CN102744930B

CN102744930B - 空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN102744930B
Application number: CN201210217526.6A
Authority: CN
Inventors: 王立平; 蒲吉斌; 万善宏; 王永欣; 薛群基
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102744930A

Abstract

本发明提供了一种空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜及其制备方法。该复合薄膜是以空调压缩机零部件，如滑片、活塞、叶片、转子、曲轴、副轴承、缸体等为基体，在该基体表面依次镀覆Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层、掺杂氮化硅、碳化硅、金刚石、三氧化二铝等微粉颗粒的金属镍基陶瓷复合硬化层、Cr/CrN过渡层和Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层而形成的。与现有技术相比，本发明的空调压缩零部件表面的复合薄膜集强韧、耐磨、减摩于一体，有效提高了压缩机零部件表面的耐冲击与润滑性能，延长了压缩机零部件的使用寿命，具有很好的应用价值。

Description

空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种空调压缩机零部件表面处理技术，具体涉及一种空调压缩机零部件表面的强韧与减摩润滑复合薄膜及其制备方法。

背景技术

旋转式压缩机作为空调系统中的核心组成部件，其内部关键零部件常处于高温、高压和高速运转状态，而新型环保冷媒在压缩机系统中的运用及压缩机朝着更高效和更高负荷方向的发展进一步加剧了压缩机关键零部件材料的摩擦磨损。例如，公开的R410A家用空调滑片式压缩机可靠性考核试验就发现现役不锈钢滑片的先端和两侧面磨损加剧，导致压缩机效率显著降低。

目前，国内R410A压缩机用滑片表面一般采用氮化方式进行表面处理，但其改善效果有限。为了提升压缩机关键零部件在边界润滑条件下的运行可靠性及减小磨合初期磨损，日本及欧美压缩机企业将自润滑性能优异的类金刚石碳（DLC）涂层应用于压缩机零部件表面。然而，在压缩机高/低速、高/低温及高/轻载大幅度变工况下，这类DLC涂层依然存在内应力和脆性大、膜基界面结合差等问题，导致发生疲劳裂纹或剥落。

汽车空调压缩机零部件通常采用轻量化设计来有效提高整机运行效率。然而，以铝质合金为代表的轻质合金取代压缩机铁质零部件仍面临严重摩擦磨损及腐蚀等问题，其中旋叶式铝合金叶片与滑槽及叶片顶部与缸体间的摩擦磨损严重影响着压缩机的可靠性和寿命。目前，国外采用复合电镀技术在高硅铝合金叶片表面构筑高性能镍基陶瓷复合镀层，从而赋予压缩机叶片良好的机械性能和优异的耐磨耐蚀性能。该技术的代表为日本“理研”公司的Ni-Co-P/Si₃N₄复合镀层技术，经过Ni-Co-P/Si₃N₄复合镀层处理的铝合金压缩机叶片，表面不仅硬度高、抗胶着，而且耐蚀和耐磨性能优良。然而，单纯的电镀金属基涂层依然存在摩擦系数较大的缺点，从而导致较大的压缩机摩擦功耗。尤其在贫油、冷启动和间歇运行等工况下以及磨合初期，直接沉积有金属陶瓷复合镀层或者金属氮化物镀层的压缩机摩擦副之间发生冷焊或咬死的几率很大，配副间严重的磨损致使其密封功能失效。

因此，为了提高压缩机零部件运行的稳定性、可靠性，延长服役寿命和减小功耗，亟需在压缩机零部件表面发展强韧与润滑复合一体化处理技术，使其具有高承载强度、低摩擦系数和优异的抗磨损抗腐蚀性能。

发明内容

本发明的技术目的是针对现有空调压缩机零部件表面直接沉积DLC镀层时所出现的内应力高、附着力差、承载能力弱等缺点，以及直接沉积镍基陶瓷复合镀层时所出现的在贫油或无油工况下的高摩擦磨损等问题，提供一种空调压缩机零部件表面的具有新型结构的复合薄膜，该复合薄膜具有高韧性、低摩擦、耐磨损等优点，能够有效提高压缩机零部件表面的耐冲击与润滑性能，延长压缩机零部件的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜，该复合薄膜是以空调压缩机零部件为基体，在该基体表面依次镀覆Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层、金属镍基陶瓷复合硬化层、Cr/CrN过渡层和Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层而形成的；

