CN1776019A

CN1776019A - 于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层

Info

Publication number: CN1776019A
Application number: CN 200510095480
Authority: CN
Inventors: 邹志尚; 陈嘉农; 陈秀恋
Original assignee: 邹志尚
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-05-24

Abstract

于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，本镀层可以利用通用的淀积固体薄膜的加工技术加以实现，该淀积固体薄膜的加工技术包括真空蒸发、磁控溅射、离子束溅射、离子镀、液相外延、化学束外延、分子束外延、脉冲激光淀积、电化学淀积、化学气相沉积及物理气相沉积；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本方法是运用淀积固体薄膜的技术，于引擎活塞环的表面淀积一种及一种以上的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层；该镀层用以使引擎活塞环的表面发生材料的表面改性；该镀层的总体维氏硬度HV不小于3350；该镀层的整体厚度不超过60微米；引擎活塞环包括汽油机引擎活塞环、柴油机引擎活塞环。

Description

于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层

技术领域

本发明涉及一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层。

背景技术

引擎活塞环包括汽油机引擎活塞环、柴油机引擎活塞环、天然气发动机引擎活塞环、乙醇发动机引擎活塞环、混合燃料发动机引擎活塞环等，这些引擎活塞环都是工作在复杂恶劣的环境中，所以引擎活塞环面临着诸如高温强度、抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的问题；现在已经比较成熟的淀积固体薄膜的加工技术包括真空蒸发、磁控溅射、离子束溅射、离子镀、液相外延、化学束外延、分子束外延、脉冲激光淀积、电化学淀积、化学气相沉积及物理气相沉积；而在现在的淀积固体薄膜的加工技术领域里，往往只使用单一的薄膜材料，而单一的薄膜材料有较多的局限性，效果也有限；所以，为了提高引擎活塞环的表面具有很好的高温强度、抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的性能的目的，所以需要一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层。

本发明的技术方案：本发明是一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，本于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层可以利用通用的淀积固体薄膜的加工技术加以实现，该淀积固体薄膜的加工技术包括真空蒸发、磁控溅射、离子束溅射、离子镀、液相外延、化学束外延、分子束外延、脉冲激光淀积、电化学淀积、化学气相沉积及物理气相沉积；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本方法是运用淀积固体薄膜的技术，于引擎活塞环的表面淀积一种及一种以上的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层；该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层用以使引擎活塞环的表面发生材料的表面改性。

上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是高速钢；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是优质碳素钢；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是纯钛；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是高温合金；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是有色合金；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是不锈钢；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是特种合金。

上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料包括氧化钛(TiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氮化锆(ZrN)、银化钨(WAg)、氧化硅(SiO₂)、碳化硼(B₄C)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、氧化钴(CoO)、氧化镁(MgO)、氧化铬(Cr₂O₃)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料具有很好的高温强度，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的镀层材料还具有很好的抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的性能，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料还具有很好的自润滑的性能；该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以单独选择其中的一种使用；或该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以选择其中的几种组合后使用，达到强化“纳米效应”的目的。

上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为1600℃至2850℃之间，硬度为10Gpa至52Gpa之间，密度为2.2g/cm^-3至5.8g/cm^-3之间，杨氏模量为150Gpa至670Gpa之间，线性膨胀系数为0.000002K^-1至0.0000095K^-1之间，热导率为1.2W(mK)^-1至85W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％。

上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料包括氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氮化铪(HfN)、铝化钛(TiAl)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、碳化钨(WC)、氮化铝钛(TiAlN)、氮碳化钛(TiCN)、锆化铝钛(TiAlZr)、铌化铝钛(TiAlNb)、镍锆化钛(TiZrNi)、铝化镍(NiAl)、硼化钛(TiB₂)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料是硬质复合纳米陶瓷薄膜与基底靶材料之间的扩散过渡层，使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有保证硬质复合纳米陶瓷薄膜对于基底靶材料能够有很好的附着性能，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有消除硬质复合纳米陶瓷薄膜的残余应力的效果，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有提高硬质复合纳米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲劳及抗冲击力的功能；该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以单独选择其中的一种使用；或该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以选择其中的几种组合后使用，达到强化“纳米效应”的目的。

