(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面（２）と、第１のフランク面（３）と、第２のフランク面（４）と、外周面（５）とを有し、１０質量％超のクロムを含むクロム鋼の基体（９）を有するピストンリング（１）において、
前記第１のフランク面（３）は、５μｍ〜３００μｍの層厚の窒化拡散層（６）と、この上に直接配置された、０．５μｍ〜１５μｍの層厚の窒化接続層（７）と、この上に直接配置された、０．０５μｍ〜３μｍの層厚の酸化物層（８）とを含み、前記第２のフランク面（４）は前記窒化拡散層（６）を含み、前記外周面（５）は、前記窒化拡散層（６）と、この上に配置されたクロム固体粒子層（１０）とを含み、該クロム固体粒子層は、その全体積に対して０．１体積％〜３０体積％の固体粒子を含むことを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
前記外周面（５）及び前記第１のフランク面（３）、並びに、前記外周面（５）及び前記第２のフランク面（４）は、いずれも、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ研磨された周方向の外縁（１２、１３）を有し、前記基体（９）は、前記周方向の外縁（１２、１３）の領域では前記窒化拡散層（６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
前記基体（９）は、
少なくとも前記周方向の外縁（１２、１３）の部分的な領域に、前記窒化拡散層（６）の上に配置されたクロム固体粒子層（１０）であって、該クロム固体粒子層の全体積に対して０．１体積％〜３０体積％の固体粒子を含むクロム固体粒子層（１０）と、
少なくとも前記周方向の外縁（１２、１３）の部分的な領域に、いかなる固体粒子も含有さず、前記クロム固体粒子層の上に直接配置されたクロム層と
を含むことを特徴とする、請求項２に記載のピストンリング。
【請求項４】
前記基体（９）の前記第１のフランク面（３）及び前記第２のフランク面（４）は、いずれもリング状の斜面（１４、１５）を有し、該リング状の斜面（１４、１５）はいずれも前記内周面（２）に接続され、いずれも前記第１のフランク面（３）及び前記第２のフランク面（４）の少なくとも７０％を構成し、前記基体の前記内周面（２）と前記リング状の斜面（１４、１５）との間の内角α及びβは、いずれも互いに独立して９２°〜１１５°であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項５】
前記リング状の斜面（１４、１５）はいずれも前記第１のフランク面（３）及び前記第２のフランク面（４）の７０％〜９５％を構成し、該第１のフランク面（３）及び該第２のフランク面（４）は付加的に、いずれも、斜面ではないリング状の表面（１６、１７）を有し、該斜面ではないリング状の表面（１６、１７）のうちの少なくとも一方は、酸化物層及び窒化接続層を有さないことを特徴とする、請求項４に記載のピストンリング。
【請求項６】
前記斜面ではないリング状の表面（１６、１７）のうちの少なくとも一方は、層厚が５μｍ未満の窒化拡散層（６）を有することを特徴とする、請求項５に記載のピストンリング。
【請求項７】
前記外周面（５）及び前記第２のフランク面（４）は酸化物層を有さないことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項８】
前記第２のフランク面（４）の表面は、少なくとも部分的に、２μｍ以下の平均的な山−谷の高さを有し、及び／又は、前記第１のフランク面（３）の表面は、少なくとも部分的に、２．５μｍ以上の平均的な山−谷の高さを有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のピストンリングを製造する方法であって、
内周面（２）と、第１のフランク面（３）と、第２のフランク面（４）と、外周面（５）とを有するピストンリングの金属製の基体（９）を、
