提高压缩机滑片、缝纫机针筒等运动部件使用寿命的方法

1.本发明属于离子束材料表面改性和新材料技术领域，具体涉及一种提高压缩机滑片、缝纫机针筒等运动部件使用寿命的方法。


背景技术：

2.压缩机滑片、缝纫机针筒等滑动部件是设备的关键部件，也是易损耗部件，提高它们的使用寿命就可以大幅度提高整机的使用寿命，起到事倍功半的作用，另外，缝纫机正在向无油化发展，对针筒的无油摩擦要求则提出更高的技术要求，需要其的磨损寿命要大大延长。
3.但目前市场上这两种产品基本采用的是dlc复合涂层，dlc涂层硬度低，一般只有三十几个gpa，耐磨性并不理想，高速旋转磨损较大，例如我们选取市场一种使用的dlc复合涂层滑片做测试分析比较结果如下：
4.涂层的成分和厚度：dlc(1.8微米)+wc(700nm)+cr(300nm)，衬底为高速钢。
5.使用兰州化物所生产的栓盘式摩擦磨损仪，采用400克砝码，转速每分钟400转，直径4mm钢珠，实验结果为：
6.摩擦系数从0.1到0.2属于dlc材料的磨损时间大约有15分钟；从0.2达到衬底的0.5大约需要465分钟。
7.这个实验表明，选用钢珠作为摩擦副时，dlc由于硬度低，很快就磨损了，相反过渡层材料相对硬度高一些，因此磨损时间相对长一些，但过渡层的摩擦系数较大，不太适合作为无油磨损或低磨损层使用。
8.因此要解决这个问题，必须选择和设计一种硬度高，更耐磨损，使用寿命更长，而且摩擦系数要小的膜层组合结构，尤其是将来作为无油磨损运动部件，则更需要解决这个问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种提高压缩机滑片、缝纫机针筒等运动部件使用寿命的方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明适用于基底硬度不高，要求长时间工作，耐磨损，寿命长的机械零部件，本发明方法可以大幅度提高表面光洁度，提高零件表面耐腐蚀、耐磨损性能，具有硬度高、摩擦系数小、导热性好、耐腐蚀和表面光洁度高等优点，比较现有产品，磨损寿命可以大大提高，摩擦性能更好。
10.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.提高压缩机滑片、缝纫机针筒等运动部件使用寿命的方法，包括以下步骤：
12.(1)将样品进行超声清洗、脱水、风干后放入磁控溅射镀膜机真空室，使用ti靶，通入氩气，加温到500℃，加700v放电电压，产生辉光放电，接着加500v偏压，开始在样品上沉积ti涂层，然后加乙炔气体，在沉积的ti涂层上沉积tic涂层，形成复合ti+tic涂层作为过渡层；
13.(2)将步骤(1)得到的具备过渡层的样品放入电弧离子镀真空室中，利用电弧放电，在石墨阴极靶上产生电弧放电，在阳极筒内产生碳等离子体，碳等离子体通过一个电极引出，进入一个磁场过滤器，对引出的碳等离子体进行过滤，形成纯碳离子束，在150v偏压作用下，形成非晶四面体碳涂层，得到ti+tic+非晶四面体碳的复合涂层结构。
14.进一步地，步骤(1)中磁控溅射用ti靶纯度为99.99％。
15.进一步地，步骤(1)中ti涂层的厚度为50nm。
16.进一步地，步骤(1)中tic涂层的厚度为700nm。
17.进一步地，步骤(2)中电弧放电电压80v。
18.进一步地，步骤(2)将纯碳离子束向过渡层上面沉积时，利用磁场对纯碳离子束进行扫描，形成均匀的非晶四面体碳薄膜。
19.进一步地，步骤(2)中在150v偏压作用下，配合转台旋转将纯碳离子束沉积在过渡层上面，形成非晶四面体碳涂层。
20.进一步地，所述转台旋转速度为3r/min。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
22.本发明采用磁控溅射制备的过渡层结合力表面光洁度非常好，过渡层的硬度和摩擦系数介于金属与表面超硬薄膜非晶四面体碳之间，可以组成很好的梯度过渡，大大加强结合力附着力，实验效果表面它的综合效果好于镀于非晶四面体碳裸刀上的性能，然后采用电弧放电方式，在石墨靶上产生碳等离子体，并经过磁过滤装置，进行过滤，这是保证高sp3键含量，形成高硬度的关键工艺，形成的涂层厚度为纳米级，才能达到预期性能指标。
