[发明专利]层叠复合涂层活塞环及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及活塞环制造领域，特别是一种活塞环表面处理的改进。

背景技术

节能减排是我国的基本国策。汽车的节能减排主要在于发动机。活塞环是发动机核心部分的关键零件，是发动机中工作条件最为苛刻的摩擦零件，它起着密封气体、控制润滑油等作用，对发动机节能和排放性能有着重大影响。国Ⅲ、国Ⅳ排放标准的实施对活塞环耐磨性提出了更高的要求。影响活塞环耐磨性的因素是相互交织的。目前国内外常用的方法是对基体铸铁材料和钢质活塞环进行表面处理。采用的表面处理方法主要有: 磷化、氮化、渗陶、喷钼、离子镀、镀硬铬、陶瓷复合镀等。目前最新技术是对氮化钢质活塞环的外圆面进行PVD处理，经过PVD处理后硬度可达1200HV以上，最高可达3500HV。氮化钢质活塞环PVD处理常用的沉积材料有两种：一种为CrN，这种材料沉积层厚可达30~50μm，硬度为1400HV以上，缺点是这种材料表面粗糙差一般达Ra0.8以上且摩擦系数大为0.5，PVD处理后还须进行后序珩磨加工；另一种是DLC（DIAMOND-LIKE CARBON，类金刚石），这种材料硬度为1500HV以上，表面粗糙度为Ra0.1，摩擦系数仅为0.1，不需进行后序加工，缺点是这种涂层厚度小，一般仅为1~3μm。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种涂层粗糙度小且厚度较大的层叠复合涂层活塞环及其制造方法。

为实现上述目的，本发明层叠复合涂层活塞环可采用如下技术方案：

一种层叠复合涂层活塞环，包括基材、覆盖所述基材的氮化层、覆盖氮化层的CrN层及覆盖CrN层的Me-DLC层。

为实现上述目的，本发明层叠复合涂层活塞环的制造方法可采用如下技术方案：包括如下步骤：

（1）、将钢质环作为基材先进行气体氮化处理，使基材表面得到厚度0.05mm，硬度900HV以上的氮化层；

（2）、将进行气体氮化处理后的基材表面进行研磨并进行清洗；

（3）、利用圆型电弧离子镀技术在氮化层沉积一层厚度为5-8μm的CrN涂层，然后再利用非平衡磁控溅射技术在CrN层上沉积上一层厚度为2-3μm的Cr+W-C：H-DLC涂层。

本发明与现有技术相比：Me-DLC层覆盖在比较粗糙的CrN层上能将其表面微凹坑填充平整，从而提高表面粗糙度，降低摩擦系数。在活塞环外圆面沉积上这种复合层后总的复合层达到7~11μm，外圆面表面粗糙度为Ra0.1，摩擦系数为0.1。这种复合层能降低燃油消耗，大大提高活塞环耐磨性和抗拉缸性，延长了活塞环的使用寿命。发动机使用该种活塞环，不仅改善了发动机的经济性，还为发动机在不断提高的爆发压力和升功率的条件下正常工作提供了有力的保障，同时满足了国家节能减排要求。

附图说明

图1为本发明层叠复合涂层活塞环的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请结合图1所示，本发明公开一种层叠复合涂层活塞环，包括基材1、覆盖所述基材1的氮化层2、覆盖氮化层2的CrN层3及覆盖CrN层3的Me-DLC层4。所述氮化层2的厚度0.05mm，硬度900HV以上。所述CrN层3的厚度为5-8μm。所述Me-DLC层4是厚度为2-3μm的Cr+W-C：H-DLC涂层。

上述层叠复合涂层活塞环的制造方法，包括如下步骤：

（1）、将钢质环作为基材先进行气体氮化处理，使基材表面得到厚度0.05mm，硬度900HV以上的氮化层；

（2）、将进行气体氮化处理后的基材表面进行研磨并进行清洗；

（3）、利用圆型电弧离子镀技术在氮化层沉积一层厚度为5-8μm的CrN涂层，然后再利用非平衡磁控溅射技术在CrN层上沉积上一层厚度为2-3μm的Cr+W-C：H-DLC涂层。

本发明层叠复合涂层活塞环中：Me-DLC层覆盖在比较粗糙的CrN层上能将其表面微凹坑填充平整，从而提高表面粗糙度，降低摩擦系数。在活塞环外圆面沉积上这种复合层后总的复合层达到7~11μm，外圆面表面粗糙度为Ra0.1，摩擦系数为0.1。这种复合层能降低燃油消耗，大大提高活塞环耐磨性和抗拉缸性，延长了活塞环的使用寿命。发动机使用该种活塞环，不仅改善了发动机的经济性，还为发动机在不断提高的爆发压力和升功率的条件下正常工作提供了有力的保障，同时满足了国家节能减排要求。