專利名稱：空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)壓縮機零部件表面處理技術(shù)，具體涉及一種空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌與減摩潤滑復(fù)合薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)式壓縮機作為空調(diào)系統(tǒng)中的核心組成部件，其內(nèi)部關(guān)鍵零部件常處于高溫、高壓和高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而新型環(huán)保冷媒在壓縮機系統(tǒng)中的運用及壓縮機朝著更高效和更高負荷方向的發(fā)展進一步加劇了壓縮機關(guān)鍵零部件材料的摩擦磨損。例如，公開的R410A家用空調(diào)滑片式壓縮機可靠性考核試驗就發(fā)現(xiàn)現(xiàn)役不銹鋼滑片的先端和兩側(cè)面磨損加劇，導致壓縮機效率顯著降低。目前，國內(nèi)R410A壓縮機用滑片表面一般采用氮化方式進行表面處理，但其改善效果有限。為了提升壓縮機關(guān)鍵零部件在邊界潤滑條件下的運行可靠性及減小磨合初期磨 損，日本及歐美壓縮機企業(yè)將自潤滑性能優(yōu)異的類金剛石碳(DLC)涂層應(yīng)用于壓縮機零部件表面。然而，在壓縮機高/低速、高/低溫及高/輕載大幅度變工況下，這類DLC涂層依然存在內(nèi)應(yīng)力和脆性大、膜基界面結(jié)合差等問題，導致發(fā)生疲勞裂紋或剝落。汽車空調(diào)壓縮機零部件通常采用輕量化設(shè)計來有效提高整機運行效率。然而，以鋁質(zhì)合金為代表的輕質(zhì)合金取代壓縮機鐵質(zhì)零部件仍面臨嚴重摩擦磨損及腐蝕等問題，其中旋葉式鋁合金葉片與滑槽及葉片頂部與缸體間的摩擦磨損嚴重影響著壓縮機的可靠性和壽命。目前，國外采用復(fù)合電鍍技術(shù)在高硅鋁合金葉片表面構(gòu)筑高性能鎳基陶瓷復(fù)合鍍層，從而賦予壓縮機葉片良好的機械性能和優(yōu)異的耐磨耐蝕性能。該技術(shù)的代表為日本“理研”公司的Ni-Co-P/Si3N4復(fù)合鍍層技術(shù)，經(jīng)過Ni-Co-P/Si3N4復(fù)合鍍層處理的鋁合金壓縮機葉片，表面不僅硬度高、抗膠著，而且耐蝕和耐磨性能優(yōu)良。然而，單純的電鍍金屬基涂層依然存在摩擦系數(shù)較大的缺點，從而導致較大的壓縮機摩擦功耗。尤其在貧油、冷啟動和間歇運行等工況下以及磨合初期，直接沉積有金屬陶瓷復(fù)合鍍層或者金屬氮化物鍍層的壓縮機摩擦副之間發(fā)生冷焊或咬死的幾率很大，配副間嚴重的磨損致使其密封功能失效。因此，為了提高壓縮機零部件運行的穩(wěn)定性、可靠性，延長服役壽命和減小功耗，亟需在壓縮機零部件表面發(fā)展強韌與潤滑復(fù)合一體化處理技術(shù)，使其具有高承載強度、低摩擦系數(shù)和優(yōu)異的抗磨損抗腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的是針對現(xiàn)有空調(diào)壓縮機零部件表面直接沉積DLC鍍層時所出現(xiàn)的內(nèi)應(yīng)力高、附著力差、承載能力弱等缺點，以及直接沉積鎳基陶瓷復(fù)合鍍層時所出現(xiàn)的在貧油或無油工況下的高摩擦磨損等問題，提供一種空調(diào)壓縮機零部件表面的具有新型結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜，該復(fù)合薄膜具有高韌性、低摩擦、耐磨損等優(yōu)點，能夠有效提高壓縮機零部件表面的耐沖擊與潤滑性能，延長壓縮機零部件的使用壽命。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜，該復(fù)合薄膜是以空調(diào)壓縮機零部件為基體，在該基體表面依次鍍覆Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層、金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層、Cr/CrN過渡層和Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層而形成的；所述的金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層是摻雜陶瓷顆粒的金屬鎳薄膜層，其中陶瓷顆粒為氮化硅、碳化硅、金剛石、三氧化二鋁等微粉中的一種或多種；所述的Cr/CrN過渡層由Cr過渡層、位于Cr過渡層表面的CrN過渡層組成。上述技術(shù)方案中所述的壓縮機零部件包括但不限于滑片、活塞、葉片、轉(zhuǎn)子、曲軸、副軸承、缸體等。所述的壓縮機零部件的材質(zhì)包括但不限于鋁合金、鑄鐵、不銹鋼等。所述的Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層的厚度優(yōu)選為2 3 ii m ;·
