[发明专利]基于磁控溅射与超声滚压复合强化轴承套圈表面的方法

说明书

本发明涉及一种基于磁控溅射与超声滚压复合强化轴承套圈表面的方法，该方法先制备打底层，接着利用磁控溅射技术溅射所需的主体涂层，最后用超声波滚压技术进行轴承套圈表面强化，从而制得单层涂层。之后，在单层涂层表面继续进行磁控溅射所需涂层，在超声设备上再次超声滚压，制得多层涂层。本发明充分发挥了磁控溅射和超声波滚压这两种方法的优势，使轴承套圈表面产生剧烈的微观塑性变形，使得薄膜涂层与基体之间的结合强度有效提高，改善了磁控溅射后涂层结合力弱的缺点，并且涂层的均匀性和致密性显著增强。

技术领域

本发明涉及表面涂层及精密加工技术领域，具体涉及一种基于磁控溅射与超声滚压复合强化轴承套圈表面的方法。

背景技术

轴承常服役于变载、变速、高DN值、间歇服役、断油等恶劣工况下，为延长轴承的使用寿命、提高其工作可靠性，常在轴承及轴承套圈上喷涂涂层。目前，由于各行各业的机械部件正朝着长寿命、高稳定的方向发展，因此对涂层的性能要求日益提高。

近年来非平衡磁场、多靶磁场耦合、孪生磁控靶、脉冲溅射、中频交流溅射电源等新技术的出现和发展，使得磁控溅射技术在关键配合部件的涂层制备中得到广泛应用。

在磁控溅射技术的基础上，研究制备适用于极端工况下的轴承套圈涂层，以达到涂层超低摩擦因数、低磨损率和高承载力等优异性能，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁控溅射与超声滚压复合强化轴承套圈表面的方法，能够提高涂层与基体之间的结合强度，使得涂层的均匀性、致密性显著增强。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于磁控溅射与超声滚压复合强化轴承套圈表面的方法，包括以下步骤：

S1、将轴承套圈基体清洗干净；

S2、制备轴承套圈涂层：

S21、安装：将磁控溅射的溅射靶安装在直流阴极上，基体装入样品台，处于正极，固定溅射靶与基体的距离为150mm；

S22、中频偏压冲洗：将真空室抽真空至1x10^-3pa，加热基体至450℃，向真空室通入Ar，控制Ar的流量为250sccm，工作气压为2.5Pa；开启中频电源，设定电压为1000V，对轴承套圈基体表面进行清洗，持续15min；

S23、溅射打底层：调节Ar流量为100sccm，工作气压为1.0Pa，设置中频偏压电源电压为800V、占空比50%，同时开启溅射靶的溅射电极，设置电流为30A、溅射时间8min，在基体上溅射打底层；

S24、溅射主体层：同时向真空室通入Ar和N2，调节Ar的流量为10sccm、N₂的流量为400sccm、工作气压为1.0Pa；设置中频偏压电源电压为200V、占空比50%，设定溅射电源电流为80A、溅射时间30min，在打底层上溅射主体层；

S3、制备磁控溅射涂层：同时向真空室通入Ar和N2，调节Ar的流量为50 sccm、N₂的流量为50sccm、工作气压为0.6Pa，设置直流溅射功率150W、溅射时间为30min，形成磁控溅射涂层；

S4、进行超声滚压强化：

S41、将超声滚压装置以一预压深度压在轴承套圈的表面上，对轴承套圈施加背压力；

S42、在轴承套圈表面上滚动超声滚压装置的滚球工具头，通过输入电流驱动超声滚压装置做超声频的机械振动，完成超声滚压强化。

作为优选，完成步骤S42之后，继续重复一遍步骤S23、S24、S3和S4，制备得到双层涂层。

作为优选，完成步骤S42之后，继续重复两遍步骤S23、S24、S3和S4，制备得到多层涂层。

更进一步地，步骤S4中还包括用于控制超声滚压装置的控制器，控制器基于期望残余压应力和实时滚压力调节所述预压深度、背压力和输入电流中的至少一个。