本发明专利技术涉及一种适于在高于200℃的温度下在润滑介质中运行的摩擦片(10)。摩擦片(10)包括金属表面(12)和外部涂层(14)，外部涂层(14)由掺杂有氮的碳化钨WC(N)组成，氮的原子比为5‑12％。本发明专利技术还涉及一种包括这种摩擦片(10)的机械系统(1)。本发明专利技术还涉及一种用于使用所述摩擦片(10)的方法。
Friction discs, mechanical systems including such discs and their implementation methods
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】摩擦片、包括这种摩擦片的机械系统和实施方法本专利技术涉及一种可在润滑介质中经受高温的摩擦片。本专利技术还涉及一种包括所述摩擦片的机械系统。该装置还涉及用于使用所述摩擦片的方法。本专利技术的领域涉及涂有薄层的金属摩擦片，所述薄层使其能够在润滑介质中减少摩擦。作为非限制性实例，摩擦片可以是汽车发动部件，尤其是燃烧室。在实践中，这些部件在可消耗的润滑介质中经受高于200℃的运行温度。根据其它非限制性实例，薄膜涂层可以应用于活塞销、活塞裙、活塞的任何其它部件，或可以经受高温运行的任何其它部件。在工业应用中，由于两个摩擦片之间完全没有接触，分隔两个摩擦片的润滑膜的存在使得可以获得低水平的磨损。在某些情况下，连续的薄膜不能随时间保持，导致两个摩擦片之间直接相互作用。润滑膜的不连续性是“混合状态”和“边界状态”下润滑的主要特征。在汽车工业中，DLC(“类金刚石碳”)薄层涂层被广泛用于减少部件之间的摩擦。在实践中，DLC涂覆部件之间的摩擦减少主要在混合润滑状态下进行。DLC涂层的一个基本特征是表面粗糙度随时间降低并趋于特别低的值。因此，润滑从边界状态到混合状态的转变，或从混合状态到流体动力状态的转变，导致较低的速度值。与DLC涂覆的表面不同，最初抛光的钢表面随着时间的推移经历其粗糙度的增加。通过在表面上反应，ZDTP型抗磨添加剂形成岛状物，局部增加粗糙度。一些润滑的触点在高于200℃的温度下永久运行，并且在甚至更高的温度下短暂运行。这些接触点润滑不良，这也解释了普遍存在的高温。在这样的操作条件下，DLC涂层的磨损相对较快。观察到这种磨损的随机性，可能是由于润滑相对减少和控制不当。然后，根据类似于氧化的机理，DLC涂层通过抛光呈现磨损并且涂层被消耗。涂层的碳和氢与环境氧结合形成水和二氧化碳。润滑剂的消耗和摩擦部件之间的接触界面处的温度升高导致DLC涂层的加速氧化，直至其消失。润滑控制性差，加上高温，因此导致磨损率增加。如今，有两种方法可以解决上述问题。第一种方法是使用包含氮化铬的铬合金涂层，该涂层在高温运行条件下具有高强度并且润滑性差，代价是降低摩擦。该方法与机械系统的旧设计相对应，例如通常涂覆有铬层的汽车发动机的燃烧室。与未涂覆的钢相比，这种方法不能降低摩擦损失，但仍然保护表面免受磨损和划伤。第二种方法是改善与DLC涂层相关的润滑，允许更好的散热和对氧的防护。这种方法使得必须改变机械系统的设计，以便以增加润滑剂流速的方式分配润滑剂，从而增加用于确保所述润滑剂循环的能量。在实践中，由于额外的设计成本以及由涂层提供的能量效率将被为了获得充分润滑所需的效果所抵消，第二种方法未被实施。本专利技术的目的是提出一种改进的摩擦片，弥补上述缺点。为此，本专利技术涉及一种具有金属表面和外涂层的摩擦片，其特征在于，外涂层由掺杂氮的碳化钨WC(N)组成，氮原子比为5-12％。因此，本专利技术使得在润滑介质中，特别是在混合润滑状态下，降低涂层所承受的摩擦成为可能，同时提高涂层对高负载温度，特别是200℃以上的高温的耐磨性。与DLC涂层相比，本专利技术的涂层材料在热时更具有耐磨性，因为其具有更好的热稳定性和抗氧化性，同时提供令人满意的摩擦减小效果。与氮化铬CrN或碳化钨WC(按重量计含6％钴)的涂层相比，本专利技术的掺杂有氮的碳化钨WC(N)类型的涂层材料使得减少摩擦成为可能，同时提供令人满意的抗氧化性。以下详述本专利技术的其它单独或组合的优势特征。优选地，外涂层包含至少一种选自钴、镍和铁的元素，其总原子比为5-11％。添加元素可以是纯的，并且在涂层内具有5％至11％的原子比。或者，更多添加元素可以形成混合物，在涂层内总原子比为5-11％。根据优选的实施方案，涂层包含：-原子比为40％至43％的碳，-原子比为40％至43％的钨，-原子比为5％到12％的氮，-至少一种选自钴、镍和铁的元素，其总原子比为5-12％，-总原子比为0-10％的其它化合物。根据优选实施方案，外涂层由掺杂氮的碳化钨WC(N)制成，具有：-原子比为40％至43％的碳，-原子比为40％至43％的钨，-原子比为7％至9％的钴，-原子比为5％到12％的氮，-总原子比为0至8％的其它化合物。在实践中，在引入氮气的条件下，通过碳化钨WC的靶标的真空溅射法，形成外涂层。钴、镍和/或铁是靶标的元素。