CN101818321B - 活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法 - Google Patents
活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101818321B CN101818321B CN2010101367503A CN201010136750A CN101818321B CN 101818321 B CN101818321 B CN 101818321B CN 2010101367503 A CN2010101367503 A CN 2010101367503A CN 201010136750 A CN201010136750 A CN 201010136750A CN 101818321 B CN101818321 B CN 101818321B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piston ring
- target
- alcrn
- pure
- coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明是活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法。采用真空多弧离子镀气相沉积法，在钢质或铸铁活塞环表面沉积AlCrN复合涂层，该复合涂层由两层构成，底层约2μm的纯Al过渡层，表层为AlCrN耐磨涂层，并在其中均匀分布10vt.％左右的纯Al颗粒质点，耐磨涂层厚度为10-30μm。该复合涂层与活塞环结合牢固，硬度高，摩擦系数低，耐高温，成本低，无环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及在塞环表面涂覆复合涂层及其工艺方法，特别是在钢质或铸铁活活塞环表面沉积铝铬氮复合涂层及其工艺方法。
背景技术
活塞环是内燃机中的极其重要零件之一，其工作状况复杂、维修时拆卸极不方便以及将面临更恶劣的使用条件。通过大量的失效活塞环研究分析，发现大多数活塞环的失效都是由于活塞环的过度磨损破坏而导致的。为提高活塞环的寿命及可靠性能，对活塞环表面进行处理，以提高硬度、耐磨损，耐高温及表面材料的附着力等特性。活塞环表面材料及其处理技术目前主要有电镀Cr、氮化处理、热喷涂陶瓷和气相沉积TiN涂层、CrN涂层或复合涂层等多种，在制备技术和表层材料性能方面仍有许多不足之处。在活塞环高硬度、热稳定性好、摩擦系数低、表面材料附着力等综合性能方面仍需提高。本发明涉及活塞环表面复合涂层方面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法，即用真空多弧离子镀方法在活塞环表面沉积纯Al过渡层和含有Al颗粒质点的AlCrN耐磨复合涂层，使其具有附着力强，高硬度，低摩擦系数，低涂层内应力，耐高温，克服现有技术的不足，从而提活塞环的使用寿命。
本发明的技术方案是活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法，铝铬氮复合涂层由两层构成，即底层为约2μm的Al过渡层，表层为20-30μm的含有10vt.％左右Al粒子的AlCrN耐磨复合涂层，硬度为2100-2600HV，摩擦系数为0.14-0.22，呈深灰色。
活塞环表面铝铬氮复合涂层的工艺方法采用真空多弧离子镀气相沉积工艺，多弧离子镀膜机中至少有2个纯Al靶和2个纯Cr靶，纯Al靶含Al量为99.99％，纯Cr靶含Cr量为99.8％，按下列工艺步骤，在钢质或铸铁活塞环表面沉积铝铬氮复合涂层：
①将活塞环用溶剂去污除油，并经超声波清洗干净，干燥后装入真空多弧离子镀膜机中，抽真空至1.3×10-3Pa，再加热至450-500℃，保温40min；
②向真空多弧离子镀膜机中通入99.99％的Ar气，在900V-1200V电压下，Ar离子轰击20min左右；
③将Ar气压力降至2-3Pa，引燃Cr靶电弧，在900V-1200V电压下，对活塞环表面进行Cr离子和Ar离子混合等离子轰击10min左右；
④关闭Ar气和Cr靶电弧，引燃Al靶电弧，在150-200V偏压下，沉积纯Al过渡层，20min；
⑤向真空多弧离子镀膜机通入N2至0.8-3.5Pa，引燃Cr靶和Al靶电弧，Cr靶电弧电流为80-100A，一个Al靶电弧电流为70-80A，其余Al靶电弧电流为40-50A，在400V-500V偏压下沉积AlCrN耐磨涂层。
⑥随炉冷却至100℃以下出炉。
本发明的优点是：
(1)涂层具有好的综合性能：纯Al作为过渡层与活塞环本体及AlCrN涂层有优良的相容性，可使涂层与活塞环结合牢固，并且纯Al的塑性好，作过渡层和以细小颗粒状分布在AlCrN涂层中，可降低AlCrN涂层的内应力和摩擦系数，同时涂层又具有高的硬度和耐热性。
(2)本发明的工艺方法采用真空多弧离子镀工艺，Cr靶和Al靶为常见的金属材料，加工容易，成本低廉，同时对环境无污染。
具体实施方式
本发明结合具体实施例进一步说明如下：
实施例1：铬钼铜铸铁活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法：
①将活塞环用溶剂去除油污，并经超声波清洗干净，干燥后用专用夹具装入六个弧靶(3个Al靶和3个Cr靶构成对靶)的真空多弧离子镀膜机中，抽真空至1.3×10-3Pa，再加热至500℃，保温40min；
②通入99.99％的Ar气，在1200V偏压下，Ar离子轰击20min左右；
③将Ar气压力降至2-3Pa，引燃Cr靶电弧，在1200V偏压下，对活塞环表面进行Cr离子和Ar离子混合等离子轰击10min左右；
④关闭Ar气和Cr靶电弧，引燃Al靶电弧，电流50A，在150V偏压下，沉积纯Al过渡层，20min；
⑤通入N2至0.8-3.5Pa，引燃Cr靶和Al靶电弧，Cr靶电弧电流为100A，一个Al靶电弧电流为80A，其余两个Al靶电弧电流均为50A，在450V偏压下沉积AlCrN耐磨涂层，2小时；
⑥随炉冷却至100℃以下出炉
得到的深灰色AlCrN复合涂层，厚度约23μm，经微观分析，涂层中分布平均粒度为0.9μm的Al颗粒(约10vt.％)，摩擦系数测定值为0.17，硬度为2400HV。
