耐磨減摩涂層摩擦副的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過(guò)真空電弧鍍膜獲得的高精度減摩耐磨涂層，并且可以用于機(jī) 械工程、飛機(jī)、建立具有高抗侵蝕、減摩和防護(hù)特性的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 廣泛用于燃油供應(yīng)單元和航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制中的泵，尤其是泵HP180和HT40,的一 個(gè)最關(guān)鍵元素是分布滑閥（以對(duì)為基礎(chǔ)-單獨(dú)）。平坦分布的閥隔開(kāi)泵吸入和排出空腔。 通過(guò)工作面線圈，氮化硬化所得的硬度多770HV，使青銅泵送單元滑動(dòng)，為燃油供應(yīng)泵提供 所需壓力。
[0003] 為了確保泵工作面線圈的效率，將泵送單元制造為具有< 0.0 Olmm的非平面度和 表面粗糙度Ra = 0. 08。
[0004] 上述摩擦副在噴氣燃料（不同質(zhì)量的煤油）的環(huán)境中操作，摩擦接觸的條件相 比其他副來(lái)說(shuō)相對(duì)更緊密，速度更高（高達(dá)7000轉(zhuǎn)/分）并且壓力更大（單位感測(cè)壓力 達(dá)20kg/cm2)。因此，不足耐磨性的線圈可以有效地限制資源指示泵并且由于摩擦副的效 率損失而導(dǎo)致失敗（LI. Seleznev，V.A.Rizhenkov，Estimate of the duration of the incubation period of erosive wear(侵蝕磨損的潛伏期的持續(xù)時(shí)間的評(píng)估）一金屬科 技，2007年第3期）。
[0005] 已知的顯著改善結(jié)構(gòu)材料耐磨性的最有效方法是使用和改善防護(hù)涂層。
[0006] 例如，耐磨和耐蝕涂層可能是多層耐蝕金屬交互層，耐蝕金屬選自由鉬、鈮、鉭、 鎢、鉻、鈦、鋯、鎳或上述金屬的合金組成的群。眾所周知，例如，在三層涂層中，第一層是金 屬或金屬混合物層或Medeleeva元素周期表中的IVA VlA層，所述層在惰性氣體介質(zhì)中形 成，第二層為惰性與反應(yīng)氣體的反應(yīng)混合物，并且第三層為氮化物、碳化物、硼化物或上述 物質(zhì)的混合物的層（參見(jiàn)2001年01月10日公布的專利RF2161661，I. Cl. C23C14/16的 說(shuō)明書(shū)）。涂層包括厚度為0. 02-0. 08微米的鈧、釔或稀土金屬次層，層的數(shù)量可能從X 到500。層厚度的比例為（0.02-5.0)、（0.04-10)、（0.1-12. 5)，并且前兩層的厚度比例是 1. 0 : 2. 0 : 2. 5〇
[0007] 上述耐磨涂層具有耐磨性，但是，這種耐磨性對(duì)上述惡劣環(huán)境而言并不夠。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)已知，耐磨等離子涂層以鍍膜在金屬產(chǎn)品上的鉻為基礎(chǔ)（參見(jiàn)1994年12 月30日公布的俄羅期專利第2, 025, 543號(hào)I. Cl. C23C14/08的說(shuō)明書(shū)），所述金屬產(chǎn)品包括 氮化釩組合物（Cr-V)N，其中鉻與釩原子百分比含量的比率為：Cr28-50, V50-72。
[0009] 上述涂層可在工業(yè)中用于改善切割工具和技術(shù)工具的耐磨性，涂層具有1-3. 08 的相對(duì)耐磨性，所述耐磨性取決于組合物而變化。
[0010] 這種涂層的耐磨性相對(duì)較高，但其使用主要局限于切割工具，即為了工業(yè)產(chǎn)品能 夠迅速恢復(fù)而設(shè)計(jì)。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)還已知，基于鈦、鋁及鉻的合成復(fù)合氮化物（(TixAlyCrz)N)的耐磨等離 子涂層負(fù)載在金屬或陶瓷產(chǎn)品上（見(jiàn)2010年11月27日公布的俄羅期專利第2, 050, 060 號(hào)I. Cl. C23C14/06說(shuō)明書(shū)），其中鉻（Z)的含量取決于鋁與鈦的含量，并且表示出從（x-y) 的1/7到1/5的限制，其中0· 05彡X彡y，x/y < 1。
