專利名稱：一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層。
背景技術(shù)：
眾所周知，鋼按化學(xué)成分可分為高合金鋼、低合金鋼和非合金鋼三類。而高合金鋼是制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸、挺柱、柱塞、控制活塞等潤(rùn)滑性運(yùn)動(dòng)摩擦副的主要材料。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，這些部件都有承受高壓、高速和沖擊等影響，對(duì)其表面的摩擦學(xué)性能要求很高。目前國產(chǎn)汽車在這些高合金鋼的運(yùn)動(dòng)摩擦副表面涂覆氮化鈦、二硫化鉬、尼龍等固體潤(rùn)滑涂層，或者采用傳統(tǒng)的油潤(rùn)滑方式來實(shí)現(xiàn)降低摩擦功的目的。但這些涂層的制造成本高，且與高合金鋼基底的結(jié)合強(qiáng)度不高。而傳統(tǒng)的油潤(rùn)滑方式在高溫或者壓力不足的情況下，容易出現(xiàn)潤(rùn)滑失效。為了改善這種狀況，進(jìn)一步提高國產(chǎn)汽車的質(zhì)量水平，開展了在汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面上涂覆類金剛石碳層的工作。類金剛石薄膜/涂層(DLC)是最新發(fā)展起來的一種新型固體潤(rùn)滑涂層，具有光滑平整、高硬度(硬度高于20GPa)、低摩擦(干摩擦系數(shù)和油潤(rùn)滑摩擦系數(shù)小于0. 1)、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在刀具、醫(yī)療器械、振膜等方面得到廣泛應(yīng)用。類金剛石薄膜/涂層尤其適用于油潤(rùn)滑失效的情況，在干摩擦下具有優(yōu)異的減磨抗磨效果。通過工藝優(yōu)化，可以使其與高合金鋼基底有高的結(jié)合強(qiáng)度。對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層。提高固體潤(rùn)滑膜在高合金鋼表面的結(jié)合強(qiáng)度40%以上，具有優(yōu)良的減磨性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層，包括基體，緩沖層，過渡層，表層；其特征在于在基體上依次涂敷緩沖層、過渡層和表層；具體工藝方法如下1)首先將基體依次在丙酮和乙醇中超聲波清洗10-15min，自然干燥，再放入真空腔內(nèi)；對(duì)基材和靶進(jìn)行等離子清洗；
2)將真空室抽真空，然后通入氬氣，通入氬氣流量50-200sCCm，以金屬為靶材，在基體表面沉積一金屬緩沖層，金屬靶電流為12-20A，占空比為40-90%，頻率為20_160Hz，脈沖偏壓50-1600V,占空比60-85%，頻率為60-100 Hz，沉積時(shí)間10-20 min，沉積氣壓0. I-IPa ；
3)向真空室內(nèi)通入氬氣和甲燒，以金屬為靶，甲烷為前軀體，在金屬表面即緩沖層沉積一碳化物過渡層；CH4流量為20-200SCCm，沉積時(shí)間10-20min ；
4)以石墨為靶材，在碳化物層即過渡層上沉積一類金剛石碳層，石墨靶電流為12-20A， 沉積時(shí)間10-25min ；所述的緩沖層是由鉻、鉬、鈦、鎢、鉭、鋯等金屬中的一種或2種以上的組合，厚度為0. 3-1 μ m ；所述的過渡層是鉻、鉬、鈦、鎢、鉭、鋯等金屬中的一種或2種以上的金屬的碳化物組合，厚度為0. 4-2 μ m ；所述的表層是含氫類金剛石碳層，厚度為0. 5-3 μ m ；
