专利名称：具有扩散层pvd轴瓦的生产方法
技术领域：
本发明属于轴瓦的生产方法，具体的说，涉及一种具有扩散层PVD轴瓦的 生产方法。
背景技术：
轴瓦是柴油机心脏的关键运动部件，又是基础部件和消耗部件。 作为心脏运动部件，它们是决定柴油机性能与可靠性的关键运动部件。 作为基础部件，它们对柴油机整起着十分重要的支撑作用。 轴瓦在使用中失效，将直接导致主机气缸变形或破裂等严重后果。 由于轴瓦是消耗品，位居心脏，更换时柴油机需要解体或部分解体，耗工 耗时。使用中发生故障，必定造成停车事故。这是绝对不允许的。自上世纪八十年代以来，奥地利米巴(Miba)滑动轴承股份有限公司、瑞 士巴尔采斯(Balzers)公司、德国的费德瑞尔-莫古尔环球公司(Federal-Mogul World Wide, Inc.)禾口 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh & Co. KG Wiesbaden公 司等就PVD轴瓦的结构先后发表了多篇专利，产品在一定范围得到了推广应用， 取得了长足进展。常用的就是通过磁控溅射的方法来加工轴瓦。磁控溅射的基本原理在强电场、强磁场、高真空的溅射舱内通入少量惰 性气体(氩气)。电子在强电场、强磁场(磁场方向与电场方向成一定角度)的 条件下受磁场的洛仑兹力作用而进行螺旋加速运动并与氩原子碰撞。氩原子电离成正的氩离子(Ar+)和另一个电子。氩离子(Ar+)在电场作用下加速飞向溅 射耙(阴极)，使被溅材料离解成具有高速、高能的纳米级微粒飞溅出来凝聚在 轴瓦的内表面形成溅射膜层。近年来，由于主机的发展速度很快，并且负荷和比压明显提高，这就对PVD 轴瓦的质量提出了更加严格的要求。归纳起来，目前的PVD轴瓦存在如下不足 层间缺乏机械互锁层或扩散层，溅射层与基体之间以及溅射层与溅射层之间的 附着强度有限。发明内容本发明的目的在于提供一种溅射层与基体以及溅射层与溅射层之间磁控溅 射扩散层的方法，通过扩散层的金属健结构和机械互锁结构，提高溅射层 与基体以及溅射层与溅射层之间附着强度。一种具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，在舱外用生产PVD轴瓦的常规方法 通过化学除油、酸洗、电解除油、超声波清洗、处理槽、行车、烘箱、整流器、 控制子系统等进行溅前处理、将轴瓦装入磁控溅射舱内夹具上、磁控溅射舱抽 真空、溅射镍栅层(Ni)、溅射铝合金减摩层(AlSnCu)、检査尺寸及外观，其 关键在于所述磁控溅射舱抽真空后，在PVD轴瓦基体溅射镍栅层(Ni)之前 先磁控溅射增设第一扩散层；在所述溅射镍栅层(Ni)之后，溅射铝合金减摩 层(AlSnCu)之前先磁控溅射增设第二扩散层；磁控溅射第一扩散层，PVD轴瓦基体在抽真空的溅射舱内，参与互溅的基体 衬里层为CuPbSn合金其中Pb 2 30% Sn 1 10% Cu为余量，采用纯度为 99.99%的镍靶，PVD轴瓦基体通上负偏压-300 -1700伏；PVD轴瓦基体电流0.5 2安培；镍靶负电压-200 -620伏；镍靶电流0.3 l安培；处理时间3 40分钟；最后第一扩散层各组分重量百分比如下Cu 0 5%; CuPb 2 5 %; CuPbSn 5 10%; CuPbSn 5 10%; CuNi 10 30 %; CuPbSnNi 3 15%; CuPbNi余量；所述第一扩散层厚度为0.05 lum;满足上述工艺参数溅射的第一扩散层与基体内衬里形成金属健结构和机械互锁结构，提高了镍栅溅 射层与基体之间附着强度。