CN107245697A - 增强液压***摩擦副耐磨特性的方法及液压***摩擦副、液压*** - Google Patents

增强液压***摩擦副耐磨特性的方法及液压***摩擦副、液压*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了增强液压***摩擦副耐磨特性的方法及液压***摩擦副、液压***。液压***摩擦副包括第一配副和第二配副，所述方法包括：对第一配副的基体进行清洁处理，得到洁净的基体；在洁净的基体表面形成金属氮化物过渡层；在金属氮化物过渡层表面形成类富勒烯碳涂层。由此，第一配副基体表面形成厚度均匀，致密的涂层，且涂层表面粗糙度达到纳米量级，与基体的结合强度高，耐磨性强，可以大大增强液压***摩擦副的耐磨特性。

Description

增强液压***摩擦副耐磨特性的方法及液压***摩擦副、液 压***
技术领域
本发明涉及液压***技术领域，具体地，涉及增强液压***摩擦副耐磨特性的方法及液压***摩擦副、液压***。
背景技术
液压泵和马达是液压领域中非常重要的部件，在液压***和工程机械设备中应用广泛，当前的液压***正向着高速化、高压化和长寿命方向发展。然而，在复杂的运行工况下液压***中的摩擦副产生不同程度的磨损破坏，进而降低了各部件的性能和寿命，例如产生泄漏和低效率等问题。为了提高摩擦界面的耐磨特性，现在常用的方法是对摩擦副表面进行渗氮处理，以及进行化学镀银改性来提升界面润滑减磨性能。然而，在复杂的工况下各关键摩擦副均会产生不同程度的磨损失效，例如发生黏着磨损和颗粒磨损，导致其使用寿命有限，返修率高。
因此，有关增强液压***摩擦副耐磨特性的研究有待深入。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以增强液压***摩擦副耐磨特性，或延长摩擦副寿命的方法。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种增强液压***摩擦副耐磨特性的方法。根据本发明的实施例，所述液压***摩擦副包括第一配副和第二配副，该方法包括：对第一配副的基体进行清洁处理，得到洁净的基体；在洁净的基体表面形成金属氮化物过渡层；在金属氮化物过渡层表面形成类富勒烯碳涂层。由此，第一配副的基体沉积一层厚度均匀，致密的涂层，且涂层表面粗糙度达到纳米量级，与基体的结合强度高，耐磨性强，可以大大增强液压***摩擦副的耐磨特性。
根据本发明的实施例，该方法进一步包括：在第二配副的基体表面形成氧化铝涂层或氮化硅涂层。
根据本发明的实施例，清洁处理包括：将第一配副的基体依次放入石油醚和酒精中超声清洗；将经过超声清洗的第一配副的基体进行干燥处理；将经过干燥的第一配副的基体进行等离子清洗。
根据本发明的实施例，等离子清洗的条件为：真空度1.0×10-4～1.0×10-3Pa；氩气保护并控制气压在5～10Pa；偏压700～800V；导通比0.5～0.8；等离子清洗时间为30～60分钟。
根据本发明的实施例，形成第一配副的基体的材料包括选自轴承钢、不锈钢、38CrMoAl、球墨铸铁、普通灰铸铁中的至少一种。
根据本发明的实施例，金属氮化物过渡层和类富勒烯碳涂层是通过磁控溅射气相沉积方法形成的。
根据本发明的实施例，沉积金属氮化物过渡层的条件为：靶材为金属材料；偏压为400～1000V；工作气体为氩气和氮气；气压为5～10Pa；沉积时间为15～45分钟。
根据本发明的实施例，靶材为铬或铝。
根据本发明的实施例，沉积类富勒烯碳涂层的条件为：工作气体为甲烷和氢气；气压为5～10Pa；沉积时间为150～300分钟。
根据本发明的实施例，形成所述第二配副的基体的材料包括铜合金、轴承钢、氧化铝和氮化硅中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述氧化铝或氮化硅涂层是通过等离子体喷涂或化学气相沉积法形成的。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种液压***摩擦副。根据本发明的实施例，液压***摩擦副是通过前面所述的方法增强耐磨特性后获得的。由此，该液压***摩擦配副的表面具有厚度均匀、致密的涂层，且该涂层粗糙度达到纳米量级，与基体的结合强度高，耐磨性强，大大增强了液压***摩擦副的耐磨特性。
在本发明的又一方面，本发明提供了一种液压***。根据本发明的实施例，该液压***包括前面所述的液压***摩擦副。由此，该液压***的摩擦副的耐磨特性强，使用寿命较长。
附图说明
图1是本发明一个实施例中增强液压***摩擦副耐磨特性的方法的流程示意图。