上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为2750℃至4050℃之间，硬度为15Gpa至31Gpa之间，密度为4.42g/cm^-3至15.9g/cm^-3之间，杨氏模量为450Gpa至730Gpa之间，线性膨胀系数为0.0000039K^-1至0.00000955K^-1之间，热导率为12W(mK)^-1至35W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％。

于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本工艺方法如下；A、将引擎活塞环的表面用挥发性有机溶剂并且借助超声波进行清洗，以清除各种污物；B、可选择利用上述的基本通用的淀积固体薄膜的加工技术中的其中的一种完成全部镀层的工艺；C、首先将选定材料种类及配方的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料，于引擎活塞环的表面的基底靶材料上形成若干层纳米结构的金属间化合物材料的薄膜，每一层金属间化合物材料的薄膜的调质及调制周期为5纳米至100纳米，以控制每一层金属间化合物材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该金属间化合物材料的薄膜的整体厚度不超过30微米；D、之后将选定材料种类及配方的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料，在上述的引擎活塞环的表面的金属间化合物材料的薄膜上形成若干层纳米结构的外部镀层材料的薄膜，每一层外部镀层材料的薄膜的调质及调制周期为5纳米至100纳米，以控制每一层外部镀层材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该外部镀层材料的薄膜的整体厚度不超过30微米；E、在经过自然冷却以消除该硬质复合纳米陶瓷的镀层的残余应力之后，即完成该引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本工艺方法。

该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的总体维氏硬度HV不小于3350。

该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的整体厚度不超过60微米。

上述的引擎活塞环包括汽油机引擎活塞环、柴油机引擎活塞环、天然气发动机引擎活塞环、乙醇发动机引擎活塞环、混合燃料发动机引擎活塞环。

本发明具有积极的使用效果：由于本于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层可以利用通用的淀积固体薄膜的加工技术加以实现，该淀积固体薄膜的加工技术包括真空蒸发、磁控溅射、离子束溅射、离子镀、液相外延、化学束外延、分子束外延、脉冲激光淀积、电化学淀积、化学气相沉积及物理气相沉积；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本方法是运用淀积固体薄膜的技术，于引擎活塞环的表面淀积一种及一种以上的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层；该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层用以使引擎活塞环的表面发生材料的表面改性；上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是高速钢；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是优质碳素钢；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料包括氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氮化锆(ZrN)、银化钨(WAg)、碳化硼(B₄C)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氧化钴(CoO)、氧化铬(Cr₂O₃)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料具有很好的高温强度，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的镀层材料还具有很好的抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的性能，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料还具有很好的自润滑的性能；该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以单独选择其中的一种使用；或该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以选择其中的几种组合后使用，达到强化“纳米效应”的目的；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为1600℃至2850℃之间，硬度为10Gpa至52Gpa之间，密度为2.2g/cm^-3至5.8g/cm^-3之间，杨氏模量为150Gpa至670Gpa之间，线性膨胀系数为0.000002K^-1至0.0000095K^-1之间，热导率为1.2W(mK)^-1至85W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料包括氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氮化铪(HfN)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、氮化铝钛(TiAlN)、氮碳化钛(TiCN)、铌化铝钛(TiAlNb)、铝化镍(NiAl)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料是硬质复合纳米陶瓷薄膜与基底靶材料之间的扩散过渡层，使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有保证硬质复合纳米陶瓷薄膜对于基底靶材料能够有很好的附着性能，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有消除硬质复合纳米陶瓷薄膜的残余应力的效果，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有提高硬质复合纳米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲劳及抗冲击力的功能；该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以单独选择其中的一种使用；或该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以选择其中的几种组合后使用，达到强化“纳米效应”的目的；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为2750℃至4050℃之间，硬度为15Gpa至31Gpa之间，密度为4.42g/cm^-3至15.9g/cm^-3之间，杨氏模量为450Gpa至730Gpa之间，线性膨胀系数为0.0000039K^-1至0.00000955K^-1之间，热导率为12W(mK)^-1至35W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的总体维氏硬度HV不小于3350；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的整体厚度不超过60微米；上述的引擎活塞环包括汽油机引擎活塞环、柴油机引擎活塞环、天然气发动机引擎活塞环、乙醇发动机引擎活塞环、混合燃料发动机引擎活塞环；所以可达到于引擎活塞环的表面运用了硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层之后，该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层可以使引擎活塞环的表面发生材料的表面改性，从而提高了引擎活塞环的表面具有很好的高温强度、抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的性能的目的。本发明为安全可靠、性能稳定、运用广泛的一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层。

