[发明专利]用于发动机排气系统部件的涂层材料及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119要求于2012年10月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-110234号的优先权，其公开内容整体地并入本文以作参考。

技术领域

本公开涉及用于发动机排气系统部件的涂层材料及其制造方法，更具体地，涉及用于发动机排气系统部件的多层涂层材料，其包括：由Ti或Cr制成的第一接合层，由CrN或Ti(C)N制成的第二接合层，由TiAlN/CrN制成的支承层，以及由TiAlN/CrSi(C)N制成的功能层，所有这些按顺序层叠。本发明的多层涂层提供了改善的物理特性尤其是对于发动机排气系统的滑动部件而言，例如抗咬合性、耐磨损性和耐热性。

背景技术

近年来，由于关于汽车排气的规章随着比如全球变暖的环境问题上升而逐步加强，因此汽车制造商已尝试开发各种环境友好型车辆，以便到2020年将二氧化碳排放降低至50g/km，这相当于目前二氧化碳排放的35%至50%。

更具体地，为了满足在2025年前使燃料效率降低至54.5mpg（23.2km/l）的企业平均燃料经济性（CAFE）标准，已经对与缩小尺寸（downsize）或改进燃料效率相关的技术进行了积极研究。具体地，曾应用废气再循环（EGR）系统来实现发动机燃烧效率的提高和NO_x产生的减少。

EGR系统通常由平板阀、轴、衬套、垫圈、壳体等组成。致动器设置在壳体外部，用于打开/关闭平板阀。在这种情况中，发动机排气系统的部件（例如，平板阀和衬套，或垫圈和衬套）在高温下滑动，从而导致垫圈、平板阀和衬套出现咬合、摩擦和磨损现象。结果，由于垫圈、平板阀和衬套的咬合、摩擦和磨损，平板阀不易打开/关闭。进一步地，平板阀的磨损可能导致品质降低，例如发动机中产生警报音或噪音。

因此，已做出各种尝试来防止发动机排气系统部件的使用寿命缩短并保持部件性能。更具体地，对表面处理进行了积极研究，以改善物理特性如抗咬合性、耐磨损性、低摩擦性、耐热性等。

例如，曾应用CrN涂层尝试保持因缺乏高温硬度而容易发生磨损的发动机排气系统部件的性能。然而，即使有CrN涂层，部件硬度也会因为缺乏耐热性而在温度为500℃或更高时下降，并且因抗咬合性低而容易发生部件磨损。

在尝试解决关于CrN涂层的问题的过程中，还曾利用耐热性涂层材料，例如TiAlN、CrTiSiN或TiAlCrN-CrON。但是，这些耐热性涂层材料在同时改善涂层材料的多种物理特性（耐热性、耐磨损性、抗咬合性、低摩擦性等）方面存在困难，这些特性是滑动部件在高温环境下工作所需的。

当将常规的涂层材料如CrN涂层材料或TiAlN涂层材料应用至常规的EGR系统部件时，由于存在碳化物，部件表面上容易形成咬合产物。在这种情况下，咬合产物对漏损或损坏引起的部件硬度降低和部件使用寿命缩短有主要责任。

作为本发明的相关技术而在以上提供的描述仅用于帮助理解本发明的背景，不应将其理解为包含在本领域技术人员知晓的相关技术中。

发明内容

本发明提供了用于发动机排气系统部件的涂层材料及其制造方法。与常规发动机排气系统的部件所使用的涂层材料相比，本发明的涂层材料提供优异的物理特性，例如耐热性、高温稳定性和抗咬合性，因此延长了发动机的使用寿命。

根据一方面，用于发动机排气系统的部件的涂层材料包括：布置在基材的表面上并由CrN或Ti(C)N制成的第二接合层；布置在第二接合层的表面上并由TiAlN/CrN制成的支承层；以及布置在支承层的表面上并由TiAlN/CrSiN或TiAlN/CrSiCN制成的功能层。

根据多个实施方式，第二接合层的厚度为约0.1至约10μm，支承层的厚度为约0.5至约10μm，且功能层的厚度为约0.5至约10μm。

根据多个实施方式，该涂层材料还包括布置在基材表面与第二接合层之间的第一接合层。该第一接合层可由Ti或Cr制得。

根据另一方面，本发明提供了制造用于发动机排气系统的部件的涂层材料的方法，包括：将腔室内部从真空状态转变成等离子体状态，在布置于腔室中的基材的表面上沉积由CrN或Ti(C)N制成的第二接合层，在第二接合层的表面上沉积由TiAlN/CrN制成的支承层，以及在支承层的表面上沉积由TiAlN/CrSiN或TiAlN/CrSiCN制成的功能层。