核电应急柴油发电机活塞环及活塞环上润滑主体层的沉积方法技术

本发明专利技术公开了一种核电应急柴油发电机活塞环及活塞环上润滑主体层的沉积方法，核电应急柴油发电机活塞环包括活塞环本体、设置在活塞环本体外圈表面上的CKS镀层、设置在CKS镀层上的润滑层；润滑层的总厚度≤3μm；润滑层包括过渡层以及通过过渡层结合在CKS镀层上的润滑主体层；润滑主体层为非晶碳基层或二硫化钼层。本发明专利技术的核电应急柴油发电机活塞环，在活塞环的CKS镀层上设置润滑层，不仅保证了应急柴油发电机启动瞬间活塞环/缸套摩擦副的可靠润滑，同时小于3微米厚度的润滑层不会完全遮盖CKS镀层的储油沟槽，不影响活塞环功能面的储油能力，保证应急柴油发电机运行过程中活塞环/缸套摩擦副的润滑，提升核电应急柴油发电机组的安全性与稳定性。机组的安全性与稳定性。机组的安全性与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
核电应急柴油发电机活塞环及活塞环上润滑主体层的沉积方法


[0001]本专利技术涉及活塞环防护
，尤其涉及一种核电应急柴油发电机活塞环及活塞环上润滑主体层的沉积方法。

技术介绍

[0002]核电应急柴油发电机组是核电厂能够独立且顺利运行的重要备用电源，是核电厂供电系统的最后一道安全防线。核电应急柴油发电机组必须能在事故工况、全厂断电或地震等特殊情况下可靠启动，为核电厂安全停堆所需的中低压核辅助设备、应急设备提供应急电源。在后备电源失效后，核电应急柴油发电机组需要在10s后达到额定转速以及额定电压，且具备连续满功率运行168h的能力，为应急负荷正常供电，确保事故情况下能安全停堆。并且核电应急柴油机日常每月开展1次月度试验，每个换料循环为18个月，活塞环的更换周期为6个换料循环，即活塞环的更换周期内共需进行108次月度试验，每次稳定运行一段时间。而柴油发电机经较长的停机时间后再次启动，会出现由于活塞环表面无油膜覆盖而造成的缸套和活塞环异常磨损，将直接影响到应急柴油发电机的稳定可用性，存在直接导致柴油机整机报废的风险，可能引起灾难性事故，严重威胁到核电机组应急电源的安全性和可靠性。
[0003]铬基陶瓷复合镀(CKS)是一种镀覆陶瓷微粒至一定含量且分布于铬层中的一种新型层状铬基陶瓷复合镀层，其中层状结构可有效降低镀铬层内应力，提高其结合强度和耐磨性，条状孔隙镶嵌陶瓷颗粒可承受更高的热负荷和机械负荷，多网纹工艺使工件表面形成众多切角微米级的螺状网纹，形成了许多储油沟槽，增强了储油能力，可显著减小油膜中断的几率。然而核电应急柴油发电机由于使用频率较低，大多时候是停机状态，这就导致活塞环表面CKS镀层上非沟槽区域表面在应急启动时无油膜覆盖，造成活塞环/缸套摩擦副的异常磨损。目前，解决活塞环/缸套摩擦副启动时异常磨损的方法是沉积润滑涂层，这种设计虽然能够解决核电应急柴油发电机应急启动时活塞环/缸套摩擦副的问题，但是在核电应急柴油发电机连续满功率运行168h的过程中，仍然需要通过活塞环功能面沟槽的储油保证能力，保证应急柴油发电机可靠运行。
[0004]因此，亟需对活塞环表面润滑主体层改进设计，保证应急柴油发电机启动瞬间活塞环/缸套摩擦副的可靠润滑，同时要求润滑主体层不会完全遮盖CKS镀层的沟槽。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种保证核电应急柴油发电机可靠启动的核电应急柴油发电机活塞环及活塞环上润滑层的沉积方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核电应急柴油发电机活塞环，包括活塞环本体、设置在所述活塞环本体外圈表面上的CKS镀层、设置在所述CKS镀层上的润滑层；所述润滑层的总厚度≤3μm；
[0007]所述润滑层包括过渡层以及通过所述过渡层结合在所述CKS镀层上的润滑主体层；所述润滑主体层为非晶碳基层或二硫化钼层。
[0008]优选地，所述润滑主体层中掺有亲油性元素。
[0009]优选地，所述亲油性元素包括钛和/或钨。
[0010]优选地，所述润滑层的硬度小于14GPa。
[0011]优选地，所述润滑层通过闭合场非平衡磁控溅射技术沉积形成。
[0012]优选地，所述过渡层的厚度为0.2μm～0.4μm。
[0013]优选地，所述过渡层为铬、钛和碳的混合层，或者为铬、钛与二硫化钼的混合层。
[0014]本专利技术还提供一种活塞环上润滑层的沉积方法，包括以下步骤：
[0015]S1、在带有CKS镀层的活塞环本体上沉积过渡层，所述过渡层形成在所述CKS镀层上；
[0016]S2、通过闭合场非平衡磁控溅射技术在所述过渡层上沉积润滑主体层，并使所述过渡层和润滑主体层的总厚度≤3μm；