图2是本发明另一个实施例中增强液压***摩擦副耐磨特性的方法的流程示意图。
图3是本发明又一个实施例中摩擦副的摩擦测试示意图。
图4是本发明实施例1中类富勒烯碳涂层摩擦副与铜合金对磨和未涂层的液压***摩擦副与铜合金对磨的摩擦系数的对比图。
图5是本发明实施例1中与类富勒烯碳涂层摩擦副对磨的铜合金磨斑形貌和与未涂层摩擦副对磨的铜合金磨斑形貌的对比图。
图6是本发明实施例2中类富勒烯碳涂层与轴承钢对磨和类富勒烯碳涂层与氧化铝对磨的摩擦系数对比图。
图7是本发明实施例2中与类富勒烯碳涂层对磨的轴承钢和与类富勒烯碳涂层对磨的氧化铝磨斑形貌对比图。
图8是本发明另一个实施例中增强液压***摩擦副耐磨特性的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种增强液压***摩擦副耐磨特性的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括：
S100：对第一配副的基体进行清洁处理，得到洁净的基体。由此，可以有效去除基体表面的灰尘、油污等杂质，利于后续涂层的形成和提高摩擦副的使用性能。
根据本发明的实施例，形成第一配副的基体的材料没有特殊的要求，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，形成第一配副的基体的材料包括但不限于轴承钢、不锈钢、38CrMoAl、球墨铸铁、普通灰铸铁中的至少一种。
根据本发明的实施例，参照图2，清洁处理步骤包括：
S110：将第一配副的基体依次放入石油醚和酒精中超声清洗。
根据本发明的实施例，第一配副的基体分别在石油醚和酒精中超声清洗的时间没有特殊的限制，只要能将第一配副的基体表面清洗干净，无污物即可。在本发明的一些实施例中，第一配副的基体先放入石油醚中超声清洗20～30分钟，然后转移到酒精清洗5～10分钟。由此，可以在最短的时间内将第一配副的基体清洗干净。
S120：将经过超声清洗的第一配副的基体进行干燥处理。由此，可以将上述步骤中留在基体表面的石油醚或乙醇去除，保持基体表面干净，利于后续步骤进行。
根据本发明的实施例，第一配副的基体清洗后进行干燥处理的条件没有特殊的要求，本领域技术人员根据实际情况灵活选择即可。在本发明的一些实施例中，将清洗后的第一配副的基体放入30℃～60℃的干燥箱中烘干。由此，可以使第一配副的基体在较温和的环境中快速干燥。
S130：将经过干燥的第一配副的基体进行等离子清洗。
根据本发明的实施例，第一配副的基体等离子体清洗的条件没有特别的限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，等离子清洗的条件为：将干燥后的第一配副的基体置于磁控溅射CVD设备中，保持真空度为1.0×10-4～1.0×10-3Pa，在氩气保护并控制气压在5～10Pa、偏压700～800V、导通比0.5～0.8的条件下，等离子清洗时间为30～60分钟。由此，对第一配副的基体的进一步腔体(磁控溅射CVD设备)清洗，得到更洁净的第一配副的基体，使后续工艺操作更顺利，提高产品良率。
S200：在洁净的基体表面形成金属氮化物过渡层。
根据本发明的实施例，形成金属氮化物过渡层的方法没有特殊的限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，金属氮化物过渡层是通过磁控溅射气相沉积方法形成的。由此，工艺成熟，操作便捷。
根据本发明的实施例，形成金属氮化物的条件没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，沉积金属氮化物过渡层的条件为：靶材选为金属材料，在磁控溅射CVD设备中，偏压为400～1000V，工作气体为氩气和氮气，气压为5～10Pa，沉积时间为15～45分钟。由此，可以在较短的时间内在基体表面沉积金属氮化物过渡层，且该过渡层厚度均匀，致密。
根据本发明的实施例，选用靶材的具体金属材料没有特殊限制，本领域人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，靶材为铬或铝中的至少一种。由此，该金属氮化物与基体的结合力较强，可以增强类富勒烯涂层与基体的结合力，且具有较好的耐磨性能，可以大大提高液压***摩擦副的耐磨特性，并延长其使用寿命。
S300：在金属氮化物过渡层表面形成类富勒烯碳涂层。
根据本发明的实施例，形成类富勒烯碳涂层的方法没有特殊的限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，类富勒烯碳涂层是通过磁控溅射气相沉积方法形成的。由此，工艺成熟，操作便捷。
