CN102628154B - 耐磨的压缩机曲轴制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨的压缩机曲轴，包括短轴、曲柄以及长轴，短轴固装在曲柄的上面，长轴固装在曲柄的下面，长轴上制有油槽，且长轴上制有上摩擦部以及下摩擦部，其在短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁均喷涂有类金刚石薄膜。本发明耐磨性强、表面摩擦系数低、结构简单、设计科学合理、成本较低、硬度高，有效提高了压缩机曲轴的使用寿命，并可有效提高压缩机效率。
Description
技术领域
本发明属于压缩机曲轴领域，尤其是一种耐磨的压缩机曲轴及其制备方法。
背景技术
为进一步提高压缩机效率，压缩机厂家均采用降低曲轴直径，减少接触面积的办法，提高效率，但其耐磨损性能大幅度降低，无法满足可靠性的需要，使降低曲轴直径的方法，受到限制。当前，压缩机制造业对曲轴的表面处理，普遍采用两种工艺：1.曲轴表面进行磷化处理：磷化处理的磷化膜，一般1-3微米，膜-基结合力低，很容易脱落，且摩擦系数高，耐磨损能力差，且膜厚偏差较大，大约在0.5-1微米,在使用中，无法满足需求，且磷化处理使用中物质，不能直接排放，对环境具有危害性；2.磷化处理后，喷涂MOS2涂层：薄膜厚度1-3微米,膜-基结合力和磷化相比，没有改善，但降低了摩擦系数；MoS2涂层在300℃时开始氧化，且在潮湿环境下，很容易失效，因此，和磷化性比，提高了一定的压缩机效率，但仍然无法满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐磨的压缩机曲轴，该压缩机曲轴耐磨性强、表面摩擦系数低、结构简单、设计科学合理、成本较低、硬度高，有效提高了压缩机曲轴的使用寿命，并可有效提高压缩机效率。
本发明的另一个目的在于提供一种耐磨的压缩机曲轴的制备方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种耐磨的压缩机曲轴，包括短轴、曲柄以及长轴，短轴固装在曲柄的上面，长轴固装在曲柄的下面，长轴上制有油槽，且长轴上制有上摩擦部以及下摩擦部，其在短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁均喷涂有类金刚石薄膜。
而且，所述的类金刚石薄膜从内层至外层分别包括基体渗氮层、铬扩散过渡层、碳、氮的富铬混合层以及类金刚石涂层，基体渗氮层的厚度为20～100nm，铬扩散过渡层的厚度为350～800nm，碳、氮的富铬混合层的厚度为100～300nm，类金刚石涂层的厚度为1000～1800nm，含 N量<10%。
一种耐磨的压缩机曲轴的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：
⑴、开启设备：将现有的压缩机曲轴处理后露出短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10e-2帕，开始升温，并保持温度在70～200℃；继续抽真空至小于6×10e-3帕为止；启动转盘，转盘转速1-3转/分钟；
⑵、压缩机曲轴的清洗刻蚀：通入2～5标况毫升每分的氩气，使真空室内压力达到0.1～0.6帕；打开负偏压电源，对压缩机曲轴施加负偏压-500～-1000伏；然后打开离子源，电压900～2000伏，电流80～180毫安,；时间10～20分钟；
⑶、抽气：关闭负偏压电源、离子源以及氩气，抽真空至小于6×10e-3帕；
⑷、基体渗氮层沉积：通入1～2标况毫升每分的氮气，保持真空度0.1～0.6帕，开启负偏压电源，-2000伏，然后开启离子源电压900～2000伏，时间30～60分钟后，关闭离子源、负偏压电源以及氮气形成基体渗氮层；
⑸、铬扩散过渡层沉积：通入10～30标况毫升每分的氩气，至真空度0.5～1.3帕，开启负偏压电源至-500～-1000伏，开启磁控铬靶电源，电流3～6安，时间30～100分钟后，关闭氩气、磁控铬靶电源以及负偏压电源形成铬扩散过渡层；
