[發明專利]一種雙技術協同制備軸瓦減摩鍍層的方法

在審

• 申請號: 201710044987.0
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106702332A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 郭巧琴;李建平;郭永春;楊忠;高培虎;夏峰
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/16;C23C14/35;C23C14/02;C22C32/00;C22C21/00;F16C33/12;F16C33/14
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)61223
• 代理人: 潘宏偉

技術領域

本發明涉及滑動軸承技術領域，更具體的涉及一種雙技術協同制備軸瓦減摩鍍層的方法。

背景技術

對于高速、重載、高精度、結構上需要剖分的場合，如汽輪機、離心式壓縮機、柴油機、大型電機等，需采用滑動軸承，軸瓦是滑動軸承中的重要零件，是最重要的承力部件之一，也是發動機中最易失效的部件。

滑動軸承的主要作用有：1、支持軸及軸上零件，保持軸的旋轉精度；2、減少轉軸與支承之間的摩擦磨損。軸承中起支承軸頸作用的零件是軸瓦，因此，軸瓦的性能好壞直接影響著發動機的性能。隨著汽車工業的發展，人們對發動機的功率和轉速指標要求越來越高，因而對軸瓦、襯套等耐磨零件的服役條件進一步惡化，性能要求也越來越苛刻。發動機工作時，軸瓦需承受高達700MPa的負荷，遠高于合金襯層和鋼背的屈服極限(100-300MPa),易導致軸瓦彈張量消失，并最終導致軸瓦抱軸；在交變應力作用下，軸瓦會出現涂層、合金襯層開裂和剝落，因而也易導致軸瓦咬合失效。特別是在發動機突然啟動或瞬時加速時，潤滑油膜不能及時形成，曲軸和軸瓦之間處于干摩擦狀態，軸瓦和曲軸極易損壞。國外不斷從改善潤滑條件、優化結構、提高材料性能等方面努力，以提高軸瓦的使用壽命。

傳統的軸瓦其結構形式上一般由依次設置的鋼背層、軸承合金層、鎳柵層以及減摩層組成，其中基底層在鋼背層上，鎳柵層鍍在基底層上，減摩層鍍在鎳柵層上。減摩層一般采用鉛錫銅三元合金。這種軸瓦能在一定程度上滿足發動機的基本要求，但是應用在強化的柴油機上，由于減摩層的抗疲勞強度低，不能滿足汽車柴油機的發展需要，軸瓦的抗疲勞強度、耐腐蝕性及耐磨性都有待提高。同時，由于軸瓦中含有鉛等有害金屬元素，軸瓦對環境產生一定的破壞，不具有環保型性能，不符合社會的發展需要。傳統的軸瓦減摩層一般是通過電鍍的方法沉積而成的。這種電鍍在生產的過程中，對環境及操作人員非常有害，而且電鍍出來的軸瓦其性能要求有一定的局限性。

發明內容

本發明提供一種雙技術協同制備軸瓦減摩鍍層的方法，利用電弧離子鍍和磁控濺射離子鍍技術協同制備軸瓦減摩鍍層，實現了大厚度軸瓦鍍層的高速沉積，其軸瓦鍍層具有致密性好、抗疲勞強度高、耐磨性優良和環保的特點。

具體的，本發明中雙技術協同制備軸瓦減摩鍍層的方法，包括以下步驟：

步驟1：將軸瓦基體安裝到磁控濺射設備內，并在軸瓦基體和靶材之間建立水平正交電磁場；

步驟2：將磁控濺射設備內部進行抽真空，使真空度達到10^-3Pa以下的設定值；

步驟3：當磁控濺射設備內部真空度達到設定值后，向水平正交電磁場中通入惰性氣體，并轉動軸瓦基體進行輝光清洗；

步驟4：輝光清洗后進行弧光清洗，弧光清洗時采用鎳靶；

步驟5：對軸瓦基體的內圓面使用電弧離子鍍制備鎳柵層，制備鎳柵層時使用鎳靶，利用水平正交電磁場對鎳靶進行轟擊，鎳靶離子被擊出后沉積到軸瓦基體的內圓面，形成一層鎳柵層；

步驟6：對形成鎳柵層的軸瓦基體，同時使用電弧離子鍍和磁控濺射離子鍍進行處理，在鎳柵層上進行復合鍍膜，形成軸瓦減摩鍍層，其中，電弧離子鍍采用的靶材為鋁銅合金靶，磁控濺射離子鍍采用的靶材為錫靶和碳靶；

步驟7：將形成軸瓦減摩鍍層的軸瓦基體隨爐冷卻至溫度低于180℃后，打開磁控濺射設備并取出帶有軸瓦減摩鍍層的軸瓦基體。

優選的，步驟1中，水平正交電磁場中電場由直流電源提供電能，脈沖偏壓電源范圍為0-1500V，所述軸瓦基體為鋁基軸承合金。

優選的，步驟3中，輝光清洗時，工作壓力為3.50Pa，惰性氣體流量為170sccm，軸瓦基體脈沖偏壓為800V，占空比為20％，清洗時間為5min。

優選的，步驟4中，弧光清洗時，工作壓力為2.00Pa，惰性氣體流量為100sccm，軸瓦基體脈沖偏壓為900V，鎳靶電流為50A，清洗時間為4min。

優選的，所述鎳靶純度為99.9％。

優選的，步驟5中，工作壓力為2.00Pa，惰性氣體流量為100sccm，軸瓦基體偏壓為900V，占空比為10％，鎳靶電流為50-90A，電弧離子鍍鎳柵層沉積時間為10min。

優選的，步驟6中，采用純度為99.9％的鋁銅合金靶進行電弧離子鍍，鋁銅合金靶電流為45-90A，采用純度均為99.9％的錫靶和碳靶進行磁控濺射離子鍍，錫靶電流為0.15-1.0A，碳靶電流為0.8-3.0A，軸瓦基體偏壓為300-500V，占空比為50-80％，鍍膜時間為30-60min，每隔5min記錄一次數據。