DE102014218340A1 - Piston ring and method of applying a coating - Google Patents

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DE102014218340A1
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Robert Richard Banfield
Gisela Ablas Marques
Juliano Avelar Araujo
Paulo José Da Rocha Mordente
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor oder Kompressor erreicht, der mit einem Grundkörper oder einem Substrat (2) versehen ist, wodurch eine Außenfläche festgelegt wird, auf der zumindest teilweise eine Metallschicht aufgebracht wird und auf dieser eine einschichtige Beschichtung (3) aus keramischem Nitrid, die eine säulenförmige Struktur und eine Körnung einer durchschnittlichen Größe gleich oder unter 0,5 µm aufweist.The invention relates to a piston ring for use in an internal combustion engine or compressor achieved, which is provided with a base body or a substrate (2), whereby an outer surface is fixed on which at least partially a metal layer is applied and on this a single-layer coating (3) of ceramic nitride having a columnar structure and a grain size of an average size equal to or less than 0.5 μm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, insbesondere entwickelt für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor oder Kompressor, versehen mit einer Chromnitrid-Beschichtung in Form von CrN oder Cr2N. Die Erfindung betrifft außerdem das Verfahren zur Aufbringung der Chromnitrid-Beschichtung.The invention relates to a piston ring, in particular designed for use in an internal combustion engine or compressor, provided with a chromium nitride coating in the form of CrN or Cr 2 N. The invention also relates to the method for applying the chromium nitride coating.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the Related Art

Bei Verbrennungsmotoren mit Kolben werden die Ringe in der Regel von einem metallischen Grundkörper gebildet, auf die mindestens eine Schicht einer Beschichtung aufgebracht wird, die mit der Zylinderwand in Kontakt gerät.In internal combustion engines with pistons, the rings are generally formed by a metallic base body, on which at least one layer of a coating is applied, which comes into contact with the cylinder wall.

Die Beschichtung hat eine sehr wichtige Aufgabe, weil sie dem Ring Eigenschaften wie geringe Gleitreibung, hohe Abplatzfestigkeit, Härte und Festigkeit verleihen soll. Viele dieser Eigenschaften sind jedoch Gegensätze, und eine Steigerung bei einer Eigenschaft bedeutet eine geringere Leistung bei einer anderen, so dass die Art der zu verwendenden Beschichtung entsprechend dem Funktionsprofil des Motors und gemäß den Kräften, denen die Ringe während ihrer Lebensdauer ausgesetzt sind, ausgewählt wird.The coating has a very important function because it is said to impart to the ring properties such as low sliding friction, high chip resistance, hardness and strength. However, many of these properties are opposites, and an increase in one property means less performance in another, so the nature of the coating to be used is selected according to the functional profile of the engine and the forces to which the rings are exposed during their lifetime ,

Fachleute haben eine Reihe von Beschichtungen vorgeschlagen, von denen jede die gewünschten Eigenschaften verbessern soll. Verschiedene frühere Techniken behandeln die keramischen Chromnitrid-Beschichtungen in Form von CrN und/oder Cr2N, die recht wirksam und technisch interessant sind, weil sie auf recht kompetente Art und Weise die Eigenschaften der Dämpfung der inneren Beanspruchung, großer Härte und geringer Dicke im Gleichgewicht halten, was besonders das Auftreten von Abplatzung (spalling) verringert.Those skilled in the art have proposed a number of coatings, each of which is intended to enhance the desired properties. Various earlier techniques treat the chromium nitride ceramic coatings in the form of CrN and / or Cr 2 N, which are quite effective and technically interesting, because they quite competently the properties of damping the internal stress, high hardness and small thickness in the Keeping balance, which especially reduces the occurrence of spalling.

In den allermeisten Fällen der Aufbringung wird die keramische Chromnitrid-Beschichtung durch das Verfahren der physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD – Physical Vapour Deposition) aufgebracht, gemäß dem das als Beschichtung aufzubringende Material aus einer Quelle eines festen Stoffs in Form von Atomen oder Molekülen durch Niederdruckgas (oder Plasma) in Richtung des Kolbenrings verdampft wird, wo es kondensiert. Die Bildung der Beschichtung auf dem Substrat hängt ab von den verdampften Stoffen und von dem Material des Substrats, den Oberflächenbedingungen, der zur Verfügung stehenden Energie (Temperatur und Ionenbombardierung) und der Atmosphäre (chemische Reaktionen, reaktive Ablagerung, usw.).In most cases of application, the ceramic chromium nitride coating is applied by the Physical Vapor Deposition (PVD) method, according to which the material to be coated is deposited from a source of solid material in the form of atoms or molecules by low pressure gas (or Plasma) is evaporated in the direction of the piston ring, where it condenses. The formation of the coating on the substrate depends on the vaporized materials and the material of the substrate, the surface conditions, the available energy (temperature and ion bombardment) and the atmosphere (chemical reactions, reactive deposition, etc.).

Das PVD-Verfahren weist einige interessante Vorteile für die Herstellung von tribologischen Beschichtungen auf, wie zum Beispiel (i) die Möglichkeit, bei sehr niedrigen Betriebsdrücken zu arbeiten, was es ermöglicht, Stoffe mit hoher Reinheit synthetisch herzustellen; (ii) die verbesserte Anhaftung der Beschichtung auf dem Substrat aufgrund der Möglichkeit, die Oberfläche der Substrate durch die Ionenbombardierung zu "säubern"; (iii) die gleichmäßige Dicke der Beschichtung; (iv) die Überprüfung der kristallinen Struktur der Beschichtung; und (v) die verhältnismäßig niedrigen Absetzungstemperaturen. Als zusätzliche Vorteile fördert die Ionenbombardierung das Epitaxiewachstum und verbessert die Beweglichkeit der Atome, und normalerweise werden keine Abgase oder Schadstoffe verwendet, da in den meisten Fällen keine toxischen Produkte oder Lösungen beteiligt sind.The PVD process has some interesting advantages for the preparation of tribological coatings, such as (i) the ability to operate at very low operating pressures, which makes it possible to synthetically produce high purity fabrics; (ii) the improved adhesion of the coating to the substrate due to the ability to "clean" the surface of the substrates by ion bombardment; (iii) the uniform thickness of the coating; (iv) checking the crystalline structure of the coating; and (v) the relatively low settling temperatures. As additional advantages, ion bombardment promotes epitaxial growth and improves the mobility of the atoms, and normally no exhaust gases or pollutants are used since in most cases no toxic products or solutions are involved.