（ａ）窒化処理−酸化処理の組み合わせにおいて、少なくとも１つの窒素化合物を含有する雰囲気下で、少なくとも３００℃に加熱し、次に、それに空気を加え、該空気の存在下で前記ピストンリングを冷却し、それによって、窒化拡散層と、この上に配置された窒化接続層と、この上に配置された酸化物層とを、少なくとも前記第１のフランク面と、前記第２のフランク面と、前記外周面との上に生成するステップと、
（ｂ）前記ピストンリングを次に、イオン形態のクロム及び固体粒子を含有する水性電解質に導入し、クロム固体粒子層を少なくとも前記外周面上に電気化学的に堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項１０】
ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間に、前記外周面上と、任意に前記第２のフランク面上の前記酸化物層と、任意に前記窒化接続層とを再び除去する更なるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ｂ）の後に、
（ｃ）前記ピストンリングを、イオン形態のクロムを含有し、いかなる固体粒子も含有しない水性電解質に導入し、いかなる固体粒子も含有しないクロム層を、前記外周面（５）上と、前記周方向の外縁（１２、１３）の領域上とに電気化学的に堆積させる更なるステップと、
（ｄ）前記外周面（５）上の前記クロム層を再び機械的に少なくとも部分的に除去する更なるステップと
を含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
内燃機関における、請求項１〜８のいずれか一項に記載のピストンリングの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピストンリングに関し、ピストンリングの第１のフランク面は、窒化拡散層と、この上に配置された窒化接続層及び酸化物層とを有し、ピストンリングの第２のフランク面は窒化拡散層を有し、ピストンリングの外周面は、窒化拡散層と、この上の摩耗防止層としてのクロム固体粒子層とを有する。
【背景技術】
【０００２】
ピストン機関の原理で作用する内燃機関では、ピストンの摺動と、燃焼からのガスがピストンを通り抜けてクランクケース内に入らないようにシステムを封止することを確実にする、ピストン溝内に位置付けられたピストンリングの摺動とは、関連する摩擦し合う相手方が摩耗することにつながる。これらは主に、シリンダーと、シリンダー上で摺動するピストンリングとである。
【０００３】
特に、燃焼室の最も近くに位置する第１のピストンリングは、非常に高い熱負荷ストレス及び燃焼圧を受ける。とりわけ、これは、第１のピストンリングの、燃焼室に向かって面するフランク面における腐食の増大及び摩耗の増大につながる。第１のピストンリングの更なる問題は、このピストンリングが最悪の潤滑条件下で走行しなければならないことである。これらの極端な要件を満たすために、耐摩耗性を高めるようにフランク面を硬くすることができる。例えば硬質のクロムからなる摩耗防止コーティングを、走行面として機能するピストンリングの外周面に塗布することができる。
【０００４】
ピストンリングがドイツ特許第１０ ２００５ ０４１ ４０８号明細書に記載されており、ピストンリングの表面には硬化層が設けられており、窒化処理又はクロム窒化処理を硬化に用いることができ、ピストンリングのフランク面又は外周面には、摩耗防止層を塗布することができる。
【０００５】
そのようなピストンリングは、窒化処理されたフランク面に、増大された硬さを有する。しかし、窒化処理された表面は、不動態化要素の結合に起因して酸化物保護層がもはや自然に形成することができないため、低い耐食性しかないという欠点を有する。したがって、そのようなピストンリングの上側フランク面の耐食性及び外周面の耐摩耗性は、依然として改良の必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、高い耐摩耗性の外周面と、高い硬度及び高い耐食性を同時に有するフランク面とを有するピストンリングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、内周面と、第１のフランク面と、第２のフランク面と、外周面とを有し、１０質量％超のクロムを含むクロム鋼の基体を有するピストンリングであって、第１のフランク面は、５μｍ〜３００μｍの層厚の窒化拡散層と、この上に直接配置された、０．５μｍ〜１５μｍの層厚の窒化接続層と、この上に直接配置された、０．０５μｍ〜３μｍの層厚の酸化物層とを含み、第２のフランク面は窒化拡散層を含み、外周面は、窒化拡散層と、この上に配置されたクロム固体粒子層とを含み、クロム固体粒子層は、その全体積に対して０．１体積％〜３０体積％の固体粒子を含むピストンリングによって、本発明により達成される。