实施例2：60Si2Mn钢质活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法：
①将活塞环用溶剂去除油污，并经超声波清洗干净，干燥后用专用夹具装入六个弧靶(3个Al靶，3个Cr靶)的真空多弧离子镀膜机中，抽真空至1.3×10-3Pa，再加热至450℃，保温40min；
②通入99.99％的Ar气，在1000V偏压下，Ar离子轰击20min左右；
③将Ar气压力降至2-3Pa，引燃Cr靶电弧，在1000V偏压下，对活塞环表面进行Cr离子和Ar离子混合等离子轰击10min左右；
④关闭Ar气和Cr靶电弧，引燃Al靶电弧，电流50A，在150V偏压下，沉积纯Al过渡层，20min；
⑤通入N2至1.5-3.5Pa，引燃Cr靶和Al靶电弧，Cr靶电弧电流为80A，一个Al靶电弧电流为70A，两个Al靶电弧电流为40A，在400V偏压下沉积AlCrN耐磨涂层，3小时。
⑥随炉冷却至100℃以下出炉。
得到约28μm的深灰色AlCrN复合涂层，经微观分析，涂层中分布平均粒度为0.6μm的Al颗粒(约8vt％)，摩擦系数测定值为0.21，硬度为2200HV。
Claims (3)
1.活塞环表面铝铬氮复合涂层，其特征在于复合涂层有两层构成，底层约2μm的纯Al过渡层，表层为AlCrN耐磨涂层，其厚度为10-30μm，并在其中分布体积比为10％左右，颗粒平均粒度小于1μm的纯Al颗粒质点。
2.根据权利要求1所述的活塞环表面铝铬氮复合涂层，其特征在于表层AlCrN耐磨涂层呈深灰色，硬度达2100-2600HV，摩擦系数为0.14-0.22。
3.一种制备权利要求1所述活塞环表面铝铬氮复合涂层的工艺方法，其特征在于是采用真空多弧离子镀气相沉积工艺，多弧离子镀膜机中至少有2个纯Al靶和2个纯Cr靶，构成对靶，纯Al靶含Al量为99.99％，纯Cr靶含Cr量为99.8％，按下列工艺步骤，在钢质或铸铁活塞环表面沉积铝铬氮复合涂层：
①将活塞环用溶剂去污除油，并经超声波清洗干净，干燥后装入真空多弧离子镀膜机中，抽真空至1.3×10-3Pa，再加热至450-500℃，保温40min；
②向真空多弧离子镀膜机中通入99.99％的Ar气，在900V-1200V电压下，Ar离子轰击20min左右；
③将Ar气压力降至2-3Pa，引燃Cr靶电弧，在900V-1200V电压下，对活塞环表面进行Cr离子和Ar离子混合等离子轰击10min左右；
④关闭Ar气和Cr靶电弧，引燃Al靶电弧，弧靶电流40-50A，在150-200V偏压下，沉积纯Al过渡层，20min；
⑤向真空多弧离子镀膜机通入N2至1.5-3.5Pa，引燃Cr靶和Al靶电弧，Cr靶电弧电流为80-100A，一个Al靶电弧电流为70A，其余Al靶电弧电流为40-50A，在400V-500V偏压下沉积AlCrN耐磨涂层；
⑥随炉冷却至100℃以下出炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101367503A CN101818321B (zh) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | 活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101367503A CN101818321B (zh) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | 活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101818321A CN101818321A (zh) | 2010-09-01 |
| CN101818321B true CN101818321B (zh) | 2011-10-26 |
Family
ID=42653591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010101367503A Expired - Fee Related CN101818321B (zh) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | 活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101818321B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102011091B (zh) * | 2010-12-17 | 2012-02-01 | 上海理工大学 | 高硬度高弹性模量CrAlN保护涂层及其制备方法 |
| CN103866252A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 在活塞表面制备复合薄膜技术 |
| CN103132026B (zh) * | 2013-03-04 | 2016-01-27 | 常州大学 | 阴极弧离子镀制备AlCrN涂层的装置和方法 |
| CN103696942B (zh) * | 2013-12-17 | 2016-04-06 | 成都展望能源机械有限公司 | 一种组合式压缩机亚稳态非晶碳涂层活塞环 |
| CN103696946B (zh) * | 2013-12-17 | 2016-04-06 | 成都展望能源机械有限公司 | 组合式压缩机复合涂层活塞环 |
| CN103789725B (zh) * | 2014-01-29 | 2016-08-31 | 仪征亚新科双环活塞环有限公司 | 一种活塞环表面的多层多元复合硬质pvd镀层、活塞环及制备工艺 |
| CN104451542A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-03-25 | 大连维钛克科技股份有限公司 | 一种耐高温高硬度低摩擦系数的多层涂层及其制备方法 |
| CN105839049B (zh) * | 2016-04-07 | 2018-08-07 | 南京航空航天大学 | 一种钛铝合金表面抗高温氧化、耐磨损AlCrN涂层及其制备方法 |
