活塞环表面的钛基纳米陶瓷覆盖层及其覆盖加工方法技术

活塞环表覆钛基纳米陶瓷及其方法，其表面镀膜的靶材为纯Ｔｉ或ＴｉＡｌＺｒ或ＴｉＣｒＮｉ，采用ＰＶＤ技术，在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷，形成镀膜，其方法是活塞环先经溶剂藉超声波清洗干净；抽真空、加温；通Ａｒ气加电压辉光清洗；降低Ａｒ压力，施电压引弧使靶材蒸发钛基等离子轰击工件；关Ａｒ、通Ｎ＃－［２］及含碳气体、周期性施电压、使工件表面形成３－５ｕｍ钛基纳米陶瓷镀膜，本发明专利技术优点是镀膜与基体工件结合牢，硬度高，耐磨，可大幅度提高使用寿命２－８倍，加工方法无环境污染。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种活塞环表面覆盖层及其方法，特别是活塞环表面覆盖钛基纳米陶瓷及其方法。活塞环是日常广泛使用的动力配件，现有的活塞环表面处理是采用电镀的方法使活塞表面形成镀铬层，由于受镀铬层硬度约为800HV的限制，并且表面镀铬层与活塞环基体结合不牢，耐磨性差是现有的表面镀铬的活塞环使用失效，使用寿命不长的主要原因，并且镀铬工艺方法对环境的严重污染也是一个急待解决的问题。本专利技术的目的在于采用对环境无污染的物理气相沉积方法，即PVD方法，在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，使其与活塞环基体结牢固，耐磨，提高使用寿命。从而克服现有技术镀铬覆盖层及其方法的敝病。本专利技术的技术解决方案是，活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，形成表面镀膜，可在镀铬或未镀铬的表面上形成沉积。表面镀膜的靶材为纯Ti，渗涂层为TiCN，呈紫红色，硬度达2300-3000HV；靶材或为TiAlZr，含Al30-50％，Zr或Nb为2-5％，渗涂层为TiAlZr(CN)，呈黑色，硬度为2500-4000HV；靶材或为TiCrNi，含Cr40-60％,Ni5-10％，渗涂层为TiCrNi(CN)，呈浅黄色或紫黑色，硬度为3000-5000HV。活塞环表覆钛基纳米陶瓷的方法是采用PVD真空多弧离子镀模技术，在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，形成表面镀膜，其方法的是依次进行下述工艺方法加工活塞环工件1)将待镀工件用溶剂或纯水并藉助超声波反复清洗，直至确认工件表面干净为止2)将清洗后的工件装入真空离子镀膜机内抽空至6.7×10-3Pa，再加温至200℃-400℃，然后保温0.5-1小时。3)通氩气Ar至真空离子镀膜机炉内，使炉内压力维持在5-10Pa，在1000-1500V电压下辉光清洗30-60分钟。4)然后，将炉内Ar压力降至1Pa左右，引弧使靶材蒸发，在1000-1500V电压下对工件表面进行钛基混合等离子轰击约30-40分钟。5)确认工件表面清洗干净后，关闭Ar气体，炉内通入Nz及含碳的气体，例如乙炔，经下列程序施800V电压15分钟→600V压15分钟→400V电压15分钟→200V电压15分钟→100V电压15分钟→50V电压30分钟，然后待炉温降至60℃以下时，工件出炉，工件表面即可形成3-5um的钛基纳米陶瓷薄膜覆盖层，形成表面镀膜。本专利技术的具体实施例1是实例1摩托车活塞环镀膜及其工艺方法先用溶剂或纯水清洗→烘干→进炉→抽真空到6×10-3Pa或更高→加热至300℃→Ar气氛10pa×1500V×20分钟→引弧纯钛靶Ar3pa×1500V×30分钟→(N2+CH4)2Pa×l000V×15分钟→800V×15分钟→600V×15分钟→400V×15分钟→200V×15分仲→100V×15分钟→50V×30分钟→冷却至60℃得到紫红色Ti(CN)薄膜(约5um)，寿命提高2倍以上；适用于450℃以下环境工作。实例2汽车活塞环镀膜及其工艺方法清洗→烘干→进炉→抽真空到6×10-3Pa或更高→加热至300℃→Ar气氛l0pa×1500V×30分钟→引弧TiAlZr靶材Ar3pa×1500V×30分钟→(N2+CH4)2Pa×1200V×30分钟→800V×15分钟→600V×15分钟→400V×15分钟→200V×15分仲→l00V×15分钟→50V×30分钟→冷却至60℃以下，得到紫黑色TiAlZr(CN)薄膜寿命提高3倍以上；可在800℃左右的工作环境中工作。