專利名稱：活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷及其方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種活塞環(huán)表面覆蓋層及其方法，特別是活塞環(huán)表面覆蓋鈦基納米陶瓷及其方法。
活塞環(huán)是日常廣泛使用的動力配件，現(xiàn)有的活塞環(huán)表面處理是采用電鍍的方法使活塞表面形成鍍鉻層，由于受鍍鉻層硬度約為800HV的限制，并且表面鍍鉻層與活塞環(huán)基體結(jié)合不牢，耐磨性差是現(xiàn)有的表面鍍鉻的活塞環(huán)使用失效，使用壽命不長的主要原因，并且鍍鉻工藝方法對環(huán)境的嚴重污染也是一個急待解決的問題。
本發(fā)明的目的在于采用對環(huán)境無污染的物理氣相沉積方法，即PVD方法，在活塞環(huán)表面沉積鈦基納米陶瓷覆蓋層，使其與活塞環(huán)基體結(jié)牢固，耐磨，提高使用壽命。從而克服現(xiàn)有技術(shù)鍍鉻覆蓋層及其方法的敝病。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷及其方法，活塞環(huán)表面沉積鈦基納米陶瓷覆蓋層，形成表面鍍膜，可在鍍鉻或未鍍鉻的表面上形成沉積。表面鍍膜的靶材為純Ti，滲涂層為TiCN，呈紫紅色，硬度達2300-3000HV；靶材或為TiAlZr，含Al30-50％，Zr或Nb為2-5％，滲涂層為TiAlZr(CN)，呈黑色，硬度為2500-4000HV；靶材或為TiCrNi，含Cr40-60％,Ni5-10％，滲涂層為TiCrNi(CN)，呈淺黃色或紫黑色，硬度為3000-5000HV?；钊h(huán)表覆鈦基納米陶瓷的方法是采用PVD真空多弧離子鍍模技術(shù)，在活塞環(huán)表面沉積鈦基納米陶瓷覆蓋層，形成表面鍍膜，其方法的是依次進行下述工藝方法加工活塞環(huán)工件1)將待鍍工件用溶劑或純水并藉助超聲波反復清洗，直至確認工件表面干凈為止2)將清洗后的工件裝入真空離子鍍膜機內(nèi)抽空至6.7×10-3Pa，再加溫至200℃-400℃，然后保溫0.5-1小時。
3)通氬氣Ar至真空離子鍍膜機爐內(nèi)，使爐內(nèi)壓力維持在5-10Pa，在1000-1500V電壓下輝光清洗30-60分鐘。
4)然后，將爐內(nèi)Ar壓力降至1Pa左右，引弧使靶材蒸發(fā)，在1000-1500V電壓下對工件表面進行鈦基混合等離子轟擊約30-40分鐘。
5)確認工件表面清洗干凈后，關閉Ar氣體，爐內(nèi)通入Nz及含碳的氣體，例如乙炔，經(jīng)下列程序施800V電壓15分鐘→600V壓15分鐘→400V電壓15分鐘→200V電壓15分鐘→100V電壓15分鐘→50V電壓30分鐘，然后待爐溫降至60℃以下時，工件出爐，工件表面即可形成3-5um的鈦基納米陶瓷薄膜覆蓋層，形成表面鍍膜。
本發(fā)明的具體實施例1是
實例1摩托車活塞環(huán)鍍膜及其工藝方法先用溶劑或純水清洗→烘干→進爐→抽真空到6×10-3Pa或更高→加熱至300℃→Ar氣氛10pa×1500V×20分鐘→引弧純鈦靶Ar3pa×1500V×30分鐘→(N2+CH4)2Pa×l000V×15分鐘→800V×15分鐘→600V×15分鐘→400V×15分鐘→200V×15分仲→100V×15分鐘→50V×30分鐘→冷卻至60℃得到紫紅色Ti(CN)薄膜(約5um)，壽命提高2倍以上；適用于450℃以下環(huán)境工作。
實例2汽車活塞環(huán)鍍膜及其工藝方法清洗→烘干→進爐→抽真空到6×10-3Pa或更高→加熱至300℃→Ar氣氛l0pa×1500V×30分鐘→引弧TiAlZr靶材Ar3pa×1500V×30分鐘→(N2+CH4)2Pa×1200V×30分鐘→800V×15分鐘→600V×15分鐘→400V×15分鐘→200V×15分仲→l00V×15分鐘→50V×30分鐘→冷卻至60℃以下，得到紫黑色TiAlZr(CN)薄膜壽命提高3倍以上；可在800℃左右的工作環(huán)境中工作。
