CN101011875A - 一种取代活塞环表面电镀硬铬的复合涂层及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种取代活塞环表面电镀硬铬的复合涂层及其加工方法。采用无污染的气相沉积法，即PVD法，在铸铁或钢质活塞环上直接沉积一种复合涂层，该复合涂层包含三个区域：底层为纯Cr组成的过渡层；中间层为由MAlN+CrN组成的耐磨层；表层为由MN+CrN组成的磨合层。此涂层具有比电镀硬铬更好的综合性能，且成本较低。是活塞环表面取代电镀硬铬较为理想的复合涂层。
Description
技术领域：
本发明涉及一种活塞环的表面涂层及其加工方法，特别是在铸铁或钢质活塞环表面直接沉积的复合涂层及其加工方法。
背景技术：活塞环是一种常见的动力配件，随着国民经济的快速发展，特别是汽车行业的高速发展，其用量亦是剧增，活塞环表面电镀硬铬所带来的环境污染日趋严重。我们一直致力于用无污染的办法取代电镀硬铬，曾获得发明专利ZL01114470.X。但这项专利包含的二项主要内容，即在已电镀硬铬的活塞环上覆盖涂层和直接在活塞环上覆盖NiCrTi的涂层，均有一定的局限性，前者是可提高活塞环的寿命，减少电镀频率，但未能根本上杜绝电镀所造成的环境污染；后者因NiCrTi靶材非常坚硬，加工极其困难，成本甚高，并且NiCrTi靶材所需的工作电流非常之高，经常烧坏电源，这使得其推广受到了很大的阻力，其实用价值不大。因而寻找成本较低，综合性能更优的复合涂层取代电镀硬铬，根治其污染是我们所努力的方向。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种活塞环表面涂层及其加工方法，克服现有技术的上述弊病。
本发明的技术方案是一种取代活塞环表面电镀硬铬的复合涂层，它由三个区域组成：底层为纯Cr组成的过渡层；中间层为由MAlN+CrN组成的耐磨层；表层为由MN+CrN组成的磨合层。
该复合涂层的加工方法是采用无污染的PVD工艺，直接在铸铁或钢质活塞表面沉积复合涂层。按下列程序，可得到性能优异的复合涂层：
①将活塞环在超声波中清洗干净后，置于真空离子镀膜炉内，预抽真空至6.7×10-3pa，加热至200℃～400℃，保温约1小时；
②Ar离子轰击清洗约30min，偏压1200V左右；
③沉积纯Cr过渡层1小时，偏压1200V～400V；
④沉积耐磨层CrN+MAIN，3～4小时，偏压400V～200V；
⑤沉积磨合层MN+CrN或纯MN，1～2小时，偏压200V左右；
⑥随炉冷却至100℃以下，出炉即可。
其中M可以是Ti或者Zr。
涂层最后的颜色，可以根据要求调整，如金黄的TiN，浅黄色的ZrN，灰白色的CrN，玫瑰色的TiCN，ZrCN等。
本发明的优点是：
(1)涂层具有良好的综合性能：Cr过渡层与活塞环基体和MAlN+CrN均具有良好的互溶性，可保证涂层与活塞环基体结合牢固；中间层MAlN+CrN具有良好的耐磨性能；表层MN+CrN则硬度适中，使涂层具有良好的磨合性能。
(2)本发明的加工方法无污染，同时采用多靶加工工艺，解决了现有技术中NiCrTi靶材加工困难，加工成本高，靶材工作电流大的缺陷。
具体实施方式：
本发明结合具体实施例进一步说明如下；
本发明的具体实施例1是在汽车用在铸铁活塞环上直接沉积金黄色的复合涂层。
将铸铁活塞环在超声波清洗干净，并烘干→进炉→真空抽至6.7×10-3pa，加热至300℃，保温1小时→Ar离子轰击约20min，偏压1200V→Cr离子轰击并预沉积纯Cr层约1h，偏压1200V-400V→沉积耐磨层TiAlN+CrN约3～5小时，偏压400V-200V→沉积TiN+CrN约1h～2h，偏压200V→沉积TiN约20min，偏压200V→冷却至100℃出炉，活塞环表面即可得到黄色的复合涂层。
本发明的具体实施例2是不锈钢质活塞环上直接沉积淡黄色的复合涂层：将不锈钢活塞环在超声波中清洗干净并烘干→进炉→抽真空至6.7×10-3pa，加热至300℃，保温1小时→Ar离子轰击约20min，偏压1200V→Cr离子轰击并沉积纯Cr1小时，偏压1200V-400V层约→沉积耐磨层TiAlN+CrN约3～5小时，偏压400V-200V→沉积磨合层ZrN+CrN约1小时～2小时，偏压200V→沉积ZrN约20min，偏压200V→冷却至100℃以下出炉，活塞环表面即可得到浅黄色的复合涂层。
Claims (2)
1、一种取代活塞环表面电镀硬铬的复合涂层，其特征是复合涂层由三个区域组成：底层为纯Cr组成的过渡层；中间层为由MAlN+CrN组成的耐磨层；表层为由MN+CrN或纯MN组成的磨合层。
2、根据权利要求1所述的活塞环表面复合涂层的加工方法是采用无污染的PVD工艺，按下列程序，直接在铸铁或钢质活塞环表面沉积复合涂层；
①将活塞环经超声波清洗干净，烘干后，置于真空离子镀膜炉内，预抽真空至6.7×10-3pa，加热至200℃～400℃，保温1小时；
②Ar离子轰击清洗约30min；
③沉积纯Cr过渡层，0.5小时-1小时；
④沉积耐磨层MAlN+CrN，3～5小时；
⑤沉积磨合层MN+CrN或纯MN，1～2小时；
⑥随炉冷却至100℃以下，出炉即可。
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