根据本发明的实施例，沉积类富勒烯碳涂层的条件没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，沉积类富勒烯碳涂层的条件为：在甲烷和氢气工作环境中，气压为5～10Pa的条件下，沉积150～300分钟。由此，可以在较短的时间内在金属氮化物过渡层表面沉积类富勒烯碳涂层，且类富勒烯碳涂层厚度均匀，致密，表面粗糙度达到纳米量级，耐磨性强，大大增强液压***摩擦副的耐磨特性。
根据本发明的实施例，类富勒烯碳涂层的厚度也没有特别限制，只要能够满足增强耐磨特性的要求，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。在本发明的一些实施例中，类富勒烯碳涂层的厚度可以为0.5～2微米。由此，既可以保证摩擦副具有理想的耐磨特性，又不会使得涂层过后而容易脱落或浪费材料。
根据本发明的实施例，参照图8，上述增强液压***摩擦副耐磨特性的方法可以进一步包括：
S400：在第二配副的基体表面形成氧化铝涂层或氮化硅涂层。由此，类富勒烯涂层与氧化铝涂层或氮化硅涂层共同作用，可以复合强化液压***摩擦副的耐磨特性，耐磨特性显著提高。
根据本发明的实施例，形成第二配副的基体的材料也没有特殊要求，本领域人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中，形成第二配副的基体的材料包括铜合金、轴承钢、氧化铝和氮化硅中的至少一种。由此，材料来源广泛，成本较低。
根据本发明的实施例，形成氧化铝涂层或氮化硅涂层的方法也没有特殊限制，本领域技术人员可以选择本领域的任一种常规方法。在本发明的一些实施例中，氧化铝涂层是通过等离子体喷涂或化学气相沉积法形成的。由此，工艺成熟，操作简便，易于工业化生产。其中，需要说明的是，当第二配副为氧化铝时，便不再需要对第二配副进行氧化铝涂层工艺。由此，可以避免原料的浪费，节省工艺流程。
本发明的发明人首次采用类富勒烯碳涂层有效地降低液压***摩擦副磨损，且提出形成有上述涂层的液压***摩擦副与陶瓷复合减磨设计能够进一步提升润滑特性，实验结果表面，摩擦系数能够降低30～50％，摩擦界面近无磨损效果。另外，还需要特别说明的是，液压***摩擦副的工作环境与其他摩擦副的工作环境明显不同，如与液压***摩擦副对磨的材料通常为铜合金、氧化铝等，且采用的润滑油黏度与一般摩擦副不同，而利用本发明的上述方法处理后的液压***摩擦副，可以适用于液压***的特殊工作环境，满足液压***的使用要求，同时发挥良好的增强耐磨特性和润滑性能的作用。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种液压***摩擦副。根据本发明的实施例，液压***摩擦副是通过前面所述的方法增强耐磨特性后获得的。由此，该液压***摩擦副的表面粗糙度达到纳米量级，大大增强了液压***摩擦副的耐磨特性，延长了其使用寿命。
在本发明的又一方面，本发明提供了一种液压***。根据本发明的实施例，该液压***包括前面所述的液压***摩擦副。由此，该液压***的摩擦副的耐磨特性强，使用寿命大大延长，可靠性明显增强。本领域人员可以理解，该液压***包括前面所述的所有特征和优点，在此不再一一赘述。
实施例
实施例1
在高碳铬轴承钢(GCr15)基底上制备类富勒烯碳涂层强化摩擦副的耐磨特性。
将液压***摩擦副基体先放入石油醚中超声清洗20分钟，然后转移到酒精清洗10分钟，之后将液压***摩擦副基体放入50℃干燥箱烘干；将烘干的液压***摩擦副基体置于磁控溅射CVD设备中，在腔体抽真空达1×10-4Pa以下时进行腔体清洗，氩气保护并控制在8Pa，偏压800V，导通比0.8,等离子清洗30分钟；选用铬(Cr)为靶材，偏压800V,在通入氩气和氮气氛围中，控制气压逐渐降至10Pa,沉积氮化铬(CrN)涂层30分钟；提供偏压1000V，甲烷10Pa的工作环境，沉积类富勒烯碳涂层200分钟，得到类富勒烯碳涂层的液压***摩擦副。腔体冷却后取出样件进行摩擦测试，摩擦测试示意图如图3(b)所示，选取对磨材料为铜合金，并与未涂层处理的GCr15(摩擦测试示意图如图3(a)所示)摩擦特性进行对比，测试结果见图4和图5，其中，图4为类富勒烯碳涂层摩擦副与铜合金对磨和未涂层的液压***摩擦副与铜合金对磨的摩擦系数的对比图，图5为铜合金磨斑形貌对比图，其中，图5(a)为与类富勒烯碳涂层摩擦副对磨的铜合金磨斑形貌图，图5(b)为与未涂层摩擦副对磨的铜合金磨斑形貌图。
