[发明专利]一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环及制备方法

说明书

本发明提供一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环及制备方法，包括活塞环基体，所述活塞环基体外圆面由内至外设置有氮气含量递增的氮化钛层，所述氮化钛层外圆面设置有类金刚石涂层，本发明生产制作工艺简单，利用递增氮含量的氮化钛作为类金刚石涂层与活塞环之间的过渡层，通过氮化钛层的氮气量改变氮化钛层的硬度，使得氮化钛的硬度位于钛和类金刚石涂层中间，可有效形成从钛到类金刚石涂层中间的硬度梯度，进而增加活塞环上涂层的抗划痕和抗剥离能力，同时活塞环的总厚度不受影响，避免影响活塞环的规格，使得活塞环基体具备良好的使用寿命，增加活塞环的实用性。

技术领域

本发明涉及活塞环技术领域，具体涉及一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环及制备方法。

背景技术

2020年乘用车燃油耗国家标准百公里5L以下，这对发动机厂以及汽车厂提出了高要求，而降低发动机的摩擦功损失是降低汽车的燃油耗的重要手段之一。活塞环工作摩擦功率损失占发动机总摩擦功损失的25％以上，所以降低活塞环的摩擦损失对发动机降低燃油耗贡献大；

活塞环的降低摩擦功损失的最有效的方式是采用低摩擦系数涂层，类金刚石涂层具备低摩擦高耐磨特性正好满足活塞环的低摩擦要求，类金刚石涂层具备硬度高、内应力大、直接将类金刚石涂层做到活塞环表面，结合力很难保证，容易脱落；

为此，我们提出一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环及制备方法。

发明内容

本发明提供一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环及制备方法，利用逐渐递增氮含量的氮化钛作为类金刚石涂层与活塞环之间的过渡层，使得活塞环基体具备良好的使用寿命，增加活塞环的实用性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种含有过渡层的类金刚石涂层活塞环及制备方法，包括活塞环基体，所述活塞环基体外圆面由内至外设置有氮气含量递增的氮化钛层，所述氮化钛层外圆面设置有类金刚石涂层。

进一步的，所述活塞环基体和氮化钛层之间设置有钛层，且钛层的厚度小于等于氮化钛层厚度的5％～10％。

优选方案在活塞环上首先形成钛层沉积，可以使过渡层与活塞环基体具有非常相近的热变形量，进而继续沉积钛层并通入氮气形成氮化钛，在形成氮化钛的同时使氮气的含量逐步增加，进而改变钛层的硬度，方便与后期经磁过滤真空阴极电弧形成的类金刚石相结合，提高类金刚石、过渡层和活塞环之间的结合力。

进一步的，所述氮化钛层的厚度H₁与类金刚石涂层的厚度H₂存在如下关系：1/50≤H₁/H₂≤1/10。

进一步的，所述氮化钛层中由内至外递增的氮元素含量y与氮化钛层由内至外的厚度x呈存在如下函数比关系：y＝1.25x²～5x²。

在不影响类金刚石涂层后期的效果，以及类金刚石、过渡层和活塞环之间的结合力前提下，降低过渡层和类金刚石涂层的厚度，使活塞环适用于更多的环境。

含有过渡层的类金刚石涂层活塞环的制备方法，包括如下步骤：

S1：对活塞环基体进行粗糙度处理，并进行脱脂清洗和碳氢处理，对处理后的活塞环基体装夹、擦拭并装炉；

S2：进行氮化钛层沉积，步骤如下：

S21：第一次抽真空；

S22：炉内加热，进行第二次抽真空；

S23：对活塞环基体进行离子清洗；

S24：炉内温度不变，并向炉内通入氮气，氮气流量递增，钛靶通电运行进行氮化钛沉积；

S25：关闭氮气阀、氩气阀和钛靶电源，进行第三次抽真空；