[发明专利]再制造过程中的活塞杆表面的硬质PVD修复镀层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料表面镀层及其制备方法，特别是涉及一种高强度钢表面再制造镀层及表面镀层的修复方法，应用于金属材料表面处理工艺技术领域和材料表面动密封气密性控制技术领域。

背景技术

活塞杆气密件一般由高强度钢30CrMnSi制成，通过表面电镀硬铬来提高其耐磨性。活塞杆在套筒内往返运动使套筒与活塞杆表面产生划伤，铬层的局部缺陷会引起该区域内应力加大、网状裂纹加宽产生铬层渗气现象；同时当超过规定的配合间隙也会发生漏气现象。为了降低成本、节约资源，大部分工厂对活塞杆气密件进行修复再制造，进行退铬、重新镀铬、除氢、磨削、精加工等多道工序进行修复，但再制造活塞杆在气密性检测实验中普遍存在渗漏气泡的现象。这一现象一直以来未得到彻底解决。

镀层气密性差的主要原因是由于硬铬镀层有网状贯通性裂纹。电镀硬铬时，由于电流效率很低使副反应产生大量氢，其中一部分氢进入镀层中，使铬并不是直接沉积为正常的体心立方结构的金属铬，而是首先沉积为六方晶格形式或者面心立方晶格形式的铬氢化物。然而无论是六方晶格还是面心立方的铬氢化物，在分解为体心立方的铬时，都能使体积收缩15%以上，产生巨大拉应力，使得镀层出现裂纹。因此采用目前传统的电镀硬铬工艺，都将不可避免地在镀层中产生微裂纹，当裂纹贯通时，将会导致镀层漏气。

现阶段生产、修复过程中采用过以下几种方法来改善活塞杆镀层的气密性：

1.油槽除氢：达到即除氢又堵塞镀层网状裂纹的目的，但受环境影响很大，温度升高就会失效。

2.憎水处理：用石蜡、环氧树脂、518封孔剂进行憎水处理，该方法利用液体憎水剂的渗透原理，使其进入铬层微裂纹中，烘烤后憎水剂变为固体，堵塞铬层孔隙和裂纹。该方法可以较明显的减少渗气现象但在实际使用过程中，由于再制造杆件的来回运作，使得作为憎水处理的“封孔剂”类物质从裂纹中再次流出，从而失效。

3.金刚石碾压：使铬层表面在压力的作用下产生塑性变形，同时不同程度的破坏铬层内部的裂纹分布，减少贯通裂纹的数量，减少渗气。但在环境和载荷交替作用下，暂时收缩的裂纹也可能成为新裂纹的裂纹源，从而又出现渗气现象。

4.脉冲电镀：通过控制波形、通断比等电源参数，使镀层结晶细密，降低贯穿的裂纹尺度及数目，和网状裂纹。但气泡渗漏现象明显减少，然仍有渗气现象。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种再制造过程中的活塞杆表面的硬质PVD修复镀层及其制备方法，采用非平衡磁控溅射气象沉积法，配备纯金属靶材，在气密性不合格的活塞杆电镀层表面沉积单层硬质金属。本发明可将电镀层的气孔和网状贯通性裂纹堵住，并在表面获得致密的镀层，达到阻断渗漏通道的作用。同时，PVD镀层与电镀层结合良好，硬度高，耐磨性好。本发明能够适用于经气密性检测不合格或使用一段时间气密性变差的再制造活塞杆气密件的修复。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：

本发明利用物理气象沉积(PVD)技术，采用非平衡磁控溅射薄膜沉积法，配备纯金属靶材，优选金属铬靶材，来完成在气密性检测不合格的活塞杆原有电镀层上沉积3~5μm致密的金属层。由于传统再制造活塞杆修复件电镀层较厚，不可避免的产生网状贯通性裂纹和孔隙，得不到致密的表层从而出现镀层漏气渗油的现象。而本发明中所采用的在电镀层上进行PVD镀铬工艺，是在非平衡磁控溅射装置中进行。一方面，本PVD技术是先将装置腔体抽至高真空后再充入氩气，磁控靶施加负电压产生辉光放电，产生氩离子轰击靶材表面，使靶材原子从靶表面溅射下来，通过磁场控制，沉积于活塞杆电镀层表面，使镀层沉积致密，减少了镀层表面孔隙的产生能改善修复后活塞杆的气密性；另一方面，本磁控溅射装置腔体内高真空度，有良好的扰动性和磁场气氛，使得PVD镀层可以填补电镀层表面的裂纹，从而显著提高活塞杆的气密性。同时，在电镀层上进行PVD镀金属也满足了配合尺寸的要求。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种活塞杆表面的硬质PVD修复镀层，是以气密性检测不良的活塞杆基体表面的原有电镀层作为金属镀层的受镀面并在原有电镀层上利用PVD方法沉积制备的一层金属镀层，使金属镀层修补气密性检测不合格的活塞杆电镀层表面的物理损伤缺陷，并使金属镀层与原有电镀层结合为一体，金属镀层材料是能与原有电镀层致密结合的金属材料。

作为本发明优选的技术方案，金属镀层的材料与原有电镀层材料一致。