【０００８】
この目的はさらに、内周面と、第１のフランク面と、第２のフランク面と、外周面とを有するピストンリングの金属製の基体を、（ａ）窒化処理−酸化処理の組み合わせにおいて、少なくとも１つの窒素化合物を含有する雰囲気下で、少なくとも３００℃に加熱し、次に、それに空気を加え、空気の存在下でピストンリングを冷却し、それによって、窒化拡散層と、この上に配置された窒化接続層と、この上に配置された酸化物層とを、少なくとも第１のフランク面と、第２のフランク面と、外周面との上に生成するステップと、（ｂ）ピストンリングを次に、イオン形態のクロム及び固体粒子を含有する水性電解質に導入し、クロム固体粒子層を少なくとも外周面上に電気化学的に堆積させるステップとを含む、ピストンリングを製造する方法によって、本発明により達成される。
【０００９】
窒化拡散層と窒化接続層と酸化物層との第１のフランク面の多層構造は、驚くべきことに、非常に高い耐食性を有し、窒化層によって生成される表面の硬さが守られる。
【００１０】
本発明の意味における窒化拡散層とは、基体のクロム鋼に埋め込まれる鉄窒化物、クロム窒化物、及び／又は鉄−クロム窒化物を含む層を意味する。本発明の意味における窒化接続層とは、窒化接続層の総重量に対して９０質量％以上の鉄窒化物、クロム窒化物及び／又は鉄−クロム窒化物を有する層を意味する。本発明の意味における酸化物層とは、酸化物層の総重量に対して９０質量％以上の鉄酸化物とクロム酸化物と鉄−クロム酸化物とを有する層を意味する。
【００１１】
鉄窒化物の例は、Ｆｅ４Ｎ、ＦｅＮ、Ｆｅ２Ｎ３及びＦｅ２Ｎである。クロム窒化物の例はＣｒＮ及びＣｒ２Ｎであり、鉄−クロム窒化物の例はＦｅ４ＣｒＮ及びＦｅＣｒ２Ｎ３である。鉄酸化物及びクロム酸化物の例は特に、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４及びＣｒ２Ｏ３、Ｃｒ３Ｏ４である。
【００１２】
本発明によるピストンリングの基体は、基体の総質量に対して１０質量％超のクロム、好ましくは１１質量％〜２０質量％のクロムを含むクロム鋼を含む。マルテンサイトクロム鋼が好ましい。
【００１３】
窒化処理−酸化処理の組み合わせの窒化ステップにおいて製造される窒化拡散層及び窒化接続層は、窒化ステップにおける窒素含有化合物の反応に起因してクロム鋼の鉄及びクロムである構成成分から形成された鉄、クロム及び／又は鉄−クロム窒化物を含む。窒化接続層は実質的に、鉄、クロム及び／又は鉄−クロム窒化物からなるが、窒化拡散層は依然として、実質的に、鉄窒化物、クロム窒化物及び／又は鉄−クロム窒化物が埋め込まれた基体のクロム鋼からなる。窒化処理の間に、窒素含有化合物がクロム鋼中に拡散し、そこで鉄、クロム及び／又は鉄−クロム窒化物を形成する。
【００１４】
概して、窒化拡散層中の鉄、クロム及び／又は鉄−クロム窒化物の濃度は、窒化拡散層の総重量に対して、合計でおよそ０．１質量％〜５質量％の範囲である。さらに、窒化拡散層中の鉄、クロム及び／又は鉄−クロム窒化物の濃度は、概して、内側から外側に、好ましくはおよそ１０−５質量％〜１０−３質量％からおよそ１質量％〜１５質量％に上昇する。窒化拡散層の上に配置される窒化接続層では、鉄、クロム及び／又は鉄−クロム窒化物の濃度は顕著により高く、窒化接続層の総重量に対して９０質量％以上、好ましくは９５質量％以上である。窒化拡散層及び窒化接続層は、クロム鋼の更なる構成成分、例えば合金構成成分から形成される更なる窒化物を含有することができる。
【００１５】
窒化処理−酸化処理の組み合わせの酸化ステップでは、窒化物から酸化物が形成され、酸化物層はしたがって、酸化物層の総重量に対して９０質量％以上の鉄酸化物とクロム酸化物と鉄−クロム酸化物、好ましくは９５質量％以上の鉄酸化物とクロム酸化物と鉄−クロム酸化物とを含む。
