【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种滑动构件，特别是用于内燃机或压缩机中，所述滑动构件具有多个依次的由含铝氮化铬构成的涂层。由此产生的滑动构件实现了优异的耐磨和抗散裂(spalling)性能。
技术介绍
1、按照奥托和狄塞尔循环(otto and diesel cycles)运行的内燃机用于牵引驱动绝大多数的汽车，并且基本上包含两个主要部件：汽缸体(一个或多个汽缸和曲轴位于其中)、与之相连的一个或多个汽缸盖。活塞和连杆与曲轴相连。
2、活塞顶面、气缸壁和气缸盖底部之间限定的空间对应于燃烧室，在柴油机中，燃烧室通常主要由设置在活塞头部上的一个以上的腔来限定。
3、在燃烧室内部，发动机将可燃混合物(燃料和空气)燃烧产生的化学能转化为能够将运动传递给车轮的机械能。
4、为了确保均匀燃烧且不会燃烧机油，并也为了避免过量气体从气缸去往曲轴箱，有必要使用环来为活塞和气缸壁之间的间隙提供良好的密封。
5、通常，现代四冲程发动机在每个活塞上使用三个环，两个压缩环和一个油环。压缩环的作用是防止燃烧气体去往曲轴箱，而油环的作用是从气缸壁刮掉多余的油并将其返回曲轴箱、控制油“膜”的厚度并防止它被过度燃烧。
6、所述环的另一个重要功能是充当桥梁将热量从活塞传递到气缸壁/套筒，在那里通过冷却系统使热量消散。
7、作为一般原则，活塞环、特别是压缩环，是由涂覆有至少一个涂层的金属基材形成的，所述涂层与气缸壁接触。
8、所述涂层的作用属于是最重要的，因为它寻求对所述环赋予低滑动磨耗性质、优异的抗
9、本领域技术人员提出了一系列复杂的涂层，每一种都寻求增加期望的性质。然而，迄今为止提出的涂层，在同时提高内应力吸收性能、优异的硬度和低厚度、从而显著降低散裂上，均非有效。
10、第一种现有技术由美国专利no.5,718,437代表，该专利涉及一种刮油环，所述刮油环具有厚度约3μm至30μm的cr2n单层涂层。
11、根据所述文献，cr2n涂层提供了1300hv至2000hv之间的硬度，并通过本领域技术人员通常称为“离子镀”的工艺来施加。
12、第二种现有技术由日本专利jp 9196173代表，其公开的专利技术与美国专利no.5,718,437非常相似，即一种具有宽度约3μm至30μm的cr2n单层涂层的刮油环。
13、此外，美国专利no.5,820,131涉及一种活塞环，所述活塞环具有由cr2n单层或cr2n和crn混合物的单层形成的宽度为3μm至30μm的涂层并且氮的重量百分比在11％至17％之间。所述涂层通过一种被称为“物理气相沉积”(pvd)的工艺施加，其硬度范围从1300hv至2000hv。
14、美国专利no.5,743,536涉及一种具有至少由氮化铬形成的涂层的活塞环，所述涂层通过pvd施加。所述氮化铬以单相包含crn、cr2n、或crn和cr2n的混合物。该文献还指明了厚度和孔隙率的各种值，此外还公开了具有各种末端布置的涂层的产品的各种机械测试。根据该专利，所述涂层呈现出优异的耐磨损、散裂和燃烧的性质。
15、此外，wo 2005/121403 a1公开了一种活塞环，所述活塞环包含含有多个cr/crn(cr2n)层的多层pvd涂层。
16、最后，美国专利no.6,631,907涉及一种活塞环，所述活塞环具有通过pvd施加的包含crn或cr2n、或氮化物混合物的涂层。该文献还公开了crn与cr2n和金属铬的混合物的应用，并公开了所述成分的重量百分比的细节。
17、因此，上述现有技术的所有解决方案都涉及使用crn或cr2n本身或混合物，来获得具有高等级的耐磨损、散裂和燃烧性的单层涂层。
18、然而，在现有技术的提议中存在关于进一步提高耐磨损、散裂和燃烧性的局限，这种局限取决于所述氮化物层的crn或cr2n的百分比以及所添加的任何其它元素而异。如果希望这些性能的更大改善，单层氮化涂层不是一个可行的解决方案。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是提供一种具有以氮化铬为基础的涂层的滑动构件，所述涂层提供了进一步改善的耐磨性和抗散裂性。
2、所述目的通过独立项1的主题实现。有利的实施方式是从属项的主题。
3、本专利技术基于在金属基材上使用多层保护涂层的总体思想，其中所述多层保护涂层具有craln和cr(al)n的交替层，其中每个craln层均具有比每个cr(al)n层更高的al含量，并且每个craln层的厚度均大于每个cr(al)n层的厚度。
4、craln具有公认的由于间隙al元素所致的钝化特性和高硬度。内燃机的滑动构件如活塞环需要低摩擦、耐磨损、散裂和擦伤性高的涂层。预期更高的涂层硬度达到的耐磨性更高。
5、本专利技术人发现了一种新的craln/cr(al)n多层膜概念，其中所述交替层如上所述具有不同浓度的al，使得所述多层的耐磨性显著改善。另外，由于所述多层概念，实现了高的抗散裂性，因为每个层都充当位错移动的屏障。此外，高的耐擦伤性是由al量低的较薄的cr(al)n层实现的。
6、本专利技术的多层概念的另一个优点是减小了层界面处的元素相互扩散的体积，因为以上述的方式，具有不同al浓度的层也具有不同的厚度。这种特定构造对弹性状态(elastic regime)、塑性变形、裂纹的萌生和扩展中的能量吸附和弛豫动力学有影响。
