[發明專利]發動機挺柱及其制備方法

有效

• 申請號: 201410658061.7
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104525860B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 許云華;趙娜娜;盧正欣;鐘黎聲;梁淑華;燕映霖;葉芳霞;王娟;鄒軍濤;肖鵬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22D18/06;B22D19/00;C23C8/64;F01L1/16
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明涉及一種具有耐磨涂層復合發動機挺柱及其制備方法，尤其涉及一種具有耐磨碳化物涂層的復合發動機挺柱及其制備方法，具體涉及一種應用于碳鋼表面的耐磨碳化物涂層復合發動機挺柱及其制備方法。

背景技術

挺柱是廣泛應用于汽車、工程機械、拖拉機等發動機心臟部件中配氣機構的主要組成部分。挺柱的一端與凸輪接觸，另一端與氣門接觸，它的作用是將凸輪的推力傳給氣門。由于發動機的高速運轉以及凸輪軸的沖擊和磨損，要求挺柱的底面(與凸輪軸的接觸面)具有高硬度、高耐磨性。隨著汽車發動機不斷向高速、高功率方向發展，不可避免地要增加配氣機構的彈簧力和接觸面的滑動速度，因而使凸輪-挺柱之間的潤滑條件變得更加苛刻，所以延長凸輪-挺柱使用壽命已成為研制發動機的重要課題之一。凸輪-挺柱這一對摩擦副損壞形態大致可分為：擦傷、麻點和磨損。凸輪-挺柱是內燃機中三對主要的摩擦副之一，工作條件惡劣，問題很多。之前國內多數采用冷激鑄鐵挺柱，但壽命極端。當然影響壽命的因素是多方面的，如結構設計、潤滑條件、加工精度和日常維護等，但材料的選擇和改善是不可忽視的一個重要方面。

碳化物材料的涂層是現階段使用較多一種材料，其具有硬度高、耐磨損性能優越的特點，以涂層方式覆蓋在金屬合金基體表面可以提高由基體材料制備的零部件的耐磨性與壽命。其中TiC是一種常見涂層材料，其有如下特點特性：

(1)具備密度低、強度高、彈性模量高、耐磨、耐腐蝕、抗氧化等優異的綜合性能；

(2)其顆粒一般呈圓球狀，其晶格結構為面心立方結構，具有很高的熱穩定性和硬度；

(3)便于切削加工、焊接、鍛造，并且加工過程熱變形小，且具有普通熔煉鋼的冷熱加工性能。

因此，TiC涂層被廣泛地用作無屑冷熱金屬加工工具、切削刀具、各種模具、耐磨耐熱耐蝕零件表面等。

目前金屬材料表面涂層技術有：激光熔覆法、高溫自蔓延燒結技術、粉末冶金技術、材料氣相沉積技術(包括：化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD))等，但這些方法，存在生產設備要求苛刻、生產效率低、涂層結合強度低等不足。

因此如何在發動機挺柱工作表面獲得TiC相的涂層，并且選擇一種生產設備簡單、工藝流程短的制備方法，獲得與基體結合力好、不易脫落且力學性能、耐磨性能優異的涂層是亟待解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷和不足，本發明的目的在于提供一種復合發動機挺柱，其挺柱內腔表面具有一種耐磨涂層，而柱體仍為碳鋼基體，該耐磨涂層為TiC致密陶瓷層，其化學穩定性和耐磨性好，具有低摩擦系數、高硬度、低表面能以及低傳熱性；并且進一步地，提供一種用于獲得上述復合發動機挺柱的制備方法。

進一步地，本發明還提供一種復合發動機挺柱，其挺柱內腔表面具有一種梯度復合涂層，其優選被涂覆于挺柱內腔表面，以提高其表面的耐磨性和斷裂韌性，特別是碳鋼碳鋼挺柱內腔表面，并且提供一種用于獲得上述涂層的制備方法。

所述發動機挺柱，在其內腔表面具有耐磨涂層。該涂層有利保證發動機挺柱工作表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而挺柱基體內部具有很好的韌性。

為實現本發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種發動機挺柱，其內腔表面具有耐磨涂層，該耐磨涂層為TiC致密陶瓷層；優選地，TiC致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。

更優選地，沿TiC致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為70-200μm，優選為100-200μm，更優選為120-200μm；優選地，其中TiC的體積分數大于80％，優選大于90％；優選地，粒徑為8-50μm，優選為10-50μm。

此外，本發明還提供一種發動機挺柱，其內腔表面具有耐磨涂層，所述梯度復合涂層為碳化物涂層，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷層、微米TiC陶瓷層、TiC與基體的融合層。

優選地，TiC致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。

更優選地，沿TiC致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為70-200μm，優選為100-200μm，更優選為120-200μm；優選地，其中TiC的體積分數大于80％，優選大于90％；優選地，粒徑為8-50μm，優選為10-50μm。