[发明专利]发动机挺柱及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有耐磨涂层复合发动机挺柱及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合发动机挺柱及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的耐磨碳化物涂层复合发动机挺柱及其制备方法。

背景技术

挺柱是广泛应用于汽车、工程机械、拖拉机等发动机心脏部件中配气机构的主要组成部分。挺柱的一端与凸轮接触，另一端与气门接触，它的作用是将凸轮的推力传给气门。由于发动机的高速运转以及凸轮轴的冲击和磨损，要求挺柱的底面(与凸轮轴的接触面)具有高硬度、高耐磨性。随着汽车发动机不断向高速、高功率方向发展，不可避免地要增加配气机构的弹簧力和接触面的滑动速度，因而使凸轮-挺柱之间的润滑条件变得更加苛刻，所以延长凸轮-挺柱使用寿命已成为研制发动机的重要课题之一。凸轮-挺柱这一对摩擦副损坏形态大致可分为：擦伤、麻点和磨损。凸轮-挺柱是内燃机中三对主要的摩擦副之一，工作条件恶劣，问题很多。之前国内多数采用冷激铸铁挺柱，但寿命极端。当然影响寿命的因素是多方面的，如结构设计、润滑条件、加工精度和日常维护等，但材料的选择和改善是不可忽视的一个重要方面。

碳化物材料的涂层是现阶段使用较多一种材料，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中TiC是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：

(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优异的综合性能；

(2)其颗粒一般呈圆球状，其晶格结构为面心立方结构，具有很高的热稳定性和硬度；

(3)便于切削加工、焊接、锻造，并且加工过程热变形小，且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。

因此，TiC涂层被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件表面等。

目前金属材料表面涂层技术有：激光熔覆法、高温自蔓延烧结技术、粉末冶金技术、材料气相沉积技术(包括：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD))等，但这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。

因此如何在发动机挺柱工作表面获得TiC相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种复合发动机挺柱，其挺柱内腔表面具有一种耐磨涂层，而柱体仍为碳钢基体，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述复合发动机挺柱的制备方法。

进一步地，本发明还提供一种复合发动机挺柱，其挺柱内腔表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于挺柱内腔表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是碳钢碳钢挺柱内腔表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。

所述发动机挺柱，在其内腔表面具有耐磨涂层。该涂层有利保证发动机挺柱工作表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而挺柱基体内部具有很好的韧性。

为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种发动机挺柱，其内腔表面具有耐磨涂层，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。

更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选地，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，粒径为8-50μm，优选为10-50μm。

此外，本发明还提供一种发动机挺柱，其内腔表面具有耐磨涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。

优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。

更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选地，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，粒径为8-50μm，优选为10-50μm。