CN106282954A - 铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法 - Google Patents

铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法，步骤为：1)溅前处理；2)高真空溅射加工：将溅前处理后的铜基合金轴瓦放入磁控溅射镀膜机中，先溅射镍，再溅射铝合金，在铜基合金轴瓦内表面形成0.015‑0.02mm厚的高真空溅射层；3)喷涂前处理；4)预热；5)喷涂加工：预热后的铜基合金轴瓦放入喷涂室，采用喷枪在高真空溅射层表面喷涂0.005‑0.01mm厚的合成材料涂层；6)固化。本发明将高真空溅射层/(Ni+AlSn20Cu)和合成涂层叠加联合成为铜基合金轴瓦工作减摩层，能提高轴瓦的承载能力、抗疲劳强度及具有较强的抗磨损、抗腐蚀性能。

Description

铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法
技术领域
本发明属于内燃机轴瓦加工工艺制造领域，具体地讲，特别涉及一种铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法。
背景技术
随着内燃机功率的强化和转速的提高，以及运转可靠性和低碳环保标准的提高，对内燃机摩擦副群(如连杆轴瓦、曲轴主轴瓦等)提出了更高要求。目前，国内外主机厂为了应对内燃机高载荷及高转速等特殊工况下使用的轴瓦，相继开发了高真空溅射层(Ni+AlSn20Cu)和喷涂合成材料涂层作为铜基合金轴瓦工作减摩层，取得了较好的应用效果。
高真空溅射轴瓦和合成涂层轴瓦的主要性能见表1。
表1高真空溅射轴瓦和合成涂层轴瓦的有关主要性能
由上表可见，合成涂层具有极好的抗粘滞性、顺应性、磨合性及启-停性能，可作铜基合金轴瓦先期的跑合层。而高真空溅射层(Ni+AlSn20Cu)具有较高承载能力和抗疲劳强度值。因此，叠加使用高真空溅射层(Ni+AlSn20Cu)和合成涂层作为铜基合金轴瓦工作减摩层，效果极佳。
发明内容
有鉴于现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法。
本发明技术方案如下：一种铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
1)溅前处理：清洗铜基合金轴瓦表面油污，然后晾干；
2)高真空溅射加工：将溅前处理后的铜基合金轴瓦放入磁控溅射镀膜机中，先溅射镍，再溅射铝合金，在铜基合金轴瓦内表面形成0.015-0.02mm厚的高真空溅射层；
3)喷涂前处理：采用先活化后钝化的方式，增大高真空溅射层的表面粗糙度；
4)预热：将喷涂前处理后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，在110-130℃下预热10-20分钟；
5)喷涂加工：预热后的铜基合金轴瓦放入喷涂室，采用喷枪在高真空溅射层表面喷涂0.005-0.01mm厚的合成材料涂层；
6)固化：将喷涂后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，160-180℃下保温3-4小时，使合成材料涂层固化。
作为优选，所述步骤3)的工艺为：清洗汽油擦洗铜基合金轴瓦全表面，晾干→金属清洗粉兑成水溶液浸泡3-5分钟，水砂纸蘸溶液清砂除油→两次流动自来水槽清洗→铝合金活化液45-60℃下处理3-5分钟后取出→两次流动自来水槽清洗→铝合金钝化液45-60℃下处理5-8分钟后取出→两次流动自来水槽清洗→40-50℃电热鼓风干燥箱烘10-20分钟，烘干水分→丙酮擦洗全表面，晾干。
有益效果：本发明先采用高新干法镀技术强化处理铜基合金轴瓦的内表面，将镍(Ni)栅层和铝合金(AlSn20Cu)减摩层镀复在轴瓦内表面的支撑层(由离心熔铸或扎制的铜基合金构成)上，获得(0.015-0.02)mm的(Ni+AlSn20Cu)高真空溅射层；然后对高真空溅射层进行喷涂前处理，在高真空溅射层表面喷涂(0.005-0.01)mm合成材料涂层，经固化处理后形成合成涂层。高真空溅射层/(Ni+AlSn20Cu)和合成涂层叠加联合成为铜基合金轴瓦工作减摩层，能提高轴瓦的承载能力、抗疲劳强度及具有较强的抗磨损、抗腐蚀性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
本发明所述的加工方法包括高真空溅射加工和喷涂加工，其中：
1、铜基合金轴瓦高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)加工：
设备型号及名称:CXP-01磁控溅射镀膜机。
铜基合金轴瓦高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)基本原理：在强电场、强磁场、高真空的溅射舱内通入少量惰性气体(氩气)。电子在强电场的作用下加速运动并与氩原子碰撞，氩原子电离成正的氩离子(Ar+)和另一个电子。电子受磁场的洛仑兹力作螺旋加速运动。氩离子(Ar+)在电场作用下加速飞向溅射靶(阴极)，使被溅材料离解成具有高速、高能的微粒飞溅出来凝聚在轴瓦的内表面形成溅射膜层。
铜基合金轴瓦高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)工艺基本流程：
溅前处理→将轴瓦装入夹具→将上述组合体放入镀膜舱→抽真空→旋转→加热→向溅射室充氩气→预溅射→溅射镍→溅射铝合金→向溅射室充氮气→取出已溅镀好的轴瓦→检查尺寸、外观→烘烤→检查附着强度。
溅前处理流程为：清洗汽油擦洗轴瓦全表面后晾干→碳氢化合物清洗机清洗。
