專利名稱：一種新型噴油泵控制閥套及其表面處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種柴油機部件，尤其是柴油機的噴油泵控制閥套及其表面處理方法。
背景技術：
噴油泵的功用是按照柴油機的運行工況和氣缸工作順序，以一定的規(guī)律，定時定量地向噴油器輸送高壓燃油?？刂崎y套與出油閥座是噴油泵中一對精密偶件，稱為控制閥偶件。在高速運動過程中，控制閥套的密封面易發(fā)生磨損和穴蝕，使其與出油閥座的間隙變大，容易導致發(fā)動機供油能力下降，效率降低以及油料浪費。近年來，為了提高噴油效率，柴油發(fā)動機中噴油泵的噴油壓力逐漸提高，這使得控制閥套的工況越來越惡劣，加之國內(nèi)燃油的品質(zhì)問題，更加劇了出油閥偶件的磨損，造成使用壽命大大縮短，達不到設計需要。因而提高控制閥套的抗磨損能力和使用壽命，對提高噴油泵噴油壓力，改善噴油效能，滿足不斷提高的排放要求，對于保護環(huán)境、節(jié)能減排具有重大意義。一般控制閥套用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，經(jīng)過精細加工和配對研磨。但由于控制閥套密封面對尺寸的精度要求較高，傳統(tǒng)的表面改性技術(如噴涂、磷化等)達不到精度要求；另外，傳統(tǒng)表面處理技術也無法滿足控制閥套愈發(fā)惡劣的工作環(huán)境的要求，因此需要一種對控制閥套密封面尺寸精度影響較小又能顯著提高其抗磨損能力的新型表面處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型噴油泵控制閥套，該控制閥套應具有高表面硬度、高耐磨性和高抗穴蝕性的特點，并且使用壽命長。本發(fā)明的另一目的是提供一種新型噴油泵控制閥套的表面處理方法，該方法應能夠方便有效地在控制閥套表面沉積納米多層梯度復合膜，以提高控制閥套的各項機械性倉泛。本發(fā)明提供的技術方案是一種新型噴油泵控制閥套；包括鋼質(zhì)閥套本體；其特征在于該閥套本體的表面包覆有納米多層梯度復合膜，該復合膜包含三層結構，底層為粘結在閥套本體表面的金屬鉻打底層，厚度為O. f2um;中間層為CrN成分梯度過渡層，厚度為O. 2^2um ;外表層為CrN/MoN納米多層復合結構層，厚度為I. Γ Οιιπι。所述金屬鉻打底層由鉻原子組成；所述CrN成分梯度過渡層中，氮原子與鉻原子的比例為(Tl:l ;所述CrN/MoN納米多層復合結構層中氮化鉻與氮化鑰的分子數(shù)量比例為f 2:1，其中CrN中鉻原子與氮原子的比例為O. 5^1:1, MoN中鑰原子與氮原子的比例為 O. 5 2:I。所述納米多層梯度復合膜的厚度為I. 7 10 μ m。一種新型噴油泵控制閥套及其表面處理方法；包括以下步驟
I)溶液清洗
采用金屬除油清洗劑對鋼質(zhì)閥套本體進行超聲波清洗30分鐘；2)離子清洗
清洗后的閥套本體放入閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空腔中，進行離子濺射清洗，時間為2(Γ60分鐘；
3)鍍膜
在閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空腔中，依次對閥套本體進行3 30分鐘的鉻離子濺射以形成金屬鉻打底層，逐漸通入氮氣進行2(Γ80分鐘的鉻離子濺射以形成CrN 成分梯度過渡層，保持氮氣量不變進行45 180分鐘鉻離子濺射、鑰離子濺射以形成CrN/ MoN納米多層復合結構層。形成CrN/MoN納米多層復合結構層時，閥套本體由工件架托盤帶動著運動，以利于復合膜的厚度均勻。本發(fā)明的有益效果是，由于控制閥套表面沉積了納米多層梯度復合膜，該復合膜層具有低摩擦系數(shù)、高硬度和高結合強度的特點(硬度為1800mT2800HV，摩擦系數(shù)為 O. 18^0. 55，比磨損率為I. 6X 10_16 8X 10_16 m3/Nm),能夠顯著提高控制閥套表面硬度和耐磨性，延長使用壽命，有效抵御高壓噴射燃油的沖蝕和油中雜質(zhì)微粒的沖擊。由于采用了閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備，因而能夠方便有效地在控制閥套表面沉積納米多層梯度復合膜，進而顯著提高了控制閥套的表面硬度和耐磨性，大幅度延長了控制閥套的使用壽命。


