本发明专利技术描述了活塞环(1)，其具有基材(10)和施涂在所述基材(10)上的耐磨层(20)，所述耐磨层(20)具有至少一种熔点为Tm≤700℃的第一元素。在耐磨层(20)中包含至少一种熔点为Tm>760℃的第二元素。在耐磨层中存在直径(D)的微滴(30)，所述微滴(30)至少包含第一元素，其中至少90％的微滴(30)具有1μm≤D≤10μm的值。借助电弧蒸发法制备耐磨层(20)的方法设计，靶材料具有至少一种熔点为Tm≤700℃的第一元素和至少一种熔点为Tm>760℃的第二元素，其中第二元素以这样的量包含在靶材料中，使得靶材料的熔点(Tm)≥1000℃。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术描述了活塞环(1)，其具有基材(10)和施涂在所述基材(10)上的耐磨层(20)，所述耐磨层(20)具有至少一种熔点为Tm≤700℃的第一元素。在耐磨层(20)中包含至少一种熔点为Tm>760℃的第二元素。在耐磨层中存在直径(D)的微滴(30)，所述微滴(30)至少包含第一元素，其中至少90％的微滴(30)具有1μm≤D≤10μm的值。借助电弧蒸发法制备耐磨层(20)的方法设计，靶材料具有至少一种熔点为Tm≤700℃的第一元素和至少一种熔点为Tm>760℃的第二元素，其中第二元素以这样的量包含在靶材料中，使得靶材料的熔点(Tm)≥1000℃。【专利说明】活塞环 本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分所述的活塞环和根据权利要求16前序部 分所述的用于涂覆活塞环的方法。 动力机和工作机器中的高应力滑动元件（例如活塞环）通常在工作面和/或环凸 缘上设置有耐磨层，从而能够满足对寿命的持续提高的要求。较高的汽缸压力、直接喷射、 废气再循环和新的发动机研发的其它构造特征（例如替代性汽缸材料、新的燃油）以及油 耗的最小化提高了活塞环的负荷。从环境保护和未来原料形势的意义上讲，节约燃油变得 越来越重要。减少燃料的重要手段在于最小化发动机中的摩擦。此外，从环境保护和发动 机规定的更长寿命的意义上讲，重要的是尽可能地减少活塞环的自身磨损和特别是汽缸工 作表面的磨损，从而能够维持废气极限值。 滑动元件已经设置有耐磨层，所述耐磨层经由热喷射法、电镀法或薄层技术施加 或者通过热处理和扩散方法形成。这些涂层通常通过其层厚来重构并且基本上均匀施涂。 为了最小化损耗并且为了改进这些涂层的断裂韧性（硬度和韧性或延展性的比 例的优化）和粘附性，也越来越多地使用多层体系。 通过合适地选择取决于体系的单层厚度，多层涂层的硬度可以达到比单层的硬度 更高的值。施加在活塞环上的由氮化铝和氮化铬形成的多层涂层具有极好的磨损性能（参 见DE 10 2006 046 917 A1)以及良好的导热性能和因此良好的抵抗烧痕形成和抵抗侵蚀 的良好耐受性（参见DE 10 2007 035 502 A1)。 为了作为具有氮化铬的多层涂层的涂层的最佳磨损行为，实现了包含氮化铝的涂 层的高导热性和因此耐侵蚀性。在通过阴极电弧蒸发进行批量沉积时，铝滴嵌入涂层中，这 些滴被称为微滴或熔体喷雾。 DE 10 2007 035 502 A1中公开了导热率为至少180WAm · K)的合金。这种合金 仅允许在低熔点组分中具有极低量的高熔点组分。这种已知涂层虽然具有良好的导热率， 但是在合金中存在具有极大直径的微滴，所述直径主要在15至20 μ m的范围内。经由PVD 法施加的涂层的导热率不仅取决于材料，还取决于涂层结构、生长缺陷和微滴含量。尽管钛 具有16WAm ·Κ)的导热率而铝具有200WAm ·Κ)的导热率，但例如TiA16V4的导热率仅为 6. 3WAm · K)(在 20°C 的温度下）。 由 Thomas Schiilke 等人在 Surface and Coatings Techn. (120-121 (1999)226-232)中的 "Comparison of DC and AC arc thin film deposition techniques"已知，通过等离子体过滤减少微滴数目或阻碍微滴在基材上的沉积。 在 K. Keutei 等人的 IEEElSth Int. Symp. On Discharges and Electrical Insulation in Vacuum-Eindhoven-1998 中的"Modified pulse arc deposition for reducing of droplet emission"中，提出一种改变的脉冲电弧沉积法用于减少微滴。 