碳氢清洗机设备型号：TQX-SP1碳氢化合物清洗机。
2、铜基合金轴瓦喷涂合成涂层加工：
选择合成材料：
合成材料选择美国道康宁公司生产的“7409”减摩涂层材料。
合成材料稀释剂选择美国道康宁公司生产的“7415”稀释剂。
“7409”减摩涂层：“7415”稀释剂＝6：4，按此配比稀释前“7409”减摩涂层材料要充分搅拌均匀；将合成涂层配比涂料搅拌后用120-180目滤网过滤两次去除杂质。
合成材料喷涂方式：
喷枪：选用美国固瑞克Hitech型号“24B867”低压精密自动喷枪。
喷涂方式：轴瓦筒大于180°匀速旋转，喷枪匀速上下等距离运动，采用数控编程实现。
本发明的具体实施例为：
实施例1
待处理轴瓦：
①轴瓦名称：SJTU铜基合金疲劳试验瓦；
②轴瓦材料：钢背SPHC+内表面CuPb22Sn2；
③待处理表面状态技术要求：轴瓦表面不允许有锈蚀、氧化皮、裂纹、毛刺、碰伤、划伤、污垢、焊渣等；基体不能有疏松、砂眼等缺陷。
④数量：5片。
实施例1的具体工艺步骤为：
1)溅前处理：清洗SJTU铜基合金轴瓦表面油污，然后晾干；
2)高真空溅射加工：将溅前处理后的SJTU铜基合金轴瓦放入磁控溅射镀膜机中，先溅射镍，再溅射铝合金，在SJTU铜基合金轴瓦内表面形成0.015mm厚的高真空溅射层；
3)喷涂前处理：采用先活化后钝化的方式，增大高真空溅射层的表面粗糙度；
4)预热：将喷涂前处理后的SJTU铜基合金轴瓦放入烘箱中，在110℃下预热20分钟；
5)喷涂加工：预热后的SJTU铜基合金轴瓦放入喷涂室，采用喷枪在高真空溅射层表面喷涂0.005mm厚的合成材料涂层；
6)固化：将喷涂后的SJTU铜基合金轴瓦放入烘箱中，160℃下保温4小时，使合成材料涂层固化。
上述SJTU铜基疲劳试验瓦“高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)+喷涂/合成材料”工作减摩磨合层效果验证：
①轴瓦合成涂层颜色黑灰色，均匀、致密，涂层粗糙度Ra0.65um。
②检测轴瓦高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层为0.018mm，合成涂层厚度为0.01mm。
③对轴瓦工作减摩层采用GB5270-2005标准划格粘拉检测，未见高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层或合成涂层脱落，表明高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层与铜基体间及合成涂层与高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层结合力良好。
④对轴瓦工作减摩层采用GB GB5270-2005标准弯断检测，未见高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层或合成涂层开裂、脱落，表明高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层与铜基体间及合成涂层与高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层结合力优异。
⑤轴瓦经抗疲劳磨损试验机考核，抗疲劳磨损载荷达到130MPa，明显优异于铜基单一高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层或单一合成涂层轴瓦。
实施例2
待处理轴瓦：
①轴瓦名称：CW200装机试验连杆铜基轴瓦；
②轴瓦材料：钢背SPHC+内表面CuPb24Sn；
③待处理表面状态技术要求：轴瓦表面不允许有锈蚀、氧化皮、裂纹、毛刺、碰伤、划伤、污垢、焊渣等；基体不能有疏松、砂眼等缺陷。
④数量：4片。
实施例2的具体工艺步骤为：
1)溅前处理：清洗铜基合金轴瓦表面油污，然后晾干；
2)高真空溅射加工：将溅前处理后的铜基合金轴瓦放入磁控溅射镀膜机中，先溅射镍，再溅射铝合金，在铜基合金轴瓦内表面形成0.018mm厚的高真空溅射层；
3)喷涂前处理：采用先活化后钝化的方式，增大高真空溅射层的表面粗糙度；
4)预热：将喷涂前处理后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，在120℃下预热15分钟；
5)喷涂加工：预热后的铜基合金轴瓦放入喷涂室，采用喷枪在高真空溅射层表面喷涂0.007mm厚的合成材料涂层；
6)固化：将喷涂后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，170℃下保温3.5小时，使合成材料涂层固化。
上述CW200装机试验连杆铜基瓦“高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)+喷涂/合成材料”工作减摩磨合层效果验证：
①轴瓦合成涂层颜色黑灰色，均匀、致密，涂层粗糙度Ra0.70um。
②检测轴瓦高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层为0.02mm，合成涂层厚度为0.008mm。
③对轴瓦工作减摩层采用GB5270-2005标准划格粘拉检测，未见高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层或合成涂层脱落，表明高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层与铜基体间及合成涂层与高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层结合力良好。
