一種高硬度低摩擦的滑塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種減摩滑動構(gòu)件，具體涉及一種用于活塞桿的高硬度低摩擦的滑塊，屬于機械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天工業(yè)、高速列車、資源開采設(shè)備、醫(yī)療器械以及工業(yè)自動化設(shè)備等行業(yè)的高速發(fā)展，高速度、高精度、高效能、低噪音、自動化、智能化已成為現(xiàn)代機械裝備的重要標志和發(fā)展方向。機械系統(tǒng)需要深入考慮的因素越來越多，機構(gòu)零部件的工作穩(wěn)定性、使用壽命、工作誤差、耐沖擊性、摩擦磨損等因素對機械部件的工作性能產(chǎn)生極大的影響。
[0003]上世紀七十年代以來，在自動化控制與動力機械的領(lǐng)域內(nèi)，為了適應(yīng)產(chǎn)品高精度、高速度、節(jié)能以及縮短研發(fā)周期等要求，直線傳動技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。在直線傳動領(lǐng)域中，技術(shù)提升和產(chǎn)品細分已經(jīng)成為必然趨勢，滑軌與滑塊是較為關(guān)鍵的構(gòu)件，已成為各種機床、數(shù)控加工中心、發(fā)動機等不可缺少的重要功能部件。
[0004]滑塊在服役過程中失效的主要原因有，滑塊表面質(zhì)量性能不合格、表面硬度低、嚴重的磨損等，因此，為了保證滑塊的工作穩(wěn)定性及使用壽命，滑塊的表面處理受到了高度重視。用于提高滑塊表面耐磨性的表面處理方法有很多，如淬火、噴砂、滲氮等等，然而這些處理方法各自都存在著它們的缺陷，例如淬火不太適用有色金屬基體，噴砂會降低基體表面的光潔度，等等，總之這些處理方法都難于得到兼具高硬度、低摩擦和耐腐蝕的高耐磨表面。
[0005]在表面覆蓋耐磨的涂層是一種新型的提高零件摩擦性能和延長工作壽命的有效途徑。隨著目前服役環(huán)境的愈發(fā)惡劣，傳統(tǒng)滑塊已逐漸不能滿足苛刻的工作要求，為了使滑塊的性能能夠充分滿足裝備運行中摩擦因數(shù)低、耐磨性好、不加油潤滑和耐高溫等各種要求，于是對涂層材料的硬度、摩擦系數(shù)等性能提出了更高的要求，以保證滑塊的工作穩(wěn)定性、提高工作效率，并延長其使用壽命，因此迫切需要開發(fā)性能更為優(yōu)良的保護性涂層材料。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高硬度低摩擦的滑塊，其通過多靶磁控濺射工藝獲得高硬度和低摩擦系數(shù)的表面，從而改善滑塊的耐磨性和減摩性，延長使用壽命。
[0007]本實用新型通過以下技術(shù)方案來解決其技術(shù)問題:
[0008]一種高硬度低摩擦的滑塊，包括有本體，所述本體的上平面設(shè)有通氣槽，下平面設(shè)有與活塞桿接觸的活塞桿安裝槽，該活塞桿安裝槽內(nèi)間隔地設(shè)有彈簧安裝孔，所述本體的表面設(shè)有具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS2#層涂層，該NbN/WS 2多層涂層由多個NbN納米層和WS2納米層—交替疊加而成。
[0009]進一步地，所述的NbN/WS2多層涂層的總厚度為3.0?8.0 μ m，每一 NbN納米層的厚度為6.0?8.0nm，每一吧2納米層的厚度為0.7?2.1nm0
[0010]進一步地，所述的NbN/WS2多層涂層是通過多靶磁控濺射方式在所述高硬度低摩擦的滑塊的本體上交替濺鍍沉積而形成的。
[0011]進一步地，靠近所述高硬度低摩擦的滑塊的本體的是NbN納米層，最外層為WS2m米層。
[0012]進一步地，當WS2m米層厚度小于0.9nm時，所述的WS 2納米層和NbN納米層均為六方結(jié)構(gòu)。
[0013]與現(xiàn)有滑塊相比，本實用新型的有益效果如下:
