活塞环表面镀膜技术

活塞环是燃油发动机内部的核心部件，

它和汽缸，活塞，汽缸壁等一起完成燃油气体的密封。

活塞环广泛地用在各种动力机械上，

如蒸汽机、柴油机、汽油机、压缩机、液压机等，

广泛用于汽车，火车，轮船，游艇等。

一般活塞环安装在活塞的环槽里，

它和活塞、缸套、缸盖等元件组成腔室做功。

但关于活塞环的镀膜技术却一直存在缺口：

内燃机的常速运动会增加活塞环的热应力和机械应力，

使其外形磨损，尺寸逐渐减少。

这一结果就需要新技术来满足新的要求。

相应的技术开发逐步从简单的铸铁活塞环到

钢环再到活塞环上镀膜以其降低磨损和摩擦。

为了改善发动机的燃油耗，

必须使燃油在气缸内进行高效燃烧，

尽可能地将燃烧能量无损地作为驱动力加以有效利用。

减少摩擦可直接降低这种能量的损失，

它直接关系到发动机燃油耗的改善，

因此作用非常重要。

但是这些滑动部位大多处在严酷的边界润滑状态，

因此在要求低摩擦的同时，

也要求有高的耐磨性能。

活塞/活塞环部分的摩擦随着发动机转速的升高而增加，

在发动机总摩擦损失中占40～50％。

活塞环是内燃机心脏的一个关键零件,

它的表面处理质量直接影响到内燃机的性能,

因此,对活塞环的表面处理很重要。

采用物理气相沉积有如下优点：

能产生很硬的陶瓷涂层，这有利于提高耐磨性；

涂层均匀一致，且孔隙度小，涂层结合强度高（大于70MPa)；涂层表面粗糙度小，可不需加工。

活塞环所采用的TiN(金黄色）、CrN（银灰色）、ZrN（青黄色）、TiAlN（从褐色到黒色可调）等是利用物理气相沉积 (PVD)工艺在合金钢活塞环上形成的数微米厚的硬质薄膜。

这种硬质薄膜的耐磨性优于一般的镀铬，因此滑动面的平滑性得到保持，从而也可望获得减摩效果。类金刚石膜（DLC）已在赛车发动机活塞环上作过应用尝试，与CrN相比，在确保同等耐磨性的同时，有效地降低了摩擦，并将处理费用控制在同等水平，从而提高了生产率。

从TiN、CrN之类的PVD硬质薄膜向在机油中有良好润滑性的、超硬和超低摩擦的类金刚石膜过渡，是今后减摩表面处理技术的发展方向。

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