具有鉻固體粒子-磨損保護層和耐腐蝕側面的活塞環(huán)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了被覆層的活塞環(huán)，其具有由含有多于10重量％的鉻的鉻鋼制成的基體，該活塞環(huán)具有內圓周面、第一側面、第二側面和外圓周面，其中，第一側面包括層厚為5–300μm的滲氮擴散層、直接在滲氮擴散層上布置的層厚為0.5–15μm的滲氮結合層和直接在滲氮結合層上布置的層厚為0.05–3μm的氧化物層，第二側面包括滲氮擴散層，且外圓周面包括滲氮擴散層和在滲氮擴散層上布置的鉻固體粒子層，其具有相對于鉻固體粒子層的總體積為0.1–30體積％的固體粒子。
【專利說明】具有鉻固體粒子-磨損保護層和耐腐蝕側面的活塞環(huán)
[0001]本發(fā)明涉及一種活塞環(huán)，它的第一側面具有滲氮擴散層和在其上布置的滲氮結合層和氧化物層，它的第二側面具有滲氮擴散層，且它的外圓周面具有滲氮擴散層和在其上作為磨損保護層的鉻固體粒子層。
[0002]在按照活塞沖程機械原理工作的內燃機中，活塞及處于活塞槽中的、以使可燃氣體不從活塞旁邊經(jīng)過進入曲軸箱中的形式保障系統(tǒng)密封功能的活塞環(huán)的滑動，導致涉及的摩擦副的磨損。這主要是汽缸和在其上滑動的活塞環(huán)。
[0003]特別地，緊鄰燃燒室放置的第一活塞環(huán)遭受非常高的熱負荷和燃燒壓力。這首先導致第一活塞環(huán)的朝向燃燒室的側面提高的腐蝕和提高的磨損。對于第一活塞環(huán)而言麻煩的是，此環(huán)必須在最惡劣的潤滑條件下運行。為了滿足此極端的要求，可以為了提高的磨損強度將側面硬化。在充當工作面的活塞環(huán)的外圓周面上，可以覆上例如由硬鉻制成的磨損保護覆層。
[0004]在DE 10 2005 041 408 Al中，描述了一種活塞環(huán)，它的表面設置有硬化的層，其中，為了硬化可以使用滲氮或鉻氮共滲方法，并且可以在它的側面或外圓周面上覆上磨損保護層。
[0005]這樣的活塞環(huán)在滲氮的表面上具有提高的硬度。但是，滲氮的表面也有僅具有低耐腐蝕性的缺點，因為氧化物保護層由于鈍化元素的鍵合不再能夠以天然方式和方法形成。這樣的活塞環(huán)的上側面的耐腐蝕性和外圓周面的耐磨損性因此還需要改進。
[0006]本發(fā)明由此基于以下任務:提供一種活塞環(huán)，其具有高耐磨損的外圓周面和同時具有高硬度和高耐腐蝕性的側面。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該任務通過一種具有由鉻鋼制成的基體的活塞環(huán)解決，所述鉻鋼具有多于10重量％的鉻，所述活塞環(huán)具有內圓周面、第一側面、第二側面和外圓周面，其中，第一側面包括層厚為5 - 300 μ m的滲氮擴散層、直接在滲氮擴散層上布置的層厚為0.5 -15 μ m的滲氮結合層和直接在滲氮結合層上布置的層厚為0.05 - 3 μ m的氧化物層，第二側面包括滲氮擴散層且外圓周面包括滲氮擴散層和在滲氮擴散層上布置的鉻固體粒子層，鉻固體粒子層具有相對于鉻固體粒子層的總體積為0.1 - 30體積％的固體粒子。
[0008]該任務還通過一種制備活塞環(huán)的方法解決，所述方法包括以下步驟:將具有內圓周面、第一側面、第二側面和外圓周面的活塞環(huán)的金屬基體(a)在組合的滲氮-氧化過程中在含有至少一種氮化合物的氣氛中加熱到至少300°C，隨后引入空氣并且在所述空氣的存在下冷卻所述活塞環(huán)，由此至少在所述第一側面、所述第二側面和所述外圓周面上產(chǎn)生滲氮擴散層、在所述滲氮擴散層上布置的滲氮結合層和在所述滲氮結合層上布置的氧化物層以及(b)隨后將所述活塞環(huán)導入含有離子形式的鉻和固體粒子的水性電解液中，并且至少在所述外圓周面上電化學沉積鉻固體粒子層。
[0009]由滲氮擴散層、滲氮結合層和氧化物層組成的第一側面的多層式層構造出人意料地顯示非常高的耐腐蝕性，其中，通過滲氮層所產(chǎn)生的表面硬度保持不變。