⑹、碳、氮的富铬混合层沉积：同时通入10～30标况毫升每分的乙炔气以及3-8标况毫升每分的氮气，真空度保持在0.2～0.6帕，开启负偏压电源-1000～-1500伏,开启离子源，电压1000～2000伏，沉积时间40～90分钟，形成碳、氮的富铬混合层；
⑺、类金刚石涂层沉积：降低50%的氮气流量，继续沉积，时间80～100分钟；关闭氮气，继续沉积60分钟，形成类金刚石涂层；
⑻、保养：关闭所有气体，负偏压电源以及离子源电源，保持抽真空，控制真空度在103帕，10～30分钟，得到耐磨的压缩机曲轴。
本发明的优点和有益效果为：
本耐磨的压缩机曲轴，包括短轴、曲柄以及长轴，短轴固装在曲柄的上面，长轴固装在曲柄的下面，长轴上制有油槽，且长轴上制有上摩擦部以及下摩擦部，其在短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁均喷涂有类金刚石薄膜，该类金刚石薄膜从内层至外层分别包括基体渗氮层、铬扩散过渡层、碳、氮的富铬混合层以及类金刚石涂层，基体渗氮层的厚度为20～100nm，铬扩散过渡层的厚度为350～800nm， 碳、氮的富铬混合层的厚度为100～300nm，类金刚石涂层的厚度为1000～1800nm，含N量<10%，喷涂类金刚石薄膜的压缩机曲轴耐磨性强，薄膜与压缩机曲轴结合力强、薄膜韧性好、摩擦系数低、硬度高，提高了压缩机曲轴的使用寿命，降低了成本，并可有效提高压缩机效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
一种耐磨的压缩机曲轴，包括短轴1、曲柄2以及长轴7，短轴固装在曲柄的上面，长轴固装在曲柄的下面，长轴上制有油槽4，且长轴上制有上摩擦部3以及下摩擦部5，其在短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁均喷涂有类金刚石薄膜6，该类金刚石薄膜由内层到外层分别包括基体渗氮层、铬扩散过渡层、碳、氮的富铬混合层以及类金刚石涂层，基体渗氮层的厚度为20nm，铬扩散过渡层的厚度为350nm，碳、氮的富铬混合层的厚度为100nm，类金刚石涂层的厚度为1000nm，含N量8%。
一种耐磨的压缩机曲轴的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：
⑴、开启设备：将现有的压缩机曲轴处理后露出短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10e-2帕，开始升温，并保持温度在70℃；继续抽真空至小于6×10e-3帕为止；启动转盘，转盘转速1转/分钟；
⑵、压缩机曲轴的清洗刻蚀：通入2标况毫升每分的氩气，使真空室内压力达到0.1帕；打开负偏压电源，对压缩机曲轴施加负偏压-500伏；然后打开离子源，电压900伏，电流80毫安,；时间10分钟；
⑶、抽气：关闭负偏压电源、离子源以及氩气，抽真空至小于6×10e-3帕；
⑷、基体渗氮层沉积：通入1标况毫升每分的氮气，保持真空度0.1帕，开启负偏压电源，-2000伏，然后开启离子源电压900伏，时间30分钟后，关闭离子源、负偏压电源以及氮气形成基体渗氮层；
⑸、铬扩散过渡层沉积：通入10标况毫升每分的氩气，至真空度0.5帕，开启负偏压电源至-500伏，开启磁控铬靶电源，电流3安，时间30分钟后，关闭氩气、磁控铬靶电源以及负偏压电源形成铬扩散过渡层；
⑹、碳、氮的富铬混合层沉积：同时通入10标况毫升每分的乙炔气 以及3标况毫升每分的氮气，真空度保持在0.2帕，开启负偏压电源-1000伏,开启离子源，电压1000伏，沉积时间40分钟，形成碳、氮的富铬混合层；
⑺、类金刚石涂层沉积：降低50%的氮气流量，继续沉积，时间80分钟；关闭氮气，继续沉积60分钟，形成类金刚石涂层；
