[发明专利]具有保护层的有涂层的活塞环

说明书

本发明涉及一种活塞环，该活塞环具有作为功能层/磨损保护层的DLC(类金刚石)层，其中用保护层覆盖所述DLC层，所述保护层的材料不同于DLC层的材料并且所述保护层的材料具有比DLC层的材料更高的耐热性。此外，本发明涉及一种用于制造具有DLC磨损保护层的活塞环的方法，在所述DLC磨损保护层的表面内以由表面粗糙度产生的凹陷部内的沉积物形式提供保护层。

技术领域

本发明涉及一种活塞环(特别是垫圈)的涂层，或者涉及所述活塞环的涂层在内燃机的活塞上的用途。

背景技术

在内燃机中，诸如活塞环的滑动元件必须用尽可能少的摩擦和尽可能少的磨损两者而运行尽可能长的使用寿命。为了减少摩擦(该摩擦与内燃机的燃料消耗直接相关)并延长使用寿命，通常已知的是为这种滑动元件提供防止磨损的摩擦减小涂层。为此，例如使用本领域的技术人员通常已知的DLC(类金刚石)涂层或渗氮层。使用多种工艺来施加DLC层。由于其高涂布率和相对低的成本，PA-CVD(等离子辅助化学气相沉积)工艺被经常使用。也已知的是PVD(物理气相沉积)工艺的使用。

在这个背景下，因为垫圈暴露在最大气体压力和最高热负荷之下，因此对关于距离燃烧室最近的活塞环、垫圈的磨损和匹配精确方面的要求特别高，以便满足低漏气和最低油耗的要求。因此，存在提高提供有功能涂层/磨损保护涂层的活塞环的特性的需要。

为了延长环的使用寿命，最优磨合行为也是必需的。为了防止涂层过早地被损坏，活塞环的环轮廓也必须被优化并且必须能够通过具有不同强度的基础材料和涂层之间的内部应力的附加的相互作用来评估该环轮廓。

发明内容

根据本发明，利用这种活塞环来解决问题：该活塞环包括活塞环主体，作为所述活塞环主体的外表面(至少其支承表面)上的功能涂层的DLC涂层被施加到所述活塞环主体上，其中保护层被施加到在活塞环支承表面的至少一个局部表面处的功能涂层上，并且其中所述保护层由这样的材料组成，该材料不同于所述功能涂层的材料并且与所述功能涂层相比抵抗更高的温度。

根据一方面，保护层可以通过PVD工艺来施加。

根据本发明的另一方面，保护层的厚度小于5μm、优选地小于2μm、最优选地小于1μm。

根据另一方面，保护层可以由金属或金属氮化物组成。

根据一方面，保护层被施加到整个活塞环支承表面。

根据本发明的另一方面，保护层可以不被施加到活塞环支承表面的围绕枢轴点的区域，并且保护层可以被施加到活塞环支承表面的其余部分，有可能的话，包括上述区域外的运行边缘。

根据一方面，功能涂层/磨损保护层可以形成为不含氢或卤素的DLC层。

根据一方面，保护层可以以表面沉积物的形式存在于功能涂层的凹陷部内。

根据一方面，当功能涂层具有小于10μm的层厚度时，保护层的表面沉积物构成总表面面积的10％至30％之间的面积百分比，当功能涂层具有大于10μm的层厚度时，表面沉积物构成总表面面积的20％至40％之间的面积百分比。

根据一方面，活塞环支承表面上的Rpk粗糙度值可以在0.03μm至0.1μm的范围内，并且Rk粗糙度值可以在0.15μm至0.3μm的范围内。

根据本发明，还利用用于制造活塞环的方法来解决问题，该方法包括提供活塞环主体；将作为功能涂层的DLC层至少施加到所述活塞环主体的支承表面；将保护层施加到所述功能涂层；以及部分地去除所述保护层，使得仅在所述功能涂层的表面中的凹陷部内留有沉积物。

根据该方法的一方面，在施加功能涂层之前，可以使活塞环主体、特别是那些提供有功能涂层的外表面粗糙化。

根据该方法的一方面，可以通过电弧工艺或溅射工艺来施加功能涂层。