活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，包括以下步骤：对活塞环受镀面进行清洗；将活塞环的受镀端面朝外装入夹具并间隔置于PVD设备内；对活塞环的受镀面进行刻蚀；通入氮气沉积镀层，沉积镀层时偏压20～25V，阴极电流80～100A。本发明专利技术外圆和端面同时PVD镀层，外角镀层结合更好，质量更稳定，活塞环端面PVD耐磨、耐高温、耐腐蚀，抗咬合性能好，工艺流程少，采用物理气相沉积方法替代电镀铬，环保性能好；由于镀层结晶细腻，能取消传统工艺过程中所必需的昂贵的磨削加工，PVD后端面微抛光，粗糙度好，更利于初期磨合和端面密封；活塞环与PVD夹具的装、卸方便快捷，其操作简单，适于工业化。于工业化。于工业化。

【技术实现步骤摘要】
活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法


[0001]本专利技术涉及活塞环表面处理，具体涉及一种活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法。

技术介绍

[0002]车用发动机正向高爆压、高EGR、低燃料消耗及低废气排放等方向发展，特别是气体机和生物燃料发动机工作过程中缸套内有大量腐蚀性气体和水汽，活塞环耐磨、耐腐蚀、耐高温性对发动机整体燃油消耗、功率输出和排放尤为重要。
[0003]目前，活塞环外圆处理方式有镀铬、PVD、氮化和DLC(类金刚石碳)；活塞环端面的强化主要有镀铬、氮化和DLC，存在的缺陷是：现有六价铬镀硬铬过程污染大，治理成本较高，是一种逐步被淘汰的工艺；镀铬因结晶粗大，导致活塞环侧面的粗糙度变大，现有镀铬层服役温度低，在280℃以下,当工作温度大于300℃时镀层硬度会大幅度下降，氮化层的耐腐蚀性差，DLC(类金刚石碳)硬度高，超低的摩擦系数，耐磨性好，但其无法彻底解决镀层高温稳定性和镀层脆性等问题，且生产成本高。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，解决没有同时适用于外圆和端面无污染、高温稳定性好、耐磨耐腐蚀的表面处理方法的问题。
[0005]技术方案：本专利技术所述的活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)对活塞环受镀面进行清洗；
[0007](2)将活塞环的受镀端面朝外装入夹具并间隔置于PVD设备内；
[0008](3)对活塞环的受镀面进行刻蚀；
[0009](4)通入氩气沉积单一金属打底镀层；
[0010](5)通入氮气沉积单一金属氮化物或多元金属氮化物镀层。
[0011]优选的是，所述步骤(1)中采用超声波和脱脂剂进行清洗。
[0012]为了金属离子沉积到活塞环端面上，所述步骤(2)中通过垫圈将活塞环逐个隔开。
[0013]为了增加镀层与活塞环之间的结合力，所述步骤(4)中沉积的单一金属打底镀层为Cr打底镀层，Cr打底镀层外圆厚度为2～4μm，端面厚度为1～3μm。所述步骤(4)中沉积单一金属打底镀层时，真空度在0.5～1.0E
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2mbar，Ar气流量400
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600sccm，温度为400～430℃，偏压20～25V，阴极弧电流80～100A。
[0014]为了保证活塞环端面镀层的质量并防止对活塞环外径收缩尺寸的影响，所述步骤(5)中单一金属氮化物镀层为CrN，多元金属氮化物镀层为Cr(Me)N；其中，所述Me为Al、Mo、B或Ti中的一种或至少两种的组合，CrN或Cr(Me)N镀层厚度为13～41μm，端面厚度为4～27μm。所述步骤(5)中沉积单一金属氮化物或多元金属氮化物镀层时，温度为460～480℃，真空度2.5～3.5E
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2mbar，Ar气流量40
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60sccm，氮气流量760～840sccm，偏压28～32V，阴极弧电流92～120A。
[0015]防止温度过高环体氧化或崩溅，方便后续抛光工序，沉积5～8h后结束，在氮气流
量600～800sccm下冷却至120℃以下，打开真空腔取出活塞环，对镀层表面进行抛光。
[0016]有益效果：本专利技术采用真空多弧离子镀物理气相沉积法，利用多个多弧离子源放电在活塞环外圆和端面同时沉积PVD镀层，外角镀层结合更好，质量更稳定，活塞环端面PVD耐磨、耐高温、耐腐蚀，抗咬合性能好，工艺流程少，生产周期短，生产成本低，采用物理气相沉积方法替代电镀铬，环保性能好；由于镀层结晶细腻，能取消传统工艺过程中所必需的昂贵的磨削加工，PVD后端面微抛光，粗糙度好，更利于初期磨合和端面密封；活塞环与PVD夹具的装、卸方便快捷，其操作简单，适于工业化。