所述的金属镍基陶瓷复合硬化层是掺杂陶瓷颗粒的金属镍薄膜层，其中陶瓷颗粒为氮化硅、碳化硅、金刚石、三氧化二铝等微粉中的一种或多种；

所述的Cr/CrN过渡层由Cr过渡层、位于Cr过渡层表面的CrN过渡层组成。

上述技术方案中：

所述的压缩机零部件包括但不限于滑片、活塞、叶片、转子、曲轴、副轴承、缸体等。

所述的压缩机零部件的材质包括但不限于铝合金、铸铁、不锈钢等。

所述的Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层的厚度优选为2~3μm；

所述的金属镍基陶瓷复合硬化层的厚度优选为10~30μm；

所述的Cr/CrN过渡层的厚度优选为0.1~2.5μm；其中，所述的Cr过渡层的厚度优选为0.1~0.5μm；所述的CrN过渡层的厚度优选为0.1~2.0μm；

所述的Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层的厚度优选为2~3μm；

所述的金属镍基陶瓷复合硬化层中陶瓷颗粒的粒度优选为0.7~20μm，含量优选为10~30%。

组成所述复合薄膜的各层膜的制备方法不限，包括但不限于采用现有的薄膜制备技术，例如气相沉积技术或者液相电镀技术等。作为一种实现方式，可以采用液相电镀技术制备Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层，以及金属镍基陶瓷复合硬化层；可以采用多弧离子镀－磁控溅射复合沉积技术制备Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层。其中多弧离子镀－磁控溅射复合沉积技术是一种结合多弧离子镀技术与磁控溅射沉积技术于一体的气相真空镀膜技术。

本发明还提供了一种制备上述空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜的方法，该方法结合液相电镀技术与气相真空镀膜两种技术，具体包括如下步骤：

步骤1、基体表面清洗、除油；

步骤2、电镀Ni结合层或Ni-Co合金结合层

将步骤1处理后的基体通过阴极夹具放入盛有硫酸镍、硼酸及适量添加剂的电镀槽中，在基体表面电镀梯度Ni结合层；

或者，将步骤1处理后的基体通过阴极夹具放入盛有硫酸镍、硫酸钴、硼酸及适量添加剂的电镀槽中，在基体表面电镀梯度Ni-Co结合层；

步骤3、电镀金属镍基陶瓷复合硬化层

将步骤2处理后的基体通过阴极夹具放入装有硫酸镍、硫酸钴，硼酸、陶瓷颗粒及适量添加剂的电镀液中，在Ni结合层或Ni-Co结合层表面电镀镍基陶瓷复合硬化层；

步骤4、磁控溅射技术沉积Cr/CrN过渡层

将步骤3处理后的基体置于多弧离子镀－磁控溅射一体化装备的真空室中，抽真空后，磁控溅射开启，氩气氛中，以Cr为靶材，放电气压为0.1～1Pa，溅射中频电源功率为1000～1500W，基体上施加-200~-800V的负偏压，在基体上沉积Cr过渡层；然后通入氮气，溅射功率维持不变，基体上的负偏压下调至-100~-300V，放电气压维持不变，在Cr过渡层上沉积CrN过渡层；

步骤5、多弧离子镀－磁控溅射复合沉积Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层

开启多弧离子镀，工作气压为0.1～1Pa，多弧离子镀靶材为石墨靶材，离子镀弧流为100～150A，磁控溅射靶材为CrB₂靶材，磁控溅射中频电源功率为1000～1500W，基体上施加-100~-200V负偏压，在CrN过渡层表面沉积Cr-B掺杂类金刚石表面润滑层。

作为优选，所述的步骤2中，电镀Ni结合层时，电镀液中硫酸镍的浓度为200~300g/L、硼酸的浓度为35~45g/L，在1~2分钟电镀时间内，调节阴极电流密度，冲击镀厚度为2~3μm厚的梯度Ni结合层；

