專利名稱：活塞環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞環(huán)。
背景技術(shù)：
已知碳基涂層作為具有低摩擦系數(shù)的涂層，但涂層應(yīng)力較高并且發(fā)生自破碎，因此難以增大厚度。日本專利公開(A)No. 2006-008853提出了一種具有低摩擦系數(shù)的碳基涂層，其由多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，最表面的層由軟層構(gòu)成，并且軟層與硬層交替層疊，這使得容易得到平滑表面。

相關(guān)技術(shù)可參見日本專利公開(A)No. 2006-008853。日本專利公開(A)No.2006-008853并沒有限定硬層與軟層之間的硬度差。然而，在日本專利公開(A)No. 2006-008853中，軟層用作配合層，而硬層用作耐磨損層，因此，在示例I中，軟層硬度為18GPa，硬層硬度為42GPa，在示例2中，軟層硬度為20GPa，硬層硬度為41GPa。軟層與硬層之間的硬度差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)有碳基涂層的活塞環(huán)，所述碳基涂層具有低摩擦特性和優(yōu)異的耐磨性。本發(fā)明涉及一種具有碳基涂層的活塞環(huán)，所述碳基涂層形成在所述活塞環(huán)的滑動(dòng)表面上，在所述活塞環(huán)中，所述涂層是層疊為至少兩層的多層涂層，所述多層涂層由兩種類型的層構(gòu)成，所述兩種類型的層具有不同的硬度，所述兩種類型的層之間的硬度差為500至1700HV，高硬度層的厚度等于或大于低硬度層，并且所述涂層總厚度為5. O μ m或更大。優(yōu)選地，高硬度層的厚度為5至90nm。優(yōu)選地，其上形成有涂層的表面的基礎(chǔ)材料粗糙度為LOymRz或更低。優(yōu)選地，涂層的最表面的層為高硬度層。優(yōu)選地，涂層的低硬度層僅含有碳，或者含有碳且含有Cr或Ti。本發(fā)明的有利效果在于，根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)，通過使碳基涂層形成為硬度差為500至1700HV的兩種類型的層的多層涂層，可以增大厚度，并且同時(shí)提供了低摩擦特性和優(yōu)異的耐磨性。如果硬度差小于500HV，則涂層裂紋使得滑動(dòng)表面變得粗糙，摩擦系數(shù)變大，并且對(duì)立材料的磨損也變大。如果硬度差變得大于1700HV，則滑動(dòng)將使得低硬度層磨損，應(yīng)力集中在高硬度層的表面釋放部分處(參見圖1B)，涂層碎裂，摩擦系數(shù)變大，并且對(duì)立材料的磨損也變大。如果涂層的總厚度小于5. O μ m，則耐磨性不足。


本發(fā)明的這些和其它特征將從以下參照附圖的說明而變得清楚，其中圖IA至IC示出本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖IA是示出活塞環(huán)的一部分的縱向剖視圖，圖IB是涂層部分的放大剖視圖，并且圖IC是示出滑動(dòng)后涂層表面的一部分的視圖；以及圖2是往復(fù)磨損測(cè)試器的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例?；钊h(huán)I具有形成在其外圓周上的碳基涂層2。碳基涂層2是由層疊為至少兩層的多層涂層構(gòu)成的DLC (類金剛石)涂層，所述多層涂層由兩種類型的層A和B構(gòu)成，所述兩種類型的層A和B具有不同硬度。在圖IA至IC中，所述兩種 類型的層A和B分別層疊在六層中。最表面的層是高硬度的層A。所述兩種類型的層A和B之間的硬度差是500至1700HV。高硬度的層A (以下稱為“高硬度層A”)的厚度為5至90nm，而低硬度的層B (以下稱為“低硬度層B”)具有相同或更大的厚度。碳基涂層2的總厚度為5. Ομπι或更大。所述外圓周的基礎(chǔ)材料粗糙度為l.OymRz或更低。低硬度層B可含有Cr或Ti。