本专利技术的目的在于提供具有耐磨层的活塞环，所述耐磨层不仅具有较少的自身磨 损而且在配合体上也造成少的磨损。本专利技术的目的还在于提供用于活塞环的这种改进的耐 磨层的制备方法。 通过根据权利要求1所述的活塞环实现所述目的。这种在磨损方面改进的耐磨层 的制备方法为权利要求16的主题。 耐磨层可以由单层涂层或具有多个单层的多层涂层组成。 活塞环具有耐磨层，所述耐磨层具有至少一种熔点为Tm < 700°C的第一低熔点元 素。在所述涂层中还包含至少一种熔点STm>760°C的第二高熔点元素。第一低熔点元素的 熔点优选低于700°C，优选低于600°C，特别是低于500°C。第一低熔点元素的熔点的下限为 100。。。 第二高熔点元素的熔点优选高于l〇〇〇°C，特别优选高于1400°C，特别是高于 1500。。。 该第一和第二元素优选为金属。也可以使用非金属（例如Si)作为第二元素。 此外，在所述耐磨层中存在直径为D的微滴，所述微滴至少包含低熔点元素，其中 至少90%的微滴具有1 μ m彡D彡10 μ m的值。 已经显示，微滴使粗糙度升高，因此需要后处理从而也减少配合滑动件的磨损。此 外在加工表面时或者在发动机中使用活塞环时，涂层的相关位置可能破裂。已经证实，微滴 的尺寸对耐磨层和滑动配对件的磨损具有决定性的影响。 小微滴（亦即在1 μ m彡D彡10 μ m的范围内）是有利的。通过减小微滴可以显 著减少后处理的费用，因为粗糙度随着减小的微滴尺寸同样减小。其中存在微滴的表面区 域的破裂同样被显著地最小化。 另一个优点在于，微滴使涂层的内应力耗散，而不会不利地影响涂层构造。小微滴 造成内应力可以以一定程度耗散的积极效果。当在涂层中嵌入更大的微滴时，更大部分的 内应力可以通过更大的微滴体积而耗散。然而直径为D>10 μ m的大微滴的缺点在于，自身 磨损和配合体磨损（例如在发动机中）增加。通过小微滴在涂层中形成最小的不均匀性， 这有助于应力的耗散。 通过后处理由小微滴形成均勻分布的微润滑囊（Mikroschmiertaschen)。 微润滑囊的数量级及其分布以积极的方式影响涂层的摩擦性能，这表现为特别是 配合体（例如汽缸工作面）的较小磨损。 微滴的直径D为微滴包络线的直径，其中直径D在垂直于基材法线的平面中测得。 优选的是，至少90%的微滴具有1 μ m彡D〈8 μ m的值，特别是1 μ m彡D〈6 μ m的 值。 由于方法的原因不能完全避免微滴，然而可以（如结合根据本专利技术的方法所阐释 的）有目的地调节其尺寸。 已经出人意料地显示，当至少90 %的微滴具有D彡10 μ m的值时，耐磨层的磨损显 著减少。相比于具有不满足所述条件的微滴的涂层，磨损可以减少多至50%。 优选地，第一低熔点元素由铝（Tm = 660°C )组成。铝的优点在于，耐磨层具有更 高的耐氧化性和高导热性。其它低熔点元素为镁（Tm = 639°C )、锌（Tm = 420°C )、碲（Tm = 449°C )、铊（Tm = 303°C )、锡（Tm = 232°C )、铋（Tm = 271°C )或硫（Tm = 113°C )。 优选地，第二高熔点元素由钛（Tm = 1660°C )、钒（Tm = 1890°C )、铬（Tm = 1875°C )、锆（Tm = 1852°C 本文档来自技高网...
【技术保护点】
活塞环(1)，其具有基材(10)和施加在所述基材(10)上的耐磨层(20)，所述耐磨层(20)具有至少一种熔点为Tm≤700℃的第一元素，其特征在于，在耐磨层(20)中包含至少一种熔点为Tm>760℃的第二元素，和在耐磨层(20)中存在直径D的微滴(30)，所述微滴(30)至少包含第一元素，其中至少90％的微滴(30)具有1μm≤D≤10μm的值。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·拉莫尔斯，C·鲍尔，M·费舍尔，J·维特尔，
申请(专利权)人：辉门布尔沙伊德有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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