CN102286723A

CN102286723A - 一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层

Info

Publication number: CN102286723A
Application number: CN2011102052596A
Authority: CN
Inventors: 安宇鹏; 张克金; 王丹; 戈非; 魏晓川; 武彬; 米新艳
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明涉及一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层，其特征在于：在基体上依次涂敷缓冲层、过渡层和表层；其中缓冲层为金属层，过渡层为金属碳化物层，表层为类金刚石碳层。提高了表面涂层与高合金钢表面的结合强度，具有优良的耐磨性能，应用于汽车表面零件处理，降低汽车发动机的功率消耗，提高其可靠性。

Description

一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层

技术领域

本发明涉及一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层。

技术背景

众所周知，钢按化学成分可分为高合金钢、低合金钢和非合金钢三类。而高合金钢是制造汽车发动机凸轮轴、挺柱、柱塞、控制活塞等润滑性运动摩擦副的主要材料。发动机工作时，这些部件都有承受高压、高速和冲击等影响，对其表面的摩擦学性能要求很高。目前国产汽车在这些高合金钢的运动摩擦副表面涂覆氮化钛、二硫化钼、尼龙等固体润滑涂层，或者采用传统的油润滑方式来实现降低摩擦功的目的。但这些涂层的制造成本高，且与高合金钢基底的结合强度不高。而传统的油润滑方式在高温或者压力不足的情况下，容易出现润滑失效。

为了改善这种状况，进一步提高国产汽车的质量水平，开展了在汽车高合金钢运动摩擦副表面上涂覆类金刚石碳层的工作。类金刚石薄膜/涂层（DLC）是最新发展起来的一种新型固体润滑涂层，具有光滑平整、高硬度（硬度高于20GPa）、低摩擦(干摩擦系数和油润滑摩擦系数小于0.1)、耐腐蚀、长寿命等优点，已经在刀具、医疗器械、振膜等方面得到广泛应用。类金刚石薄膜/涂层尤其适用于油润滑失效的情况，在干摩擦下具有优异的减磨抗磨效果。通过工艺优化，可以使其与高合金钢基底有高的结合强度。对提高发动机的可靠性具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层。提高固体润滑膜在高合金钢表面的结合强度40%以上，具有优良的减磨性能。

本发明的技术方案是这样实现的：一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层，包括基体，缓冲层，过渡层，表层；其特征在于：在基体上依次涂敷缓冲层、过渡层和表层；具体工艺方法如下：1）首先将基体依次在丙酮和乙醇中超声波清洗10-15min，自然干燥，再放入真空腔内；对基材和靶进行等离子清洗；

2）将真空室抽真空，然后通入氩气，通入氩气流量50-200sccm，以金属为靶材，在基体表面沉积一金属缓冲层，金属靶电流为12-20A，占空比为40-90%，频率为20-160Hz，脉冲偏压50-1600V，占空比60-85%，频率为60-100 Hz，沉积时间10-20 min，沉积气压 0.1-1Pa；

3）向真空室内通入氩气和甲烷，以金属为靶，甲烷为前躯体，在金属表面即缓冲层沉积一碳化物过渡层； CH₄流量为20-200sccm，沉积时间 10-20min；

4）以石墨为靶材，在碳化物层即过渡层上沉积一类金刚石碳层，石墨靶电流为12-20A，沉积时间10-25min；所述的缓冲层是由铬、钼、钛、钨、钽、锆等金属中的一种或2种以上的组合，厚度为0.3-1μm；所述的过渡层是铬、钼、钛、钨、钽、锆等金属中的一种或2种以上的金属的碳化物组合，厚度为0.4-2μm；所述的表层是含氢类金刚石碳层，厚度为0.5-3μm；

本发明的积极效果在于：提高固体润滑涂层在高合金钢表面的结合强度，具有优良的减磨性能，经以下测试表明：采用扫描电子显微镜法，在镀层横截面放大的图像上测量，得到涂层总厚度为3μm。

通过对涂层的结合力进行测试，如图2所示，把按经过上述处理的挺柱同经过涂覆二硫化钼和氮化钛层的挺柱，同时进行附着力大小测试实验。结果发现经过上述处理的挺柱的附着力大小比其他两种涂层的挺柱都提高了40%以上。

通过对涂层的摩擦系数的测试，如图3所示把按经过上述处理的柱塞同无类金刚石涂层的柱塞同时在油润滑的条件下测量其摩擦系数；结果发现经过上述处理的柱塞的摩擦系数比无类金刚石涂层的柱塞下降了三分之二；以上证明表面涂覆类金刚石薄膜的高合金钢运动摩擦副对满足现代汽车性能的重要性。