具体实施方式

实施例

本发明的本实施例的一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层符合相关技术标准；本发明的本实施例的工艺方法如下：本于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层可以利用通用的淀积固体薄膜的加工技术加以实现，该淀积固体薄膜的加工技术包括真空蒸发、磁控溅射、离子束溅射、离子镀、液相外延、化学束外延、分子束外延、脉冲激光淀积、电化学淀积、化学气相沉积及物理气相沉积；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本方法是运用淀积固体薄膜的技术，于引擎活塞环的表面淀积一种及一种以上的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，在本实施例中，可以选择于引擎活塞环的表面淀积一种以上的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层；该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层用以使引擎活塞环的表面发生材料的表面改性；在本实施例中，可以选择上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是优质碳素钢；在其他实施例中，或可以选择上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是高速钢；或可以选择上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是纯钛；或可以选择上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是高温合金；或可以选择上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是有色合金；或可以选择上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是不锈钢；或可以选择上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是特种合金；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料包括氧化钛(TiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氮化锆(ZrN)、银化钨(WAg)、氧化硅(SiO₂)、碳化硼(B₄C)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、氧化钴(CoO)、氧化镁(MgO)、氧化铬(Cr₂O₃)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料具有很好的高温强度，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的镀层材料还具有很好的抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的性能，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料还具有很好的自润滑的性能；在本实施例中，可以选择该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以选择其中的几种组合后使用，选定的外部镀层材料为氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)及氧化铬(Cr₂O₃)，该选定的外部镀层材料的配方为45％的(TiO₂)、35％的氧化锆(ZrO₂)及20％的氧化铬(Cr₂O₃)，达到强化“纳米效应”的目的；在其他实施例中，或可以选择该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以单独选择其中的一种使用；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为1600℃至2850℃之间，硬度为10Gpa至52Gpa之间，密度为2.2g/cm^-3至5.8g/cm^-3之间，杨氏模量为150Gpa至670Gpa之间，线性膨胀系数为0.000002K^-1至0.0000095K^-1之间，热导率为1.2W(mK)^-1至85W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％，在本实施例中，45％的(TiO₂)、35％的氧化锆(ZrO₂)及20％的氧化铬(Cr₂O₃)的三种组合后使用时的基本性能可以提高5％左右；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料包括氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氮化铪(HfN)、铝化钛(TiAl)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、碳化钨(WC)、氮化铝钛(TiAlN)、氮碳化钛(TiCN)、锆化铝钛(TiAlZr)、铌化铝钛(TiAlNb)、镍锆化钛(TiZrNi)、铝化镍(NiAl)、硼化钛(TiB₂)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料是硬质复合纳米陶瓷薄膜与基底靶材料之间的扩散过渡层，使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