一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，该涂层由基体表面自下而上依次层叠排列的梯度过渡层、复合功能层以及非晶碳顶层构成，总厚度控制在3.0～5.0μm。本发明专利技术还提供了该复合涂层的制备方法，采用磁控溅射技术或电弧离子镀技术制备梯度过渡层，采用磁控溅射技术制备复合功能层，采用磁控溅射技术或等离子体化学气相沉积技术制备非晶碳顶层。本发明专利技术的液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层的表面硬度≥12GPa，摩擦系数低于0.15，集高硬度、高韧性、耐磨、减摩于一体，能够较好的适用于恶劣工况，实现液压阀杆的高可靠和长寿命运行，涂镀工艺简单，具有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层及其制备方法
本专利技术属于基体表面防腐
，涉及一种液压阀杆表面涂层，尤其涉及一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层及其制备方法。
技术介绍
阀杆是液压阀中的重要部件，用于传动，上接执行机构或者手柄，下面直接带动阀芯移动或转动，以实现液压阀的开关。其中阀杆在液压阀工作过程中是运动件、受力件以及关键密封件，通常承受一定的拉力、压力及扭矩以及与填料、阀杆螺母有相对摩擦运动，并且直接与介质接触，在工作中会受到交变载荷的冲击带来的各种磨损与腐蚀的加剧，因此要求液压阀杆具有一定的机械性能、耐腐蚀性能、抗冲击性能以及抗擦伤性能。然而液压阀杆由于结构复杂、精度要求高，其表面处理质量的优劣，直接影响到液压阀的整体性能提升以及可靠性。随着液压机械生产制造、修复领域的快速发展，涉及到液压件表面强化技术层面的问题需亟待解决。传统的液压阀杆表面强化处理技术如渗碳、渗氮、碳氮共渗、电镀、激光表面强化、热喷涂等已不能满足其高精度、低摩擦磨损、耐腐蚀以及承受交变载荷冲击的性能要求。其中外形复杂、长径比较大的液压阀杆在渗碳、渗氮、碳氮共渗以及激光表面强化的处理过程中易造成热处理变形、热应力产生裂纹而造成废品率高的缺点；而液压阀杆表面镀铬工艺，存在表面上铬镀层不均匀，外圆锥度、档位尺寸超差，边缘毛刺等缺陷，合格率较低，而且在实施过程中存在高耗能、重污染的问题；热喷涂涂层由于硬度低、结合强度不足、孔隙率高以及表面粗糙等缺陷而导致产品的耐磨性、耐蚀性、抗冲击性能、疲劳强度和使用寿命达不到设计要求，而且还需要后续精加工使得生产成本也显著提高。因此，为了提高液压阀杆的机械性能、耐腐蚀性能、抗冲击性能以及抗擦伤性能，满足其高精度、低摩擦磨损、耐腐蚀以及承受交变载荷冲击的性能要求，开发具有抗磨、自润滑和强韧一体化的液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层能够有效提高液压阀杆的可靠性和服役寿命，是保证液压阀整体性能的提升以及避免液压阀体的内外泄漏问题的重要途径。
技术实现思路
针对常规表面处理技术无法满足液压阀杆的机械性能、耐腐蚀性能、抗冲击性能以及抗擦伤性能的不足，本专利技术提供一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层及其制备方法，该涂层具有抗磨、自润滑和强韧一体化的特性，能够有效提高液压阀杆的可靠性和服役寿命。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，所述的复合涂层由基体表面自下而上依次层叠排列的梯度过渡层、复合功能层以及非晶碳顶层构成，所述的基体为液压阀杆；所述的梯度过渡层由基底表面依次沉积的金属层、金属碳化物层或金属氮化物层构成，其厚度为0.5～1.8μm；所述的复合功能层为纳米多层复合结构或掺杂复合结构，其厚度为1.5～3.5μm；所述的非晶碳顶层的厚度为0.5～2.0μm；所述的复合涂层总厚度控制在3.0～5.0μm。优选的，所述的复合功能层中纳米多层复合结构的单层厚度为3～30nm，更优选为4～10nm。优选的，所述的复合功能层中掺杂复合结构的非碳元素的掺杂量按原子分数计为5％～75％，更优选为5％～25％。所述的基体的材质包括但不限于易车铁、不锈钢、轴承钢、合金钢等。所述的梯度过渡层、复合功能层以及非晶碳顶层的制备方法不限，包括但不限于采用现有的涂层制备技术，例如磁控溅射技术、电弧离子镀技术以及等离子体化学气相沉积技术等。作为一种实现方式，可以采用磁控溅射技术、电弧离子镀技术制备梯度过渡层，采用磁控溅射技术制备复合功能层，采用磁控溅射技术或等离子体化学气相沉积技术制备非晶碳顶层。本专利技术还提供了该液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1)等离子体轰击活化将清洗后的待镀液压阀杆置于安装有纯度99.99％的高纯金属靶、含非碳元素的陶瓷靶、纯度99.99％的高纯石墨靶的真空气相沉积系统的真空室中，预抽真空至2×10-3Pa以下，通入氩气和/或氢气使得真空室内的气压为0.5～2.0Pa，在液压阀杆上施加-100～-1000V的偏压使得液压阀杆表面产生等离子体辉光进行表面活化处理1200～1800秒；步骤2)沉积梯度过渡层利用真空气相沉积系统中安装的高纯金属靶、含非碳元素的陶瓷靶、高纯石墨靶在液压阀杆表面沉积梯度过渡层，厚度控制在0.5～1.8μm；步骤3)沉积复合功能层利用真空气相沉积系统中安装的高纯金属靶、含非碳元素的陶瓷靶、高纯石墨靶在梯度过渡层表面沉积复合功能层，沉积过程中通过溅射高纯石墨靶或者通入乙炔气体引入碳元素，通入氮气引入氮元素；厚度控制在1.5～3.5μm；步骤4)沉积非晶碳顶层通过溅射高纯石墨靶或者通入乙炔气体的等离子体化学气相沉积技术在复合功能层表面沉积非晶碳顶层，厚度控制在0.5～2.0μm；最终在液压阀杆表面获得抗冲击耐磨润滑复合涂层的总厚度控制在3.0～5.0μm。