ICS27.020

CCSJ93

團體標準

T/CICEIA/CAMSXXXX—XXXX

內(nèi)燃機搖臂滾輪銷、活塞銷類金剛石涂層

（DLC）

工藝規(guī)范

Internalcombustionengines-Diamond-likecarboncoating（DLC）process

specificationsforrollerpinandpistonpin

（征求意見稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

20XX-XX-XX發(fā)布20XX-XX-XX實施

中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會

中國機械工業(yè)標準化技術(shù)協(xié)會發(fā)布

T/CICEIA/CAMSXXXX—XXXX

內(nèi)燃機搖臂滾輪銷、活塞銷類金剛石涂層（DLC）

工藝規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了內(nèi)燃機搖臂滾輪銷、活塞銷類金剛石涂層（DLC）的術(shù)語和定義、涂層設(shè)備、技術(shù)要

求、工藝規(guī)范、檢驗方法。

本文件適用于內(nèi)燃機搖臂滾輪銷、活塞銷類金剛石涂層（DLC）涂層工藝。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T10610-2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法

GB/T11164-2011真空鍍膜設(shè)備通用技術(shù)條件

GB/T230.1-2018金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法

GB/T3163-2007真空技術(shù)術(shù)語

GB/T25898-2010儀器化納米壓入試驗方法薄膜的壓入硬度和彈性模量

GB/T30707-2014精細陶瓷涂層結(jié)合力試驗方法劃痕法

GB/T31563-2015金屬覆蓋層厚度測量掃描電鏡法

JB/T7707-1995離子鍍硬膜厚度試驗方法球磨法

JB/T8945-2010真空濺射鍍膜設(shè)備

ISO22462:2020金屬和其他無機涂層化學轉(zhuǎn)化涂層摩擦系數(shù)測量的試驗方法

VDI3198-1992冷成型刀具的CVD和PVD涂層

3術(shù)語和定義

GB/T3163-2007界定的術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

涂層coating

涂層是厚度超過1μm并具有特定性能的覆蓋層。

3.2

類金剛石涂層diamond-likecarboncoating

類金剛石涂層是含有大量sp3鍵亞穩(wěn)態(tài)的非晶碳涂層。

3.3

含氫非晶碳hydrogenatedamorphouscarbon

含氫非晶碳是在沉積過程中采用了含氫氣體參與反應(yīng)的而形成的類金剛石，簡稱：a-C:H。

3.4

離子清洗Ioncleaning

離子清洗是利用等離子體對基片表面進行轟擊的清洗方法。

3.5

打底層base-layer

3

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打底層是沉積在基片表面的第一層薄膜，以提高涂層的結(jié)合強度。

3.6

過渡層transition-layer

過渡層是介于打底層和功能層之間的鍍層。

4真空鍍膜設(shè)備

4.1總則

真空鍍膜設(shè)備包括真空鍍膜機、爐架、水冷設(shè)備、供氣系統(tǒng)。

4.2真空鍍膜機

真空鍍膜機應(yīng)符合GB/T11164-2011和JB/T8945-2010的要求，并同時具備磁控濺射、等離子體輔

助（增強）化學氣相沉積能力。

4.3爐架

用于承載夾具和被涂層工件，可在電動馬達驅(qū)動下實現(xiàn)爐內(nèi)自轉(zhuǎn)。

4.4水冷設(shè)備

為真空鍍膜機腔體、電源、陰極、陽極、泵組、電柜等裝置提供冷卻，保證設(shè)備安全和工藝穩(wěn)定。

4.5供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)如下：

a）供氣站：供氣站用于存放氬氣、乙炔、氫氣、甲烷、氮氣等工作氣體或反應(yīng)氣體。氣體瓶（罐）

出口設(shè)置減壓閥并與真空鍍膜機的供氣管道密封連接；

b）壓縮空氣：為鍍膜機的工作提供動力氣體和稀釋氣體。

5技術(shù)要求

5.1涂層結(jié)構(gòu)

類金剛石涂層結(jié)構(gòu)分為金屬打底層、過渡層1、過渡層2和a-C:H層。金屬打底層為Cr或Ti；過渡層1

為打底層金屬和MeC或者打底層金屬與a-C:H:Me的復(fù)合過渡層；過渡層2為a-C:H:Me，其中C含量由內(nèi)向

外梯度升高。DLC層為a-C:H層，屬于含氫類金剛石，由含碳氫類氣體合成。典型的類金剛石涂層結(jié)構(gòu)見

圖1。

圖1典型類金剛石涂層結(jié)構(gòu)示意圖

5.2涂層厚度

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類金剛石涂層總厚度一般不低于1.5μm，其中DLC層厚度不低于1μm，厚度也可根據(jù)技術(shù)要求設(shè)

