[发明专利]凸轮轴凸轮的凸头的DLC碳涂覆方法、如此获得的凸轮轴和实施这种方法的设备

说明书

为了处理内燃机车辆用凸轮轴的凸轮，以在具有基于类金刚石碳或DLC类型的无定形碳的硬涂层的区域中降低其相对于相对部件的摩擦系数，将凸轮布置在载体上；将载体和凸轮置于腔室中，该腔室被置于真空下以确保这些凸轮的清洗；使这个载体相对于涂覆源沿着行进轨迹相对运动；并且在将这些凸轮组装到凸轮轴中之前从载体移除所述凸轮；按照固定配置将凸轮布置在载体上，与该轨迹结合的这个固定配置被限定以使得这些凸轮以相对于此源来说基本相同的距离和定向相继面对该涂覆源，以选择性地在向着所述源定向的凸轮侧边的部分上沉积基于类金刚石碳或DLC类型的无定形碳的涂层。

技术领域

本发明涉及用于涂覆凸轮轴的凸轮的方法、如此获得的凸轮(came)、如此获得的凸轮轴(arbreàcames)以及用于实施该方法的设备。本发明因而涉及在机械零件如凸轮上应用硬涂层，以降低由于与相对部件的接触所导致的机械应力，所述相对部件典型地是销(linguet)、推杆(poussoir)或者摇臂。本发明相当特别地涉及使用凸轮轴的汽车、摩托车或重型车辆用内燃机的领域。

背景技术

在凸轮/销和凸轮/推杆接触的情况下，尤其通过DLC类型的涂层对销(或推杆)进行处理对于本领域技术人员来说是已知的。要回顾的是，首字母缩写词DLC表示基于无定型碳(“类金刚石碳”)的硬涂层。应用这类涂层的益处在于降低凸轮与销或推杆之间的摩擦(frottement)系数，并且因此降低车辆的燃料消耗和二氧化碳(CO₂)排放。这种涂层的应用已经变为是必需的，因为这些部件之间的接触压力不断增加(这种接触压力的增加起因于降低部件尺寸的发展趋势，以便降低它们的质量和由惯性损失的能量)。

然而，尽管DLC涂层具有优异的摩擦性能，但已观察到，某些加有添加剂的油(即包含添加剂)与DLC涂层的组合使用有时会在耐磨损(usure)性和减摩方面导致不能令人满意的结果。当使用包含基于硫和钼的减摩添加剂如MoDTC(二硫代氨基甲酸钼)的油时情况尤其如此；这些MoDTC的益处在于摩擦化学反应导致在所存在的金属表面上、典型地在凸轮/销或凸轮/推杆系统中的凸轮表面上形成保护膜，也被称作摩擦膜。然而已经发现，在(凸轮上形成的)这种摩擦膜的复杂元素与应用到销(或推杆)上的DLC涂层之间发生不希望的化学反应，这导致涂层的加速劣化，也被称作摩擦腐蚀(tribocorrosion)。

由于摩擦膜只在裸(即未涂覆)金属表面上或者在具有高度金属特性的涂层(即大部分由金属元素形成)上形成，一种方案在于以不允许形成这种摩擦膜的涂层(如利用DLC)来涂覆两个相对部件，即凸轮和销(或推杆)。当接触区不存在摩擦膜时，在添加剂与DLC涂层之间没有化学反应发生。DLC涂层则可满足其减摩功能而没有由于存在MoDTC所导致的劣化。

凸轮轴的这种涂层从数年前已被考虑。但迄今为止，与凸轮轴涂层相关的成本的影响是将DLC涂层在凸轮轴上的应用限制到了仅限于赛车领域(尤其是一级方程式赛车)，该成本在一般汽车生产领域中被认为是过高的。

凸轮轴涂层的高成本尤其起因于以下的事实：这种轴是非常大体积的，从而使得不可能同时处理大量的凸轮轴：而且，凸轮轴的形状复杂性使得其处理变得复杂。

不过可以看到，凸轮轴在与销或推杆合作时真正有用的区域只占了整个表面的一小部分(小于25％)，因此将凸轮轴的整个表面进行涂覆看来是多余的。当这与今后已知凸轮轴通过组装轴和多个凸轮而产生的事实组合考虑时，可设想仅在凸轮轴的凸轮上提供保护涂层，条件是随后可将这些凸轮以不引起这种涂层的任何劣化的方式结合到凸轮轴中。

但是，仅处理凸轮轴的凸轮所能够导致的成本降低看起来并不足以将成本降低到可推广该凸轮轴处理的范围内。

一种替代方案看来在于开发对在这些新一代油中所含的MoDTC型添加剂具有化学耐受性的DLC类型的涂层；在这方面可参考文件WO2012/116818A1。但是，这种替代方案也产生额外的成本来源，从而降低了由于仅涂覆凸轮轴的一部分所获得的经济优势。

发明内容