作为优选，所述的步骤2中，电镀Ni-Co合金结合层时，电解液中硫酸镍的浓度为200~300g/L、硫酸钴的浓度为20~60g/L、硼酸的浓度为35~45g/L，在1~2分钟电镀时间内，调节阴极电流密度，冲击镀厚度为2~3μm的梯度Ni-Co结合层；

作为优选，所述的步骤3中，电镀液中硫酸镍的浓度为200~300g/L、硫酸钴的浓度为20~60g/L，硼酸的浓度为35~45g/L、陶瓷颗粒的浓度为30~60g/L，在25~50分钟的电镀时间内，调节阴极电流密度和机械搅拌速度，复合镀厚度为10~30μm的镍基陶瓷复合硬化层。

对本发明提供的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜进行如下测试：

（1）结构和成分测试：

用JSM-5600LV型扫描电子显微镜(SEM)观察本发明压缩机零部件表面复合薄膜的表面微观形貌；

用拉曼光谱仪对本发明压缩机零部件表面复合薄膜的表面结构进行测试；

用PHI－5702型多功能X射线光电子(XPS)对本发明压缩机零部件表面复合薄膜的元素结合状态进行测试；

测试结果表明：该压缩机零部件表面复合薄膜呈黑色，表面致密光亮；拉曼和XPS测试表明：Cr-B掺杂类金刚石表面层呈典型的类金刚石结构特征。

（2）摩擦磨损性能测试：

采用CSM摩擦磨损试验机对本发明压缩机滑片表面压缩机零部件表面复合薄膜的干摩擦系数和磨损寿命进行评价，具体实验条件为：摩擦实验均采用球-盘往复滑动方式，摩擦对偶球为Φ3mm的GCr15钢球，滑动速度为0.05m/s，载荷为10N；

测试结果表明：（i）传统的沉积有金属镍基陶瓷镀层的压缩机零部件表面干摩擦系数变化范围为0.5~0.7，并伴随着较大幅度的波动。而沉积有本发明复合薄膜的压缩机零部件表面干摩擦系数稳定保持在0.06~0.08间，显示出了良好的自润滑性能，在压缩机冷启动等贫油工况能够表现出有效的防护作用；

（ⅱ）在10N的低载荷下，本发明压缩机零部件表面复合薄膜的耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的3~5倍。在50N的高载荷下，本发明复合薄膜的耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的10~15倍。

综上所述，本发明提供的复合薄膜以空调压缩机零部件为基体，由位于基体表面的Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层、位于Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层表面的金属镍基陶瓷复合硬化层、位于金属镍基陶瓷复合硬化层表面的Cr/CrN过渡层，以及位于Cr/CrN过渡层表面的Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层组成。该复合薄膜具有强韧化、良好减摩耐磨性能，尤其是当结合液相电镀技术与气相真空镀膜两种技术制备该复合薄膜，即本发明提供的采用液相电镀技术制备Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层，以及金属镍基陶瓷复合硬化层，采用多弧离子镀－磁控溅射复合沉积技术制备Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层时，能够得到性能优异的集强韧与润滑于一体的复合薄膜。与现有的在压缩机零部件表面直接沉积的DLC镀层，以及在压缩机零部件表面沉积的镍基陶瓷复合镀层相比，具有如下有益效果：

（1）高塑性纳米晶镍基陶瓷复合电镀层为表面Cr-B掺杂类金刚石润滑层提供了良好的支撑和界面结合，克服了通常压缩机零部件表面直接沉积DLC涂层所出现的内应力高、附着力差、承载能力弱等缺点；

（2）表面具有非晶-纳米晶结构的Cr-B掺杂类金刚石复合润滑层改善了传统镍基陶瓷复合电镀层在贫油工况下的高摩擦系数缺陷，并进一步提高了传统非晶DLC薄膜在高载荷下的自润滑性能和抗磨性能，以及耐温性能，使压缩机零部件在冷启动和间歇运行时的无油/贫油工况下也具有良好的抗磨润滑效果及变工况适应性；