定。

5.3結(jié)合強度

5.3.1壓痕結(jié)合強度

當涂層總厚度不超過2μm時，結(jié)合強度范圍為HF1-HF2；當涂層總厚度超過2μm時，結(jié)合強度

范圍為HF1-HF3。

5.3.2劃痕結(jié)合強度

當基片硬度不低于58HRC時，類金剛石涂層劃痕結(jié)合力Lc2不低于30N。

5.4涂層硬度

涂層硬度應(yīng)不低于18GPa。

5.5基片硬度變化

涂層后的基片硬度值降低量不超過1HRC。

5.6殘余磁性

涂層后搖臂滾輪銷、活塞銷剩磁不超過0.3mT。

5.7粗糙度

涂層后基片表面平均粗糙度增加值不超過Ra0.03μm。

5.8摩擦系數(shù)

類金剛石涂層對鋼球摩擦系數(shù)不超過0.25，對氧化鋁陶瓷球摩擦系數(shù)不超過0.1。

5.9外觀

5.9.1一般要求

產(chǎn)品工作面應(yīng)無色差、脫膜、凹陷、銹蝕、水印、臟污、燒傷、凸起、缺口、毛刺、劃傷等。

5.9.2工作面色差

同一爐產(chǎn)品涂層色澤應(yīng)一致，在厚度和結(jié)合力合格的情況下，若產(chǎn)品表面有輕微顏色差異，可視為

合格品；產(chǎn)品表面不應(yīng)有明顯顏色差異或發(fā)彩。

5.9.3工作面白點

發(fā)生于工作面處的涂層分層剝落或完全剝落，應(yīng)符合以下規(guī)定：

a）非工作面脫膜不超過1mm；

b）工作面脫膜不大于0.2mm；

c）工作面處白點數(shù)量不超過1個點/cm2。

注：所有的缺陷尺寸都是以最大的外切圓直徑計算。

5.9.4工作面損傷

涂層過程中放電異常產(chǎn)生的燒蝕痕跡，或磕碰、銹蝕等其他原因?qū)е碌膿p傷應(yīng)符合以下規(guī)定：

a)非工作面損傷直徑應(yīng)不大于1mm；

b)工作面不應(yīng)有凸起損傷。

5.9.5工作面劃傷

工作面劃傷應(yīng)符合以下規(guī)定：

a)寬度和深度不能超過表面平均粗糙度的10倍；

b)劃傷長度不能超過產(chǎn)品周長的1/2；

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c)劃傷處不能有凸起。

5.9.6涂層區(qū)域

涂層區(qū)域應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣和技術(shù)文件規(guī)定，不需要涂層的區(qū)域應(yīng)該用遮擋物遮住，遮蔽邊緣處涂層

過渡區(qū)寬度不超過1mm。

6工藝規(guī)范

6.1準備工作

6.1.1對來料進行登記、區(qū)分、制定工藝流程；

6.1.2檢查來料數(shù)量、外觀是否存在缺陷等

6.1.3檢查清洗、涂層設(shè)備點檢記錄，運轉(zhuǎn)是否正常；

6.1.4按作業(yè)指導(dǎo)書清潔涂層爐腔；

6.1.5現(xiàn)場應(yīng)配置工藝文件、作業(yè)指導(dǎo)書以及各項記錄表單；

6.1.6根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書準備相關(guān)清洗、涂層、周轉(zhuǎn)工裝，按作業(yè)要求進行裝夾。

6.2工藝流程

6.2.1工藝流程

清洗插籃→超聲清洗→裝夾→進爐→抽真空→加熱→離子清洗→涂層→冷卻→出爐→檢驗。

6.2.2超聲清洗流程

噴淋沖洗→超聲浸泡清洗→漂洗→超聲精細清洗→漂洗→漂洗→漂洗→切水→烘干。

6.2.3車間工作環(huán)境要求

環(huán)境溫度：10℃～30℃；相對濕度不超過60%。

6.2.4涂層溫度

涂層最高溫度不能超過工件回火溫度，一般低于180℃。

6.2.5真空度及反應(yīng)壓

涂層前爐內(nèi)真空度低于5mPa，DLC涂層過程中反應(yīng)壓為0.3Pa～3Pa。

6.3工藝方法

6.3.1清洗裝夾

清洗裝夾時采用專用清洗工裝，滾輪銷和活塞銷都豎直放置，工件之間隔開至少0.5倍自身直徑間

距，防止磕碰并方便瀝水。每籃清洗裝夾不超過4層。

6.3.2清洗后周轉(zhuǎn)