【００１６】
窒化拡散層の層厚は、５μｍ〜３００μｍ、好ましくは１０μｍ〜２００μｍ、特に２０μｍ〜１５０μｍである。窒化接続層の層厚は、０．５μｍ〜１５μｍ、好ましくは１μｍ〜１０μｍ、特に２μｍ〜８μｍであり、酸化物層の層厚は、０．０５μｍ〜３μｍ、好ましくは０．１μｍ〜２μｍ、特に０．２μｍ〜１．５μｍである。
【００１７】
好ましくは上側フランク面、すなわち燃焼室に向かって面する面として機能する、本発明によるピストンリングの第１のフランク面は、３層構造を有し、上述した窒化拡散層と、この上に直接配置された窒化接続層と、この上に直接配置された酸化物層とを含む。酸化物層は、第１のフランク面の高い耐食性を担う。
【００１８】
動作時に好ましくは、燃焼室に面さないフランク面として機能する第２のフランク面は、窒化拡散層を含み、第１のフランク面の更なる層構造を有することができる。しかし、第２のフランク面は好ましくは酸化物層を含まず、更に好ましくは、より小さい層厚の窒化接続層、特に１μｍ以下の層厚の窒化接続層を含むか、又は窒化接続層を含まない。これは同様に外周面にも好ましい。これらの好ましい実施形態は、窒化処理−酸化処理の後に、例えば研削によって、酸化物層及び任意には窒化接続層も再び機械的に除去することによって製造することができる。このように、第２のフランク面の低い粗さを付加的に達成することができ、これは、第２のフランク面がより低い摩擦係数を呈し、したがって動作時により低い摩耗を呈するが、一方で、第２のフランク面には高い耐食性が必要ではないという利点を有する。
【００１９】
第２のフランク面の平均的な山−谷の高さは、少なくとも部分的な領域では好ましくは２μｍ以下、特に１．５μｍ以下である。ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４２８７：１９９８によると、平均的な山−谷の高さは粗さと記載されている。概して、第１のフランク面、すなわち最も上の酸化物層の平均的な山−谷の高さは２μｍ以上、特に２．５μｍ以上、特に好ましくは３μｍ以上である。第１のフランク面の平均的な山−谷の高さと第２のフランク面の平均的な山−谷の高さとの比が１．５：１以上、特に２：１以上であることが更に好ましい。
【００２０】
本発明によるピストンリングの外周面では、摩耗防止層として働く、０．１体積％〜３０体積％の固体粒子を含むクロム固体粒子層が窒化拡散層に塗布される。クロム固体粒子層がクラックのネットワークを有し、そのクラックに固体粒子が埋め込まれる、例えばドイツ特許第３５ ３１ ４１０号明細書及び欧州特許第０ ２１７ １２６号明細書に記載されているような層がクロム固体粒子層として好適である。例えば国際公開第２００９／１２１４４３号明細書に記載されているような構造化されたクロム固体粒子層が更に好ましい。
【００２１】
好ましい固体粒子は、炭化タングステン、炭化クロム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、立体晶窒化ホウ素及び／又はダイヤモンドの固体粒子である。有利な特性は、特にそのような電気化学的に堆積したクロム固体粒子層のクラックに埋め込まれるダイヤモンド粒子、特に、例えば国際公開第２００１／００４３８６号明細書及び欧州特許第１ １１４ ２０９明細書号に記載されているような篩によって決まる、０．２５μｍ〜０．４μｍの範囲のサイズを有するダイヤモンド粒子によって達成することができる。
【００２２】
固体粒子の粒径は好ましくは０．０１μｍ〜１０μｍの範囲、特に０．１μｍ〜５μｍの範囲であり、粒径は最も好ましくは０．２μｍ〜２μｍである。所与の粒径は、篩によって決まる直径に関連する。クロム固体粒子層中の固体粒子の割合は、クロム固体粒子層の全体積に対して好ましくは０．２体積％〜１０体積％、特に０．３体積％〜８体積％である。
【００２３】
クロム固体粒子層の厚さは、好ましくは４０μｍ以上、特に５０μｍ〜１００μｍである。外周面は好ましくは酸化物層を有さず、特に好ましくは酸化物層を有さずに顕著により小さい層厚の窒化接続層、特に１μｍ以下の層厚の窒化接続層を有するか、又は窒化接続層を有さない。それによってクロム固体粒子層の良好な保持が達成される。第２のフランク面の場合におけるように、酸化物層及び窒化接続層は機械的に除去することができる。
