CN101922513B - 具有真空溅镀镀层的轴瓦及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有真空溅镀镀层的轴瓦及其生产方法，具有真空溅镀镀层的轴瓦包括依次设置的钢背层、基底层、镍栅层和减摩层，其特征在于：所述减摩层由铜锡合金构成，按重量百分含量计算，铜锡合金各元素的配比是：锡5-7%，其余为铜，生产前述的具有空溅镀镀层的轴瓦的方法即是轴瓦内圆采用真空溅镀沉积一层无铅材料铜锡合金减摩层。本发明合金镀层轴瓦具有镀层的致密度好、抗疲劳强度高、耐磨性优良且环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机之滑动轴承技术领域，尤其涉及一种具有真空溅镀镀层的轴瓦及其生产方法。
背景技术
轴瓦，是一种用于保护轴的元件。内燃机滑动轴承主要包括轴瓦、衬套、翻边瓦及止推片。滑动轴承的主要作用有：1、支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度；2、减少转轴与支承之间的摩擦与磨损。对于高速、重载、高精度、结构上需要剖分的场合，需采用滑动轴承，如汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机等。轴承中起支承轴颈作用的零件是轴瓦，因此轴瓦是滑动轴承中的重要零件。
轴瓦作为发动机最关键的零件之一，轴瓦的性能好坏直接影响着发动机的性能。随着内燃机向高速、高载、环保方向发展，对轴瓦性能的要求不断提高，要求轴瓦不仅有高的承载能力和抗疲劳强度，同时具有良好的耐磨性、耐腐蚀性。近年来，随着经济的发展，人们对汽车的需求不断增加，环境的污染问题越来越受到人们的关注。随着人们环境保护意识的增强，内燃机对轴瓦还要具有良好的环保性能。
传统的铜合金轴瓦目前在高承载内燃机上得到很广泛的应用，其在结构形式上由一个钢背层、一个铜合金的基底层、镍栅层以及减摩层组成，其中基底层在钢背层上，镍栅层镀在基底层上，减摩层镀在镍栅层上。减摩层一般采用铅锡铜（PbSnCu）三元合金。这种轴瓦能在一种程度上满足发动机的基本要求，但是应用在强化的内燃机上，由于减摩层的抗疲劳强度低，不能满足汽车内燃机发展需要，轴瓦的抗疲劳强度、耐腐蚀性及耐磨性都有待提高。同时由于轴瓦中含有铅等有害金属元素，轴瓦对环境破坏的影响不容忽视，必须生产环保型轴瓦，从而符合社会的发展需要。
传统的轴瓦减摩层一般是通过电镀的方法沉积而成的。众所周知，在生产的过程中，由于是电镀本身对环境及人员是非常有害的，这也是其一大缺点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镀层的致密度好、抗疲劳强度高、耐磨性优良和环保的具有真空溅镀镀层的轴瓦。
本发明的另一个目的在于提供一种生产具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，使生产出来的轴瓦具有高抗疲劳强度、高承载能力、耐磨性好的性能，环保。
本发明技术方案如下：一种具有真空溅镀镀层的轴瓦，包括依次设置的钢背层、基底层、镍栅层和减摩层，其特征在于：所述减摩层由铜锡合金构成，按重量百分含量计算，铜锡合金各元素的配比是：锡5-7%，其余为铜。
所述铜锡合金各元素的配比是：锡5%，其余为铜；或者所述铜锡合金各元素的配比是：锡6%，其余为铜；或者所述铜锡合金各元素的配比是：锡7%，其余为铜。
所述减摩层的厚度为15-20μm。
一种生产前述的具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将轴瓦基体安装到溅镀设备内，对溅镀设备内部抽真空到设定值；
2）在前述设定的真空条件下采用离子电源对轴瓦表面进行离子清洗；
