[发明专利]一种柱塞表面自润滑碳基镀层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，涉及一种可沉积于柱塞表面的自润滑碳基镀层及其制备技术。

背景技术

柱塞是喷油泵的关键零件之一，柱塞与柱塞套相配合形成柱塞偶件，柱塞在柱塞套内做往复运动，压缩进入柱塞套的燃油，使燃油通过出油阀，实现提供高压燃油的功能。柱塞的工作方式和工作环境使得柱塞成为喷油泵中最易磨损的零件之一。柱塞常发生磨损的位置有：(1)常用油量位置；(2)与油孔相对的顶部相应的棱边处。

柱塞的磨损会给喷油泵和发动机带来许多问题。首先，柱塞的磨损会使供油时间发生改变，当柱塞的棱边处发生磨损，开始供油时会使燃油从间隙中回流，使供油开始时间延迟。而当柱塞斜槽和回油孔发生磨损，供油时会使高压油早泄而提前停止供油。即柱塞磨损后会引起晚供、早停、供油时间减少的现象。其次，供油量减少，由于晚供、早停、供油时间减少，又由于磨损会使间隙变大而引起泄露，特别是在低速时更为明显，压力降低一般在高速大油量时改变不太明显，这样会引起发动机低速不稳及启动困难，严重时不能启动。最后，柱塞的磨损会造成供油量不均，尤其是在低速时更为严重，严重时会出现低速不稳或无怠速等情况。

随着行业竞争的不断加剧，各个发动机生产商要么努力降低产品的生产成本，要么努力为客户提供更多的价值，发动机价值的一个重要组成方面就是它的使用寿命。由于柱塞是发动机的喷油泵中最易因磨损而发生失效的精密零件之一，所以提高柱塞的使用寿命对增加发动机价值具有重大意义。因此有必要找到一种对柱塞的尺寸精度有很小影响，又能有效地减少或延缓柱塞磨损的方法。

因而，现有技术还有待于改进和提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对柱塞的尺寸精度影响很小，且能有效地减少或延缓柱塞磨损，能显著提高柱塞使用寿命的自润滑碳基镀层及其制备方法。

本发明的技术方案包括：

一种柱塞表面自润滑碳基镀层，其中：它是采用磁控溅射离子镀技术，在柱塞表面上沉积产生的以碳为基体的含有少量铬的复合镀层；

所述镀层厚度为1.5μm～2.5μm，硬度为2000HV～2500HV；摩擦系数为0.05～0.09，比磨损率为(2～4)×10^-17m³/N·m。

一种柱塞表面自润滑碳基镀层的制备方法，其中，包括以下步骤：

S1、将柱塞清洗干燥后放入多靶磁控溅射离子镀设备的真空室内，并将真空室抽真空到(2～6)×10^-3Pa；

S2、通入氩气，整个镀膜过程中氩气的流量为20～30sccm；

S3、离子轰击清洗，其时间为30～60min，此时调整负偏压值为-500V～-200V，脉冲频率为150～250KHz，脉冲宽度为500～1000ns；

S4、开始镀膜阶段，调整负偏压值为-65V～-95V，脉冲频率为50～150KHz，脉冲宽度为1000～1500ns；

S5、在镀膜时同时开启两个碳靶和一个铬靶，靶材电流分别为：I_Cr＝0.2～0.5A，I_C＝6～9A；工作时间为240～360min；

S6、镀膜完成后，断电，冷却至室温，取出柱塞。

本发明产生的技术效果是：本发明由于同时使用两个碳靶和一个铬靶，得到的镀层中含有碳和金属铬，尤其是对三个靶的电流进行了单独控制，因此可以根据需要，对制备的镀层的成分进行调整和控制。金属铬的加入使得所制备的镀层在具有高硬度，低摩擦系数的同时，还具有良好的结合性能。本发明镀层厚度均匀，微观组织为以碳为基体的含有少量铬的复合镀层，具有低的摩擦系数和比磨损率，高硬度和良好的结合强度，该镀层适合应用于在滑动摩擦环境中服役的零件，例如对柱塞表面进行改性，镀层沉积在柱塞表面后，可以在保证柱塞尺寸精度的条件下，显著提高其使用寿命。在相同的条件下，镀有该镀层的柱塞的使用寿命较无镀层的柱塞提高了2～4倍。

附图说明

图1为本发明柱塞表面自润滑碳基镀层制备方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例，说明本发明的结构原理和制备方法如下：

本发明柱塞表面自润滑碳基镀层，是以发动机柱塞为附着体，以碳元素为镀层基体，含有少量铬金属成份，采用磁控溅射离子镀技术，在柱塞表面上沉积产生的复合镀层。

如图1所示，本发明柱塞表面自润滑碳基镀层主要制备过程为：将柱塞清洗干燥后放入多靶磁控溅射离子镀设备的真空室中，经过抽真空、通氩气、离子轰击清洗、镀膜、断电等阶段后取出柱塞即可。

主要制备工艺条件和参数为：