專利名稱：通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的pvd軸瓦磁控濺射工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于軸瓦的生產工藝，具體的說，涉及一種通過濺前負偏壓對軸瓦內 表面清洗的軸瓦生產工藝。
背景技術：
軸瓦是柴油機心臟的關鍵運動部件，又是基礎部件和消耗部件。 作為心臟運動部件，它們是決定柴油機性能與可靠性的關鍵運動部件。 作為基礎部件，它們對柴油機整起著十分重要的支撐作用。 軸瓦在使用中失效，將直接導致主機氣缸變形或破裂等嚴重后果。 由于軸瓦是消耗品，位居心臟，更換時柴油機需要解體或部分解體，耗工 耗時。使用中發生故障，必定造成停車事故。這是絕對不允許的。自上世紀八十年代以來，奧地利米巴(Miba)滑動軸承股份有限公司、瑞 士巴爾采斯(Balzers)公司、德國的費德瑞爾-莫古爾環球公司(Federal-Mogul World Wide, Inc.)禾口 Federal—Mogul Wiesbaden Gmbh & Co. KG Wiesbaden公 司等就PVD軸瓦的結構先后發表了多篇專利，產品在一定范圍得到了推廣應用， 取得了長足進展。常用的就是通過磁控濺射的方法來加工軸瓦。磁控濺射原理在強電場、強磁場、高真空的濺射艙內通入少量惰性氣體 (氬氣)。電子在強電場、強磁場(磁場方向與電場方向成一定角度)的條件下 受磁場的洛侖茲力作用而進行螺旋加速運動并與氬原子碰撞。氬原子電離成正的氬離子(Ar+)和另一個電子。氬離子(Ar+)在電場作用下加速飛向濺射靶(陰 極)，使被濺材料離解成具有高速、高能的微粒飛濺出來凝聚在軸瓦的內表面形 成濺射膜層由于近年來主機的發展速度很快，負荷和比壓明顯提高，這就對PVD軸瓦 的質量和相應的制造工藝提出了更加嚴格的要求。軸瓦裝入濺射艙前對基體內 表面的濺前處理去除污物無法滿足現有要求，使得加工后，濺射層與基體之間 以及濺射層與濺射層之間的附著強度有限。發明內容本發明的目的在于提供一種在濺射艙內對PVD軸瓦內表面的進行負偏壓清 洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝，提高PVD軸瓦濺射膜層與基體之間的附著強度。一種通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝，在艙外 用生產PVD軸瓦的常規方法通過化學除油、酸洗、電解除油、超聲波清洗、處 理槽、行車、烘箱、整流器、控制子系統等進行濺前處理、軸瓦裝入磁控濺射 艙內夾具上、磁控濺射艙抽真空、濺射鎳柵層(Ni )、濺射鋁合金減摩層(AlSnCu)、 檢查尺寸及外觀，其關鍵在于在所述濺射艙抽真空與濺射鎳柵層之間對軸瓦 濺前負偏壓清洗，所述軸瓦濺前負偏壓清洗的工藝條件PVD軸瓦基體在抽真空 的濺射艙內，濺射艙內溫度為30 60°C;工作氣體氬氣分壓為1 3Pa。采用 1Crl8Ni9Ti不銹鋼耙，靶內不裝磁體。對PVD軸瓦基體通電，PVD軸瓦基體電 壓為-300 _1600伏；PVD軸瓦基體電流為0.4 2. 5安培；處理時間3 40分 鐘。滿足上述工藝參數的濺前負偏壓清洗，對被濺射的工件進行徹底的"在線 清潔"，從提高濺射膜層與基體之間的附著強度。為了進一步提高PVD軸瓦基體與濺射層及濺射層與濺射層的強度，可在所述軸瓦濺前負偏壓清洗與軸瓦基體濺射鎳柵層之間增設磁控濺射第一擴散層； 所述濺射鎳柵層與濺射鋁合金減摩層之間增設磁控濺射第二擴散層；所述磁控 濺射第一擴散層的工藝條件PVD軸瓦基體在抽真空的濺射艙內，參與互濺的基 體襯里層為CuPbSn，采用純度為99.99%的鎳靶，對PVD軸瓦基體通電，PVD軸 瓦基體負偏壓為-300 -1700伏；PVD軸瓦基體電流為0.5 2安培；對鎳靶通 電，鎳耙通負電壓為-200 -620伏；鎳靶電流為0.3 1安培；基體襯里層與鎳 耙互濺處理時間為3 40分鐘；最后第一擴散層各組分重量百分比如下:Cu 0 5%; CuPb 2 5%; CuPbSn 5 10%; CuNi 10 30 %; CuPbSnNi 3 15%; CllPbNi余量；所述磁控濺射第二擴散層的工藝條件覆蓋有鎳柵層的PVD軸瓦基體在抽真空的濺射艙內，參與互濺的鎳柵層為Ni，采用純度為99.2%的鋁錫銅合金耙，該鋁錫銅合金中錫的重量百分含量16 24%;銅的重量百分含量0.6 1.5%;其余為鋁的重量百分含量，對PVD軸瓦基體通電，PVD軸瓦基 體負偏壓-150 -1600伏；PVD軸瓦基體電流為0. 