本發(fā)明的積極效果在于提高固體潤(rùn)滑涂層在高合金鋼表面的結(jié)合強(qiáng)度，具有優(yōu)良的減磨性能，經(jīng)以下測(cè)試表明采用掃描電子顯微鏡法，在鍍層橫截面放大的圖像上測(cè)量，得到涂層總厚度為3 μ m。通過對(duì)涂層的結(jié)合力進(jìn)行測(cè)試，如圖2所示，把按經(jīng)過上述處理的挺柱同經(jīng)過涂覆二硫化鉬和氮化鈦層的挺柱，同時(shí)進(jìn)行附著力大小測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過上述處理的挺柱的附著力大小比其他兩種涂層的挺柱都提高了 40%以上。通過對(duì)涂層的摩擦系數(shù)的測(cè)試，如圖3所示把按經(jīng)過上述處理的柱塞同無類金剛石涂層的柱塞同時(shí)在油潤(rùn)滑的條件下測(cè)量其摩擦系數(shù)；結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過上述處理的柱塞的摩擦系數(shù)比無類金剛石涂層的柱塞下降了三分之二 ；以上證明表面涂覆類金剛石薄膜的高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副對(duì)滿足現(xiàn)代汽車性能的重要性。


圖1為本發(fā)明的梯度涂層示意圖。圖2為本發(fā)明的不同表面涂層的結(jié)合力大小對(duì)比示意圖。圖3為本發(fā)明的有無類金剛石涂層的摩擦系數(shù)對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述，實(shí)施例為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特點(diǎn)，不等同于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員依照本發(fā)明進(jìn)行的更改，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層，包括基體1，緩沖層2，過渡層3，表層4 ；其特征在于在基體1上依次涂敷緩沖層2、過渡層(3)和表層4。實(shí)施例1
清洗和準(zhǔn)備取P型噴油泵的柱塞，其由優(yōu)質(zhì)合金鋼制造而成，依次用丙酮和乙醇在超聲波中清洗各lOmin，自然干燥，置于真空室；抽真空至真空度小于2. 8X10_3Pa ；向真空室內(nèi)通入氬氣400SCCm，調(diào)整氣壓至0. 5Pa,工件加脈沖偏壓為1000V，等離子清洗工件lOmin， 以除去表面殘留的雜質(zhì)和污染物。緩沖層的制備氬氣流量為120sCCm，金屬鈦靶(純度為99. 9%)電源電流12A，占空比為80%，頻率為40Hz，脈沖偏壓1600V,占空比85%，頻率為100Hz，沉積時(shí)間10 min。過渡層的制備保持上述條件不變，甲烷流量從20sCCm逐漸增加到ISOsccm，沉積時(shí)間IOmin。表層的制備其他條件保持不變，石墨靶電源電流為16A，占空比為60%，頻率為 40Hz，沉積時(shí)間約20min ；最后在P型噴油泵的柱塞表面獲得類金剛石梯度薄膜。實(shí)施例2
首先將基體依次在丙酮和乙醇中超聲波清洗15min，自然干燥，再放入真空腔內(nèi)；對(duì)基材和靶進(jìn)行等離子清洗；
將真空室抽真空，然后通入氬氣，通入氬氣流量50sCCm，以金屬鉻為靶材，在基體表面沉積一金屬緩沖層，金屬鉻靶電流為20A，占空比為40%，頻率為160Hz，脈沖偏壓50V，占空比60%,頻率為60 Hz，沉積時(shí)間20 min,沉積氣壓0. IPa ；厚度為0. 3 μ m ；
向真空室內(nèi)通入氬氣和甲烷，以金屬鉻為靶，甲烷為前軀體，在金屬表面即緩沖層沉積一碳化物過渡層；CH4流量為200SCCm，沉積時(shí)間20min ；厚度為0. 4 μ m ；以石墨為靶材，在碳化物層即過渡層上沉積一類金剛石碳層，石墨靶電流為20A，厚度為0. 5μπι ；沉積時(shí)間IOmin0實(shí)施例3
首先將基體依次在丙酮和乙醇中超聲波清洗12min，自然干燥，再放入真空腔內(nèi)；對(duì)基材和靶進(jìn)行等離子清洗；
將真空室抽真空，然后通入氬氣，通入氬氣流量lOOsccm，以金屬鎢、鉭、鈦為靶材，在基體表面沉積一金屬緩沖層，金屬靶電流為16A，占空比為90%，頻率為100Hz，脈沖偏壓 1000V,占空比75%，頻率為90 Hz，沉積時(shí)間15 min，沉積氣壓IPa ；
