专利名称：一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层。
背景技术：
众所周知，钢按化学成分可分为普通碳钢、低合金钢和非合金钢三类。而普通碳钢是制造汽车曲轴、连杆等运动摩擦副的主要材料。发动机工作时，这些运动摩擦副之间必然产生摩擦，不仅会增大发动机内部的功率消耗，是零件工作表面迅速磨损，而且由于摩擦产生大量的热可能到时工作表面烧损，致使发动机无法运转。为了改善这种状况，目前国产汽车在这些普通碳钢的运动摩擦副表面涂覆氮碳化钛、氮氮化铝钛、CrSiN、TiSiN等固体润滑涂层。但这些涂层的制造成本高；干摩擦情况下，耐磨性差；且与普通碳钢基底的结合强度不高。因此为了进一步提高国产汽车的质量水平，开展了在汽车普通碳钢运动摩擦副表面上涂覆类金刚石碳层的工作。类金刚石碳层具有超低的摩擦系数，耐磨性能好，通过工艺优化，可以使其与普通碳钢基底有高的结合强度，从而提高零件的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层。提高固体润滑膜在非合金钢表面的结合强度50%以上，具有优异的耐磨性能。本发明的技术方案是这样实现的一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层，由基体，缓冲层，过渡层，表层组成；其特征在于基体上依次涂敷缓冲层、过渡层和表层；涂层的制备工艺如下
1)将基体依次在丙酮和乙醇中采用中频脉冲磁控溅射技术进行超声波清洗10-15min， 清洗后放入真空室内；
2 )制备缓冲层时将真空室抽真空，然后通入氩气，对基材和靶进行等离子清洗；以金属为靶材，在基材表面沉积一金属缓冲层；通入氩气流量50-300sCCm，金属靶电流为8-20A， 占空比为40-80%，频率为20-160Hz，脉冲偏压50-1600V，占空比50_85%，频率为60-100，沉积时间10-30 min，沉积气压0. I-IPa ；
3)制备过渡层时向真空室内通入氩气和甲烷，以金属为靶，甲烷为前躯体，在金属表面沉积一碳化物过渡层；其CH4流量为20-200sCCm，沉积时间10-20min ；
4)制备表层时以石墨为靶材，在碳化物层上沉积一类金刚石碳层，其石墨靶电流为 10-20A，沉积时间10-30min ；所述的缓冲层是由铬、钼、钛、钨等金属中的一种或2种以上的组合，厚度为0. 5-3 μ m;所述的过渡层是铬、钼、钛、钨等金属中的一种或2种以上的金属的碳化物组合，厚度为0. 6-3 μ m ；所述的表层是含氢类金刚石碳层，厚度为1-4 μ m。本发明的积极效果在于提高固体润滑涂层在普通碳钢表面的结合强度，具有优良的减磨性能。
图1为本发明梯度涂层示意图。图2为不同表面涂层的结合力大小对比。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体描述，但不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本发明的保护范围之内，一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层，由基体1，缓冲层2，过渡层3，表层4组成；其特征在于基体1上依次涂敷缓冲层2、过渡层3和表层4 ；
实施例1
前处理取V型发动机连杆轴瓦，连杆轴瓦采用中碳钢制造，依次用丙酮和乙醇在超声波中清洗各lOmin，自然干燥，置于真空室；抽真空至真空度小于3.0X10_3Pa ；向真空室内通入氩气600SCCm，调整气压至0. 7Pa,工件加脉冲偏压为1200V，等离子清洗工件lOmin，以除去表面残留的杂质和污染物。缓冲层的制备氩气流量为150sCCm，金属铬靶(纯度为99. 9%)电源电流12A，占空比为50%，频率为40Hz，脉冲偏压900V,占空比60%，频率为80Hz，沉积时间15 min。过渡层的制备保持上述条件不变，甲烷流量从50SCCm逐渐增加到150SCCm，沉积时间15min。表层的制备其他条件保持不变，石墨靶电源电流为10A，占空比为60%，频率为 40Hz，沉积时间约25min ；最后在连杆轴瓦表面获得类金刚石梯度薄膜。涂层的厚度测试采用扫描电子显微镜法，在镀层横截面放大的图像上测量，得到涂层总厚度为5 μ m。涂层的结合力测试把按经过上述处理的连杆轴瓦同经过涂覆减磨合金层(高锡铝合金层、铜铅合金、巴氏合金)的连杆轴瓦，同时进行附着力大小测试实验。结果发现经过上述处理的连杆轴瓦的附着力大小比涂覆减磨合金层的连杆轴瓦都提高了 50%以上，如图 2所示。涂层的摩擦系数测试用美国CETR公司的UMT-2MT摩擦试验机测试了工件在干摩擦状况下的摩擦学性能，载荷5 N、振幅2. 5 mm、频率15Hz、测定时湿度为20%，其干摩擦情况下系数为0. 033，充分体现类金刚石涂层在苛刻润滑条件下优异的摩擦学性能。实施例2
1)将基体依次在丙酮和乙醇中采用中频脉冲磁控溅射技术进行超声波清洗15min，清洗后放入真空室内；