因此，本发明的空调压缩零部件表面的复合薄膜集强韧、耐磨、减摩于一体，有效提高了压缩机零部件表面的耐冲击与润滑性能，延长了压缩机零部件的使用寿命，具有很好的应用价值。

附图说明

图1是本发明空调压缩机零部件表面的强韧与润滑复合薄膜的结构示意图；

图2是本发明实施例1以压缩机不锈钢滑片为基体的表面复合薄膜的干摩擦性能测试结果图；

图3是本发明实施例1以压缩机不锈钢滑片为基体的表面复合薄膜的油润滑摩擦性能测试结果图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

本实施例中，基体工件为家用空调压缩机不锈钢滑片，其形状为立方块，尺寸为24×24×3mm³，化学组分及质量百分含量为：0.95~1.20%的C、小于1.00%的Si、小于1.00%的Mn、小于0.04%的P、小于0.03%的S、16.00~18.00%的Cr、小于0.75%的Mo、小于0.60%的Ni，余量为Fe。

上述工件表面的复合薄膜的组成为：位于工件表面的厚度为2μm的Ni结合层；位于Ni结合层表面的掺杂碳化硅颗粒的镍基陶瓷复合硬化层，其厚度为10μm；位于镍基陶瓷复合硬化层表面的厚度为0.2μm的Cr过渡层，位于Cr过渡层表面的厚度为0.5μm的CrN过渡层；位于CrN过渡层表面的厚度为2μm的Cr-B掺杂类金刚石表面润滑层。

该工件表面的复合薄膜的制备方法包括如下步骤：

1、工件表面清洗、除油

将工件置于丙酮溶液中超声清洗20分钟，风干后转入碳酸钠30g/L，磷酸钠50g/L混合溶液中，在60°C下处理5分钟，温水超声清洗，并风干，此时该工件表面呈暗灰色；然后将除油处理后的工件在体积比1:3的氢氟酸和硝酸混合溶液中酸洗出光处理5s，在纯水中超声清洗5分钟；

2、电镀Ni-Co合金结合层

将步骤1处理后的工件通过阴极夹具放入装有硫酸镍250g/L、硼酸40g/L及适量添加剂的电镀液中，在1分钟的时间内将阴极电流密度从10A/dm²下调到7A/dm²，获得2μm厚的梯度Ni结合层；

3、电镀金属镍基陶瓷复合硬化层

将步骤2处理后的工件置于装有硫酸镍200g/L、硫酸钴20g/L、硼酸35g/L、碳化硅颗粒30g/L及适量添加剂的电镀液中，在25分钟的电镀时间内，电流密度从7A/dm²下调到2A/dm²，镀液机械搅拌速度从300rpm调整到800rpm，获得10μm厚的镍基陶瓷复合硬化层；

4、磁控溅射技术沉积Cr/CrN过渡层

将步骤3处理后的工件置于多弧离子镀－磁控溅射一体化装备的真空室中，本底真空抽至5×10^-4Pa，向真空室通入氩气，开启Cr靶溅射中频电源，溅射功率为1000W，工件上施加-500V的负偏压，并保持放电气压为0.5Pa，沉积10分钟后获得0.2μm厚的Cr过渡层；然后通入氮气，溅射功率维持1000W，工件的负偏压下调至-100V，保持放电气压为0.5Pa，沉积35分钟后获得0.5μm厚的CrN过渡层；

5、多弧离子镀－磁控溅射复合沉积Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层

改变多弧离子镀－磁控溅射一体化装备的工艺参数，工作气氛依然为氩气，打开离子镀电弧电源和磁控溅射中频电源，离子镀电弧电源电流为100A，磁控溅射中频电源功率为1000W，在工件上施加-100V的负偏压，并保持工作气压为0.5Pa，沉积100分钟后获得2μm厚的Cr-B掺杂类金刚石表面润滑层。

自然冷却后，最终在该工件表面获得了强韧化、良好减摩耐磨性能的金属镍基陶瓷/掺Cr-B类金刚石复合涂层。

对上述以家用空调压缩机不锈钢滑片为基体工件的表面复合薄膜进行性能测试：

（1）用JSM-5600LV型扫描电子显微镜(SEM)观察该基体表面复合薄膜的表面微观形貌；用拉曼光谱仪对该基体表面复合薄膜的表面结构进行测试；用PHI－5702型多功能X射线光电子(XPS)对该基体表面复合薄膜的元素结合状态进行测试；

