CN101215688A

CN101215688A - 铝合金减摩层软锡相颗粒更细的pvd轴瓦磁控溅射工艺

Info

Publication number: CN101215688A
Application number: CNA2007100932190A
Authority: CN
Inventors: 冀庆康; 周荣康; 吴文俊; 刘太贵
Original assignee: CHONGQING YUEJIN MACHINERY PLANT
Current assignee: CHONGQING YUEJIN MACHINERY PLANT
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2008-07-09

Abstract

本发明公开了一种铝合金减摩层软锡相颗粒更细的PVD轴瓦磁控溅射工艺，包括溅前处理、轴瓦装入夹具、抽真空、溅射镍栅层、溅射铝合金减摩层、检查尺寸及外观、以及后续处理，其关键在于：所述溅射铝合金减摩层的工艺条件：先制备铝合金靶材，该铝合金靶材中纯锡重量百分含量16％～25％；纯铜重量百分含量0.3％～3％；纯铝重量百分含量83.7％～72％；PVD轴瓦基体与铝合金靶材之间的距离为60～120mm；溅射铝合金(AlSnCu)减摩层溅射舱内温度为40～98℃；工作气体氩气分压为0.1～1.2Pa的范围内；对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压为－100～－160V。本发明生产的轴瓦铝合金减摩层内弥散的软锡相颗粒的平均直径小于2.5um，提高了PVD轴瓦在运行过程中的顺应性和磨合性。

Description

铝合金减摩层软锡相颗粒更细的PVD轴瓦磁控溅射工艺

技术领域

本发明属于轴瓦的生产工艺，具体的说，涉及一种铝合金减摩层软锡相颗粒的平均直径小于2.5um的PVD轴瓦磁控溅射工艺。

背景技术

轴瓦是柴油机心脏的关键运动部件，又是基础部件和消耗部件。

作为心脏运动部件，它们是决定柴油机性能与可靠性的关键运动部件。

作为基础部件，它们对柴油机整起着十分重要的支撑作用。

轴瓦在使用中失效，将直接导致主机气缸变形或破裂等严重后果。

由于轴瓦是消耗品，位居心脏，更换时柴油机需要解体或部分解体，耗工耗时。使用中发生故障，必定造成停车事故。这是绝对不允许的。

自上世纪八十年代以来，奥地利米巴(Miba)滑动轴承股份有限公司、瑞士巴尔采斯(Balzers)公司、德国的费德瑞尔-莫古尔环球公司(Federal-MogulWorld Wide，Inc.)和Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh&Co.KG Wiesbaden公司等就PVD轴瓦的结构先后发表了多篇专利，产品在一定范围得到了推广应用，取得了长足进展。常用的就是通过磁控溅射的方法来加工轴瓦。

磁控溅射原理：在强电场、强磁场、高真空的溅射舱内通入少量惰性气体(氩气)。电子在强电场、强磁场(磁场方向与电场方向成一定角度)的条件下受磁场的洛仑兹力作用而进行螺旋加速运动并与氩原子碰撞。氩原子电离成正的氩离子(Ar⁺)和另一个电子。氩离子(Ar⁺)在电场作用下加速飞向溅射靶(阴极)，使被溅材料离解成具有高速、高能的微粒飞溅出来凝聚在轴瓦的内表面形成溅射膜层

由于近年来主机的发展速度很快，负荷和比压明显提高，这就对PVD轴瓦的质量和相应的制造工艺提出了更加严格的要求。现在铝合金减摩层内弥散的软锡相颗粒的平均直径较大(3um左右)，PVD轴瓦在运行过程中的顺应性或磨合性能及耐磨性能受到一定的限制，不能满足现在PVD轴瓦在运行要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金减摩层软锡相颗粒的平均直径小于2.5um的PVD轴瓦磁控溅射工艺。

一种铝合金减摩层软锡相颗粒更细的PVD轴瓦磁控溅射工艺，在舱外用生产PVD轴瓦的常规方法通过化学除油、酸洗、电解除油、超声波清洗、处理槽、行车、烘箱、整流器、控制子系统等进行溅前处理、轴瓦装入磁控溅射舱内夹具上、磁控溅射舱抽真空、溅射镍栅层(Ni)、溅射铝合金减摩层(AlSnCu)、检查尺寸及外观、以及后续处理，其关键在于：所述溅射铝合金减摩层的工艺条件：先制备铝合金靶材，铝合金靶材中按纯锡重量百分含量16％～25％；纯铜重量百分含量0.3％～3％；纯铝重量百分含量83.7％～72％的比例配置，在电弧熔炼炉中熔炼成块状合金，炉内真空度为10～3Pa，氩气保护状态，挤压成形，随炉冷却至室温后，经过线切割加工成符台溅射仪要求的溅射铝合金靶材。然后溅射铝合金(AlSnCu)减摩层，PVD轴瓦基体与铝合金靶材之间的距离为60～120mm；后溅射铝合金(AlSnCu)减摩层溅射，舱内温度为40～98℃；工作气体氩气分压为0.1～1.2Pa的范围内；PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体通电负偏压为-100～-160V。满足上述参数PVD轴瓦基体溅射形成的铝合金减摩层中软锡相颗粒更细，达到内弥散的软锡相颗粒的平均直径小于2.5um，明显提高了PVD轴瓦在运行过程中的顺应性和磨合性。