附图说明
[0017]图1是本专利技术外圆和端面PVD镀层结构示意图；
[0018]图2是本专利技术活塞环工装示意图；
[0019]图3是实施例1磨损量对比图；
[0020]图4是实施例1耐机械负荷图；
[0021]图5是实施例1耐热负荷图；
[0022]图6是实施例2磨损量对比图；
[0023]图7是实施例2耐机械负荷图；
[0024]图8是实施例2耐热负荷图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。
[0026]如图1
‑
2所示，本专利技术活塞环外圆和端面同时PVD夹具的工装由定位片、垫圈、中心杆和压板构成，定位片装在中心杆上，活塞环装在定位片上，定位片之间用垫圈隔开，中心杆装在转架上，保证活塞环与靶材距离相同。本专利技术的外圆和端面PVD镀层2沉积在基体上，基体为铸铁/铸钢/合金钢/不锈钢/氮化活塞环基体，外圆PVD镀层厚度0.015～0.045mm，端面PVD镀层0.005～0.03mm，端面镀层可以是单端面也可以是双端面。
[0027]实施例1
[0028]本专利技术公开的活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)精洗：采用超声波电流2A，市售除油剂10g/l；脱脂时间6分钟；
[0030](2)装夹：将清洗干净的活塞环装入专用夹具内，将活塞环装入定位片，用垫圈逐个隔开，端面受镀面朝外；
[0031](3)刻蚀：温度360～400℃，真空度1.0～2.0E
‑
3mbar，氩气流量50sccm，偏压800～900V，阴极电流80～90A，时间45min；
[0032](4)通入氩气沉积Cr打底镀层，镀膜时控制真空度在0.5～1.0E
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2mbar，Ar气流量500sccm，镀膜温度410～430℃，偏压20～25V，阴极弧电流80～100A，沉积时间45min。
[0033](5)通入氮气沉积CrN或多元氮化物镀层，镀膜时控制真空度在2.5～3.5E
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2mbar，Ar气流量50sccm，氮气流量750sccm，镀膜温度460～480℃，偏压28～32V，阴极弧电流92～120A，沉积时间5h。
[0034](6)冷却降温：通入600～800sccm氮气流量急冷至120℃以下，再开炉门出炉；
[0035](7)卸夹、检查：将活塞环从定位片上取下；
[0036](8)微抛光：将活塞环外圆和端面在3M抛光轮，抛光2次。
[0037]活塞环抛光后进行活塞环PVD镀层检测，外圆镀层厚度：0.02～0.025mm；端面镀层厚度即金属过渡层和氮化物层的总厚度：0.01～0.012mm；镀层硬度：1756HV；镀层结合力：良好。镀层粗糙度RZ1.3。
[0038]对镀膜后的活塞环进行摩擦磨损测试，测试结果如图3所示，从图3可以看出，活塞环PVD镀层磨损量比电镀铬降低40％以上。
[0039]经测试，PVD镀层不但具有良好耐磨性，同时PVD镀层显示了良好的耐机械负荷如图4所示和热负荷能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对活塞环受镀面进行清洗；(2)将活塞环的受镀端面朝外装入夹具并间隔置于PVD设备内；(3)对活塞环的受镀面进行刻蚀；(4)通入氩气沉积单一金属打底镀层；(5)通入氮气沉积单一金属氮化物或多元金属氮化物镀层。2.根据权利要求1所述的活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用超声波和脱脂剂进行清洗。3.根据权利要求1所述的活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过垫圈将活塞环逐个隔开。4.根据权利要求1所述的活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中沉积的单一金属打底镀层为Cr打底镀层，Cr打底镀层外圆厚度为2～4μm，端面厚度为1～3μm。5.根据权利要求1所述的活塞环外圆和端面PVD镀层制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中沉积单一金属打底镀层时，真空度在0.5～1.0E
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2mbar，Ar气流量400
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘凡，唐玉红，刘定遂，
申请(专利权)人：仪征亚新科双环活塞环有限公司，
类型：发明
国别省市：