Eine erste frühere Technik betreffend die Verwendung von Chromnitrid-Beschichtungen wird in dem nordamerikanischen Patent US 5.718.437 dargestellt, das einen Ölabstreifring mit einer einschichtigen Cr2N-Beschichtung betrifft mit einer Dicke zwischen 3 µm und 30 µm.A first earlier technique concerning the use of chromium nitride coatings is disclosed in the North American patent US 5,718,437 shown, which relates to a Ölabstreifring with a single-layer Cr 2 N coating with a thickness between 3 microns and 30 microns.

Gemäß dem Dokument weist die Cr2N-Beschichtung eine Härte zwischen 1300 HV und 2000 HV auf und wird durch das dem Fachmann allgemein bekannten Verfahren des Ion Plating aufgebracht.According to the document, the Cr 2 N coating has a hardness of between 1300 HV and 2000 HV and is applied by the ion plating method generally known to the person skilled in the art.

Das nordamerikanische Patent US 5.743.536 betrifft einen Kolbenring, dessen Beschichtung einen Film aus mindestens einem Chromnitrid aufweist, der durch das Verfahren des Ion Plating aufgebracht wird, dessen kristalline Säulenstruktur sich auf der Bruchspannungsfläche befindet, wobei die Säulen von der Substratfläche in Richtung auf die Beschichtungsfläche ausgerichtet sind. Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem Gemisch der CrN- und Cr2N-Phasen und Porositätswerten von 1,5% bis 20% und einer Mikrohärte von 600HmV bis 1000 HmV. Es gibt jedoch keine Erörterung der Korngröße dieser Beschichtung.The North American patent US 5,743,536 relates to a piston ring whose coating comprises a film of at least one chromium nitride deposited by the process of ion plating, the crystalline pillar structure of which is located on the rupture surface, the pillars being aligned from the substrate surface towards the coating surface. The coating preferably consists of a mixture of the CrN and Cr 2 N phases and porosity values of 1.5% to 20% and a microhardness of 600 HmV to 1000 HmV. However, there is no discussion of the grain size of this coating.

Das Dokument führt noch detailliert verschiedene andere Werte zur Dicke und Porosität auf sowie verschiedene mechanische Prüfungen an Produkten mit Beschichtungen mit verschiedenen Endkonfigurationen. Angeblich soll die Beschichtung ausgezeichnete Eigenschaften bei der Abriebfestigkeit, Abplatzung und Verbrennung aufweisen.The document details various other values for thickness and porosity, as well as various mechanical tests on products with coatings of various end configurations. Allegedly, the coating should have excellent abrasion resistance, chipping and combustion properties.

Außerdem offenbart das nordamerikanische Patent US 5.851.659 aus derselben Familie wie das Patent US 5.743.536 ein sehr ähnliches Produkt. In addition, the North American patent discloses US 5,851,659 from the same family as the patent US 5,743,536 a very similar product.

Das japanische Patentdokument JP9196173 , das eine dem oben genannten nordamerikanischen Patent sehr ähnliche Erfindung offenbart, nämlich einen Ölabstreifring, der eine einschichtige Cr2N-Beschichtung aufweist, mit einer Dicke von etwa 3 µm bis 30 µm.The Japanese patent document JP9196173 , which discloses an invention very similar to the above-mentioned North American patent, namely an oil control ring having a single-layer Cr 2 N coating with a thickness of about 3 μm to 30 μm.

Das japanische Patentdokument JP 06-293954 betrifft eine Chromnitrid-Beschichtung, die durch das PVD-Verfahren aufgebracht wird, deren kristalline Struktur säulenförmig ist und sich von dem Substrat in Richtung der Beschichtung erstreckt. Die Beschichtung, die vom Typ Monolayer (einschichtig) ist, weist eine Porosität zwischen 1,5% und 20% auf. Es gibt jedoch keine Erörterung der Korngröße dieser Beschichtung.The Japanese patent document JP 06-293954 relates to a chromium nitride coating applied by the PVD process whose crystalline structure is columnar and extends from the substrate towards the coating. The monolayer (one layer) type of coating has a porosity between 1.5% and 20%. However, there is no discussion of the grain size of this coating.

Das japanische Patentdokument JP 06-248425 betrifft einen Kolbenring, der mit einer Chromnitrid-Beschichtung versehen ist, die durch die CrN- und Cr2N-Phasen gebildet wird, deren kristalline Struktur säulenförmig ist und sich von dem Substrat in Richtung der Beschichtung erstreckt. Die Beschichtung, die vom Typ Monolayer (einschichtig) ist, weist eine Porosität zwischen 1,5% und 2% auf. Es gibt jedoch keine Erörterung der Korngröße dieser Beschichtung.The Japanese patent document JP 06-248425 relates to a piston ring provided with a chromium nitride coating formed by the CrN and Cr 2 N phases, whose crystalline structure is columnar and extends from the substrate towards the coating. The monolayer (one layer) type of coating has a porosity between 1.5% and 2%. However, there is no discussion of the grain size of this coating.

Das nordamerikanische Patent US 5.820.131 betrifft seinerseits einen Kolbenring, der mit einer Beschichtung versehen ist, die aus einer einzigen Schicht aus Cr2N oder einem Gemisch aus Cr2N und CrN gebildet ist, mit einer Dicke von 3 µm bis 30 µm und einem gewichtsmäßigen Stickstoffanteil zwischen 11% und 17%. Die Beschichtung wird durch das PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) aufgebracht und ihre Härte schwankt zwischen 1300 HV und 2000 HV. Auch hier gibt es keine Erörterung der Korngröße dieser Beschichtung.The North American patent US 5,820,131 in turn relates to a piston ring provided with a coating formed from a single layer of Cr 2 N or a mixture of Cr 2 N and CrN, having a thickness of 3 μm to 30 μm and a nitrogen content by weight of between 11% and 17%. The coating is applied by the PVD method (Physical Vapor Deposition) and its hardness varies between 1300 HV and 2000 HV. Again, there is no discussion of the grain size of this coating.

Eine letzte repräsentative frühere Technik findet sich schließlich in dem nordamerikanischen Patent US 6.631.907 , das einen Kolbenring betrifft, der mit einer aus CrN oder Cr2N zusammengesetzten Beschichtung oder aber aus einem durch PVD aufgebrachten Nitridgemisch versehen ist. Das Dokument beschreibt außerdem die Aufbringung eines Gemischs aus CrN mit Cr2N und metallischem Cr und erörtert ausgiebig Gewichtsprozente der Bestandteile, ohne dass jedoch die Korngröße dieser Beschichtung erörtert wird.A final representative earlier technique is finally found in the North American patent US 6,631,907 relating to a piston ring provided with a coating composed of CrN or Cr 2 N or of a PVD-applied nitride mixture. The document also describes the application of a mixture of CrN with Cr 2 N and metallic Cr and discusses extensively the weight percentages of the ingredients without, however, discussing the grain size of this coating.

