附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层、活塞环及其制备方法技术

本发明专利技术属于发动机配件表面处理领域，具体涉及一种附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层、活塞环及其制备方法。该复合涂层由CrWN过渡层、MoTiN/CrWN功能层和MoTiN表面层相互结合组成，层与层之间相互支撑，共同作用以保证活塞环的硬度、润滑度、耐磨性，增强活塞环的使用性能和使用寿命；采用电弧蒸镀系统，有利于形成均匀、较薄的涂层，显著减小了涂层的总厚度，降低了对工艺运行、设备要求，节省了生产成本，有利于技术推广。

Moticrwn composite coating attached to piston ring surface, piston ring and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层、活塞环及其制备方法
本专利技术属于发动机配件表面处理领域，更具体地，涉及一种附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层、活塞环及其制备方法。
技术介绍
活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，广泛用于各种动力机械上，如蒸汽机、柴油机、汽油机、压缩机、液压机等。并且，活塞环是发动机内部的核心部件，影响着发动机的效率、载荷、速度和寿命，是影响发动机性能的主要因素之一。目前一般通过表面技术提高活塞环性能，如电镀铬、气体氮化、物理气相沉积涂层处理等。其中，表面镀铬能明显改善活塞环的耐磨性能，提高活塞环的使用寿命，但存在耗能大、毒性大、污染环境等缺点；气体氮化方法具有经济可靠、环境友好等优点，但氮化后的活塞环表面硬度不高且渗层深度不大，不能满足发动机的性能要求；物理气相沉积涂层处理由于具有制备工艺简单、涂层性能良好等优点成为提高活塞环性能的研究重点之一，可以利用物理气相沉积方法，在活塞环的滑动面上沉积带CrN相典型晶体结构的氮化铬涂层，达到减少活塞环磨损，延长使用寿命的效果，但是达到上述效果要求氮化铬涂层较厚，在25～50μm左右，显著提高了生产成本，严重制约了氮化铬涂层活塞环的推广使用。因此，迫切需要提供一种节约成本，利用物理气相沉积方法制备的附着在活塞环表面的厚度较薄的MoTiCrWN复合涂层，使该活塞环具有良好耐磨性、自润滑性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术电镀铬不环保、气体氮化不能满足发动机性能要求、气相沉积涂层较厚成本较高的缺陷和不足，提供一种利用物理气相沉积方法制备附着在活塞环表面的厚度较薄的MoTiCrWN复合涂层，使该活塞环具有良好耐磨性、自润滑性能。本专利技术另一目的是提供含有所述MoTiCrWN复合涂层的活塞环。本专利技术另一目的是提供所述活塞环的制备方法。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层，所述MoTiCrWN复合涂层由活塞环基体表面至外依次为CrWN过渡层、MoTiN/CrWN功能层和MoTiN表面层。本专利技术中，过渡层CrWN可以有效提高活塞环基体的硬度，同时给予MoTiN/CrWN功能层以良好的支撑；MoTiN/CrWN功能层可以为MoTiN表面层提供支撑，提高活塞环的硬度，为主耐磨层；MoTiN表面层可以使活塞环快速适应磨损情况。涂层中的金属Cr可以使涂层具有良好的耐腐蚀性，MoTi通过与油中的S元素复合成MoTiS可以使活塞环具有自润滑特性，大大提高了活塞环耐磨损性能，有效减小了涂层的总厚度，降低了对工艺运行、设备要求，节省了生产成本。进一步地，所述CrWN过渡层的厚度为1～2μm。更进一步地，所述MoTiN/CrWN功能层的厚度为2～4μm。进一步地，所述MoTiN表面层的厚度为0.5～1μm。在实践中发现，采用上述厚度的过渡层、功能层和表面层制备的MoTiCrWN复合涂层既能具有较好的润滑性、硬度，也能显著减小涂层的总厚度。另外的，本专利技术还提供了一种含有所述MoTiCrWN复合涂层的活塞环。另外的，本专利技术还提供了一种所述活塞环的制备方法，包括以下步骤：S1、将活塞环基体进行等离子刻蚀后，利用电弧蒸镀系统，在氮气环境下，打开CrW靶，在活塞环基体上沉积得到CrWN过渡层；S2、打开第一MoTi合金靶，在CrWN过渡层上沉积得到MoTiN/CrWN功能层；S3、关掉CrW靶和第一MoTi合金靶，打开第二MoTi合金靶，在MoTiN/CrWN功能层上沉积得到MoTiN表面层，自然冷却，即得。