一种锥面活塞环的制作方法

本实用新型涉及一种活塞环，尤其涉及一种应用于汽车发动机上的锥形活塞环。

背景技术：

减小发动机摩擦损失以及发动机摩擦研究已成为未来发动机发展的主攻方向之一。为了满足未来燃油耗目标和排放限值，除了采用增压技术、新燃烧技术以及可变换气技术外，零部件低摩擦设计也成为降低燃油耗的有效手段。针对现有和未来产品的摩擦进行深入优化研究，开发低摩擦发动机已经成为国内外汽车企业及研究机构的迫切需求，发动机摩擦损失主要包括活塞连杆组摩擦损失、气门机构摩擦损失、凸轮轴驱动损失、曲轴(含油封)损失、机油泵损失、前端附件驱动损失等；其中活塞环组在减少摩擦损失方面潜力巨大(其摩擦损失占机械损失总量的24％)。

而常见的活塞环表面处理方式有镀铬和喷钼，然而这些涂层都存在一定的局限性；如：镀铬层摩擦系数大，磨损功损失大，容易攻击缸体，出现拉缸现象；喷钼涂层硬度偏低，抗磨粒磨损性能差，不耐磨。市场普遍反映传统表面处理的活塞环经常出现外圆面及上下侧面的异常磨损和拉缸等现象，已渐渐不能满足现代发动机发展的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种能够满足现代发动机朝着更高转速,更高寿命，更高扭矩，更低油耗和更低排放的方向发展需要的具有高硬度和高弹性模量，低摩擦因数，耐磨损以及良好的真空摩擦学特性的锥形活塞环。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种锥面活塞环，具有活塞环基体；所述活塞环基体上表面和/或下表面均匀涂覆有磷化层，所述活塞环基体外圆表面设有类金刚石膜层。

上述技术方案，所述活塞环基体表面与类金刚石膜层之间还设有过渡层。

上述技术方案，所述过渡层为薄铬层，PVD处理成型。

上述技术方案，所述类金刚石膜层厚度为1～10μm，硬度为 1600～2800HV，表面粗糙度≤Ra0.1。

上述技术方案，所述中间过渡层薄铬层厚度为1～8μm，硬度大于等于 850HV。

上述技术方案，所述类金刚石膜层厚度为3～7μm。

上述技术方案，所述中间过渡层厚度为3～5μm。

上述技术方案，所述类金刚石膜层(3)真空镀膜成型。

上述技术方案，所述活塞环截面为梯形，锥面角度为α；1.5°≤α≤ 3°。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：

(1)本实用新型外圆上采用真空镀膜方法镀有类金刚石膜层(DLC膜层)，DLC膜层具有极低的摩擦阻力，可使活塞环表面摩擦系数减小降低发动机的油耗；且DLC膜层抓油性能极好，冷启动时对发动机损伤更小；另外，DLC膜层具有极高的硬度，可达1600～2800HV，耐磨性极好，可使活塞环寿命达30万公里；上、下侧面经磷化处理后形成的磷化层可提高其耐磨性和润滑性，从而延长活塞环的使用寿命；

(2)本实用新型外圆DLC膜层与活塞环基体之间还设有过渡薄铬层，过渡层硬度为850HV，活塞环基体硬度为400～550HV，从而可使DLC膜层与基体之间形成较平缓的硬度梯度，提高膜层之间的结合强度，从而延长活塞环的使用寿命；

(3)本实用新型DLC膜层厚度为1～10μm，低于1μm膜层的耐磨性不足，超过10μm膜层应力大，脆性也大，容易脱落，反而不利于膜层耐磨性的提高；DLC膜层厚度优选3～7μm；

(4)本实用新型中间过渡层厚度1～8μm，低于1μm会影响基体与DLC膜层的结合强度，因过渡铬层的硬度较低；超过8μm不利于膜层耐磨性的提高，优选3～5μm。

(5)本实用新型活塞环为锥面环，锥面角度优选1.5°～3°，可提高活塞环的密封性能。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型俯视图；

图2为本实用新型主视图；

图3为本实用新型实施例1主视图A部分局部放大图；

图4为本实用新型实施例2主视图A部分局部放大图；

图中1、活塞环基体；2、磷化层；3、类金刚石膜层；4、过渡层。

具体实施方式

(实施例1)

