耐磨减摩涂层摩擦副的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过真空电弧镀膜获得的高精度减摩耐磨涂层，并且可以用于机 械工程、飞机、建立具有高抗侵蚀、减摩和防护特性的设计。
【背景技术】
[0002] 广泛用于燃油供应单元和航空发动机控制中的泵，尤其是泵HP180和HT40,的一 个最关键元素是分布滑阀（以对为基础-单独）。平坦分布的阀隔开泵吸入和排出空腔。 通过工作面线圈，氮化硬化所得的硬度多770HV，使青铜泵送单元滑动，为燃油供应泵提供 所需压力。
[0003] 为了确保泵工作面线圈的效率，将泵送单元制造为具有< 0.0 Olmm的非平面度和 表面粗糙度Ra = 0. 08。
[0004] 上述摩擦副在喷气燃料（不同质量的煤油）的环境中操作，摩擦接触的条件相 比其他副来说相对更紧密，速度更高（高达7000转/分）并且压力更大（单位感测压力 达20kg/cm2)。因此，不足耐磨性的线圈可以有效地限制资源指示泵并且由于摩擦副的效 率损失而导致失败（LI. Seleznev，V.A.Rizhenkov，Estimate of the duration of the incubation period of erosive wear(侵蚀磨损的潜伏期的持续时间的评估）一金属科 技，2007年第3期）。
[0005] 已知的显著改善结构材料耐磨性的最有效方法是使用和改善防护涂层。
[0006] 例如，耐磨和耐蚀涂层可能是多层耐蚀金属交互层，耐蚀金属选自由钼、铌、钽、 钨、铬、钛、锆、镍或上述金属的合金组成的群。众所周知，例如，在三层涂层中，第一层是金 属或金属混合物层或Medeleeva元素周期表中的IVA VlA层，所述层在惰性气体介质中形 成，第二层为惰性与反应气体的反应混合物，并且第三层为氮化物、碳化物、硼化物或上述 物质的混合物的层（参见2001年01月10日公布的专利RF2161661，I. Cl. C23C14/16的 说明书）。涂层包括厚度为0. 02-0. 08微米的钪、钇或稀土金属次层，层的数量可能从X 到500。层厚度的比例为（0.02-5.0)、（0.04-10)、（0.1-12. 5)，并且前两层的厚度比例是 1. 0 : 2. 0 : 2. 5〇
[0007] 上述耐磨涂层具有耐磨性，但是，这种耐磨性对上述恶劣环境而言并不够。
[0008] 现有技术已知，耐磨等离子涂层以镀膜在金属产品上的铬为基础（参见1994年12 月30日公布的俄罗期专利第2, 025, 543号I. Cl. C23C14/08的说明书），所述金属产品包括 氮化钒组合物（Cr-V)N，其中铬与钒原子百分比含量的比率为：Cr28-50, V50-72。
[0009] 上述涂层可在工业中用于改善切割工具和技术工具的耐磨性，涂层具有1-3. 08 的相对耐磨性，所述耐磨性取决于组合物而变化。
[0010] 这种涂层的耐磨性相对较高，但其使用主要局限于切割工具，即为了工业产品能 够迅速恢复而设计。
[0011] 现有技术还已知，基于钛、铝及铬的合成复合氮化物（(TixAlyCrz)N)的耐磨等离 子涂层负载在金属或陶瓷产品上（见2010年11月27日公布的俄罗期专利第2, 050, 060 号I. Cl. C23C14/06说明书），其中铬（Z)的含量取决于铝与钛的含量，并且表示出从（x-y) 的1/7到1/5的限制，其中0· 05彡X彡y，x/y < 1。
[0012] 上述涂层具有改进的耐磨性并且可用于切割工具，即其功能性也局限于该领域。
[0013] 发明概述
[0014] 最接近所请求技术解决方案的使用目的、技术本质和结果的是多层涂层，包含氮 化层和氮化钛与铝层（见2009年05年14日公布的美国专利申请US2009/0123737 "所处 理的表面的涂层因固态粒子而耐侵蚀"1. Cl. B32B18/00的说明书），其中氮化钛位于以常用 方式获得的氮化层上，并且与厚度从IOnm到IOOnm的AlCrN层交替，其中总厚度从19微米 到20微米。
[0015] 这种涂层可具有相当大的耐磨性。然而，这种涂层的形成通过工作表面的几何参 数的显著变化而实现。为了在多个装置中使用所处理的表面，需要与高达1-2微米的涂层 厚度的减少相关联的额外加工，使得化学热处理的结果无效。
[0016] 对具有破纪录的性能的新材料的开发（如对耐磨性、粗糙度和在极端条件下工作 的机会）的现代研宄与纳米技术密切相关，这使得人们创造具有结构元素的多组分组合 物，所述组合物具有从几百纳米到几纳米的大小。与具有传统结构的相同组合物材料相比， 这种材料的不同特征，如摩擦及其他特性，可以高出几倍。