⑻、保养：关闭所有气体，负偏压电源以及离子源电源，保持抽真空，控制真空度在103帕，10分钟，得到耐磨的压缩机曲轴。
本实施例制备的耐磨的压缩机曲轴其涂有薄膜的性能：HV硬度：1900-2400，洛氏压痕：HF1-3，划痕法结合力：>30N，表面粗糙度：Ra0.02-0.05，应用磨损：450N，350RPM，摩擦系数0.05-0.09，摩擦力500-900N，失效时间>30hr。
实施例2
一种耐磨的压缩机曲轴，包括短轴、曲柄以及长轴，短轴固装在曲柄的上面，长轴固装在曲柄的下面，长轴上制有油槽，且长轴上制有上摩擦部以及下摩擦部，其在短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁均喷涂有类金刚石薄膜，该类金刚石薄膜由内层至外层分别包括基体渗氮层、铬扩散过渡层、碳、氮的富铬混合层以及类金刚石涂层，基体渗氮层的厚度为100nm，铬扩散过渡层的厚度为800nm，碳、氮的富铬混合层的厚度为300nm，类金刚石涂层的厚度为1800nm，含N量9%。
一种耐磨的压缩机曲轴的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：
⑴、开启设备：将现有的压缩机曲轴处理后露出短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10e-2帕，开始升温，并保持温度在200℃；继续抽真空至小于6×10e-3帕为止；启动转盘，转盘转速3转/分钟；
⑵、压缩机曲轴的清洗刻蚀：通入5标况毫升每分的氩气，使真空室内压力达到0.6帕；打开负偏压电源，对压缩机曲轴施加负偏压-1000伏；然后打开离子源，电压2000伏，电流180毫安,；时间20分钟；
⑶、抽气：关闭负偏压电源、离子源以及氩气，抽真空至小于6×10e-3帕；
⑷、基体渗氮层沉积：通入2标况毫升每分的氮气，保持真空度0.6帕，开启负偏压电源，-2000伏，然后开启离子源电压2000伏，时间60分钟后，关闭离子源、负偏压电源以及氮气形成基体渗氮层；
⑸、铬扩散过渡层沉积：通入30标况毫升每分的氩气，至真空度1.3帕，开启负偏压电源至-1000伏，开启磁控铬靶电源，电流6安，时间100分钟后，关闭氩气、磁控铬靶电源以及负偏压电源形成铬扩散过渡层；
⑹、碳、氮的富铬混合层沉积：同时通入30标况毫升每分的乙炔气以及3-8标况毫升每分的氮气，真空度保持在0.6帕，开启负偏压电源-1500伏,开启离子源，电压2000伏，沉积时间90分钟，形成碳、氮的富铬混合层；
⑺、类金刚石涂层沉积：降低50%的氮气流量，继续沉积，时间100分钟；关闭氮气，继续沉积60分钟，形成类金刚石涂层；
⑻、保养：关闭所有气体，负偏压电源以及离子源电源，保持抽真空，控制真空度在103帕，30分钟，得到耐磨的压缩机曲轴。
实施例3
一种耐磨的压缩机曲轴，包括短轴、曲柄以及长轴，短轴固装在曲柄的上面，长轴固装在曲柄的下面，长轴上制有油槽，且长轴上制有上摩擦部以及下摩擦部，其在短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁均喷涂有类金刚石薄膜，该类金刚石薄膜由内层至外层分别包括基体渗氮层、铬扩散过渡层、碳、氮的富铬混合层以及类金刚石涂层，基体渗氮层的厚度为60nm，铬扩散过渡层的厚度为600nm，碳、氮的富铬混合层的厚度为200nm，类金刚石涂层的厚度为1400nm，含N量6%。
一种耐磨的压缩机曲轴的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：
⑴、开启设备：将现有的压缩机曲轴处理后露出短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10e-2帕，开始升温，并保持温度在150℃；继续抽真空至小于6×10e-3帕为止；启动转盘，转盘转速2转/分钟；
⑵、压缩机曲轴的清洗刻蚀：通入4标况毫升每分的氩气，使真空室内压力达到0.4帕；打开负偏压电源，对压缩机曲轴施加负偏压-700伏；然后打开离子源，电压1200伏，电流120毫安,；时间15分钟；
