一种旋转或伸缩的耐磨杆的制作方法
【专利摘要】一种旋转或伸缩的耐磨杆，金属杆上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、陶瓷合金镀层。钛镀层、氮化钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20—80纳米、2—6微米、2—6微米。氮化钛镀层与陶瓷合金镀层之间设有过度钛镀层，过度钛镀层厚20—80纳米。本实用新型耐磨杆能更长使用周期应用于液压与气动、搅拌设备、螺旋浆驱动轴等。能保证本实用新型的耐磨杆的使用寿命是现有技术工艺的五倍至十倍以上，本实用新型膜层韧性特别好，硬度特别高，不易崩膜，结合力提高；本实用新型的膜表面的硬度达2500-3400HV。
【专利说明】一种旋转或伸缩的耐磨杆
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种旋转或伸缩的耐磨杆，尤其是液压及气动领域的动作元件一活塞杆及制备方法。
【背景技术】
[0002]旋转或伸缩的耐磨杆有多种应用，如液压缸(包括气动气缸)作为液压及气动领域的主要部件，如液压缸包括缸筒、前后端盖、活塞、活塞杆(也称为液压杆或气动气缸中称为气动杆，与活塞固定的动作杆)、前油口座和后油口座，后端盖设置油孔，轴向亦可设置油孔，活塞的外周径向设置密封件安装槽，端盖内设置液压锁，液压锁的进油口连接第二油孔，第二油孔的另一端连接第三油孔，液压锁的出油口连接第二油孔，液压锁的控制口连接斜孔，斜孔的另一端连接后油口座，后油口座通过油管连接前油口座；密封件安装槽内设置组合密封圈，组合密封圈包括一个基体密封圈、一个星形圈和O形圈，基体密封圈的外周径向设置凹槽，星形圈设置在凹槽内，O形圈分别设置在基体密封圈与活塞之间。活塞杆还应用于摆动式液压缸等。旋转耐磨杆可以是各种旋转轴，包括各种搅拌设备、发动机驱动轴、螺旋浆轴等。
[0003]作为油缸和活塞杆的传统的加工方法是:拉削缸体——精镗缸体——磨削缸体或滚压缸体或活塞杆，滚压后，表面粗糙度由幢滚前Ra3.2?6.3 μ m减小为Ra0.4?0.8 μ m，表面硬度提高约30%，缸筒内表面疲劳强度提高25%。油缸使用寿命若只考虑缸筒影响，提高2?3倍。活塞杆可以进行表面渗氮工艺。活塞杆的密封安装在液压缸端盖内侧防尘密封里面，作用是防止液压油外漏，主要承压原件之一，单向承压，承受压力较大，直接与液压油接触。要求静止状态下保压性能好，动作中承压要高，密封性能要好，摩擦因数小，抗挤出能力强等。活塞杆密封的截面形式与材质较多，根据不同的工作环境选择不同的截面形式与材质。
[0004]安装在活塞与活塞杆之间的是活塞静密封圈。它们都是液压缸内的静密封圈，端盖静密封是防止液压油从端盖和缸筒间的间隙漏出，单面承压，要求在防挤出能力强，密封效果好等；活塞静密封是双向承压，防止液压油从活塞和活塞杆之间漏出，要求防挤出能力强，密封效果好等。
[0005]相对而言，液压缸的磨损会漏油，主要也是由于杂质进行液压油；相对而言，其使用寿命长于活塞杆；这是由于液压缸与活塞密封的吻合比较好，不会直接接触杂质。
[0006]活塞杆活塞静密封圈的外部还设有防尘套等。由于工程机械等的使用条件恶劣，工程机械工作时活塞杆更易被沾附硬质微粒，包括砂石微粒等，易将活塞杆表面拉出纹路，目前工程机械正常使用的活塞杆的工作寿命在一年之内，最好质量的活塞杆的工作寿命不超过二年。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是:提出一种旋转或伸缩的耐磨杆，尤其是表面硬度高的多层结构的耐磨杆，不但有高耐磨性能，表面硬度高且脆性低，同时有非常好的使用寿命即耐久性。
[0008]本实用新型的技术方案是:一种旋转或伸缩的耐磨杆，金属杆上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、陶瓷合金镀层。钛镀层、氮化钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20— 80纳米、2— 7微米、2— 7微米。
[0009]进一步，氮化钛镀层与陶瓷合金镀层之间设有过度钛镀层，过度钛镀层厚20 — 80纳米。
[0010]利用本实用新型表面为陶瓷合金镀层的耐磨杆。
[0011]本实用新型的改进是，在上述陶瓷合金镀层表面再镀过度钛镀层和陶瓷合金镀层，镀层分别厚100— 350纳米、2— 7微米。
[0012]硬质陶瓷合金为氮化物和硼化物，氮铝钛合金、氮化铬、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、氮化物或硼化物，或钛铌合金。
[0013]陶瓷合金镀层为氮铝钛合金AlTiN、氮碳化钛(TiCN)、铬铝合金\钛铌合金\硼化钛合金\硼化锆合金或硼化钨合金.材料的表面硬度可以达到2500— 3400HV或更高。
[0014]利用本实用新型表面为陶瓷合金镀层的耐磨杆，可大大延长在工程机械(包括搅拌设备、发动机轴)中的使用寿命，寿命可以延长5倍或更长，大优于表面渗氮或渗碳层的结构。
[0015]本实用新型耐磨活塞杆的制造方法，活塞杆(可采用碳钢、锰钢、弹簧钢等材料)的金属表面经洁净处理和离子源清洗处理，用真空物理沉淀方法进行镀层覆盖，金属基板的温度控制在150-20(TC，采用包括真空离子镀如磁控溅射镀等方式；先镀20—80纳米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛厚度2— 7微米，过度钛镀层20—80纳米、硬质陶瓷合金镀层2—7微米，过度钛镀层氮化钛成分中逐渐降低镀材中氮的含量过渡到纯钛，在纯钛表面镀覆硬质陶瓷合金膜，硬质陶瓷合金包括氮铝钛合金、氮化铬、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、氮化物或硼化物，或钛铌合金等。实测硬度2800-3400HV，膜的结合力达到1.8kgf—2.0kgf0活塞杆置于镀室内一旋转基座上旋转，靶材料为平行于活塞杆的材料，活塞杆可以视镀室的结构，平行于地面或垂直于地面旋转的条件下均匀镀均可。
