本发明专利技术公开了一种再制造过程中的活塞杆表面的硬质PVD修复镀层及其制备方法，利用物理气相沉积（PVD）方法，对再制造过程中气密性不合格的活塞杆镀铬层进行修复，本发明专利技术工艺属于材料表面处理技术领域。本发明专利技术采用非平衡磁控溅射气象沉积法，配备纯金属铬靶材，在气密性不合格的活塞杆电镀铬层表面沉积单层硬质铬，PVD镀层厚度约为3~5μm。采用此发明专利技术可以将电镀铬层的气孔和网状贯通性裂纹堵住，并在表面获得致密的镀层，达到阻断渗漏通道的作用。同时，PVD镀铬层与电镀层结合良好，硬度高，耐磨性好。本发明专利技术能够适用于经气密性检测不合格或使用一段时间气密性变差的再制造活塞杆气密件的修复。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种材料表面镀层及其制备方法，特别是涉及一种高强度钢表面再制造镀层及表面镀层的修复方法，应用于金属材料表面处理工艺
和材料表面动密封气密性控制
技术介绍
活塞杆气密件一般由高强度钢30CrMnSi制成，通过表面电镀硬铬来提高其耐磨性。活塞杆在套筒内往返运动使套筒与活塞杆表面产生划伤，铬层的局部缺陷会引起该区域内应力加大、网状裂纹加宽产生铬层渗气现象；同时当超过规定的配合间隙也会发生漏气现象。为了降低成本、节约资源，大部分工厂对活塞杆气密件进行修复再制造，进行退铬、重新镀铬、除氢、磨削、精加工等多道工序进行修复，但再制造活塞杆在气密性检测实验中普遍存在渗漏气泡的现象。这一现象一直以来未得到彻底解决。镀层气密性差的主要原因是由于硬铬镀层有网状贯通性裂纹。电镀硬铬时，由于电流效率很低使副反应产生大量氢，其中一部分氢进入镀层中，使铬并不是直接沉积为正常的体心立方结构的金属铬，而是首先沉积为六方晶格形式或者面心立方晶格形式的铬氢化物。然而无论是六方晶格还是面心立方的铬氢化物，在分解为体心立方的铬时，都能使体积收缩15%以上，产生巨大拉应力，使得镀层出现裂纹。因此采用目前传统的电镀硬铬工艺，都将不可避免地在镀层中产生微裂纹，当裂纹贯通时，将会导致镀层漏气。现阶段生产、修复过程中采用过以下几种方法来改善活塞杆镀层的气密性: 1.油槽除氢:达到即除氢又堵塞镀层网状裂纹的目的，但受环境影响很大，温度升高就会失效。2.憎水处理:用石蜡、环氧树脂、518封孔剂进行憎水处理，该方法利用液体憎水剂的渗透原理，使其进入铬层微裂纹中，烘烤后憎水剂变为固体，堵塞铬层孔隙和裂纹。该方法可以较明显的减少渗气现象但在实际使用过程中，由于再制造杆件的来回运作，使得作为憎水处理的“封孔剂”类物质从裂纹中再次流出，从而失效。3.金刚石碾压:使铬层表面在压力的作用下产生塑性变形，同时不同程度的破坏铬层内部的裂纹分布，减少贯通裂纹的数量，减少渗气。但在环境和载荷交替作用下，暂时收缩的裂纹也可能成为新裂纹的裂纹源，从而又出现渗气现象。4.脉冲电镀:通过控制波形、通断比等电源参数，使镀层结晶细密，降低贯穿的裂纹尺度及数目，和网状裂纹。但气泡渗漏现象明显减少，然仍有渗气现象。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种再制造过程中的活塞杆表面的硬质PVD修复镀层及其制备方法，采用非平衡磁控溅射气象沉积法，配备纯金属靶材，在气密性不合格的活塞杆电镀层表面沉积单层硬质金属。本专利技术可将电镀层的气孔和网状贯通性裂纹堵住，并在表面获得致密的镀层，达到阻断渗漏通道的作用。同时，PVD镀层与电镀层结合良好，硬度高，耐磨性好。本专利技术能够适用于经气密性检测不合格或使用一段时间气密性变差的再制造活塞杆气密件的修复。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下专利技术构思: 本专利技术利用物理气象沉积(PVD)技术，采用非平衡磁控溅射薄膜沉积法，配备纯金属靶材，优选金属铬靶材，来完成在气密性检测不合格的活塞杆原有电镀层上沉积3~5 μ m致密的金属层。由于传统再制造活塞杆修复件电镀层较厚，不可避免的产生网状贯通性裂纹和孔隙，得不到致密的表层从而出现镀层漏气渗油的现象。而本专利技术中所采用的在电镀层上进行PVD镀铬工艺，是在非平衡磁控溅射装置中进行。一方面，本PVD技术是先将装置腔体抽至高真空后再充入氩气，磁控靶施加负电压产生辉光放电，产生氩离子轰击靶材表面，使靶材原子从靶表面溅射下来，通过磁场控制，沉积于活塞杆电镀层表面，使镀层沉积致密，减少了镀层表面孔隙的产生能改善修复后活塞杆的气密性；另一方面，本磁控溅射装置腔体内高真空度，有良好的扰动性和磁场气氛，使得PVD镀层可以填补电镀层表面的裂纹，从而显著提高活塞杆的气密性。