[發明專利]一種應用于汽車鋁合金運動摩擦副表面耐磨涂層

無效

• 申請號: 201110205250.5
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102286719A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 安宇鵬;張克金;王丹;戈非;魏曉川;武彬;米新艷
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/22
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種應用于汽車鋁合金運動摩擦副表面耐磨涂層。

技術背景

隨著對發動機的強化和整體輕量化要求的不斷提高，汽車發動機結構材料中鋼鐵材料所占比例將逐步下降，有色金屬、陶瓷材料、復合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。在性能可靠的條件下，發動機關鍵零部件將盡可能多地采用鋁合金、復合材料等輕型、新型材料取代鋼鐵材料。尤其是鋁合金材料，是制造發動機活塞的典型材料，而活塞、活塞環的摩擦損失占發動機整體摩擦的40%~50%，降低這些零部件的摩擦損失對降低燃油消耗和有害物排放很有好處。目前國產汽車在這些鋁合金的運動摩擦副表面涂覆氮化鈦、二硫化鉬、尼龍等固體潤滑涂層，或者采用傳統的油潤滑方式來實現降低摩擦功的目的。但這些方法都無法滿足汽車發動機高轉速、低油耗、大功率和低排放的發展需求。而類金剛石薄膜/涂層（DLC）是最新發展起來的一種新型固體潤滑涂層，具有光滑平整、高硬度（硬度高于20GPa）、低摩擦(干摩擦系數和油潤滑摩擦系數小于0.1)、耐腐蝕、長壽命等優點，已經在刀具、醫療器械、振膜等方面得到廣泛應用。類金剛石薄膜/涂層尤其適用于油潤滑失效的情況，在干摩擦下具有優異的減磨抗磨效果。通過工藝優化，可以使其與鋁合金基底有高的結合強度。對提高發動機的可靠性具有重要意義。

發明內容

本發明提供了一種應用于汽車鋁合金運動摩擦副表面耐磨涂層，具有優良的減磨性能。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種應用于汽車鋁合金運動摩擦副表面耐磨涂層，由基體，緩沖層，過渡層，表層組成；其特征在于：基體上依次涂敷緩沖層、過渡層和表層；制備工藝如下：

1）將基體依次在丙酮和乙醇中超聲波清洗10-15min，自然干燥，再裝置真空腔內；

2）將真空室抽真空，然后通入氬氣，通入氬氣流量80-300sccm，對基體和靶進行等離子清洗；以金屬為靶材，在基材表面沉積一金屬緩沖層，其金屬靶電流為8-20A，占空比為40-80%，頻率為20-160Hz，脈沖偏壓50-1600V，占空比50-85%，頻率為60-100，沉積時間15-30?min，沉積氣壓?0.3-1.2Pa制備緩沖層；

3）制備過渡層時向真空室內通入氬氣和甲烷，以金屬為靶，甲烷為前軀體，在金屬表面沉積一碳化物過渡層；其CH₄流量為40-400sccm，沉積時間?15-25min；

4）制備表層時以石墨為靶材，在碳化物層上沉積一類金剛石碳層，其石墨靶電流為10-20A，沉積時間15-40min；所述的緩沖層（2）是由鉻、鎳、鈦、鎢等金屬中的一種或2種以上的組合，厚度為1-3μm；所述的過渡層（3）是鉻、鎳、鈦、鎢等金屬中的一種或2種以上的金屬的碳化物組合，厚度為1-4μm；所述的表層（4）是含氫類金剛石碳層，厚度為2-6μm。

本發明的積極效果在于：提高固體潤滑涂層在鋁合金表面的結合強度，具有優良的減磨性能。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例對本發明進行具體描述，但不等同于限制本發明，對于本領域的技術人員依照本發明進行的更改，均應包含在本發明的保護范圍之內，一種應用于汽車鋁合金運動摩擦副表面耐磨涂層，由基體1，緩沖層2，過渡層3，表層4組成；其特征在于：基體1上依次涂敷緩沖層2、過渡層3和表層4。?

實施例1

清洗和準備：取解放CA6102型發動機活塞，其由鋁合金液體模鍛而成，依次用丙酮和乙醇在超聲波中清洗各10min，自然干燥，置于真空室；抽真空至真空度小于3.0×10^-3Pa；向真空室內通入氬氣500sccm，調整氣壓至0.6Pa，工件加脈沖偏壓為1000V，等離子清洗工件10min，以除去表面殘留的雜質和污染物。

緩沖層的制備：氬氣流量為120sccm，金屬鉻靶（純度為99.9％）電源電流10A，占空比為60%，頻率為60Hz，脈沖偏壓800V，占空比80%，頻率為60Hz，沉積時間18?min。

過渡層的制備：保持上述條件不變，甲烷流量從40sccm逐漸增加到300sccm，沉積時間20min。

表層的制備：其他條件保持不變，石墨靶電源電流為12A，占空比為50%，頻率為40Hz，沉積時間約30min；最后在活塞表面獲得類金剛石梯度薄膜。

涂層的厚度測試：采用掃描電子顯微鏡法，在鍍層橫截面放大的圖像上測量，得到涂層總厚度為7μm。