[发明专利]类金刚石涂层活塞环的制备方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及活塞环的制备方法，具体涉及一种类金刚石涂层活塞环的制备方法，属于活塞表面处理技术领域。

二、背景技术：

随着节能减排相关政策的出台，对汽车发动机的要求越来越严格，汽车发动机朝着高转速、高扭矩、高寿命、低油耗和低排放的方向发展。活塞环是发动机的最重要核心运动零部件和易损件，具有密封、导热、支承和控油四个方面重要作用，必须要具有以下特点：①优越的耐磨性能和低缸套磨损性能，可以延长发动机的使用寿命和减少维修成本；②优良的导热性能和耐高温、耐腐蚀性；③低摩擦系数，可以减少因环和缸套往复摩擦造成的磨损功损失，提升发动机的功率。所以如何提高活塞环的表面处理性能是对发动机性能改良的一个很重要的途径，但现行的活塞环表面处理存在以下几个方面的局限性：①耐磨性差，容易出现磨损大造成活塞环失效；②对气缸壁的攻击性大，容易造成拉缸和缸套的高磨损，尤其在初期磨合阶段，由于环与缸壁的润滑油膜还没有有效建立，常出现拉缸异常；③表面摩擦系数大，环在工作时造成了大量的摩擦功损失，影响了发动机的功率和油耗。由于存在以上缺陷现行的活塞环表面处理已经渐渐体现出不能满足发动机发展的需要，影响了发动机的性能提升。所以需要发明一种更好的活塞环表面处理技术替代现行的表面处理，使活塞环性能满足汽车发动机朝更加节能环保的方向发展需要。

类金刚石膜是一种含有大量sp3键的亚稳态非晶碳薄膜，碳原子间主要以sp3和sp2杂化键结合，性能接近于金刚石。类金刚石具有和金刚石几乎一样的特性：高硬度、耐磨损、高耐腐蚀、低摩擦系数。如果能将类金刚石应用到活塞的表面处理上将会使活塞环的性能得到很大的提升，是活塞环表面处理技术的一次重大突破。

目前制备类金刚石膜的主要方法有：离子束沉积法、磁控溅射沉积法、多弧离子镀等，但这些工艺方法都存在相应缺陷，主要表现在：沉积速度慢效率低下、工艺温度高对活塞环基体组织影响大、无法克服沉积过程中大颗粒，膜层质量差。

三、发明内容：

本发明的目的在于解决现有活塞环表面处理技术的不足，提供了一种能够满足发动机朝着更高转速、更高扭矩、更高寿命、更低油耗和更低排放的方向发展需要的类金刚石涂层活塞环的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明类金刚石涂层活塞环的制备方法，其步骤包括：

1)将活塞环表面进行丙酮超声波清洗，时间为10分钟，去除活塞环表面附着的油污和杂质；

2)将清洗后的活塞环进行低温烘干，烘干温度为55～60℃；

3)将烘干的活塞环装夹入磁过滤真空阴极弧炉，所述磁过滤真空阴极弧炉包括真空阴极弧装置，该真空阴极弧装置的入口设置L型磁过滤真空管道，将装有高纯石墨的阴极靶安装在L型磁过滤真空管道的入口处，L型磁过滤真空管道的外围安装偏向磁圈；

控制磁过滤真空阴极弧炉真空度6.0×10^-3Pa以下、温度控制在160～220℃；磁过滤真空阴极弧炉通入本底气体高纯氩气，流量控制在25～30sccm；磁过滤真空阴极弧炉通入电压电流，控制弧流35～55A，偏置电压100～160V，偏置电流0.55～0.85A，沉积压力6×10^-2～10×10^-2Pa，对活塞环外圆面镀膜；

4)完成镀膜后，将磁过滤真空阴极弧炉排气，降温；

5)将镀膜的活塞环取出，经抛光、清洗、烘干得产品。

本发明方法采用磁过滤真空阴极弧技术，并形成活塞环表面类金刚石处理层专用设备，磁过滤真空阴极弧炉是在真空阴极弧装置的基础上在加一个L型的磁过滤器，是传统真空阴极弧装置基础上的进一步发明创新。通过磁过滤器后，等离子体中的大颗粒及中性粒子将被滤除，从而克服了沉积过程中大颗粒对薄膜质量的损害。本发明所制备的薄膜致密，性能优异。等离子体通过这种磁过滤管道时，磁化的电子沿磁力线运动，而离子在等离子体内部电场作用下也将同电子一同沿磁力线运动，从而使等离子体通过过滤管道，其余的中性粒子及大颗粒将沉积到管道内壁上。

本发明方法对活塞环外圆进行类金刚石涂层处理工艺要求：