【００２４】
更なる実施形態では、外周面及び第１のフランク面、並びに、外周面及び第２のフランク面は、いずれも、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ研磨（Abtragung）された周方向の外縁を形成し、ピストンリングは周方向の外縁に窒化拡散層を含む。ピストンリングが、周方向の外縁において、少なくとも部分的な領域に、窒化拡散層の上に配置されるクロム固体粒子層と、同様に周方向の外縁の少なくとも部分的な領域に、いかなる固体粒子も含有せずにクロム固体粒子層の上に直接配置されたクロム層とを有することが好ましい。周方向の外縁の領域は、まさに外周面の場合のように、少なくとも部分的に、互いに独立して、窒化接続層を付加的に有することができる。これは、製造中に、特に本発明による方法において、窒化接続層が外縁の領域において完全に再び除去されず、走行面が例えば完全に研削されないときに生じる。
【００２５】
この意味における周方向の外縁すなわち外縁とは、ＤＩＮ  ＩＳＯ  １３７１５による外縁を意味し、この基準による研磨は、理想的な幾何学的形状内にあるずれである。この好ましい実施形態では、研磨は０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、特に０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。研磨は例えば、丸み又は面取り部とすることができる。
【００２６】
概して、外縁の領域におけるコーティングは、例えば幾つかのピストンリングを重ねて積み上げ、次にこれらを電気化学的にコーティングすることによって、外周面と一緒に行う。上述した窒化拡散層と、外縁の少なくとも部分的な領域に塗布されたクロム固体粒子層と、いかなる固体粒子も含有せずにクロム固体粒子層の上に直接配置され、外縁の少なくとも部分的な領域に塗布されるクロム層とを含む外縁の層構造は、走行面のコーティングという利点を有する。しかし、ピストンリングの縁領域は、付加的に、コーティングにおけるクラック形成の結果として摩耗が増す傾向にあり、これはクロム固体粒子層の縁領域においても生じる。これらのクラック形成は、クロム固体粒子層に塗布される、縁領域の、固体粒子を含有しない付加的なクロム層によって防止することができる。いかなる固体粒子も含有しないクロム層の層厚は、好ましくは１０μｍ〜１００μｍ、特に３０μｍ〜８０μｍである。
【００２７】
そのようなピストンリングは、窒化処理−酸化処理と、フランク面と外周面との間の周方向の外縁を含む外周面へのクロム固体粒子層の電気化学的堆積との後で、ピストンリングを、イオン形態のクロムを含有し、いかなる固体粒子も含有しない水性電解質に導入し、いかなる固体粒子も含有しないクロム層、特に硬質のクロム層を、外周面及び周方向の外縁の領域に電気化学的に堆積させるように製造することができる。
【００２８】
さらに、本発明によると、走行面において、いかなる固体粒子も含有しないクロム層が例えば機械的に少なくとも部分的に再び除去されることが好ましい。このように、走行面が、この面に直接、特に耐摩耗性のクロム固体粒子層を担持し、縁領域において、固体粒子を含まない付加的なクロム層によって欠けを防止することが達成される。
【００２９】
したがって、本発明によるピストンリングの有利な実施形態では、第１のフランク面は、上述した窒化拡散層と、この上に直接配置された窒化接続層と、この上に直接配置された酸化物層とを有し、第２のフランク面は、窒化拡散層と、任意にこの上に配置された窒化接続層とを有し、酸化物層を有さず、外周面は、窒化拡散層と、任意にこの上に配置された窒化接続層と、この上に直接配置されたクロム固体粒子層とを有する。窒化拡散層と、任意の窒化接続層と、クロム固体粒子層と、固体粒子を含有しないクロム層との層構造は、縁領域において更に好ましい。まさに外周面及び第２のフランク面の場合におけるように、縁領域は好ましくは、酸化物層を有さず、特に好ましくは窒化接続層を有さない。
【００３０】
