[發明專利]一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環及其制備方法

無效

• 申請號: 201410750464.4
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104388899A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 閆少健;楊兵;萬強;付德君
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/18;C23C14/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環，其特征在于：包括活塞環基體及其表面附著的MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層；所述MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層包括冶金層、金屬層、應力梯度層和工作層，冶金層由高能Cr離子轟擊活塞環基體表面制得，冶金層表面依次附著有金屬層、應力梯度層和工作層；所述金屬層為Cr層，應力梯度層為CrN梯度層，工作層為MoN/Cr/CrN/Cr/MoN涂層或由MoN層、Cr層、CrN層和Cr層周期排列形成的MoN/Cr/CrN/Cr周期涂層，且MoN/Cr/CrN/Cr周期涂層的表層為MoN層。

2.根據權利要求1所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環，其特征在于：所述活塞環基體的材料為鑄鐵或鋼。

3.根據權利要求1所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環，其特征在于：所述MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的厚度為10-30微米。

4.根據權利要求1-3任一項所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環，其特征在于：所述冶金層的厚度為50-100納米，金屬層的厚度為1-2微米；應力梯度層的厚度為1-2微米；工作層中單層MoN層或CrN層的厚度為2-2.5微米，單層?Cr層的厚度為150-300納米。

5.根據權利要求1-?3任一項所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環，其特征在于：所述應力梯度層的應力梯度為2-4個。

6.一種制備權利要求1-5任一項所述具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環的方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）對活塞環基體進行預處理；

（2）將經步驟（1）預處理后的活塞環基體裝夾在活塞環工件架上，裝爐，升溫至300-400℃，進行氬等離子體刻蝕；然后用Cr離子轟擊活塞環基體表面，得到冶金層；

（3）在步驟（2）制備的冶金層上沉積Cr金屬層；

（4）偏壓為－100V～－200V×80%下，調節氮氣壓為0.5Pa，在步驟（3）制備的Cr金屬層表面沉積一層CrN層，然后階梯式增大氮氣壓，且氮氣壓均不大于3.0Pa，每個氮氣壓下沉積一層CrN層，所述CrN層的層數為2-4；

（5）采用離子源輔助多弧離子鍍膜法在步驟（4）制備的CrN應力梯度層上依次沉積MoN層、Cr層、CrN層、Cr層和MoN層，形成MoN/Cr/CrN/Cr/MoN涂層或周期沉積MoN層、Cr層、CrN層、Cr層，形成的MoN/Cr/CrN/Cr周期涂層，且MoN/Cr/CrN/Cr周期涂層的表層為MoN層，即得具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環。

7.根據權利要求6所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）中的預處理包括如下步驟：依次對活塞環進行堿性清洗劑超聲清洗、去離子水超聲清洗、酒精脫水、高壓氮氣吹干、真空干燥。

8.根據權利要求6或7所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）中氬等離子體刻蝕的條件為：氬氣的流量50～100sccm，偏壓－800V～－1000V×80%?；冶金層的沉積條件為：?0.01～0.1Pa氬氣環境，偏壓－800V～－1000V×80%?。

9.根據權利要求6或7所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環的制備方法，其特征在于：所述步驟（3）中Cr金屬層的沉積條件為：0.1～1.0Pa氬氣環境，偏壓－100V～－200V?×80%。

10.根據權利要求6或7所述一種具有MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚涂層的活塞環的制備方法，其特征在于：所述步驟（5）中離子源輔助多弧離子鍍膜法包括如下步驟：

（5-1）在?2.0Pa～4.0Pa氮氣壓，－150V～－250V×80%偏壓下，在步驟（4）制備的CrN應力梯度層上沉積一層厚度為2-2.5微米的MoN層；在0.1～1.0Pa氬氣環境，－150V～－250V×80%偏壓下，沉積一層厚度為150-300納米的Cr金屬層；在2.0Pa～4.0Pa氮氣壓，－150V～－250V×80%偏壓下，沉積一層厚度為2-2.5微米的CrN層；在0.1～1.0Pa氬氣環境，－150V～－250V×80%偏壓下，沉積一層厚度為150-300納米的Cr金屬層，即得MoN/Cr/CrN/Cr納米復合涂層；

（5-2）在?2.0Pa～4.0Pa氮氣壓，－150V～－250V×80%偏壓下，在步驟（5-1）制備的MoN/Cr/CrN/Cr納米復合涂層上沉積一層厚度為2-2.5微米的MoN層或反復重復步驟（5-1）至MoN/Cr/CrN/Cr納米復合超厚工作層的厚度為10-30微米，且其表層為MoN層。