[發明專利]復合涂層活塞桿及其制造方法

有效

• 申請號: 201410060422.8
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103775634A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 鄢強;梁政;吳濤;吳俊;李斌
• 申請（專利權）人: 四川金星壓縮機制造有限公司;西南石油大學;四川金星石油化工機械設備有限公司;四川亞連金星特種設備有限責任公司
• 主分類號: F16J7/00
• 分類號: F16J7/00;C23F17/00;C23C8/00;C23C14/34;C23C14/06
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 劉世平

技術領域

本發明涉及空氣壓縮機活塞桿領域，尤其涉及一種復合涂層活塞桿及其制造方法。

背景技術

目前往復式空氣壓縮機活塞桿制造工藝包括鍛壓成型、正火、調質、去應力、高頻淬火及低溫回火。該工藝制成的活塞桿表面硬度較低，耐磨性較差。要提高活塞桿表面硬度和耐磨性，如果采用傳動的熱處理方法提高硬度值，往往會產生表面淬火裂紋而使產品報廢，或是在用戶應用過程中斷裂，給用戶造成巨大的直接或間接的經濟損失。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種具有高表面硬度的復合涂層活塞桿。

為解決上述問題采用的技術方案是：復合涂層活塞桿，包括活塞桿主體，活塞桿主體表面為滲氮層，滲氮層外附著有復合涂層，復合涂層從內向外依次為金屬底層、硬質涂層和固體潤滑表層；金屬底層為Ti或Cr層；硬質涂層為硬度為20GPa-50GPa，表面摩擦系數為0.2-0.5的金屬氮化物或金屬碳氮化物層；固體潤滑表層為類金剛石碳涂層、MoS₂層或WS₂層中的一種。

進一步的是：金屬底層厚度為100nm-200nm。

進一步的是：硬質涂層厚度為2μm-5μm。

進一步的是：硬質涂層包括多層成分不同的金屬氮化物或金屬碳氮化物。

進一步的是：固體潤滑表層為厚度為80nm-120nm。

進一步的是：活塞桿主體材料為38CrMoAlA。

本發明要解決的另一技術問題是：提供一種具有高表面硬度的復合涂層活塞桿的制造方法。

為解決上述問題采用的技術方案是：復合涂層活塞桿制造方法包括如下步驟：

A、依次進行下料、鍛造、正火、粗車、調質、精車和精磨工序，完成活塞桿主體形狀的加工；

B、對活塞桿主體進行滲氮處理，使活塞桿主體表面形成滲氮層；

C、采用氣相沉積法使滲氮層表面附著厚度為100nm-200nm的金屬底層，金屬底層為Ti或Cr層；

D、采用氣相沉積法使金屬底層表面附著厚度為2μm-5μm的硬質涂層，硬質涂層包括一層硬度為20GPa-50GPa，表面摩擦系數為0.2-0.5的金屬氮化物或金屬碳氮化物層，或者多層成分不同的硬度為20GPa-50GPa，表面摩擦系數為0.2-0.5的金屬氮化物或金屬碳氮化物層；

E、采用氣相沉積法使硬質涂層表面附著厚度為80nm-120nm的固體潤滑表層，固體潤滑表層為類金剛石碳涂層、MoS₂層或WS₂層中的一種。

進一步的是：步驟B中，滲氮處理方法為等離子滲氮、氣體滲氮或QPQ技術中的一種，滲氮溫度為500℃-550℃的，滲氮層（2）硬度大于HV1100。

進一步的是：步驟C至E中，氣相沉積法為離子鍍，在同一離子鍍設備中進行；

步驟C包括以下步驟：

C1、將活塞桿主體裝入離子鍍設備的工件旋轉設備上；

C2、抽真空至本底真空≥2×10^-2Pa；真空室加熱溫度至300℃，并保持恒溫1h以上；

C3、通入高純Ar氣，使真空度保持在約6Pa，開啟脈沖偏壓電源，逐步升高偏壓至1KV以上，占空比80%，輔助開啟霍爾離子源，進行等離子體輝光清洗10min以上；

C4、開啟工件轉動機構，調節高純Ar氣流量，使真空度保持在約2×10^-1Pa，開啟脈沖偏壓電源，偏壓電源參數為800V，80%；開啟電弧源，電弧源弧流為130A，觸發高純Ti靶，對桿體進行高能離子流轟擊清洗5min以上；

C5、調節高純Ar氣流量，使真空度保持在3-5×10^-1Pa，降低脈沖偏壓至參數500V，30%，直至沉積的金屬底層（4）厚度為100nm-200nm；

步驟D具體為：開啟電弧源，電弧源弧流為130A，觸發高純Cr靶，通入高純N₂氣，調節Ar/N₂比例，保持真空度為1Pa，沉積CrN層0.8μm-1μm；；關閉Cr靶弧源，沉積TiN層0.8μm-1μm；如此交替沉積，并以TiN作為表層結束，總厚度為2μm-5μm；