圖I是控制閥套的主視結構示意圖。圖2是控制閥套的俯視結構示意圖。圖3是閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備的工作原理圖。
具體實施例方式圖I、圖2所示的新型噴油泵控制閥套示意圖中，鋼質(zhì)閥套本體10的表面包覆有納米多層梯度復合膜(其中的錐面10-1為尤其重要的配合工作面，必須包覆納米多層梯度復合膜)，該復合膜包含三層結構，底層為粘結在閥套本體表面的金屬鉻打底層，厚度為
O.f 2um ;中間層為CrN成分梯度過渡層，厚度為O. 2^2um ;外表層為CrN/MoN納米多層復合結構層；厚度為I. 4 10um。所述金屬鉻打底層由鉻原子組成；所述CrN成分梯度過渡層為氮原子逐漸增多的過程，其中氮原子與鉻原子的比例為(Tl: I ;所述CrN/MoN納米多層復合結構層中氮化鉻與氮化鑰的分子數(shù)量比例為廣2:1，其中CrN中鉻原子與氮原子的比例為O. 5^1:1, MoN中鑰原子與氮原子的比例為O. 5 2: I。除特別注明之外，本文所述比例均為原子數(shù)量比。本發(fā)明所述控制閥套表面沉積的納米多層梯度復合膜，通過閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備(外購設備)實現(xiàn)。該設備的主要結構為含有四個垂直于水平面且相互以90 度角環(huán)形排列的磁控靶形成閉合場(如圖3所示)，其中I和2為金屬鉻靶，3和4為金屬鑰靶；5，6為真空腔內(nèi)安放控制閥套的工件架托盤的旋轉(zhuǎn)軸。整個處理方法的流程如下一、將鋼質(zhì)閥套本體使用金屬除油清洗劑(如丙酮)，進行超聲波清洗30分鐘，充分干燥后裝入夾具，然后置入閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空腔內(nèi)，抽真空至 2 5 X I (T5Torr。二、向真空腔內(nèi)通入氬氣，純度為99. 99%，流量為30SCCm;將設備參數(shù)調(diào)節(jié)至離子清洗工藝，具體為脈沖偏壓40(T800V，脈沖頻率10(Γ300ΚΗζ，脈沖寬度35(Tl500ns，四個金屬靶靶電流O. 2^0. 8A，離子濺射清洗時間為2(Γ60分鐘。三、將脈沖偏壓降低至15(T300V，將兩個鉻靶靶電流提高至2 I保持其他參數(shù)不變，對閥套本體進行金屬靶材的預濺射清洗，時間為5 10分鐘。四、將脈沖偏壓降低至45 120V，將兩個鉻靶靶電流調(diào)整至3 8Α，保持其他參數(shù)不變，沉積金屬鉻打底層，時間為8 30分鐘。五、向真空腔內(nèi)通入氮氣，純度為99. 99%，保持其他參數(shù)不變，利用設備自身的光譜監(jiān)測系統(tǒng)自動控制氮氣流量大小，以獲得CrN成分梯度過渡層，時間為2(Γ80分鐘。六、將兩個鑰靶靶電流調(diào)整至3 8Α，隨著工件架的旋轉(zhuǎn)，在閥套本體表面沉積 CrN/MoN納米多層復合結構層，時間為45 180分鐘。實施例I :
鋼質(zhì)閥套本體表面的納米多層梯度復合膜包含三層結構，底層為覆蓋在控制閥套本體上的金屬鉻打底層，厚度為O. Ium,由鉻原子組成；中間層為CrN成分梯度過渡層，厚度為 2um，其中氮原子與鉻原子的比例為(Tl: I ;外表層為CrN/MoN納米多層復合結構層，厚度為
I.4um，其中的氮化鉻與氮化鑰的分子數(shù)量比例為1:1，其中CrN中鉻原子與氮原子的比例為O. 5:1，MoN中鑰原子與氮原子的比例為O. 5:1。實施例2