Bis zum jetzigen Zeitpunkt gibt es keine technische Lösung, um eine Verringerung der Korngröße einer Chromnitrid-Beschichtung, die durch das PVD-Verfahren aufgebracht wird, zu finden, um die Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit zu verbessern.To date, there is no technical solution to find a reduction in the grain size of a chromium nitride coating applied by the PVD process to the properties of peel strength or spalling, scuffing and the like To improve wear resistance.

Ziele der ErfindungObjectives of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Kolbenring, der mit einer Chromnitrid-Beschichtung in Form von CrN oder Cr2N versehen ist, welche durch das PVD-Verfahren aufgebracht wird, die eine geringere Korngröße im Vergleich zu den gegenwärtig bekannten Beschichtungen aufweist und wobei dadurch verbesserte Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit erzielt werden.The aim of the invention is a piston ring provided with a chromium nitride coating in the form of CrN or Cr 2 N, which is applied by the PVD method, which has a smaller grain size compared to the currently known coatings and thereby improved properties the peel strength or spalling, the scuffing and the wear resistance are achieved.

Ziel der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur Aufbringung einer Beschichtung vom Typ PVD, das es ermöglicht, eine keramische Chromnitrid-Beschichtung aufzubringen, die die Überprüfung und Verringerung der Korngröße ermöglicht, so dass die erreichte Beschichtung verbesserte Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit aufweist.The object of the invention is also a method of applying a coating of the type PVD, which makes it possible to apply a ceramic chromium nitride coating, which allows the review and reduction of grain size, so that the achieved coating improved properties of the peel strength or spalling, abrasion resistance (scuffing) and wear resistance.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Ziele der Erfindung werden durch einen Kolbenring zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor oder Kompressor erreicht, der mit einem Grundkörper oder einem Substrat versehen ist, wodurch eine Außenfläche festgelegt wird, auf der zumindest teilweise eine Metallschicht aufgebracht wird und auf dieser eine einschichtige Beschichtung aus keramischem Nitrid, die eine säulenförmige Struktur und eine Körnung einer durchschnittlichen Größe gleich oder unter 0,5 µm aufweist.The objects of the invention are achieved by a piston ring for use in an internal combustion engine or compressor, which is provided with a base body or a substrate, whereby an outer surface is fixed, on which at least partially a metal layer is applied and on this a single-layer coating of ceramic nitride having a columnar structure and a grain size of an average size equal to or less than 0.5 μm.

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor oder Kompressor, versehen mit einer Chromnitrid-Beschichtung in Form von CrN oder Cr2N, die aufgrund der beträchtlichen Verringerung der Korngröße durch eine strenge Kontrolle der Variablen des Verfahrens zur Aufbringung der Beschichtung verbesserte Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit aufweist.The invention relates to a piston ring for use in an internal combustion engine or compressor provided with a chromium nitride coating in the form of CrN or Cr 2 N, which due to the considerable reduction in grain size by a strict control of the variables of the method of application the coating has improved peel strength or spalling properties, scuffing and wear resistance.

Mit dieser neuen und verbesserten Chromnitrid-Beschichtung ist es möglich, die Lebensdauer des Kolbenrings zu verlängern, ohne dass eine ein technischer Nachteil festzustellen ist und wobei die die Herstellungskosten auf einem wettbewerbsfähigen Niveau bleiben.With this new and improved chromium nitride coating, it is possible to extend the life of the piston ring without any technical disadvantage and keeping the manufacturing costs at a competitive level.

Die Ziele der Erfindung werden ebenfalls durch ein Verfahren zur Aufbringung der Beschichtung erreicht, das insbesondere entwickelt wurde für die Aufbringung einer keramischen Nitridbeschichtung auf einem Kolbenring zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor oder Kompressor, der mit einem Grundkörper oder einem Substrat versehen ist, wobei eine Außenfläche festgelegt wird, welches folgende Schritte umfasst:The objects of the invention are also achieved by a method of applying the coating, which has been specifically developed for the application of a ceramic nitride coating on a piston ring for use in an internal combustion engine or compressor provided with a base or a substrate, defining an outer surface which includes the following steps:

Schritt (i): Positionierung des Grundkörpers oder des Substrats auf einem Drehtisch oder einem ähnlichen Tisch, der von mindestens zwei Targets begrenzt wird, die winklig in gleichem Abstand angeordnet sind;Step (i): positioning the base or substrate on a turntable or similar table bounded by at least two targets equidistantly spaced at an angle;

Schritt (ii) Zuführung mindestens einer Verbindung auf Stickstoffbasis (N);Step (ii) supplying at least one nitrogen-based compound (N);

Schritt (iii): Verdampfung mindestens eines metallischen Materials der mindestens zwei Targets in Atom- oder Molekülform durch Niederdruckgase (oder Plasma) in Richtung des Kolbenrings, wo es sich nach der Reaktion mit dem Stickstoff verdichtet; undStep (iii): evaporating at least one metallic material of the at least two targets in atomic or molecular form by low pressure gases (or plasma) toward the piston ring where it densifies after reaction with the nitrogen; and

Schritt (iv): Rotation des Substrats auf dem Drehtisch mit einer Frequenz im Wesentlichen zwischen 200% und 700%Step (iv): Rotation of the substrate on the turntable with a frequency substantially between 200% and 700%

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, insbesondere entwickelt für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor oder Kompressor, versehen mit einer Chromnitrid-Beschichtung in Form von CrN oder Cr2N, die aufgrund der beträchtlichen Verringerung der Korngröße durch eine strenge Kontrolle der Variablen des Verfahrens zur Aufbringung der Beschichtung verbesserte Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit aufweist.The invention relates to a piston ring, in particular designed for use in an internal combustion engine or compressor, provided with a chromium nitride coating in the form of CrN or Cr 2 N, which due to the considerable reduction in grain size by a strict control of the variables of the method for applying the Coating has improved peel strength or spalling properties, scuffing and wear resistance.

Mit dieser neuen und verbesserten Chromnitrid-Beschichtung ist es möglich, die Lebensdauer des Kolbenrings zu verlängern, ohne dass eine ein technischer Nachteil festzustellen ist und wobei die die Herstellungskosten auf einem wettbewerbsfähigen Niveau bleiben.With this new and improved chromium nitride coating, it is possible to extend the life of the piston ring without any technical disadvantage and keeping the manufacturing costs at a competitive level.