所述的金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層的厚度優(yōu)選為1(T30 u m ；所述的Cr/CrN過渡層的厚度優(yōu)選為0. f 2. 5 y m ;其中，所述的Cr過渡層的厚度優(yōu)選為0. ro. 5 u m ;所述的CrN過渡層的厚度優(yōu)選為0. f 2. Oum；所述的Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層的厚度優(yōu)選為2 3 y m ;所述的金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層中陶瓷顆粒的粒度優(yōu)選為0. 7 20i!m，含量優(yōu)選為10 30%。組成所述復(fù)合薄膜的各層膜的制備方法不限，包括但不限于采用現(xiàn)有的薄膜制備技術(shù)，例如氣相沉積技術(shù)或者液相電鍍技術(shù)等。作為一種實現(xiàn)方式，可以采用液相電鍍技術(shù)制備Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層，以及金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層；可以采用多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積技術(shù)制備Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層。其中多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積技術(shù)是一種結(jié)合多弧離子鍍技術(shù)與磁控濺射沉積技術(shù)于一體的氣相真空鍍膜技術(shù)。本發(fā)明還提供了一種制備上述空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜的方法，該方法結(jié)合液相電鍍技術(shù)與氣相真空鍍膜兩種技術(shù)，具體包括如下步驟步驟I、基體表面清洗、除油；步驟2、電鍍Ni結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層將步驟I處理后的基體通過陰極夾具放入盛有硫酸鎳、硼酸及適量添加劑的電鍍槽中，在基體表面電鍍梯度Ni結(jié)合層；或者，將步驟I處理后的基體通過陰極夾具放入盛有硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸及適量添加劑的電鍍槽中，在基體表面電鍍梯度Ni-Co結(jié)合層；步驟3、電鍍金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層將步驟2處理后的基體通過陰極夾具放入裝有硫酸鎳、硫酸鈷，硼酸、陶瓷顆粒及適量添加劑的電鍍液中，在Ni結(jié)合層或Ni-Co結(jié)合層表面電鍍鎳基陶瓷復(fù)合硬化層；步驟4、磁控派射技術(shù)沉積Cr/CrN過渡層將步驟3處理后的基體置于多弧離子鍍一磁控濺射一體化裝備的真空室中，抽真空后，磁控濺射開啟，氬氣氛中，以Cr為靶材，放電氣壓為0. I IPa，濺射中頻電源功率為1000 1500W，基體上施加-20(T-800V的負偏壓，在基體上沉積Cr過渡層；然后通入氮氣，濺射功率維持不變，基體上的負偏壓下調(diào)至-10(T-300V，放電氣壓維持不變，在Cr過渡層上沉積CrN過渡層；