2)制备缓冲层时将真空室抽真空，然后通入氩气，对基材和靶进行等离子清洗；以金属钼为靶材，在基材表面沉积一金属钼缓冲层；厚度为0. 5 μ m ；通入氩气流量50sCCm，金属靶电流为8A，占空比为40-80%，频率为20Hz，脉冲偏压50V，占空比50%，频率为60_100Hz，沉积时间10 min，沉积气压0. IPa ；
3)制备过渡层时向真空室内通入氩气和甲烷，以金属钼为靶，甲烷为前躯体，在金属钼表面沉积一碳化物过渡层；厚度为0. 6 μ m其CH4流量为20SCCm，沉积时间IOmin ；
4)制备表层时以石墨为靶材，在碳化物层上沉积一类金刚石碳层，厚度为1μ m，其石墨靶电流为10A，沉积时间lOmin。
实施例3
1)将基体依次在丙酮和乙醇中采用中频脉冲磁控溅射技术进行超声波清洗12min，清洗后放入真空室内；
2)制备缓冲层时将真空室抽真空，然后通入氩气，对基材和靶进行等离子清洗；以金属钛为靶材，在基材表面沉积一金属钛缓冲层；厚度为3 μ m通入氩气流量300sCCm，金属靶电流为20A，占空比为80%，频率为160Hz，脉冲偏压1600V，占空比85%，频率为100Hz，沉积时间30 min，沉积气压IPa ；
3)制备过渡层时向真空室内通入氩气和甲烷，以金属钛为靶，甲烷为前躯体，在金属钛表面沉积一碳化物过渡层；厚度为3 μ m其CH4流量为200SCCm，沉积时间20min ；
4)制备表层时以石墨为靶材，在碳化物层上沉积一类金刚石碳层，厚度为4μ m，其石墨靶电流为20A，沉积时间30min。实施例4
1)将基体依次在丙酮和乙醇中采用中频脉冲磁控溅射技术进行超声波清洗Hmin，清洗后放入真空室内；
2)制备缓冲层时将真空室抽真空，然后通入氩气，对基材和靶进行等离子清洗；以金属钛、钨为靶材，在基材表面沉积一金属钛、钨缓冲层；厚度为2. 5 μ m通入氩气流量200sCCm， 金属靶电流为16A，占空比为60%，频率为IOOHz，脉冲偏压1000V，占空比65%，频率为80 Hz, 沉积时间20 min，沉积气压0. 6Pa ；
3)制备过渡层时向真空室内通入氩气和甲烷，以金属钛、钨为靶，甲烷为前躯体，在金属钛、钨表面沉积一碳化物过渡层；厚度为1. 6 μ m其CH4流量为160SCCm，沉积时间15min ；
4)制备表层时以石墨为靶材，在碳化物层上沉积一类金刚石碳层，厚度为3μ m，其石墨靶电流为15A，沉积时间20min。
权利要求
1.一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层，由基体，缓冲层，过渡层，表层组成；其特征在于基体上依次涂敷缓冲层、过渡层和表层；涂层的制备工艺如下1)将基体依次在丙酮和乙醇中采用中频脉冲磁控溅射技术进行超声波清洗10-15min， 清洗后放入真空室内；2 )制备缓冲层时将真空室抽真空，然后通入氩气，对基材和靶进行等离子清洗；以金属为靶材，在基材表面沉积一金属缓冲层；通入氩气流量50-300sCCm，金属靶电流为8-20A， 占空比为40-80%，频率为20-160Hz，脉冲偏压50-1600V，占空比50_85%，频率为60-100，沉积时间10-30 min，沉积气压0. I-IPa ；3)制备过渡层时向真空室内通入氩气和甲烷，以金属为靶，甲烷为前躯体，在金属表面沉积一碳化物过渡层；其CH4流量为20-200sCCm，沉积时间10-20min ；4)制备表层时以石墨为靶材，在碳化物层上沉积一类金刚石碳层，其石墨靶电流为 10-20A，沉积时间 10-30min。
2.根据权利要求1所述的一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层，其特征在于缓冲层是由铬、钼、钛、钨等金属中的一种或2种以上的组合，厚度为0. 5-3 μ m。
3.根据权利要求1所述的一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层，其特征在于过渡层是铬、钼、钛、钨等金属中的一种或2种以上的金属的碳化物组合，厚度为 0. 6-3 μ m0
4.根据权利要求1所述的一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层，其特征在于表层是含氢类金刚石碳层，厚度为1-4 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种应用于汽车普通碳钢运动摩擦副表面耐磨涂层，依次由普通碳钢运动摩擦副基体，缓冲层，过渡层和表层构成，其中缓冲层为金属层，过渡层为金属碳化物层，表层为类金刚石碳层，提高了表面涂层与普通碳钢表面的结合强度，具有优良的耐磨和减摩性能，应用于汽车零件的表面处理。
文档编号B32B15/18GK102286726SQ2011102052
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者安宇鹏, 张克金, 戈非, 武彬, 王丹, 米新艳, 魏晓川 申请人:中国第一汽车股份有限公司