[0010]在本發(fā)明的意義上，滲氮擴散層理解為包括嵌入基體的鉻鋼內的鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物的層。在本發(fā)明的意義上，滲氮結合層理解為具有相對于該滲氮結合層的總重量為> 90重量％的鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物的層。在本發(fā)明的意義上，氧化物層理解為具有相對于該氧化物層的總重量為> 90重量％的鐵氧化物、鉻氧化物和鐵鉻氧化物的層。
[0011 ] 鐵氮化物的實例是Fe4N、FeN, Fe2N3和Fe2N。鉻氮化物的實例是CrN和Cr2N,且鐵鉻氮化物的實例是Fe4CrN和FeCr2N3。鐵氧化物和鉻氧化物的實例特別是Fe203、Fe304以及Cr2O3 和 Cr3O40
[0012]根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的基體包括鉻鋼，所述鉻鋼具有相對于基體的總質量多于10重量％的鉻、優(yōu)選11 - 20重量％的鉻。優(yōu)選的是馬氏體鉻鋼。
[0013]在組合的滲氮-氧化過程的滲氮步驟中產(chǎn)生的滲氮擴散層和滲氮結合層包括鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物，它們是通過在滲氮步驟中含氮化合物的反應由鉻鋼的組分鐵和鉻產(chǎn)生的。盡管滲氮結合層基本上由鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物組成，但是滲氮擴散層基本上還是由基體的鉻鋼組成，其中嵌入了鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物。在滲氮過程期間，含氮化合物擴散進入鉻鋼中，并且在該處形成鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物。
[0014]在滲氮擴散層中的鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物的濃度通?？傮w上相對于滲氮擴散層的總重量處于約0.1 - 5重量％的范圍內。此外，通常，滲氮擴散層中的鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物的濃度從內向外提高，優(yōu)選從約10_5-10_3重量％到約1-15重量％。在布置在滲氮擴散層上的滲氮結合層中，鐵氮化物、鉻氮化物和/或鐵鉻氮化物的濃度明顯更高，并且相對于滲氮結合層的總重量處于> 90重量％，優(yōu)選> 95重量％。滲氮擴散層和滲氮結合層可以含有由鉻鋼的其他組分如合金組分產(chǎn)生的其他氮化物。
[0015]在組合的滲氮-氧化方法的氧化步驟中，由氮化物產(chǎn)生氧化物，并且氧化物層包含相對于氧化物層的總重量> 90重量％的鐵氧化物、鉻氧化物和/或鐵鉻氧化物，優(yōu)選^ 95重量％的鐵氧化物、鉻氧化物和/或鐵鉻氧化物。
[0016]滲氮擴散層的層厚為5 - 300 μ m，優(yōu)選為10 - 200 μ m，特別為20 - 150 μ m。滲氮結合層的層厚為0.5- 15 μ m，優(yōu)選為1- ΙΟμπι，特別為2-8μπι，且氧化物層的層厚為0.05 - 3μπι，優(yōu)選為 0.1 - 2μπι，特另 Ij 為 0.2 - 1.5 μ m。
[0017]優(yōu)選作為上方的、也就是說充當朝向燃燒室的側面的根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的第一側面具有三層式層結構，包括上文所述的滲氮擴散層、直接在滲氮擴散層上布置的滲氮結合層和直接在滲氮結合層上布置的氧化物層。此處，氧化物層負責該第一側面的高耐腐蝕性。