Die Erfindung betrifft somit außerdem das Verfahren zur Aufbringung der Chromnitrid-Beschichtung in Form von CrN oder Cr2N mit einer geringeren Korngröße.The invention thus also relates to the method for applying the chromium nitride coating in the form of CrN or Cr 2 N having a smaller grain size.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das auf den Zeichnungen dargestellt ist, detaillierter beschrieben. Die Figuren zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment illustrated in the drawings. The figures show:

1 – ist eine schematische Teilansicht im Schnitt des Kolbenrings, der Gegenstand der Erfindung ist, in dem Kolbenkanal innerhalb des Zylinders. 1 Is a partial schematic view in section of the piston ring, which is the subject of the invention, in the piston channel within the cylinder.

2 – ist eine vergleichende Grafik der Abnutzung des gegenwärtig bestehenden Kolbenrings mit zwei Ausführungsvarianten des Rings, der Gegenstand der Erfindung ist. 2 - is a comparative graph of wear of the present existing piston ring with two embodiments of the ring, which is the subject of the invention.

3 – ist eine Grafik der durchschnittlichen Korngröße der Beschichtung des gegenwärtig bestehenden Kolbenrings mit zwei Ausführungsvarianten der Beschichtung des Rings, der Gegenstand der Erfindung ist. 3 - is a graph of the average grain size of the coating of the present existing piston ring with two variants of the coating of the ring, which is the subject of the invention.

4 – ist eine schematische mikroskopische Ansicht des Querschnitts der Beschichtung des Kolbenrings, der Gegenstand der Erfindung ist. 4 Is a schematic microscopic view of the cross section of the coating of the piston ring, which is the subject of the invention.

5 – ist eine schematische mikroskopische Ansicht des oberen Abschnitts der Beschichtung des Kolbenrings, der Gegenstand der Erfindung ist. 5 Figure 11 is a schematic microscopic view of the upper portion of the coating of the piston ring which is the subject of the invention.

6 – ist eine erläuternde schematische Ansicht der Atlas-Ausrüstung zur Durchführung des Kratztests gemäß der technischen Norm ASTM C 1624 05 . 6 - is an explanatory schematic view of the Atlas equipment for performing the scratch test according to the technical standard ASTM C 1624 05 ,

7 – ist eine vergleichende Grafik der Delaminierungsbelastung, die die Beschichtung des gegenwärtig bestehenden Kolbenrings bei einem Kratztest erfährt, mit der Belastung, die bei zwei Ausführungsvarianten der Beschichtung des Rings, der Gegenstand der Erfindung ist, entsteht. 7 - is a comparative graph of the Delaminationierungsbelastung undergoing the coating of the existing piston ring in a scratch test, with the load, which is the case of two embodiments of the coating of the ring, the subject of the invention arises.

8 – sind zwei vergleichende Fotografien der Oberfläche der Beschichtung des gegenwärtig bestehenden Kolbenrings und durch eine Ausführungsvariante der Beschichtung des Rings, der Gegenstand der Erfindung ist, nach der Durchführung eines Scratch-Tests. 8th - Two comparative photographs of the surface of the coating of the present existing piston ring and by a variant of the coating of the ring, which is the subject of the invention, after carrying out a scratch test.

9 – Zeigt detailliert den Antrieb mit Doppeldrehung des Substrats. 9 - Shows in detail the drive with double turn of the substrate.

Detaillierte Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring 1 und seine Beschichtung, die mit der Absicht aufgebracht wird zu gewährleisten, dass das Werkstück interessante Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit aufweist und dass es eine hohe Beständigkeit / Lebensdauer innerhalb des Verbrennungsmotors oder Kompressors aufweist, in welchem er montiert ist.The invention relates to a piston ring 1 and its coating, which is applied with the intention of ensuring that the workpiece has interesting properties of peel strength or spalling, scuffing and wear resistance, and that it has a high durability within the internal combustion engine or compressor, in which he is mounted.

Die Verwendung einer keramischen Nitridbeschichtung auf den Kolbenringen bringt die gewünschten Eigenschaften, die für diese Bestandteile die gewünschte Beständigkeit gewährleisten. Insbesondere Chromnitrid, das auf der äußeren Oberfläche des Rings, die mit der Wand des Zylinders in Berührung gerät, aufgebracht wird, bietet eine große Verschleißfestigkeit. Die Chromnitrid-Beschichtungen werden vielfach verwendet bei Kolbenringen von modernen Motoren, die durch thermische und mechanische Belastungen stark beansprucht werden. Bei einigen Motoren der letzten Generation jedoch, insbesondere bei denen, die extrem hohe Verbrennungsdrücke aufweisen (wie diejenigen, die Turbokompressoren verwenden), weist die Chromnitrid-Beschichtung Nachteile auf, die sich aus ihrer inhärenten Brüchigkeit ergeben, die zum Auftreten von Mikrorissen führt.The use of a ceramic nitride coating on the piston rings brings the desired properties, which ensure the desired durability for these components. In particular, chromium nitride, which is applied to the outer surface of the ring which comes into contact with the wall of the cylinder, offers great wear resistance. The chromium nitride coatings are widely used in piston rings of modern engines, which are subjected to high stresses due to thermal and mechanical stress. However, in some recent generation engines, especially those having extremely high combustion pressures (such as those using turbo-compressors), the chromium nitride coating has disadvantages resulting from its inherent brittleness leading to the appearance of microcracks.

Bei einer hohen und andauernden Beanspruchung dehnen sich diese Mikrorisse aus und kleine Teile der Beschichtung beginnen sich abzulösen, so dass kleine Mulden in der Beschichtung und in einigen Fällen kleine Streifen in der Oberfläche des Zylinders entstehen.At high and sustained stress, these microcracks expand and small portions of the coating begin to peel off, creating small pits in the coating and, in some cases, small streaks in the surface of the cylinder.

Um die Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit zu verbessern, hat die Anmelderin die keramische Nitridschicht durch die Überprüfung der Korngröße verbessert. Hierbei ist anzumerken, dass, auch wenn die Beschichtung in den CrN- und/oder Cr2N-Phasen vorzugsweise aus Chromnitrid besteht, es offensichtlich ist, dass andere metallische Materialien bei der Zusammensetzung verwendet werden können, wie zum Beispiel Niob (Nb) oder anderes.In order to improve the properties of peel strength or spalling, scuffing and wear resistance, Applicant has improved the ceramic nitride layer by checking the grain size. It should be noted that, although the coating in the CrN and / or Cr 2 N phases is preferably chromium nitride, it is apparent that other metallic materials can be used in the composition, such as niobium (Nb) or other.

