本發明涉及表面處理,具體是一種轉子表面處理工藝。
背景技術:
1、真空泵轉子在實際運行中長期承受摩擦、沖擊、熱應力和腐蝕等多種耦合工況。現有表面強化技術如單一硬質涂層(如dlc、tin、crn)普遍存在脆性大、與基體結合力差的問題;多層涂層技術多采用簡單層疊結構,層間界面突變,易導致剝落;而梯度涂層技術則依賴復雜的多源蒸發設備或高能離子束控制,成本高、工藝窗口窄。
2、因此,亟需開發一種結合力強、耐磨性好、抗沖擊性強且工藝簡單的轉子表面處理技術。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種轉子表面處理工藝,旨在解決上述背景技術中所提到的問題。
2、為實現上述目的,本發明采用如下技術方案:所述轉子表面處理工涂層,自基體向外依次包括軟層a、硬層b和韌化層c;
3、軟層a由金屬mo或w與遞增含量的c或s形成的金屬潤滑復合層;
4、硬層b由金屬氮化物或碳氮化物形成;
5、軟層a與硬層b之間為連續成分和結構梯度區;
6、韌化層c為硬層b在320~420℃下經固態微擴散形成的納米晶-非晶混合結構。
7、進一步地,金屬氮化物或碳氮化物中的金屬為ti、cr或zr。
8、進一步地,涂層的結合力不低于70?n。
9、進一步地,韌化層c的厚度為0.8~1.2?μm。
10、本發明還提供上述涂層的制備方法,包括以下步驟:
11、(1)基體預處理及離子清洗;
12、(2)采用雙源金屬靶和微量反應氣體進行反應濺射,形成成分遞增的軟層a;
13、(3)通過動態調控反應氣氛,實現軟層a向硬層b的連續梯度過渡,形成硬層b;
14、(4)在真空環境下,對硬層b進行320~420℃、20~50分鐘的擴散調質,形成韌化層c;
15、(5)在所述韌化層c表面開設周期性微凹坑,所述微凹坑可用于儲存潤滑介質;
16、(6)進行后處理,包括低能氮等離子體鈍化。
17、優選地,反應氣體為c2h2或h2s,含量不超過1%。
18、優選地,沉積過程中基體偏壓由-40-80?v逐漸提升至-120-160?v。
19、優選地,擴散調質過程中冷卻速度為5~8℃/min。
20、優選地,軟層a的厚度為1~3?μm,硬層b的厚度為3~8?μm
21、本發明的有益效果是:
22、通過軟層a與硬層b之間的連續成分梯度設計,實現了從基體到涂層界面的力學性能平緩過渡,避免了傳統多層涂層因界面突變而導致的應力集中和剝落問題。軟層a兼具高延展性與潤滑功能,可有效緩沖外部沖擊與熱應力,提升了涂層的整體結合強度。
23、硬層b采用金屬氮化物/碳氮化物納米晶結構,具有優異的硬度和耐磨性;同時,軟層中引入的c或s元素可形成自潤滑相,在摩擦過程中起到減摩作用。實施例表明,涂層摩擦系數最低可達0.12~0.26,適用于高速、高載摩擦工況。
24、韌化層c通過固態擴散調質工藝在硬層表面原位形成,無需額外沉積材料或復雜設備,該工藝可在320~420℃溫和條件下實現納米晶-非晶混合結構的可控構筑,顯著提升涂層的抗沖擊性和抗疲勞性能,避免脆性斷裂。
25、韌性層c表面的微凹坑,既可以儲存潤滑介質(油/脂),實現持續潤滑,又可以捕捉磨損顆粒,降低磨粒磨損,還能夠增強表面散熱能力,降低摩擦升溫。
1.一種轉子表面處理涂層,其特征是,所述涂層自基體向外依次包括:軟層a、硬層b及經擴散調質生成的韌化層c,其中:
2.根據權利要求1所述的涂層,其特征在于,所述金屬氮化物或碳氮化物中的金屬為ti、cr或zr。
3.根據權利要求1所述的涂層,其特征在于,所述涂層的結合力不低于70n。
4.根據權利要求1所述的涂層,其特征在于,所述韌化層c的厚度為0.8~1.2μm。
5.一種制備如權利要求1~4任一項所述的轉子表面處理涂層的方法,其特征在于,包括以下步驟:
6.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述步驟②中反應氣體為c2h2或h2s,含量不超過1%。
7.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述步驟②和③中基體偏壓由-40-80v逐漸提升至-120-160v。
8.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述擴散調質過程中的冷卻速度為5~8℃/min。
9.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述軟層a的厚度為1~3μm,硬層b的厚度為3~8μm。
10.根據權利要求5所述的方法,其特征在于,所述軟層a與硬層b的總厚度為4~11μm。