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可提高分油活门自润滑性的方法

阅读：404发布：2020-05-08

专利汇可以提供可提高分油活门自润滑性的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于材料表面处理领域，涉及一种可提高分油活门自润滑性的方法。包括以下步骤：1)采用丙酮对零件进行超声波清洗；2)将零件装炉后，进行离子束溅射清洗；3)进行N 离子注入；4)进行N离子注入与Ta离子溅射沉积。本发明提供了一种可提高零件表面硬度及抗腐蚀性能以及可降低零件表面摩擦系数的可提高分油活门自润滑性的方法。，下面是可提高分油活门自润滑性的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述可提高分油活门自润滑性的方法包括以下步骤：
1)采用丙酮对零件进行超声波清洗；
2)将零件装炉后，进行离子束溅射清洗；
3)进行N离子注入；
4)进行N离子注入与Ta离子溅射沉积。
2.根据权利要求1所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述步骤2)的-3
具体实现方式是：将零件装炉后，在真空室真空度≤2.0×10 Pa、供氮气至气压为1.0～1.2×10-2Pa的条件下进行离子束溅射清洗，清洗10分钟。
3.根据权利要求2所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述离子束溅射清洗的工艺参数是：灯丝电流6～15A，弧压71.0V，弧流0.2A，引出电压100V，引出电流
1.4mA，抑制电压1.4Kv，抑制电流0.7mA，加速电压10.0Kv，加速电流0.2mA。
4.根据权利要求3所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：在真空室真空度≤2.0×10-3Pa，供氮气至气压为1.0～1.2×10-2Pa的条件下进行N离子注入。
5.根据权利要求4所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述N离子注入包括第一次N离子注入、第二次N离子注入以及第三次N离子注入；所述第一次N离子注入的工艺参数是灯丝电流6～15A，弧压71.0V，弧流0.05A，引出电压100V，引出电流0.7mA，抑制电压1.4Kv，抑制电流0.3mA，加速电压50.2Kv，加速电流1.5mA，第一次N离子注入时间
60min，在第一次N离子注入完成后休息20min进行第二次N离子注入；所述第二次N离子注入的工艺参数与第一次N离子注入的工艺参数完全相同，在第二次N离子注入完成后休息
20min进行第三次N离子注入；所述第三次N离子注入的工艺参数与第一次N离子注入的工艺参数完全相同。
6.根据权利要求5所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述步骤4)的具体实现方式是：调节氮气气压至9.0～9.2×10-3Pa，供氩气至气压为1.3～1.5×10-2Pa时，进行N离子注入与Ta离子溅射沉积。
7.根据权利要求6所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述N离子注入与Ta离子溅射沉积包括第一次沉积过程、第二次沉积过程以及第三次沉积过程；所述第一次沉积过程包括N离子注入以及Ta离子沉积；所述第一次沉积过程中的N离子注入的工艺参数是：灯丝电流6～15A，弧压68.0V，弧流0.05A，引出电压110V，引出电流1.0mA，抑制电压
1.4Kv，抑制电流0.3mA，加速电压50.4Kv，加速电流1.5mA；所述第一次沉积过程中的Ta离子沉积的工艺参数是：灯丝电流6～15A，弧压72.0V，弧流0.6A，抑制电压195Kv，抑制电流
4.8mA，加速电压2.8Kv，加速电流52.0mA；所述第一次沉积过程中的N离子注入以及Ta离子沉积的时间之和是120min；在第一次沉积过程完成后休息20min进行第二次沉积过程；所述第二次沉积过程与第一次沉积过程完全相同，在第二次沉积过程完成后休息20min进行第三次沉积过程；所述第三次沉积过程与第一次沉积过程完全相同。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述步骤1)中采用丙酮对零件进行超声波清洗8～10分钟。
9.根据权利要求8所述的可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述零件的材质是9Cr18。