7、此外，所述多层概念是基于晶格参数的连续适应(adaptation)，由此是基于晶格的能量状态(尺寸)的连续适应。因此，例如，在craln/cr(al)n的共格界面处计算的应力梯度低于纯crn/craln的。在本多层概念中，基于界面共格应力与位错的弹性应力场的相互作用，所述共格强化阻碍了位错移动。所述多层概念考虑了所述层内部的组成梯度和晶格参数变化。核心区的消除消除了自由裂纹扩展，因为核心区中没有应力梯度。
8、另外，所述多层概念能够通过对于具有不同al浓度的层对(pairs of layers)的相同周期性厚度减小晶格参数的差异并因此减小最大残余应力值，从而降低所述涂层的总硬度并减轻在摩擦对应部分上的任何高磨损。此外，所述层之一(所述cr(al)n层)的厚度减小将增加表现为内在弹性应力(intrinsic elastic stress)的平均应力梯度，这被认为是由组成差异和相应的晶格参数变化所产生的。
9、应力幅度和应力梯度都能够影响硬度。因此，更陡的应力梯度可能导致位错移动更加困难。所述周期性厚度越小，则在所述界面附近产生的应力梯度越大，对位错移动造成的应力屏障越大。
10、al并入crn中促进了更高的硬度、热稳定性和化学稳定性。本多层概念还能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种滑动构件(1)，所述滑动构件(1)包含：
2.根据权利要求1所述的滑动构件(1)，其中所述金属基材(2)由具有10至17质量％Cr的钢、碳钢或铸铁制成。
3.根据权利要求2所述的滑动构件(1)，其中所述金属基材(2)是氮化的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述至少一个中间结合层(3)由选自由Cr、Ni和Co组成的组中的至少一者制成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述至少一个中间结合层(3)和所述多层保护涂层(4)的总厚度为6μm至70μm。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的滑动构件(1)，其中在每个周期性层组(4c)中，所述CrAlN层(4a)对所述Cr(Al)N层(4b)的厚度比为1.3至10。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述CrAlN层(4a)含有20至40原子％的Al并且所述Cr(Al)N层(4b)含有10至25原子％的Al。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的滑动构件(1)，其中每
9.根据权利要求8所述的滑动构件(1)，其中每个周期性层组(4c)的厚度为4至15nm。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述多层保护涂层(4)的硬度为1600至2600HV。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述多层保护涂层(4)的内部压缩应力为1000至2500MPa。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述多层保护涂层(4)的孔隙率低于6％。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述多层保护涂层(4)通过阴极电弧沉积制成。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的滑动构件(1)在内燃机或压缩机中的用途。
15.根据权利要求14所述的用途，其中所述滑动构件(1)是活塞环、挺杆、阀或凸轮。
...【技术特征摘要】
1.一种滑动构件(1)，所述滑动构件(1)包含：
2.根据权利要求1所述的滑动构件(1)，其中所述金属基材(2)由具有10至17质量％cr的钢、碳钢或铸铁制成。
3.根据权利要求2所述的滑动构件(1)，其中所述金属基材(2)是氮化的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述至少一个中间结合层(3)由选自由cr、ni和co组成的组中的至少一者制成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述至少一个中间结合层(3)和所述多层保护涂层(4)的总厚度为6μm至70μm。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的滑动构件(1)，其中在每个周期性层组(4c)中，所述craln层(4a)对所述cr(al)n层(4b)的厚度比为1.3至10。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的滑动构件(1)，其中所述craln层(4a)含有20至40原子％的al并且所述cr(al)n层(4b)含有10至25原子％的a...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱利亚诺·阿韦拉阿罗约，拉斐尔·拉贝洛，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：
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