具有離子氮化白亮層與pvd鍍層的球墨鑄鐵活塞環的製作方法
2023-09-12 08:58:50
專利名稱：具有離子氮化白亮層與pvd鍍層的球墨鑄鐵活塞環的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發動機部件，具體是球墨鑄鐵活塞環。
背景技術：
球墨鑄鐵零部件由於其鑄造工藝簡便、成型快、成本低而廣泛應用於各個行業，目前也普遍用於製造活塞環。為增加球墨鑄鐵活塞環的耐磨性能和使用壽命，有人嘗試對球墨鑄鐵活塞環進行PVD (Physical Vapor D印osition ；即物理氣相沉積)鍍層處理。但是由於鑄造工藝本身的特點，鑄鐵材料內部不可避免地存在縮孔縮松等缺陷。在鍍膜過程中， 鑄造缺陷會造成出氣情況，影響鍍膜腔體的真空度，導致產品質量不高，生產效率低下的問題。因而，一般情況下球墨鑄鐵件不適合在高真空設備中進行表面處理。此外，球墨鑄鐵表面有一定數量的石墨。石墨非常軟，鍍層與石墨結合力較低，致使鍍層與球墨鑄鐵間的結合力較差。
實用新型內容本實用新型的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種球墨鑄鐵活塞環的改進，該活塞環應具有表面硬度高、耐磨性能好的特點。本實用新型提供的技術方案是具有離子氮化白亮層與PVD鍍層的球墨鑄鐵活塞環，包括球墨鑄鐵材料製作的本體；其特徵在於所述的本體表面由內而外依次覆蓋著氮化白亮層和PVD鍍層。所述氮化白亮層的厚度為1 10 μ m。所述PVD鍍層的厚度為6 30 μ m。所述本體與氮化白亮層之間還有一層氮化擴散層，氮化擴散層厚度為60 250 μ m0本實用新型的有益效果是由於先在球墨鑄鐵本體上覆蓋了一層氮化白亮層，將鑄鐵活塞環上的縮孔縮松缺陷和石墨部位基本覆蓋，隨後進行PVD鍍層處理後，PVD鍍層結合力顯著增強，使用壽命明顯增加；而且在鍍膜過程中，由於球墨鑄鐵工件的出氣情況大幅減少，有利於保持腔體內的高真空狀態，提高產品的鍍膜質量。
圖1是本實用新型的橫截面結構示意圖。圖2是圖1中的A部放大結構示意圖。
具體實施方式
具有離子氮化白亮層與PVD鍍層的球墨鑄鐵活塞環1，包括球墨鑄鐵材料製作的本體4 ；所述的本體表面由內而外依次覆蓋著氮化白亮層2和PVD鍍層3。所述氮化白亮層的厚度為1 10 μ m。[0013]所述PVD鍍層的厚度為6 30 μ m。本實用新型製作時，需先採用脈衝電源離子氮化設備對球墨鑄鐵活塞環進行離子氮化處理，在球墨鑄鐵表面形成連續或部分連續的氮化白亮層。球墨鑄鐵表面的氮化白亮層快速覆蓋方法的主要工藝參數為離子滲氮的溫度為500 570°C，氮化氣氛採用氮氣和氫氣的混合氣體，比例為 4 1 1 4，氣壓為150 600Pa，滲氮保溫時間為1 6h。即能夠在球墨鑄鐵表面形成連續的氮化白亮層覆蓋。另外本體與氮化白亮層之間還有一層氮化擴散層，氮化擴散層的厚度為60 250 μ m。隨後進行PVD鍍層處理；真空度為5 X10_5Pa，採用高純氬氣(純度彡99. 999% ) 濺洗工件1800s，偏壓為-500V，鍍制過程偏壓-65V左右，Cr靶的功率2Kw左右，通入高純氮氣(純度彡99. 999% ),打底厚度為0. 5 3 μ m，得到CrMeN(其中Me為1種或多種金屬元素)鍍層總厚度為6 30 μ m。下列結合具體實施例進行描述。實施例1離子氮化處理設備採用脈衝電源離子氮化爐，設定工藝溫度為510 530°C，氮氫氣體之比例為1 1，氣壓160 180Pa，保溫時間2h。離子氮化工藝完成後，採用隨爐冷卻的方式，出爐溫度低於150°C。離子氮化後的鑄鐵環經表面除塵除油後，進行PVD鍍層表面處理。處理工藝在閉合場非平衡磁控濺射離子鍍膜機中進行，鍍制的CrMeN鍍層厚度為8 12 μ m。採用維氏顯微硬度計測量氮化後的鑄鐵活塞環表面硬度，載荷為lOOgf，載荷持續時間10s，離子氮化後PVD鍍層的表面維氏硬度試驗載荷為25gf，載荷持續時間為10s。 採用金相法測定氮化層的厚度。採用HRA-150洛氏硬度計進行洛氏壓坑試驗，加載載荷為 60Kgf，持續時間10s。檢測結果如下滲氮後鑄鐵環工作面獲得厚度為1 8μπι連續的氮化白亮層。滲層厚度達到100 μ m，表面連續覆蓋著IOym左右的CrMeN鍍層。氮化後的鑄鐵環表面維氏硬度約 600HV100gf，鍍膜後的表面硬度約為2000HV25gf。洛氏壓坑試驗後，壓坑邊緣完好，證明其良好的壓應力載荷的承受能力。
權利要求1.具有離子氮化白亮層與PVD鍍層的球墨鑄鐵活塞環，包括球墨鑄鐵材料製作的本體 ⑷；其特徵在於所述的本體表面由內而外依次覆蓋著氮化白亮層⑵和PVD鍍層(3)。
2.根據權利要求1所述的具有離子氮化白亮層與PVD鍍層的球墨鑄鐵活塞環，其特徵在於所述氮化白亮層(2)的厚度為1 10 μ m。
3.根據權利要求2所述的具有離子氮化白亮層與PVD鍍層的球墨鑄鐵活塞環，其特徵在於所述PVD鍍層(3)的厚度為6 30 μ m。
4.根據權利要求3所述的具有離子氮化白亮層與PVD鍍層的球墨鑄鐵活塞環，其特徵在於所述本體與氮化白亮層之間還有一層氮化擴散層，氮化擴散層的厚度為60 250μπι。
專利摘要本實用新型涉及一種球墨鑄鐵活塞環。所要解決的技術問題是提供的活塞環應具有表面硬度高、耐磨性能好的特點。技術方案是具有離子氮化白亮層與PVD鍍層的球墨鑄鐵活塞環，包括球墨鑄鐵材料製作的本體；其特徵在於所述的本體表面由內而外依次覆蓋著氮化白亮層和PVD鍍層。所述氮化白亮層的厚度為1～10μm。所述PVD鍍層的厚度為6～30μm。所述本體與氮化白亮層之間還有一層氮化擴散層，氮化擴散層厚度為60～250μm。
文檔編號C23C28/00GK201981259SQ20112003634
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者周仔麒, 周慶榮, 孫海林, 王軍勇 申請人:浙江匯錦梯爾鍍層科技有限公司