專利名稱：精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，更具體地講，本發(fā)明涉及精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部的金屬蒸汽真空弧源離子注入的表面處理方法。
眾所周知，金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件是工程中廣泛應(yīng)用的部件，例如帶有轉(zhuǎn)子和定子的泵類；汽車活塞；蝸輪、蝸桿；軸承等。目前這些金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件常用的表面處理方法有(1)外加潤(rùn)滑，即施加液體或固體潤(rùn)滑劑；(2)涂覆涂層，如汽相沉積(PVD或CVD)，這種方法處理后的部件基體與涂層存有明顯界面，因而易使涂層剝落，這種方法處理精密運(yùn)動(dòng)耦合件還存在變形的問(wèn)題。并且有些方法還不能作為最后一道工序，如CVD處理之后一般還要進(jìn)行淬火、回火處理。
綜上，在現(xiàn)有技術(shù)中尚無(wú)令人滿意的對(duì)精密運(yùn)動(dòng)耦合件表面處理的方法，因而精密運(yùn)動(dòng)耦合部件的壽命尚有待提高，換句話說(shuō)，就是，精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面性能如潤(rùn)滑性、耐磨性都需進(jìn)一步的改善。
本發(fā)明的目的是提供一種精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，該方法處理的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件具有優(yōu)越的自潤(rùn)滑性，低的摩擦系數(shù)，高的耐磨性。
本發(fā)明的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，采用強(qiáng)束流金屬離子注入方法，對(duì)精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的雙方都注入金屬離子，所述金屬選自Ti、Ta、Hf、W等。注入?yún)?shù)為真空度2－4×10-3帕，注入劑量1×1016-5×1018離子/cm2，引出電壓10-120kv，束流密度10-40μA/cm2。耦合部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的雙方可注入相同金屬離子，也可以注入不同的金屬離子。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，即精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的雙方在注入金屬離子的同時(shí)注入碳離子，碳離子的注入劑量與金屬離子的注入劑量相同。
本發(fā)明的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法的顯著特點(diǎn)是耦合部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件雙方都進(jìn)行表面處理，且通過(guò)注入相同或不同的金屬離子或和碳離子，使它們相互匹配，結(jié)果，顯著地降低了耦合部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件雙方的摩擦系數(shù)，降低了相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，另外，該方法處理的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件雙方的耐磨性提高，并且有較佳的耐磨性匹配，使耦合部件整體耐磨性提高，增加使用壽命。
通過(guò)給相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件雙方注入不同的金屬離子和碳離子，可調(diào)整它們的軟硬度配比，使它們的減摩、耐磨性更符合實(shí)際運(yùn)動(dòng)的需要，更有效地延長(zhǎng)使用壽命。
在本發(fā)明精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法中，可優(yōu)選在注入金屬離子的同時(shí)注入碳離子，碳離子的注入使其表面的顯微組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，顯著地降低了部件表面的摩擦系數(shù)，提高自潤(rùn)滑性，而且顯著提高了表面耐磨性。
本發(fā)明的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法具有三個(gè)突出的特點(diǎn)1、注入元素的濃度大大超過(guò)其固溶度，不受金屬平衡相圖的限制。
2、不改變部件的外形尺寸、精度和光潔度，可作為部件加工的最后一道工序。
3、注入層和基體間沒(méi)有明顯的界面，不存在涂層剝落問(wèn)題，且可得到優(yōu)化的表面層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件表面處理方法適用于處理各種耦合部件，如帶定子、轉(zhuǎn)子的泵類、汽車活塞、蝸輪、蝸桿、軸承等。
本發(fā)明的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件表面處理方法利用現(xiàn)有金屬蒸汽真空弧離子源注入裝置可方便地進(jìn)行。
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件表面處理方法。
實(shí)施例1陀螺儀上的凸輪、卡盤運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理。
采用現(xiàn)有的金屬蒸汽真空弧源離子注入機(jī)，用強(qiáng)束流金屬離子注入方法，對(duì)材質(zhì)為Cr17的鐵素體型耐熱鋼的陀螺儀上的凸輪進(jìn)行Ta和C的離子注入，對(duì)卡盤進(jìn)行Ti和C的離子注入。注入過(guò)程的真空度為3×10-3Pa，引出電壓40KV，束流密度15μA/cm2，注入劑量3×10-3Ta/cm2，3×1017Ti/cm2，3×1017C/cm2。
經(jīng)該方法處理的運(yùn)動(dòng)耦合件的表面摩擦系數(shù)較未注入的降低了2.5倍，耐磨性提高了30倍。
實(shí)施例2精密抽氣泵中的轉(zhuǎn)子和定子的表面處理。
如實(shí)施例1類似方法，對(duì)材質(zhì)為T10A鋼的精密抽氣泵中的轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行表面處理，對(duì)轉(zhuǎn)子和定子表面均注入單一的Ti離子，注入劑量為5×1017Ti/cm2，注入的工藝參數(shù)為真空度2×10-3Pa，引出電壓70KV，束流密度30μA/cm2。
經(jīng)該方法處理的轉(zhuǎn)子和定子減少了泵的能耗25％。
實(shí)施例3精密蝸輪蝸桿的表面處理。
如實(shí)施例1的方法，對(duì)材質(zhì)為38CrMoAl的蝸桿注入Ti＋C離子，對(duì)材質(zhì)為4Cr13的蝸輪注入Ta＋C離子，注入劑量分別為3×1017Ta/cm2，3×1017Ti/cm2，3×1017C/cm2，注入?yún)?shù)為引出電壓100KV，束流密度20μA/cm2，真空度為3×10-3Pa。
經(jīng)上述處理的蝸輪和蝸桿的摩擦系數(shù)從未注入的0.7降至0.1。
由上述實(shí)施例可看出，用本發(fā)明的方法處理精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件表面，具有降低摩擦系數(shù)，產(chǎn)生自潤(rùn)滑、提高耐磨性等技術(shù)效果，因而具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，該方法采用強(qiáng)束流金屬離子注入方法，對(duì)精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件的雙方都注入金屬離子，所述金屬離子選自Ti、Ta、W、Mo等。
2.權(quán)利要求1的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，其中的注入?yún)?shù)為真空度2－4×10-3Pa，離子注入劑量1×1016－5×1018離子/cm2，引出電壓10-120KV，束流密度10-40μA/cm2。
3.權(quán)利要求1的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，其中所述耦合部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件雙方注入相同的所述金屬離子。
4.權(quán)利要求1的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，其中所述耦合部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件雙方注入不同的所述金屬離子。
5.權(quán)利要求1-4中任一種精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，其中在注入所述金屬離子的同時(shí)注入碳離子。
6.權(quán)利要求5的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，其中碳離子的注入劑量與金屬離子的注入劑量相同。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理方法，該方法采用強(qiáng)流金屬離子注入方法對(duì)精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件雙方都注入選自Ti、Ta、W、Mo等的金屬離子，或者在注入金屬離子的同時(shí)注入碳離子。本發(fā)明方法處理的精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合件具有優(yōu)越的自潤(rùn)滑性、降低的摩擦系數(shù)和提高的耐磨性，具有高使用壽命。本發(fā)明方法適用各種精密金屬運(yùn)動(dòng)耦合部件的表面處理。
文檔編號(hào)C23C14/48GK1123340SQ9510974
公開(kāi)日1996年5月29日 申請(qǐng)日期1995年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月25日
發(fā)明者林文廉, 桑吉梅, 丁曉紀(jì), 袁曉珉, 徐駿 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)低能核物理研究所, 北京有色金屬研究總院