[发明专利]耐磨部件，特别是内燃机活塞环

说明书

本发明涉及耐磨部件，尤其是与铝合金接触并保持紧密接触的耐磨部件。更具体地说，本发明涉及一种活塞环，该活塞环具有一适合用于内燃机铝合金活塞组件中的耐磨表面。

由于现在内燃机的功率及转速越来越高，因此作用于活塞环，尤其第一道活塞环上的压力的热负荷越来越高。因铝合金广泛用于汽车发动机的活塞中，因此下述的粘附磨损极易产生。

参见图11示出了一种车用四冲程汽油机，特别是示出了一活塞及其外圆周部件。该四冲程发动机在活塞11的两个往复过程期间进行由进气、压缩，燃烧及排气构成的四冲程。它们重复进行这些冲程。一曲轴位于平衡18之后，因此在该图中没有画出，该曲轴经连杆17由上述所述的作往复运动的活塞驱动旋转。

图11所示冲程为进气冲程的最后阶段，其中进气阀保持关闭，然后将经进气支管29及缸头21中的进气口22引入气缸的混合气由向上移动的活塞11压缩。当给火花塞24通电时，该压缩的混合气以爆燃方式燃烧并使活塞11向下移动。

该第一和第二活塞环12和13分别设置位于活塞11和缸套15之间的密封接触，而油环14调节供给适当的润滑油，这些环12，13及14依次按朝下的方向布置并配装于活塞11的环槽中。在这些活塞环中，尤其是第一道气环12是暴露于高的燃气温度中的。

该进气阀23只有在进气冲程时才开启。该排气阀在图11中藏于该进气阀23之后，因此图中未示出，该排气阀只有在排气冲程时才开启。这些阀由一摇臂27开启并开关，该摇臂27与凸轮28相连并由该凸轮驱动。这些阀总是由阀簧26作用在关闭方向移动。

参照图9和10，它们是活塞环与活塞的放大图，环槽11a，11b及11c形成于该活塞11上。第一气环12，第二气环13及油环14以这样的方式分别装于环槽11a，11b及11c中，即在各环与环槽的两侧壁之间稍稍形成一点间隙。

通常耐磨部件具有这样的特性，即其磨损很小，此外与该耐磨件滑动接触的相对件的磨损是小的。因此，此处之耐磨具体地说来是表示为活塞环之上下表面的磨损较小，而环槽的磨损也较小。以下参照附图9和10对活塞环所需的耐磨性进行详细说明。

当活塞11朝下移动时，该第一和第二气环12和13分别抵靠在并紧紧压缩在活塞环槽11a和11b的上表面上。在另一方面，当活塞11向上运动时，该第一和第二气环12和13分别抵靠在并紧紧压紧在该环槽11a和11b的下表面上。由于这种抵靠及压紧作用以与发动机转速成正比的频率反复进行，因此在更高的发动机转速下，该活塞环易于受更严厉的冲击作用。在活塞11往复运动同时，该第一和第二气环12，13在环槽11a，11b中绕活塞外圆周不规则地移动。因此该第一和第二气环12，13不仅易于受压紧接触作用而且易于受滑动接触作用。

此外，尤其是该第一气环12暴露于爆燃气体高温下，因该第一气环12所暴露的环境是极为严厉的。

活塞的铝合金因高温作用而软化，从而由活塞环刮磨掉并沉积于第一气环12上。因此在该第一气环12和活塞11的铝合金之间产生所谓的粘附磨损。因此活塞11上在环槽处的磨损继续发展，并且产生所谓的漏气，即燃气经过该环槽漏出。因此发动机的动力减少。

至今，用于解决活塞的上述问题的对策是将该活塞进行阳极氧化处理，从而形成一层硬的氧化铝镀层，而用于解决活塞环的上述问题的对策是将该活塞环进行磷化化学转化处理，特别是形成一磷酸锰镀层。但该阳极氧化处理是极为昂贵的。该磷酸锰镀层对防止发动机初始工作期间的粘附磨损是极为有效的，但由于其寿命短，因此在进一步的工作期间不能指望它保持有效。

日本未审查的实用新型公开号No.60-82552公开了：将一活塞环的至少上下表面进行磷化化学转化处理并随之而形成一层带有固体润滑剂的耐热剂及耐磨剂树脂镀层。日本未审查的实用新型公开号No.1-307568公开了：将活塞环的上下表面进行氮化处理并随之而形成一层带固体润滑剂的耐热剂和耐磨剂树脂镀层。在这些公开出版物中公开的并结合于耐热剂和耐磨剂镀层中的固体润滑剂可被磨掉或脱落至这样的程度，即使该镀层的滑动性能丧失掉，从而导致粘附磨损。

本发明的目的之一是为了提供耐磨部件，特别是为了提供一活塞环，该环的磨损小并轻度地磨损掉相对接触的部件，并在继续工作时期该环表现出优良的耐磨性。

按着本发明之目的，本发明提供具有层状结构的耐磨件，该层状结构包括一基底，一个由磷化化学转化处理形成于该基底上的第一镀层及一个形成于该第一镀层上并包括一固体润滑剂的第二镀层，其特征在于：