CN102661263B - 耐磨的压缩机活塞销及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐磨的压缩机活塞销，包括一压缩机活塞销本体，该压缩机活塞销本体中部制有摩擦部，摩擦部一侧的压缩机活塞销本体上制有弹性销孔，其在摩擦部外壁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，有效提高了活塞销的使用寿命，并可有效提高压缩机效率。

Description

耐磨的压缩机活塞销及其制备方法

技术领域

本发明属于压缩机活塞销领域，尤其是一种耐磨的压缩机活塞销及其制备方法。

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活塞销直径，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，使降低活塞销直径的方法，受到限制。另外还有对活塞销的表面处理，由于淬火无法达到要求，目前高端压缩机活塞销采用氮化处理，氮化深度5-10um，但偏差较大，需要重新精磨，保证圆柱度,但在使用中，仍然无法满足要求。

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活塞销，该压缩机活塞销耐磨性强、表面摩擦系数低、结构简单、设计科学合理、成本较低、硬度高，有效提高了活塞销的使用寿命，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活塞销的制备方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种耐磨的压缩机活塞销，包括一压缩机活塞销本体，该压缩机活塞销本体中部制有摩擦部，摩擦部一侧的压缩机活塞销本体上制有弹性销孔，其在摩擦部外壁沉积有类金刚石薄膜。

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％。

一种耐磨的压缩机活塞销的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：

⑴、开启设备：将现有的压缩机活塞销处理后露出摩擦部放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10^e-2帕，开始升温，并保持温度在70～200℃；继续抽真空至小于6×10^e-3帕为止；启动转盘，转盘转速1-3转/分钟；

⑵、压缩机活塞销的清洗刻蚀：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，对压缩机活塞销施加负偏压-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6×10^e-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，得到耐磨的压缩机活塞销。

本发明的优点和有益效果为：

本耐磨的压缩机活塞销，包括一压缩机活塞销本体，该压缩机活塞销本体中部制有摩擦部，摩擦部一侧的压缩机活塞销本体上制有弹性销孔，其在摩擦部外壁沉积有类金刚石薄膜，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％，沉积类金刚石薄膜的压缩机活塞销耐磨性强，薄膜与活塞销结合力强、薄膜韧性好、摩擦系数低、硬度高，提高了压缩机活塞销的使用寿命，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；

图2为图1的A-A向剖视图。

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

一种耐磨的压缩机活塞销，包括一压缩机活塞销本体2，该压缩机活塞销本体中部制有摩擦部3，摩擦部一侧的压缩机活塞销本体上制有弹性销孔1，其在摩擦部外壁沉积有类金刚石薄膜4，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％。

一种耐磨的压缩机活塞销的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：

⑴、开启设备：将现有的压缩机活塞销处理后露出摩擦部放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10^e-2帕，开始升温，并保持温度在70℃；继续抽真空至小于6×10^e-3帕为止；启动转盘，转盘转速1转/分钟；

⑵、压缩机活塞销的清洗刻蚀：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，对压缩机活塞销施加负偏压-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6×10^e-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，得到耐磨的压缩机活塞销。

本实施例制备的耐磨的压缩机活塞销其涂有薄膜的性能：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

一种耐磨的压缩机活塞销，包括一压缩机活塞销本体，该压缩机活塞销本体中部制有摩擦部，摩擦部一侧的压缩机活塞销本体上制有弹性销孔，其在摩擦部外壁沉积有类金刚石薄膜，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％。

一种耐磨的压缩机活塞销的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：

⑴、开启设备：将现有的压缩机活塞销处理后露出摩擦部放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10^e-2帕，开始升温，并保持温度在200℃；继续抽真空至小于6×10^e-3帕为止；启动转盘，转盘转速3转/分钟；

⑵、压缩机活塞销的清洗刻蚀：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，对压缩机活塞销施加负偏压-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6×10^e-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，得到耐磨的压缩机活塞销。

实施例3

一种耐磨的压缩机活塞销，包括一压缩机活塞销本体，该压缩机活塞销本体中部制有摩擦部，摩擦部一侧的压缩机活塞销本体上制有弹性销孔，其在摩擦部外壁沉积有类金刚石薄膜，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％。

一种耐磨的压缩机活塞销的制备方法，其制备方法包括的步骤如下：

⑴、开启设备：将现有的压缩机活塞销处理后露出摩擦部放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10^e-2帕，开始升温，并保持温度在150℃；继续抽真空至小于6×10^e-3帕为止；启动转盘，转盘转速2转/分钟；

⑵、压缩机活塞销的清洗刻蚀：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，对压缩机活塞销施加负偏压-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6×10^e-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，得到耐磨的压缩机活塞销。

Claims (1)

1.一种耐磨的压缩机活塞销的制备方法，包括一压缩机活塞销本体，该压缩机活塞销本体中部制有摩擦部，摩擦部一侧的压缩机活塞销本体上制有弹性销孔，在摩擦部外壁沉积有类金刚石薄膜，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，含氮量<10％，其特征在于：该制备方法包括的步骤如下：

⑴、开启设备：将压缩机活塞销处理后露出摩擦部放入真空室内的转盘上，关闭真空室，使真空室压力为10^e-2帕，开始升温，并保持温度在70～200℃；继续抽真空至小于6×10^e-3帕为止；启动转盘，转盘转速1-3转/分钟；

⑵、压缩机活塞销的清洗刻蚀：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，对压缩机活塞销施加负偏压-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6×10^e-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，得到耐磨的压缩机活塞销。