[发明专利]耐气蚀部件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种与流体接触的基材表面上形成有无定形碳膜涂层的部件及其制造方法。更具体地，本发明涉及能够减小由于流体内出现的气穴现象而导致的气蚀的技术。

背景技术

在车辆内的液压装置中，因为工作流体高速流动，具有低压的部分工作流体在作为液压装置的一部分的阀及其类似物的区域内蒸发，由此出现蒸气泡(气穴气泡)。从而，出现气穴现象，其中，这些气泡在短时间(几微秒至几十微秒)内破裂和消失。当此气穴气泡破裂时，产生像几GPa那样大的冲击波。由于此冲击波对阀表面的作用，出现呈下陷形式且已知为气蚀的损害，该下陷表现为部件的表面被挖入。结果，液压装置可能表现出振动且性能降低。

为抑制由于这种气穴导致的气蚀，利用扩散渗氮处理与工作流体接触的阀表面。另外，日本专利申请公开文献No.JP-A-2003-207001已描述了在止回阀内提供的止回球的表面和用于收容该止回球的环形球片的表面之一或两者上提供DLC(类金钢石碳)膜涂层。

然而，近年来，随着向混合动力车的转变，已附加了在行驶时再生车辆能量的新系统。结果，这些车辆中提供的线性阀及其类似物经历的操作次数增多，且更多工作流体趋向于流经这些阀。另外，与工作流体接触的阀表面的气蚀更易于发生。为此，不能通过对铁质材料的表面进行扩散渗氮处理和简单地提供无定形碳涂层这些当前方法来充分地抑制气蚀(DLC膜涂层)。具体地，依据膜形成条件，膜特性例如膜结构、膜厚度、粘结性、表面硬度、SP²(石墨结构)/SP³(金刚石结构)比、氢含量和金属添加剂含量具有较大的不同。因此，不能说无定形碳膜涂层具有优良的耐气蚀性。另外，在此环境下被涂覆以无定形碳膜涂层(DLC膜涂层)的阀不能认为具有足够的粘结剂，存在碳膜涂层剥离的风险。

发明内容

本发明提供一种改善部件的耐气蚀性的膜涂层，同时实现该膜涂层在表面上的良好粘结性。

气蚀形式是由于部件表面受到气蚀导致的冲击波的重复应力而产生的，这使得该表面附近疲劳且使构成该表面的构造部分的脆弱部分(晶界部分)产生裂缝。另外，裂缝的生长导致部件继续气蚀的损坏形式。为改善部件的耐气蚀性，该部件的表面硬度必须足够硬以忍受气蚀导致的冲击波。具有适当表面硬度的一种材料是无定形碳材料。

由无定形碳材料制成的膜涂层理论上具有两个功能：(1)粘结该膜涂层和基材和(2)减小由冲击波导致的晶界(结构边界)的损伤。已确定以规则方式设在基材的表面上且具有柱状结构的无定形碳膜涂层实现该膜涂层与基材之间的均匀粘结，以及具有无任何取向的微细结构的无定形碳膜涂层可减小晶界损伤。因此，通过叠加具有这两种不同结构的无定形碳膜涂层，可同时满足两个功能。

本发明的第一方面涉及一种经处理以改善耐气蚀性的部件，其中，该部件与流体接触，并且无定形碳膜涂层形成在基材的表面上。该部件具有位于基材的表面上并包括多个柱状结构(柱状微结构)的第一无定形碳膜涂层和无取向地沉积在该第一无定形碳膜涂层的表面上并包括多个粒状结构(粒状微结构)的第二无定形碳膜涂层。

在本发明中，措词“多个柱状结构”指由具有柱状且以规则方式基本垂直(单向)于硬层表面延伸的无定形碳材料构成的一组结构。措词“无特定取向沉积的多个粒状结构”指由具有粒状且无任何特定取向沉积的无定形碳材料构成的一组结构。

根据本发明的耐气蚀部件，通过提供位于基材的表面上并包括多个柱状结构(柱状微结构)的第一无定形碳膜涂层，可改善该第一无定形碳膜涂层相对于基材的粘结性以及该第一无定形碳膜涂层与第二无定形碳膜涂层之间的粘结性。另外，即使气穴气泡的冲击波在基材的表面上导致波纹，因为膜涂层遵循此波纹，这些膜涂层也不会剥离。另外，通过提供无任何取向地沉积并包括多个粒状结构的第二无定形碳膜涂层，由于这些粒状结构中的每个都单独脱落，所以可减小部件的气蚀。

第二无定形碳膜涂层的表面硬度可通过形成Hv值在200至8000范围内的膜来确立。然而，从成膜容易性的观点来看，表面硬度Hv优选从1000至3000。由此，添加元素例如Si、Ti、Cr、Mo、Fe、W、B、N及其类似物可加入第一和第二无定形碳膜涂层。通过添加这些元素，可调整膜涂层的表面硬度。这些元素可作为梯度组件沿着第一和第二膜涂层的厚度方向添加。通过添加此元素，可调整膜涂层的特性以使该膜涂层适于使用环境。

经处理以改善耐气蚀性的部件可具有多层结构，其中，重复地形成第一和第二无定形碳膜涂层。在此情况中，多层膜的第二无定形碳膜涂层优选被形成为与流体接触。