测试结果表明：该工件表面复合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B掺杂类金刚石表面层呈典型的类金刚石结构特征。

（2）摩擦磨损性能测试：

采用CSM摩擦磨损试验机对该工件表面复合薄膜的干摩擦系数和磨损寿命进行评价，具体实验条件为：摩擦实验均采用球-盘往复滑动方式，摩擦对偶球为Φ3mm的GCr15钢球，滑动速度为0.05m/s，载荷为10N，往复摩擦频率为10Hz；

测试结果表明：该工件表面复合薄膜的干摩擦系数稳定保持在0.06，油润滑摩擦系数甚至低于0.01，表明其具有良好的自润滑性能；在10N的低载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的3倍。在50N的高载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的10倍。

实施例2：

本实施例中，基体工件为车用空调压缩机铝质叶片，其形状为立方块，尺寸为33×12×5mm³，化学组分及质量百分含量为23.60%的Si、0.70%的Fe、0.15~0.40%的Cu、0.15%的Mn、0.80~1.20%的Mg、0.04~0.35%的Cr、0.25%的Zn、0.15%的Ti，余量为Al。

上述工件表面的复合薄膜的组成为：位于工件表面的厚度为2μm的Ni-Co结合层；位于Ni-Co结合层表面的掺杂氮化硅颗粒的镍基陶瓷复合硬化层，其厚度为10μm；位于镍基陶瓷复合硬化层表面的厚度为0.5μm的Cr过渡层，位于Cr过渡层表面的厚度为1.5μm的CrN过渡层；位于CrN过渡层表面的厚度为2μm的Cr-B掺杂类金刚石表面润滑层。

该工件表面的复合薄膜的制备方法包括如下步骤：

1、工件表面清洗、除油

该步骤与实施例1中的步骤1相同；

2、电镀Ni-Co结合层

将步骤1处理后的工件通过阴极夹具放入装有硫酸镍200g/L、硫酸钴20g/L、硼酸35g/L及适量添加剂的电镀液中，在2分钟的时间内将阴极电流密度从7A/dm²下调到6A/dm²，获得2μm厚的梯度Ni-Co结合层；

3、电镀金属镍基陶瓷复合硬化层

将步骤2处理后的工件置于装有硫酸镍200g/L、硫酸钴20g/L、硼酸35g/L、氮化硅颗粒30g/L及适量添加剂的电镀液中，在35分钟的电镀时间内，电流密度从6A/dm²下调到2A/dm²，镀液机械搅拌速度从300rpm上调到800rpm，获得10μm厚的镍基陶瓷复合硬化层；

4、磁控溅射技术沉积Cr/CrN过渡层

将步骤3处理后的工件置于多弧离子镀－磁控溅射一体化装备的真空室中，本底真空抽至5×10^-4Pa，向真空室通入氩气，开启Cr靶溅射中频电源，溅射功率为1000W，工件上施加-500V的负偏压，并保持放电气压为0.5Pa，沉积25分钟后获得0.5μm厚的Cr过渡层；然后通入氮气，溅射功率维持1000W，工件上的负偏压下调至-100V，保持放电气压为0.5Pa，沉积100分钟后获得1.5μm厚的CrN过渡层；

该步骤与实施例1中的步骤5相同；

对上述以车用空调压缩机铝质叶片为基体的表面复合薄膜进行如实施例1中的性能测试。测试结果表明：该基体表面复合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B掺杂类金刚石表面层呈典型的类金刚石结构特征。该基体表面复合薄膜的干摩擦系数稳定保持在0.07左右，油润滑摩擦系数甚至在0.01左右，表明其具有良好的自润滑性能；在10N的低载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的5倍。在50N的高载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的15倍。

