элемент скольжения с открытой функциональной поверхностью

Формула изобретения

1. Деталь скольжения двигателя внутреннего сгорания, содержащая основу и нанесенное на нее термическим напылением покрытие с открытой контактной поверхностью, включающее, по меньшей мере, две фазы материала покрытия с различной прочностью, причем одна из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия, имеющая наименьшую прочность, углублена относительно другой или других фаз покрытия.

2. Деталь по п.1, отличающаяся тем, что она представляет собой поршневое кольцо или поршень.

3. Деталь по п.1, отличающаяся тем, что углубленная фаза содержит сплав на основе металла, а элемент, наиболее часто встречающийся в углубленной фазе, имеет порядковый номер менее 14 в периодической системе элементов.

4. Деталь по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что вскрытие углубленной фазы осуществлено механическим или химическим путем.

5. Деталь по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что глубина вскрытия, определенная по сниженной глубине R_vk выемок углубленной фазы, составляет от 0,5 до 6 мкм.

6. Деталь по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что она изготовлена из литого материала или из стали.

7. Деталь по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что она изготовлена из сплава на основе алюминия или магния.

8. Деталь по п.7, отличающаяся тем, что она выполнена литой или кованой.

9. Деталь по п.7, отличающаяся тем, что она представляет собой поршень, имеющий, по меньшей мере, одну канавку для поршневого кольца, при этом, по меньшей мере, одна канавка для поршневого кольца снабжена покрытием.

10. Деталь по п.9, отличающаяся тем, что поршень имеет, по меньшей мере, две канавки для поршневых колец, при этом перемычка между, по меньшей мере, двумя канавками для поршневых колец снабжена покрытием.

11. Способ изготовления детали скольжения двигателя внутреннего сгорания, включающий:

- подготовку основы;

- нанесение на основу посредством термического напыления покрытия с открытой контактной поверхностью, включающего, по меньшей мере, две фазы материала покрытия с различной прочностью, с обеспечением углубления одной из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия относительно другой или других фаз материала покрытия, при этом обеспечивают углубление фазы материала покрытия с наименьшей прочностью.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что деталь скольжения двигателя внутреннего сгорания представляет собой поршневое кольцо или поршень.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что углубленная фаза состоит из сплава на основе металла, а элемент, наиболее часто встречающийся в углубленной фазе, имеет порядковый номер менее 14 в периодической системе элементов.

14. Способ по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что вскрытие углубленной фазы осуществляют механическим или химическим путем.

15. Способ по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что глубина вскрытия, определенная по сниженной глубине R_vk выемок углубленной фазы, составляет от 0,5 до 6 мкм.

16. Способ по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что деталь скольжения двигателя внутреннего сгорания изготовлена из литого материала или из стали.

17. Способ по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что деталь скольжения двигателя внутреннего сгорания изготовлена из сплава на основе алюминия или магния.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что деталь скольжения двигателя внутреннего сгорания выполнена литой или кованой.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что деталь скольжения двигателя внутреннего сгорания представляет собой поршень, имеющий, по меньшей мере, одну канавку для поршневого кольца, при этом, по меньшей мере, одна канавка для поршневого кольца снабжена покрытием.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что поршень имеет, по меньшей мере, две канавки для поршневых колец, при этом перемычка между, по меньшей мере, двумя канавками для поршневых колец снабжена покрытием.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к элементу скольжения, в частности для двигателя внутреннего сгорания, с нанесенным термическим напылением покрытием, который имеет открытую функциональную поверхность.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время в области кривошипно-шатунных механизмов к их компонентам предъявляются высокие требования в отношении износостойкости, теплопроводности, прочности и массы. Поэтому все больше компонентов изготавливаются из легких металлов. На контактных поверхностях происходит смешанное и вплоть до сухого трения, что может приводить к высоким фрикционным потерям и к сильному износу (например, к микросварке за счет переноса металла от алюминиевых поверхностей взаимодействующих элементов контактной пары).

При этом в фокус разработки конструкций продвинулись композиционные структуры. Для этой цели выдающиеся возможности дает термическое напыление. Этим способом могут экономичным образом создаваться функциональные поверхности, которые удовлетворяют указанным требованиям и, кроме того, улучшают трибологические свойства деталей, состоящих в контакте друг с другом.

До настоящего времени в технике были известны некоторые полученные напылением функциональные поверхности, полученные полным напылением гильзы цилиндров, полученные термическим напылением внутренние покрытия, а также полученное термическим напылением усиление канавок для поршневых колец. При этом находят применение так называемые псевдосплавы. Они представляют собой структуры материалов напыления, которые состоят из двух или больше различных фаз материалов для того, чтобы скомбинировать преимущества отдельных материалов. Как правило, одна фаза материала представляет собой легкий металл, такой как сплав на основе алюминия, а дополнительной фазой в большинстве случаев является, высокопрочная фаза, такая как карбид кремния.

