复合涂层活塞杆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种复合涂层活塞杆，涉及空气压缩机活塞杆领域，提供一种具有高表面硬度的复合涂层活塞杆。复合涂层活塞杆包括活塞杆主体，活塞杆主体表面为渗氮层，渗氮层外附着有复合涂层，复合涂层从内向外依次为金属底层、硬质涂层和固体润滑表层；金属底层为Ti或Cr层；硬质涂层为硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5的金属氮化物或金属碳氮化物层；固体润滑表层为类金刚石碳涂层、MoS2层或WS2层中的一种。硬质涂层、固体润滑表层和金属底层均采用气相沉积法涂镀。本实用新型专利技术既可以应用于空气压缩机活塞杆中，也可以应用于其它表面需要高硬度的零件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种复合涂层活塞杆，涉及空气压缩机活塞杆领域，提供一种具有高表面硬度的复合涂层活塞杆。复合涂层活塞杆包括活塞杆主体，活塞杆主体表面为渗氮层，渗氮层外附着有复合涂层，复合涂层从内向外依次为金属底层、硬质涂层和固体润滑表层；金属底层为Ti或Cr层；硬质涂层为硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5的金属氮化物或金属碳氮化物层；固体润滑表层为类金刚石碳涂层、MoS2层或WS2层中的一种。硬质涂层、固体润滑表层和金属底层均采用气相沉积法涂镀。本技术既可以应用于空气压缩机活塞杆中，也可以应用于其它表面需要高硬度的零件。【专利说明】复合涂层活塞杆
本技术涉及空气压缩机活塞杆领域，尤其涉及一种复合涂层活塞杆。
技术介绍
目前往复式空气压缩机活塞杆制造工艺包括锻压成型、正火、调质、去应力、高频淬火及低温回火。该工艺制成的活塞杆表面硬度较低，耐磨性较差。要提高活塞杆表面硬度和耐磨性，如果采用传动的热处理方法提高硬度值，往往会产生表面淬火裂纹而使产品报废，或是在用户应用过程中断裂，给用户造成巨大的直接或间接的经济损失。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是:提供一种具有高表面硬度的复合涂层活塞杆。为解决上述问题采用的技术方案是:复合涂层活塞杆，包括活塞杆主体，活塞杆主体表面为渗氮层，渗氮层外附着有复合涂层，复合涂层从内向外依次为金属底层、硬质涂层和固体润滑表层；金属底层为Ti或Cr层；硬质涂层为硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5的金属氮化物或金属碳氮化物层；固体润滑表层为类金刚石碳涂层、MoS2层或WS2层中的一种。进一步的是:金属底层厚度为100nm-200nm。进一步的是:硬质涂层厚度为2 μ m-5 μ m。进一步的是:硬质涂层包括多层成分不同的金属氮化物或金属碳氮化物。进一步的是:固体润滑表层为厚度为80nm-120nm。进一步的是:活塞杆主体材料为38CrMoAlA。本技术的有益效果是:渗氮层使活塞杆主体表面硬度达到HVllOO以上，为后续涂层工序打好硬度过渡基础。金属底层是在渗氮层与后续硬质涂层之间生成一层金属过渡层，增加后续涂层的附着力。硬质涂层硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5，其作用是增加基材的表面硬度，大大提升活塞杆的耐磨性，延长活塞杆的单件使用寿命。固体润滑表层是在硬质涂层表层再沉积一薄层固体润滑层，既使表面摩擦系数降至0.1-0.2之间，还能起到润滑的作用。各涂层各司其职，共同作用，使活塞杆表面具备高硬度，高耐磨性和低摩擦系数等优点，同时各涂层结合牢固，不易脱落，大大提高活塞杆使用寿命。【专利附图】【附图说明】:图1是复合涂层活塞杆结构示意图；图中标记为:活塞杆主体1、渗氮层2、复合涂层3、金属底层4、硬质涂层5、固体润滑表层6。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本技术进一步说明。复合涂层活塞杆，包括活塞杆主体1，活塞杆主体I表面为渗氮层2，渗氮层2外附着有复合涂层3，复合涂层3从内向外依次为金属底层4、硬质涂层5和固体润滑表层6 ;金属底层4为Ti或Cr层；硬质涂层5为硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5的金属氮化物或金属碳氮化物层；固体润滑表层6为类金刚石碳涂层、MoS2层或WS2层中的一种。金属底层4厚度推荐为100nm-200nm。硬质涂层5厚度推荐为2 μ m-5 μ m。固体润滑表层6厚度推荐为80nm-120nm。活塞杆主体I材料推荐为38CrMoAlA。