實例3不鍍鉻的汽車活塞環(huán)直接鍍TiCrNi(CN)鍍膜及其工藝方法清洗→烘干→進爐→抽真空到6.67×10-3Pa以上→加熱至300℃以上400℃以下→Ar氣氛10pa1500V30分鐘→引弧TiCrNi靶材Ar3pa×1200V×30分鐘→(N2+CH4)3Pa800V×15分鐘→600V×15分鐘→400V×15分鐘→200V×15分鐘→100V×30分仲→50V×60分鐘→冷卻至60℃以下，得到5μm-7μm的TiCrNi(CN)薄膜。表層的顏色可以調(diào)整。其硬度，壽命比鍍鉻的將提2倍以上。
本發(fā)明的優(yōu)點是采用了素有綠色工程之稱的PVD技術(shù)，即物理氣相沉積方法來對活塞表面進行處理，在活塞環(huán)表面上沉積鈦基納米陶瓷，形成與基體冶金結(jié)合的薄層表面鍍膜，其硬度高，與基體結(jié)合力強，且自潤滑性能好，可大幅度提高活塞環(huán)使用壽命，與現(xiàn)有技術(shù)表面鍍鉻的活塞相比，使用壽命可提高2-8倍，同時也提高了磨擦付的壽命。本發(fā)明的方法的最大好處是對環(huán)境無污染。
權(quán)利要求
1.活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷，其特征在于活塞環(huán)表面沉積鈦基納米陶瓷覆蓋層，形成表面鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷，其特征在于其表面鍍膜的靶材為純Ti，滲涂層為TiCN，呈紫紅色，硬度達2300-3000HV，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷，其特征在于其表面鍍膜的靶材為TiAlZr，含Al30-50％，Zr或Nb為2-5％，滲涂層為TiAlZr(CN)，呈黑色。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷，其特征在于其表面鍍膜的靶材為TiCrNi，含Cr40-60％，Ni5-10％，滲涂層為TiCrNi(CN)，呈淺黃色或紫黑色。
5.活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷的方法，是采用PVD真空多弧離子鍍模技術(shù)，在活塞環(huán)表面沉積鈦基納米陶瓷覆蓋層，形成表面鍍膜，其方法的特征在于依次進行下述工藝方法加工活塞環(huán)工件1)將待鍍工件用溶濟或純水并藉助超聲波反復清洗，直至確認工件表面干凈為止2)將清洗后的工件裝入真空離子鍍膜機內(nèi)抽空至6.7×10-3Pa，再加溫至200℃-400℃，然后保溫0.5-1小時。3)通氬氣Ar至真空離子鍍膜機爐內(nèi)，使爐內(nèi)壓分維持在5-10Pa，在1000-1500V電壓下輝光清洗30-60分鐘。4)然后，將爐內(nèi)Ar壓力降至1Pa左右，引弧使靶材蒸發(fā)，在1000-1500V電壓下對工件表面進行鈦基混合等離子轟擊約30-40分鐘。5)確認工件表面清洗干凈后，關閉Ar氣體，爐內(nèi)通入N2及含碳的氣體，例如乙炔，經(jīng)下列程序施800V電壓15分鐘→600V壓15分鐘→400V電壓15分鐘→200V電壓15分鐘→100V電壓15分鐘→50V電壓30分鐘，然后待爐溫降至60℃以下時，工件出爐，工件表面即可形成3-5um的鈦基納米陶瓷薄膜覆蓋層，形成表面鍍膜。
全文摘要
活塞環(huán)表覆鈦基納米陶瓷及其方法,其表面鍍膜的靶材為純Ti或TiAlZr或TiCrNi,采用PVD技術(shù),在活塞環(huán)表面沉積鈦基納米陶瓷,形成鍍膜,其方法是活塞環(huán)先經(jīng)溶劑藉超聲波清洗干凈;抽真空、加溫;通Ar氣加電壓輝光清洗;降低Ar壓力,施電壓引弧使靶材蒸發(fā)鈦基等離子轟擊工件;關Ar、通N
文檔編號C23C14/22GK1320767SQ01114470
公開日2001年11月7日 申請日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者陳力學, 顧雨青 申請人:陳力學