[发明专利]活塞环表覆钛基纳米陶瓷及其方法

说明书

本发明涉及一种活塞环表面覆盖层及其方法，特别是活塞环表面覆盖钛基纳米陶瓷及其方法。

活塞环是日常广泛使用的动力配件，现有的活塞环表面处理是采用电镀的方法使活塞表面形成镀铬层，由于受镀铬层硬度约为800HV的限制，并且表面镀铬层与活塞环基体结合不牢，耐磨性差是现有的表面镀铬的活塞环使用失效，使用寿命不长的主要原因，并且镀铬工艺方法对环境的严重污染也是一个急待解决的问题。

本发明的目的在于采用对环境无污染的物理气相沉积方法，即PVD方法，在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，使其与活塞环基体结牢固，耐磨，提高使用寿命。从而克服现有技术镀铬覆盖层及其方法的敝病。

本发明的技术解决方案是活塞环表覆钛基纳米陶瓷及其方法，活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，形成表面镀膜，可在镀铬或未镀铬的表面上形成沉积。表面镀膜的靶材为纯Ti，渗涂层为TiCN，呈紫红色，硬度达2300-3000HV；靶材或为TiAlZr，含Al30-50％，Zr或Nb为2-5％，渗涂层为TiAlZr(CN)，呈黑色，硬度为2500-4000HV；靶材或为TiCrNi，含Cr40-60％,Ni5-10％，渗涂层为TiCrNi(CN)，呈浅黄色或紫黑色，硬度为3000-5000HV。活塞环表覆钛基纳米陶瓷的方法是采用PVD真空多弧离子镀模技术，在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层，形成表面镀膜，其方法的是：依次进行下述工艺方法加工活塞环工件

1)将待镀工件用溶剂或纯水并藉助超声波反复清洗，直至确认工件表面干净为止

2)将清洗后的工件装入真空离子镀膜机内抽空至6.7×10^-3Pa，再加温至200℃-400℃，然后保温0.5-1小时。

3)通氩气Ar至真空离子镀膜机炉内，使炉内压力维持在5-10Pa，在1000-1500V电压下辉光清洗30-60分钟。

4)然后，将炉内Ar压力降至1Pa左右，引弧使靶材蒸发，在1000-1500V电压下对工件表面进行钛基混合等离子轰击约30-40分钟。

5)确认工件表面清洗干净后，关闭Ar气体，炉内通入Nz及含碳的气体，例如乙炔，经下列程序：施800V电压15分钟→600V压15分钟→400V电压15分钟→200V电压15分钟→100V电压15分钟→50V电压30分钟，然后待炉温降至60℃以下时，工件出炉，工件表面即可形成3-5um的钛基纳米陶瓷薄膜覆盖层，形成表面镀膜。

本发明的具体实施例1是：

实例1：摩托车活塞环镀膜及其工艺方法：

先用溶剂或纯水清洗→烘干→进炉→抽真空到6×10^-3Pa或更高→加热至300℃→Ar气氛10p_a×1500V×20分钟→引弧纯钛靶Ar3p_a×1500V×30分钟→(N₂+CH₄)2P_a×l000V×15分钟→800V×15分钟→600V×15分钟→400V×15分钟→200V×15分仲→100V×15分钟→50V×30分钟→冷却至60℃：得到紫红色Ti(CN)薄膜(约5um)，寿命提高2倍以上；适用于450℃以下环境工作。

实例2：汽车活塞环镀膜及其工艺方法：

清洗→烘干→进炉→抽真空到6×10^-3Pa或更高→加热至300℃→Ar气氛l0p_a×1500V×30分钟→引弧TiAlZr靶材：Ar3p_a×1500V×30分钟→(N₂+CH₄)2P_a×1200V×30分钟→800V×15分钟→600V×15分钟→400V×15分钟→200V×15分仲→l00V×15分钟→50V×30分钟→冷却至60℃以下，得到紫黑色TiAlZr(CN)薄膜：寿命提高3倍以上；可在800℃左右的工作环境中工作。

实例3：不镀铬的汽车活塞环直接镀TiCrNi(CN)镀膜及其工艺方法：