步驟5、多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層開啟多弧離子鍍，工作氣壓為0. I IPa，多弧離子鍍靶材為石墨靶材，離子鍍弧流為100 150A，磁控濺射靶材為CrB2靶材，磁控濺射中頻電源功率為1000 1500W，基體上施加_10(T-200V負偏壓，在CrN過渡層表面沉積Cr-B摻雜類金剛石表面潤滑層。作為優(yōu)選，所述的步驟2中，電鍍Ni結(jié)合層時，電鍍液中硫酸鎳的濃度為20(T300g/L、硼酸的濃度為35 45g/L，在廣2分鐘電鍍時間內(nèi)，調(diào)節(jié)陰極電流密度，沖擊鍍厚度為2 3 u m厚的梯度Ni結(jié)合層；作為優(yōu)選，所述的步驟2中，電鍍Ni-Co合金結(jié)合層時，電解液中硫酸鎳的濃度為20(T300g/L、硫酸鈷的濃度為2(T60g/L、硼酸的濃度為35 45g/L，在I 2分鐘電鍍時間內(nèi)，調(diào)節(jié)陰極電流密度，沖擊鍍厚度為2 3 u m的梯度Ni-Co結(jié)合層；作為優(yōu)選，所述的步驟3中，電鍍液中硫酸鎳的濃度為20(T300g/L、硫酸鈷的濃度 為2(T60g/L，硼酸的濃度為35 45g/L、陶瓷顆粒的濃度為3(T60g/L，在25 50分鐘的電鍍時間內(nèi)，調(diào)節(jié)陰極電流密度和機械攪拌速度，復(fù)合鍍厚度為1(T30 u m的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層。對本發(fā)明提供的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜進行如下測試( I)結(jié)構(gòu)和成分測試用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察本發(fā)明壓縮機零部件表面復(fù)合薄膜的表面微觀形貌；用拉曼光譜儀對本發(fā)明壓縮機零部件表面復(fù)合薄膜的表面結(jié)構(gòu)進行測試；用PHI - 5702型多功能X射線光電子(XPS)對本發(fā)明壓縮機零部件表面復(fù)合薄膜的元素結(jié)合狀態(tài)進行測試；測試結(jié)果表明該壓縮機零部件表面復(fù)合薄膜呈黑色，表面致密光亮；拉曼和XPS測試表明=Cr-B摻雜類金剛石表面層呈典型的類金剛石結(jié)構(gòu)特征。(2)摩擦磨損性能測試采用CSM摩擦磨損試驗機對本發(fā)明壓縮機滑片表面壓縮機零部件表面復(fù)合薄膜的干摩擦系數(shù)和磨損壽命進行評價，具體實驗條件為摩擦實驗均采用球-盤往復(fù)滑動方式，摩擦對偶球為O3mm的GCrl5鋼球，滑動速度為0. 05m/s，載荷為ION ；測試結(jié)果表明(i)傳統(tǒng)的沉積有金屬鎳基陶瓷鍍層的壓縮機零部件表面干摩擦系數(shù)變化范圍為0. 5^0. 7，并伴隨著較大幅度的波動。而沉積有本發(fā)明復(fù)合薄膜的壓縮機零部件表面干摩擦系數(shù)穩(wěn)定保持在0. 06、. 08間，顯示出了良好的自潤滑性能，在壓縮機冷啟動等貧油工況能夠表現(xiàn)出有效的防護作用；( ii )在ION的低載荷下，本發(fā)明壓縮機零部件表面復(fù)合薄膜的耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的3飛倍。在50N的高載荷下，本發(fā)明復(fù)合薄膜的耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的1(T15倍。綜上所述，本發(fā)明提供的復(fù)合薄膜以空調(diào)壓縮機零部件為基體，由位于基體表面的Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層、位于Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層表面的金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層、位于金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層表面的Cr/CrN過渡層，以及位于Cr/CrN過渡層表面的Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層組成。該復(fù)合薄膜具有強韌化、良好減摩耐磨性能，尤其是當結(jié)合液相電鍍技術(shù)與氣相真空鍍膜兩種技術(shù)制備該復(fù)合薄膜，即本發(fā)明提供的采用液相電鍍技術(shù)制備Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層，以及金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層，采用多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積技術(shù)制備Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層時，能夠得到性能優(yōu)異的集強韌與潤滑于一體的復(fù)合薄膜。