⑶、抽气：关闭负偏压电源、离子源以及氩气，抽真空至小于6×10e-3帕；
⑷、基体渗氮层沉积：通入1标况毫升每分的氮气，保持真空度0.4帕，开启负偏压电源，-2000伏，然后开启离子源电压1200伏，时间45分钟后，关闭离子源、负偏压电源以及氮气形成基体渗氮层；
⑸、铬扩散过渡层沉积：通入20标况毫升每分的氩气，至真空度0.8帕，开启负偏压电源至-800伏，开启磁控铬靶电源，电流4安，时间60分钟后，关闭氩气、磁控铬靶电源以及负偏压电源形成铬扩散过渡层；
⑹、碳、氮的富铬混合层沉积：同时通入20标况毫升每分的乙炔气以及3-8标况毫升每分的氮气，真空度保持在0.5帕，开启负偏压电源-1250伏,开启离子源，电压1500伏，沉积时间60分钟，形成碳、氮 的富铬混合层；
⑺、类金刚石涂层沉积：降低50%的氮气流量，继续沉积，时间90分钟；关闭氮气，继续沉积60分钟，形成类金刚石涂层；
⑻、保养：关闭所有气体，负偏压电源以及离子源电源，保持抽真空，控制真空度在103帕，20分钟，得到耐磨的压缩机曲轴。
Claims (2)
1.一种耐磨的压缩机曲轴的制备方法，所述的压缩机曲轴包括短轴、曲柄以及长轴，短轴固装在曲柄的上面，长轴固装在曲柄的下面，长轴上制有油槽，且长轴上制有上摩擦部以及下摩擦部，其特征在于：在短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁均沉积有类金刚石薄膜；制备方法包括如下步骤：
⑴、开启设备：将所述的压缩机曲轴处理后露出短轴的外壁、长轴的上摩擦部外壁以及下摩擦部外壁放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10e-2帕，开始升温，并保持温度在70～200℃；继续抽真空至小于 6×10e-3帕为止；启动转盘，转盘转速1-3转/分钟；
⑵、压缩机曲轴的清洗刻蚀：通入2～5标况毫升每分的氩气，使真空室内压力达到0.1～0.6帕；打开负偏压电源，对压缩机曲轴施加负偏压 -500～-1000伏；然后打开离子源，电压900～2000伏，电流80～180毫安,时间10～20分钟；
⑶、抽气：关闭负偏压电源、离子源以及氩气，抽真空至小于6×10e-3帕；
⑷、基体渗氮层沉积：通入1～2标况毫升每分的氮气，保持真空度0.1～0.6帕，开启负偏压电源-2000伏，然后开启离子源电压900～2000伏，时间30～60分钟后，关闭离子源、负偏压电源以及氮气形成基体渗氮层；
⑸、铬扩散过渡层沉积：通入10～30标况毫升每分的氩气，至真空度0.5～1.3帕，开启负偏压电源至-500～-1000伏，开启磁控铬靶电源，电流3～6安，时间30～100分钟后，关闭氩气、磁控铬靶电源以及负偏压电源形成铬扩散过渡层；
⑹、碳、氮的富铬混合层沉积：同时通入10～30标况毫升每分的乙炔气以及3-8标况毫升每分的氮气，真空度保持在0.2～0.6帕，开启负偏压电源-1000～-1500伏, 开启离子源，电压 1000～2000伏，沉积时间40～90分钟，形成碳、氮的富铬混合层；
⑺、类金刚石涂层沉积：降低50%的氮气流量，继续沉积，时间80～100分钟；关闭氮气，继续沉积60分钟，形成类金刚石涂层；
⑻、保养：关闭所有气体，负偏压电源以及离子源电源，保持抽真空，控制真空度在103帕，10～30分钟，得到耐磨的压缩机曲轴。
2.根据权利要求1所述的耐磨的压缩机曲轴的制备方法，其特征在于：所述的类金刚石薄膜从内层至外层分别包括基体渗氮层、铬扩散过渡层、碳、氮的富铬混合层以及类金刚石涂层，基体渗氮层的厚度为20～100 nm，铬扩散过渡层的厚度为350～800 nm，碳、氮的富铬混合层的厚度为100～300nm，类金刚石涂层的厚度为1000～1800nm，含N量<10%。
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