专利名称：一种环保的活塞环表面改性方法
技术领域：
本发明涉及一种环保的活塞环表面改性方法，更确切地说是涉及一种用物理气相沉积和激光表面改性相结合的方法对活塞环表面进行镀铬，属于材料表面工程领域。
背景技术：
活塞环是内燃机的一项重要构件，它的性能的优劣直接关系着内燃机的质量。耐磨性是活塞环材料最重要的性能之一，为提高其耐磨性，延长其使用寿命，对活塞环的表面进行处理是十分必要的。最普遍的方法是镀硬铬，使用镀铬活塞环可成倍提高活塞环的使用寿命，一般对第一道气环及撑簧油环的外圆面镀硬铬，也有在此基础上再增加侧面镀铬的。镀硬铬的活塞环占活塞环总数50％-70％，目前镀铬活塞环普遍采用电镀的工艺方法。在电镀法镀铬的生产工艺过程中，有大量的有害气体排放到大气中，影响到操作者的健康并造成大气污染，尤其是电镀液中的六价铬离子对环境的污染非常大。随着世界各国环保意识的增强，在保证材料具有满意使用性能的前提下，采用各种措施降低材料在加工和使用过程中对环境的影响是材料科学工作者目前着力研究的一个方面。欲实现传统材料工业的可持续发展，关键是要采用环保的技术，减轻材料生产过程中给环境增加的负担。因此，在活塞环的表面处理技术上，发展环保的技术具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保的活塞环表面改性方法，该改性方法具有快速、安全、过程容易控制等优点，其能够解决电镀工艺中镀铬层与活塞环基底的结合强度偏低以及造成环境污染的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案一本环保的活塞环表面改性方法，其特征是将物理气相沉积和激光表面改性相结合在活塞环表面沉积铬，首先利用物理气相沉积的方法在活塞环表面沉积上一层铬，然后利用激光器对镀铬层进行激光表面改性，增加镀层与基底的结合强度。其具体操作步骤如下1.活塞环的镀面预处理将活塞环的镀面进行打磨或抛光，达到一定的光洁度，然后再对活塞环进行清洗，保持活塞环表面清洁；2.镀铬用物理气相沉积的方法(包括蒸发镀膜法、溅射镀膜法、离子镀膜法、分子束外延镀膜法)在活塞环表面镀铬；3.激光表面改性用CO2激光器或YAG激光器对镀铬层表面采用脉冲方式进行激光热处理，工作气氛为大气或惰性气体。
在上述的工艺中，铬层的厚度一般为1μm-1500μm。在激光表面改性步骤中，如果镀铬层发生熔融，最后还需要再进行镀面的抛光处理，以保证镀铬面的光滑程度。
应用本发明提供的方法得到的镀铬活塞环，其镀铬膜面光滑且微裂纹多，利于润滑，镀层中的铬能够扩散到活塞环的基底中，因而镀铬层与活塞环基底的结合力优于传统电镀法制备的镀铬活塞环。由于激光热处理具有瞬时加热、快速冷却、温度梯度大的特点，该方法不改变活塞环本身材料的微结构。此外，本发明的另一个突出优点是该方法不会对环境造成污染，避免了电镀工艺中有害气体和电镀液的排放。
图1经激光表面改性后溅射沉积铬膜的扫描电镜图像；图2经YAG激光表面改性后，电子探针测得的铬元素分布曲线，采用Co的Kα辐射。图中横坐标的零点为镀铬层的表面，横坐标上的数据代表该点与镀层表面的距离。
具体实施例方式
下面的实例是为了进一步阐明本发明的工艺过程特征而非限制本发明。
取汽车活塞环材料为样品，用细金相砂纸打磨后，再经抛光处理达到一定的光洁度。在无水乙醇中经超声清洗后待用。将清洁的活塞环进行磁控溅射镀铬膜，溅射的速率为10nm/min，溅射得到铬膜的厚度为500μm。最后用YAG激光器对镀膜进行表面改性，脉冲频率为1KHz，，脉冲电流为15A，扫描速度为30mm/sec。
附图1为经激光表面改性后溅射沉积铬膜的扫描电镜图像，可以清晰观察到膜面上有很多对润滑有利的微裂纹，该铬膜与传统电镀法中铬膜的微结构相近。
附图2为经YAG激光表面改性后铬元素的分布曲线，从图中可知镀层中的铬已向基底进行扩散，因而增加了镀层与基底的结合力，提高了活塞环的使用寿命。
权利要求
1.一种环保的活塞环表面改性方法，其特征在于将物理气相沉积和激光表面改性相结合在活塞环表面沉积铬，首先利用物理气相沉积的方法在活塞环表面沉积上一层铬，然后利用激光器对镀铬层进行激光表面改性，增加镀层与基底的结合强度。
2.如权利要求1所述的活塞环表面改性方法，其特征在于通过如下具体步骤实现(1)活塞环的镀面预处理将活塞环的镀面进行打磨或抛光，达到一定的光洁度，然后再对活塞环进行清洗，保持活塞环表面清洁；(2)镀铬用物理气相沉积的方法在活塞环表面镀铬；(3)激光表面改性用CO2激光器或YAG激光器对镀铬层表面采用脉冲方式进行激光热处理，工作气氛为大气或惰性气体。
3.如权利要求2所述的活塞环表面改性方法，其特征在于物理气相沉积的方法为蒸发镀膜法、溅射镀膜法、离子镀膜法和分子束外延镀膜法中的任何一种。
4.如权利要求2所述的活塞环表面改性方法，其特征在于物理气相沉积的铬层薄膜的厚度为1μm-1500μm。
全文摘要
本发明涉及一种环保的活塞环表面改性方法，其主要特征是用物理气相沉积和激光表面改性相结合的方法对活塞环表面镀铬，属于材料表面工程领域。本发明首先用物理气相沉积的方法在活塞环表面镀铬，铬层的厚度为1μm－1500μm，然后用CO
文档编号C23C14/14GK1752293SQ20051011268
公开日2006年3月29日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者贺淑莉, 张存林, 王一红 申请人:首都师范大学