如果含有Cr或Ti，則進(jìn)一步增強(qiáng)與高硬度層A的附著性。如果高硬度層A的厚度小于5nm,則無法充分地保證在滑動(dòng)后在外圓周處暴露的低硬度層B和高硬度層A的所需寬度(參見圖1C)，油保持性降低，并且低摩擦效果變得不足。如果厚度變得大于90nm，則在滑動(dòng)后在外圓周處暴露的低硬度層B和高硬度層A的寬度變得太大，發(fā)生涂層裂紋，摩擦系數(shù)變大，并且對(duì)立材料的磨損變大。如果外圓周的基礎(chǔ)材料粗糙度大于I. O μ mRz，則滑動(dòng)將引起低硬度層B磨損，應(yīng)力集中在高硬度層A的表面釋放部分處(參見圖1Β)，涂層碎裂，摩擦系數(shù)變大，并且對(duì)立材料的磨損也變大。如果最表面的層是高硬度層Α，則對(duì)立材料的表面會(huì)迅速變得平滑。上述碳基涂層2是使用PVD方法通過交替地進(jìn)行噴濺(形成低硬度層B)和離子鍍(形成高硬度層Α)而形成的。層的厚度通過改變形成時(shí)間而調(diào)節(jié)，而硬度是通過改變偏置電壓而調(diào)節(jié)。以下將解釋使用往復(fù)磨損測(cè)試器測(cè)量自磨損量、對(duì)立磨損量和摩擦系數(shù)的結(jié)果。圖2示出用于所述測(cè)試的往復(fù)磨損測(cè)試器的的示意圖。通過保持塊11保持銷狀頂部測(cè)試件10。液壓缸12用于從上方施加向下的載荷，由此擠壓底部測(cè)試件13。另一方面，平盤形的底部測(cè)試件13由可動(dòng)塊14保持，并且通過曲柄機(jī)構(gòu)15而前后移動(dòng)。附圖標(biāo)記16指示載荷單元。測(cè)試條件如下載荷100Ν速度600cpm/min潤滑油5W_20時(shí)間I小時(shí)頂部測(cè)試件用于設(shè)有DLC涂層的活塞環(huán)的銷狀測(cè)試件底部測(cè)試件用于氣缸套的薄板形石墨鑄鐵材料
權(quán)利要求
1.一種活塞環(huán)，所述活塞環(huán)具有形成在其滑動(dòng)表面上的碳基涂層，在所述活塞環(huán)中，所述碳基涂層是由兩種類型的層構(gòu)成的多層涂層，所述兩種類型的層具有不同硬度，并且層疊在至少兩層中，所述兩種類型的層之間的硬度差是500至1700HV，高硬度層的厚度等于或大于低硬度層的厚度，并且所述碳基涂層的總厚度為5. 0 y m或更大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述高硬度層的厚度為5至90nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的活塞環(huán)，其特征在于，其上形成有所述碳基涂層的表面的基礎(chǔ)材料粗糙度為I. 0 ii mRz或更低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于，所述碳基涂層的最表面的層是高硬度層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述碳基涂層的低硬度層僅含有碳，或者含有碳且含有Cr或Ti。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活塞環(huán)，所述活塞環(huán)具有形成在其滑動(dòng)表面上的碳基涂層，在所述活塞環(huán)中，所述碳基涂層是由兩種類型的層構(gòu)成的多層涂層，所述兩種類型的層具有不同硬度，并且層疊在至少兩層中，所述兩種類型的層之間的硬度差是500至1700HV，高硬度層的厚度等于或大于低硬度層的厚度，并且所述碳基涂層的總厚度為5.0μm或更大。所述高硬度層的厚度為5至90nm。所述其上形成有所述碳基涂層的表面的基礎(chǔ)材料粗糙度為1.0μmRz或更低。
文檔編號(hào)F02F5/00GK102705102SQ20121008518
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者佐藤智之, 巖下譽(yù)二 申請(qǐng)人:帝伯愛爾株式會(huì)社