3）在轴瓦基体与靶材之间建立水平正交电磁场，其中电场由一直流偏压电源提供电场能，直流偏压电源从50V-900V连续可调，脉冲频率从10%-85%连续可调，磁场由一磁控电源提供磁场能，磁控电源为直流磁控电源且其值从100V-900V连续可调；
4）对轴瓦基体的内圆面溅镀镍栅层，轴瓦基体为通过浇铸或烧结到钢背层上的铜基合金，靶材为纯度为99.9%的镍耙，对水平正交电磁场加上电源，水平的正交电磁场对靶材进行轰击，靶材的中性粒子被击出后沉积到轴瓦内圆表面，形成一层膜层即镍栅层；
5）在步骤4）完成后，在镍栅层上溅镀铜锡合金减摩层，镍栅层即为步骤4）之镍栅层，靶材为纯度为99.9%的CuSn6，对水平正交电磁场加上电源，水平的正交电磁场对靶材进行轰击，靶材的中性粒子被击出后沉积到轴瓦内圆表面镍栅层之面上，形成一层膜层即CuSn6减摩层；
6）经冷却后取出轴瓦。
在步骤4）、步骤5）中的水平正交电磁场内加入惰性气体，所述惰性气体为纯度99.99%以上的氩气或氦气。在步骤4）、步骤5）中，以水冷方式对靶材及磁场中的永磁体进行冷却处理。
本发明的有益效果是：（1）采用真空溅镀轴瓦镀层的方式，所生产的轴瓦镀层的致密度好，在金相显微镜下观察或通过对比实验分析，其致密度大大强于传统的电镀减摩层；抗疲劳强度很高，经过试验台测试，其抗疲劳强度在130MPa以上，大大优于传统镀层；轴瓦的耐磨性优良，是铅锡铜合金镀层的两倍以上；硬度也较高，是水镀生产出来的镀层硬度的2-3倍。
（2）环保。镀层本身不含铅等有毒元素，因而轴瓦具有很好的环保性能；镀层的沉积过程也是环保的，沉积过程不是在水中进行，而是在高真空环境下进行，整个过程只需加入媒介气体氩气或氦气，不会对环境造成破坏；对人的身体健康也是环保的，整个过程只是在装瓦及下瓦的过程中需要人工进行，其它所有工序均可采用自动智能化控制。
（3）采用本发明生产具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，几乎对所有的材料都可以通过真空溅镀的方法获得一层薄膜，突破了电镀的局限性，因为电镀受到多种因素的影响，特别是金属的化学性质限制了很多材料无法通过电镀的方式形成镀层。
（4）在步骤4）、步骤5）中的水平正交电磁场内加入惰性气体，如纯度99.99%以上的氩气或氦气，惰性气体的加入，增加了正交电磁场中的各离子、电子碰撞的时间和机率，有利于溅镀顺利进行和溅镀的效果。
下面是本发明所述的具有真空溅镀镀层的轴瓦与现有技术比较例之轴瓦的具体对比见表1。
表1 本发明与比较例的性能比较：
表1中减摩层材料的抗疲劳强度采用“蓝宝石疲劳试验台”测试。
通过耐磨损性采用“磨损试验机”对比测试，可知，本发明之减摩层材料的抗疲劳强度（MPa），镀层的致密度好，整个轴瓦的抗疲劳强度高、耐磨损性优良。
附图说明
图1为本发明具有真空溅镀镀层的轴瓦的剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括钢背层1和铜基合金制成的基底层2。所述的基底层2设置在钢背层1上，在基底层2上真空溅镀一层镍栅层3，镍栅层3的厚度为1-3μm，在镍栅层3上真空溅镀一层减摩层4。所述的减摩层4的材料是铜锡合金，即CuSn6，重量百分含量计算其成分比为锡:5-7%，铜余量，其厚度为15-20μm。铜基合金基底层2可通过浇铸或烧结到钢背层1上。减摩层4的抗疲劳强度可达130-150MPa。
实施例一：
铜锡合金各元素的配比是：锡5%，其余为铜。
实施例二：
铜锡合金各元素的配比是：锡6%，其余为铜。
实施例三：
铜锡合金各元素的配比是：锡7%，其余为铜。
一种制造上述具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，包括以下步骤：
1）将轴瓦基体安装到溅镀设备内，对溅镀设备内部抽真空到设定值；
2）在前述设定的真空条件下采用离子电源对轴瓦表面进行离子清洗；