有保证硬质复合纳米陶瓷薄膜对于基底靶材料能够有很好的附着性能，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有消除硬质复合纳米陶瓷薄膜的残余应力的效果，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有提高硬质复合纳米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲劳及抗冲击力的功能；在本实施例中，可以选择该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以选择其中的几种组合后使用，选定的金属间化合物材料为氮化钛(TiN)、铝化镍(NiAl)及氮化铪(HfN)，该选定的金属间化合物材料的配方为35％的氮化钛(TiN)、35％的铝化镍(NiAl)及30％的氮化铪(HfN)，达到强化“纳米效应”的目的；在其他实施例中，或可以选择该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以单独选择其中的一种使用；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为2750℃至4050℃之间，硬度为15Gpa至31Gpa之间，密度为4.42g/cm^-3至15.9g/cm^-3之间，杨氏模量为450Gpa至730Gpa之间，线性膨胀系数为0.0000039K^-1至0.00000955K^-1之间，热导率为12W(mK)^-1至35W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％，在本实施例中，35％的氮化钛(TiN)、35％的铝化镍(NiAl)及30％的氮化铪(HfN)的三种组合后使用时的基本性能可以提高3.5％左右；于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本工艺方法如下；A、将引擎活塞环的表面用挥发性有机溶剂并且借助超声波进行清洗，以清除各种污物；B、可选择利用上述的基本通用的淀积周体薄膜的加工技术中的其中的一种完成全部镀层的工艺，在本实施例中，可以选择的加工技术为脉冲激光淀积；C、首先将选定材料种类及配方的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料，于引擎活塞环的表面的基底靶材料上形成若干层纳米结构的金属间化合物材料的薄膜，每一层金属间化合物材料的薄膜的调质及调制周期为5纳米至100纳米，以控制每一层金属间化合物材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该金属间化合物材料的薄膜的整体厚度不超过30微米，在本实施例中，可以选择于引擎活塞环的表面的基底靶材料上形成15层至18层纳米结构的金属间化合物材料的薄膜，每一层金属间化合物材料的薄膜的调质及调制周期为50纳米左右，以控制每一层金属间化合物材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该金属间化合物材料的薄膜的整体厚度不超过12.5微米；D、之后将选定材料种类及配方的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料，在上述的引擎活塞环的表面的金属间化合物材料的薄膜上形成若干层纳米结构的外部镀层材料的薄膜，每一层外部镀层材料的薄膜的调质及调制周期为5纳米至100纳米，以控制每一层外部镀层材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该外部镀层材料的薄膜的整体厚度不超过30微米，在本实施例中，可以选择于引擎活塞环的表面的金属间化合物材料上形成12层至16层纳米结构的外部镀层材料的薄膜，每一层外部镀层材料的薄膜的调质及调制周期为55纳米左右，以控制每一层外部镀层材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该外部镀层材料的薄膜的整体厚度不超过12.8微米；E、在经过自然冷却以消除该硬质复合纳米陶瓷的镀层的残余应力之后，即完成该引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本工艺方法；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的总体维氏硬度HV不小于3350，在本实施例中，该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的总体维氏硬度HV可以控制在3400左右；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的整体厚度不超过60微米；在本实施例中，该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的整体厚度可以控制在25微米左右；上述的引擎活塞环包括汽油机引擎活塞环、柴油机引擎活塞环、天然气发动机引擎活塞环、乙醇发动机引擎活塞环、混合燃料发动机引擎活塞环，在本实施例中，可以选择为汽油机引擎活塞环；所以可达到于引擎活塞环的表面运用了硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层之后，该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层可以使引擎活塞环的表面发生材料的表面改性，从而提高了引擎活塞环的表面具有很好的高温强度、抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的性能的目的。

