[发明专利]活塞环以及制造活塞环的方法

说明书

技术领域

本发明涉及活塞环，其特别是用于在内燃机和/或压缩机的活塞槽中使用，该活塞环具有金属基体，除了金属基体的大致与活塞环的缺口或狭缝相对的区域之外，在金属基体的整个表面上施加氮化物表面涂层。本发明还涉及用于制造活塞环的方法。

背景技术

在具有在各自汽缸内运动的一个或更多个活塞的内燃机中，每个活塞都包括一个或更多的活塞环，在发动机工作时，活塞环承受剧烈的作用力。

一种保证活塞环的耐磨性的方法是在构成活塞环的基体金属上施加涂层，以使活塞环具有长的贮藏寿命。特地形成涂层以抗磨损和磨耗，以使活塞环即便在汽缸中移动几百万次循环之后仍能保持活塞环的设计性能。

第一种代表性的现有技术是北美专利US 6,698,763，该专利涉及具有不锈钢基体的活塞环，最初，在不锈钢基体上施加氮化物层，其中该氮化物层包括扩散层和化合物层，化合物层施加在扩散层上。

在施加氮化物层之后，在活塞环的上圆角及下圆角的整个延伸范围内以如下方式进行倒角处理：在这些地方，将氮化物层全部移除，以使基体材料露出。最后，在活塞环的与汽缸壁保持接触的外侧表面上施加陶瓷涂层。

设置倒角处理以防止这些地方应力集中，并且显著地减小裂纹的出现和扩展。

第二种代表性的现有技术是北美专利US 6,508,473，该专利涉及具有不锈钢基体的活塞环，除了不锈钢基体的与汽缸接触的外表面之外，在不锈钢基体的整个延伸范围内，通过离子电镀或PVD(物理汽相沉积)处理施加由氮化铬(其晶相为CrN和/或Cr₂N)或氮化钛组成的氮化物层，其中在不锈钢基体的与汽缸接触的外表面上施加另一种涂层。在与上表面侧和下表面侧邻接的各区域中，上述另一种涂层与氮化物层是分开的，彼此没有重叠或接触。两种涂层之间的距离处于0.001mm(毫米)至0.3mm的数值范围内。

根据此实施例，限制了出现蔓延的偶发性裂纹，避免了裂纹形成的延伸导致再涂覆层脱落。

第三种代表性的现有技术是日本专利文献JP 2002-61746中公开的技术，该专利文献涉及如下活塞环：该活塞环具有钢的或铸铁的基体，该基体的外表面(与汽缸壁接触的表面)上具有凹槽。最初，在基体上施加氮化物层；然而，由于氮化物层的延展性很低，所以该外表面上不施加此氮化物层，或者从该外表面上将氮化物层完全移除。然后，在该外表面上，利用离子电镀或PVD(物理汽相沉积)处理施加氮化铬层。所得到的活塞环具有良好的抗磨性和适当的再涂覆层抗脱落的性能。

第四种代表性的现有技术是日本专利文献JP 5-172248中公开的技术，该专利文献涉及具有金属基体的活塞环，该金属基体上施加有氮化铬或氮化钛的硬质陶瓷层。随后，在活塞环的侧表面、上表面、下表面以及内表面上形成氮化物层。面向汽缸壁的外角部没有被施加任何氮化物层，因此只具有利用离子电镀或PVD(物理汽相沉积)处理最初沉积的硬质陶瓷层。

然而，请注意，上述提到的文献都没有考虑到活塞环受到的作用力以显著的方式变化，即，活塞环不是以完全均匀的方式经受全部的作用力。

通过广泛的研究、测试及模拟，本申请人发现：活塞环所经受的大部分作用力和导致再涂覆层脱落或结构损坏的潜在可能性位于如下区域：该区域大致与活塞环的缺口相对，即，该区域大致位于从缺口开始的180°处。在此区域中，由于经受作用力，所以在例如由CrN形成的涂层上出现相应的细微裂纹，这些细微裂纹蔓延直到活塞环断裂的时刻。在已进行的一组测试中证实：在活塞环的其它部分上，在CrN层上的出现裂纹保持为许可值。

在不依靠设置倒角处理或者使活塞环造价昂贵的其它工序的情况下，本申请人做出了如下全新且初始的活塞环产品：该活塞环在与缺口相对的区域上不具有氮化物层，能够极好地满足性能和耐用性的全部要求。

<本发明的目的>

因此，本发明的一个目的是提供一种活塞环，优选地，但非限制性地，作为内燃机或压缩机中使用的压缩环，除了活塞环的与活塞环的缺口或狭缝大致相对的区域之外，该活塞环在其整个延伸范围内具有氮化物层。

本发明的另一个目的是提供一种活塞环，优选地，但非限制性地，作为内燃机或压缩机中使用的压缩环，该活塞环具有通过离子电镀或PVD(物理汽相沉积)处理而沉积的氮化铬涂层，并且该活塞环形成的潜在破坏性细微裂纹数量减少。

最后，本发明的另一个目的是提供一种用于制造前述活塞环的方法。

发明内容