與現(xiàn)有的在壓縮機零部件表面直接沉積的DLC鍍層，以及在壓縮機零部件表面沉積的鎳基陶瓷復(fù)合鍍層相比，具有如下有益效果(I)高塑性納米晶鎳基陶瓷復(fù)合電鍍層為表面Cr-B摻雜類金剛石潤滑層提供了良好的支撐和界面結(jié)合，克服了通常壓縮機零部件表面直接沉積DLC涂層所出現(xiàn)的內(nèi)應(yīng)力聞、附著力差、承載能力弱等缺點；(2)表面具有非晶-納米晶結(jié)構(gòu)的Cr-B摻雜類金剛石復(fù)合潤滑層改善了傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合電鍍層在貧油工況下的高摩擦系數(shù)缺陷，并進一步提高了傳統(tǒng)非晶DLC薄膜在高載荷下的自潤滑性能和抗磨性能，以及耐溫性能，使壓縮機零部件在冷啟動和間歇運行時的無油/貧油工況下也具有良好的抗磨潤滑效果及變工況適應(yīng)性； 因此，本發(fā)明的空調(diào)壓縮零部件表面的復(fù)合薄膜集強韌、耐磨、減摩于一體，有效提高了壓縮機零部件表面的耐沖擊與潤滑性能，延長了壓縮機零部件的使用壽命，具有很好的應(yīng)用價值。


圖I是本發(fā)明空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌與潤滑復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例I以壓縮機不銹鋼滑片為基體的表面復(fù)合薄膜的干摩擦性能測試結(jié)果圖；圖3是本發(fā)明實施例I以壓縮機不銹鋼滑片為基體的表面復(fù)合薄膜的油潤滑摩擦性能測試結(jié)果圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。實施例I :本實施例中，基體工件為家用空調(diào)壓縮機不銹鋼滑片，其形狀為立方塊，尺寸為24X24X3mm3，化學組分及質(zhì)量百分含量為:0. 95 I. 20%的C、小于I. 00%的Si、小于I. 00%的 Mn、小于 0. 04% 的 P、小于 0. 03% 的 S、16. 00^18. 00% 的 Cr、小于 0. 75% 的 Mo、小于 0. 60%
的Ni,余量為Fe。上述工件表面的復(fù)合薄膜的組成為位于工件表面的厚度為2 的Ni結(jié)合層； 位于Ni結(jié)合層表面的摻雜碳化硅顆粒的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層，其厚度為10 ym;位于鎳基陶瓷復(fù)合硬化層表面的厚度為0. 2 y m的Cr過渡層，位于Cr過渡層表面的厚度為0. 5 y m的CrN過渡層；位于CrN過渡層表面的厚度為2 y m的Cr-B摻雜類金剛石表面潤滑層。該工件表面的復(fù)合薄膜的制備方法包括如下步驟I、工件表面清洗、除油將工件置于丙酮溶液中超聲清洗20分鐘，風干后轉(zhuǎn)入碳酸鈉30g/L，磷酸鈉50g/L混合溶液中，在60° C下處理5分鐘，溫水超聲清洗，并風干，此時該工件表面呈暗灰色；然后將除油處理后的工件在體積比1:3的氫氟酸和硝酸混合溶液中酸洗出光處理5s，在純水中超聲清洗5分鐘；2、電鍍Ni-Co合金結(jié)合層將步驟I處理后的工件通過陰極夾具放入裝有硫酸鎳250g/L、硼酸40g/L及適量添加劑的電鍍液中，在I分鐘的時間內(nèi)將陰極電流密度從10A/dm2下調(diào)到7A/dm2，獲得2 y m厚的梯度Ni結(jié)合層；3、電鍍金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層將步驟2處理后的工件置于裝有硫酸鎳200g/L、硫酸鈷20g/L、硼酸35g/L、碳化硅顆粒30g/L及適量添加劑的電鍍液中，在25分鐘的電鍍時間內(nèi)，電流密度從7A/dm2下調(diào)到2A/dm2，鍍液機械攪拌速度從300rpm調(diào)整到800rpm，獲得10 y m厚的鎳基陶瓷復(fù)合硬化 層； 4、磁控濺射技術(shù)沉積Cr/CrN過渡層將步驟3處理后的工件置于多弧離子鍍一磁控濺射一體化裝備的真空室中，本底真空抽至5X10_4Pa，向真空室通入氬氣，開啟Cr靶濺射中頻電源，濺射功率為1000W，工件上施加-500V的負偏壓，并保持放電氣壓為0. 5Pa，沉積10分鐘后獲得0. 2 y m厚的Cr過渡層；然后通入氮氣，濺射功率維持1000W，工件的負偏壓下調(diào)至-100V，保持放電氣壓為