Die große Neuerung der Erfindung besteht in den Merkmalen der Beschichtung, die auf einen Kolbenring aufgebracht werden soll. Natürlich gibt es keine Art von Einschränkung betreffend die genaue Beschaffenheit dieses Bauteils. Auch wenn der Kompressionsring (oder des ersten Kanals) für die Aufbringung der Beschichtung am günstigsten ist, hindert nichts daran, dass sie bei einem Ring des zweiten Kanals, einem Ölabstreifring, einem Kompressorring oder einem beliebigen anderen notwendigen oder wünschenswerten Werkstück aufgebracht wird.The big innovation of the invention is the features of the coating to be applied to a piston ring. Of course, there is no kind of limitation on the exact nature of this component. Although the compression ring (or first channel) is most favorable for application of the coating, nothing prevents it from being applied to a second channel ring, oil scraper ring, compressor ring, or any other necessary or desirable workpiece.

Der Kolbenring 1, der Gegenstand der Erfindung ist, wurde daher im Wesentlichen für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor oder Kompressor konzipiert und mit einer metallischen Grundkörper oder Substrat 2 versehen, so dass eine Außenfläche festgelegt wird, auf der zumindest teilweise eine Metallschicht aufgebracht wird und auf dieser eine Beschichtung 3 aus keramischem Nitrid.The piston ring 1 , which is the subject of the invention, has therefore been designed essentially for use in an internal combustion engine or compressor and with a metallic base body or substrate 2 provided so that an outer surface is fixed, on which at least partially a metal layer is applied and on this a coating 3 made of ceramic nitride.

Vorzugsweise wird die Beschichtung 3 zumindest auf einen Teil der Außenfläche, die zur Wand des Zylinders zeigt, aufgebracht, wie schematisch auf 1 dargestellt. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Beschichtung 3 auf obere und untere Innenflächen aufgebracht werden kann, die zumindest teilweise den Kolbenkanal berühren, ohne dass die sich daraus ergebende Erfindung den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche verlässt.Preferably, the coating 3 at least on a part of the outer surface facing the wall of the cylinder applied, as shown schematically 1 shown. However, it is obvious that the coating 3 can be applied to upper and lower inner surfaces which at least partially touch the piston channel, without the resulting invention leaving the scope of the appended claims.

Die Beschichtung 3, die vorzugsweise aus Chromnitrid in den CrN- und/oder Cr2N-Phasen gebildet wird, weist als innovativen Unterschied eine (dem Fachmann bereits bekannte) Säulenstruktur auf, jedoch mit Körnern gleicher Größe oder kleiner als 0,5 µm, eine angemessen niedrigere Zahl als die durchschnittliche Größe der Körner der gegenwärtig verwendeten Beschichtungen (im Wesentlichen 0,65 µm oder mehr).The coating 3 , which is preferably formed of chromium nitride in the CrN and / or Cr 2 N phases, has as innovative difference a column structure (already known to the person skilled in the art), but with grains of the same size or less than 0.5 μm, a suitably lower one Number as the average size of the grains of currently used coatings (substantially 0.65 μm or more).

Die Beschichtung 3 weist vorzugsweise Körner mit einer durchschnittlichen Größe zwischen 0,1 µm und 0,5 µm und die Beschichtung weist noch besser Körner mit einer durchschnittlichen Größe zwischen 0,35 µm und 0,42 µm auf. The coating 3 preferably has grains with an average size between 0.1 microns and 0.5 microns and the coating has even better grains with an average size between 0.35 microns and 0.42 microns.

Die Körner mit einer durchschnittlichen Größe von gleich oder kleiner als 0,5 µm verleihen der Beschichtung 3 neue, erwünschte Eigenschaften. Das Verhalten dieser Art von Material wird direkt durch die Kontur zwischen den Körner beeinflusst, weil die Anzahl der Atome in den Körnern vergleichbar oder kleiner ist als in den Konturbereichen. Unter diesen Bedingungen sind die relativen Verschiebungen (Schubspannungen) beschränkt, weil die große Menge der Körnerkonturen diese Erscheinung einschränkt, und die Konturbereiche übernehmen eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit der Verformung des Materials. Dies bedeutet neue und extrem wünschenswerte Eigenschaften der kristallinen Materialien, wie die keramischen Nitride und insbesondere Chromnitrid. Auf diese Weise wird ein keramisches Material mit elastischen Eigenschaften erzielt, die denen eines metallischen Materials sehr stark ähneln, jedoch mit wesentlich höherer Bruchzähigkeit, was für eine Beschichtung sehr wünschenswert ist.The grains having an average size equal to or smaller than 0.5 μm impart the coating 3 new, desirable properties. The behavior of this type of material is directly affected by the contour between the grains because the number of atoms in the grains is comparable or smaller than in the contour regions. Under these conditions, the relative displacements (shear stresses) are limited because the large amount of grain contours limits this phenomenon, and the contour regions play an important role in the ability of deformation of the material. This means new and extremely desirable properties of the crystalline materials, such as the ceramic nitrides and especially chromium nitride. In this way, a ceramic material with elastic properties is obtained which are very similar to those of a metallic material, but with much higher fracture toughness, which is very desirable for a coating.

Hierzu zeigen die 4 und 5 stark vergrößere Ansichten der Beschichtung 3. In 4, die eine schematische mikroskopische Ansicht des Querschnitts der Beschichtung ist, ist deutlich sichtbar, dass die Größe der meisten Körner durchschnittlich kleiner ist als 0,5 µm (es gibt eine Skala zur Anzeige von 5 µm, um die Abschätzung der Größenordnung zu ermöglichen). 5 ihrerseits ist eine schematische mikroskopische Ansicht des oberen Abschnitts der Beschichtung 3 und stellt deutlich die säulenförmige Struktur der Beschichtung dar.To show the 4 and 5 much larger views of the coating 3 , In 4 , which is a schematic microscopic view of the cross-section of the coating, it is clearly visible that the average size of most grains is less than 0.5 μm on average (there is a 5 μm display scale to allow estimation of the order of magnitude). 5 in turn, is a schematic microscopic view of the top portion of the coating 3 and clearly represents the columnar structure of the coating.

Werden 4 und 5 gemeinsam analysiert, ist es möglich, sich ein recht genaues Bild von den Kristallen der Struktur der Beschichtung 3 zu machen, die die verbesserten gewünschten Eigenschaften der Ablösefestigkeit oder Abplatzfestigkeit (spalling), der Abriebfestigkeit (scuffing) und der Verschleißfestigkeit verleihen.Become 4 and 5 analyzed together, it is possible to get a pretty accurate picture of the crystals of the structure of the coating 3 to provide the improved desired peel strength or spalling properties, scuffing and wear resistance.

