CN102661264B - 耐磨的压缩机活塞及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨的压缩机活塞，包括一压缩机活塞本体，该压缩机活塞本体外壁一端制有导向带，另一端制有密封带，在压缩机活塞本体外壁上制有活塞销孔，其在导向带以及密封带外壁均喷涂有类金刚石薄膜。喷涂类金刚石薄膜的压缩机活塞耐磨性强，薄膜与活塞结合力强、薄膜韧性好、摩擦系数低、硬度高，提高了压缩机活塞的使用寿命，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于压缩机活塞领域，尤其是一种耐磨的压缩机活塞及其制备方法。
背景技术
为了进一步提高压缩机效率，压缩机厂家必须降低活塞在运动中的磨损，提高活塞与缸体的密封性，目前活塞主要采用粉末冶金或高镍磷合金铸铁，但仍然无法通过高负载的磨损。当前，压缩机制造业对活塞的表面处理，普遍采用两种工艺：1.活塞表面进行磷化处理：磷化处理的磷化膜，一般1-3um，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，一般在0.5-1um,在使用中，无法达到上述新的要求；且磷化处理中的产物不能直接排放，对环境具有危害性，必须处理后，排放，成本较高。2.镍磷铸铁淬火或氮化处理：该处理方式无法在进一步提升压缩机活塞的耐磨性。
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，该压缩机活塞耐磨性强、表面摩擦系数低、结构简单、设计科学合理、成本较低、硬度高，有效提高了活塞的使用寿命，并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，包括一压缩机活塞本体，该压缩机活塞本体外壁一端制有导向带，另一端制有密封带，在压缩机活塞本体外壁上制有活塞销孔，其导向带以及密封带外壁均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处理后露出导向带以及密封带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、压缩机活塞的清洗刻蚀：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，得到耐磨的压缩机活塞。
本发明的优点和有益效果为：
本耐磨的压缩机活塞包括一压缩机活塞本体，该压缩机活塞本体外壁一端制有导向带，另一端制有密封带，在压缩机活塞本体外壁上制有活塞销孔，其导向带以及密封带外壁均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耐磨性强，薄膜与活塞结合力强、薄膜韧性好、摩擦系数低、硬度高，提高了压缩机活塞的使用寿命，降低了成本。
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，包括一压缩机活塞本体3，该压缩机活塞本体外壁一端制有导向带4，另一端制有密封带1，在压缩机活塞本体外壁上制有活塞销孔2，其导向带以及密封带外壁均沉积有类金刚石薄膜5，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处理后露出导向带以及密封带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、压缩机活塞的清洗刻蚀：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，得到耐磨的压缩机活塞。
本实施例制备的耐磨的压缩机活塞其涂有薄膜的性能：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，包括一压缩机活塞本体，该压缩机活塞本体外壁一端制有导向带，另一端制有密封带，在压缩机活塞本体外壁上制有活塞销孔，其导向带以及密封带外壁均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处理后露出导向带以及密封带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、压缩机活塞的清洗刻蚀：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，得到耐磨的压缩机活塞。
实施例3
一种耐磨的压缩机活塞，包括一压缩机活塞本体，该压缩机活塞本体外壁一端制有导向带，另一端制有密封带，在压缩机活塞本体外壁上制有活塞销孔，其导向带以及密封带外壁均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处理后露出导向带以及密封带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、压缩机活塞的清洗刻蚀：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，得到耐磨的压缩机活塞。
Claims (1)
1.一种耐磨的压缩机活塞的制备方法，包括一压缩机活塞本体，该压缩机活塞本体外壁一端制有导向带，另一端制有密封带，在压缩机活塞本体外壁上制有活塞销孔，在导向带以及密封带外壁均沉积有类金刚石薄膜，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：将压缩机活塞处理后露出导向带以及密封带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、压缩机活塞的清洗刻蚀：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；
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