本発明による層構造は、特にいわゆる台形のピストンリングに適しており、これは、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼残渣に起因する占拠を回避するために、第１のピストンリングとして台形のピストンリングが頻繁に用いられ、そのようなディーゼルエンジンでは、第１のピストンリングの、燃焼室に向かって面するフランク面の特に高い耐食性が高い燃焼圧に起因して望ましいためである。したがって、基体の第１のフランク面及び第２のフランク面がいずれもリング状の斜面を有し、リング状の斜面がいずれも内周面に接続され、リング状の斜面がいずれもフランク面の少なくとも７０％を構成し、基体の内周面と斜面との間の内角α及びβがいずれも９２°〜１１５°、好ましくは９５°〜１１０°、特に好ましくは９７°〜１００°であることが好ましい。斜面はいずれもフランク面の少なくとも８０％を構成することが好ましい。
【００３１】
更に好ましい実施形態では、フランク面の一部のみが斜面であり、その結果、フランク面の斜面ではないリング状の部分が残り、これも研磨面（Facette）として説明される。フランク面のリング状の斜面は、それぞれのフランク面の好ましくは７０％〜９５％、特に好ましくは７５％〜９２％、特に８０％〜９０％を構成する。斜面ではないリング状の表面は、それぞれのフランク面の好ましくは５％〜３０％、特に好ましくは８％〜２５％、特に１０％〜２０％である。この実施形態では、斜面ではないリング状の表面の少なくとも一方が酸化物層を有さず、窒化接続層を有さないことが更に好ましい。双方の斜面ではないリング状の表面が酸化物層を有さず、窒化接続層を有さないこともあり得る。斜面ではないリング状の表面の少なくとも一方が、５μｍ未満の層厚の窒化拡散層を有するか又は窒化拡散層を有さないことが更に好ましい。
【００３２】
そのようなピストンリングは、正確に、窒化拡散層と、窒化接続層と、酸化物層との３層構造という利点を有し、高い硬度及び高い耐食性の組み合わせが望ましい。これは、台形のリングの実質的に斜面のみがピストンの溝に接触し、この場合正確には、高い硬度及び耐食性がピストンリングの特性を改善するためである。斜面ではない表面の領域に酸化物層及び窒化接続層がないことに起因して、このピストンリングは、酸化物層及び窒化接続層がないことに起因してそこでの導電接続が良好となるため、後でより効率的にクロムめっきすることができるという更なる利点を有する。
【００３３】
したがって、好ましい実施形態は、内周面と、第１のフランク面と、第２のフランク面と、外周面とを有する基体を有するピストンリングに関し、第１のフランク面及び第２のフランク面は、いずれも内周面に接続されているとともにいずれもフランク面の７０％〜９５％を構成するリング状の斜面をいずれも有し、いずれも互いに独立する基体の内周面とリング状の斜面との間の内角α及びβは９２°〜１１５°であり、ピストンリングは、斜面ではないリング状の表面を有し、リング状の斜面は、５μｍ〜３００μｍの層厚の窒化拡散層と、この上に直接配置された、０．５μｍ〜１５μｍの層厚の窒化接続層と、この上に直接配置された、０．０５μｍ〜３μｍの層厚の酸化物層とを含み、斜面ではないリング状の表面は、５μｍ〜３００μｍの層厚の窒化拡散層を有し、斜面ではないリング状の表面のうちの少なくとも一方は、酸化物層及び窒化接続層を有さず、外周面は、窒化拡散層と、この上に配置されたクロム固体粒子層とを有し、クロム固体粒子層は、その全体積に対して０．１体積％〜３０体積％の固体粒子を含む。
【００３４】
本発明によるピストンリングの表面の個々の層は、いずれも、ピストンリングの表面の一部を覆うことができるか、又は表面を完全に覆うことができる。特に、層（窒化拡散層、窒化接続層、酸化物層、クロム固体粒子層、及びいかなる固体粒子も含有しないクロム層）は、いずれも、それぞれの表面の５０％〜１００％、好ましくは８０％〜１００％を覆うことができる。
【００３５】