进一步地，步骤S1中，所述CrW靶中Cr原子物质的量百分数为80～95％。更进一步地，步骤S2中，所述第一MoTi合金靶中Ti原子物质的量百分数为5～10％。进一步地，步骤S3中，所述第二MoTi合金靶中Ti原子物质的量百分数为10～15％。更进一步地，步骤S1、S3中，所述氮气环境的真空度为0.5～1Pa；步骤S2中，所述氮气环境的真空度为1～2Pa。进一步地，步骤S1、S2、S3中，所述沉积在200～250℃温度下进行。更进一步地，步骤S1、S2、S3中，所述沉积在-100～-40V偏压下进行。优选地，步骤S1中，所述沉积在-100～-40V偏压下进行；步骤S2中，所述沉积在-80～-40V偏压下进行；步骤S3中，所述沉积在-100～-40V偏压下进行。进一步地，步骤S1中，所述活塞环基体需先经过200～250℃加热2～4h的加热除气步骤。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术一种附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层，由CrWN过渡层、MoTiN/CrWN功能层和MoTiN表面层相互结合组成，层与层之间相互支撑，共同作用以保证活塞环的硬度、润滑度、耐磨性，增强活塞环的使用性能和使用寿命。(2)本专利技术一种含有MoTiCrWN复合涂层活塞环的制备方法，采用电弧蒸镀系统，有利于形成均匀、较薄的涂层，显著减小了涂层的总厚度，降低了对工艺运行、设备要求，节省了生产成本，有利于技术推广。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的含有MoTiCrWN复合涂层的活塞环结构示意图；其中：1-活塞环基体；2-CrWN过渡层；3-MoTiN/CrWN功能层；4-MoTiN表面层。图2为本专利技术实施例1制备含有MoTiCrWN复合涂层的活塞环的设备结构示意图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。实施例1一种含有MoTiCrWN复合涂层的活塞环采用如下方法制备得到所述含有MoTiCrWN复合涂层的活塞环：S1、将表面清洗洁净的活塞环基体装夹在工件架上，控制温度为250℃，加热除气4h，对活塞环基体进行等离子体刻蚀，再利用电弧蒸镀系统，在氮气环境下，真空度为1Pa，温度为250℃，偏压为-100V，打开Cr原子物质的量百分数为95％的CrW靶，在活塞环基体上沉积得到厚度为1μm的CrWN过渡层；S2、调整真空度为2Pa，温度为250℃，偏压为-80V，打开Ti原子物质的量百分数为5％的第一MoTi合金靶，在CrWN过渡层上沉积得到厚度为3μm的MoTiN/CrWN功能层；S3、关掉CrW靶和第一MoTi合金靶，调整真空度为1Pa，温度为250℃，偏压为-100V，打开Ti原子物质的量百分数为15％的第二MoTi合金靶，在MoTiN/CrWN功能层上沉积得到厚度为1μm的MoTiN表面层，自然冷却，即得。实施例2一种含有MoTiCrWN复合涂层的活塞环采用如下方法制备得到所述含有MoTiCrWN复合涂层的活塞环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层，其特征在于，所述MoTiCrWN复合涂层由活塞环基体表面至外依次为CrWN过渡层、MoTiN/CrWN功能层和MoTiN表面层。/n

【技术特征摘要】
1.一种附着在活塞环表面的MoTiCrWN复合涂层，其特征在于，所述MoTiCrWN复合涂层由活塞环基体表面至外依次为CrWN过渡层、MoTiN/CrWN功能层和MoTiN表面层。


2.根据权利要求1所述的MoTiCrWN复合涂层，其特征在于，所述CrWN过渡层的厚度为1～2μm。


3.根据权利要求1所述的MoTiCrWN复合涂层，其特征在于，所述MoTiN/CrWN功能层的厚度为2～4μm。


4.根据权利要求1所述的MoTiCrWN复合涂层，其特征在于，所述MoTiN表面层的厚度为0.5～1μm。


5.一种含有权利要求1～4任一所述MoTiCrWN复合涂层的活塞环。


6.一种权利要求5所述活塞环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将活塞环基体进行等离子刻蚀后，利用电弧蒸镀系统，在氮气环境下，打开C...

【专利技术属性】
技术研发人员：田灿鑫，邹长伟，王泽松，谢伟，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44