由图4可知，类富勒烯碳涂层能够明显促进摩擦副的润滑效果，相比于未涂层处理的GCr15，采用类富勒烯碳涂层的液压***摩擦副的摩擦系数至少能够降低30％，进而可降低***中的摩擦能耗和缓解摩擦温升；由图5可知，与类富勒烯碳对磨，铜合金磨斑甚微，说明类富勒烯碳涂层具有优异的抗磨作用。
实施例2
在GCr15基体上的类富勒烯碳涂层与陶瓷配副复合强化摩擦副的耐磨特性。
将液压***摩擦副基体先放入石油醚中超声清洗30分钟，然后转移到酒精清洗5分钟，之后将液压***摩擦副基体放入30℃干燥箱烘干；将烘干的液压***摩擦副基体置于磁控溅射CVD设备中，在腔体抽真空达1×10-4Pa以下时进行腔体清洗，氩气保护并控制在10Pa，偏压700V，导通比0.8,等离子清洗30分钟；选用铝(Al)为靶材，偏压600V,在通入氩气和氮气氛围中，控制气压逐渐降至10Pa,沉积氮化铝(AlN)涂层25分钟；提供偏压1000V，甲烷、氢气10Pa的工作环境，沉积类富勒烯碳涂层150分钟，得到类富勒烯碳涂层的液压***摩擦副。腔体冷却后取出样件进行摩擦测试，如图3(c)所示，选取对磨材料为氧化铝，并与类富勒烯碳涂层和轴承钢的摩擦特性进行对比，结果见图6和图7，其中，图6为类富勒烯碳涂层与轴承钢对磨和类富勒烯碳涂层与氧化铝对磨的摩擦系数对比图，图7为轴承钢和氧化铝磨斑形貌对比图，其中，图7(a)为与类富勒烯碳涂层对磨的轴承钢的磨斑形貌图，图7(b)为与类富勒烯碳涂层对磨的氧化铝的磨斑形貌图。
由图6可知，采用等离子体喷涂或化学沉积等方法对轴承钢等材料表面氧化铝陶瓷化处理，使得氧化铝陶瓷涂层与类富勒烯碳涂层复合减磨摩擦副设计具有优异的润滑效果，高效提升了类富勒烯碳涂层应用效果，达到复合减磨效果。类富勒烯碳涂层与氧化铝对磨时摩擦系数能够降低到0.07附近，相比于类富勒烯碳涂层与轴承钢或者铜合金对磨，摩擦系数至少降低了50％。同样地，其减磨特性更为突出，参照图7，摩擦之后表面几乎无磨损。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种增强液压***摩擦副耐磨特性的方法，其特征在于，所述液压***摩擦副包括第一配副和第二配副，所述方法包括：
对所述第一配副的基体进行清洁处理，得到洁净的基体；
在所述洁净的基体表面形成金属氮化物过渡层；
在所述金属氮化物过渡层表面形成类富勒烯碳涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：在所述第二配副的基体表面形成氧化铝涂层或氮化硅涂层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洁处理包括：
将所述第一配副的基体依次放入石油醚和酒精中超声清洗；
将经过超声清洗的第一配副的基体进行干燥处理；
将经过干燥的第一配副基体进行等离子清洗，
优选的，所述等离子清洗的条件为：
真空度1.0×10-4～1.0×10-3Pa；
氩气保护并控制气压在5～10Pa；
偏压700～800V；
导通比0.5～0.8；
等离子清洗时间为30～60分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一配副的基体的材料包括选自轴承钢、不锈钢、38CrMoAl、球墨铸铁、普通灰铸铁中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属氮化物过渡层和所述类富勒烯碳涂层是通过磁控溅射气相沉积方法形成的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沉积所述金属氮化物过渡层的条件为：
靶材为金属材料；
偏压为400～1000V；
工作气体为氩气和氮气；
气压为5～10Pa；
沉积时间为15～45分钟，
优选的，所述靶材为铬或铝，
任选的，沉积所述类富勒烯碳涂层的条件为：
工作气体为甲烷和氢气；
气压为5～10Pa；
沉积时间为150～300分钟。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，形成所述第二配副的基体的材料包括铜合金、轴承钢、氧化铝和氮化硅中的至少一种。
8.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述氧化铝或氮化硅涂层是通过等离子体喷涂或化学气相沉积法形成的。
9.一种液压***摩擦副，其特征在于，是通过权利要求1-8中任一项所述的方法增强耐磨特性后获得的。
10.一种液压***，其特征在于，包括权利要求9所述的液压***摩擦副。
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