一种内花键及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及内花键技术领域，尤其涉及一种内花键及其制备方法和应用，根据实施例的记载，本发明专利技术提供的内花键中的Si掺杂类金刚石薄膜在内花键内表面的均匀性高于90％，其结合强度大于40～50N，薄膜的显微硬度为900～1200HV，与干Si3N4干摩擦系数低于0.2。本发明专利技术利用空心阴极法实现了内花键内表面制备致密均匀，具有优异的耐磨、减磨效果的薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种内花键及其制备方法和应用
本专利技术涉及机械零部件
，尤其涉及一种内花键及其制备方法和应用。
技术介绍
航空发动机飞附机匣用内花键是飞机发动机与飞附机匣之间动力传递的核心零部件，该内花键长期处于高速重载的工作环境，对可靠性和服役寿命有很高的要求。目前该内花键的设计内径为25mm，长度为300mm，采用传统热处理工艺不能满足内花键齿形带表面对耐磨、减摩性能的要求，导致花键表面磨损快，磨屑颗粒进入润滑油中会进一步加剧内花键表面磨损。此外，受内花键材料和配合尺寸的约束，为防止基体材料组织性能演变及形变导致尺寸超差，强化温度不得超过150℃。因此，需要在航空发动机飞附机匣内花键表面制备耐磨、减摩的强化层，以提高内花键的服役寿命。目前，类金刚石(DLC)薄膜由于具有良好的耐磨及自润滑特性非常适合应用在摩擦副表面，不仅能够提高摩擦副零件表面硬度，还能够大幅降低摩擦系数，是有效解决内花键快速磨损的有效方法，但现有技术中并没有在大长径比内花键内壁表面涂覆有均匀性较好的DLC薄膜；进而使内花键内表面制备的薄膜硬度和结合性能不足，导致内花键传动时薄膜脱落或崩掉；薄膜沉积温度较高，导致材料组织回火，硬度降低，最终使得内花键在使用过程中耐磨性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐磨、减磨的内花键，所述内花键在具有较大的长径比的情况下，仍然可以保证其内表面的薄膜均匀，结合力强，耐磨性能好。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种内花键，包括内花键基体和内花键基体内表面的薄膜；所述薄膜包括Si打底层和交替层叠的Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层与Si打底层接触；所述薄膜的外表层为类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的总层数为6～12；所述内花键的长径比≤12:1，内径≥25mm，长度≤500mm。优选的，所述内花键内表面的薄膜的厚度为3.5～19μm；所述Si打底层的厚度为0.5～1μm；Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的厚度独立的为0.5～1.5μm。本专利技术还提供了所述的内花键的制备方法，包括以下步骤：将内花键置于空心阴极放电装置内，所述内花键与空心阴极放电装置中脉冲电源的阴极连接，所述内花键的一端端口正对所述空心阴极放电装置中出气口，所述内花键的另一端端口正对与所述脉冲电源的阳极连接的阳极板，所述阳极板连接有镍镉丝导线，所述镍镉丝导线贯穿所述内花键的内部，通电，在所述内花键内表面沉积Si打底层；在所述Si打底层表面依次沉积Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层，循环3～6次，得到内花键。优选的，在内花键内底表面沉积所述Si打底层的条件包括：电离气体为硅烷，所述硅烷的气流量为2～50sccm；脉冲电压为300～2000V，脉冲频率为100～600Hz，沉积时间为3～20min。优选的，沉积所述Si掺杂的类金刚石层的条件为：电离气体为硅烷和乙炔，所述硅烷的气流量为2～50sccm，所述乙炔的气流量为10～400sccm；脉冲电压为400～2000V，脉冲频率为100～600Hz，沉积时间为5～15min。优选的，在所述Si掺杂的类金刚石层沉积所述类金刚石层的条件为：电离气体为乙炔，所述乙炔的气流量为10～400sccm；脉冲电压为400～2000V，脉冲频率为100～600Hz，沉积时间为5～15min。本专利技术还提供了所述的内花键或由上述制备方法制备得到的内花键在航空发动机飞附机匣中的应用。本专利技术提供了一种内花键，包括内花键基体和内花键基体内表面的薄膜；所述薄膜包括Si打底层和交替层叠的Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层与Si打底层接触；所述薄膜的外表层为类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的总层数为6～12；所述内花键的长径比≤12:1，内径≥25mm，长度≤500mm。本专利技术提供的内花键中以Si为其内表面薄膜的打底层，可以起到支撑和过度作用，能够有效提高薄膜的结合力，使内花键表面硬度从内花键基体到薄膜表面梯度升高；Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层交替3～6层可以在保证其具有较好结合性能的条件下，具有较高的硬度，能够避免在大载荷下薄膜受挤压而剥落。