本発明によるピストンリングを製造する方法は、ピストンリングの基体を、（ａ）窒化処理−酸化処理の組み合わせにおいて、少なくとも１つの窒素化合物を含有する雰囲気下で、少なくとも３００℃、好ましくは５００℃〜８００℃に加熱し、次に、それに空気を加え、空気の存在下でピストンリングを冷却し、それによって、窒化拡散層と、この上に配置された窒化接続層と、この上に配置された酸化物層とを、ピストンリングの少なくとも第１のフランク面、第２のフランク面、外周面上に生成するステップと、（ｂ）ピストンリングを次に、イオン形態のクロム及び固体粒子を含有する水性電解質に導入し、クロム固体粒子層を少なくとも外周面上に電気化学的に堆積させるステップとを含む。
【００３６】
例えば、窒素（Ｎ２）及びアンモニア（ＮＨ３）が窒素化合物として好適である。アンモニアと、水素（Ｈ２）と、窒素との混合物が好ましくは用いられる。クロム固体粒子層と、固体粒子を含有しないクロム層との電気化学的堆積は、当業者に公知である従来の方法で行うことができる。
【００３７】
この方法の好ましい実施形態では、外周面及び任意に第２のフランク面上の酸化物層及び任意の窒化接続層を、ステップ（ｂ）の前に、特に表面の斜面ではない部分において再び除去することができる。第２のフランク面上の酸化物層及び任意の窒化接続層は、代替的には、クロムめっきの後にのみ除去することもできる。
【００３８】
本発明によるピストンリングを製造するために、（ｃ）ピストンリングを、イオン形態のクロムを含有し、いかなる固体粒子も含有しない水性電解質に導入し、いかなる固体粒子も含有しないクロム層を、外周面上と、周方向の外縁の領域上とに電気化学的に堆積させる更なるステップと、（ｄ）外周面上のクロム層を再び機械的に少なくとも部分的に除去する更なるステップとにおいて、ピストンリングは、外縁上に、固体粒子を含まないクロム層を有する。
【００３９】
本発明はまた、内燃機関における本発明によるピストンリングの使用に関する。このために、本発明によるピストンリングは、内燃機関のピストンに、好ましくは第１のピストンリングとして導入され、すなわち、当業者に公知の方法で燃焼室の最も近くに位置される。
【００４０】
上述した特徴、及びこれから以下で説明する特徴は、記載の組み合わせで用いることができるだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組み合わせで又は単独で用いることもできることが理解される。
【００４１】
本発明を、本発明に必須の特徴を同様に開示する添付の図面を用いて、以下で例としてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるピストンリングの実施形態を示す図である。
【図２】本発明によるピストンリングの実施形態の断面図である。
【図３】本発明によるピストンリングの更なる実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１には、内周面２及び外周面１１を有する、本発明によるピストンリング１の実施形態が示されている。Ａ及びＢは、後続の図２及び図３のピストンリング１を通る断面の軸を示している。
【００４４】
図２は、本発明によるピストンリング１の実施形態の、図１による断面の軸Ａ−Ｂの方向の断面を示している。ピストンリング１は、内周面２と、第１のフランク面３と、第２のフランク面４と、外周面５とを有する金属製の基体９から構成されている。第１のフランク面３と、第２のフランク面４と、外周面５とは、窒化拡散層６を有し、第１のフランク面３では、窒化接続層７及び酸化物層８が窒化拡散層６の上に配置されている。層厚は概略的に示されているに過ぎず、一定の縮尺ではない。外周面５では、走行面１１を形成するクロム固体粒子層１０が窒化拡散層６上に示されている。
【００４５】
図３は、本発明によるピストンリング１の更なる実施形態の断面を示しており、基体９の第１のフランク面３及び第２のフランク面４は、いずれも、斜面のリング状の表面１４、１５と、斜面ではないリング状の表面１６、１７とを有し、外周面５及び第１のフランク面３、並びに、外周面５及び第２のフランク面４は、いずれも、周方向の外縁１２、１３を形成する。内周面２及び第１のフランク面３の斜面１４は内角αを形成する。内周面２及び第２のフランク面４の斜面１５は内角βを形成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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