[发明专利]一种双技术协同制备轴瓦减摩镀层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及滑动轴承技术领域，更具体的涉及一种双技术协同制备轴瓦减摩镀层的方法。

背景技术

对于高速、重载、高精度、结构上需要剖分的场合，如汽轮机、离心式压缩机、柴油机、大型电机等，需采用滑动轴承，轴瓦是滑动轴承中的重要零件，是最重要的承力部件之一，也是发动机中最易失效的部件。

滑动轴承的主要作用有：1、支持轴及轴上零件，保持轴的旋转精度；2、减少转轴与支承之间的摩擦磨损。轴承中起支承轴颈作用的零件是轴瓦，因此，轴瓦的性能好坏直接影响着发动机的性能。随着汽车工业的发展，人们对发动机的功率和转速指标要求越来越高，因而对轴瓦、衬套等耐磨零件的服役条件进一步恶化，性能要求也越来越苛刻。发动机工作时，轴瓦需承受高达700MPa的负荷，远高于合金衬层和钢背的屈服极限(100-300MPa),易导致轴瓦弹张量消失，并最终导致轴瓦抱轴；在交变应力作用下，轴瓦会出现涂层、合金衬层开裂和剥落，因而也易导致轴瓦咬合失效。特别是在发动机突然启动或瞬时加速时，润滑油膜不能及时形成，曲轴和轴瓦之间处于干摩擦状态，轴瓦和曲轴极易损坏。国外不断从改善润滑条件、优化结构、提高材料性能等方面努力，以提高轴瓦的使用寿命。

传统的轴瓦其结构形式上一般由依次设置的钢背层、轴承合金层、镍栅层以及减摩层组成，其中基底层在钢背层上，镍栅层镀在基底层上，减摩层镀在镍栅层上。减摩层一般采用铅锡铜三元合金。这种轴瓦能在一定程度上满足发动机的基本要求，但是应用在强化的柴油机上，由于减摩层的抗疲劳强度低，不能满足汽车柴油机的发展需要，轴瓦的抗疲劳强度、耐腐蚀性及耐磨性都有待提高。同时，由于轴瓦中含有铅等有害金属元素，轴瓦对环境产生一定的破坏，不具有环保型性能，不符合社会的发展需要。传统的轴瓦减摩层一般是通过电镀的方法沉积而成的。这种电镀在生产的过程中，对环境及操作人员非常有害，而且电镀出来的轴瓦其性能要求有一定的局限性。

发明内容

本发明提供一种双技术协同制备轴瓦减摩镀层的方法，利用电弧离子镀和磁控溅射离子镀技术协同制备轴瓦减摩镀层，实现了大厚度轴瓦镀层的高速沉积，其轴瓦镀层具有致密性好、抗疲劳强度高、耐磨性优良和环保的特点。

具体的，本发明中双技术协同制备轴瓦减摩镀层的方法，包括以下步骤：

步骤1：将轴瓦基体安装到磁控溅射设备内，并在轴瓦基体和靶材之间建立水平正交电磁场；

步骤2：将磁控溅射设备内部进行抽真空，使真空度达到10^-3Pa以下的设定值；

步骤3：当磁控溅射设备内部真空度达到设定值后，向水平正交电磁场中通入惰性气体，并转动轴瓦基体进行辉光清洗；

步骤4：辉光清洗后进行弧光清洗，弧光清洗时采用镍靶；

步骤5：对轴瓦基体的内圆面使用电弧离子镀制备镍栅层，制备镍栅层时使用镍靶，利用水平正交电磁场对镍靶进行轰击，镍靶离子被击出后沉积到轴瓦基体的内圆面，形成一层镍栅层；

步骤6：对形成镍栅层的轴瓦基体，同时使用电弧离子镀和磁控溅射离子镀进行处理，在镍栅层上进行复合镀膜，形成轴瓦减摩镀层，其中，电弧离子镀采用的靶材为铝铜合金靶，磁控溅射离子镀采用的靶材为锡靶和碳靶；

步骤7：将形成轴瓦减摩镀层的轴瓦基体随炉冷却至温度低于180℃后，打开磁控溅射设备并取出带有轴瓦减摩镀层的轴瓦基体。

优选的，步骤1中，水平正交电磁场中电场由直流电源提供电能，脉冲偏压电源范围为0-1500V，所述轴瓦基体为铝基轴承合金。

优选的，步骤3中，辉光清洗时，工作压力为3.50Pa，惰性气体流量为170sccm，轴瓦基体脉冲偏压为800V，占空比为20％，清洗时间为5min。

优选的，步骤4中，弧光清洗时，工作压力为2.00Pa，惰性气体流量为100sccm，轴瓦基体脉冲偏压为900V，镍靶电流为50A，清洗时间为4min。

优选的，所述镍靶纯度为99.9％。

优选的，步骤5中，工作压力为2.00Pa，惰性气体流量为100sccm，轴瓦基体偏压为900V，占空比为10％，镍靶电流为50-90A，电弧离子镀镍栅层沉积时间为10min。

优选的，步骤6中，采用纯度为99.9％的铝铜合金靶进行电弧离子镀，铝铜合金靶电流为45-90A，采用纯度均为99.9％的锡靶和碳靶进行磁控溅射离子镀，锡靶电流为0.15-1.0A，碳靶电流为0.8-3.0A，轴瓦基体偏压为300-500V，占空比为50-80％，镀膜时间为30-60min，每隔5min记录一次数据。