根据实施例的记载，所述薄膜在内花键内表面的均匀性高于90％，其结合强度大于40～50N，薄膜的显微硬度为900～1200HV，与干Si3N4干摩擦系数低于0.2。同时，本专利技术利用空心阴极法实现了内花键内表面制备薄膜，所述薄膜致密均匀，具有优异的耐磨、减磨效果，提高航空发动机内花键的使用寿命。沉积过程中阳极板和镍镉丝可以提高内花键内部气体的电离比例，内花键的内表面薄膜厚度均匀一致，工作寿命大幅提高；且在制备过程中，无需额外加热源。附图说明图1为内花键的结构示意图(1-内花键；2-Si打底层；3-类金刚石层；4-Si掺杂的类金刚石层)。具体实施方式本专利技术提供了一种内花键，包括内花键基体和内花键基体内表面的薄膜；所述薄膜包括Si打底层和交替层叠的Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层与Si打底层接触；所述薄膜的外表层为类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的总层数为6～12；所述内花键的长径比≤12:1，内径≥25mm，长度≤500mm。在本专利技术中，所述内花键内表面的薄膜的厚度优选为3.5～19μm，更优选为4～16μm，最优选为8～12μm；所述Si打底层的厚度优选为0.5～1μm，更优选为0.6～0.9μm，最优选为0.7～0.8μm；所述Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的厚度各自独立的优选为0.5～1.5μm，更优选为0.8～1.2μm。本专利技术还提供了所述的内花键的制备方法，包括以下步骤：将内花键置于空心阴极放电装置内，所述内花键与空心阴极放电装置中脉冲电源的阴极连接，所述内花键的一端端口正对所述空心阴极放电装置中出气口，所述内花键的另一端端口正对与所述脉冲电源的阳极连接的阳极板，所述阳极板连接有镍镉丝导线，所述镍镉丝导线贯穿所述内花键的内部，通电，在所述内花键内表面沉积Si打底层；在所述Si打底层表面依次沉积Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层，循环3～6次，得到内花键。在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。本专利技术将内花键置于空心阴极放电装置内，所述内花键与空心阴极放电装置中脉冲电源的阴极连接，所述内花键的一端端口正对所述空心阴极放电装置中出气口，所述内花键的另一端端口正对与所述脉冲电源的阳极连接的阳极板，所述阳极板连接有镍镉丝导线，所述镍镉丝导线贯穿所述内花键的内部，通电，在所述内花键内表面沉积Si打底层。在本专利技术中，所述阳极板优选为30cm×30cm，厚为1mm的304不锈钢板；阳极板正对内花键的一侧端口，所述镍镉丝导线贯穿内花键内部，并与阳极板连接；内花键的另一侧端口与空心阴极放电装置中的出气口的距离优选为2cm，所述阳极板与内花键的一侧端口的距离优选为4～6cm，更优选为5cm。在进行沉积Si打底层之前，本专利技术优选对内花键进行前处理；所述前处理优选包括以下步骤：将所述内花键依次进行超声处理、干燥，得到干燥后的内花键；将铝箔包裹所述干燥后的内花键外表面，露出内花键的两侧端口，采用空心阴极放电法进行离子清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内花键，包括内花键基体和内花键基体内表面的薄膜；所述薄膜包括Si打底层和交替层叠的Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层与Si打底层接触；所述薄膜的外表层为类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的总层数为6～12；所述内花键的长径比≤12:1，内径≥25mm，长度≤500mm。

【技术特征摘要】
1.一种内花键，包括内花键基体和内花键基体内表面的薄膜；所述薄膜包括Si打底层和交替层叠的Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层与Si打底层接触；所述薄膜的外表层为类金刚石层；所述Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的总层数为6～12；所述内花键的长径比≤12:1，内径≥25mm，长度≤500mm。2.如权利要求1所述的内花键，其特征在于，所述内花键内表面的薄膜的厚度为3.5～19μm；所述Si打底层的厚度为0.5～1μm；Si掺杂的类金刚石层和类金刚石层的厚度独立的为0.5～1.5μm。3.权利要求1～2任一项所述的内花键的制备方法，包括以下步骤：将内花键置于空心阴极放电装置内，所述内花键与空心阴极放电装置中脉冲电源的阴极连接，所述内花键的一端端口正对所述空心阴极放电装置中出气口，所述内花键的另一端端口正对与所述脉冲电源的阳极连接的阳极板，所述阳极板连接有镍镉丝导线，所述镍镉丝导线贯穿所述内花键的内部，通电，在所述内花键内表面沉积Si打底层；在所述Si打底层表面依次沉积Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪瑞军，王亦奇，李振东，徐天杨，詹华，
申请(专利权)人：北京金轮坤天特种机械有限公司，中国农业机械化科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11