同时，在电镀层上进行PVD镀金属也满足了配合尺寸的要求。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案: 一种活塞杆表面的硬质PVD修复镀层，是以气密性检测不良的活塞杆基体表面的原有电镀层作为金属镀层的受镀面并在原有电镀层上利用PVD方法沉积制备的一层金属镀层，使金属镀层修补气密性检测不合格的活塞杆电镀层表面的物理损伤缺陷，并使金属镀层与原有电镀层结合为一体，金属镀层材料是能与原有电镀层致密结合的金属材料。作为本专利技术优选的技术方案，金属镀层的材料与原有电镀层材料一致。作为本专利技术进一步优选的技术方案，金属镀层与原有电镀层材料皆为金属Cr。作为在本专利技术上述方案中进一步优选技术方案，金属镀层的厚度为3~5 μπι。本专利技术还提供一种再制造过程中的活塞杆表面的硬质PVD修复镀层的制备方法，包括如下步骤: a.活塞杆表面前处理:对气密性检测不合格的活塞杆原有电镀层分别用丙酮和酒精进行超声波清洗，对活塞杆表面清理，使活塞杆原有电镀层表面光洁； b.活塞杆的电镀层表面的刻蚀处理:将经过步骤a前处理的活塞杆置入磁控溅射装置腔体内，抽取真空直至真空度达到至少为2.00X 10 5Torr,再向磁控溅射装置腔体内通入氩气，将偏压调至-500V，使具有高密度高能量的粒子对活塞杆原有电镀层表面进行清洗刻蚀，将活塞杆原有电镀层表面上的污染物溅射下来，净化后的活塞杆原有电镀层表面作为受镀面备用；在对活塞杆的电镀层表面进行刻蚀处理时，优选通入氩气后使装置真空度达到至少为3X10 3Torr ； c.活塞杆表面非平衡磁控溅射气相沉积工艺:在磁控溅射装置腔体内，通过磁场控制，在经过步骤b净化后的活塞杆原有电镀层表面上进行金属镀层的沉积，采用能与活塞杆表面原有电镀层材料致密结合的金属材料作为靶材，将偏压调至60~80V，靶材电流在4-6A,当沉积金属镀层进行1.5-2.5h后或当沉积的金属镀层的厚度达到3~5 μπι后完成气相沉积，将活塞杆冷却至室温后，打开真空炉腔体将活塞杆取出，即在活塞杆原有电镀层之上再制备形成一层金属镀层；优选靶材选用的材料与活塞杆原有电镀层材料一致，从而在活塞杆原有电镀层之上制备与原有电镀层材料相同的金属镀层；优选当活塞杆原有电镀层材料为金属Cr时，革E材选用的材料亦为金属Cr。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点: 1.本专利技术运用物理气相沉积的方法对再制造过程中气密性不合格的活塞杆进行修复，修复时间短，并简化了原有修复工序，降低了修复成本； 2.本专利技术在非平衡磁控溅射仪器中进行PVD镀金属层过程中，以高纯度金属靶材为原料，先将装置腔体抽至高真空后再充入氩气，磁控靶施加负电压产生辉光放电，产生氩离子轰击靶材表面，通过磁场控制，使从靶材表面溅射下来的原子沉积于活塞杆电镀层表面。整个工艺过程中对环境完全没有污染； 3.本专利技术运用PVD技术在活塞杆表面制备镀层过程中金属镀层致密，不易产生孔洞和裂纹，不仅解决了再制造活塞杆漏气的现象，并且具有更高的硬度，与电镀层有良好的结合力，同时耐磨性也得到了改善，保证了活塞杆修复后的使用寿命。【附图说明】图1是本专利技术优选实施例的活塞杆基体表面、原有电镀层和PVD镀层的断面结构示意图。图2是利用本专利技术优选实施例工艺修复后的活塞杆气密性检测试验示意图。图3是通过贴滤纸方法检测活塞杆基体表面的原有电镀层气密性的示意图。图4是通过贴滤纸方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种活塞杆表面的硬质PVD修复镀层，其特征在于：是以气密性检测不良的活塞杆基体（3）表面的原有电镀层（2）作为所述金属镀层（1）的受镀面并在所述原有电镀层（2）上利用PVD方法沉积制备的一层金属镀层（1），使所述金属镀层（1）修补气密性检测不合格的活塞杆电镀层（2）表面的物理损伤缺陷，并使所述金属镀层（1）与所述原有电镀层（2）结合为一体，所述金属镀层（1）材料是能与所述原有电镀层（2）致密结合的金属材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汪宏斌，卫尔蒂妮，邬尚生，吴益文，王荃，陈俭吾，黄力，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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