一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环的制作方法

本实用新型涉及活塞环技术领域，具体涉及一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环。

背景技术：

2020年乘用车燃油耗国家标准百公里5L以下，这对发动机厂以及汽车厂提出了高要求，而降低发动机的摩擦功损失是降低汽车的燃油耗的重要手段之一。活塞环工作摩擦功率损失占发动机总摩擦功损失的25%以上，所以降低活塞环的摩擦损失对发动机降低燃油耗贡献大；

活塞环的降低摩擦功损失的最有效的方式是采用低摩擦系数涂层，类金刚石涂层具备低摩擦高耐磨特性正好满足活塞环的低摩擦要求，类金刚石涂层具备硬度高、内应力大、直接将类金刚石涂层做到活塞环表面，结合力很难保证，容易脱落；

为此，我们提出一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环。

技术实现要素：

本实用新型提供一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环，利用逐渐递增氮含量的氮化钛作为类金刚石涂层与活塞环之间的过渡层，使得活塞环基体具备良好的使用寿命，增加活塞环的实用性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环，包括活塞环基体，所述活塞环基体外圆面设置有过渡层，所述过渡层包括由内至外至少两层氮含量递增的氮化钛复合层，所述氮化钛复合层外圆面设置有类金刚石涂层。

进一步的，所述过渡层还包括设置于氮化钛复合层和活塞环基体之间的钛层，且钛层的厚度小于等于氮化钛复合层厚度的10%。

利用通入的氮气含量，使得钛层向外的硬度逐步增大，氮化钛层硬度位于钛层和类金刚石涂层中间，钛层与活塞环基体具有非常相近的热变形量，使得钛层可以和活塞环基体实现好的结合，可有效形成从钛层到类金刚石涂层中间的硬度梯度，进而增加活塞环上涂层的抗划痕和抗剥离能力。

进一步的，所述过渡层的厚度H1与类金刚石涂层的厚度H2存在如下关系：1/50≤H1/H2≤1/10，在完成过渡的同时，降低过渡层的厚度，使活塞环的总厚度不受影响，从而避免影响活塞环的规格。

进一步的，所述氮化钛复合层包括由内至外设置的第一氮化钛层和第二氮化钛层，优选的利用两层氮化钛层作为过渡层。

进一步的，所述类金刚石涂层经磁过滤真空阴极电弧设置于过渡层上。

由以上技术方案可知，本实用新型具有如下有益效果：利用逐渐递增氮含量的氮化钛作为类金刚石涂层与活塞环之间的过渡层，通过氮化钛层的氮气量改变氮化钛层的硬度，使得氮化钛的硬度位于钛和类金刚石涂层中间，可有效形成从钛到类金刚石涂层中间的硬度梯度，进而增加活塞环上涂层的抗划痕和抗剥离能力，同时活塞环的总厚度不受影响，避免影响活塞环的规格，使得活塞环基体具备良好的使用寿命，增加活塞环的实用性。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为过渡层结构示意图。

图中：1、活塞环基体，2、过渡层，3、氮化钛复合层，4、类金刚石涂层，5、钛层，6、第一氮化钛层，7、第二氮化钛层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环优选实施方式作详细的说明。

如图1所示，一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环，包括活塞环基体1，所述活塞环基体1外圆面设置有过渡层2，所述过渡层2包括由内至外至少两层氮含量递增的氮化钛复合层3。

其活塞环基体1可采用钢质和铸铁，过渡层2还包括设置于氮化钛复合层3和活塞环基体1之间的钛层5，采用离子注入的工艺在活塞环表面沉积钛层，且钛层的厚度小于等于氮化钛复合层厚度的10%，使得钛元素的热膨胀系数与活塞环基体1非常接近，同时也可以在钛层沉积时直接通入氮气，氮气的含量由零开始逐步递增，过渡层2与活塞环基体1具有非常相近的热变形量，使得钛层或低氮量的氮化钛与活塞环之间具备良好的热结合性，增加后期的抗剥离强度。

氮化钛复合层3外圆面设置有类金刚石涂层4，类金刚石涂层4经磁过滤真空阴极电弧设置于过渡层2上，经磁过滤真空阴极电弧制作的类金刚石涂层4结构较为稳定，类金刚石涂层4具备低摩擦高耐磨特性，可以有效的提高活塞环的使用寿命。

如图2所示，同时氮化钛复合层包括由内至外设置的第一氮化钛层6和第二氮化钛层7，优选方案采用两层氮化钛，由内至外逐步增加含氮量，第一氮化钛层6和第二氮化钛层7的厚度均占过渡层总厚度的一半，使得钛层向外的硬度逐步增大，并接近于类金刚石涂层的硬度，其钛层硬度800～1000HV，氮化钛层硬度1500～1800HV， 类金刚石层硬度2000～3500HV，氮化钛硬度位于钛和类金刚石涂层中间，可有效形成从活塞环外圆面到类金刚石涂层中间的硬度梯度，进而增加活塞环上涂层的抗划痕和抗剥离能力。

过渡层的厚度H1与类金刚石涂层的厚度H2存在如下关系：1/50≤H1/H2≤1/10，在类金刚石、过渡层和活塞环具备良好的结合力的同时，降低过渡层的厚度，使活塞环的总厚度不受影响，从而避免影响活塞环的规格。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。