| CN110257787B (zh) * | 2019-06-18 | 2021-11-30 | 南京航空航天大学 | 一种TA15合金表面抗冲蚀磨损CrAlN-CrAl涂层及其制备方法 |
| CN112708852B (zh) * | 2020-12-22 | 2022-12-16 | 安徽工业大学 | 一种原位高能Ar+刻蚀后处理改善AlCrN涂层刀具性能的方法 |
| CN114411095B (zh) * | 2021-11-11 | 2023-08-15 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 螺栓表面复合抗磨蚀防护涂层及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100350070C (zh) * | 2005-12-15 | 2007-11-21 | 西安理工大学 | 一种微型钻头复合镀层的制备方法 |
| CN101280428A (zh) * | 2007-04-04 | 2008-10-08 | 北京实力源科技开发有限责任公司 | 一种装饰防护涂层及其合成方法 |
| GB2450933A (en) * | 2007-07-13 | 2009-01-14 | Hauzer Techno Coating Bv | Method of providing a hard coating |
| CN101210310B (zh) * | 2007-12-21 | 2010-12-08 | 广州有色金属研究院 | 微型钻头表面改性用多元多层硬质薄膜材料及其制备方法 |
| CN100577860C (zh) * | 2008-07-23 | 2010-01-06 | 西南交通大学 | 一种低应力氮化铬多层硬质薄膜的制备方法 |
-
2010
- 2010-03-31 CN CN2010101367503A patent/CN101818321B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101818321A (zh) | 2010-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101818321B (zh) | 活塞环表面铝铬氮复合涂层及其工艺方法 | |
| EP2907889B1 (en) | A multilayer multi-element composite hard PVD coating on the surface of a piston ring, a piston ring and a preparation process | |
| CN102080207B (zh) | 一种DLC/TiAlN/CrN/Cr多层超硬膜涂层及其制备方法 | |
| CN105887159B (zh) | 一种兼具装饰性和功能性的镁合金复合涂层制备方法 | |
| JP7018988B2 (ja) | 耐摩耗および減摩の作用を有するメッキ層、その調製方法、およびピストンリング | |
| CN101746091A (zh) | 用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层及制备方法 | |
| CN105671499B (zh) | 一种耐磨耐蚀CrAlSiN复合涂层及其制备方法 | |
| CN109735803A (zh) | 一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层及其制备方法 | |
| WO2015082235A1 (en) | Sliding combination for use in an internal combustion engine | |
| CN107164731A (zh) | 一种镁合金表面铝复合防护层的制备方法 | |
| CN103243304B (zh) | 一种提高金属工件表面力学性能的方法 | |
| US8795840B2 (en) | Coated article and method for making the same | |
| CN103225064A (zh) | 类金刚石涂层活塞环的制备方法 | |
| CN100439100C (zh) | 一种取代活塞环表面电镀硬铬的复合涂层及其加工方法 | |
| CN101148102B (zh) | 一种碳基钨涂层及其制备方法 | |
| CN103290358A (zh) | 用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀的复合涂层及制备方法 | |
| CN108018524A (zh) | 一种低应力wb2多层硬质涂层的制备方法 | |
| CN109957756A (zh) | 一种铝/氧化铝复合阻氢涂层 | |
| CN101880876B (zh) | 压缩机滑片及其表面涂层处理方法 | |
| CN108359938B (zh) | 一种活塞环表面超厚类金刚石薄膜涂层制备方法 | |
| CN108728804B (zh) | 一种用于铝合金活塞燃烧室面的CrAlN隔热涂层及其制备方法 | |
| TW201243090A (en) | Anticorrosive treatment for aluminum alloy and aluminum alloy articles manufactured thereof | |
| CN203270033U (zh) | 用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀的复合涂层 | |
| JP2013044382A (ja) | 船舶用ピストンリング及びその製造方法 | |
| KR20120129445A (ko) | 내산화성 내마모성의 복합 다층 코팅층 제조. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111026 Termination date: 20150331 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |