[发明专利]滑动部件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种滑动部件及其制备方法，该滑动部件具有优异的耐磨性生和抗咬住性，该滑动部件具有CrN和Cr₂N作为主要成份的氮化铬膜。

已经发现，表面带有由表面处理形成的具有优异滑动特性的膜的滑动部件可以用作彼此之间相互滑动的部件，例如汽车发动机部件及各种机械部件。迄今为止所用的表面处理方法包括渗氮、镀铬和钼火焰喷涂。

目前，使用滑动部件的条件日愈恶劣，这就要求部件具有改善的滑动特性。已经出现了用常规表面处理不再能满足需要的情况，因此，这就非常需要具有显著耐磨性和抗咬住性的膜。

在致力于满足这种需要中，目前已经提出用PVD(物理汽相沉积)的金属氮化物或金属碳化物膜镀覆在滑动部件的滑动表面上。

PVD膜，例如氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)和氮化铬(CrN)具有优异的耐磨性和抗咬住性。其中，实际上氮化钛和氮化铬已成为用作实用膜的注意焦点，并且这种膜已用在某些机械和发动机部件上。

然而，使用这些部件的条件变得日益苛刻，现有技术的情况是甚至氮化钛和氮化铬也不再具有满意的滑动性能。当滑动运动伴随垂直于该滑动表面的振动运动时，会导致相接触的表面分离开，或者当滑动运动过程中在垂直方向的载荷变化时，则会遇到特别恶劣的滑动条件。在这种苛刻条件下，由离子镀制得的氮化铬为典型的硬质膜会碎落或剥落，因而缩短了该滑动部件的使用寿命。甚至在严格润滑条件下也能观察到硬质膜的类似的碎落和剥落，这是由于温度升高和接触载荷的增加使得很难在滑动部分形成润滑膜。因此，需要用陶瓷涂层覆盖的滑动部件，该涂层应具有优于用常规表面处理得到的涂层的抗碎落性和抗剥落性。

因此，本发明的目的是提供一种镀覆有氮化铬膜的滑动部件，该膜具有的抗咬住性和耐磨性，其中该镀覆膜甚至在恶劣的使用条件下不会碎落或剥落。

本发明的另一目的是提供一种制备这种滑动部件的方法。

本发明人已进行了彻底的研究，以解决上述问题，并已完成了本发明，发现用PVD方法通过使铬和氮的混合气相与基体接触以在该基体表面形成复合膜，可以制得具有优异耐磨性和抗咬合性的滑动部件，并且它不易碎落或剥落，该复合膜的主相是CrN和Cr₂N，其中金属铬的组织弥散是分散的，同时分散的金属铬组织的尺寸被调整为0.2-5μm，面积比为1-20％，这表明了金属铬组织占膜总面积的百分数。

进而言之，本发明的滑动部件的特征是形成氮化铬复合膜，该膜的主要成份是CrN和Cr₂N，其中的金属铬组织是分散的，在膜形成时确定了该金属铬组织的尺寸和面积比。

由于软性金属铬组织均匀地分散在氮化铬膜中，本发明的滑动部件上的膜具有韧性，这优于仅由高硬度氮化铬组成的膜的韧性。

为了形成其中金属铬组织分散在氮化铬组织中的膜，使用带有多个源的离子镀方法以蒸发金属铬。通过调节反应气体的分压并确定被处理工作与每个金属铬蒸发源间的距离，则可控制蒸发的铬与反应气体间的反应速度以形成所需要的膜。通过调节反应氮气的分压、金属铬蒸发源与处理工件间的距离以及弧电流比，可以调整金属铬组织在膜中的数量和尺寸以及氮化铬的组成。

将金属铬组织的尺寸限定为0.2-5μm，其面积比限定为1-20％。如果金属铬组织的尺寸小于0.2μm，或面积比小于1％，则金属铬组织的效果不显著并且观察不到抗碎落性和抗剥落性有何改善。还有，如果金属铬组织的尺寸大于5μm，则金属铬组织会局部地暴露在表面上而其耐磨损性劣于仅由氮化铬组成的组织的耐磨损性。如果面积比大于20％，则膜的硬度降低，并且耐磨损性和耐磨性变得比仅由氮化铬组成的组织的更差。

膜的总厚度优选地为1-80μm，特别是20-60μm。如果膜厚小于1μm，则膜的寿命由于磨损而变短。如果膜的总厚度大于60μm，则膜剥落或碎裂，并且降低与基体的粘结性。出于经济原因，不希望使膜的厚度大于所必需的厚度。

依据具体的应用，有该膜涂覆的基体选铁材、铝材或钛材。下面详述的PVD方法类似于在低于如CVD(化学汽相沉积)方法所用温度之温度下进行的典型处理。然而，由于蒸发现象使吸热是不可避免的，因此，如果可能，优选耐热的铁或钛材作为基体。