磁控溅射第二扩散层，覆盖有镍栅层(Ni)的PVD轴瓦基体在抽真空的溅 射舱内，参与互溅的镍栅层为Ni，采用采用纯度为99.2%的铝锡铜合金靶，采 用采用纯度为99.2%的铝锡铜合金靶，(锡的重量百分含量16 24%;铜的重 量百分含量0.6 1.5%;其余为铝的重量百分含量)，PVD轴瓦基体负偏压 -200 -1600伏；PVD轴瓦基体电流0.3 2安培；镍耙负电压-180 -600伏；镍靶电流0.2 l安培；处理时间2 30分钟；最后第二扩散层各组分重量百分比如下Ni 0 3%; Ni3Al 2 15%; NiAl 5 10%; Al3Ni2 10 30%; Al 10 20 %; NiAlSnCu 0 15%; AlSnCu 10 25; AlSn 余量。 所述第二扩散层厚度为0.05 lum。上述磁控溅射第一扩散层和第二扩散层时溅 射舱内温度为50 98°C;工作气体氩气分压为0.4 1Pa。满足上述工艺参数溅 射的第二扩散层与镍栅层形成金属健结构和机械互锁结构，提高了镍栅溅射层 与溅射铝合金减摩层之间附着强度。本发明生产轴瓦的检测 (1)划格检验用尖锐、锋利的小刀用力自溅射层表面划深至基体的、边长liMi的正方格 16个，未发现溅射层有任何部分脱离基体的现象。这明显优于GB5270-85提供 的指标(划两条相距2 mm的平行线)。(2)热震检验在电热鼓风烘烤箱内加热到(190 200) 。C保温半小时，取出后立即投入 室温的蒸馏水内骤冷；晾干水分后在自然光或40W的日光灯照明条件下用肉眼 观察，未发现起泡、脱皮现象。溅射层与基体之间、溅射层与溅射层之间的附 着强度明显优于GB5270-85提供的指标(在140 16(TC烘烤后骤冷)。有益效果本发明生产的轴瓦在溅射层与基体以及溅射层与溅射层之间通 过磁控溅射扩散层的方法，通过扩散层的金属健结构和机械互锁结构，提高溅 射层与基体以及溅射层与溅射层之间附着强度。
图1是本发明中具有扩散层PVD轴瓦的断面层状结构图。
具体实施方式
实施例1如图1所示，具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，先在舱外用生产PVD轴瓦 的常规方法通过化学除油、酸洗、电解除油、超声波清洗、处理槽、行车、烘 箱、整流器、控制子系统等进行溅前处理、将轴瓦装入磁控溅射舱内夹具上、 磁控溅射舱抽真空、磁控溅射第一扩散层3, PVD轴瓦基体在抽真空的溅射舱内， 参与互溅的基体衬里层1为CuPbSn，采用纯度为99.99%的镍靶，PVD轴瓦基体 负偏压为-1700伏；PVD轴瓦基体电流为2安培；镍靶负电压为-200伏；镍靶电流为0.3安培；处理时间为8分钟；最后第一扩散层3各组分重量百分比如下:CuPb 2%; CuPbSn 10%; CuPbSn 5%; CuNi 30 %; CuPbSnNi 3%; CuPbNi 余量；第一扩散层3厚度0. 05um，又用常规的方法溅射镍栅层(Ni) 4、磁控溅 射第二扩散层5，覆盖有镍栅层(Ni) 4的PVD轴瓦基体在抽真空的溅射舱内，参与互溅的镍栅层4为Ni，采用采用纯度为99. 2%的铝锡铜合金靶，采用纯度 为99.2。/。的铝锡铜合金耙，该铝锡铜合金中锡的重量百分含量24%;铜的重量 百分含量0.6%;其余为铝的重量百分含量，PVD轴瓦基体负偏压为-200伏； PVD轴瓦基体电流为0.3安培；镍靶负电压为-180伏；镍靶电流为0.2安培；处 理时间为6分钟；最后第二扩散层5各组分重量百分比如下Ni3%; Ni3Al15%; NiAl 5%; Al3Ni2 30%; Al 10 %; AlSnCu 10; AlSn 余量，第 二扩散层5厚度0.05um。磁控溅射第一扩散层3和第二扩散层5时溅射舱内温 度为5(TC;工作气体氩气分压为0.41Pa。然后溅射铝合金减摩层(AlSnCu) 6、 检查尺寸及外观、定长切割工序。 