[0012] 上述涂層具有改進(jìn)的耐磨性并且可用于切割工具，即其功能性也局限于該領(lǐng)域。
[0013] 發(fā)明概述
[0014] 最接近所請(qǐng)求技術(shù)解決方案的使用目的、技術(shù)本質(zhì)和結(jié)果的是多層涂層，包含氮 化層和氮化鈦與鋁層（見(jiàn)2009年05年14日公布的美國(guó)專利申請(qǐng)US2009/0123737 "所處 理的表面的涂層因固態(tài)粒子而耐侵蝕"1. Cl. B32B18/00的說(shuō)明書(shū)），其中氮化鈦位于以常用 方式獲得的氮化層上，并且與厚度從IOnm到IOOnm的AlCrN層交替，其中總厚度從19微米 到20微米。
[0015] 這種涂層可具有相當(dāng)大的耐磨性。然而，這種涂層的形成通過(guò)工作表面的幾何參 數(shù)的顯著變化而實(shí)現(xiàn)。為了在多個(gè)裝置中使用所處理的表面，需要與高達(dá)1-2微米的涂層 厚度的減少相關(guān)聯(lián)的額外加工，使得化學(xué)熱處理的結(jié)果無(wú)效。
[0016] 對(duì)具有破紀(jì)錄的性能的新材料的開(kāi)發(fā)（如對(duì)耐磨性、粗糙度和在極端條件下工作 的機(jī)會(huì)）的現(xiàn)代研宄與納米技術(shù)密切相關(guān)，這使得人們創(chuàng)造具有結(jié)構(gòu)元素的多組分組合 物，所述組合物具有從幾百納米到幾納米的大小。與具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相同組合物材料相比， 這種材料的不同特征，如摩擦及其他特性，可以高出幾倍。
[0017] 本發(fā)明的基礎(chǔ)在于改善用于摩擦副的耐磨涂層，所述涂層含有氮化物層、鈦層及 氮化鋁層，其中由于以下實(shí)施：第一鈦層在預(yù)氮化基礎(chǔ)材料的表面上，第二層是鈦與氮化鈦 的交互納米層的形式，第三層是氮化鈦與氮化鋁的交互納米層的形式，以及第四層是氮化 鋁，從而提供了新的技術(shù)結(jié)果。在從易碎氮化表面通過(guò)固態(tài)基礎(chǔ)納米層過(guò)渡到具有高化學(xué) 惰性的連續(xù)涂布氮化鋁外側(cè)時(shí)，制造傳統(tǒng)層為層提供平穩(wěn)的可塑性變化。磨合層期間的這 個(gè)表面提供最佳的一對(duì)動(dòng)摩擦表面，從而增強(qiáng)納米層涂層（TiN-AlN涂層）的耐久性，并且 通常提供任何類型的耐磨性，包括惡劣環(huán)境的侵蝕作用。
[0018] 所述問(wèn)題得以解決是因?yàn)橐阎湍ネ繉影ǖ飳蛹扳伒牡飳雍偷X。 根據(jù)本發(fā)明，第一鈦層在基礎(chǔ)材料的預(yù)氮化表面上制成，第二層是鈦與氮化鈦的交互納米 層的形式，及第三層也是氮化鈦與氮化鋁的交互納米層的形式，第四層由氮化鋁制成。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，第一層由厚度為0. 2-0. 3微米的鈦制成。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，第二層是鈦與氮化鈦的交互納米層的形式，其中重現(xiàn)期是l〇nm，并且 個(gè)別納米層的厚度分別是2nm和8nm，同時(shí)所述納米層的總厚度是0. 2-0. 3微米。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，第三層是氮化鈦與氮化鋁（TiN-AlN(50/50))的交互納米層的形式， 具有20nm重復(fù)性的周期和均勻厚度的選定納米層，其中所述納米層的總厚度是0. 5-0. 7微 米。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，第四層由厚度為0. 3-0. 5微米的氮化鋁制成。
[0023] 從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)，因此是全新的技術(shù)。
[0024] 發(fā)明詳述
[0025] 本發(fā)明的技術(shù)方案從根本上不同于提供具有高耐磨性和耐粘附性的涂層的現(xiàn)有 技術(shù)，同時(shí)支持保持在高速度下操作的精度部件的強(qiáng)度特征、摩擦副的部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和 圓盤(pán)的實(shí)質(zhì)軸向負(fù)載。