[0014]本實用新型采用多靶磁控濺射工藝在本體上交替濺鍍多個納米量級的NbN層和WSJl，在本體的表面形成由NbN納米層和WS 2納米層交替沉積的多層結(jié)構(gòu)。該NbN/WS 2多層涂層硬度高，摩擦系數(shù)小，最大硬度可達38.7GPa ;由于WS2m米層的加入，使該NbN/WS 2多層涂層具有較低的摩擦系數(shù)，其與GCrl5鋼球的摩擦系數(shù)相比低0.25，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的耐摩擦性能。因而本實用新型的滑塊具有優(yōu)異的耐磨性和減摩性，提高了工作穩(wěn)定性，延長了使用壽命。制備所采用的多靶磁控濺射工藝，具有制備工藝簡單、沉積速度快、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低以及無任何有害成分、安全環(huán)保的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的俯視圖。
[0016]圖2是本實用新型的仰視圖。
[0017]圖3是圖2中A-A向剖視圖。
[0018]圖4是圖3的B部放大圖。
[0019]圖5是實施例所得到的NbN/WS2多層涂層橫截面的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的內(nèi)容更為清楚明確，以下實施例僅用于說明本實用新型而非用于限定本實用新型的范圍。
[0021]實施例
[0022]如圖1、圖2和圖3所示，所述高硬度低摩擦的滑塊包括本體I，所述本體I朝上的上平面設(shè)有通氣槽2，該本體I朝下的下平面設(shè)有與活塞桿接觸的活塞桿安裝槽3，該活塞桿安裝槽3內(nèi)間隔地設(shè)有彈簧安裝孔4。所述本體I的材質(zhì)為硬質(zhì)合金。
[0023]請結(jié)合參閱圖3和圖4，所述本體I的表面上設(shè)有具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS2#層涂層5，該NbN/WS 2多層涂層5由多個NbN納米層和WS 2納米層一一交替疊加而成，靠近所述高硬度低摩擦的滑塊的本體I的是NbN納米層，最外層為WS2m米層。所述的NbN/WS2#層涂層5的總厚度為3.0?8.0 μπι，每一 NbN納米層的厚度為6.0?8.0nm,每一 WS^米層的厚度為0.7?2.lnm。當WS 2納米層厚度小于0.9nm時，所述的WS 2納米層和NbN納米層均為六方結(jié)構(gòu)。
[0024]所述的NbN/WS2#層涂層5是通過多靶磁控濺射方式在所述高硬度低摩擦的滑塊的本體I上交替濺鍍沉積而形成的，其制備過程包括如下具體步驟:
[0025](I)清洗本體I
[0026]首先，將經(jīng)拋光處理后的本體I送入超聲波清洗機，依次用丙酮和無水乙醇以15?30kHz分別進行超聲波清洗1min ;然后，將超聲波清洗后的本體I裝進真空室，抽真空到6 X KT4Pa后通入Ar氣，維持真空度在2?4Pa，用功率為80?100W射頻電源對本體I進行離子轟擊30min進行離子清洗；
[0027](2)交替濺射NbN層和吧2層
[0028]將經(jīng)步驟(I)離子清洗后的本體I置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中交替停留在Nb合金靶和WSjE之前，通過濺射獲得由多個NbN納米層和WS 2納米層交替疊加的納米量級多層涂層，過程中調(diào)整Nb靶和WS2靶的功率和沉積時間以控制每一納米涂層的厚度，最終得具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS2#層涂層5。
[0029]經(jīng)檢測，由上述步驟所得的具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS2#層涂層5中，NbN納米層的厚度為7nm，WS2m米層的厚度為0.8nm，具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS 2多層涂層5的總厚度為5.6 μ m，硬度為38.7GPa，在與GCrl5鋼球進行摩擦中的摩擦系數(shù)為0.25。
