[發明專利]一種應用于汽車普通碳鋼運動摩擦副表面耐磨涂層

無效

• 申請號: 201110205257.7
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102286726A
• 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: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/06;B32B15/04;B32B9/04;B32B15/18
• 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普通碳鋼運動摩擦副表面耐磨涂層。

技術背景

眾所周知，鋼按化學成分可分為普通碳鋼、低合金鋼和非合金鋼三類。而普通碳鋼是制造汽車曲軸、連桿等運動摩擦副的主要材料。發動機工作時，這些運動摩擦副之間必然產生摩擦，不僅會增大發動機內部的功率消耗，是零件工作表面迅速磨損，而且由于摩擦產生大量的熱可能到時工作表面燒損，致使發動機無法運轉。為了改善這種狀況，目前國產汽車在這些普通碳鋼的運動摩擦副表面涂覆氮碳化鈦、氮氮化鋁鈦、CrSiN、TiSiN等固體潤滑涂層。但這些涂層的制造成本高；干摩擦情況下，耐磨性差；且與普通碳鋼基底的結合強度不高。因此為了進一步提高國產汽車的質量水平，開展了在汽車普通碳鋼運動摩擦副表面上涂覆類金剛石碳層的工作。類金剛石碳層具有超低的摩擦系數，耐磨性能好，通過工藝優化，可以使其與普通碳鋼基底有高的結合強度，從而提高零件的使用壽命。

發明內容

本發明提供了一種應用于汽車普通碳鋼運動摩擦副表面耐磨涂層。提高固體潤滑膜在非合金鋼表面的結合強度50%以上，具有優異的耐磨性能。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種應用于汽車普通碳鋼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；涂層的制備工藝如下：

1）將基體依次在丙酮和乙醇中采用中頻脈沖磁控濺射技術進行超聲波清洗10-15min，清洗后放入真空室內；

2）制備緩沖層時將真空室抽真空，然后通入氬氣，對基材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；通入氬氣流量50-300sccm，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10-30?min，沉積氣壓?0.1-1Pa；

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20-200sccm，沉積時間?10-20min；

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10-30min；所述的緩沖層是由鉻、鉬、鈦、鎢等金屬中的一種或2種以上的組合，厚度為0.5-3μm；所述的過渡層是鉻、鉬、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0.6-3μm；所述的表層是含氫類金剛石碳層，厚度為1-4μm。

本發明的積極效果在于：提高固體潤滑涂層在普通碳鋼表面的結合強度，具有優良的減磨性能。

附圖說明

圖1為本發明梯度涂層示意圖。

圖2為不同表面涂層的結合力大小對比。

具體實施方式

下面通過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，一種應用于汽車普通碳鋼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

前處理：取V型發動機連桿軸瓦，連桿軸瓦采用中碳鋼制造，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600sccm，調整氣壓至0.7Pa，工件加脈沖偏壓為1200V，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150sccm，金屬鉻靶（純度為99.9％）電源電流12A，占空比為50%，頻率為40Hz，脈沖偏壓900V，占空比60%，頻率為80Hz，沉積時間15?min。

過渡層的制備：保持上述條件不變，甲烷流量從50sccm逐漸增加到150sccm，沉積時間15min。

表層的制備：其他條件保持不變，石墨靶電源電流為10A，占空比為60%，頻率為40Hz，沉積時間約25min；最后在連桿軸瓦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5μm。

涂層的結合力測試：把按經過上述處理的連桿軸瓦同經過涂覆減磨合金層（高錫鋁合金層、銅鉛合金、巴氏合金）的連桿軸瓦，同時進行附著力大小測試實驗。結果發現經過上述處理的連桿軸瓦的附著力大小比涂覆減磨合金層的連桿軸瓦都提高了50%以上，如圖2所示。