向真空室內(nèi)通入氬氣和甲烷，以金屬鎢、鉭、鈦為靶，甲烷為前軀體，在金屬表面即緩沖層沉積一碳化物過渡層；CH4流量為lOOsccm，沉積時(shí)間15min ；厚度為0. 8 μ m ；
以石墨為靶材，在碳化物層即過渡層上沉積一類金剛石碳層，石墨靶電流為15A，厚度為2μπι ；沉積時(shí)間25min。實(shí)施例4
首先將基體依次在丙酮和乙醇中超聲波清洗12min，自然干燥，再放入真空腔內(nèi)；對(duì)基材和靶進(jìn)行等離子清洗；
將真空室抽真空，然后通入氬氣，通入氬氣流量lOOsccm，以金屬鈦為靶材，在基體表面沉積一金屬緩沖層，金屬靶電流為16A，占空比為90%，頻率為100Hz，脈沖偏壓1000V，占空比75%，頻率為90 Hz，沉積時(shí)間15 min，沉積氣壓IPa ；
向真空室內(nèi)通入氬氣和甲燒，以金屬鈦為靶，甲烷為前軀體，在金屬表面即緩沖層沉積一碳化物過渡層；CH4流量為lOOsccm，沉積時(shí)間15min ；厚度為1. 8 μ m ；
以石墨為靶材，在碳化物層即過渡層上沉積一類金剛石碳層，石墨靶電流為15A，厚度為2. 5μπι ；沉積時(shí)間25min。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層，包括基體，緩沖層，過渡層，表層；其特征在于在基體上依次涂敷緩沖層、過渡層和表層；具體工藝方法如下1)首先將基體依次在丙酮和乙醇中超聲波清洗10-15min，自然干燥，再放入真空腔內(nèi)；對(duì)基材和靶進(jìn)行等離子清洗；2)將真空室抽真空，然后通入氬氣，通入氬氣流量50-200sCCm，以金屬為靶材，在基體表面沉積一金屬緩沖層，金屬靶電流為12-20A，占空比為40-90%，頻率為20_160Hz，脈沖偏壓50-1600V,占空比60-85%，頻率為60-100 Hz，沉積時(shí)間10-20 min，沉積氣壓0. I-IPa ；3)向真空室內(nèi)通入氬氣和甲燒，以金屬為靶，甲烷為前軀體，在金屬表面即緩沖層沉積一碳化物過渡層；CH4流量為20-200SCCm，沉積時(shí)間10-20min ；4)以石墨為靶材，在碳化物層即過渡層上沉積一類金剛石碳層，石墨靶電流為12-20A， 沉積時(shí)間10-25min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層，其特征在于緩沖層是由鉻、鉬、鈦、鎢、鉭、鋯等金屬中的一種或2種以上的組合，厚度為0. 3-1 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層，其特征在于過渡層是鉻、鉬、鈦、鎢、鉭、鋯等金屬中的一種或2種以上的金屬的碳化物組合，厚度為 0. 4-2 μ mo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層，其特征在于表層是含氫類金剛石碳層，厚度為0. 5-3 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于汽車高合金鋼運(yùn)動(dòng)摩擦副表面耐磨涂層，其特征在于在基體上依次涂敷緩沖層、過渡層和表層；其中緩沖層為金屬層，過渡層為金屬碳化物層，表層為類金剛石碳層。提高了表面涂層與高合金鋼表面的結(jié)合強(qiáng)度，具有優(yōu)良的耐磨性能，應(yīng)用于汽車表面零件處理，降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率消耗，提高其可靠性。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102286723SQ201110205259
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者安宇鵬, 張克金, 戈非, 武彬, 王丹, 米新艷, 魏曉川 申請(qǐng)人:中國第一汽車股份有限公司