说明书全文

可提高分油活门自润滑性的方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料表面处理领域，涉及一种可提高分油活门自润滑性的方法。

背景技术

[0002] 分油活门是飞机发动机上的关键零部件之一，工作时活门高速旋转，转速达4000～4700转/分。自更换3#航空煤油以来，该零件多次发生卡死故障，故障原因为3#煤油润滑性偏低，油膜强度低，当快收油门或急增/降转速时，分油活门受外力作用失去平衡，在不同心的轴向作用力下，侧向受力增大，瞬间破坏油膜，继而在润滑条件不良的情况下，分油活门与衬套产生了黏着磨损，导致分油活门卡死。

发明内容

[0003] 为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可提高零件表面硬度及抗腐蚀性能以及可降低零件表面摩擦系数的可提高分油活门自润滑性的方法。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0005] 一种可提高分油活门自润滑性的方法，其特征在于：所述可提高分油活门自润滑性的方法包括以下步骤：

[0006] 1)采用丙酮对零件进行超声波清洗；

[0007] 2)将零件装炉后，进行离子束溅射清洗；

[0008] 3)进行N离子注入；

[0009] 4)进行N离子注入与Ta离子溅射沉积。

[0010] 上述步骤2)的具体实现方式是：将零件装炉后，在真空室真空度≤2.0×10-3Pa、供氮气至气压为1.0～1.2×10-2Pa的条件下进行离子束溅射清洗，清洗10分钟。

[0011] 上述离子束溅射清洗的工艺参数是：灯丝电流6～15A，弧压71.0V，弧流0.2A，引出电压100V，引出电流1.4mA，抑制电压1.4Kv，抑制电流0.7mA，加速电压10.0Kv，加速电流0.2mA。

[0012] 上述步骤3)的具体实现方式是：在真空室真空度≤2.0×10-3Pa，供氮气至气压为1.0～1.2×10-2Pa的条件下进行N离子注入。

[0013] 上述N离子注入包括第一次N离子注入、第二次N离子注入以及第三次N离子注入；所述第一次N离子注入的工艺参数是灯丝电流6～15A，弧压71.0V，弧流0.05A，引出电压
100V，引出电流0.7mA，抑制电压1.4Kv，抑制电流0.3mA，加速电压50.2Kv，加速电流1.5mA，第一次N离子注入时间60min，在第一次N离子注入完成后休息20min进行第二次N离子注入；
所述第二次N离子注入的工艺参数与第一次N离子注入的工艺参数完全相同，在第二次N离子注入完成后休息20min进行第三次N离子注入；所述第三次N离子注入的工艺参数与第一次N离子注入的工艺参数完全相同。

[0014] 上述步骤4)的具体实现方式是：调节氮气气压至9.0～9.2×10-3Pa，供氩气至气压为1.3～1.5×10-2Pa时，进行N离子注入与Ta离子溅射沉积。

[0015] 上述N离子注入与Ta离子溅射沉积包括第一次沉积过程、第二次沉积过程以及第三次沉积过程；所述第一次沉积过程包括N离子注入以及Ta离子沉积；所述第一次沉积过程中的N离子注入的工艺参数是：灯丝电流6～15A，弧压68.0V，弧流0.05A，引出电压110V，引出电流1.0mA，抑制电压1.4Kv，抑制电流0.3mA，加速电压50.4Kv，加速电流1.5mA；所述第一次沉积过程中的Ta离子沉积的工艺参数是：灯丝电流6～15A，弧压72.0V，弧流0.6A，抑制电压195Kv，抑制电流4.8mA，加速电压2.8Kv，加速电流52.0mA；所述第一次沉积过程中的N离子注入以及Ta离子沉积的时间之和是120min；在第一次沉积过程完成后休息20min进行第二次沉积过程；所述第二次沉积过程与第一次沉积过程完全相同，在第二次沉积过程完成后休息20min进行第三次沉积过程；所述第三次沉积过程与第一次沉积过程完全相同。