0.5Pa，沉積35分鐘后獲得0. 5 i! m厚的CrN過渡層；5、多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層改變多弧離子鍍一磁控濺射一體化裝備的工藝參數(shù)，工作氣氛依然為氬氣，打開離子鍍電弧電源和磁控濺射中頻電源，離子鍍電弧電源電流為100A，磁控濺射中頻電源功率為1000W，在工件上施加-100V的負偏壓，并保持工作氣壓為0. 5Pa，沉積100分鐘后獲得2 ii m厚的Cr-B摻雜類金剛石表面潤滑層。自然冷卻后，最終在該工件表面獲得了強韌化、良好減摩耐磨性能的金屬鎳基陶瓷/摻Cr-B類金剛石復(fù)合涂層。對上述以家用空調(diào)壓縮機不銹鋼滑片為基體工件的表面復(fù)合薄膜進行性能測試(I)用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察該基體表面復(fù)合薄膜的表面微觀形貌；用拉曼光譜儀對該基體表面復(fù)合薄膜的表面結(jié)構(gòu)進行測試；用PHI - 5702型多功能X射線光電子(XPS)對該基體表面復(fù)合薄膜的元素結(jié)合狀態(tài)進行測試；測試結(jié)果表明該工件表面復(fù)合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B摻雜類金剛石表面層呈典型的類金剛石結(jié)構(gòu)特征。(2)摩擦磨損性能測試采用CSM摩擦磨損試驗機對該工件表面復(fù)合薄膜的干摩擦系數(shù)和磨損壽命進行評價，具體實驗條件為摩擦實驗均采用球-盤往復(fù)滑動方式，摩擦對偶球為03mm的GCr15鋼球，滑動速度為0. 05m/s，載荷為10N，往復(fù)摩擦頻率為IOHz ；測試結(jié)果表明該工件表面復(fù)合薄膜的干摩擦系數(shù)穩(wěn)定保持在0. 06，油潤滑摩擦系數(shù)甚至低于0. 01，表明其具有良好的自潤滑性能；在ION的低載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的3倍。在50N的高載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的10倍。
實施例2 本實施例中，基體工件為車用空調(diào)壓縮機鋁質(zhì)葉片，其形狀為立方塊，尺寸為33 X 12 X 5mm3,化學組分及質(zhì)量百分含量為23. 60%的Si、0. 70%的Fe、0. 15 0. 40%的Cu、
0.15% 的 Mn、0. 80 1. 20% 的 Mg、0. 04 0. 35% 的 Cr、0. 25% 的 Zn、0. 15% 的 Ti，余量為 Al。上述工件表面的復(fù)合薄膜的組成為位于工件表面的厚度為2 iim的Ni-Co結(jié)合層；位于Ni-Co結(jié)合層表面的摻雜氮化硅顆粒的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層，其厚度為IOiim;位于鎳基陶瓷復(fù)合硬化層表面的厚度為0. 5 y m的Cr過渡層，位于Cr過渡層表面的厚度為
1.5 ii m的CrN過渡層；位于CrN過渡層表面的厚度為2 y m的Cr-B摻雜類金剛石表面潤滑層。
該工件表面的復(fù)合薄膜的制備方法包括如下步驟I、工件表面清洗、除油該步驟與實施例I中的步驟I相同；2、電鍍Ni-Co結(jié)合層將步驟I處理后的工件通過陰極夾具放入裝有硫酸鎳200g/L、硫酸鈷20g/L、硼酸35g/L及適量添加劑的電鍍液中，在2分鐘的時間內(nèi)將陰極電流密度從7A/dm2下調(diào)到6A/dm2,獲得2 ii m厚的梯度Ni-Co結(jié)合層；3、電鍍金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層將步驟2處理后的工件置于裝有硫酸鎳200g/L、硫酸鈷20g/L、硼酸35g/L、氮化硅顆粒30g/L及適量添加劑的電鍍液中，在35分鐘的電鍍時間內(nèi)，電流密度從6A/dm2下調(diào)到2A/dm2，鍍液機械攪拌速度從300rpm上調(diào)到800rpm，獲得10 y m厚的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層；4、磁控濺射技術(shù)沉積Cr/CrN過渡層將步驟3處理后的工件置于多弧離子鍍一磁控濺射一體化裝備的真空室中，本底真空抽至5X10_4Pa，向真空室通入氬氣，開啟Cr靶濺射中頻電源，濺射功率為1000W，工件上施加-500V的負偏壓，并保持放電氣壓為0. 5Pa，沉積25分鐘后獲得0. 5 y m厚的Cr過渡層；然后通入氮氣，濺射功率維持1000W，工件上的負偏壓下調(diào)至-100V，保持放電氣壓為