Известно создание сообщающихся систем, например, на рабочих поверхностях цилиндров путем хонингования (придания шероховатости). При этом образуются пересекающиеся бороздки, которые в областях пересечения соединяются друг с другом и тем самым образуют открытую систему. При этом недостаток заключается в том, что скользящий по поверхности скольжения элемент, - например, поршневое кольцо поршня двигателя внутреннего сгорания, - сдвигает перед собой находящееся в бороздках масло вместо того, чтобы создавать гидродинамическое давление масла. Вследствие этого на кромках бороздок происходит смешанное трение между взаимодействующими элементами скольжения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание материалов для контактных поверхностей и самих контактных поверхностей, которые обеспечивают оптимальные трибологические свойства с соответствующими необходимыми физическими свойствами.

Согласно первому аспекту изобретения создан элемент скольжения, включающий:

- основу и

- покрытие, нанесенное на основу посредством термического напыления, причем

покрытие содержит, по меньшей мере, две фазы; и

по меньшей мере, одна из, по меньшей мере, двух фаз углублена относительно другой фазы.

Согласно примеру осуществления элемент скольжения представляет собой поршневое кольцо, вкладыш подшипника, гильзу цилиндра или поршень.

Согласно примеру осуществления, по меньшей мере, две фазы имеют различную прочность, при этом углубленная фаза имеет наименьшую прочность.

Достижение поставленной задачи состоит в том, чтобы изменить нанесенную термическим напылением поверхность скольжения таким образом, чтобы фаза легкого металла была углублена относительно износостойкой фазы, за счет чего повышается долговечность. Кроме того, вследствие этого углубления создается дополнительная система микрополостей давления, за счет чего при работе может повышаться доля гидродинамического трения.

Использование слоя термического напыления, который посредством дополнительного процесса частично углублен и таким путем вскрыт или открыт для внешнего воздействия, приводит к созданию новой конструктивной детали. Конструктивная деталь выполнена, например, в виде элемента скольжения, такого как поршневое кольцо, гильза цилиндра, вкладыш подшипника или усиление канавки для поршневого кольца.

Согласно примеру осуществления

- углубленная фаза содержит сплав на основе металла; и

- элемент, наиболее часто встречающийся в углубленной фазе, имеет порядковый номер меньше 14 в периодической системе элементов.

Согласно примеру осуществления вскрытие углубленной фазы осуществлено механическим или химическим путем.

Согласно примеру осуществления глубина вскрытия, определенная по сниженной глубине R_vk выемок углубленной фазы, составляет от 0,5 до 6 мкм.

Согласно примеру осуществления элементом скольжения является поршневое кольцо, которое изготовлено из литого материала или из стали.

Согласно примеру осуществления элементом скольжения является поршень, который изготовлен из сплава на основе алюминия или магния.

Согласно примеру осуществления поршень выполнен литым или кованым.

Согласно примеру осуществления

- поршень имеет, по меньшей мере, одну канавку для поршневого кольца; и

- по меньшей мере, одна канавка для поршневого кольца снабжена покрытием.

Согласно примеру осуществления

- поршень имеет, по меньшей мере, две канавки для поршневых колец; и

- перемычка между, по меньшей мере, двумя канавками для поршневых колец снабжена покрытием.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрен способ изготовления элемента скольжения, включающий:

- подготовку основы;

- нанесение на основу покрытия термическим напылением, причем покрытие содержит, по меньшей мере, две фазы; и

- углубление, по меньшей мере, одной из, по меньшей мере, двух фаз относительно другой или других фаз.

Согласно примеру осуществления элемент скольжения представляет собой поршневое кольцо, вкладыш подшипника, гильзу цилиндра или поршень.

Согласно примеру осуществления, по меньшей мере, две фазы имеют различную прочность, при этом углубленная фаза имеет наименьшую прочность.

Согласно примеру осуществления

- углубленная фаза состоит из сплава на основе металла; и

- элемент, наиболее часто встречающийся в углубленной фазе, имеет порядковый номер менее 14 в периодической системе элементов.

Согласно примеру осуществления вскрытие углубленной фазы осуществляют механическим или химическим путем.

Согласно примеру осуществления глубина вскрытия, определенная по сниженной глубине R_vk выемок углубленной фазы, составляет от 0,5 до 6 мкм.

Согласно примеру осуществления элемент скольжения представляет собой поршневое кольцо и изготовлен из литого материала или из стали.

Согласно примеру осуществления элемент скольжения представляет собой поршень и изготовлен из сплава на основе алюминия или магния.

Согласно примеру осуществления поршень выполнен литым или кованым.

Согласно примеру осуществления

- в поршне предусмотрена, по меньшей мере, одна канавка для поршневого кольца; и

- по меньшей мере, одна канавка для поршневого кольца снабжена покрытием.

Согласно примеру осуществления

- в поршне предусмотрены, по меньшей мере, две канавки для поршневых колец; и

- перемычка между, по меньшей мере, двумя канавками для поршневых колец снабжена покрытием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Далее изобретение будет описано на примерах выполнения со ссылками на прилагаемое изображение.

На чертеже показано вскрытое покрытие, полученное термическим напылением в соответствии с примером осуществления изобретения.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На чертеже показана фотография нанесенного термическим напылением слоя для элемента скольжения после вскрытия матрицы на основе алюминия. Здесь алюминиевая матрица углублена относительно железной матрицы. Глубина вскрытия, определяемая по сниженной глубине R_vk выемок, составляет 5 мкм.