[0018]在運行中優(yōu)選充當背向燃燒室的側面的第二側面包括滲氮擴散層，并且可以具有第一側面的其他層結構。不過，優(yōu)選地，第二側面不包括氧化物層，并且進一步優(yōu)選地，包括具有較小層厚的滲氮結合層，特別是層厚< Iym的滲氮結合層或者不具有滲氮結合層。這對于外圓周面來說同樣是優(yōu)選的。此優(yōu)選的實施方式可以通過以下方式制備:在滲氮-氧化方法之后，再將氧化物層并且可能也將滲氮結合層機械地除去，例如，通過打磨除去。以此方式，可以因此達到第二側面的低粗糙度，并且這具有以下優(yōu)點:第二側面顯示較低的摩擦系數(shù)并且由此在運行中顯示較低的磨損，與之相反，對于第二側面，不要求高的耐腐蝕性。
[0019]優(yōu)選地，第二側面的平均粗糙深度至少在部分區(qū)域中為< 2μπι，特別是^ 1.5ym0用按照DIN EN ISO 4287:1998的平均粗糙深度來描述粗糙度。第一側面的，也就是說最上方的氧化物層的平均粗糙深度通常為> 2 μ m，特別是> 2.5 μ m，尤其優(yōu)選> 3μπι。還優(yōu)選的是，第一側面與第二側面的平均粗糙深度的比率為> 1.5:1，特別是^ 2:1。
[0020]在根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的外圓周面上，在滲氮擴散層上覆上具有0.1 - 30體積％固體粒子的鉻固體粒子層，其充當磨損保護層。作為鉻固體粒子層，如例如在DE 3531410Α1和EP 0217126Α1中所描述的，其中鉻層具有裂紋網(wǎng)絡并且在其裂紋中嵌入有固體粒子的層是合適的。還優(yōu)選的是結構化的鉻固體粒子層,如例如在WO 2009/121443 Al中所描述的。
[0021]優(yōu)選的固體粒子是由碳化鎢、碳化鉻、氧化鋁、碳化硅、氮化硅、碳化硼、立方氮化硼和/或金剛石制成的那些。特別可以通過在那些電化學沉積的鉻層的裂紋中嵌入的金剛石粒子獲得有利的性質，尤其是具有通過篩分確定的在0.25-0.4μπι范圍內的大小的金剛石粒子，如例如在W02001/004386 Al和EP I 114 209 BI中所描述的。
[0022]固體粒子的粒度優(yōu)選處于0.01至10 μ m的范圍內，特別是在0.1 - 5μπι的范圍內，且最優(yōu)選為0.2-2μπι的粒度。所給出的粒度按其通過篩分確定的直徑計。在鉻固體粒子層中的固體粒子的部分優(yōu)選占相對于鉻固體粒子層的總體積的0.2 - 10體積％，特別是0.3 _ 8體積%。
[0023]鉻固體粒子層的厚度優(yōu)選為> 40 μ m，特別是50 - 100 μ m。外圓周面優(yōu)選不具有氧化物層，特別優(yōu)選不具有氧化物層并具有明顯較小層厚的滲氮結合層，特別是層厚< Iym的滲氮結合層或者不具有滲氮結合層。由此將達成鉻固體粒子層的更好的保持。如在第二側面一樣，可以機械除去氧化物層和滲氮結合層。
[0024]在另一個實施方式中，外圓周面和第一側面以及外圓周面和第二側面各自形成具有0.05 - 0.5mm的切除部(Abtragung)的環(huán)繞的外棱，并且活塞環(huán)在環(huán)繞的外棱上包括滲氮擴散層。優(yōu)選的是，活塞環(huán)在環(huán)繞的外棱上至少在部分區(qū)域中具有在滲氮擴散層上布置的鉻固體粒子層，并且同時至少在環(huán)繞的外棱的部分區(qū)域中具有直接在其上布置的、不含有固體粒子的鉻層。環(huán)繞的外棱的區(qū)域，與外圓周面的情況一樣，彼此獨立地至少部分附加具有滲氮結合層。這在制備時，尤其在以下情況下發(fā)生:當在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在外棱的區(qū)域和工作面中的滲氮結合層沒有完全被再除去，例如，沒有完全被磨掉的情況下。
[0025]在此意義上，環(huán)繞的外棱或者外棱理解為根據(jù)DIN ISO 13715的外棱，其中，根據(jù)該標準的切除部是在理想幾何形狀內存在的偏差。在此優(yōu)選實施方式中，切除部為0.05 -