3）在轴瓦基体与靶材之间建立水平正交电磁场，其中电场由一直流偏压电源提供电场能，直流偏压电源从50V-900V连续可调，脉冲频率从10%-85%连续可调，磁场由一磁控电源提供磁场能，磁控电源为直流磁控电源且其值从100V-900V连续可调；
4）对轴瓦基体的内圆面溅镀镍栅层，轴瓦基体为通过浇铸或烧结到钢背层上的铜基合金，靶材为纯度为99.9%的镍耙，对水平正交电磁场加上电源，水平的正交电磁场对靶材进行轰击，靶材的中性粒子被击出后沉积到轴瓦内圆表面，形成一层膜层即镍栅层；
5）在步骤4）完成后，在镍栅层上溅镀铜锡合金减摩层，镍栅层即为步骤4）之镍栅层，靶材为纯度为99.9%的CuSn6，对水平正交电磁场加上电源，水平的正交电磁场对靶材进行轰击，靶材的中性粒子被击出后沉积到轴瓦内圆表面镍栅层之面上，形成一层膜层即CuSn6减摩层；
6）经冷却后取出轴瓦。
在步骤4）、步骤5）中的水平正交电磁场内加入惰性气体，所述惰性气体为纯度99.99%以上的氩气或氦气。
在步骤4）、步骤5）中，以水冷方式对靶材及磁场中的永磁体进行冷却处理。
Claims (9)
1.一种具有真空溅镀镀层的轴瓦，包括依次设置的钢背层、基底层、镍栅层和减摩层，其特征在于：所述减摩层由铜锡合金构成，按重量百分含量计算，铜锡合金各元素的配比是：锡5-7%，其余为铜。
2.根据权利要求1所述的具有真空溅镀镀层的轴瓦，其特征在于：所述铜锡合金各元素的配比是：锡5%，其余为铜。
3.根据权利要求1所述的具有真空溅镀镀层的轴瓦，其特征在于：所述铜锡合金各元素的配比是：锡6%，其余为铜。
4.根据权利要求1所述的具有真空溅镀镀层的轴瓦，其特征在于：所述铜锡合金各元素的配比是：锡7%，其余为铜。
5.根据权利要求1-4所述的任一种具有真空溅镀镀层的轴瓦，其特征在于：所述减摩层的厚度为15-20μm。
6.一种生产权利要求1所述的具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将轴瓦基体安装到溅镀设备内，对溅镀设备内部抽真空到设定值；
2）在前述设定的真空条件下采用离子电源对轴瓦表面进行离子清洗；
3）在轴瓦基体与靶材之间建立水平正交电磁场，其中电场由一直流偏压电源提供电场能，直流偏压电源从50V-900V连续可调，脉冲频率从10%-85%连续可调，磁场由一磁控电源提供磁场能，磁控电源为直流磁控电源且其值从100V-900V连续可调；
4）对轴瓦基体的内圆面溅镀镍栅层，轴瓦基体为通过浇铸或烧结到钢背层上的铜基合金，靶材为纯度为99.9%的镍耙，对水平正交电磁场加上电源，水平的正交电磁场对靶材进行轰击，靶材的中性粒子被击出后沉积到轴瓦内圆表面，形成一层膜层即镍栅层；
5）在步骤4）完成后，在镍栅层上溅镀铜锡合金减摩层，镍栅层即为步骤4）之镍栅层，靶材为纯度为99.9%的CuSn6，对水平正交电磁场加上电源，水平的正交电磁场对靶材进行轰击，靶材的中性粒子被击出后沉积到轴瓦内圆表面镍栅层之面上，形成一层膜层即CuSn6减摩层；
6）经冷却后取出轴瓦。
7.根据权利要求6所述的生产具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，其特征在于：在步骤4）、步骤5）中的水平正交电磁场内加入惰性气体。
8.根据权利要求7生产所述的具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，其特征在于：所述惰性气体为纯度99.99%以上的氩气或氦气。
9.根据权利要求6或7生产所述的具有真空溅镀镀层的轴瓦的方法，其特征在于：所述步骤4）、步骤5）中，以水冷方式对靶材及磁场中的永磁体进行冷却处理。
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