[发明专利]发动机凸轮及其制备方法

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凸轮及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合发动机凸轮及其制备方法，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凸轮及其制备方法。

背景技术

凸轮是汽车发动机的关键零部件之一，不仅承受着一定的载荷，而且经受着长时间的磨损，其性能好坏直接影响着汽车的质量和寿命。凸轮是凸轮轴上重要的一部分，凸轮轴主要由凸轮、支承轴颈、轴颈等几部分组成，用以控制气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程，对整个配气系统的性能具有决定性作用。其工作时，凸轮表面和挺杆之间有很高的周期性接触应力和较快的相对滑动速度，并且在机械运动过程中产生高温，致使凸轮经常以凸轮表面出现擦伤、点蚀、磨损、边缘龟裂及剥落等形式失效，因此要求凸轮材料具有较好的刚性和抗疲劳强度以及良好的耐磨性能。

目前，国内外生产凸轮的材料主要有锻钢和铸铁两种。以前，轿车发动机多采用锻钢凸轮。近年来，为了降低生产成本、改善加工性能，轿车发动机凸轮的生产开始采用各种铸铁材料。同时，由凸轮的工作条件可知，其主要磨损是由凸轮表面和挺杆之间的摩擦产生的，对凸轮部分的硬度和耐磨性能要求很高。因此，在当前国内外轿车凸轮生产中，铸铁已经成为广泛应用的材料。其次凸轮的铸造工艺和表面强化亦是制备过程中必须考究的问题。凸轮工作时，不仅经受长时间的磨损，同时凸轮作为轴类零件，承受着一定的载荷，其表面常处于最大应力状态，并且介质环境复杂。因此，零件的失效和破坏也大多发生在表面或从表面开始，如在零件表层引入一定的残余压应力，增加表面硬度，改善表层组织等，就能显著地提高零件的疲劳强度和耐磨性。表面强化工艺可在保证零件整体塑、韧性的同时有效提高表层耐磨性和抗疲劳强度，有时还能提高耐腐蚀性能，已在凸轮、曲轴、传动齿轮等制造领域获得广泛应用。目前，在凸轮生产中，经常使用的表面强化工艺主要有淬火工艺和重熔工艺，此外，还有液体氮化工艺等。

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碳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。因此如何在发动机凸轮工作表面获得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发动机凸轮，其工作部位的表面具有一种耐磨涂层，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，该涂层有利保证凸轮表面具有很高的硬度和很好的耐磨性及断裂韧性，而凸轮基体内部具有很好的韧性。具有并且提供一种用于获得上述发动机凸轮的制备方法。

进一步的，本发明还提供一种发动机凸轮，其工作部位的表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于发动机凸轮工作部位的基体表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。

所述发动机凸轮，在其工作部位具有耐磨涂层，该涂层有利保证发动机凸轮表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而凸轮本身具有很好的韧性。

为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种发动机凸轮，在其工作面具有耐磨涂层，其特征在于，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。优选的，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。

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