0.5Pa，沉積100分鐘后獲得I. 5 i! m厚的CrN過渡層；5、多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層該步驟與實施例I中的步驟5相同；自然冷卻后，最終在該工件表面獲得了強韌化、良好減摩耐磨性能的金屬鎳基陶瓷/摻Cr-B類金剛石復(fù)合涂層。對上述以車用空調(diào)壓縮機鋁質(zhì)葉片為基體的表面復(fù)合薄膜進行如實施例I中的性能測試。測試結(jié)果表明該基體表面復(fù)合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B摻雜類金剛石表面層呈典型的類金剛石結(jié)構(gòu)特征。該基體表面復(fù)合薄膜的干摩擦系數(shù)穩(wěn)定保持在0. 07左右，油潤滑摩擦系數(shù)甚至在0. 01左右，表明其具有良好的自潤滑性能；在ION的低載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的5倍。在50N的高載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的15倍。實施例3 本實施例中，基體工件為家用空調(diào)壓縮機鑰鎳锘鑄鐵活塞，其形狀為圓柱體，尺寸為內(nèi)直徑26mm，外直徑40mm，高24mm，其化學組分及質(zhì)量百分含量為3. 00^3. 60%的C、
I.80 2. 40% 的 Si、0. 50 1. 00% 的 Mn、小于 0. 30% 的 P、小于 0. 15% 的 S、0. 50 1. 00% 的 Cr、0. 15 0. 40% 的 Mo、0. 20 0. 40% 的 Ni，余量為 Fe。上述工件表面的復(fù)合薄膜的組成為位于工件表面的厚度為2 iim的Ni結(jié)合層；位于Ni-Co結(jié)合層表面的摻雜碳化硅顆粒的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層，其厚度為10 y m ;位于鎳基陶瓷復(fù)合硬化層表面的厚度為0. 5 ii m的Cr過渡層，位于Cr過渡層表面的厚度為0. 5 y m的CrN過渡層；位于CrN過渡層表面的厚度為2 y m的Cr-B摻雜類金剛石表面潤滑層。該工件表面的復(fù)合薄膜的制備方法包括如下步驟I.利用實施例I步驟I的方法對工件實施前處理；2.利用實施例I步驟2的方法在工件表面獲得2 U m厚的梯度Ni結(jié)合層； 3.利用實施例I步驟3的方法在工件表面獲得10 y m厚的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層；4.將電鍍好的工件置于多弧離子鍍一磁控濺射一體化裝備的真空室中，本底真空抽至5X 10_4Pa，向真空室通入氬氣，開啟Cr靶濺射中頻電源，濺射功率為1000W，工件上施加-500V的負偏壓，并保持放電氣壓為0. 5Pa，沉積25分鐘后獲得0. 5 y m厚的Cr過渡層；然后通入氮氣，濺射功率維持1000W，工件的負偏壓下調(diào)至-100V，保持放電氣壓為0. 5Pa，沉積35分鐘后獲得0. 5 ii m厚的CrN過渡層；5.利用實施例I步驟5的方法在工件表面獲得2 u m厚的金屬鎳基陶瓷/摻Cr-B類金剛石復(fù)合涂層；自然冷卻后，最終在該工件表面獲得了強韌化、良好減摩耐磨性能的金屬鎳基陶瓷/摻Cr-B類金剛石復(fù)合涂層。對上述以家用空調(diào)壓縮機鑰鎳锘鑄鐵活塞為基體的表面復(fù)合薄膜進行如實施例I中的性能測試。測試結(jié)果表明該基體表面復(fù)合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B摻雜類金剛石表面層呈典型的類金剛石結(jié)構(gòu)特征。該基體表面復(fù)合薄膜的干摩擦系數(shù)穩(wěn)定保持在0. 07左右，油潤滑摩擦系數(shù)甚至0. 01左右，表明其具有良好的自潤滑性能；在ION的低載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的4倍。在50N的高載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的12倍。實施例4 本實施例中，基體工件為家用空調(diào)壓縮機灰鑄鐵副軸承，其形狀為圓盤狀，尺寸為直徑72mm，高8mm，其化學組分及質(zhì)量百分含量為3. 00^3. 60%的C、l. 60 2. 60%的Si、
