[發明專利]納米多層活塞環涂層及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201611000378.7
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN108070858B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 劉二勇;薛原;蒲吉斌;王永欣;王立平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C28/02
• 分類號: C23C28/02
• 代理公司: 32256 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 王鋒<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種納米多層活塞環CrCN/Cr涂層及其制備方法與應用。所述納米多層活塞環涂層形成在活塞環母材上，并且包括金屬Cr過渡層和CrCN/Cr納米多層涂層，所述CrCN/Cr多層涂層包括交替疊設的CrCN層和Cr層。所述制備方法包括：在鍍膜設備中，采用多弧離子鍍技術在所述活塞環母材上依次沉積金屬Cr過渡層和CrCN/Cr納米多層涂層，形成所述納米多層活塞環涂層。本發明提供的納米多層活塞環CrCN/Cr涂層具有高硬度、高結合力、高耐磨性、低摩擦系數等優點，且制備方法簡單易行，可控性高，成本低廉，可批量生產強韌與潤滑一體化的活塞環涂層，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種活塞環CrCN/Cr納米復合涂層及其制備方法，屬于材料表面處理技術領域。

背景技術

CrN涂層因具有高硬度、高耐磨性而在刀具、模具、發動機等領域獲得廣泛應用。CrN涂層的活塞環具有優異的耐磨性和耐熔著性能，例如“理研公司的CrN涂層活塞環”耐磨性、抗拉缸性能均優于鍍鉻活塞環和氮化環。同時，CrN涂層陶瓷活塞環可節省燃油3％～8％，缸套磨損減小1/3～1/2，導熱性提高45％，尾氣排放降低40％～60％，具有明顯的節能降耗的優勢。但是，硬質CrN活塞環因存在裂紋或缺口及其引起的涂層剝落等問題，導致活塞環不能發揮出性能優勢。此外，干摩擦及油潤滑條件下CrN涂層摩擦系數高，磨損率大等問題易引起活塞環的嚴重磨損而失效。石墨態的C元素作為潤滑相獲得了廣泛應用，同樣對改善CrN的摩擦磨損性能有明顯效果。但是，摻雜C元素后的CrCN涂層存在的低結合力、高應力等問題，制約該涂層在發動機活塞環等零部件的應用。作為發動機的關鍵運轉部件，活塞環的使役壽命與運行穩定性很大程度取決于部件的摩擦系數與磨損率。如何提高活塞環的耐磨性，降低活塞環的服役過程中摩擦系數，將對提高發動機的燃油效率，減低污染物排放，節約成本，提高發動機運行穩定性有關鍵性作用，而這也是本領域長期以來一直渴望解決的難題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種活塞環CrCN/Cr納米復合涂層及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種納米多層活塞環涂層，所述納米多層活塞環涂層形成在活塞環母材上，并且所述納米多層活塞環涂層包括金屬Cr過渡層和CrCN/Cr納米多層涂層，所述CrCN/Cr多層涂層包括交替層疊的CrCN層和Cr層。

較為優選的，所述CrCN層主要由CrN、碳化鉻及單質C相等組成。

較為優選的，所述Cr層主要由金屬Cr以及CrN相等組成。

本發明實施例還提供了一種制備所述納米多層活塞環涂層的方法，其包括：將活塞環母材置于鍍膜設備真空腔體中，采用多弧離子鍍技術在所述活塞環母材上依次沉積金屬Cr過渡層和CrCN/Cr納米多層涂層，直至形成所述納米多層活塞環涂層。

在一些實施方案中，所述多弧離子鍍技術采用的工藝條件包括：Cr靶，靶電流為50A～100A，偏壓-20A～-100A，溫度350℃～450℃，工作氣體包括氬氣、氮氣及烴類氣。

較為優選的，沉積形成所述金屬Cr過渡層的條件包括：氬氣流量100sccm～400sccm，氮氣流量0sccm，烴類氣流量0sccm，沉積時間5min～50min。

較為優選的，沉積形成CrCN層的條件包括：氬氣流量0sccm，氮氣流量300sccm～800sccm，烴類氣流量10sccm～100sccm，沉積時間5min～50min。

較為優選的，沉積形成Cr層的條件包括：氬氣流量100sccm～400sccm，氮氣流量0sccm，烴類氣流量0sccm，沉積時間1min～10min。