实例3不镀铬的汽车活塞环直接镀TiCrNi(CN)镀膜及其工艺方法清洗→烘干→进炉→抽真空到6.67×10-3Pa以上→加热至300℃以上400℃以下→Ar气氛10pa1500V30分钟→引弧TiCrNi靶材Ar3pa×1200V×30分钟→(N2+CH4)3Pa800V×15分钟→600V×15分钟→400V×15分钟→200V×15分钟→100V×30分仲→50V×60分钟→冷却至60℃以下，得到5μm-7μm的TiCrNi(CN)薄膜。表层的颜色可以调整。其硬度，寿命比镀铬的将提2倍以上。本专利技术的优点是采用了素有绿色工程之称的PVD技术，即物理气相沉积方法来对活塞表面进行处理，在活塞环表面上沉积钛基纳米陶瓷，形成与基体冶金结合的薄层表面镀膜，其硬度高，与基体结合力强，且自润滑性能好，可大幅度提高活塞环使用寿命，与现有技术表面镀铬的活塞相比，使用寿命可提高2-8倍，同时也提高了磨擦付的寿命。本专利技术的方法的最大好处是对环境无污染。权利要求1.活塞环表覆钛基纳米陶瓷，其特征在于活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，形成表面镀膜。2.根据权利要求1所述的活塞环表覆钛基纳米陶瓷，其特征在于其表面镀膜的靶材为纯Ti，渗涂层为TiCN，呈紫红色，硬度达2300-3000HV，3.根据权利要求1所述的活塞环表覆钛基纳米陶瓷，其特征在于其表面镀膜的靶材为TiAlZr，含Al30-50％，Zr或Nb为2-5％，渗涂层为TiAlZr(CN)，呈黑色。4.根据权利要求1所述的活塞环表覆钛基纳米陶瓷，其特征在于其表面镀膜的靶材为TiCrNi，含Cr40-60％，Ni5-10％，渗涂层为TiCrNi(CN)，呈浅黄色或紫黑色。5.活塞环表覆钛基纳米陶瓷的方法，是采用PVD真空多弧离子镀模技术，在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，形成表面镀膜，其方法的特征在于依次进行下述工艺方法加工活塞环工件1)将待镀工件用溶济或纯水并藉助超声波反复清洗，直至确认工件表面干净为止2)将清洗后的工件装入真空离子镀膜机内抽空至6.7×10-3Pa，再加温至200℃-400℃，然后保温0.5-1小时。3)通氩气Ar至真空离子镀膜机炉内，使炉内压分维持在5-10Pa，在1000-1500V电压下辉光清洗30-60分钟。4)然后，将炉内Ar压力降至1Pa左右，引弧使靶材蒸发，在1000-1500V电压下对工件表面进行钛基混合等离子轰击约30-40分钟。5)确认工件表面清洗干净后，关闭Ar气体，炉内通入N2及含碳的气体，例如乙炔，经下列程序施800V电压15分钟→600V压15分钟→400V电压15分钟→200V电压15分钟→100V电压15分钟→50V电压30分钟，然后待炉温降至60℃以下时，工件出炉，工件表面即可形成3-5um的钛基纳米陶瓷薄膜覆盖层，形成表面镀膜。全文摘要,其表面镀膜的靶材为纯Ti或TiAlZr或TiCrNi,采用PVD技术,在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷,形成镀膜,其方法是活塞环先经溶剂藉超声波清洗干净;抽真空、加温;通Ar气加电压辉光清洗;降低Ar压力,施电压引弧使靶材蒸发钛基等离子轰击工件;关Ar、通N文档编号C23C14/22GK1320767SQ01114470公开日2001年11月7日 申请日期2001年5月18日 优先权日2001年5月18日专利技术者陈力学, 顾雨青 申请人:陈力学本文档来自技高网...

【技术保护点】
活塞环表覆钛基纳米陶瓷，其特征在于活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，形成表面镀膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力学，顾雨青，
申请(专利权)人：陈力学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]