用于发动机排气系统部件的涂层材料及其制造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于发动机排气系统的部件的涂层材料以及该涂层材料的制备方法。该涂层材料包括由CrN或Ti(C)N制成的第二接合层，由TiAlN/CrN制成并布置在第二接合层的表面上的支承层，以及由TiAlN/CrSiN或TiAlN/CrSiCN制成并布置在支承层的表面上的功能层。该涂层材料使发动机排气系统部件的耐磨损性和抗咬合性得以改进。

【技术实现步骤摘要】
用于发动机排气系统部件的涂层材料及其制造方法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。
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。本专利技术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。
技术介绍
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NOx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。作为本专利技术的相关技术而在以上提供的描述仅用于帮助理解本专利技术的背景，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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。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，通过在基材表面上沉积由Ti或Cr制成的第一接合层，接着沉积第二接合层，从而进行第二接合层的沉积。根据多个实施方式，沉积由TiAlN/CrN制成的支承层，使得支承层中Ti、Al和Cr的比率为约1:1:1，从而进行由TiAlN/CrN制成的支承层的沉积。根据多个实施方式，沉积由TiAlN/CrSiN制成的功能层，使得功能层中Ti、Al、Cr和Si的比率为约1:1:0.9:1，从而进行由TiAlN/CrSiN制成的功能层的沉积。根据多个实施方式，沉积由TiAlN/CrSiCN制成的功能层，使得功能层中Ti、Al、Cr、Si和C的比率为约1:1:0.8:0.1:0.1，从而进行由TiAlN/CrSiCN制成的功能层的沉积。附图说明现在将参考在附图中图示的某些示例性实施方式对本专利技术的以上和其它特征进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本专利技术的限制，并且其中：图1是示出根据本专利技术一个示例性实施方式的TiAlCrSiCN涂层材料的构造图；图2是示出根据本专利技术一个示例性实施方式的配置为制造涂层材料的物理气相沉积（PVD）系统的图；图3是示出通过测试常规涂层材料，随后评估该常规涂层材料的咬合性能而获取的图像；图4是示出通过测试比较例1的涂层材料的摩擦磨损，随后评估该涂层材料的咬合性能而获取的图像；图5是示出通过测试比较例2的涂层材料的摩擦磨损，随后评估该涂层材料的咬合性能而获取的图像；图6是示出通过测试比较例3的涂层材料的摩擦磨损，随后评估该涂层材料的咬合性能而获取的图像；图7是示出根据本专利技术的一个示例性实施方式，通过测试实施例1的涂层材料的摩擦磨损，随后评估该涂层材料的咬合性能而获取的图像。应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本专利技术的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本专利技术的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本专利技术的相同或等同部件。具体实施方式下面将详细地参照本专利技术的各个实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。在描述之前，应当理解在说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被解释为局限于一般和词典含义，而应该在允许本专利技术人为最佳解释而适当地对术语进行定义的原则基础上，基于与本专利技术的技术方面对应的含义和概念进行理解。因此，本文所作描述仅是出于说明性目的的优选实施例，而不是意在限制本专利技术的范围，所以应该可以理解，在不偏离本专利技术范围的情况下，可以对其做出其他的等价形式和修改。应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发动机排气系统的部件的涂层材料，包括：由CrN或Ti(C)N制成的第二接合层；由TiAlN/CrN制成并且布置在所述第二接合层的表面上的支承层；以及由TiAlN/CrSiN或TiAlN/CrSiCN制成并且布置在所述支承层的表面上的功能层。

【技术特征摘要】
2012.10.04 KR 10-2012-1102341.一种用于发动机排气系统的部件的涂层材料，包括：由Ti(C)N制成的第二接合层；通过将TiAlN层和CrN层交替堆叠而形成在所述第二接合层的表面上的支承层；以及通过将TiAlN层和CrSiN层交替堆叠或通过将TiAlN层和CrSiCN层交替堆叠而形成在所述支承层的表面上的功能层，并且还包括由Ti或Cr制成的第一接合层，所述第二接合层布置在所述第一接合层的表面上。2.根据权利要求1所述的用于发动机排气系统的部件的涂层材料，其中所述第二接合层的厚度为0.1至10μm，所述支承层的厚度为0.5至10μm，且所述功能层的厚度为0.5至10μm。3.一种制备用于发动机排气系统的部件的涂层材料的方法，包括：使腔室内部从真空状态转变成等离子体状态；任选地，在布置于所述腔室中的基材的表面上沉积由Ti或Cr制成的第一接合层；在所述第一接合层的表面上或在所述基材的表面上沉积由CrN或Ti(C)N制成的第二接合层；在所述第二接合层的表面上沉积通过将T...

【专利技术属性】
技术研发人员：车星澈，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：