舱外溅前处理系统由化学除油、酸洗、电解除油、超声波清洗、处理槽、行车、烘箱、整流器、控制子系统等组成。 主机系统由泵抽子系统、传动子系统、电源、机舱、磁控源、温控子系统、工控机 控制子系统等组成。 溅后处理系统由真空存储器、烘箱、检测、精饰、油封、塑封等组成。 工件外径112 mm、厚度3.4咖的连杆瓦。整个工序中溅前处理、将轴瓦装入夹具、抽真空一溅射镍栅层(Ni) 4、溅 射铝合金减摩层(AlSnCu) 6、检查尺寸、外观、定长切割工序等工艺都是现在 的一般常规的技术，所有整个制造加工设备都是现有的设备。实施例2如图1所示，具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，工艺及设备与实施例l相 同，所不同的是所述磁控溅射第一扩散层3的工艺条件PVD轴瓦基体负偏压为-300伏；PVD轴瓦基体电流为0.5安培；镍靶负电压为-620伏；镍靶电流为1 安培；处理时间为40分钟；最后第一扩散层3各组分重量百分比如下Cu 5 CuPb 5%; CuPbSn 5%; CuPbSn 10%; CuNi 10%; CuPbSnNi 15%; CuPbNi余量；第一扩散层3厚度0. 5咖，所述磁控溅射第二扩散层5的工艺条件采用纯度为99. 2%的铝锡铜合金靶，(锡的重量百分含量16%;铜的重量 百分含量1.5%;其余为铝的重量百分含量)，PVD轴瓦基体负偏压-1600伏； PVD轴瓦基体电流2安培；镍靶负电压_600伏；镍靶电流0. 1安培；处理 时间2分钟；最后第二扩散层5各组分重量百分比如下Ni3Al2%; NiAl10%; Al3Ni2 10%; Al 20 NiAlSnCu 15%; AlSnCu 25。％; AlSn 余 量，第二扩散层3厚度0. 5um。所述磁控溅射第一扩散层3和第二扩散层5时溅 射舱内温度为98°C;工作气体氩气分压为1Pa。 实施例3如图1所示，具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，工艺与设备与实施例1相 同，所不同的是所述磁控溅射第一扩散层3的工艺条件PVD轴瓦基体负偏压为-1000伏；PVD轴瓦基体电流为1.2安培；镍耙负电压为-400伏；镍耙电流为 0.6安培；处理时间23分钟；最后第一扩散层3各组分重量百分比如下Cu2.5%;CuPb 3.5%; CuPbSn 7.5%;CuPbSn 7.5%; CuNi 20 %; CuPbSnM 9%; CuPbNi余量；第一扩散层3厚度lum，所述磁控溅射第二扩散层5的工艺条件采用纯度为99. 2%的铝锡铜合金靶，(锡的重量百分含量20%;铜的重量百分含量1%;其余为铝的重量百分含量)，PVD轴瓦基体负偏压为-900伏;PVD轴瓦基体电流l.l安培；镍靶负电压-400伏；镍靶电流0. 6安培；处 理时间16分钟；最后第二扩散层5各组分重量百分比如下Ni1.5%; M3A18%; NiAl 12%; Al3Ni2 15%; Al 15 %; NiAlSnCu 7%; AlSnCu 17%; AlSn余量。第二扩散层3厚度lum。所述磁控溅射第一扩散层3和第二扩散层 5时溅射舱内温度为70°C;工作气体氩气分压为0. 7Pa。 实施例4如图1所示，具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，工艺与设备与实施例1相 同，所不同的是所述磁控溅射第一扩散层3的工艺条件PVD轴瓦基体在抽真空 的溅射舱内，参与互溅的基体衬里层1为CuPbSn，采用纯度为99.99%的镍靶， 对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压为-1000伏；PVD轴瓦基体电流为1 安培；对镍靶通电，镍靶通负电压为-200伏；镍靶电流为0.3安培；基体衬里 层1与镍靶互溅处理时间为3分钟；最后第一扩散层3各组分重量百分比如下Cu 2.5%; CuPb 3.5。