3 2安培；對鋁錫銅合金 耙通電，鋁錫銅合金耙負電壓-150 _600伏；鋁錫銅合金靶電流0. 2 1安 培；鎳柵層(4)與鋁錫銅合金靶互濺處理時間2 30分鐘；最后第二擴散層 (5)各組分重量百分比如下Ni 0 3%; Ni3Al 2 15%; NiAl 5 10%; A13Ni2 10 30%; Al 10 20 NiAlSnCu 0 15%; AlSnCu 10 25%; AlSn余量。在濺射層與基體以及濺射層與濺射層之間通過磁控濺射擴散層的 方法，通過擴散層的金屬健結構和機械互鎖結構，進一步提高濺射層與基體以 及濺射層與濺射層之間附著強度。本發明生產軸瓦的檢測 (1)劃格檢驗用尖銳、鋒利的小刀用力自濺射層表面劃深至基體的、邊長lmm的正方格 16個，未發現濺射層有任何部分脫離基體的現象。這明顯優于GB5270-85提供 的指標(劃兩條相距2 mm的平行線)。 (2)熱震檢驗在電熱鼓風烘烤箱內加熱到(190 200) 。C保溫半小時，取出后立即投入 室溫的蒸餾水內驟冷；晾干水分后在自然光或40W的日光燈照明條件下用肉眼 觀察，未發現起泡、脫皮現象。濺射層與基體之間、濺射層與濺射層之間的附 著強度明顯優于GB5270-85提供的指標(在(140 160) 。C烘烤后驟冷)。有益效果本發明生產的軸瓦在濺射艙內對PVD軸瓦內表面的進行負偏壓 清洗，提高PVD軸瓦濺射膜層與基體之間的附著強度。在濺射層與基體以及濺 射層與濺射層之間通過磁控濺射擴散層的方法，通過擴散層的金屬健結構和機 械互鎖結構，提高濺射層與基體以及濺射層與濺射層之間附著強度。
圖1是本發明生產PVD軸瓦的斷面層狀結構示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝， 先在艙外用生產PVD軸瓦的常規方法通過化學除油、酸洗、電解除油、超聲波 清洗、處理槽、行車、烘箱、整流器、控制子系統等進行濺前處理、將軸瓦裝 入磁控濺射艙內夾具上、磁控濺射艙抽真空、軸瓦濺前負偏壓清洗，PVD軸瓦基 體l在抽真空的濺射艙內，采用不銹鋼靶，對PVD軸瓦基體1通電，PVD軸瓦基 體1電壓為-1600伏；PVD軸瓦基體1電流為2. 5安培；處理時間為3分鐘。磁控濺射第一擴散層3,PVD軸瓦基體1在抽真空的濺射艙內，采用純度為99. 99% 的鎳靶，PVD軸瓦基體負偏壓為-1700伏；PVD軸瓦基體電流為2安培；鎳耙負電壓為-200伏；鎳靶電流為0.3安培；處理時間為8分鐘；最后第一擴散層3各組分重量百分比如下CuPb 2%;CuPbSn 10%; CuPbSn 5%;CuNi 30%; CuPbSnNi 3%; CuPbNi余量；第一擴散層3厚度0. 05um，又用常規的方法濺 射鎳柵層(Ni) 4、磁控濺射第二擴散層5，覆蓋有鎳柵層(Ni) 4的PVD軸瓦 基體在抽真空的濺射艙內，參與互濺的鎳柵層4為Ni，采用采用純度為99.2% 的鋁錫銅合金靶，采用純度為99.2%的鋁錫銅合金耙，該鋁錫銅合金中錫的重量百分含量24%;銅的重量百分含量0.6%;其余為鋁的重量百分含量，PVD軸瓦基體負偏壓為-200伏；PVD軸瓦基體電流為0.3安培；鎳靶負電壓為-180伏；鎳靶電流為0.2安培；處理時間為6分鐘；最后第二擴散層5各組分重量百分比如下Ni 3%; Ni3Al 15%; NiAl 5%; Al3Ni2 30%; Al 10 %; AlSnCu 10; AlSn余量，第二擴散層5厚度0. 05um。磁控濺射第一擴散層3和第二擴 散層5時濺射艙內溫度為50°C;工作氣體氬氣分壓為0. 41Pa。