鋼質(zhì)閥套本體表面的納米多層梯度復合膜包含三層結構，底層為覆蓋在控制閥套本體上的金屬鉻打底層，厚度為lum，由鉻原子組成；中間層CrN成分梯度過渡層，厚度為lum， 其中氮原子與鉻原子的比例為(Γ0. 5:1 ;外表層為CrN/MoN納米多層復合結構層，厚度為 6um，其中的氮化鉻與氮化鑰的分子數(shù)量比例為I. 5:1，其中CrN中鉻原子與氮原子的比例為O. 7:1，MoN中鑰原子與氮原子的比例為1:1。實施例3
鋼質(zhì)閥套本體表面的納米多層梯度復合膜包含三層結構，底層為覆蓋在控制閥套本體上的金屬鉻打底層，厚度為2um，由鉻原子組成；中間層CrN成分梯度過渡層，厚度為I. 2um, 其中氮原子與鉻原子的比例為(Tl:l ;外表層為CrN/MoN納米多層復合結構層，厚度為 lOum，其中的氮化鉻與氮化鑰的分子數(shù)量比例為2:1，其中CrN中鉻原子與氮原子的比例為 1:1，MoN中鑰原子與氮原子的比例為2:1。
權利要求
1.一種新型噴油泵控制閥套；包括鋼質(zhì)閥套本體(10);其特征在于該閥套本體的表面包覆有納米多層梯度復合膜，該復合膜包含三層結構，底層為粘結在閥套本體表面的金屬鉻打底層，厚度為O. f 2um ;中間層為CrN成分梯度過渡層，厚度為O. 2^2um ;外表層為CrN/ MoN納米多層復合結構層，厚度為I. 4 10um。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種新型噴油泵控制閥套，其特征在于所述金屬鉻打底層由鉻原子組成；所述CrN成分梯度過渡層中，氮原子與鉻原子的比例為(Tl:l ;所述CrN/ MoN納米多層復合結構層中氮化鉻與氮化鑰的分子數(shù)量比例為f 2:1，其中CrN中鉻原子與氮原子的比例為O. 5^1:1, MoN中鑰原子與氮原子的比例為O. 5 2:1。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種新型噴油泵控制閥套，其特征在于所述納米多層梯度復合膜的厚度為I. 7 10 μ m。
4.一種新型噴油泵控制閥套的表面處理方法；包括以下步驟1)溶液清洗采用金屬除油清洗劑對鋼質(zhì)閥套本體進行超聲波清洗30分鐘；2)離子清洗清洗后的閥套本體放入閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空腔中，進行離子濺射清洗，時間為2(Γ60分鐘；3)鍍膜在閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空腔中，依次對閥套本體進行3 30分鐘的鉻離子濺射以形成金屬鉻打底層，逐漸通入氮氣進行2(Γ80分鐘的鉻離子濺射以形成CrN 成分梯度過渡層，保持氮氣量不變進行45 180分鐘鉻離子濺射、鑰離子濺射以形成CrN/ MoN納米多層復合結構層。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種新型噴油泵控制閥套的表面處理方法，其特征在于形成CrN/MoN納米多層復合結構層時，閥套本體由工件架托盤帶動著運動，以利于復合膜的厚度均勻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柴油機的噴油泵控制閥套及其表面處理方法。所要解決的技術問題是提供的控制閥套應具有高表面硬度的特點；提供的方法應能夠方便有效地在控制閥套表面沉積納米多層梯度復合膜。技術方案是一種新型噴油泵控制閥套；包括鋼質(zhì)閥套本體；其特征在于該閥套本體的表面包覆有納米多層梯度復合膜，該復合膜包含三層結構，底層為粘結在閥套本體表面的金屬鉻打底層，厚度為0.1~2μm；中間層為CrN成分梯度過渡層，厚度為0.2~2μm；外表層為CrN/MoN納米多層復合結構層，厚度為1.4~10μm。表面處理方法；包括以下步驟1)溶液清洗；2)離子清洗；3)鍍膜。
文檔編號C23C14/06GK102588175SQ201210016880
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2012年1月19日
發(fā)明者于磊, 周丹華, 張碧云, 朱欣蔚, 李凡巧 申請人:浙江匯錦梯爾鍍層科技有限公司