清洗以后用清洗籃筐作為周轉(zhuǎn)工裝。

6.3.3涂層裝夾

搖臂滾輪銷和活塞銷實心件涂層裝夾采用第三維旋轉(zhuǎn)撥叉盤或齒輪盤；空心件穿桿后利用第三維旋

轉(zhuǎn)齒輪盤裝夾。其中涂層爐架自身旋轉(zhuǎn)為第一維旋轉(zhuǎn)，爐架上由行星齒輪機構(gòu)帶動的單桿自轉(zhuǎn)為第二維

旋轉(zhuǎn)，固定在第二維旋轉(zhuǎn)桿上由撥叉或齒輪機構(gòu)引發(fā)的工件自轉(zhuǎn)為第三維旋轉(zhuǎn)。

6.3.4抽真空

抽真空是以前級泵和分子泵共同完成的，對抽真空時間進行監(jiān)控，超時后應(yīng)檢查設(shè)備是否漏氣。

6.3.5加熱

加熱由電熱絲實現(xiàn)，并由固定在爐架上或靠近工件的熱電偶監(jiān)控加熱溫度，防止超溫。

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6.3.6離子清洗

離子清洗由離子源輔助或自偏壓輝光放電完成，把氬氣等惰性氣體或惰性氣體與氫氣混合氣體電離

成活性離子，在偏壓的引導(dǎo)下對工件進行轟擊，以達到去除表面污染物和氧化物的目的，提高涂層與工

件的結(jié)合強度。

6.3.7涂層

涂層過程分為金屬打底層沉積、過渡層1沉積、過渡層2沉積和a-C:H層沉積，其中打底層和過渡層

均由磁控濺射工藝實現(xiàn)，a-C:H層由等離子輔助（增強）化學氣相沉積工藝實現(xiàn)。

6.3.8典型涂層工藝曲線

典型涂層工藝曲線見圖1

圖2典型涂層工藝曲線

6.3.9涂層后周轉(zhuǎn)及包裝

涂層拆卸后，搖臂滾輪銷和活塞銷可以放置在塑料周轉(zhuǎn)箱中等待檢驗。檢驗完成后產(chǎn)品做防銹處理

包裝、發(fā)貨。

6.4常見的涂層缺陷及解決措施

涂層工藝中常見的缺陷原因以及解決措施見表1。

表1涂層缺陷原因分析以及解決措施表

序號缺陷名稱原因分析解決措施

1.對設(shè)備進行周期性保養(yǎng)、檢漏

1.設(shè)備漏氣2.檢查清洗效果

1結(jié)合力不良2.清潔不徹底3.檢查產(chǎn)品表面狀態(tài)

3.工藝參數(shù)不匹配4.優(yōu)化蝕刻參數(shù)

5.優(yōu)化打底層參數(shù)

1.保持室內(nèi)環(huán)境清潔度

1.環(huán)境落灰

2.夾具和設(shè)備按要求保養(yǎng)

2.爐內(nèi)落灰

3.產(chǎn)品進爐前做防塵保護

2白點3.清洗不良

4.加強清洗能力

4.銹蝕

5.增加前處理制程

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表2續(xù)

序號缺陷名稱原因分析解決措施

1.檢查參數(shù)設(shè)置

1.厚度薄

2.保證DLC階段工藝曲線穩(wěn)定

2.涂層分層

3.檢查夾具轉(zhuǎn)動效果

3異色3.厚度不均勻

4.檢查大盤對地電阻

4.空心陰極效應(yīng)

5.改善裝爐方式

1.涂層厚度薄1.提高涂層厚度

2.硬度低2.提高涂層硬度

4耐磨性不足3.結(jié)合力不足3.保證結(jié)合力

4.基片硬度降低4.放止基片硬度降低

1.夾具放電1.對夾具、爐架定期保養(yǎng)

2.產(chǎn)品放電2.規(guī)范產(chǎn)品裝夾方式

5電傷3.刻蝕不穩(wěn)定3.檢查磁鐵是否外漏

4.合爐不規(guī)范4.規(guī)范合爐操作

6.5操作者作業(yè)要求

6.5.1涂層作業(yè)過程中不能裸手拿產(chǎn)品或夾具，按照作業(yè)規(guī)范穿戴手套和服裝。

6.5.2進爐前后需要對裝爐的產(chǎn)品、試片進行記錄。

6.5.3每批次產(chǎn)品按規(guī)定提取樣件送檢。

7檢驗方法

7.1厚度檢測

涂層厚度按照JB/T7707-1995規(guī)定進行球磨法測量，或按照GB/T31563-2015規(guī)定進行掃描電子顯

微鏡測量。

7.2結(jié)合強度檢查

按照GB/T230.1規(guī)定硬度檢測方法用洛氏硬度計在樣品上分別測試不小于3個點（基片硬度需≥

54HRC），用酒精或丙酮清潔壓痕處再評定涂層結(jié)合力。結(jié)合力等級共分為HF1-HF6六個等級，根據(jù)

壓痕周圍涂層剝落的情況，對照VDI3198-1992標準圖譜評價結(jié)合力等級。評價時涂層層間剝落和從基

片處剝落均視為等同。

7.3劃痕結(jié)合力測量

劃痕結(jié)合力按GB/T30707-2014規(guī)