[发明专利]带有硬软复合涂层与织构化表面的耐磨活塞环及制备方法

权利要求书

1.一种带有硬软复合涂层与织构化表面的减摩耐磨活塞环，包括软质涂层（1）、硬质涂层（3）、活塞环基体材料（4），其特征在于，还包括激光织构化表面（2）；其中硬质涂层（3）沉积在活塞环基体材料（4）的外圆面上，形成带有硬质涂层的基体材料，在带有硬质涂层的基体材料表面进行激光织构化处理，获得带有规则、均匀微孔阵列的激光织构化表面（2），再将软质涂层（1）沉积在激光织构化表面（2）上。

2.根据权利要求1所述的减摩耐磨活塞环，其特征在于，所述基体材料为合金铸铁或球墨铸铁活塞环；所述硬质涂层为铬基镀层或渗碳/氮层或镍基镀层；所述激光织构化表面为采用脉冲激光在带有硬质涂层的基体材料表面加工的均匀分布的微孔阵列；所述软质自润滑涂层为银镀层或锡镀层或磁控溅射MoS₂涂层。

3.根据权利要求1所述的减摩耐磨活塞环，其特征在于，软质涂层（1）厚度为1～10 μm；硬质涂层（3）厚度为20～40 μm，硬度为800～1500 HV_0.05；所述微孔阵列的微孔直径D=50～200 μm，微孔深度h=6～55 μm，面积占有率S=1%～20%，微孔间距L=400～800 μm。

4.一种带有硬软复合涂层与织构化表面的减摩耐磨活塞环的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）对活塞环基体材料外圆面进行去油处理和超声清洗；

2）在活塞环基体材料外圆面沉积硬质涂层；

3）采用Nd：YAG脉冲激光器对活塞环外圆面进行织构化处理，采用混合式步进电机控制活塞环线位移和角位移，通过该活塞环移动、激光束不动的加工方式可控制备微孔阵列，形成激光织构化表面；

4）在激光织构化表面沉积软质涂层。

5.根据权利要求4所述的一种带有硬软复合涂层与织构化表面的减摩耐磨活塞环的制备方法，其特征在于，当硬质涂层为铬基镀层时，其电镀方法为，以水为溶剂，含铬酸酐（CrO₃）100～150 g/L、硫酸1 g/L，二者质量比为100:1～150:1，Cr³⁺含量控制在3～7 g/L，采用双向脉冲电镀电源进行电沉积，镀液温度为30～60 ℃，阴极电流密度为10～60 A/dm²，电镀时间4～6 h。

6.根据权利要求4所述的一种带有硬软复合涂层与织构化表面的减摩耐磨活塞环的制备方法，其特征在于，当硬质涂层为渗碳/氮层时，其电镀方法为，采用高压脉冲直流电源进行等离子电解渗碳/氮，沉积电压400～500 V，占空比30%～50%，频率10～20 kHz，沉积时间3～20 min，电解液主要成分为甘油或三乙醇胺或甲酰胺，含有10%～25%去离子水和0.8%～1%氯化钾或碳酸钠。

7.根据权利要求4所述的一种带有硬软复合涂层与织构化表面的减摩耐磨活塞环的制备方法，其特征在于，采用Nd：YAG脉冲激光器对活塞环外圆面进行织构化处理时，调整同点重复激光脉冲次数2～8次，改变表面微孔的直径和深度；其中脉冲激光器的参数为激光波长1064 nm、输出最大单脉冲能量50 mJ、脉冲频率50 Hz、脉冲宽度50～100 ns，其微孔直径D=50～200 μm，微孔深度h=6～55 μm，面积占有率S=1%～20%，微孔间距L=400～800 μm。

8.根据权利要求4所述的一种带有硬软复合涂层与织构化表面的减摩耐磨活塞环的制备方法，其特征在于，当软质涂层为银镀层时，其电镀方法为，以水为溶剂，含硝酸银40 g/L、硫代硫酸钠200 g/L、亚硫酸氢钠80 g/L、乙酸钠20 g/L、硫代氨基脲0.5 g/L，PH控制在5～6，对织构化活塞环进行化学镀银，镀液温度30～50 ℃，沉积时间1～5 h。