[发明专利]高耐磨钢质活塞环及制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高耐磨钢质活塞环及制作工艺，高耐磨钢质活塞环是发动机的重要零部件，属于活塞环技术领域。

背景技术

钢质活塞环是发动机的重要零部件，活塞环的耐磨性对保证发动机的工作性能、延长其运转寿命和降低维修费用等具有重要意义。钢质环的机械强度和耐热性较铸铁环高，从而性能稳定。使用钢质环可保证发动机具有较好的功率性、经济性、环保性，可以大大提高发动机的强化程度。钢质环的缺点主要是耐磨性较低。目前大部分采用在不锈钢基体上形成一层氮化层来加以克服。

经检索，公开号为CN1320767的专利公开了“活塞环表面覆钛基纳米陶瓷及其方法”，采用PVD技术在活塞环表面沉积钛基纳米陶瓷覆盖层。该技术可以提高活塞环的耐磨性和使用寿命，膜厚3~5μm，该镀膜是单层膜，其磨层较薄，膜基结合力相对较差。

公开号为CN1102693A的专利，公开了“耐磨损高硬度活塞环及制作工艺”，采用PVD技术在活塞环表面沉积金属氮化物、碳化物或氧化物单层涂层，也可以是两种或两种以上上述金属化合物的复合膜(双层膜)，膜厚仅2~3μm。

上述二项申请专利的技术，膜层均较薄，膜层结构为单层膜或复合膜，且表面无软涂层，在应用上尚有不足。

发明内容

本发明的目的是针对上述申请专利的技术方案存在的膜层均较薄，膜层结构为单层膜或复合膜，且表面无软涂层的种种不足，提供膜一基结合力更高、以利发动机初期磨合的一种高耐磨钢质活塞环及制作工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种高耐磨钢质活塞环，包括钢质基体，基体表面的预处理层，其特征是预处理层的外表面依次涂覆多元多层纳米膜耐磨层。

多元多层纳米膜耐磨层为氮化铬和氮化钛相互层叠而形成，分层膜厚为200~500nm，耐磨层总厚4~10μm。

多元多层纳米膜耐磨层的第一层或最外层涂覆氮化铬层。

耐磨层的外表面还可涂覆软涂层。

软涂层为二硫化钼或聚四氟乙烯层，软涂层厚度为3~5μm。

预处理层为氮化层、或为纯钛层、或为氮化铬层。

一种高耐磨钢质活塞环制作工艺，包括钢质基体，在基体表面采用气体氮化、离子氮化或盐浴氮化方法在钢质环表面生成的预处理层，其特征是在多弧离子镀设备中，在真空条件下采用真空弧光放电电弧依次激发金属铬靶或钛靶，同时通入氩气和氮气反应气体，在预处理层表面依次涂覆氮化铬和氮化钛的多元多层纳米膜耐磨层。

在耐磨层上采用电泳镀法涂覆一层二硫化钼或采用喷涂法涂覆一层聚四氟乙烯软涂层。

本发明通过在钢质基体表面预处理层的外表面采用真空弧光放电电弧依次激发金属铬靶或钛靶，涂覆多元多层纳米膜耐磨层，由于氮化铬可制备较厚的涂层，在第一层或最外层涂覆氮化铬层，可获得总厚度为4~10μm的多元多层纳米涂层，涂层硬度为1300~2800HV，具有膜层显微硬度可控，更好与缸套匹配耐磨性好，且膜基结合力更高；在耐磨层上再增加采用电泳镀法涂覆一层二硫化钼或采用喷涂法涂覆一层聚四氟乙烯软涂层，以利发动机初期磨合，本发明可制造各种发动机用钢质环，具有优良的耐磨性，可广泛用于轿车、微型汽车、重型汽车、工程机械等发动机。

附图说明

图1为本发明结构示意图之；

图2为本发明结构示意图之二；

具体实施方式

结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明在钢质基体1的表面，采用气体氮化形成预处理层2，再在多弧离子镀设备中涂覆由氮化铬和氮化钛的多元纳米膜形成的耐磨层3。耐磨层3为氮化铬和氮化钛相互层叠而形成，分层膜厚为200~500nm，硬度为2000~2600HV，总厚度为6μm，比仅有氮化层的钢质环耐膜性可提高3倍。多元多层纳米膜耐磨层3的第一层或最外层涂覆氮化铬层。预处理层为氮化层、或为纯钛层、或为氮化铬层。

如图2所示，在不锈钢基体1的表面，采用离子氮化形成预处理层2，再在多弧离子镀设备中涂覆由氮化铬和氮化钛的多元纳米膜形成的耐磨层3，再在该耐磨层上电泳镀二硫化钼，形成软涂层4。耐磨层厚度为4μm，软涂层厚度为5μm。该钢质环具有优良的耐磨性。