常规地，摩擦片的制造包括蚀刻待涂覆的金属表面的步骤，特别是在沉积外涂层之前的离子蚀刻。根据特定实施方式，金属表面仅涂覆有外涂层，排除金属表面和外涂层之间的亚层的存在。或者，金属表面被至少一个形成在所述外涂层下方的亚层所涂覆。该亚层例如由铬或氮化铬组成。本专利技术还涉及一种机械系统，包括如上所述的第一摩擦片、设置为与第一摩擦片润滑接触的第二摩擦片，以及在摩擦片之间的润滑接触界面处设置的润滑剂。根据具体实施方式，第二摩擦片类似于第一摩擦片。换句话说，第二摩擦片包括金属表面和沉积在金属表面上的外涂层，第二摩擦片的外涂层由掺杂氮的碳化钨WC(N)(氮原子的原子比在5％到12％之间)组成。。优选地，第一摩擦片的外涂层和第二摩擦片的外涂层具有相同的组成。或者，相比较的涂层可具有不同的组成，尽管氮原子比在5％到12％之间。本专利技术还涉及一种用于使用如上所述摩擦片的方法。该方法的特征在于，其包括以下步骤：-将第二摩擦片设置成与摩擦片润滑接触；-在摩擦片之间的润滑接触界面中设置润滑剂；和-以这样的方式启动摩擦片，使得摩擦部件之间的润滑接触界面达到高于200℃的温度。在阅读以下说明(仅作为非限制性示例给出)并参照附图后，将更好地理解本专利技术，其中：-图1是本专利技术机械系统的横截面局部示意图；-图2是与图1类似的视图，显示本专利技术第二实施方式的机械系统；-图3是与图1类似的视图，显示本专利技术第三实施方式的机械系统；-图4是用于鉴定本专利技术涂层材料的试验台的示意图；-图5、6和7是图解显示鉴定本专利技术涂料的不同步骤。在图1中，部分地和示意性地示出了根据本专利技术的机械系统1。机械系统1包括两个摩擦片10和20，摩擦片10和20在其接触界面2处由润滑剂3隔开。实际上，界面2经受高于200℃的运行温度。在这些条件下，润滑剂3易于消耗。摩擦片10和20在平移和/或旋转时具有相对运动。出于简化目的，摩擦片10和20可以具有任何适合预期应用的形状和设置，即适合于机械系统1的类型。摩擦片10和20由金属制成，优选地由钢制成。摩擦片10包括主体11、外表面12和沉积在外表面12上的外涂层14。外涂层14具有上表面15和下表面16。在沉积外涂层14时，上表面15被固定到金属表面12上。下表面16在润滑接触界面2处面向摩擦片20。摩擦片20包括主体21和外表面22。该摩擦片没有外涂层。外表面20在润滑接触界面2处朝向摩擦片10。在边界或混合状态下，外涂层14的下表面16和摩擦片20的外表面22在摩擦片10和20之间的润滑接触界面2的位置处接触。因此，润滑剂3在界面2处的表面16和22之间形成不连续的膜。根据设想的应用的功能选择润滑剂3，换句话说，根据机械系统1的类型的功能。例如，润滑剂3可以是商业汽车润滑剂，例如包含常规添加剂的SAE5W30油。根据本专利技术，涂层14是掺杂氮的碳化钨WC(N)类型化合物，氮原子比在5-12％之间，包括具体范围值。在实践中，这种涂层14非常适于在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有金属表面(12)和外涂层(14)的摩擦片(10)，其特征在于，外涂层(14)由掺杂氮的碳化钨WC(N)组成，氮原子比为5‑12％。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.07 FR 16620331.一种具有金属表面(12)和外涂层(14)的摩擦片(10)，其特征在于，外涂层(14)由掺杂氮的碳化钨WC(N)组成，氮原子比为5-12％。2.如权利要求1所述的摩擦片(10)，其特征在于，所述外涂层(14)包括选自钴、镍和铁中的至少一种元素，其总原子比为5-12％。3.如权利要求1或2所述的摩擦片(10)，其特征在于，所述外涂层(14)包括：-原子比为40％至43％的碳，-原子比为40％至43％的钨，-原子比在5％到12％的氮，-至少一种选自钴、镍和铁的元素，其总原子比为5-12％，-总原子比为0-10％的其它化合物。4.如权利要求1-3中任一项所述的摩擦片(10)，其特征在于，所述外涂层(14)包括：-原子比为40％至43％的碳，-原子比为40％至43％的钨，-原子比在5％到12％的氮，-原子比为7％至9％的钴，-总原子比为0至8％的其它化合物。5.如权利要求1-4任一项所述的摩擦片(10)，其特征在于，所述金属表面(12)仅涂覆有所述外涂层(14)。6.如权利要求1-4任一项所述的摩擦片(10)，其特征在于，所述金属表面(12)被至少一个形成在所述外涂层(14)下方的亚层(18)所涂覆。7.如权利要求6所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·艾欧，P·莫林佩里耶，
申请(专利权)人：HEF公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR
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