本实施例锥面活塞环制作方法如下：

1.通过圆丝轧制，连续热处理，单片椭圆绕圆等活塞环常规初加工；

2.通过平面磨削工艺对活塞环的上下侧面进行加工；

3.通过珩磨工艺对活塞环的外圆面进行加工；

4.对活塞环进行脱脂清洗烘干；

5.利用工装将活塞环装夹起来；

6.装入DLC炉，进行真空镀膜处理，处理工艺时间：5-6小时；处理温度：100-200度；

7.外圆面珩磨精加工；

8.上下侧面磨削精加工；

9.对活塞环的上下侧面进行磷化处理，处理工艺时间:3-5分钟，处理温度：80-90度。

制作完成后锥面活塞环如图1～图3所示，本实用新型锥面活塞环，具有活塞环基体1；活塞环基体1上表面和/或下表面均匀涂覆有磷化层2，所述活塞环基体1外圆表面设有类金刚石膜层3。类金刚石膜层3厚度为1～10 μm，优选3～7μm，硬度为1600～2800HV，表面粗糙度≤Ra0.1。

本实用新型活塞环截面为梯形，锥面角度为α；1.5°≤α≤3°。

(实施例2)

本实施例锥面活塞环制作方法如下：

1.通过圆丝轧制，连续热处理，单片椭圆绕圆等活塞环常规初加工；

2.通过平面磨削工艺对活塞环的上下侧面进行加工；

3.通过珩磨工艺对活塞环的外圆面进行加工；

4.利用三氯乙烯对活塞环的表面进行脱脂清洗；

5.利用工装将活塞环装夹起来再进行喷砂处理；

6.外圆镀PVD处理:处理时间7-8小时，处理温度:300-400度；

7.通过珩磨工艺对活塞环的外圆面进行加工；

8.对活塞环进行脱脂清洗烘干；

9.利用工装将活塞环再装夹起来；

10.装入DLC炉，进行真空镀膜处理，处理工艺时间:5-6小时，处理温度:100-200度；

11.外圆面珩磨精加工；

12.上下侧面磨削精加工；

13.对活塞环的上下侧面进行磷化处理，处理工艺时间:3-5分钟，处理温度:80-90度；

见图4，本实施中在DLC炉进行真空镀膜处理工序前又增加了外圆镀 PVD处理，从而可使活塞环基体1与DLC膜层3之间又增加了一层过渡层 4，该过渡层为薄铬层，厚度为为1～8μm，优选3～5μm，硬度大于等于 850HV，过渡层4的增加并于DLC膜层形成复合膜层，从而可提高外表面DLC膜层3的结合强度，并与活塞环基体1之间形成较平缓的硬度梯度，提高复合膜层的抗冲击能力，延长活塞环的使用寿命。

DLC膜层使活塞环表面摩擦系数减小，摩擦系数＜0.1，降低发动机油耗，省油；DLC膜层抓油性能极好，冷启动时对发动机的损伤更小，确保在极度缺少润滑的情况下以及冷启动时发动机运转正常；DLC膜层永不磨损，活塞环寿命可以达到30万公里。高硬度和超低摩擦特性是强化与润滑油功能结构一体化的DLC薄膜材料的独特优势，微米、亚微米级的碳基固体润滑磨屑随流体润滑油一起填充修复附着成膜于发动机摩擦副表面，形成了既有流体润滑又有固体润滑的复合润滑膜。这种复合润滑膜大大提高了油膜的承载能力，增加了发动机的气密性，提高了摩擦副表面的润滑性，减少了机械摩擦的振动，同时得到了节能、环保、减摩、增效的多重效果。适应了现代强化发动机高功率、低油耗、低排放的各种技术性能要求，可大规模推广应用。

本实用新型DLC膜层的形成原理是：首先将真空室抽真空、预热工件、轰击清洁待镀表面后，通过在高真空中的点弧装置引燃电弧，在电源的维持和磁场的推动下，阴极弧在靶表面游动，电弧使碳靶蒸发，蒸发的碳通过靶前高势垒，在场致效应作用下离化为碳离子；在阴极电弧前方设置磁过滤管，利用磁场对离子的作用，改变碳离子到达基体的运动轨迹，只有当颗粒的电荷和大小恰好合适时，才有可能通过磁场管道，高速轰击基底并沉积成膜。通过磁过滤真空阴极电弧沉积的DLC膜层具有高硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高抗拉缸性和良好的膜基结合力。类金刚石膜层 (DLC)是一种非晶态膜层，DLC膜层具有低内应力、低表面粗糙度、高硬度(可调节)、超高的耐磨性能及与基体的优异的附着力等特性，很适合于作为耐磨涂层。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。