专利名称：活塞环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的活塞环。
背景技术：
已知碳基涂层作为具有低摩擦系数的涂层，但涂层应力较高并且发生自破碎，因此难以增大厚度。日本专利公开(A)No. 2006-008853提出了一种具有低摩擦系数的碳基涂层，其由多层结构构成，最表面的层由软层构成，并且软层与硬层交替层叠，这使得容易得到平滑表面。
相关技术可参见日本专利公开(A)No. 2006-008853。日本专利公开(A)No.2006-008853并没有限定硬层与软层之间的硬度差。然而，在日本专利公开(A)No. 2006-008853中，软层用作配合层，而硬层用作耐磨损层，因此，在示例I中，软层硬度为18GPa，硬层硬度为42GPa，在示例2中，软层硬度为20GPa，硬层硬度为41GPa。软层与硬层之间的硬度差较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种设有碳基涂层的活塞环，所述碳基涂层具有低摩擦特性和优异的耐磨性。本发明涉及一种具有碳基涂层的活塞环，所述碳基涂层形成在所述活塞环的滑动表面上，在所述活塞环中，所述涂层是层叠为至少两层的多层涂层，所述多层涂层由两种类型的层构成，所述两种类型的层具有不同的硬度，所述两种类型的层之间的硬度差为500至1700HV，高硬度层的厚度等于或大于低硬度层，并且所述涂层总厚度为5. O μ m或更大。优选地，高硬度层的厚度为5至90nm。优选地，其上形成有涂层的表面的基础材料粗糙度为LOymRz或更低。优选地，涂层的最表面的层为高硬度层。优选地，涂层的低硬度层仅含有碳，或者含有碳且含有Cr或Ti。本发明的有利效果在于，根据本发明的活塞环，通过使碳基涂层形成为硬度差为500至1700HV的两种类型的层的多层涂层，可以增大厚度，并且同时提供了低摩擦特性和优异的耐磨性。如果硬度差小于500HV，则涂层裂纹使得滑动表面变得粗糙，摩擦系数变大，并且对立材料的磨损也变大。如果硬度差变得大于1700HV，则滑动将使得低硬度层磨损，应力集中在高硬度层的表面释放部分处(参见图1B)，涂层碎裂，摩擦系数变大，并且对立材料的磨损也变大。如果涂层的总厚度小于5. O μ m，则耐磨性不足。
本发明的这些和其它特征将从以下参照附图的说明而变得清楚，其中图IA至IC示出本发明的实施例，其中图IA是示出活塞环的一部分的纵向剖视图，图IB是涂层部分的放大剖视图，并且图IC是示出滑动后涂层表面的一部分的视图；以及图2是往复磨损测试器的示意图。
具体实施例方式以下将参照附图解释本发明的优选实施例。活塞环I具有形成在其外圆周上的碳基涂层2。碳基涂层2是由层叠为至少两层的多层涂层构成的DLC (类金刚石)涂层，所述多层涂层由两种类型的层A和B构成，所述两种类型的层A和B具有不同硬度。在图IA至IC中，所述两种 类型的层A和B分别层叠在六层中。最表面的层是高硬度的层A。所述两种类型的层A和B之间的硬度差是500至1700HV。高硬度的层A (以下称为“高硬度层A”)的厚度为5至90nm，而低硬度的层B (以下称为“低硬度层B”)具有相同或更大的厚度。碳基涂层2的总厚度为5. Ομπι或更大。所述外圆周的基础材料粗糙度为l.OymRz或更低。低硬度层B可含有Cr或Ti。如果含有Cr或Ti，则进一步增强与高硬度层A的附着性。如果高硬度层A的厚度小于5nm,则无法充分地保证在滑动后在外圆周处暴露的低硬度层B和高硬度层A的所需宽度(参见图1C)，油保持性降低，并且低摩擦效果变得不足。如果厚度变得大于90nm，则在滑动后在外圆周处暴露的低硬度层B和高硬度层A的宽度变得太大，发生涂层裂纹，摩擦系数变大，并且对立材料的磨损变大。如果外圆周的基础材料粗糙度大于I. O μ mRz，则滑动将引起低硬度层B磨损，应力集中在高硬度层A的表面释放部分处(参见图1Β)，涂层碎裂，摩擦系数变大，并且对立材料的磨损也变大。如果最表面的层是高硬度层Α，则对立材料的表面会迅速变得平滑。上述碳基涂层2是使用PVD方法通过交替地进行喷溅(形成低硬度层B)和离子镀(形成高硬度层Α)而形成的。层的厚度通过改变形成时间而调节，而硬度是通过改变偏置电压而调节。以下将解释使用往复磨损测试器测量自磨损量、对立磨损量和摩擦系数的结果。图2示出用于所述测试的往复磨损测试器的的示意图。通过保持块11保持销状顶部测试件10。液压缸12用于从上方施加向下的载荷，由此挤压底部测试件13。另一方面，平盘形的底部测试件13由可动块14保持，并且通过曲柄机构15而前后移动。附图标记16指示载荷单元。测试条件如下载荷100Ν速度600cpm/min润滑油5W_20时间I小时顶部测试件用于设有DLC涂层的活塞环的销状测试件底部测试件用于气缸套的薄板形石墨铸铁材料
权利要求
1.一种活塞环，所述活塞环具有形成在其滑动表面上的碳基涂层，在所述活塞环中，所述碳基涂层是由两种类型的层构成的多层涂层，所述两种类型的层具有不同硬度，并且层叠在至少两层中，所述两种类型的层之间的硬度差是500至1700HV，高硬度层的厚度等于或大于低硬度层的厚度，并且所述碳基涂层的总厚度为5. 0 y m或更大。
2.根据权利要求I所述的活塞环，其特征在于，所述高硬度层的厚度为5至90nm。
3.根据权利要求I或2所述的活塞环，其特征在于，其上形成有所述碳基涂层的表面的基础材料粗糙度为I. 0 ii mRz或更低。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述碳基涂层的最表面的层是高硬度层。
5.根据权利要求I至4中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述碳基涂层的低硬度层仅含有碳，或者含有碳且含有Cr或Ti。
全文摘要
本发明涉及一种活塞环，所述活塞环具有形成在其滑动表面上的碳基涂层，在所述活塞环中，所述碳基涂层是由两种类型的层构成的多层涂层，所述两种类型的层具有不同硬度，并且层叠在至少两层中，所述两种类型的层之间的硬度差是500至1700HV，高硬度层的厚度等于或大于低硬度层的厚度，并且所述碳基涂层的总厚度为5.0μm或更大。所述高硬度层的厚度为5至90nm。所述其上形成有所述碳基涂层的表面的基础材料粗糙度为1.0μmRz或更低。
文档编号F02F5/00GK102705102SQ20121008518
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者佐藤智之, 岩下誉二 申请人:帝伯爱尔株式会社