0.40 1. 00%的Mn、0. 06 0. 25%的P、小于0. 15%的S、0. 05 0. 10%的V，余量為Fe。處理技術(shù)操作步驟為上述工件表面的復(fù)合薄膜的組成為位于工件表面的厚度為2 Pm的Ni結(jié)合層；位于Ni結(jié)合層表面的摻雜碳化硅顆粒的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層，其厚度為10 ym;位于鎳基陶瓷復(fù)合硬化層表面的厚度為0. 5 ii m的Cr過渡層，位于Cr過渡層表面的厚度為0. 5 y m的CrN過渡層；位于CrN過渡層表面的厚度為2 y m的Cr-B摻雜類金剛石表面潤滑層。該工件表面的復(fù)合薄膜的制備方法與實施例3中的制備方法基本相同，所不同的是以實施例4中的家用空調(diào)壓縮機灰鑄鐵副軸承為基體，代替實施例3中的家用空調(diào)壓縮機鑰鎳锘鑄鐵活塞為基體。自然冷卻后，最終在該工件表面獲得了強韌化、良好減摩耐磨性能的金屬鎳基陶瓷/摻Cr-B類金剛石復(fù)合涂層。對上述以家用空調(diào)壓縮機灰鑄鐵副軸承為基體的表面復(fù)合薄膜進行如實施例I中的性能測試。測試結(jié)果表明該基體表面復(fù)合薄膜呈黑色，表面致密光亮，Cr-B摻雜類金剛石表面層呈典型的類金剛石結(jié)構(gòu)特征。該基體表面復(fù)合薄膜的干摩擦系數(shù)穩(wěn)定保持在
0.07左右，油潤滑摩擦系數(shù)在0. 01左右，表明其具有良好的自潤滑性能；在ION的低載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的4倍。在50N的高載荷下，其耐磨性是傳統(tǒng)鎳基陶瓷復(fù)合鍍層或DLC鍍層的12倍。以上所述的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行了詳細說明，應(yīng)理解的是以上所述僅 為本發(fā)明的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充或類似方式替代等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜，其特征是所述的復(fù)合薄膜是以空調(diào)壓縮機零部件為基體，在該基體表面依次鍍覆Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層、金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層、Cr/CrN過渡層和Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層而形成的； 所述的金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層是摻雜陶瓷顆粒的金屬鎳薄膜層，其中陶瓷顆粒為氮化硅、碳化硅、金剛石、三氧化二鋁微粉中的一種或多種； 所述的Cr/CrN過渡層由Cr過渡層、位于Cr過渡層表面的CrN過渡層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜，其特征是所述的Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層的厚度為2 3 u m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜，其特征是所述的金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層的厚度為lOlOym。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜，其特征是所述的Cr/CrN過渡層的厚度為0. f 2. Oum0
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜，其特征是所述的Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層的厚度為2 3 u m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜，其特征是所述
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是所述的Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層，以及金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層采用電鍍技術(shù)鍍覆得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是所述的Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層采用多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積技術(shù)鍍覆得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是包括如下步驟 