0.5mm,特別是0.1 - 0.2mm。切除部可以例如是倒成圓角或者棱角。
[0026]對外棱區(qū)域中的覆層通常與外圓周面一起完成，例如，通過將多個活塞環(huán)相互堆疊并隨后電化學覆層。外棱的層結構，其包括在上文所述的滲氮擴散層、至少在外棱的部分區(qū)域中覆上的鉻固體粒子層、和至少在外棱的部分區(qū)域中覆上的直接在鉻固體粒子層上布置的不含有固體粒子的鉻層，具有工作面覆層的優(yōu)點。但是，活塞環(huán)的棱區(qū)域傾向于由于在棱區(qū)域中也在鉻固體粒子層中出現(xiàn)的覆層中的裂紋形成所導致的增強的磨損。在棱區(qū)域中，可以通過附加的、在鉻固體粒子層上覆上的、不含有固體粒子的鉻層來防止此裂紋形成。不含有固體粒子的鉻層的層厚優(yōu)選為10-100 μ m，特別是30 - 80 μ m。
[0027]可以通過以下方式制備這樣的活塞環(huán):在滲氮-氧化過程和在包括在側面和外圓周面之間的環(huán)繞的外棱在內的外圓周面上的鉻固體粒子層的電化學沉積之后，將活塞環(huán)導入含有離子形式的鉻且不含有固體粒子的水性電解液中，并且在外圓周面上和在環(huán)繞的外棱的區(qū)域上電化學沉積不含有固體粒子的鉻層，特別是硬鉻層。
[0028]根據(jù)本發(fā)明進一步優(yōu)選的是，將在工作面上的不含有固體粒子的鉻層至少部分地再除去，例如機械除去。以這種方式達成，工作面在表面上直接帶有特別耐磨損的鉻固體粒子層，并且在棱區(qū)域中通過附加的沒有固體粒子的鉻層避免破裂。
[0029]因此，在根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的一個有利形態(tài)中，第一側面具有上文所述的滲氮擴散層、直接在滲氮擴散層上布置的滲氮結合層和直接在滲氮結合層上布置的氧化物層，第二側面具有滲氮擴散層、任選具有在滲氮擴散層上布置的滲氮結合層且不具有氧化物層，且外圓周面具有滲氮擴散層、任選具有在滲氮擴散層上布置的滲氮結合層和直接在其上布置的鉻固體粒子層。進而，在棱區(qū)域中，由滲氮擴散層、任選的滲氮結合層、鉻固體粒子層和不含固體粒子的鉻層組成的層結構是優(yōu)選的。與外圓周面和第二側面一樣，棱區(qū)域優(yōu)選不具有氧化物層且特別優(yōu)選不具有滲氮結合層。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的的層結構特別適合用于所謂的梯形活塞環(huán)，因為梯形活塞環(huán)經(jīng)常作為柴油發(fā)動機中的第一活塞環(huán)使用，以避免因燃燒殘余物卡塞，并且在這樣的柴油發(fā)動機中因為高燃燒壓力特別希望第一活塞環(huán)的朝向燃燒室的側面的特別高的耐腐蝕性。由此優(yōu)選的是，基體的第一側面和第二側面各自具有環(huán)形的被斜切的面，其中，環(huán)形的被斜切的面各自與內圓周面連接，其中，環(huán)形的被斜切的面各自占側面的至少70%,并且在基體的內圓周面和被斜切的面之間的內角α和β各自為92° -115°，優(yōu)選95° -110°，特別優(yōu)選97° - 100°。優(yōu)選的是，被斜切的面各自占側面的至少80%。
[0031]在進一步優(yōu)選的實施方式中，僅僅一部分側面被斜切，使得保留側面的未被斜切的環(huán)形部分，其也被稱為小平面。側面的環(huán)形的被斜切的面優(yōu)選組成每個側面的70 - 95%，特別優(yōu)選75 - 92 %，特別是80 - 90 %。未被斜切的環(huán)形面優(yōu)選占每個側面的5 - 30 %，特別優(yōu)選8-25%，特別是10-20%。在此實施方式中，更加優(yōu)選的是，未被斜切的環(huán)形面中至少一個不具有氧化物層且不具有滲氮結合層。也可以兩個未被斜切的環(huán)形面都不具有氧化物層且不具有滲氮結合層。還優(yōu)選的是，未被斜切的環(huán)形面中至少一個具有層厚<5μπι的滲氮擴散層或者不具有滲氮擴散層。