％; CuPbSn 7.5%; CuPbSn 7. 5%; CuNi 20 %; CuPbSnNi 9%; CuPbNi 余量；所述磁控溅射第二扩散层5的工艺条件覆盖有镍栅层4的PVD轴瓦基体 在抽真空的溅射舱内，参与互溅的镍栅层4为Ni，采用纯度为99.2%的铝锡铜合金靶，(锡的重量百分含量24%;铜的重量百分含量0.6%;其余为铝的重量百分含量)对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压-150伏；PVD轴瓦基体电流为l安培；对铝锡铜合金靶通电，铝锡铜合金靶负电压-180伏；铝 锡铜合金靶电流0.2安培；镍栅层4与铝锡铜合金靶互溅处理时间2分钟；最后第二扩散层5各组分重量百分比如下Ni 1.5%; Ni3Al 8%; NiAl 12 %; Al3Ni2 15%; Al 15 %; NiAlSnCu 7%; AlSnCu 17%; AlSn 余量。实施例5如图1所示，具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，工艺与设备与实施例1相同，所不同的是所述磁控溅射第一扩散层3的工艺条件PVD轴瓦基体在抽真空 的溅射舱内，参与互溅的基体衬里层1为CuPbSn，采用纯度为99. 99%的镍靶， 对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压为-1600伏；PVD轴瓦基体电流为1. 5 安培；对镍靶通电，镍靶通负电压为-300伏；镍靶电流为0.5安培；基体衬里 层1与镍靶互溅处理时间为15分钟;最后第一扩散层3各组分重量百分比如下 Cu 5%; CuPb 5%; CuPbSn 5%; CuPbSn 10%; CuNi 10 %; CuPbSnNi 15%; CuPbNi 余量；所述磁控溅射第二扩散层5的工艺条件覆盖有镍栅层4的PVD轴瓦基体 在抽真空的溅射舱内，参与互溅的镍栅层4为Ni，采用纯度为99. 2%的铝锡铜合金靶，(锡的重量百分含量16%;铜的重量百分含量1.5%;其余为铝的重量百分含量)，对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压-300伏；PVD轴瓦基体电流为2安培；对铝锡铜合金耙通电，铝锡铜合金耙负电压-250伏； 铝锡铜合金靶电流0.5安培；镍栅层4与铝锡铜合金靶互溅处理时间10分钟；最后第二扩散层5各组分重量百分比如下Ni3Al 2%; NiAl 10%; Al3Ni2 10%; Al 20 %; NiAlSnCu 15%; AlSnCu 25%; AlSn 余量。
权利要求
1、一种具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，包括溅前处理、轴瓦装入夹具、溅射舱抽真空、溅射镍栅层(4)、溅射铝合金减摩层(6)、检查尺寸及外观，其特征在于在所述溅射舱抽真空与溅射镍栅层(4)之间增设磁控溅射的第一扩散层(3)；在所述溅射镍栅层(4)之与溅射铝合金减摩层(6)之间增设磁控溅射的第二扩散层(5)；所述磁控溅射第一扩散层(3)的工艺条件PVD轴瓦基体在抽真空的溅射舱内，参与互溅的基体衬里层(1)为CuPbSn，采用纯度为99.99％的镍靶，对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压为-300～-1700伏；PVD轴瓦基体电流为0.5～2安培；对镍靶通电，镍靶通负电压为-200～-620伏；镍靶电流为0.3～1安培；基体衬里层(1)与镍靶互溅处理时间为3～40分钟；最后第一扩散层(3)各组分重量百分比如下Cu 