[0017]其中，以石墨靶或二硫化钼靶为靶材，以氩气作为工作气体，在所述过渡层表面沉积润滑主体层，所述润滑主体层为非晶碳基层或二硫化钼层。
[0018]优选地，步骤S2中，所述靶材还包括钛靶和/或碳化钨靶，所述润滑主体层为掺钛和/或掺钨的非晶碳基层，或者为掺钛和/或掺钨的二硫化钼层。
[0019]优选地，步骤S1之前还包括以下步骤：
[0020]S0、除去所述活塞环本体及CKS镀层表面的污渍，利用等离子体轰击清洗以及刻蚀所述CKS镀层表面污染物和氧化层。
[0021]本专利技术的有益效果：在活塞环的CKS镀层上设置润滑层，不仅保证了应急柴油发电机启动瞬间活塞环/缸套摩擦副的可靠润滑，同时小于3微米厚度的润滑层不会完全遮盖CKS镀层的储油沟槽，不影响活塞环功能面的储油能力，保证应急柴油发电机运行过程中活塞环/缸套摩擦副的润滑，提升核电应急柴油发电机组的安全性与稳定性。
附图说明
[0022]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0023]图1是本专利技术一些实施例的核电应急柴油发电机活塞环的剖面结构示意图(局部)；
[0024]图2是本专利技术一些实施例的核电应急柴油发电机活塞环的表面结构示意图(局部)；
[0025]图3是本专利技术一些实施例的核电应急柴油发电机活塞环设置润滑层前后的电子显微结构图；
[0026]图4是本专利技术的实施例得到的活塞环与未设置润滑层的活塞环在无油润滑环境下的摩擦系数曲线对比图；
[0027]图5是本专利技术的实施例得到的活塞环与未设置润滑层的活塞环在贫油润滑环境下的摩擦系数曲线对比图。
具体实施方式
[0028]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0029]如图1、2所示，本专利技术的核电应急柴油发电机活塞环，包括活塞环本体10、设置在活塞环本体10外圈表面上的CKS镀层20、设置在CKS镀层20上的润滑层。
[0030]在活塞环本体10上，CKS镀层(铬基陶瓷复合镀层)20在其外圈表面的设置，形成活塞环的功能面。该功能面上具有螺状网纹，形成了活塞环的储油沟槽100，增强活塞环的储油能力。
[0031]润滑层覆盖结合在CKS镀层20上，其为具有优异磨合、润滑、抗磨性能的结构层，在活塞环上设置对应提高活塞环功能面的磨合、润滑、抗磨性能。考虑到CKS镀层20上储油沟槽100的深度等方面，润滑层的总厚度≤3μm，以保证润滑层的设置不会将储油沟槽100填充，保证储油沟槽100能具有有效的储油能力。
[0032]润滑层的硬度小于14GPa，以保证其在柴油发电机组启动瞬间具有优异的磨合性能。
[0033]本专利技术的活塞环的功能面的电子显微图像如图3所示。图3中，(a)为润滑层设置之前活塞环功能面的示意图，(b)为功能面上设置润滑层之后的示意图。从(a)、(b)对比可知，覆盖润滑层后，活塞环功能面上仍具有储油沟槽，因此仍具有储油能力。
[0034]具体地，又如图1、2所示，润滑层包括依次设置在CKS镀层20上的过渡层30和润滑主体层40。过渡层30起到提高结合力的作用，润滑主体层40通过该过渡层30结合在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核电应急柴油发电机活塞环，其特征在于，包括活塞环本体、设置在所述活塞环本体外圈表面上的CKS镀层、设置在所述CKS镀层上的润滑层；所述润滑层的总厚度≤3μm；所述润滑层包括过渡层以及通过所述过渡层结合在所述CKS镀层上的润滑主体层；所述润滑主体层为非晶碳基层或二硫化钼层。2.根据权利要求1所述的核电应急柴油发电机活塞环，其特征在于，所述润滑主体层中掺有亲油性元素。3.根据权利要求2所述的核电应急柴油发电机活塞环，其特征在于，所述亲油性元素包括钛和/或钨。4.根据权利要求1所述的核电应急柴油发电机活塞环，其特征在于，所述润滑层的硬度小于14 GPa。5.根据权利要求1所述的核电应急柴油发电机活塞环，其特征在于，所述润滑层通过闭合场非平衡磁控溅射技术沉积形成。6.根据权利要求1所述的核电应急柴油发电机活塞环，其特征在于，所述过渡层的厚度为0.2μm～0.4μm。7.根据权利要求1所述的核电应急柴油发电机活塞环，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，王云霞，张广安，车银辉，李东山，王铭昌，李洋，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：