然后濺射鋁合金 減摩層(AlSnCu) 6、檢查尺寸及外觀，對軸瓦進行濺前負偏壓清洗時濺射艙內 溫度為3CTC;工作氣體氬氣分壓為1Pa。 艙外濺前處理系統由化學除油、酸洗、電解除油、超聲波清洗、處理槽、行車、烘箱、整流 器、控制子系統等組成。 主機系統由泵抽子系統、傳動子系統、電源、機艙、磁控源、溫控子系統、工控機 控制子系統等組成。 濺后處理系統由真空存儲器、烘箱、檢測、精飾、油封、塑封等組成。工件外徑112 mm、厚度3.4 mm的連桿瓦。整個工序中濺前處理、將軸瓦裝入夾具、抽真空、濺射鎳柵層(Ni) 4、濺 射鋁合金減摩層(AlSnCu) 6、檢查尺寸、外觀、定長切割工序等工藝都是現在 的一般常規的技術，所有整個制造加工設備都是現有的設備。實施例2如圖l所示，通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝， 軸瓦濺前負偏壓清洗工藝條件PVD軸瓦基體1電壓為-300伏；PVD軸瓦基體1電流為0. 4安培；處理時間為40分鐘；磁控濺射第一擴散層3工藝條件PVD軸瓦基體負偏壓為-300伏；PVD軸瓦基體電流為0.5安培；鎳靶負電壓為-620 伏；鎳靶電流為l安培；處理時間為40分鐘；最后第一擴散層3各組分重量百 分比如下Cu 5%; CuPb 5%; CuPbSn 5%; CuPbSn 10%; CuNi 10 %; CuPbSnNi 15%; CuPbNi余量；第一擴散層3厚度0. 5um，所述磁控濺射第二 擴散層5的工藝條件采用純度為99. 2%的鋁錫銅合金靶，(錫的重量百分含量 16%;銅的重量百分含量1.5%;其余為鋁的重量百分含量)，PVD軸瓦基體負偏 壓-1600伏；PVD軸瓦基體電流2安培；鎳靶負電壓-600伏；鎳靶電流 0. 1安培；處理時間2分鐘；最后第二擴散層5各組分重量百分比如下Ni3Al2%; NiAl 10%; Al3Ni2 10%; Al 20 %; NiAlSnCu 15Q^;AlSnCu 25%; AlSn余量，第二擴散層3厚度0. 5um。所述磁控濺射第一擴散層3和第二擴散 層5時濺射艙內溫度為98°C;工作氣體氬氣分壓為1Pa。對軸瓦進行濺前負偏壓清洗時濺射艙內溫度為60°C;工作氣體氬氣分壓為 3Pa。其余各工藝及使用設備與實施例1相同。實施例3如圖l所示，通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝， 軸瓦濺前負偏壓清洗工藝條件PVD軸瓦基體1電壓為-750伏；PVD軸瓦基體1電流為1. 5安培；處理時間為40分鐘；磁控濺射第一擴散層3工藝條件PVD軸瓦基體負偏壓為-IOOO伏；PVD軸瓦基體電流為L2安培；鎳靶負電壓為-400 伏；鎳靶電流為0.6安培；處理時間23分鐘；最后第一擴散層3各組分重量 百分比如下Cu 2.5%; CuPb 3,5%; CuPbSn 7.5%; CuPbSn 7.5%; CuNi 20%; CuPbSnNi 9%; CuPbNi 余量；第一擴散層3厚度lum，所述磁控濺射 第二擴散層5的工藝條件采用純度為99. 2%的鋁錫銅合金靶，(錫的重量百分含量20%;銅的重量百分含量1%;其余為鋁的重量百分含量)，PVD軸瓦基 體負偏壓為-900伏；PVD軸瓦基體電流1. l安培；鎳耙負電壓-400伏；鎳 靶電流0.6安培；處理時間16分鐘；最后第二擴散層5各組分重量百分比如下Ni 1.5%; Ni3Al 8%;NiAl 12%;Al3Ni2 15%; Al 15%;NiAlSnCu 7°%; AlSnCu 17%; AlSn余量。第二擴散層3厚度lum。所述磁控濺射第一 擴散層3和第二擴散層5時濺射艙內溫度為70°C;工作氣體氬氣分壓為0. 7Pa。 對軸瓦進行濺前負偏壓清洗時濺射艙內溫度為50°C;工作氣體氬氣分壓為 1. 5Pa。其余各工藝及使用設備與實施例1相同。
權利要求