优选的，所述的高纯金属靶的靶材为金属钛或金属铬。优选的，所述的含非碳元素的陶瓷靶的靶材为碳化钨。本专利技术的一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层及其制备方法与现有技术相比，所产生的有益效果是：1、利用磁控溅射、电弧离子镀以及等离子体化学气相沉积等气相沉积技术在液压阀杆表面沉积抗冲击耐磨润滑复合涂层，易于精确实现涂层成分调制及含量控制，实现液压阀杆表面具备抗冲击耐磨润滑一体化的处理效果，可提高液压阀杆使用寿命2～3倍。2、由基体表面依次沉积的梯度过渡层与复合功能层的设计方案为液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层提供了良好的支撑和界面结合，克服了液压阀杆表面受交变载荷的冲击带来的各种磨损与腐蚀，能够满足液压阀杆表面的机械性能、耐腐蚀性能、抗冲击性能的要求，有效提高液压阀杆的可靠性和服役寿命。3、非晶碳顶层能保证液压阀杆表面的机械性能、耐腐蚀性能，同时保证在贫油工况下的润滑与抗擦伤性能，使液压阀在频繁启动和间歇运行时的无油/贫油工况下也具有良好的抗磨润滑效果及变工况适应性。4、通过在液压阀杆表面沉积抗冲击耐磨润滑复合涂层，降低了其更换频率，节省了液压阀的制造成本与更换成本，节约了大量人力物力，同时保障了设备系统的稳定性，确保了安全生产。本专利技术的一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，兼顾润滑、抗冲击、耐磨损、耐腐蚀的需求，可延长液压阀杆使用寿命2～3倍，其表面硬度≥12GPa，涂层厚度为3.0～5.0μm，摩擦系数低于0.15。较薄的涂层厚度可保证液压阀杆基体在不影响原来尺寸的情况下提高各理化性能，其价格低廉、涂镀工艺简单、加工方便。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1本实施例中，基体为Y15Pb易车铁液压阀杆，经时效处理后的硬度≥22HRC。液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层总厚度控制在4.0～4.5μm，组成为：基体表面自下而上依次为厚度为0.6μm的磁控溅射沉积Ti/TiCx/WTiCx/WCx梯度过渡层，厚度为3.0～3.5μm的磁控溅射沉积WC和非晶碳纳米多层复合功能层，以及厚度为0.5～1.0μm的磁控溅射非晶碳顶层。所采用的设备为真空腔体四周依次安装纯度99.99％的高纯石墨靶、纯度99.99％的高纯钛靶、纯度99.99％的高纯石墨靶、碳化钨靶的磁控溅射真空气相沉积系统，溅射靶材的尺寸为400mm×165mm×10mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，其特征在于，所述的复合涂层由基体表面自下而上依次层叠排列的梯度过渡层、复合功能层以及非晶碳顶层构成，所述的基体为液压阀杆；所述的梯度过渡层由基底表面依次沉积的金属层、金属碳化物层或金属氮化物层构成，其厚度为0.5～1.8μm；所述的复合功能层为纳米多层复合结构或掺杂复合结构，其厚度为1.5～3.5μm；所述的非晶碳顶层的厚度为0.5～2.0μm；所述的复合涂层总厚度控制在3.0～5.0μm；所述的梯度过渡层采用磁控溅射技术或电弧离子镀技术制备，所述的复合功能层采用磁控溅射技术制备，所述的非晶碳顶层采用磁控溅射技术或等离子体化学气相沉积技术制备。

【技术特征摘要】
1.一种液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，其特征在于，所述的复合涂层由基体表面自下而上依次层叠排列的梯度过渡层、复合功能层以及非晶碳顶层构成，所述的基体为液压阀杆；所述的梯度过渡层由基底表面依次沉积的金属层、金属碳化物层或金属氮化物层构成，其厚度为0.5～1.8μm；所述的复合功能层为纳米多层复合结构或掺杂复合结构，其厚度为1.5～3.5μm；所述的非晶碳顶层的厚度为0.5～2.0μm；所述的复合涂层总厚度控制在3.0～5.0μm；所述的梯度过渡层采用磁控溅射技术或电弧离子镀技术制备，所述的复合功能层采用磁控溅射技术制备，所述的非晶碳顶层采用磁控溅射技术或等离子体化学气相沉积技术制备。2.根据权利要求1所述的液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，其特征在于，所述的复合功能层中纳米多层复合结构的单层厚度为3～30nm。3.根据权利要求2所述的液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，其特征在于，所述的复合功能层中纳米多层复合结构的单层厚度为4～10nm。4.根据权利要求1所述的液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，其特征在于，所述的复合功能层中掺杂复合结构的非碳元素的掺杂量按原子分数计为5％～75％。5.根据权利要求4所述的液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，其特征在于，所述的复合功能层中掺杂复合结构的非碳元素的掺杂量按原子分数计为5％～25％。6.根据权利要求1至5任一项所述的液压阀杆表面抗冲击耐磨润滑复合涂层，其特征在于，所述的基体的材质为易车铁、不锈钢、轴承钢、合金钢中的一种。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建强，郭力，曾现军，张广安，鲁志斌，杨士钊，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军勤务学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32