0～5％；CuPb 2～5％；CuPbSn 5～10％；CuNi 10～30％；CuPbSnNi 3～15％；CuPbNi余量；所述磁控溅射第二扩散层(5)的工艺条件覆盖有镍栅层(4)的PVD轴瓦基体在抽真空的溅射舱内，参与互溅的镍栅层(4)为Ni，采用纯度为99.2％的铝锡铜合金靶，该铝锡铜合金中锡的重量百分含量16～24％；铜的重量百分含量0.6～1.5％；其余为铝的重量百分含量，对PVD轴瓦基体通电，PVD轴瓦基体负偏压-150～-1600伏；PVD轴瓦基体电流为0.3～2安培；对铝锡铜合金靶通电，铝锡铜合金靶负电压-150～-600伏；铝锡铜合金靶电流0.2～1安培；镍栅层(4)与铝锡铜合金靶互溅处理时间2～30分钟；最后第二扩散层(5)各组分重量百分比如下Ni 0～3％；Ni3Al 2～15％；NiAl 5～10％；Al3Ni2 10～30％；Al 10～20％；NiAlSnCu 0～15％；AlSnCu 10～25％；AlSn余量。
2、 根据权利要求1所述具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，其特征在于所 述磁控溅射第一扩散层(3)的工艺条件所述PVD轴瓦基体负偏压为-1000 -1600伏；PVD轴瓦基体电流为1 1.5安培；镍靶通负电压为-200 -300伏； 镍靶电流为0.3 0.5安培；基体衬里层(1)与镍靶互溅处理时间为3 15分 钟；最后第一扩散层(3)各组分重量百分比如下Cu 0 5%; CuPb 2 5%; CuPbSn 5 10%; CuNi 10 30 %; CuPbSnNi 3 15%; CuPbNi 余量；
3、 根据权利要求1所述具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，其特征在于所 述磁控溅射第二扩散层(5)的工艺条件PVD轴瓦基体负偏压-150 -300 伏；PVD轴瓦基体电流为1 2安培；铝锡铜合金靶负电压-180 -250伏；铝锡铜合金靶电流0.2 0. 5安培；镍栅层(4)与铝锡铜合金耙互溅处理时间 2 10分钟；最后第二扩散层(5)各组分重量百分比如下Ni0 3%; Ni3Al2 15%; NiAl 5 10%; Al3Ni2 10 30%; Al 10 20 %; NiAlSnCu 0 15%; AlSnCu 10 25%; AlSn 余量。
4、 根据权利要求1所述具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，其特征在于所 述磁控溅射第一扩散层(3)和第二扩散层(5)时溅射舱内温度为50 98°C; 工作气体氩气分压为0. 4 1Pa。
全文摘要
本发明公开了一种具有扩散层PVD轴瓦的生产方法，包括溅前处理、将轴瓦装入夹具、抽真空、溅射镍栅层(Ni)、溅射铝合金减摩层(AlSnCu)、检查尺寸及外观，其关键在于所述溅射舱抽真空后，在PVD轴瓦基体溅射镍栅层(Ni)之前先磁控溅射增设第一扩散层；所述溅射镍栅层(Ni)之后，溅射铝合金减摩层(AlSnCu)之前先磁控溅射增设第二扩散层；本发明提供一种溅射层与基体以及溅射层与溅射层之间通过磁控溅射扩散层的方法，通过扩散层的金属健结构和机械互锁结构，提高溅射层与基体以及溅射层与溅射层之间附着强度。
文档编号F16C33/14GK101216071SQ200710093218
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者冀庆康, 吴文俊, 唐太平 申请人:重庆跃进机械厂