[0017] 本发明的基础在于改善用于摩擦副的耐磨涂层，所述涂层含有氮化物层、钛层及 氮化铝层，其中由于以下实施：第一钛层在预氮化基础材料的表面上，第二层是钛与氮化钛 的交互纳米层的形式，第三层是氮化钛与氮化铝的交互纳米层的形式，以及第四层是氮化 铝，从而提供了新的技术结果。在从易碎氮化表面通过固态基础纳米层过渡到具有高化学 惰性的连续涂布氮化铝外侧时，制造传统层为层提供平稳的可塑性变化。磨合层期间的这 个表面提供最佳的一对动摩擦表面，从而增强纳米层涂层（TiN-AlN涂层）的耐久性，并且 通常提供任何类型的耐磨性，包括恶劣环境的侵蚀作用。
[0018] 所述问题得以解决是因为已知耐磨涂层包括氮化物层及钛的氮化物层和氮化铝。 根据本发明，第一钛层在基础材料的预氮化表面上制成，第二层是钛与氮化钛的交互纳米 层的形式，及第三层也是氮化钛与氮化铝的交互纳米层的形式，第四层由氮化铝制成。
[0019] 根据本发明，第一层由厚度为0. 2-0. 3微米的钛制成。
[0020] 根据本发明，第二层是钛与氮化钛的交互纳米层的形式，其中重现期是l〇nm，并且 个别纳米层的厚度分别是2nm和8nm，同时所述纳米层的总厚度是0. 2-0. 3微米。
[0021] 根据本发明，第三层是氮化钛与氮化铝（TiN-AlN(50/50))的交互纳米层的形式， 具有20nm重复性的周期和均匀厚度的选定纳米层，其中所述纳米层的总厚度是0. 5-0. 7微 米。
[0022] 根据本发明，第四层由厚度为0. 3-0. 5微米的氮化铝制成。
[0023] 从以上技术方案可以看出，本发明不同于现有技术，因此是全新的技术。
[0024] 发明详述
[0025] 本发明的技术方案从根本上不同于提供具有高耐磨性和耐粘附性的涂层的现有 技术，同时支持保持在高速度下操作的精度部件的强度特征、摩擦副的部件的相对运动和 圆盘的实质轴向负载。
[0026] 本发明提出的技术方案在工业上是适用的，并且以涂层Avinit C310-nl的形式、 使用在现代化生产条件下制成的设备来实施。
[0027] 表1显示了涂覆到钢铁样品8Χ4Β9Φ2-ΠΙ的涂层的特征。
[0028] 表 1
[0029]
【主权项】
1. 耐磨减摩涂层摩擦副，包括氮化物层和钛与氮化铝层，其特征在于，所述第一钛层在 基础材料的预氮化表面上制成，第二层是钛与氮化钛的交互纳米层的形式，以及第三层也 是氮化钛与氮化铝的交互纳米层的形式，第四层是由氮化铝制成。
2. 根据权利要求1所述的耐磨减摩涂层，其特征在于，所述第一层由厚度为0. 2-0. 3微 米的钛制成。
3. 根据权利要求1所述的耐磨减摩涂层，其特征在于，所述第二层是钛与氮化钛的交 互纳米层的形式，其中重现期是l〇nm，并且个别纳米层的厚度分别是2nm和8nm，所述纳米 层的总厚度是0.2-0. 3微米。
4. 根据权利要求1所述的耐磨减摩涂层，其特征在于，第三层是氮化钛与氮化铝 (TiN-AlN(50/50))的交互纳米层的形式，具有20nm重复性的重现期和均匀厚度的选定纳 米层，其中所述纳米层的总厚度是〇. 5-0. 7微米。
5. 根据权利要求1所述的耐磨减摩涂层，其特征在于，所述第四层由厚度为0. 3-0. 5微 米的氮化铝制成。
【专利摘要】本发明涉及一种通过真空电弧镀膜获得的高精度减摩耐磨涂层，并且可以用于机械工程、飞机、建立具有高抗侵蚀、减摩和防护特性的设计。本发明的基础在于改善耐磨涂层的任务，所述耐磨涂层包括钛的氮化物层和氮化铝层，其中由于以下实施，第一钛层在预氮化基础材料的表面上，第二层是钛与氮化钛的交互纳米层的形式，第三层是氮化钛与氮化铝的交互纳米层的形式，以及第四层是氮化铝，而提供了新的技术结果。在从易碎氮化表面通过固态基础纳米层过渡到具有高化学惰性的连续涂布氮化铝外侧时，制造传统层为层提供平稳的可塑性变化。磨合层期间的这个表面提供最佳的一对动摩擦表面，从而增强纳米层涂层(TiN-AlN涂层)的耐久性，并且通常提供任何类型的耐磨性，包括恶劣环境的侵蚀作用。从所请求的技术解决方案和实施实例的阐述本质可以看出，使用具有分布线轴的纳米层涂层(Avinit C310-n1)确保生产与新单元设计的高可靠性，并且增加了5-20倍的份额。
【IPC分类】C23C14-24, C23C14-06, C23C8-36, B82Y30-00
【公开号】CN104812930
【申请号】CN201480000506
【发明人】阿列克塞·弗拉迪斯拉沃维奇·萨加洛维奇, 弗拉迪斯拉夫·维克多洛维奇·萨加洛维奇, 维克多·瓦西里耶维奇·波波夫, 亚历山大·弗拉迪米尔洛维奇·坎诺尼辛, 弗拉迪米尔·伊万诺维奇·波哥斯拉采夫
【申请人】Fed联合股份公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月27日
【公告号】WO2015072954A1