Hierbei zeigt die in 3 veranschaulichte Grafik vergleichsweise die durchschnittliche Größe der Körner der Chromnitrid-Beschichtung des gegenwärtig bestehenden Kolbenrings (genannt "Stand der Technik") mit zwei Ausführungsvarianten des Rings 1, der Gegenstand der Erfindung ist.This shows the in 3 graph comparatively illustrated the average size of the grains of the chromium nitride coating of the present existing piston ring (called "prior art") with two embodiments of the ring 1 which is the subject of the invention.

Während der zum Stand der Technik gehörende Ring in seiner Beschichtung Körner mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 0,65 µm aufweist, weist die erste Ausführungsvariante der Erfindung (genannt "Erfindung 1") Körner mit einer durchschnittlichen Größe von 0,45 µm auf, und die zweite Ausführungsvariante der Erfindung (genannt "Erfindung 2") weist Körner mit einer noch geringeren durchschnittlichen Größe von etwa 0,35 µm auf.While the prior art ring has in its coating grains having an average size of about 0.65 μm, the first embodiment of the invention (called "invention 1") has grains with an average size of 0.45 μm, and the second embodiment of the invention (called "Invention 2") has grains with an even smaller average size of about 0.35 μm.

Es wurde ein Kratztest durchgeführt, um eine bessere Leistung des Kolbenrings 1, der Gegenstand der Erfindung ist, im Vergleich zu einem Ring, der mit einer herkömmlichen Chromnitrid-Beschichtung versehen ist und der zum Stand der Technik gehört, zu erhalten.A scratch test was performed to improve the performance of the piston ring 1 , which is the object of the invention, as compared to a ring provided with a conventional chromium nitride coating and belonging to the prior art to obtain.

Der Kratztest, der schematisch auf 5 dargestellt ist, wurde bei einer "Atlas" genannten Ausrüstung gemäß den Vorgaben der Norm ASTM C 1624 05 durchgeführt. Bei diesem Test wird eine Nadel oder ähnliches über die Probe, die mit der Beschichtung, die getestet werden soll, versehen ist, geführt und gleichzeitig wird eine zur Verschiebung senkrechte Form ausgeübt, die auch Normalkraft N genannt wird. Die Normalkraft steigt schrittweise in dem Maße, wie sie sich bewegt bis zu dem Moment, in dem durch Schubspannung der Riss der Beschichtung erfolgt. Bei diesem Test werden die Unterschiede zwischen dem Ring, der Gegenstand der Erfindung 3 ist, und dem Ring aus dem Stand der Technik deutlich.The scratch test, the schematic on 5 was used in an equipment called "Atlas" in accordance with the requirements of the standard ASTM C 1624 05 carried out. In this test, a needle or the like is passed over the sample to be coated with the coating to be tested, and at the same time a displacement-perpendicular shape, also called normal force N, is exerted. The normal force gradually increases as it moves to the moment when the crack of the coating occurs due to shear stress. In this test, the differences between the ring which is the subject of the invention 3 and the ring of the prior art are clear.

Die in 7 dargestellte Grafik, die die für die Beschichtung angesichts der Bewegung der Nadel erfolgende Delaminierungsbelastung darstellt, offenbart, dass der Ring, der mit der Beschichtung nach dem Stand der Technik versehen ist, eine Beanspruchung von etwa 100N aufnimmt, nachdem die Delaminierung mit Bruch der Beschichtung erfolgt ist.In the 7 The graph illustrating the delamination load involved in the coating in view of the movement of the needle reveals that the ring provided with the prior art coating receives a stress of about 100N after delamination with fracture of the coating is.

Im Vergleich dazu nimmt die erste Ausführungsvariante der Erfindung (genannt "Erfindung 1"), die Körner mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 0,45 µm in ihrer Beschichtung aufweist, vor dem Delaminierungspunkt 150N auf, was eine Steigerung von nicht weniger als 50% im Vergleich zur gegenwärtig verwendeten Lösung bedeutet.In comparison, the first embodiment of the invention (called "invention 1") having grains with an average size of about 0.45 μm in its coating absorbs 150N before the delamination point, an increase of not less than 50% in the Comparison to the currently used solution means.

Noch bessere Vorteile wurden durch die zweite Ausführungsvariante der Erfindung (genannt "Erfindung 2"), die Körner mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 0,35 µm in ihrer Beschichtung aufweist, erreicht, wobei mehr als 180N aufgenommen wurden, ohne dass eine Delaminierung erfolgte. Die Widerstandskraft der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung gegenüber dem gegenwärtig verwendeten Ring ist also mehr als 80% höher bei der Delaminierung, und dies ist eine direkte Folge der durchschnittlichen Größe der Körner, da die anderen Merkmale der Beschichtungen ähnlich sind. Even better benefits were achieved by the second embodiment of the invention (called "Invention 2") having grains with an average size of about 0.35 μm in its coating, taking in more than 180N without delamination. Thus, the resistance of the second embodiment of the invention to the presently used ring is more than 80% higher in delamination and this is a direct consequence of the average size of the grains since the other features of the coatings are similar.

Hierbei veranschaulicht 8 zwei vergleichende Fotografien der Oberfläche der Beschichtung des gegenwärtig bestehenden Kolbenrings und eine Ausführungsvariante der Beschichtung des Rings, der Gegenstand der Erfindung ist, nach der Durchführung eines Scratch-Tests. Es ist deutlich zu erkennen, dass ein großer Teil der Beschichtung des Rings aus dem Stand der Technik sich nach der Hälfte des Verschiebewegs der Nadel abgelöst hat (entsprechend einer Kraft von etwa 100N), während bei der Ausführung "Erfindung 2" die gesamte Verschiebung der Nadel erfolgte, ohne dass eine Ablösung erfolgte. Die einfache vergleichende Analyse der Figuren gibt eine gute Vorstellung von der besseren This illustrates 8th Two comparative photographs of the surface of the coating of the present existing piston ring and a variant of the coating of the ring, which is the subject of the invention, after performing a scratch test. It can be clearly seen that a large part of the coating of the prior art ring has come off after half the displacement of the needle (corresponding to a force of about 100N), while in the embodiment "invention 2" the total displacement of the Needle was made without a replacement took place. The simple comparative analysis of the figures gives a good idea of the better one

Leistung des Rings 1, der Gegenstand der Erfindung ist, aufgrund seiner Beschichtung 3 mit Körnern einer geringeren durchschnittlichen Größe, die gleich oder kleiner als 0,5 µm ist.Performance of the ring 1 , which is the subject of the invention, due to its coating 3 with grains of smaller average size equal to or less than 0.5 μm.