用EVO40型扫描电子显微镜(美国热电公司制造)AlSn20Cu1溅射膜层内锡的分布检测，测得AlSn20Cu1溅射膜层内锡的分布。软锡相的平均颗粒直径小于2.5um。

有益效果：本发明生产的轴瓦铝合金减摩层内弥散的软锡相颗粒的平均直径小于2.5um，小于目前只能达到的3um，明显提高了PVD轴瓦在运行过程中的顺应性和磨合性，提高了整个轴瓦运行中耐磨性同时减小了摩擦力。

附图说明

图1是本发明生产PVD轴瓦的断面层状结构示意图；

图2是PVD轴瓦AlSn20Cu1减摩层内Sn分布200倍的SEM图谱；

图3是PVD轴瓦AlSn20Cu1减摩层内Sn分布800倍的SEM图谱。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3所示，通过溅射舱内轴瓦溅前负偏压清洗的PVD轴瓦磁控溅射工艺，先在舱外用生产PVD轴瓦的常规方法通过化学除油、酸洗、电解除油、超声波清洗、处理槽、行车、烘箱、整流器、控制子系统等进行溅前处理、将轴瓦装入磁控溅射舱内夹具上、磁控溅射舱抽真空、溅射镍栅层(Ni)4。溅射铝合金减摩层(AlSnCu)6，所述溅射铝合金减摩层6的工艺条件：先制备铝合金靶材，该铝合金靶材中纯锡重量百分含量16％～25％；纯铜重量百分含量0.3％～3％；纯铝重量百分含量83.7％～72％；PVD轴瓦基体与铝合金靶材之间的距离为60mm；溅射铝合金(AlSnCu)减摩层溅射舱内温度为40℃；工作气体氩气分压为0.1Pa的范围内；PVD轴瓦基体通电负偏压为-100V。检查尺寸及外观、定长切割工序、检查附着强度、检查软锡相的平均颗粒直径、检查外观。

舱外溅前处理系统：由化学除油、酸洗、电解除油、超声波清洗、处理槽、行车、烘箱、整流器、控制子系统等组成。

主机系统：由泵抽子系统、传动子系统、电源、机舱、磁控源、温控子系统、工控机控制子系统等组成。

溅后处理系统：由真空存储器、烘箱、检测、精饰、油封、塑封等组成。

工件：外径112mm、厚度3.4mm的连杆瓦。

整个工序中溅前处理、将轴瓦装入夹具、抽真空、溅射镍栅层(Ni)4、溅射铝合金减摩层(AlSnCu)6、检查尺寸、外观、定长切割工序、检查附着强度、检查软锡相的平均颗粒直径、检查外观等工艺都是现在的一般常规的技术，所有整个制造加工设备都是现有的设备。

实施例2

如图1、图2、图3所示，通过溅射舱内轴瓦溅前负偏压清洗的PVD轴瓦磁控溅射工艺，PVD轴瓦基体与铝合金靶材之间的距离为120mm；溅射铝合金(AlSnCu)减摩层溅射舱内温度为98℃；工作气体氩气分压为1.2Pa的范围内；PVD轴瓦基体通电负偏压为-160V。其余各工艺及使用设备与实施例1相同。

实施例3

如图1、图2、图3所示，通过溅射舱内轴瓦溅前负偏压清洗的PVD轴瓦磁控溅射工艺，PVD轴瓦基体与铝合金靶材之间的距离为90mm；溅射铝合金(AlSnCu)减摩层溅射舱内温度为70℃；工作气体氩气分压为0.6Pa的范围内；PVD轴瓦基体通电负偏压为-120V。其余各工艺及使用设备与实施例1相同。

Claims

1.一种铝合金减摩层软锡相颗粒更细的PVD轴瓦磁控溅射工艺，包括溅前处理、轴瓦装入溅射舱内夹具上、溅射舱抽真空、溅射镍栅层(4)、溅射铝合金减摩层(6)、检查尺寸及外观、以及后续处理，其特征在于：所述溅射铝合金减摩层(6)的工艺条件：先制备铝合金靶材，该铝合金靶材中纯锡重量百分含量16％～25％；纯铜重量百分含量0.3％～3％；纯铝重量百分含量83.7％～72％；PVD轴瓦基体与铝合金靶材之间的距离为60～120mm；再溅射铝合金(AlSnCu)减摩层，溅射舱内温度为40～98℃；工作气体氩气分压为0.1～1.2Pa的范围内；对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压为-100～-160V。

2.根据权利要求1所述铝合金减摩层软锡相颗粒更细的PVD轴瓦磁控溅射工艺，其特征在于：所述溅射铝合金减摩层(6)的工艺条件：PVD轴瓦基体与铝合金靶材之间的距离为80～100mm；溅射铝合金(AlSnCu)减摩层溅射舱内温度为60～80℃；工作气体氩气分压为0.4～0.8Pa的范围内；PVD轴瓦基体负偏压为-120～-140V。