1、一種通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝，包括濺前處理、軸瓦裝入濺射艙內夾具上、濺射艙抽真空、濺射鎳柵層(4)、濺射鋁合金減摩層(6)、檢查尺寸及外觀，其特征在于在所述濺射艙抽真空與濺射鎳柵層(4)之間對軸瓦進行濺前負偏壓清洗，所述軸瓦濺前負偏壓清洗的工藝條件PVD軸瓦基體(1)在已抽真空的濺射艙內，采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼靶，對PVD軸瓦基體(1)通電，PVD軸瓦基體(1)電壓為-300～-1600伏；PVD軸瓦基體(1)電流為0.4～2.5安培；處理時間為3～40分鐘。
2、 根據權利要求1所述通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控 濺射工藝，其特征在于所述對軸瓦進行濺前負偏壓清洗時濺射艙內溫度為30 60°C;工作氣體氬氣分壓為1 3Pa。
3、 根據權利要求1所述通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控 濺射工藝，其特征在于所述軸瓦濺前負偏壓清洗與軸瓦基體(1)濺射鎳柵層(4)之間增設磁控濺射第一擴散層(3);所述濺射鎳柵層(4)與濺射鋁合金 減摩層(6)之間增設磁控濺射第二擴散層(5)。
4、 根據權利要求3所述通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控 濺射工藝，其特征在于所述磁控濺射第一擴散層(3)的工藝條件PVD軸瓦 基體在抽真空的濺射艙內，參與互濺的基體襯里層(1)為CuPbSn，采用純度為 99.99%的鎳靶，對PVD軸瓦基體通電，PVD軸瓦基體負偏壓為-300 -1700伏； PVD軸瓦基體電流為0.5 2安培；對鎳耙通電，鎳耙通負電壓為-200 -620伏；鎳靶電流為0.3 1安培；基體襯里層(1)與鎳靶互濺處理時間為3 40分鐘;最后第一擴散層(3)各組分重量百分比如下Cu 0 5%;CuPb 2 5%;CuPbSn 5 10%; CuNi 10 30 %; CuPbSnNi 3 15%; CuPbNi 余量；
5.根據權利要求3所述通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝，其特征在于所述磁控濺射第二擴散層(5)的工藝條件覆蓋有鎳柵層(4)的PVD軸瓦基體在抽真空的濺射艙內，參與互濺的鎳柵層(4)為Ni， 采用純度為99.2%的鋁錫銅合金靶，該鋁錫銅合金中錫的重量百分含量16 24%;銅的重量百分含量0. 6 1. 5%;其余為鋁的重量百分含量，對PVD軸瓦基體通電，PVD軸瓦基體負偏壓-150 -1600伏；PVD軸瓦基體電流為0.3 2安培；對鋁錫銅合金靶通電，鋁錫銅合金靶負電壓_150 -600伏；鋁錫銅 合金靶電流0.2 1安培；鎳柵層(4)與鋁錫銅合金靶互濺處理時間2 30分鐘；最后第二擴散層(5)各組分重量百分比如下Ni 0 3%; Ni3Al 2 15%; NiAl 5 10%; Al3Ni2 10 30%; Al 10 20 %; NiAlSnCu 0 15 AlSnCu 10 25%; AlSn 余量。
全文摘要
本發明公開了一種通過濺射艙內軸瓦濺前負偏壓清洗的PVD軸瓦磁控濺射工藝，包括濺前處理、軸瓦裝入夾具、抽真空、濺射鎳柵層(Ni)、濺射鋁合金減摩層(AlSnCu)、檢查尺寸及外觀，其關鍵在于在所述濺射艙抽真空后、軸瓦濺前負偏壓清洗，該軸瓦濺前負偏壓清洗與PVD軸瓦基體濺射鎳柵層(Ni)之間增設磁控濺射第一擴散層；所述濺射鎳柵層(Ni)之后，濺射鋁合金減摩層(AlSnCu)之前先磁控濺射增設第二擴散層；本發明對PVD軸瓦內表面的進行負偏壓清洗，提高PVD軸瓦濺射膜層與基體之間的附著強度。在濺射層與基體以及濺射層與濺射層之間通過磁控濺射擴散層的方法，通過擴散層的金屬健結構和機械互鎖結構，提高濺射層與基體以及濺射層與濺射層之間附著強度。
文檔編號C23C14/35GK101215686SQ20071009321
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月27日 優先權日2007年12月27日
發明者冀慶康, 吳文俊, 張永紅 申請人:重慶躍進機械廠