[0016]本实用新型的有益效果是:硬质陶瓷合金涂布技术已在小型工具镀上广泛应用，如今解决耐磨杆上有效应用，是该领域专业人士多年一直想攻克的难题，在镀的过程中提高镀层的结合力，降低镀层的脆性的同时尤为重要的是还要控制提高活塞杆表面镀层的硬度和光亮度，这是该技术攻克的难点所在。本实用新型耐磨杆能更长使用周期应用于液压与气动、搅拌设备、螺旋浆驱动轴等。能保证本实用新型的耐磨杆的使用寿命是现有技术工艺的五倍至十倍以上，本实用新型膜层韧性特别好，硬度特别高，不易崩膜，结合力提高。本实用新型的膜表面的硬度达2500-3400HV，可以抵抗1800HV左右硬度的颗粒，在使用中该耐磨杆不会被防尘套上等可能带来的微粒损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型横截面结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]金属杆的基面I上依次设有钛镀层2、氮化钛镀层3、过渡钛镀层4、硬质陶瓷合金镀层5。钛镀层、氮化钛镀层、过渡钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度最好分别为20—80纳米(50纳米左右更好)、2—4微米，20—80纳米、2—4微米，如耐磨杆较粗，则镀层到5_7微米。实测该陶瓷合金镀层与钢杆面的结合力达1.8 — 2kgf，硬度达2500— 3400HV，而且有很好的韧性。
[0019]本实用新型金属杆上先镀0.08微米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛达2或4微米均可，过渡钛镀层即氮化钛过渡到纯钛0.08微米(通过调节真空中氮气的量逐渐降低，保持钛源的蒸发)，再在纯钛上镀硬质陶瓷合金，如氮铝钛至需要厚度2或5微米，实测硬度为2500—2800HV,结合力1.6kgf — 2.0kgf。金属杆的基面和靶材的温度在160摄氏度。
[0020]以上陶瓷合金为氮化物和硼化物:氮铝钛合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金均可。硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金可制备成合金靶材，也可以每种金属置一靶源的多靶离子镀设备.
[0021]本实用新型的制备方法，先进行真空条件下离子清洗5-15分钟再进行物理镀，仍镀0.08微米纯钛，然后镀3微米氮化钛，再后镀0.15微米氮化钛过渡层至纯钛，再镀硼化钛至3微米厚度硬质合金，结合力2kgf，实测硬度2600— 2800HV。金属杆的基面和靶材的温度在180摄氏度。
[0022]镀陶瓷合金时可以是硼化钛和氮化钛交替镀共镀2-4微米。
[0023]各种规格金属杆基面经过超声波清洗，离子蚀刻、彻底清洁活塞杆基面，通过电弧离子镀和磁控溅射、等离子溅射等手段和先进的多层叠加镀膜工艺，并有效控制活塞杆在加工过程中受热变形，活塞杆经过多层镀处理获得表面具有2-8微米厚镀层的硬质陶瓷合金的耐磨活塞杆。靶源的电弧功率控制在15 — 20V、80— 180A.电磁线圈控制在15V — 20V、
[0024]1—4A。
[0025]陶瓷合金层的实施例如下:铬铝合金HV3000——3200,钛铌合金HV3200——3400,硼化钛合金HV2600——2800,硼化锆合金HV2800——3000,硼化钨合金HV2300——2500.磁控溅射的功率控制在60KW450— 500V。采用包括真空离子镀如磁控溅射镀等方式；先镀50—150纳米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛厚度2— 4微米，过度钛镀层50 —150纳米、硬质陶瓷合金镀层2— 4微米，过度钛镀层氮化钛成分中逐渐降低镀材中氮的含量过渡到纯钛，在纯钛表面镀覆陶瓷合金膜，陶瓷合金为包括氮铝钛合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金等。实测硬度2500— 3400HV，膜的结合力达到
1.6kgf—2.0kgf。
[0026]本实用新型的硬度的测量采用HV-1000ZDT自动转塔显微硬度计，测量范围1-4000HV。
[0027]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种旋转或伸缩的耐磨杆，其特征是金属杆上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、陶瓷合金镀层；钛镀层、氮化钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20—80纳米、2— 6微米、2— 6微米；氮化钛镀层与陶瓷合金镀层之间设有过度钛镀层，过度钛镀层厚20— 80纳米。
2.根据权利要求1所述的旋转或伸缩的耐磨杆，其特征是在上述陶瓷合金镀层表面再镀过度钛镀层和陶瓷合金镀层，镀层分别厚100— 350纳米、2— 6微米。
【文档编号】F16S3/00GK204026118SQ201420149365
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】王涌, 王梁, 王敬达 申请人:王梁