实施例3：

本实施例中，基体工件为家用空调压缩机钼镍锘铸铁活塞，其形状为圆柱体，尺寸为内直径26mm，外直径40mm，高24mm，其化学组分及质量百分含量为3.00~3.60%的C、1.80~2.40%的Si、0.50~1.00%的Mn、小于0.30%的P、小于0.15%的S、0.50~1.00%的Cr、0.15~0.40%的Mo、0.20~0.40%的Ni，余量为Fe。

上述工件表面的复合薄膜的组成为：位于工件表面的厚度为2μm的Ni结合层；位于Ni-Co结合层表面的掺杂碳化硅颗粒的镍基陶瓷复合硬化层，其厚度为10μm；位于镍基陶瓷复合硬化层表面的厚度为0.5μm的Cr过渡层，位于Cr过渡层表面的厚度为0.5μm的CrN过渡层；位于CrN过渡层表面的厚度为2μm的Cr-B掺杂类金刚石表面润滑层。

该工件表面的复合薄膜的制备方法包括如下步骤：

1.利用实施例1步骤1的方法对工件实施前处理；

2.利用实施例1步骤2的方法在工件表面获得2μm厚的梯度Ni结合层；

3.利用实施例1步骤3的方法在工件表面获得10μm厚的镍基陶瓷复合硬化层；

4.将电镀好的工件置于多弧离子镀－磁控溅射一体化装备的真空室中，本底真空抽至5×10^-4Pa，向真空室通入氩气，开启Cr靶溅射中频电源，溅射功率为1000W，工件上施加-500V的负偏压，并保持放电气压为0.5Pa，沉积25分钟后获得0.5μm厚的Cr过渡层；然后通入氮气，溅射功率维持1000W，工件的负偏压下调至-100V，保持放电气压为0.5Pa，沉积35分钟后获得0.5μm厚的CrN过渡层；

5.利用实施例1步骤5的方法在工件表面获得2μm厚的金属镍基陶瓷/掺Cr-B类金刚石复合涂层；

对上述以家用空调压缩机钼镍锘铸铁活塞为基体的表面复合薄膜进行如实施例1中的性能测试。测试结果表明：该基体表面复合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B掺杂类金刚石表面层呈典型的类金刚石结构特征。该基体表面复合薄膜的干摩擦系数稳定保持在0.07左右，油润滑摩擦系数甚至0.01左右，表明其具有良好的自润滑性能；在10N的低载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的4倍。在50N的高载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的12倍。

实施例4：

本实施例中，基体工件为家用空调压缩机灰铸铁副轴承，其形状为圆盘状，尺寸为直径72mm，高8mm，其化学组分及质量百分含量为3.00~3.60%的C、1.60~2.60%的Si、0.40~1.00%的Mn、0.06~0.25%的P、小于0.15%的S、0.05~0.10%的V，余量为Fe。处理技术操作步骤为：

上述工件表面的复合薄膜的组成为：位于工件表面的厚度为2μm的Ni结合层；位于Ni结合层表面的掺杂碳化硅颗粒的镍基陶瓷复合硬化层，其厚度为10μm；位于镍基陶瓷复合硬化层表面的厚度为0.5μm的Cr过渡层，位于Cr过渡层表面的厚度为0.5μm的CrN过渡层；位于CrN过渡层表面的厚度为2μm的Cr-B掺杂类金刚石表面润滑层。

该工件表面的复合薄膜的制备方法与实施例3中的制备方法基本相同，所不同的是以实施例4中的家用空调压缩机灰铸铁副轴承为基体，代替实施例3中的家用空调压缩机钼镍锘铸铁活塞为基体。

对上述以家用空调压缩机灰铸铁副轴承为基体的表面复合薄膜进行如实施例1中的性能测试。测试结果表明：该基体表面复合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B掺杂类金刚石表面层呈典型的类金刚石结构特征。该基体表面复合薄膜的干摩擦系数稳定保持在0.07左右，油润滑摩擦系数在0.01左右，表明其具有良好的自润滑性能；在10N的低载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的4倍。在50N的高载荷下，其耐磨性是传统镍基陶瓷复合镀层或DLC镀层的12倍。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜，其特征是：所述的复合薄膜是以空调压缩机零部件为基体，在该基体表面依次镀覆Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层、金属镍基陶瓷复合硬化层、Cr/CrN过渡层和Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层而形成的；所述的Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层，以及金属镍基陶瓷复合硬化层采用电镀技术镀覆得到；

