[发明专利]制备柱状晶紧密排列PVD轴瓦的方法

说明书

技术领域

本发明涉及轴瓦的一种磁控溅射镀膜方法，用磁控溅射的方法在轴瓦的内表面上生成镍栅层和铝合金减摩层，这种轴瓦主要用于高负荷条件下的发动机，如高端的船用柴油发动机、高级轿车发动机及航空发动机。

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，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。

近年来，各种主机的发展速度很快，负荷和比压明显提高，这就对轴承元件例如滑动轴承提出更严格的要求。单层滑动轴承由于在高转速时变薄而不再能满足这些要求，从而滑动轴承工业更多地转向多层滑动轴承。多层滑动轴承通常包括一钢支承层(通常为镍栅层)，在其上通过滚压、电镀或阴极喷镀涂覆一个或多个其他的减摩层，例如具有锡成分的铝合金层，或滑动漆层。通过减摩层，一方面应该能够达到改善热力学的较高的点火压力，并从而导致能耗的减少或废气量减至最少；另一方面减摩层可以导致轴瓦重量的降低，进而减轻发动机的重量，满足了目前对轻型发动机的需求。

目前，通常采用阴极溅射的工艺方法在轴瓦的内表面溅射镍栅层和铝合金层，磁控溅射是在强电场、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靶(阴极)，使被溅材料离解成具有高速、高能的微粒飞溅出来凝聚在轴瓦的内表面形成溅射膜层。然而，用扫描电子显微镜(SEM)检测以前PVD轴瓦的减摩层截面(或断口)微观形貌显示，柱状粗大并且排列的均匀性不理想，这影响PVD轴瓦的耐磨性能和抗疲劳的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备柱状晶紧密排列PVD轴瓦的方法，提高轴瓦的耐磨性和抗疲劳强度。

为实现上述目的，本发明主要在溅射铝合金减摩层时，通过控制基体温度、溅射气压及溅射伴随负偏压，在铝合金减摩层形成柱状晶。具体技术方案如下：将预处理过的轴瓦装入溅射舱，放入镍靶材和铝合金靶材，抽真空，在轴瓦的内表面溅射镍栅层，然后溅射铝合金减摩层，以及后续处理，所述溅射铝合金减摩层的工艺条件如下：先制备铝合金靶材，该铝合金靶材中纯锡、纯铜及纯铝的重量百分比为16％～25％∶0.3％～3％∶83.7％～72％；再溅射铝合金减摩层，工作气体为氩气，调节溅射舱的溅射气压为0.4～1.2Pa，基体温度为40～120℃，在溅射减摩层1～2小时后，调整基体的负偏压为-100～-1000V。

本发明根据铝合金靶材中锡、铜及铝的流动性、微观屏蔽性，通过控制基体温度、溅射气压及基体的负偏压，在铝合金减摩层形成柱状晶。用EVO40型扫描电子显微镜测膜层截面(或断口)的微观形貌，呈现出紧密、均匀排列的柱状晶形，并且该柱状晶的轴线应与基体基本垂直(见附图1)，这种具有柱状晶减摩层的PVD轴瓦，明显地提高了其耐磨性和抗疲劳的强度。