[0032]在期望高硬度和高耐腐蝕性的組合的場合，這樣的活塞環(huán)恰恰可以表現(xiàn)由滲氮擴散層、滲氮結合層和氧化物層組成的三層式層結構的優(yōu)點，因為實質上只有梯形環(huán)的被斜切的面才與活塞的溝槽接觸，并且恰在此處高硬度和耐腐蝕性改善活塞環(huán)的性能。通過在未被斜切的面的區(qū)域中缺失氧化物層和滲氮結合層，此活塞環(huán)具有進一步的優(yōu)點:隨后可以將它更有效地鍍鉻，因為通過缺失氧化物層和滲氮結合層改善了該處的電流通過。
[0033]因此，一種優(yōu)選的實施方式涉及一種具有基體的活塞環(huán)，所述基體具有內圓周面、第一側面、第二側面和外圓周面，其中，第一側面和第二側面各自具有環(huán)形的被斜切的面，所述環(huán)形的被斜切的面各自與內圓周面連接，并且各自占側面的70 - 95 %，且在基體的內圓周面與環(huán)形的被斜切的面之間的內角α和β彼此獨立地為92° -115°，并且活塞環(huán)具有未被斜切的環(huán)形面，其中環(huán)形的被斜切的面包括層厚為5 - 300 μ m的滲氮擴散層，直接在滲氮擴散層上布置的層厚為0.5 - 15 μ m的滲氮結合層和直接在滲氮結合層上布置的層厚為0.05 - 3 μ m的氧化物層，未被斜切的環(huán)形面具有層厚為5 - 300 μ m的滲氮擴散層，且未被斜切的環(huán)形面中至少一個不具有氧化物層且不具有滲氮結合層，并且外圓周面包括滲氮擴散層和在滲氮擴散層上布置的鉻固體粒子層(10)，鉻固體粒子層(10)具有相對于鉻固體粒子層的總體積為0.1 - 30體積％的固體粒子。
[0034]在根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的面上的單獨的層可以各自覆蓋活塞環(huán)的面的一部分或將面完全覆蓋。尤其是，所述層(滲氮擴散層、滲氮結合層、氧化物層、鉻固體粒子層和不含有固體粒子的鉻層)可以各自覆蓋每個面的50 - 100%，優(yōu)選80 - 100%。
[0035]制備根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的方法包括以下步驟:將活塞環(huán)的基體(a)在組合的滲氮-氧化過程中在含有至少一種氮化合物的氣氛中加熱到至少300°C，優(yōu)選500-800°C，隨后引入空氣并且在空氣的存在下冷卻活塞環(huán)，由此至少在活塞環(huán)的第一側面、第二側面和外圓周面上產(chǎn)生滲氮擴散層、在滲氮擴散層上布置的滲氮結合層和在滲氮結合層上布置的氧化物層，以及(b)隨后將所述活塞環(huán)導入含有離子形式的鉻和固體粒子的水性電解液中，并且至少在外圓周面上電化學沉積鉻固體粒子層。
[0036]作為氮化合物,合適的是例如氮氣(N2)和氨(NH3)。優(yōu)選使用由氨、氫氣(H2)和氮氣組成的混合物。可以以常規(guī)的、本領域技術人員公知的方式，完成鉻固體粒子層和不含固體粒子的鉻層的電化學沉積。
[0037]在本方法的優(yōu)選的實施方式中，在步驟(b)前，可以將在外圓周面和任選的第二側面上的氧化物層和任選的滲氮結合層再除去，特別是在未被斜切的面的部分中。備選地，也可以在鍍鉻之后，再將第二側面上的氧化物層和任選的滲氮結合層除去。
[0038]為了制備在外棱上包括不含固體粒子的鉻層的根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)，在另外的步驟(C)中，將活塞環(huán)導入含有離子形式的鉻且不含有固體粒子的水性電解液中，并且在外圓周面上和在環(huán)繞的外棱的區(qū)域上電化學沉積不含有固體粒子的鉻層，以及(d)將在外圓周面上的鉻層至少部分地機械地再除去。
[0039]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)在內燃機中的應用。對此，將根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)以本領域技術人員已知的方式裝在內燃機的活塞中，優(yōu)選作為第一活塞環(huán)，也就是說，距離燃燒室最近安放的活塞環(huán)。