23.采用本方法在压缩机滑片、缝纫机针筒等运动部件表面形成的纳米级非晶四面体碳复合涂层，具备比现有dlc涂层更大的优势，硬度更高、附着力更高、使用寿命更长，可以大大延长使用寿命，节省成本和材料消耗量。
24.采用本发明形成的样品(具有ti+tic+非晶四面体碳复合涂层)与某企业使用的产品(具有ti+wc+dlc复合涂层)进行磨损测试比较，结果说明本发明形成的产品，磨损寿命实验结果为1560分钟，而现有产品的磨损寿命为360分钟，实验结果相差4.3倍，本发明较现有产品具有很大的优势。
附图说明
25.说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.图1为本发明流程图；
27.图2为市场上使用的压缩机滑片涂层的结构图；
28.图3为未涂层裸片摩擦系数；
29.图4(a)为ti+wc+dlc复合涂层0-120分钟的摩擦系数；
30.图4(b)为ti+wc+dlc复合涂层120-240分钟的摩擦系数；
31.图4(c)为ti+wc+dlc复合涂层240-360分钟的摩擦系数；
32.图4(d)为ti+wc+dlc复合涂层360-480分钟的摩擦系数；
33.图5(a)为ti+tic+非晶四面体碳复合涂层360-540分钟的摩擦系数；
34.图5(b)为ti+tic+非晶四面体碳复合涂层540-720分钟的摩擦系数；
35.图5(c)为ti+tic+非晶四面体碳复合涂层900-1080分钟的摩擦系数；
36.图5(d)为ti+tic+非晶四面体碳复合涂层1080-1260分钟的摩擦系数；
37.图5(e)为ti+tic+非晶四面体碳复合涂层1560-1680分钟的摩擦系数。
具体实施方式
38.下面本发明的做进一步详细描述：
39.一种提高压缩机滑片、缝纫机针筒等运动部件使用寿命的方法，包括下列步骤：
40.(1)制备过渡层，将样品进行超声清洗、脱水、风干后放入磁控溅射镀膜机真空室，使用纯度为99.99％的ti靶，通入氩气，加温到500℃，加700v放电电压，产生辉光放电，加500v偏压，开始在样品上沉积ti涂层，厚度50纳米，然后加乙炔气体，在沉积的ti涂层，沉积tic涂层，厚度700纳米，形成复合ti+tic涂层作为过渡层；
41.(2)将步骤(1)得到的具备过渡层的样品放入电弧离子镀真空室中，利用电弧放电，在石墨阴极靶上产生电弧放电，放电电压80v，在阳极筒内产生碳等离子体，碳等离子体通过一个电极引出，进入一个磁场过滤器，对引出的碳等离子体进行过滤，形成纯碳离子束，在150v偏压作用下，将纯碳离子束沉积在过渡层上面(沉积的同时利用磁场对碳离子束进行扫描，形成均匀薄膜分布)，由于经过磁过滤作用，形成高sp3结构，高硬度非晶四面体碳涂层，即sp3超过75％，显微硬度超过75gpa，非晶四面体碳涂层厚度500纳米，即形成ti+tic+非晶四面体碳的复合涂层结构。
42.步骤(1)中采用磁控溅射方法，在压缩机滑片、缝纫机针筒等运动部件上沉积ti，大约镀20分钟，然后放入乙炔氩气混合气体，并采用直流脉冲进行放电，并在基体表面形成tic涂层，大约50分钟。采用磁控溅射制备ti+tic很重要，因为磁控溅射制备的薄膜比较细密，表面比较光滑，而非晶四面体碳具有超硬、超薄且表面光洁度好，因此采用磁控溅射制备的复合涂层结合力表面光洁度非常好，复合涂层结构的硬度和摩擦系数介于金属与表面超硬薄膜非晶四面体碳之间，可以组成很好的梯度过渡，大大加强结合力附着力，实验效果表面它的综合效果好于镀于非晶四面体碳裸刀上的性能。步骤(2)中采用电弧放电方式，在石墨靶上产生碳等离子体，并经过磁过滤装置，进行过滤，这是保证高sp3键含量，形成高硬度的关键工艺，沉积非晶四面体碳薄膜是指可以形成达75％以上高sp3结构非晶四面体碳，摩擦系数0.08，显微硬度达80gpa，基体的涂层厚度为纳米级，才能达到本发明提出的性能指标；过滤后碳离子束被一个聚焦透镜聚焦成束后，再通过一个偏转磁场扫描成线，配合转台以3r/min的线速度旋转，形成沉积面，保证薄膜均匀。
43.为了保证薄膜纯度，石墨阴极靶选择非常重要，采用纯度为99.999％高纯石墨，为了保证薄膜高质量，偏压要稳定，沉积离子能量要控制在150ev。