Bei einem Ermüdungstest in einem Laborversuch, der in der durch 3 dargestellten Grafik veranschaulicht wird, ist wiederum deutlich der durch den Ring, der Gegenstand der Erfindung ist, erzielte Vorteil ersichtlich. Während der Ring aus dem Stand der Technik Abnutzungserscheinungen zwischen 4,8 µm und 6,4 µm aufwies, zeigte die Variante "Erfindung 1" Werte zwischen 3,9 µm und 5,5 µm, und die Variante "Erfindung 2" mit einer noch geringen durchschnittlichen Kornkonturgröße wies noch geringere Abnutzungserscheinungen zwischen 3,3 µm und 4,3 µm auf.In a fatigue test in a laboratory experiment, in the by 3 again, the advantage achieved by the ring object of the invention is clearly evident. While the ring of the prior art showed signs of wear between 4.8 microns and 6.4 microns, the variant "Invention 1" showed values between 3.9 microns and 5.5 microns, and the variant "invention 2" with a still low average grain contour size showed even lower signs of wear between 3.3 microns and 4.3 microns.

Die Beschichtung 3 wird auf das Substrat 2 des Rings 1 durch das Verfahren der physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD – Physical Vapour Deposition) aufgebracht, welches durch eine Kathodenzerstäubungsquelle erzeugt wird. Das Verfahren, gemäß dem die Beschichtung 3 auf das Substrat 2 aufgebracht wird, ist für die Erreichung von Körnern mit einer durchschnittlichen Größe gleich oder kleiner als 0,5 µm von wesentlicher Bedeutung und ist eine neue und erfinderische Erfindung, die im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten ist. The coating 3 gets on the substrate 2 of the ring 1 applied by the method of Physical Vapor Deposition (PVD) generated by a sputtering source. The method according to which the coating 3 on the substrate 2 is essential for the achievement of grains having an average size equal to or less than 0.5 microns is essential and is a novel and inventive invention, which is included within the scope of the appended claims.

Bei der wesentlichen Beschreibung umfasst das Verfahren zur Aufbringung einer Beschichtung auf den Ring 1, der Gegenstand der Erfindung ist, folgende Schritte:In the essential description, the method comprises applying a coating to the ring 1 , which is the subject of the invention, comprises the following steps:

Schritt (i): Positionierung des Grundkörpers oder des Substrats (2) des Rings (1) auf einem Drehtisch oder ähnlichem, der von mindestens zwei Zielen begrenzt wird, die winklig in gleichem Abstand angeordnet sind;Step (i): Positioning of the Base Body or of the Substrate ( 2 ) of the ring ( 1 ) on a turntable or the like bounded by at least two targets angularly equidistant;

Schritt (ii) Zuführung mindestens einer Verbindung auf Stickstoffbasis (N);Step (ii) supplying at least one nitrogen-based compound (N);

Schritt (iii): Verdampfung mindestens eines metallischen Materials der mindestens zwei Targets in Atom- oder Molekülform durch Niederdruckgase (oder Plasma) in Richtung des Kolbenrings, wo es sich nach der Reaktion mit dem Stickstoff verdichtet; undStep (iii): evaporating at least one metallic material of the at least two targets in atomic or molecular form by low pressure gases (or plasma) toward the piston ring where it densifies after reaction with the nitrogen; and

Schritt (iv): Rotation des Substrats auf dem Drehtisch mit einer Frequenz im Wesentlichen zwischen 200% und 700%.Step (iv): Rotation of the substrate on the turntable with a frequency substantially between 200% and 700%.

Das Verfahren verwendet vorzugsweise zwei Chromziele (Cr), die etwa im Winkel von 180° zueinander angeordnet sind, aber es ist offensichtlich, dass andere Anordnungen verwendet werden können, wie zum Beispiel drei Ziele, die jeweils im Winkel von 120° angeordnet sind, oder eine beliebige andere Lösung.The method preferably uses two chrome targets (Cr) approximately at 180 ° to each other, but it will be understood that other arrangements may be used, such as three targets, each at an angle of 120 °, or any other solution.

Die Schritte (ii), (iii) und (iv) finden offensichtlich im Wesentlichen gleichzeitig statt, so dass die Absetzung eines metallischen Nitrids, das die Beschichtung 3 bildet, gewährleistet ist unter Beachtung der bereits früher erwähnten Überlegungen, wobei die aufgebrachte Beschichtung vorzugsweise einschichtiges Chromnitrid in den CrN- und/oder Cr2N-Phasen ist. The steps (ii), (iii) and (iv) obviously take place substantially simultaneously, so that the deposition of a metallic nitride which forms the coating 3 is ensured, taking into account the considerations already mentioned earlier, wherein the applied coating is preferably single-layer chromium nitride in the CrN and / or Cr 2 N phases.

Die Kontrolle der Rotation des Substrats 2 ist ein wesentlicher Punkt, weil sie der erzeugten Beschichtung besondere Eigenschaften, wie beschrieben, verleiht. Das Substrat ist zylinderförmig und besitzt eine Drehbewegung um die eigene Achse. Das Zentrum dieser Achse, auf der die Substrate befestigt sind, beschreibt seinerseits einen kreisförmigen Weg mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit und einem Durchmesser von 500 mm. Die Drehbewegung der Proben wird über ein Getriebesystem, das ein Übertragungsverhältnis von 99/24 aufweist, mit der Drehbewegung des Grundkörpers mit einem Durchmesser von 500 mm verbunden, das heißt, dass die doppelte Rotationsbewegung des Substrats abhängt von der Winkelgeschwindigkeit, die auf der Hauptachse, die die Drehbewegung des Grundkörpers mit 500 mm Durchmesser ermöglicht, eingestellt ist. 9 zeigt detailliert den doppelten Drehantrieb des Substrats. Die unten stehende Tabelle zeigt die typischen CrN-Eigenschaften aus dem Stand der Technik und der Erfindung 1 und 2, die in dieser Anmeldung vorgelegt werden, wobei diese Informationen in Zusammenhang mit 9 zu lesen sind. Bezugspunkt Winkelgeschwindigkeit (U/min) CrN Stand der Technik Erfindung 1 Erfindung 2 Grundkörper ω1 2 6 12 Substrat ω2 8 25 50 Relative Geschwindigkeit % 100% 300% 600 % Control of the rotation of the substrate 2 is an essential point because it gives the produced coating special properties as described. The substrate is cylindrical and has a rotational movement about its own axis. The center of this axis, on which the substrates are fixed, describes in turn, a circular path with a constant angular velocity and a diameter of 500 mm. The rotational movement of the samples is connected via a transmission system, which has a transmission ratio of 99/24, with the rotational movement of the body with a diameter of 500 mm, that is, the double rotational movement of the substrate depends on the angular velocity, which on the main axis, which allows the rotational movement of the body with 500 mm diameter is set. 9 shows in detail the double rotary drive of the substrate. The table below shows the typical CrN properties of the prior art and Invention 1 and 2 presented in this application, this information being in connection with 9 are to be read. reference point Angular velocity (rpm) CrN state of the art Invention 1 Invention 2 body ω1 2 6 12 substratum ω2 8th 25 50 Relative speed % 100% 300% 600%