[0040]應理解，前文提到的和接下來還將闡述的特征不僅可以以給出的組合，而且也以可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下以其他的組合或者單獨地使用。
[0041]接著，將借助于也公開了專利意義的特征的附圖以實例更詳細地闡述本發(fā)明。
[0042]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的一個實施方式，
[0043]圖2顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的一個實施方式的截面，
[0044]圖3顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的又一個實施方式的截面。
[0045]在圖1中，展示了根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)I的一個實施方式，其具有內圓周面2和外圓周面11。A和B顯示了通過活塞環(huán)I的用于以下圖2和3的截面軸。
[0046]圖2顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)I的一個實施方式的在根據(jù)圖1的截面軸A-B方向上的截面?；钊h(huán)I由具有內圓周面2、第一側面3、第二側面4和外圓周面5的金屬基體9組成。第一側面3、第二側面4和外圓周面5具有滲氮擴散層6，并且在第一側面3上在滲氮擴散層6上布置有滲氮結合層7和氧化物層8。層厚僅僅是示意性顯示的而不是按比例的。在外圓周面5上，在滲氮擴散層6上顯示了鉻固體粒子層10，其形成工作面11。
[0047]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)I的又一個實施方式的截面，其中基體9的第一側面3和第二側面4各自具有被斜切的環(huán)形面14、15和未被斜切的環(huán)形面16、17，且外圓周面5和第一側面3以及外圓周面5和第二側面4各自形成環(huán)繞的外棱12、13。內圓周面2和第一側面3的被斜切的面14形成內角α。內圓周面2和第二側面4的被斜切的面15形成內角β。
【權利要求】
1.一種具有由鉻鋼制成的基體(9)的活塞環(huán)(I)，所述鉻鋼具有多于10重量％的鉻，所述活塞環(huán)(I)具有內圓周面(2)、第一側面(3)、第二側面(4)和外圓周面(5)，其特征在于，所述第一側面(3)包括層厚為5 - 300 μ m的滲氮擴散層(6)、直接在所述滲氮擴散層(6)上布置的層厚為0.5 - 15 μ m的滲氮結合層(7)，和直接在所述滲氮結合層(7)上布置的層厚為0.05 - 3 μ m的氧化物層(8)，所述第二側面(4)包括所述滲氮擴散層(6)，且所述外圓周面(5)包括所述滲氮擴散層(6)和在所述滲氮擴散層(6)上布置的鉻固體粒子層(10)，所述鉻固體粒子層(10)具有相對于所述鉻固體粒子層的總體積為0.1 -30體積％的固體粒子。
2.根據(jù)權利要求1所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述外圓周面(5)和所述第一側面(3)以及所述外圓周面(5)和所述第二側面(4)各自包括具有0.05 - 0.5mm的切除部的環(huán)繞的外棱(12，13)，且所述基體(9)在所述環(huán)繞的外棱(12，13)的區(qū)域中包括所述滲氮擴散層(6)。