渗氮层使活塞杆主体表面硬度达到HVllOO以上，为后续涂层工序打好硬度过渡基础。金属底层是在渗氮层与后续硬质涂层之间生成一层金属过渡层，增加后续涂层的附着力。硬质涂层硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5，其作用是增加基材的表面硬度，大大提升活塞杆的耐磨性，延长活塞杆的单件使用寿命。固体润滑表层是在硬质涂层表层再沉积一薄层固体润滑层，既使表面摩擦系数降至0.1-0.2之间，还能起到润滑的作用。各涂层各司其职，共同作用，使活塞杆表面具备高硬度，高耐磨性和低摩擦系数等优点，同时各涂层结合牢固，不易脱落，大大提高活塞杆使用寿命。构成硬质涂层5的硬度为20GPa_50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5金属氮化物或金属碳氮化物可以是 TiN，CrN, ZrN, TiCN, CrTiN, AlTiN, AlCrN, AlTiCN, AlCrCN, AlTiCrN,AlTiCrCN 等。硬质涂层5可以是单层金属氮化物或金属碳氮化物，硬质涂层5可以包括多层成分不同的金属氮化物或金属碳氮化物。也就是说TiN层加CrN层，或是TiN层加CrN加ZrN，层数从至少两层到单层厚度小于IOnm的数千层。总厚度为2 μ m-5 μ m。类金刚石碳涂层即DLC涂层，为现有技术产品，是一种兼有高硬度和优异摩擦性能的非晶体硬质薄膜，其结构是一种非晶亚稳态结构。复合涂层活塞杆制造方法包括如下步骤:A、依次进行下料、锻造、正火、粗车、调质、精车和精磨工序，完成活塞杆主体I形状的加工；B、对活塞杆主体I进行渗氮处理，使活塞杆主体I表面形成渗氮层2 ；C、米用气相沉积法使渗氮层2表面附着厚度为100nm-200nm的金属底层4,金属底层4为Ti或Cr层；D、采用气相沉积法使金属底层4表面附着厚度为2 μ m-5 μ m的硬质涂层5,硬质涂层5包括一层硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5的金属氮化物或金属碳氮化物层，或者多层成分不同的硬度为20GPa-50GPa，表面摩擦系数为0.2-0.5的金属氮化物或金属碳氮化物层；E、采用气相沉积法使硬质涂层5表面附着厚度为80nm-120nm的固体润滑表层6,固体润滑表层6为类金刚石碳涂层、MoS2层或WS2层中的一种。步骤B中，渗氮处理方法可以是现有的各种渗氮处理方法，本技术渗氮处理方法推荐为等离子渗氮、气体渗氮或QPQ技术中的一种，渗氮温度为500°C _550°C的，渗氮层2硬度大于HV1100。步骤C至E中的气相沉积方法可以是现有的各种气相沉积方法。本技术的气相沉积法推荐为离子镀，步骤C至E可在同一离子镀设备中进行；具体步骤和参数如下:步骤C包括以下步骤:Cl、将活塞杆主体I装入离子镀设备的工件旋转设备上；C2、抽真空至本底真空≥2X 10_2Pa ;真空室加热温度至300°C，并保持恒温Ih以上；C3、通入高纯Ar气，使真空度保持在约6Pa，开启脉冲偏压电源，逐步升高偏压至IKV以上，占空比80%，辅助开启霍尔离子源，进行等离子体辉光清洗IOmin以上；C4、开启工件转动机构，调节高纯Ar气流量，使真空度保持在约2 X KT1Pa,开启脉冲偏压电源，偏压电源参数为800V，80% ;开启电弧源，电弧源弧流为130A，触发高纯Ti靶，对杆体进行高能离子流轰击清洗5min以上；C5、调节高纯Ar气流量，使真空度保持在3_5X KT1Pa,降低脉冲偏压至参数500V，30%，直至沉积的金属底层(4)厚度为100nm-200nm ；步骤D具体为:开启电弧源，电弧源弧流为130A，触发高纯Cr靶，通入高纯N2气，本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合涂层活塞杆，包括活塞杆主体（1），其特征在于：活塞杆主体（1）表面为渗氮层（2），渗氮层（2）外附着有复合涂层（3），复合涂层（3）从内向外依次为金属底层（4）、硬质涂层（5）和固体润滑表层（6）；金属底层（4）为Ti或Cr层；硬质涂层（5）为硬度为20GPa‑50GPa，表面摩擦系数为0.2‑0.5的金属氮化物或金属碳氮化物层；固体润滑表层（6）为类金刚石碳涂层、MoS2层或WS2层中的一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢强，梁政，吴涛，吴俊，李斌，
申请(专利权)人：四川金星压缩机制造有限公司，西南石油大学，四川金星石油化工机械设备有限公司，四川亚连金星特种设备有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川;51