涂覆滑動(dòng)元件的方法以及滑動(dòng)元件具體為活塞環(huán)的制作方法
【專利說明】涂覆滑動(dòng)元件的方法以及滑動(dòng)元件具體為活塞環(huán)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980158154.0(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮?PCT/EP2009/066824)，申請(qǐng)日為2009年12月10日，發(fā)明名稱為“涂覆滑動(dòng)元件的方法以及滑動(dòng)元件具體為活塞環(huán)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種涂覆滑動(dòng)元件的方法以及一種滑動(dòng)元件具體為活塞環(huán)。對(duì)滑動(dòng)元件(如活塞環(huán))的要求是，其只會(huì)產(chǎn)生較小的摩擦損失。例如，當(dāng)活塞環(huán)在內(nèi)燃機(jī)中用作滑動(dòng)元件時(shí)，摩擦的增加會(huì)對(duì)燃料消耗產(chǎn)生直接的影響。而且，油料消耗還受到活塞環(huán)條件的影響。特別是，基于此，還有待觀察必然特別高從而恒定地實(shí)現(xiàn)所需摩擦值的所謂的焦痕強(qiáng)度(burn mark strength)和爆燃強(qiáng)度(outbreak strength)。
【背景技術(shù)】
[0003]正如先前使用的產(chǎn)品，已知通過PVD方法在硬質(zhì)材料基底(具體為氮化鉻)上對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行涂覆。而且，與A1203或金剛石顆粒(顆粒的尺寸在微米范圍內(nèi))結(jié)合有關(guān)的鉻層的電化學(xué)沉積也是已知的。
[0004]W0 2007/079834 A1披露了 DLC (類金剛石碳)涂層體系，其可以包括納米晶形式的碳化鎢沉積物，該碳化鎢沉積物是在分離過程中制造的，并且尺寸最高達(dá)10nm。
[0005]最終，DE 199 58 473 A1涉及一種用等離子束源制造復(fù)合層的方法，其中可以嵌入納米晶顆粒，并且可以與已知的、獨(dú)立可控的CVD或者PVD方法相結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]形成本發(fā)明基礎(chǔ)的目的是可以提供一種涂覆滑動(dòng)元件的方法，以及相應(yīng)的滑動(dòng)元件，所述滑動(dòng)元件可以在所需的使用期限內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的摩擦和磨損性能。
[0007]該目的可以通過權(quán)利要求1所描述的方法來實(shí)現(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0008]因此，本發(fā)明提供了一種形成涂層的方法，該涂層包括在滑動(dòng)元件具體為活塞環(huán)的至少一個(gè)外表面上形成的至少一層，其中，首先制造納米顆粒，然后在涂覆過程中將其注入到涂層中。換言之，納米顆粒不是原位制造的，即不是在涂覆期間制造的，而是一定程度的非原位單獨(dú)制造的，并且在涂覆過程中加入到涂層中。該原理可以這樣使用并且改進(jìn)機(jī)械性能，如疲勞強(qiáng)度、焦痕強(qiáng)度、爆燃強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸度，其如公知常識(shí)中所述起到如下作用。還值得注意的是，本發(fā)明并不限于此。所述顆粒的加入會(huì)引起局部晶格變形，從而導(dǎo)致了上述改進(jìn)的機(jī)械性能。而且，實(shí)現(xiàn)了由于極高的晶粒極限密度、彈性增加和摩擦減少引起的磨損性能的改進(jìn)。
[0009]所述注入納米顆粒的優(yōu)勢(shì)也可以在要進(jìn)行的分散或者沉積硬化中得以實(shí)現(xiàn)。也就是說，受壓產(chǎn)生的或已經(jīng)存在的位移不能通過顆?；虺练e物而完成或“貫穿”(“cut”through)，但是在顆粒之間有一定程度的凸出。這樣，形成了必須通過位移來繞過的位移環(huán)。隨著這種繞過，需要比當(dāng)后者通過顆粒或沉積物“貫穿”時(shí)更高的能量。負(fù)載能力也因此而提高。而且，本發(fā)明有利地進(jìn)一步利用了如下效果:隨顆粒間隔降低以及顆粒尺寸減少，用于位移迀移的屈服應(yīng)力會(huì)提高。材料強(qiáng)度因此提高了。該效果可以通過納米顆粒而更好的得到。而且，在本發(fā)明范圍內(nèi)顯示出，在其表面高缺陷密度的基礎(chǔ)上，涂覆過程中后者可以被實(shí)際上獨(dú)立地注入并結(jié)合在要被加強(qiáng)的材料中。這樣，有利于形成所需的無粘性、部分粘性或粘性且具有上述機(jī)械性能效果的沉積物。非原位制造納米顆粒進(jìn)一步有利地確保能夠控制納米顆粒的化學(xué)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。另外，通過這樣的控制，當(dāng)制造納米顆粒時(shí)，可以確保在涂覆過程中以所需的方式將后者注入到層中因而生長(zhǎng)。
[0010]這樣的涂覆可以通過經(jīng)過試驗(yàn)和測(cè)試的PVD (物理氣相沉積)和/或CVD (化學(xué)氣相沉積)涂覆方法而有利地進(jìn)行。
[0011]根據(jù)本發(fā)明方法的進(jìn)一步有益效果在更多權(quán)利要求中都有描述。
[0012]對(duì)于涂層的基底材料或基質(zhì)，已證明包括氮化物特別是金屬(氧)氮化物(具體為Cr (0) N、A1N或TiN)的材料是非常有利的。
[0013]初始試驗(yàn)表明納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為20%以下時(shí)會(huì)得到良好的性能。
[0014]而且，具有1到lOOnm，優(yōu)選5到75nm，特別優(yōu)選5到50nm粒度(直徑)的納米顆?？梢缘玫搅己玫男阅堋?br>[0015]納米顆?；衔镞x自氧化物、碳化物和/或硅化物的組中，優(yōu)選為MexOy、MexCy或MexSiy0此處金屬可以為絡(luò)、鈦、鉭、娃、銦、錫、招、媽、銀或鉬，和/或X可以為1到3，和/或y可以為1到3。