44.采用本方法在压缩机滑片、缝纫机针筒等材料表面形成的纳米级非晶四面体碳复合涂层，具备比现有dlc涂层更大的优势，硬度更高、附着力更高、使用寿命更长，可以大大延长使用寿命，节省成本和材料消耗量。
45.以下详细说明均是实施例的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
46.实施例1
47.(1)制备过渡层，将样品进行超声清洗、脱水、风干后放入磁控溅射镀膜机真空室，使用纯度为99.99％的ti靶，通入氩气，加温到500℃，加700v放电电压，产生辉光放电，加500v偏压，开始在样品上沉积ti涂层，厚度50纳米，然后加乙炔气体，在沉积的ti涂层，沉积tic涂层，厚度700纳米，形成复合ti+tic涂层作为过渡层；
48.(2)将步骤(1)得到的具备过渡层的样品放入电弧离子镀真空室中，利用电弧放电，在石墨阴极靶上产生电弧放电，放电电压80v，在阳极筒内产生碳等离子体，碳等离子体通过一个电极引出，进入一个磁场过滤器，对引出的碳等离子体进行过滤，形成纯碳离子束，在150v偏压作用下，将纯碳离子束沉积在过渡层上面(沉积的同时利用磁场对碳离子束进行扫描，形成均匀薄膜分布)，由于经过磁过滤作用，形成高sp3结构，高硬度非晶四面体碳涂层，即sp3超过75％，显微硬度超过75gpa，非晶四面体碳涂层厚度500纳米，即形成ti+tic+非晶四面体碳的复合涂层结构。
49.图3是未附着任何涂层的裸片样品在载荷400克，栓盘转速500转/分钟，磨头半径4mm，可以看到未涂层的裸片在摩擦磨损实验中摩擦系数迅速增大，在5分钟内测量结果最大摩擦系数达到0.728，平均摩擦系数达到0.323。
50.ti+wc+dlc复合涂层摩擦磨损实验结果如图4(a)-(d)中所示，其中载荷400克，栓盘转速400转/分钟，磨头半径4mm。
51.图4(a)为0-120分钟复合涂层的摩擦系数变化图，测量结果最大摩擦系数0.286，平均摩擦系数0.23。
52.图4(b)为120-240分钟复合涂层摩擦系数变化图，测量结果最大摩擦系数0.389，平均摩擦系数0.274。
53.图4(c)为240-360分钟复合涂层摩擦系数变化图，测量结果最大摩擦系数0.423，平均摩擦系数0.325。
54.图4(d)为360-480分钟复合涂层摩擦系数变化图，测量结果最大摩擦系数0.51，平均摩擦系数0.411。
55.ti+tic+非晶四面体碳复合涂层摩擦磨损实验结果如图5(a)-(e)中所示，其中载荷400克，栓盘转速400转/分钟，磨头直径4mm。
56.图5(a)为360-540分钟复合涂层的摩擦系数变化图，栓盘转速400转/分钟，磨头直径4mm，摩擦系数0.014，测量结果最大摩擦系数0.095，平均摩擦系数0.089。
57.图5(b)为540-720分钟复合涂层摩擦系数变化图，栓盘转速400转/分钟，磨头直径4mm，摩擦系数0.002，测量结果最大摩擦系数0.104，平均摩擦系数0.096。
58.图5(c)为900-1080分钟复合涂层摩擦系数变化图，栓盘转速400转/分钟，磨头直径4mm，摩擦系数0.026，测量结果最大摩擦系数0.112，平均摩擦系数0.099。
59.图5(d)为1080-1260分钟复合涂层摩擦系数变化图，栓盘转速400转/分钟，磨头直径4mm摩擦系数0.034，测量结果最大摩擦系数0.183，平均摩擦系数0.101。
60.图5(e)为1560-1680分钟复合涂层摩擦系数变化图，栓盘转速400转/分钟，磨头直径4mm，摩擦系数0.127，测量结果最大摩擦系数0.634，平均摩擦系数0.45。
61.由以上结果可以看出：采用本发明形成的样品(具有ti+tic+非晶四面体碳复合涂层)与某企业使用的产品(具有ti+wc+dlc复合涂层)进行磨损测试比较，本发明形成的产品
磨损寿命实验结果为1560分钟，而现有产品的磨损寿命为360分钟，实验结果相差4.3倍，本发明较现有产品具有很大的优势。
62.以上所述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。