[发明专利]一种PVD活塞环的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PVD活塞环，尤其涉及一种PVD活塞环及其制备方法，具体适用于降低发动机摩擦功损失和燃油消耗。

背景技术

活塞环和缸套是汽车发动机中一对重要的摩擦副，其摩擦学性能的优劣直接影响着发动机的功率输出、耐久性、燃油经济性、机油消耗量以及燃烧排放等重要指标，因此改善缸套和活塞环的摩擦学性能具有重要意义。为了提高活塞环的性能，除了进行设计优化和材质更新之外，工程师们更倾向于采用表面处理技术，如镀铬、离子氮化等。然而，由于当前汽车发动机尤其是重载柴油发动机，正在向高功率密度、高可靠性、低燃油消耗和低废气排放的方向发展，传统的表面处理方法已经不能满足需求。物理气相沉积技术（PVD）作为一种相对比较成熟的新兴技术在发动机活塞环的表面改性工作受到越来越广泛的关注和重视。

中国专利：公告号为CN101430004B，公告日为2010年6月2日的发明专利公开了一种PVD铬基陶瓷复合涂层活塞环及其制备方法，该复合涂层由粘结层、主耐磨层和减摩层构成，粘结层为Cr，主耐磨层在粘结层上面，为Cr和CrN交替构成的Cr/CrN多层涂层，减摩层在主耐磨层表面，为Cr和Cr₂O₃交替构成的Cr/ Cr₂O₃多层涂层。虽然该复合涂层具有良好的结合力、耐磨和抗腐蚀性能，可大幅度提高活塞环的使用寿命，但其并不能降低发动机摩擦功损失和燃油消耗。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的无法降低发动机摩擦功损失和燃油消耗的问题，提供一种能显著降低发动机摩擦功损失和燃油消耗的PVD活塞环及其制备方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种PVD活塞环，包括活塞环基体及其表面附着的复合涂层；

所述复合涂层包括由内至外依次设置的纳米复合梯度过渡层、CrN层，其中，所述纳米复合梯度过渡层包括由内至外依次设置的Cr打底层、Cr过渡层、CrN过渡层。

所述纳米复合梯度过渡层还包括CrC过渡层，该CrC过渡层位于Cr过渡层、CrN过渡层之间。

所述复合涂层的厚度为10‐20μm。

一种PVD活塞环的制备方法，依次包括以下步骤：

1、先将经过初步清洗的活塞环基体置于真空室中，通入氩气进行辉光清洗，然后引燃金属Cr靶，在450‐750V偏压下沉积Cr打底层；

2、先将偏压降至140‐160V后沉积Cr过渡层，再关闭金属Cr靶；

3、先停止通入氩气，然后向真空室中通入氮气，再引燃金属Cr靶，将偏压降至130‐140V后沉积15‐20min；

4、在80‐200V偏压下继续沉积至预定的沉积时间，此时，PVD活塞环制备完毕。

所述步骤4依次包括以下操作：

a、在100‐150V偏压下沉积15‐20min；

b、在80‐100V偏压下沉积15‐20min；

c、在150‐200V偏压下沉积15‐20min；

d、循环重复操作a‐c，直至达到预定的沉积时间。

所述制备方法还包括CrC过渡层的制备步骤，该步骤位于步骤2、步骤3之间；

所述CrC过渡层的制备步骤是指：先同时引燃金属Cr靶和C靶沉积CrC过渡层，再关闭金属Cr靶和C靶。

步骤1中，

所述初步清洗是指：先将活塞环基体1进行除油除锈，再依次用丙酮、酒精、去离子水对其进行超声清洗后干燥即可；

所述辉光清洗是指：先将经初步清洗的活塞环基体置于真空室中，再于0.007‐0.008Pa的真空度下加热真空室腔壁至290‐310℃后保温1.5‐2.5h，然后通入350‐400sccm氩气，并于700‐800V的负偏压下辉光清洗25‐35min。

所述步骤1中，金属Cr靶源的电流为100‐110A，沉积Cr打底层的时间为1‐3min；

所述步骤2中，沉积Cr过渡层、沉积CrC过渡层的时间均为5‐6min。

所述步骤3中，真空室的真空度为1.9‐2.3Pa，通入氮气的流量为180‐200sccm，金属Cr靶源的电流为120‐130A。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：