④对轴瓦合成涂层采用GB GB5270-2005标准弯断检测，未见高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层或合成涂层开裂、脱落，表明高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层与铜基体间及合成涂层与高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层结合力优异。
⑤轴瓦经抗疲劳磨损试验机考核，抗疲劳磨损载荷达到125MPa，优于铜基单一高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层轴瓦或单一合成涂层轴瓦。
实施例3
待处理轴瓦：
①轴瓦名称：NBFSW铜基疲劳试验轴瓦；
②轴瓦材料：钢背SPHC+内表面CuPb15Sn8；
③待处理表面状态技术要求：轴瓦表面不允许有锈蚀、氧化皮、裂纹、毛刺、碰伤、划伤、污垢、焊渣等；基体不能有疏松、砂眼等缺陷。
④数量：3片。
实施例3的具体工艺步骤为：
1)溅前处理：清洗铜基合金轴瓦表面油污，然后晾干；
2)高真空溅射加工：将溅前处理后的铜基合金轴瓦放入磁控溅射镀膜机中，先溅射镍，再溅射铝合金，在铜基合金轴瓦内表面形成0.02mm厚的高真空溅射层；
3)喷涂前处理：采用先活化后钝化的方式，增大高真空溅射层的表面粗糙度；
4)预热：将喷涂前处理后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，在130℃下预热10分钟；
5)喷涂加工：预热后的铜基合金轴瓦放入喷涂室，采用喷枪在高真空溅射层表面喷涂0.01mm厚的合成材料涂层；
6)固化：将喷涂后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，180℃下保温3小时，使合成材料涂层固化。
上述NBFSW铜基疲劳试验瓦“高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)+喷涂/合成材料”工作减摩磨合层效果验证：
①轴瓦合成涂层颜色黑灰色，均匀、致密，涂层粗糙度Ra0.60um。
②检测轴瓦高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层为0.016mm，合成涂层厚度为0.01mm。
③对轴瓦工作减摩层采用GB5270-2005标准划格粘拉检测，未见高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层或合成涂层脱落，表明高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层与铜基体间及合成涂层与高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层结合力良好。
④对轴瓦工作减摩层采用GB GB5270-2005标准弯断检测，未见高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层或合成涂层开裂、脱落，表明高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层与铜基体间及合成涂层与高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层结合力优异。
⑤轴瓦经抗疲劳磨损试验机考核，抗疲劳磨损载荷达到125MPa，优于铜基单一高真空溅射/(Ni+AlSn20Cu)层轴瓦或单一合成涂层轴瓦。
以上实施例中，喷涂前处理的工艺为：清洗汽油擦洗铜基合金轴瓦全表面，晾干→821金属清洗粉兑成水溶液(1：20))浸泡3-5分钟，600#水砂纸蘸溶液清砂除油→两次流动自来水槽清洗→铝合金活化液45-60℃下处理3-5分钟后取出→两次流动自来水槽清洗→铝合金钝化液45-60℃下处理5-8分钟后取出→两次流动自来水槽清洗→40-50℃电热鼓风干燥箱烘10-20分钟，烘干水分→丙酮擦洗全表面，晾干。
喷涂前处理工艺中各工序的时间、温度等参数可根据实际需要确定，在此不做赘述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
1)溅前处理：清洗铜基合金轴瓦表面油污，然后晾干；
2)高真空溅射加工：将溅前处理后的铜基合金轴瓦放入磁控溅射镀膜机中，先溅射镍，再溅射铝合金，在铜基合金轴瓦内表面形成0.015-0.02mm厚的高真空溅射层；
3)喷涂前处理：采用先活化后钝化的方式，增大高真空溅射层的表面粗糙度；
4)预热：将喷涂前处理后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，在110-130℃下预热10-20分钟；
5)喷涂加工：预热后的铜基合金轴瓦放入喷涂室，采用喷枪在高真空溅射层表面喷涂0.005-0.01mm厚的合成材料涂层；
6)固化：将喷涂后的铜基合金轴瓦放入烘箱中，160-180℃下保温3-4小时，使合成材料涂层固化。
2.如权利要求1所述的铜基合金轴瓦复合型工作减摩层的加工方法，其特征在于：所述步骤3)的工艺为：清洗汽油擦洗铜基合金轴瓦全表面，晾干→金属清洗粉兑成水溶液浸泡3-5分钟，水砂纸蘸溶液清砂除油→两次流动自来水槽清洗→铝合金活化液45-60℃下处理3-5分钟后取出→两次流动自来水槽清洗→铝合金钝化液45-60℃下处理5-8分钟后取出→两次流动自来水槽清洗→40-50℃电热鼓风干燥箱烘10-20分钟，烘干水分→丙酮擦洗全表面，晾干。
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