[發明專利]基于磁控濺射與超聲滾壓復合強化軸承套圈表面的方法

在審

• 申請號: 202110625094.1
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113403596A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 王曉強;付浩然;王排崗;王浩杰;曹麗茹;張彪;靳園園;劉志飛
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02;C21D7/04
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 王海龍

本發明涉及一種基于磁控濺射與超聲滾壓復合強化軸承套圈表面的方法，該方法先制備打底層，接著利用磁控濺射技術濺射所需的主體涂層，最后用超聲波滾壓技術進行軸承套圈表面強化，從而制得單層涂層。之后，在單層涂層表面繼續進行磁控濺射所需涂層，在超聲設備上再次超聲滾壓，制得多層涂層。本發明充分發揮了磁控濺射和超聲波滾壓這兩種方法的優勢，使軸承套圈表面產生劇烈的微觀塑性變形，使得薄膜涂層與基體之間的結合強度有效提高，改善了磁控濺射后涂層結合力弱的缺點，并且涂層的均勻性和致密性顯著增強。

技術領域

本發明涉及表面涂層及精密加工技術領域，具體涉及一種基于磁控濺射與超聲滾壓復合強化軸承套圈表面的方法。

背景技術

軸承常服役于變載、變速、高DN值、間歇服役、斷油等惡劣工況下，為延長軸承的使用壽命、提高其工作可靠性，常在軸承及軸承套圈上噴涂涂層。目前，由于各行各業的機械部件正朝著長壽命、高穩定的方向發展，因此對涂層的性能要求日益提高。

近年來非平衡磁場、多靶磁場耦合、孿生磁控靶、脈沖濺射、中頻交流濺射電源等新技術的出現和發展，使得磁控濺射技術在關鍵配合部件的涂層制備中得到廣泛應用。

在磁控濺射技術的基礎上，研究制備適用于極端工況下的軸承套圈涂層，以達到涂層超低摩擦因數、低磨損率和高承載力等優異性能，具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于磁控濺射與超聲滾壓復合強化軸承套圈表面的方法，能夠提高涂層與基體之間的結合強度，使得涂層的均勻性、致密性顯著增強。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于磁控濺射與超聲滾壓復合強化軸承套圈表面的方法，包括以下步驟：

S1、將軸承套圈基體清洗干凈；

S2、制備軸承套圈涂層：

S21、安裝：將磁控濺射的濺射靶安裝在直流陰極上，基體裝入樣品臺，處于正極，固定濺射靶與基體的距離為150mm；

S22、中頻偏壓沖洗：將真空室抽真空至1x10^-3pa，加熱基體至450℃，向真空室通入Ar，控制Ar的流量為250sccm，工作氣壓為2.5Pa；開啟中頻電源，設定電壓為1000V，對軸承套圈基體表面進行清洗，持續15min；

S23、濺射打底層：調節Ar流量為100sccm，工作氣壓為1.0Pa，設置中頻偏壓電源電壓為800V、占空比50%，同時開啟濺射靶的濺射電極，設置電流為30A、濺射時間8min，在基體上濺射打底層；

S24、濺射主體層：同時向真空室通入Ar和N2，調節Ar的流量為10sccm、N₂的流量為400sccm、工作氣壓為1.0Pa；設置中頻偏壓電源電壓為200V、占空比50%，設定濺射電源電流為80A、濺射時間30min，在打底層上濺射主體層；

S3、制備磁控濺射涂層：同時向真空室通入Ar和N2，調節Ar的流量為50 sccm、N₂的流量為50sccm、工作氣壓為0.6Pa，設置直流濺射功率150W、濺射時間為30min，形成磁控濺射涂層；

S4、進行超聲滾壓強化：

S41、將超聲滾壓裝置以一預壓深度壓在軸承套圈的表面上，對軸承套圈施加背壓力；

S42、在軸承套圈表面上滾動超聲滾壓裝置的滾球工具頭，通過輸入電流驅動超聲滾壓裝置做超聲頻的機械振動，完成超聲滾壓強化。

作為優選，完成步驟S42之后，繼續重復一遍步驟S23、S24、S3和S4，制備得到雙層涂層。

作為優選，完成步驟S42之后，繼續重復兩遍步驟S23、S24、S3和S4，制備得到多層涂層。

更進一步地，步驟S4中還包括用于控制超聲滾壓裝置的控制器，控制器基于期望殘余壓應力和實時滾壓力調節所述預壓深度、背壓力和輸入電流中的至少一個。