[发明专利]滑动元件，特别是活塞环

说明书

根据本发明的滑动元件、特别是活塞环包括涂层，该涂层从内到外具有以下层：粘合剂层、含碳功能层和非晶DLC外部层。含碳功能层的层厚度为涂层的总层厚度的至少70％、优选至少80％，并且含碳功能层与外部非晶DLC层的杨氏模量比率为1.2或更大。

技术领域

本发明涉及一种具有涂层的滑动元件，特别是活塞环。

滑动元件(诸如，例如活塞环)具有运行面(running surface)，在该运行面上它们与摩擦副(friction partner)滑动接触。摩擦学系统是复杂的，并且主要由摩擦副的材料配对(material pairing)和环境条件(诸如，例如压力、温度和周围介质)决定。尤其是在现代发动机中，在活塞环上存在特别高的负荷。为了确保和延长部件的功能性和寿命，可以特别地优化滑动元件的运行面性能。

背景技术

这种优化通常包括通过例如热喷涂工艺、电镀工艺或薄层技术工艺来施加或多或少复杂的层系统。这些层的主要目的是防止磨损，并且首先通常以层的高硬度为目标。类金刚石碳层(类金刚石碳(diamond-like carbon)，DLC)已经被证明是特别硬且坚固的层。这些类金刚石碳层可以以许多方式改变它们的性能，例如通过改变它们的C-C键合特性、碳的不同键合分数以及通过存在或不存在氢和金属。通常在这些磨损保护层下方施加粘合剂层，该粘合剂层认为是确保高应变磨损保护层与滑动元件的基底材料的特别坚固和牢固的结合。

然而，仅使用非常硬的DLC层导致一些技术问题。一方面，这些层的表面必须非常光滑，使得在较高的表面压力下，表面上不会发生破裂，并且使得层系统不会失效。此外，例如，可以看出，环磨损和内衬磨损随着磨损保护层的粗糙度而明显增加。因此，在使用前必须使磨损保护层的表面尽可能光滑，然而这涉及大量的技术工作并且是非常昂贵的。例如，EP1 829 986B1描述了一种如何通过刷毛状或板状元件来加工这种硬质碳系层的方法。此外，非常硬的磨损保护层具有不利的磨合行为。由于其高硬度，磨合以摩擦副为代价而发生，在磨合阶段中摩擦副经历增加的磨损，另外可能发生划痕和/或烧痕的形成。

考虑到磨合行为，在磨损保护层上设置磨合层是有利的。这些层的目的是产生一种摩擦学“平衡”，即，磨合层在与摩擦副第一次接触时被剥离，并且在这样做时，它执行摩擦副的相互调整。在磨合阶段之后，摩擦磨损减慢并稳定，并且随后硬的磨损保护层确保长期有利的摩擦性能以及使用寿命的耐久性。

DE10 2005 063 123 B3描述了一种滑动元件上的层系统，该层系统从内向外由磨损保护层、粘合剂层和Me-C:H型的磨合层组成，其中还含有硬质材料颗粒，例如WC。

由DE10 2008 042 747 A1可知一种具有涂层的滑动元件，该涂层从内向外具有粘合剂层、PVD层、任选的a-C:H:W型的碳系层、a-C:H型的碳系层和另外的a-C:H型碳系层。可以设想，外部碳层比下面的碳层更软。

10 2013 200 846 A1描述了一种具有涂层的滑动元件，该涂层从内向外具有第一粘合剂层、硬质无氢DLC层、第二粘合剂层、软质含氢DLC层、含金属DLC层和/或含金属碳化物DLC层、以及硬质含氢DLC层，其中软质含氢DLC层比硬质无氢DLC层更软，硬质含氢DLC层比软质含氢DLC层更硬。

发明内容

在这种背景下，本发明基于制作一种具有最佳的机械和摩擦学性能的滑动元件、尤其是用于内燃机的活塞环的目的。特别地，目的是提供这样的滑动元件，该滑动元件的表面具有有利的磨合行为，即缩短的磨合时间、减少的相对本体磨损、以及磨合期间较少的燃料和油消耗。

该目的通过专利的权利要求1中描述的滑动元件来解决。

因此，所述滑动元件包括涂层，该涂层从内到外具有以下层：粘合剂层、含碳功能层和外部非晶DLC层(amorphous DLC layer)，其中含碳功能层的层厚度为涂层的总层厚度的至少70％，并且含碳功能层与外部非晶DLC层的杨氏模量比率为1.2或更大。