步驟I、基體表面清洗、除油； 步驟2、電鍍Ni結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層 將步驟I處理后的基體通過陰極夾具放入盛有硫酸鎳、硼酸及適量添加劑的電鍍槽中，在基體表面電鍍梯度Ni結(jié)合層； 或者，將步驟I處理后的基體通過陰極夾具放入盛有硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸及適量添加劑的電鍍槽中，在基體表面電鍍梯度Ni-Co結(jié)合層； 步驟3、電鍍金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層 將步驟2處理后的基體通過陰極夾具放入裝有硫酸鎳、硫酸鈷，硼酸、陶瓷顆粒及適量添加劑的電鍍液中，在Ni結(jié)合層或Ni-Co結(jié)合層表面電鍍鎳基陶瓷復(fù)合硬化層； 步驟4、磁控濺射技術(shù)沉積Cr/CrN過渡層 將步驟3處理后的基體置于多弧離子鍍一磁控濺射一體化裝備的真空室中，抽真空后，磁控濺射開啟，氬氣氛中，以Cr為靶材，放電氣壓為0. f IPa，濺射中頻電源功率為100(Tl500W，基體上施加-20(T-800V的負偏壓，在基體上沉積Cr過渡層；然后通入氮氣，濺射功率維持不變，基體上的負偏壓下調(diào)至-10(T-300V，放電氣壓維持不變，在Cr過渡層上沉積CrN過渡層；步驟5、多弧離子鍍一磁控濺射復(fù)合沉積Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層 開啟多弧離子鍍，工作氣壓為0. flPa，多弧離子鍍靶材為石墨靶材，離子鍍弧流為10(Tl50A，磁控濺射靶材為CrB2靶材，磁控濺射中頻電源功率為100(Tl500W，基體上施加-10(T-200V負偏壓，在CrN過渡層表面沉積Cr-B摻雜類金剛石表面潤滑層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是所述的步驟2中，電鍍Ni結(jié)合層時，電鍍液中硫酸鎳的濃度為20(T300g/L、硼酸的濃度為35 45g/L，在廣2分鐘電鍍時間內(nèi)，調(diào)節(jié)陰極電流密度，沖擊鍍厚度為2 3 y m厚的梯度Ni結(jié)合層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是所述的步驟2中，電鍍Ni-Co合金結(jié)合層時，電解液中硫酸鎳的濃度為20(T300g/L、硫酸鈷的濃度為2(T60g/L、硼酸的濃度為35 45g/L，在I 2分鐘電鍍時間內(nèi)，調(diào)節(jié)陰極電流密度，沖擊鍍厚度為2 3 ii m的梯度Ni-Co結(jié)合層。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是所述的步驟3中，電鍍液中硫酸鎳的濃度為20(T300g/L、硫酸鈷的濃度為2(T60g/L，硼酸的濃度為35 45g/L、陶瓷顆粒的濃度為3(T60g/L，在25 50分鐘的電鍍時間內(nèi)，調(diào)節(jié)陰極電流密度和機械攪拌速度，復(fù)合鍍厚度為lOlOym的鎳基陶瓷復(fù)合硬化層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種空調(diào)壓縮機零部件表面的強韌潤滑復(fù)合薄膜及其制備方法。該復(fù)合薄膜是以空調(diào)壓縮機零部件，如滑片、活塞、葉片、轉(zhuǎn)子、曲軸、副軸承、缸體等為基體，在該基體表面依次鍍覆Ni金屬結(jié)合層或Ni-Co合金結(jié)合層、摻雜氮化硅、碳化硅、金剛石、三氧化二鋁等微粉顆粒的金屬鎳基陶瓷復(fù)合硬化層、Cr/CrN過渡層和Cr-B摻雜的類金剛石表面潤滑層而形成的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的空調(diào)壓縮零部件表面的復(fù)合薄膜集強韌、耐磨、減摩于一體，有效提高了壓縮機零部件表面的耐沖擊與潤滑性能，延長了壓縮機零部件的使用壽命，具有很好的應(yīng)用價值。
文檔編號B32B15/04GK102744930SQ20121021
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者萬善宏, 王永欣, 王立平, 蒲吉斌, 薛群基 申請人:中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所