附图说明

图1为本发明的梯度涂层示意图。

图2为本发明的不同表面涂层的结合力大小对比示意图。

图3为本发明的有无类金刚石涂层的摩擦系数对比示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步描述，实施例为进一步阐明本发明的特点，不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本发明的保护范围之内，一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层，包括基体1，缓冲层2，过渡层3，表层4；其特征在于：在基体1上依次涂敷缓冲层2、过渡层（3）和表层4。

实施例1

清洗和准备：取P型喷油泵的柱塞，其由优质合金钢制造而成，依次用丙酮和乙醇在超声波中清洗各10min，自然干燥，置于真空室；抽真空至真空度小于2.8×10^-3Pa；向真空室内通入氩气400sccm，调整气压至0.5Pa，工件加脉冲偏压为1000V，等离子清洗工件10min，以除去表面残留的杂质和污染物。

缓冲层的制备：氩气流量为120sccm，金属钛靶（纯度为99.9％）电源电流12A，占空比为80%，频率为40Hz，脉冲偏压1600V，占空比85%，频率为100Hz，沉积时间10 min。

过渡层的制备：保持上述条件不变，甲烷流量从20sccm逐渐增加到180sccm，沉积时间10min。

表层的制备：其他条件保持不变，石墨靶电源电流为16A，占空比为60%，频率为40Hz，沉积时间约20min；最后在P型喷油泵的柱塞表面获得类金刚石梯度薄膜。

实施例2

首先将基体依次在丙酮和乙醇中超声波清洗15min，自然干燥，再放入真空腔内；对基材和靶进行等离子清洗；

将真空室抽真空，然后通入氩气，通入氩气流量50sccm，以金属铬为靶材，在基体表面沉积一金属缓冲层，金属铬靶电流为20A，占空比为40%，频率为160Hz，脉冲偏压50V，占空比60%，频率为60 Hz，沉积时间20 min，沉积气压0.1Pa；厚度为0.3μm；

向真空室内通入氩气和甲烷，以金属铬为靶，甲烷为前躯体，在金属表面即缓冲层沉积一碳化物过渡层； CH₄流量为200sccm，沉积时间 20min；厚度为0.4μm；

以石墨为靶材，在碳化物层即过渡层上沉积一类金刚石碳层，石墨靶电流为20A，厚度为0.5μm；沉积时间10min。

实施例3

首先将基体依次在丙酮和乙醇中超声波清洗12min，自然干燥，再放入真空腔内；对基材和靶进行等离子清洗；

将真空室抽真空，然后通入氩气，通入氩气流量100sccm，以金属钨、钽、钛为靶材，在基体表面沉积一金属缓冲层，金属靶电流为16A，占空比为90%，频率为100Hz，脉冲偏压1000V，占空比75%，频率为90 Hz，沉积时间15 min，沉积气压1Pa；

向真空室内通入氩气和甲烷，以金属钨、钽、钛为靶，甲烷为前躯体，在金属表面即缓冲层沉积一碳化物过渡层； CH₄流量为100sccm，沉积时间 15min；厚度为0.8μm；

以石墨为靶材，在碳化物层即过渡层上沉积一类金刚石碳层，石墨靶电流为15A，厚度为2μm；沉积时间25min。

实施例4

将真空室抽真空，然后通入氩气，通入氩气流量100sccm，以金属钛为靶材，在基体表面沉积一金属缓冲层，金属靶电流为16A，占空比为90%，频率为100Hz，脉冲偏压1000V，占空比75%，频率为90 Hz，沉积时间15 min，沉积气压1Pa；

向真空室内通入氩气和甲烷，以金属钛为靶，甲烷为前躯体，在金属表面即缓冲层沉积一碳化物过渡层； CH₄流量为100sccm，沉积时间 15min；厚度为1.8μm；

以石墨为靶材，在碳化物层即过渡层上沉积一类金刚石碳层，石墨靶电流为15A，厚度为2.5μm；沉积时间25min。

Claims

1.一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层，包括基体，缓冲层，过渡层，表层；其特征在于：在基体上依次涂敷缓冲层、过渡层和表层；具体工艺方法如下：1）首先将基体依次在丙酮和乙醇中超声波清洗10-15min，自然干燥，再放入真空腔内；对基材和靶进行等离子清洗；

4）以石墨为靶材，在碳化物层即过渡层上沉积一类金刚石碳层，石墨靶电流为12-20A，沉积时间10-25min。

2.根据权利要求1所述的一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层，其特征在于缓冲层是由铬、钼、钛、钨、钽、锆等金属中的一种或2种以上的组合，厚度为0.3-1μm。

3.根据权利要求1所述的一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层，其特征在于过渡层是铬、钼、钛、钨、钽、锆等金属中的一种或2种以上的金属的碳化物组合，厚度为0.4-2μm。

4.根据权利要求1所述的一种应用于汽车高合金钢运动摩擦副表面耐磨涂层，其特征在于表层是含氢类金刚石碳层，厚度为0.5-3μm。