[0026] 本發(fā)明提出的技術(shù)方案在工業(yè)上是適用的，并且以涂層Avinit C310-nl的形式、 使用在現(xiàn)代化生產(chǎn)條件下制成的設(shè)備來(lái)實(shí)施。
[0027] 表1顯示了涂覆到鋼鐵樣品8Χ4Β9Φ2-ΠΙ的涂層的特征。
[0028] 表 1
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 耐磨減摩涂層摩擦副，包括氮化物層和鈦與氮化鋁層，其特征在于，所述第一鈦層在 基礎(chǔ)材料的預(yù)氮化表面上制成，第二層是鈦與氮化鈦的交互納米層的形式，以及第三層也 是氮化鈦與氮化鋁的交互納米層的形式，第四層是由氮化鋁制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨減摩涂層，其特征在于，所述第一層由厚度為0. 2-0. 3微 米的鈦制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨減摩涂層，其特征在于，所述第二層是鈦與氮化鈦的交 互納米層的形式，其中重現(xiàn)期是l〇nm，并且個(gè)別納米層的厚度分別是2nm和8nm，所述納米 層的總厚度是0.2-0. 3微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨減摩涂層，其特征在于，第三層是氮化鈦與氮化鋁 (TiN-AlN(50/50))的交互納米層的形式，具有20nm重復(fù)性的重現(xiàn)期和均勻厚度的選定納 米層，其中所述納米層的總厚度是〇. 5-0. 7微米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨減摩涂層，其特征在于，所述第四層由厚度為0. 3-0. 5微 米的氮化鋁制成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過(guò)真空電弧鍍膜獲得的高精度減摩耐磨涂層，并且可以用于機(jī)械工程、飛機(jī)、建立具有高抗侵蝕、減摩和防護(hù)特性的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的基礎(chǔ)在于改善耐磨涂層的任務(wù)，所述耐磨涂層包括鈦的氮化物層和氮化鋁層，其中由于以下實(shí)施，第一鈦層在預(yù)氮化基礎(chǔ)材料的表面上，第二層是鈦與氮化鈦的交互納米層的形式，第三層是氮化鈦與氮化鋁的交互納米層的形式，以及第四層是氮化鋁，而提供了新的技術(shù)結(jié)果。在從易碎氮化表面通過(guò)固態(tài)基礎(chǔ)納米層過(guò)渡到具有高化學(xué)惰性的連續(xù)涂布氮化鋁外側(cè)時(shí)，制造傳統(tǒng)層為層提供平穩(wěn)的可塑性變化。磨合層期間的這個(gè)表面提供最佳的一對(duì)動(dòng)摩擦表面，從而增強(qiáng)納米層涂層(TiN-AlN涂層)的耐久性，并且通常提供任何類型的耐磨性，包括惡劣環(huán)境的侵蝕作用。從所請(qǐng)求的技術(shù)解決方案和實(shí)施實(shí)例的闡述本質(zhì)可以看出，使用具有分布線軸的納米層涂層(Avinit C310-n1)確保生產(chǎn)與新單元設(shè)計(jì)的高可靠性，并且增加了5-20倍的份額。
【IPC分類】C23C14-24, C23C14-06, C23C8-36, B82Y30-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104812930
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480000506
【發(fā)明人】阿列克塞·弗拉迪斯拉沃維奇·薩加洛維奇, 弗拉迪斯拉夫·維克多洛維奇·薩加洛維奇, 維克多·瓦西里耶維奇·波波夫, 亞歷山大·弗拉迪米爾洛維奇·坎諾尼辛, 弗拉迪米爾·伊萬(wàn)諾維奇·波哥斯拉采夫
【申請(qǐng)人】Fed聯(lián)合股份公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年1月27日
【公告號(hào)】WO2015072954A1