[0030]采用Tecnai G2 20型高分辨透射電子顯微鏡(美國FEI公司)對上述所得具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS2#層涂層5的橫截面進行觀察，所得的NbN/WS 2多層涂層5截面的微觀組織如圖5所示，從圖5中可以看出NbN納米層與WS2納米層之間具有多層結(jié)構(gòu)，NbN納米層與WS2納米層的厚度范圍分別為6.0?8.0nm和0.7?2.1nm,并且可以看出晶格條紋連續(xù)的貫穿多個納米層，表明NbN納米層與ws2m米層之間形成共格外延生長結(jié)構(gòu)，該共格生長界面對位錯運動有阻礙作用，使得最終所得NbN/WS2多層涂層得到強化。
[0031]以上是本實用新型的一個最佳的實施例，描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點。應(yīng)該了解的是，本實用新型的保護范圍不受上述實施例的限制，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型的保護范圍還包括其它的對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是顯而易見的變換、替代和改進。本實用新型所要求的保護范圍由權(quán)利要求書界定。
[0032]本實用新型所述高硬度低摩擦的滑塊具有優(yōu)異的耐磨性和減摩性，表面具有較高的硬度、較高的耐沖擊性和較低的摩擦系數(shù)，提高了工作穩(wěn)定性，延長了使用壽命。
【主權(quán)項】
1.一種高硬度低摩擦的滑塊，包括有本體，所述本體的上平面設(shè)有通氣槽，下平面設(shè)有與活塞桿接觸的活塞桿安裝槽，該活塞桿安裝槽內(nèi)間隔地設(shè)有彈簧安裝孔，其特征在于:所述本體的表面設(shè)有具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS2#層涂層，該NbN/WS2多層涂層由多個NbN納米層和WS2納米層--交替疊加而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度低摩擦的滑塊，其特征在于:所述的NbN/WS#層涂層的總厚度為3.0?8.0 μπι，每一 NbN納米層的厚度為6.0?8.0nm，每一 WS2納米層的厚度為 0.7 ?2.lnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬度低摩擦的滑塊，其特征在于:所述的NbN/WS2#層涂層是通過多靶磁控濺射方式在所述高硬度低摩擦的滑塊的本體上交替濺鍍沉積而形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高硬度低摩擦的滑塊，其特征在于:靠近所述高硬度低摩擦的滑塊的本體的是NbN納米層，最外層為ws2m米層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度低摩擦的滑塊，其特征在于:當WS2納米層厚度小于.0.9nm時，所述的WS2m米層和NbN納米層均為六方結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種高硬度低摩擦的滑塊，包括有本體，所述本體的上平面設(shè)有通氣槽，下平面設(shè)有與活塞桿接觸的活塞桿安裝槽，該活塞桿安裝槽內(nèi)間隔地設(shè)有彈簧安裝孔，所述本體的表面設(shè)有具有高硬度和低摩擦系數(shù)的NbN/WS2多層涂層，該NbN/WS2多層涂層由多個NbN納米層和WS2納米層一一交替疊加而成；所述NbN/WS2多層涂層是采用多靶磁控濺射法在所述滑塊的本體上交替濺鍍而形成的，其總厚度為3.0～8.0μm，每一NbN納米層的厚度為6.0～8.0nm，每一WS2納米層的厚度為0.7～2.1nm。本實用新型具有優(yōu)異的耐磨性和減摩性，表面具有較高的硬度、較高的耐沖擊性和較低的摩擦系數(shù)，提高了工作穩(wěn)定性，延長了使用壽命。
【IPC分類】F15B15-20, C23C14-06, F16C33-04, C23C14-35
【公開號】CN204300129
【申請?zhí)枴緾N201420745118
【發(fā)明人】汪鴻濤, 劉京京, 李偉
【申請人】比爾安達(上海)潤滑材料有限公司, 平湖比爾安達新材料科技有限公司, 上海理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月2日