(如活塞环)的要求是，其只会产生较小的摩擦损失。例如，当活塞环在内燃机中用作滑动元件时，摩擦的增加会对燃料消耗产生直接的影响。而且，油料消耗还受到活塞环条件的影响。特别是，基于此，还有待观察必然特别高从而恒定地实现所需摩擦值的所谓的焦痕强度(burnmarkstrength)和爆燃强度(outbreakstrength)。

背景技术

正如先前使用的产品，已知通过PVD方法在硬质材料基底(具体为氮化铬)上对活塞环进行涂覆。而且，与A1203或金刚石颗粒(颗粒的尺寸在微米范围内)结合有关的铬层的电化学沉积也是已知的。

WO2007/079834A1披露了DLC(类金刚石碳)涂层体系，其可以包括纳米晶形式的碳化钨沉积物，该碳化钨沉积物是在分离过程中制造的，并且尺寸最高达10nm。

最终，DE19958473A1涉及一种用等离子束源制造复合层的方法，其中可以嵌入纳米晶颗粒，并且可以与已知的、独立可控的CVD或者PVD方法相结合。

发明内容

形成本发明基础的目的是可以提供一种涂覆滑动元件的方法，以及相应的滑动元件，所述滑动元件可以在所需的使用期限内实现所需的摩擦和磨损性能。

该目的可以通过权利要求1所描述的方法来实现。

具体实施方式

因此，本发明提供了一种形成涂层的方法，该涂层包括在滑动元件具体为活塞环的至少一个外表面上形成的至少一层，其中，首先制造纳米颗粒，然后在涂覆过程中将其注入到涂层中。换言之，纳米颗粒不是原位制造的，即不是在涂覆期间制造的，而是一定程度的非原位单独制造的，并且在涂覆过程中加入到涂层中。该原理可以这样使用并且改进机械性能，如疲劳强度、焦痕强度、爆燃强度、断裂强度和断裂伸度，其如公知常识中所述起到如下作用。还值得注意的是，本发明并不限于此。所述颗粒的加入会引起局部晶格变形，从而导致了上述改进的机械性能。而且，实现了由于极高的晶粒极限密度、弹性增加和摩擦减少引起的磨损性能的改进。

所述注入纳米颗粒的优势也可以在要进行的分散或者沉积硬化中得以实现。也就是说，受压产生的或已经存在的位移不能通过颗粒或沉积物而完成或“贯穿”(“cut”through)，但是在颗粒之间有一定程度的凸出。这样，形成了必须通过位移来绕过的位移环。随着这种绕过，需要比当后者通过颗粒或沉积物“贯穿”时更高的能量。负载能力也因此而提高。而且，本发明有利地进一步利用了如下效果：随颗粒间隔降低以及颗粒尺寸减少，用于位移迁移的屈服应力会提高。材料强度因此提高了。该效果可以通过纳米颗粒而更好的得到。而且，在本发明范围内显示出，在其表面高缺陷密度的基础上，涂覆过程中后者可以被实际上独立地注入并结合在要被加强的材料中。这样，有利于形成所需的无粘性、部分粘性或粘性且具有上述机械性能效果的沉积物。非原位制造纳米颗粒进一步有利地确保能够控制纳米颗粒的化学和结晶结构。另外，通过这样的控制，当制造纳米颗粒时，可以确保在涂覆过程中以所需的方式将后者注入到层中因而生长。

这样的涂覆可以通过经过试验和测试的PVD(物理气相沉积)和/或CVD(化学气相沉积)涂覆方法而有利地进行。

根据本发明方法的进一步有益效果在更多权利要求中都有描述。

对于涂层的基底材料或基质，已证明包括氮化物特别是金属(氧)氮化物(具体为Cr(O)N、AlN或TiN)的材料是非常有利的。

初始试验表明纳米颗粒的体积分数为20％以下时会得到良好的性能。

而且，具有1到100nm，优选5到75nm，特别优选5到50nm粒度(直径)的纳米颗粒可以得到良好的性能。

纳米颗粒化合物选自氧化物、碳化物和/或硅化物的组中，优选为Me_xO_y、Me_xC_y或Me_xSi_y。此处金属可以为铬、钛、钽、硅、铟、锡、铝、钨、钒或钼，和/或x可以为1到3，和/或y可以为1到3。

关于层厚度，涂层厚度的最大值为100μm，并且优选在5到50μm范围内时可以得到特别好的性能。