Nachdem bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, ist verständlich, dass der Schutzumfang der Erfindung andere mögliche Varianten umfasst und er nur durch den Wortlaut der beigefügten Ansprüche beschränkt ist, wobei mögliche gleichwertige Lösungen darin enthalten sind. Having described preferred embodiments, it is to be understood that the scope of the invention is capable of other possible variations and is limited only by the terms of the appended claims, with possible equivalent solutions included therein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (13)

Kolbenring zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor oder Kompressor, der mit einem Grundkörper oder Substrat (2) versehen ist, wobei eine Außenfläche festgelegt ist, auf der zumindest teilweise eine Metallschicht aufgebracht ist und auf dieser eine Nitrid-Beschichtung (3), wobei der Ring dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtung (3) eine säulenförmige Struktur und eine Körnung einer durchschnittlichen Größe gleich oder unter 0,5 µm aufweist.Piston ring for use with an internal combustion engine or compressor that is connected to a body or substrate ( 2 ), wherein an outer surface is fixed on which at least partially a metal layer is applied and on this a nitride coating ( 3 ), the ring being characterized in that the coating ( 3 ) has a columnar structure and a grain size of an average size equal to or less than 0.5 μm. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus Chromnitrid in den CrN- und/oder Cr2N-Phasen besteht.Piston ring according to claim 1, characterized in that the coating ( 3 ) consists of chromium nitride in the CrN and / or Cr2N phases. Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) auf die Fläche des Substrats, die zur Wand des Zylinders/Mantels weist, aufgebracht ist.Piston ring according to claim 1 or 2, characterized in that the coating ( 3 ) is applied to the surface of the substrate facing the wall of the cylinder / shell. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) Körner mit einer durchschnittlichen Größe zwischen 0,1 µm und 0,5 µm aufweist.Piston ring according to claim 1, characterized in that the coating ( 3 ) Has grains with an average size between 0.1 μm and 0.5 μm. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) Körner mit einer durchschnittlichen Größe zwischen 0,35 µm und 0,42 µm aufweist.Piston ring according to claim 1, characterized in that the coating ( 3 ) Has grains with an average size between 0.35 μm and 0.42 μm. Kolbenring nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch das Verfahren der physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD – Physical Vapour Deposition) aufgebracht ist, welches durch eine Kathodenzerstäubungsquelle erzeugt wird.Piston ring according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the coating ( 3 ) is applied by the method of Physical Vapor Deposition (PVD) generated by a sputtering source. Verfahren zur Aufbringung einer Beschichtung, das insbesondere entwickelt wurde für die Aufbringung einer keramischen Nitridbeschichtung (3) auf einem Kolbenring zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor oder Kompressor, der mit einem Grundkörper oder einem Substrat (2) versehen ist, wobei eine Außenfläche festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: Schritt (i): Positionierung des Grundkörpers oder des Substrats auf einem Drehtisch oder einem ähnlichen Tisch, der von mindestens zwei Zielen begrenzt wird, die winklig in gleichem Abstand angeordnet sind; Schritt (ii) Zuführung mindestens einer Verbindung auf Stickstoffbasis (N); Schritt (iii): Verdampfung mindestens eines metallischen Materials der mindestens zwei Zielen in Atom- oder Molekülform durch Niederdruckgase (oder Plasma) in Richtung des Kolbenrings, wo es sich nach der Reaktion mit dem Stickstoff verdichtet; und Schritt (iv): Rotation des Substrats auf dem Drehtisch mit einer Frequenz im Wesentlichen zwischen 200% und 700%.Method for applying a coating, which was developed in particular for the application of a ceramic nitride coating ( 3 ) on a piston ring for use in an internal combustion engine or compressor which is connected to a body or a substrate ( 2 ), wherein an outer surface is defined, characterized in that it comprises the steps of: step (i) positioning the base or substrate on a turntable or similar table bounded by at least two targets which are angled in the same direction Spaced apart; Step (ii) supplying at least one nitrogen-based compound (N); Step (iii): evaporating at least one metallic material of the at least two targets in atomic or molecular form by low pressure gases (or plasma) towards the piston ring where it densifies after reaction with the nitrogen; and step (iv): rotating the substrate on the turntable at a frequency substantially between 200% and 700%. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Chromziele (Cr) verwendet, die im Wesentlichen in einem Winkel von 180° zueinander angeordnet sind. A method according to claim 7, characterized in that it uses two chrome targets (Cr), which are arranged substantially at an angle of 180 ° to each other. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (ii), (iii) und (iV) im Wesentlichen gleichzeitig stattfinden, so dass die Ablagerung eines metallischen Nitrids, das die Beschichtung (3) bildet, gewährleistet ist.A method according to claim 7, characterized in that steps (ii), (iii) and (iV) take place substantially simultaneously, so that the deposition of a metallic nitride, the coating ( 3 ) is guaranteed. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (ii), (iii) und (iV) im Wesentlichen gleichzeitig stattfinden, so dass die Ablagerung eines einschichtigen Chromnitrids, das die Beschichtung (3) bildet, gewährleistet ist.A method according to claim 8, characterized in that steps (ii), (iii) and (iV) take place substantially simultaneously, so that the deposition of a single-layer chromium nitride coating the coating ( 3 ) is guaranteed. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus Chromnitrid in den CrN- und/oder Cr2N-Phasen besteht.Method according to claim 10, characterized in that the coating ( 3 ) consists of chromium nitride in the CrN and / or Cr 2 N phases. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine säulenförmige Struktur und eine Körnung einer durchschnittlichen Größe gleich oder unter 0,5 µm aufweist.Method according to claim 10 or 11, characterized in that the coating ( 3 ) has a columnar structure and a grain size of an average size equal to or less than 0.5 μm. Verfahren nach Anspruch 7, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) auf die Fläche des Substrats, die zur Wand des Zylinders/Mantels weist, aufgebracht wird. Method according to claim 7, 11 or 12, characterized in that the coating ( 3 ) is applied to the surface of the substrate facing the wall of the cylinder / shell.
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