[0016] 上述步骤1)中采用丙酮对零件进行超声波清洗8～10分钟。

[0017] 上述零件的材质是9Cr18。

[0018] 本发明的优点是：

[0019] 本发明提供了一种可提高分油活门自润滑性的方法，该方法在分油活门(9Cr18)表面注入N、Ta离子，对其表面进行改性。N离子注入后形成间隙固溶体，对位错很强的钉扎作用对基体产生固溶强化，而氮化物的形成更有很强的位错强化与弥散强化等作用，这一系列的强化导致基体材料表面硬化，表面摩擦系数降低，抗磨损特性增强。而Ta由于其自身极高的抗腐蚀性，注入后可提高零件表面的抗腐蚀性能。经本发明所提供的方法，分油活门离子注入层硬度提高至700～710HV0.5，基体注入层以外区域硬度无改变。N离子在原子百分比大于10％的范围内，注入深度大于1000埃；而在注入深度范围内，N原子百分比浓度为39.6％。Ta离子在原子百分比大于10％的范围内，注入深度大于500埃；而在注入深度范围内，N原子百分比浓度为52.3％。且对注入N、Ta离子的分油活门组件进行300小时1：1.5倍寿命的长试考核，分油活门磨合正常，长试前后尺寸无变化，附件性能稳定，工作正常，终录取性能，分解故检，微分测量结果均复合技术条件要求。

具体实施方式

[0020] 为了适应3#航空煤油，解决活门卡死故障，本发明在分油活门(9Cr18)表面注入N、Ta离子，对其表面进行改性。N离子注入后形成间隙固溶体，对位错很强的钉扎作用对基体产生固溶强化，而氮化物的形成更有很强的位错强化与弥散强化等作用，这一系列的强化导致基体材料表面硬化，表面摩擦系数降低，抗磨损特性增强。而Ta由于其自身极高的抗腐蚀性，注入后可提高零件表面的抗腐蚀性能。

[0021] 本发明在分油活门表面注入N离子及离子束溅射沉积Ta离子，后进行注入前后进行表面维氏硬度、基体洛氏硬度、离子注入与沉积元素浓度与深度检测及附件长试考核。具体工艺过程如下所述：

[0022] 1、零件前处理：

[0023] 采用丙酮对零件超声波清洗(8～10)分钟。

[0024] 2、离子束表面强化处理：

[0025] 将零件装炉后，抽真空室真空度至≤2.0×10-3Pa，供氮气至气压为(1.0～1.2)×10-2Pa，按表1参数进行离子束溅射清洗10分钟。

[0026] 3、N离子注入：真空室真空度≤2.0×10-3Pa供氮气至气压为(1.0～1.2)×10-2Pa，按表2所示参数进行N离子注入。

[0027] 表1离子束溅射清洗工艺参数

[0028]

[0029] 表2N离子注入工艺参数

[0030]

[0031] 表3N离子注入+氩离子溅射沉积Ta工艺参数

[0032]

[0033] 4、N离子注入+氩离子溅射沉积Ta

[0034] 调节氮气气压至(9.0～9.2)×10-3Pa约，供氩气至气压为(1.3～1.5)×10-2Pa时，按表3所示参数进行N离子注入与Ta离子溅射沉积。

[0035] 经检测，分油活门离子注入层硬度提高至700～710HV0.5，基体注入层以外区域硬度无改变。N离子在原子百分比大于10％的范围内，注入深度大于1000埃；而在注入深度范围内，N原子百分比浓度为39.6％。Ta离子在原子百分比大于10％的范围内，注入深度大于500埃；而在注入深度范围内，N原子百分比浓度为52.3％。且对注入N、Ta离子的分油活门组件进行300小时1：1.5倍寿命的长试考核，分油活门磨合正常，长试前后尺寸无变化，附件性能稳定，工作正常，终录取性能，分解故检，微分测量结果均复合技术条件要求。

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