[發(fā)明專利]活塞環(huán)表面鋁鉻氮復(fù)合涂層及其工藝方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010136750.3
• 申請(qǐng)日: 2010-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN101818321A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏曉偉;魏稔峻;蹇毅;曾明;嚴(yán)茂源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西華大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/22
• 分類號(hào): C23C14/22;C23C14/06;B32B9/04
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在塞環(huán)表面涂覆復(fù)合涂層及其工藝方法，特別是在鋼質(zhì)或鑄鐵活活塞環(huán)表面沉積鋁鉻氮復(fù)合涂層及其工藝方法。

背景技術(shù)

活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)中的極其重要零件之一，其工作狀況復(fù)雜、維修時(shí)拆卸極不方便以及將面臨更惡劣的使用條件。通過大量的失效活塞環(huán)研究分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)活塞環(huán)的失效都是由于活塞環(huán)的過度磨損破壞而導(dǎo)致的。為提高活塞環(huán)的壽命及可靠性能，對(duì)活塞環(huán)表面進(jìn)行處理，以提高硬度、耐磨損，耐高溫及表面材料的附著力等特性。活塞環(huán)表面材料及其處理技術(shù)目前主要有電鍍Cr、氮化處理、熱噴涂陶瓷和氣相沉積TiN涂層、CrN涂層或復(fù)合涂層等多種，在制備技術(shù)和表層材料性能方面仍有許多不足之處。在活塞環(huán)高硬度、熱穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)低、表面材料附著力等綜合性能方面仍需提高。本發(fā)明涉及活塞環(huán)表面復(fù)合涂層方面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種活塞環(huán)表面鋁鉻氮復(fù)合涂層及其工藝方法，即用真空多弧離子鍍方法在活塞環(huán)表面沉積純Al過渡層和含有Al顆粒質(zhì)點(diǎn)的AlCrN耐磨復(fù)合涂層，使其具有附著力強(qiáng)，高硬度，低摩擦系數(shù)，低涂層內(nèi)應(yīng)力，耐高溫，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提活塞環(huán)的使用壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案是活塞環(huán)表面鋁鉻氮復(fù)合涂層及其工藝方法，鋁鉻氮復(fù)合涂層由兩層構(gòu)成，即底層為約2μm的Al過渡層，表層為20-30μm的含有10vt.％左右Al粒子的AlCrN耐磨復(fù)合涂層，硬度為2100-2600HV，摩擦系數(shù)為0.14-0.22，呈深灰色。

活塞環(huán)表面鋁鉻氮復(fù)合涂層的工藝方法采用真空多弧離子鍍氣相沉積工藝，多弧離子鍍膜機(jī)中至少有2個(gè)純Al靶和2個(gè)純Cr靶，純Al靶含Al量為99.99％，純Cr靶含Cr量為99.8％，按下列工藝步驟，在鋼質(zhì)或鑄鐵活塞環(huán)表面沉積鋁鉻氮復(fù)合涂層：

①將活塞環(huán)用溶劑去污除油，并經(jīng)超聲波清洗干凈，干燥后裝入真空多弧離子鍍膜機(jī)中，抽真空至1.3×10^-3Pa，再加熱至450-500℃，保溫40min；

②向真空多弧離子鍍膜機(jī)中通入99.99％的Ar氣，在900V-1200V電壓下，Ar離子轟擊20min左右；

③將Ar氣壓力降至2-3Pa，引燃Cr靶電弧，在900V-1200V電壓下，對(duì)活塞環(huán)表面進(jìn)行Cr離子和Ar離子混合等離子轟擊10min左右；

④關(guān)閉Ar氣和Cr靶電弧，引燃Al靶電弧，在150-200V偏壓下，沉積純Al過渡層，20min；

⑤向真空多弧離子鍍膜機(jī)通入N₂至0.8-3.5Pa，引燃Cr靶和Al靶電弧，Cr靶電弧電流為80-100A，一個(gè)Al靶電弧電流為70-80A，其余Al靶電弧電流為40-50A，在400V-500V偏壓下沉積AlCrN耐磨涂層。

⑥隨爐冷卻至100℃以下出爐。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)涂層具有好的綜合性能：純Al作為過渡層與活塞環(huán)本體及AlCrN涂層有優(yōu)良的相容性，可使涂層與活塞環(huán)結(jié)合牢固，并且純Al的塑性好，作過渡層和以細(xì)小顆粒狀分布在AlCrN涂層中，可降低AlCrN涂層的內(nèi)應(yīng)力和摩擦系數(shù)，同時(shí)涂層又具有高的硬度和耐熱性。

(2)本發(fā)明的工藝方法采用真空多弧離子鍍工藝，Cr靶和Al靶為常見的金屬材料，加工容易，成本低廉，同時(shí)對(duì)環(huán)境無污染。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明如下：

實(shí)施例1：鉻鉬銅鑄鐵活塞環(huán)表面鋁鉻氮復(fù)合涂層及其工藝方法：

①將活塞環(huán)用溶劑去除油污，并經(jīng)超聲波清洗干凈，干燥后用專用夾具裝入六個(gè)弧靶(3個(gè)Al靶和3個(gè)Cr靶構(gòu)成對(duì)靶)的真空多弧離子鍍膜機(jī)中，抽真空至1.3×10^-3Pa，再加熱至500℃，保溫40min；

②通入99.99％的Ar氣，在1200V偏壓下，Ar離子轟擊20min左右；

③將Ar氣壓力降至2-3Pa，引燃Cr靶電弧，在1200V偏壓下，對(duì)活塞環(huán)表面進(jìn)行Cr離子和Ar離子混合等離子轟擊10min左右；

④關(guān)閉Ar氣和Cr靶電弧，引燃Al靶電弧，電流50A，在150V偏壓下，沉積純Al過渡層，20min；

⑤通入N₂至0.8-3.5Pa，引燃Cr靶和Al靶電弧，Cr靶電弧電流為100A，一個(gè)Al靶電弧電流為80A，其余兩個(gè)Al靶電弧電流均為50A，在450V偏壓下沉積AlCrN耐磨涂層，2小時(shí)；

⑥隨爐冷卻至100℃以下出爐