[發明專利]一種提高活塞環外圓面硬質鍍層磨合期摩擦學性能的磨合涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202210018080.8
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114318270A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李開順;石關飛;殷從偉
• 申請（專利權）人: 儀征亞新科雙環活塞環有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/02;C23C14/06
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明提供了一種提高活塞環外圓面硬質鍍層磨合期摩擦學性能的磨合涂層及其制備方法，屬于發動機配件表面處理技術領域。本發明所述磨合涂層順次包含硬質鍍層、金屬結合層、梯度過渡層、磨合層。本發明在活塞環外圓面鍍所述的磨合涂層的方法包括：在活塞環外圓面鍍硬質鍍層；在所述硬質鍍層表面沉積金屬結合層；在金屬結合層表面沉積梯度過渡層；在梯度過渡層表面沉積磨合層。本發明通過磨合涂層降低活塞環耐磨層初始表面硬度，縮短磨合時間，降低磨合后活塞環表面粗糙度，防止活塞環與缸套之間局部接觸應力過高造成磨合過程中油膜破裂而導致活塞環、缸套磨損嚴重甚至拉傷失效。

技術領域

本發明涉及發動機配件表面處理技術領域，尤其涉及一種提高活塞環外圓面硬質鍍層磨合期摩擦學性能的磨合涂層及其制備方法。

背景技術

改善發動機活塞環-缸套摩擦副的摩擦學特性，不僅可以提高燃油發動機機械效率，還可以提高發動機性能、減少污染物排放量，延長發動機壽命。活塞環-缸套摩擦副的異常磨損經常發生在發動機初始運行階段，此時由于活塞環與缸套接觸面間粗糙度匹配性較差，摩擦副間潤滑油量非常少，潤滑油膜難以有效建立，導致活塞環-摩擦副發生異常磨損，降低了活塞環使用壽命，嚴重威脅汽車使用安全性。

物理氣相沉積技術(PVD)制備的硬質鍍層，簡稱PVD硬質鍍層，主要包括CrN系鍍層、DLC鍍層，是新一代具有優異摩擦學性能的鍍層，廣泛應用在發動機活塞環外圓面，發揮減摩耐磨作用。大量的摩擦磨損試驗和發動機臺架試驗表明PVD硬質鍍層具有優異的抗拉缸、耐磨、低摩擦等摩擦學性能。但由于PVD硬質鍍層硬度高，CrN系鍍層硬度高達HV1200以上，DLC鍍層硬度高達HV1600以上。鍍層表面微觀突出峰部高度Rpk值過大，發動機初始運行階段難以與缸套內壁快速磨合，導致活塞環-缸套摩擦副發生嚴重的磨損、劃傷甚至拉缸，影響發動機性能及耐久性、可靠性。目前，通過噴涂技術在PVD硬質鍍層表面增加一層Cu、Al、樹脂涂層可以有效降低活塞環表面粗糙度和初始硬度，提高磨合期摩擦學性能，但是這類涂層與PVD硬質鍍層之間結合性能差、涂層本身強度不足，難以滿足活塞環對磨合期性能的要求。通過對PVD硬質鍍層進行超級精磨削加工、超級精拋光加工能夠降低突出峰部高度Rpk值，提高磨合性能，但加工難度大，效率低，成本高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中硬質鍍層磨合性能差的缺陷，提供一種提高活塞環外圓面硬質鍍層磨合期摩擦學性能的磨合涂層及其制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種提高活塞環外圓面硬質鍍層磨合期摩擦學性能的磨合涂層，順次包含硬質鍍層、金屬結合層、梯度過渡層、磨合層。

優選的，所述金屬結合層為Ti金屬膜層或Cr金屬膜層；

所述硬質鍍層為類金剛石碳基涂層或CrN系陶瓷鍍層。

優選的，所述類金剛石碳基涂層硬度大于等于1600Hv；所述CrN系陶瓷鍍層硬度大于等于1200Hv。

優選的，當所述金屬結合層為Ti金屬膜層時，所述梯度過渡層為Ti金屬摻雜二硫化鉬膜層；

當所述金屬結合層為Cr金屬膜層時，所述梯度過渡層為Cr金屬摻雜二硫化鉬膜層。

優選的，所述磨合層為Me/MoS_X，其中Me為Ti或Cr，Me在磨合層中的原子含量為1.8～10.8at.％，x為1.5～2。

優選的，所述磨合層的厚度為2～5μm，硬度為HV400～700。

本發明還提供了在活塞環外圓面鍍所述的磨合涂層的方法，包含如下步驟：

在活塞環外圓面鍍硬質鍍層；

在所述硬質鍍層表面沉積金屬結合層；

在金屬結合層表面沉積梯度過渡層；