所述的金属镍基陶瓷复合硬化层是掺杂陶瓷颗粒的金属镍薄膜层，其中陶瓷颗粒为氮化硅、碳化硅、金刚石、三氧化二铝微粉中的一种或多种；所述的陶瓷颗粒的粒度为0.7～20μm，质量百分含量为10～30％；

所述的Cr/CrN过渡层由Cr过渡层、位于Cr过渡层表面的CrN过渡层组成；

所述的Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层的厚度为2～3μm；所述的金属镍基陶瓷复合硬化层的厚度为10～30μm。

2.根据权利要求1所述的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜，其特征是：所述的Cr/CrN过渡层的厚度为0.1～2.0μm。

3.根据权利要求1所述的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜，其特征是：所述的Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层的厚度为2～3μm。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜的制备方法，其特征是：所述的Cr-B掺杂的类金刚石表面润滑层采用多弧离子镀－磁控溅射复合沉积技术镀覆得到。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1、基体表面清洗、除油；

步骤2、电镀Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层：

将步骤1处理后的基体通过阴极夹具放入盛有硫酸镍、硼酸及适量添加剂的电镀槽中，在基体表面电镀梯度Ni金属结合层；

或者，将步骤1处理后的基体通过阴极夹具放入盛有硫酸镍、硫酸钴、硼酸及适量添加剂的电镀槽中，在基体表面电镀梯度Ni-Co合金结合层；

步骤3、电镀金属镍基陶瓷复合硬化层：

将步骤2处理后的基体通过阴极夹具放入装有硫酸镍、硫酸钴，硼酸、陶瓷颗粒及适量添加剂的电镀液中，在Ni金属结合层或Ni-Co合金结合层表面电镀金属镍基陶瓷复合硬化层；

步骤4、磁控溅射技术沉积Cr/CrN过渡层：

将步骤3处理后的基体置于多弧离子镀－磁控溅射一体化装备的真空室中，抽真空后，磁控溅射开启，氩气氛中，以Cr为靶材，放电气压为0.1～1Pa，溅射中频电源功率为1000～1500W，基体上施加-200～-800V的负偏压，在基体上沉积Cr过渡层；然后通入氮气，溅射功率维持不变，基体上的负偏压下调至-100～-300V，放电气压维持不变，在Cr过渡层上沉积CrN过渡层；

开启多弧离子镀，工作气压为0.1～1Pa，多弧离子镀靶材为石墨靶材，离子镀弧流为100～150A，磁控溅射靶材为CrB₂靶材，磁控溅射中频电源功率为1000～1500W，基体上施加-100～-200V负偏压，在CrN过渡层表面沉积Cr-B掺杂类金刚石表面润滑层。

6.根据权利要求5所述的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜的制备方法，其特征是：所述的步骤2中，电镀Ni金属结合层时，电镀液中硫酸镍的浓度为200～300g/L、硼酸的浓度为35～45g/L，在1～2分钟电镀时间内，调节阴极电流密度，冲击镀厚度为2～3μm厚的梯度Ni金属结合层。

7.根据权利要求5所述的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜的制备方法，其特征是：所述的步骤2中，电镀Ni-Co合金结合层时，电解液中硫酸镍的浓度为200～300g/L、硫酸钴的浓度为20～60g/L、硼酸的浓度为35～45g/L，在1～2分钟电镀时间内，调节阴极电流密度，冲击镀厚度为2～3μm的梯度Ni-Co合金结合层。

8.根据权利要求5所述的空调压缩机零部件表面的强韧润滑复合薄膜的制备方法，其特征是：所述的步骤3中，电镀液中硫酸镍的浓度为200～300g/L、硫酸钴的浓度为20～60g/L，硼酸的浓度为35～45g/L、陶瓷颗粒的浓度为30～60g/L，在25～50分钟的电镀时间内，调节阴极电流密度和机械搅拌速度，复合镀厚度为10～30μm的金属镍基陶瓷复合硬化层。