本发明为安全可靠、性能稳定、运用广泛的一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层。

Claims

1、一种于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，本子引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层可以利用通用的淀积固体薄膜的加工技术加以实现，该淀积固体薄膜的加工技术包括真空蒸发、磁控溅射、离子束溅射、离子镀、液相外延、化学束外延、分子束外延、脉冲激光淀积、电化学淀积、化学气相沉积及物理气相沉积；其特征在于：该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本方法是运用淀积固体薄膜的技术，于引擎活塞环的表面淀积一种及一种以上的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层；该硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层用以使引擎活塞环的表面发生材料的表面改性。

2、根据权利要求1所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是高速钢；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是优质碳素钢；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是纯钛；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是高温合金；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是有色合金；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是不锈钢；或上述的引擎活塞环的表面的基底靶材料可以是特种合金。

3、根据权利要求1所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料包括氧化钛(TiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氮化锆(ZrN)、银化钨(WAg)、氧化硅(SiO₂)、碳化硼(B₄C)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、氧化钴(CoO)、氧化镁(MgO)、氧化铬(Cr₂O₃)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料具有很好的高温强度，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的镀层材料还具有很好的抗高温氧化、抗腐蚀、抗冲刷、抗冲击、抗老化、抗疲劳、抗磨损及延长引擎活塞环的使用寿命的性能，该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料还具有很好的自润滑的性能；该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以单独选择其中的一种使用；或该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料可以选择其中的几种组合后使用，达到强化“纳米效应”的目的。

4、根据权利要求3所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为1600℃至2850℃之间，硬度为10Gpa至52Gpa之间，密度为2.2g/cm^-3至5.8g/cm^-3之间，杨氏模量为150Gpa至670Gpa之间，线性膨胀系数为0.000002K^-1至0.0000095K^-1之间，热导率为1.2W(mK)^-1至85W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％。

5、根据权利要求1所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料包括氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氮化铪(HfN)、铝化钛(TiAl)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、碳化钨(WC)、氮化铝钛(TiAlN)、氮碳化钛(TiCN)、锆化铝钛(TiAlZr)、铌化铝钛(TiAlNb)、镍锆化钛(TiZrNi)、铝化镍(NiAl)、硼化钛(TiB₂)；该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料是硬质复合纳米陶瓷薄膜与基底靶材料之间的扩散过渡层，使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有保证硬质复合纳米陶瓷薄膜对于基底靶材料能够有很好的附着性能，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有消除硬质复合纳米陶瓷薄膜的残余应力的效果，还使该硬质复合纳米陶瓷的镀层的金属间化合物材料具有提高硬质复合纳米陶瓷薄膜的抗老化、抗疲劳及抗冲击力的功能；该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以单独选择其中的一种使用；或该硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料可以选择其中的几种组合后使用，达到强化“纳米效应”的目的。

6、根据权利要求5所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在单独选择其中的一种使用时的基本性能为：熔点为2750℃至4050℃之间，硬度为15Gpa至31Gpa之间，密度为4.42g/cm^-3至15.9g/cm^-3之间，杨氏模量为450Gpa至730Gpa之间，线性膨胀系数为0.0000039K^-1至0.00000955K^-1之间，热导率为12W(mK)^-1至35W(mK)^-1之间；上述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料在选择其中的几种组合后使用时的基本性能可以提高1％至20％。

7、根据权利要求1所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本工艺方法如下；A、将引擎活塞环的表面用挥发性有机溶剂并且借助超声波进行清洗，以清除各种污物；B、可选择利用上述的基本通用的淀积固体薄膜的加工技术中的其中的一种完成全部镀层的工艺；C、首先将选定材料种类及配方的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的金属间化合物材料，于引擎活塞环的表面的基底靶材料上形成若干层纳米结构的金属间化合物材料的薄膜，每一层金属间化合物材料的薄膜的调质及调制周期为5纳米至100纳米，以控制每一层金属间化合物材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该金属间化合物材料的薄膜的整体厚度不超过30微米；D、之后将选定材料种类及配方的硬质复合纳米陶瓷的薄膜的镀层的外部镀层材料，在上述的引擎活塞环的表面的金属间化合物材料的薄膜上形成若干层纳米结构的外部镀层材料的薄膜，每一层外部镀层材料的薄膜的调质及调制周期为5纳米至100纳米，以控制每一层外部镀层材料的薄膜的厚度，达到强化“纳米效应”的目的，该外部镀层材料的薄膜的整体厚度不超过30微米；E、在经过自然冷却以消除该硬质复合纳米陶瓷的镀层的残余应力之后，即完成该引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的基本工艺方法。

8、根据权利要求1所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的总体维氏硬度HV不小于3350。

9、根据权利要求1所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：该于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层的整体厚度不超过60微米。

10、根据权利要求1所述的于引擎活塞环的表面运用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的镀层，其特征在于：上述的引擎活塞环包括汽油机引擎活塞环、柴油机引擎活塞环、天然气发动机引擎活塞环、乙醇发动机引擎活塞环、混合燃料发动机引擎活塞环。