3.根據(jù)權利要求2所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述基體(9)包括:至少在所述環(huán)繞的外棱(12，13)的部分區(qū)域中在所述滲氮擴散層(6)上布置的鉻固體粒子層(10)，和至少在所述環(huán)繞的外棱(12，13)的部分區(qū)域中直接布置在鉻固體粒子層(10)上的不含有固體粒子的鉻層，所述鉻固體粒子層(10)具有相對于所述鉻固體粒子層的總體積為0.1 - 30體積％的固體粒子。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述基體(9)的第一側面(3)和第二側面(4)各自具有環(huán)形的被斜切的面(14，15)，其中所述環(huán)形的被斜切的面(14，15)各自與所述內圓周面(2)連接并且各自占所述側面(3，4)的至少70%，并且在所述基體的內圓周面(2)與環(huán)形的被斜切的面(14，15)之間的內角α和β彼此獨立地為92。- 115。。
5.根據(jù)權利要求4所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述環(huán)形的被斜切的面(14，15)各自占所述側面(3，4)的70 - 95%，且所述第一側面(3)和所述第二側面(4)附加地各自具有未被斜切的環(huán)形面(16，17)，其中，所述未被斜切的環(huán)形面(16，17)中至少一個不具有氧化物層且不具有滲氮結合層。
6.根據(jù)權利要求5所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述未被斜切的環(huán)形面(16，17)中至少一個具有層厚〈5 μ m的滲氮擴散層(6)或者不具有滲氮擴散層(6)。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述外圓周面(5)和所述第二側面(4)不具有氧化物層。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述第二側面(4)的表面至少部分具有<2μπι的平均粗糙深度和/或所述第一側面(3)的表面至少部分具有^ 2.5 um的平均粗糙深度。
9.用于制備根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的活塞環(huán)的方法，包括以下步驟:將具有內圓周面(2)、第一側面(3)、第二側面(4)和外圓周面(5)的活塞環(huán)的金屬基體(9) (a)在組合的滲氮-氧化過程中在含有至少一種氮化合物的氣氛中加熱到至少300°C，隨后引入空氣并且在空氣的存在下冷卻所述活塞環(huán)，由此至少在所述第一側面、所述第二側面和所述外圓周面上形成滲氮擴散層、在所述滲氮擴散層上布置的滲氮結合層和在所述滲氮結合層上布置的氧化物層，以及(b)隨后將所述活塞環(huán)導入含有離子形式的鉻和固體粒子的水性電解液中，并且至少在所述外圓周面上電化學沉積鉻固體粒子層。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，所述方法在步驟(a)和(b)之間包括附加的步驟:將在所述外圓周面和任選的所述第二側面上的所述氧化物層和任選的所述滲氮結合層再除去。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的方法，所述方法在步驟(b)之后包括附加的步驟: (c)將所述活塞環(huán)導入含有離子形式的鉻且不含有固體粒子的水性電解液中，并且在所述外圓周面(5)上和在所述環(huán)繞的外棱(12，13)的區(qū)域上電化學沉積不含有固體粒子的鉻層，以及 (d)將在所述外圓周面(5)上的鉻層至少部分地機械地再除去。
12.根據(jù)權利要求1 至8中任一項所述的活塞環(huán)在內燃機中的應用。
【文檔編號】C23C8/02GK104185692SQ201280071431
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權日:2012年3月16日
【發(fā)明者】克里斯蒂安·赫布斯特-德德里希斯, 瓦爾德馬·烏爾巴澤卡, 斯特凡·杜爾多特, 彼得-克勞斯·埃塞爾 申請人:聯(lián)邦摩高布爾沙伊德公司