[0016]關(guān)于層厚度，涂層厚度的最大值為100 μ m，并且優(yōu)選在5到50 μ m范圍內(nèi)時(shí)可以得到特別好的性能。
[0017]雖然根據(jù)已被驗(yàn)證的性能，根據(jù)本發(fā)明的涂層可以用于多種不同的途徑，但是所述基底材料(即根據(jù)本發(fā)明要被涂覆的滑動(dòng)元件的材料)通常優(yōu)選為鑄鐵或者鋼。
[0018]而且，可以通過權(quán)利要求9所述的滑動(dòng)元件(具體為活塞環(huán))來實(shí)現(xiàn)上述目的。根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)元件的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的制造所述滑動(dòng)元件的方法的優(yōu)選實(shí)施方式。以同樣的方式應(yīng)用所述滑動(dòng)元件，會(huì)產(chǎn)生有益效果，特別是永久滑動(dòng)元件恒定地具有所需的摩擦值和磨損性能。
[0019]在活塞環(huán)的優(yōu)選情況下，可以涂覆作為滑動(dòng)表面的一個(gè)或多個(gè)表面，即上和/或下面、和/或接觸面即活塞環(huán)的圓柱體外表面。與至少一個(gè)所述表面相比，接觸面可以涂覆更厚的涂層，所述涂層是根據(jù)本發(fā)明的加入有單獨(dú)制造的納米顆粒的涂層。接觸面和至少一個(gè)表面之間的過渡區(qū)域(cross-over)可以在涂層上導(dǎo)圓，在活塞環(huán)基底材料上的過渡區(qū)域也可以相同的方式導(dǎo)圓。兩個(gè)表面的涂層厚度可以相同。在一些特殊的應(yīng)用中也可以只涂覆一個(gè)接觸面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種形成涂層的方法，該涂層包括在滑動(dòng)元件具體為活塞環(huán)的至少一個(gè)外表面上形成的至少一層，其中，首先制造納米顆粒，然后在涂覆過程中將所述納米顆粒注入到涂層中，所述涂覆過程通過PVD和/或CVD方法來進(jìn)行，其中，形成的所述涂層在基質(zhì)中包含CrON，并且形成的所述涂層總厚度為5到50 μ m， 其特征在于，所述納米顆粒選自氧化物、碳化物和/或硅化物的組中，并且所述化合物的一種或多種包括MexOy、MexCy和Me xSiy，其中Me為In、Sn，和/或x = 1?3，和/或y =1?3，或者所述化合物包括AlxCy、VxCy和/或V xSiy，其中x = l?3，和/或y=l?3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米顆粒占所述涂層最高達(dá)20體積％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述涂層，以使所述納米顆粒的尺寸為 1 到 lOOnm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，形成所述涂層，以使所述納米顆粒的尺寸為5到75nm。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，形成所述涂層，以使所述納米顆粒的尺寸為5到50nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在作為滑動(dòng)元件的襯底材料的鑄鐵或鋼上形成所述涂層。7.一種滑動(dòng)元件具體為活塞環(huán)，其具有包括通過PVD和/或CVD方法在至少一個(gè)外表面上形成的至少一層的涂層，所述涂層含有單獨(dú)制造的納米顆粒，其中，所述涂層在基質(zhì)中包含CrON，并且所述涂層的總厚度為5到50 μ m， 其特征在于，所述納米顆粒選自氧化物、碳化物和/或硅化物的組中，并且所述化合物的一種或多種包括MexOy、MexCy和Me xSiy，其中Me為In、Sn，和/或x = 1?3，和/或y =1?3，或者所述化合物包括AlxCy、VxCy和/或V xSiy，其中x = l?3，和/或y=l?3。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的滑動(dòng)元件，其特征在于，所述納米顆粒占所述涂層最高達(dá)20體積％。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的滑動(dòng)元件，其特征在于，所述納米顆粒的尺寸為1到lOOnm。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滑動(dòng)元件，其特征在于，所述納米顆粒的尺寸為5到75nm。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的滑動(dòng)元件，其特征在于，所述納米顆粒的尺寸為5到50nm。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的滑動(dòng)元件，其特征在于，所述滑動(dòng)元件的襯底材料包括鑄鐵或鋼。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種方法，其中，首先制造納米顆粒，然后在涂覆過程中通過PVD和/或CVD方法將其注入涂層中。本發(fā)明還涉及一種滑動(dòng)元件，其包括通過PVD和/或CVD方法而形成的涂層，所述涂層包含單獨(dú)制造的納米顆粒。
【IPC分類】F16J9/26, C23C30/00
【公開號(hào)】CN105386050
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510845809
【發(fā)明人】馬庫(kù)斯·肯尼迪
【申請(qǐng)人】菲特爾莫古布爾沙伊德有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2009年12月10日
【公告號(hào)】CN102356183A, DE102009013855A1, EP2408949A1, EP2408949B1, US20120088093, US20150330508, WO2010105710A1