[发明专利]用于进/排气阀的涂层材料及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月21日提交的韩国专利申请第10-2012-0105077号的优先权，其全部内容通过引用的方式合并入本文以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及用于进/排气阀的涂层材料以及制造该涂层材料的方法，更具体地，其中该涂层材料依次具有Cr或Ti粘结层，WC、CrN或Ti(C)N支撑层以及Si(O)-DLC功能层。本发明还涉及涂覆有该涂层材料并具有改善的耐磨性和耐热性的气阀。

背景技术

通常而言，车用部件的特性取决于形成部件的材料类型、组成、制造程序、表面打磨和热处理等等。具体地，在使用过程中，部件的耐用性因热冲击、粘砂（sand burning）和磨损等而急剧降低。

图1是示出安装在气缸盖的口上的气阀100的视图。在图1中，气阀100用作气缸与外部之间的闸门，进气阀在发动机循环的进气冲程期间将混合空气吸入燃烧室，排气阀在排气冲程期间将燃烧气体排到外部。这些部件经气阀导管而线性移动。

图2是示出进/排气阀的构造的视图，其中气阀100通常包括面部101、杆部102和顶部103。此处，面部101和杆部102由不同材料制成并通过摩擦焊接而结合，从而确保耐热性和耐磨性，顶部103经高频处理以确保耐磨性和低摩擦并改善燃料效率。

近年来，发动机部件包括气阀100的工作环境由于升高的发动机输出而变得严苛。因此，为迎合在高温、负载和冲击下持续施加在配有汽油发动机和柴油发动机的车辆上的环境变化，进/排气阀必须具备高水平的物理特性和性能标准。

因此，正在做出多种努力来防止进/排气阀的寿命缩短并保持其性能。例如，使用具有充分的针对高温的耐性的耐热钢作为形成气阀100的材料。正在做出对表面处理的进一步研究，以改进耐粘着性、耐磨性、低摩擦和耐热性等。

按照惯例，气阀的表面经软化或高频处理以改进其性能。然而，其表面被烧着并容易与油碳化物融合，而且摩擦系数高，由此使燃料比（即，燃料效率）降低。此外，由于在气阀100周围执行的不同热处理，气阀的硬度不均，并且硬度因耐热性降低而下降。

以上作为本发明相关技术而提供的记载仅用于帮助理解本发明的背景，不应该被理解为包括在本领域技术人员已知的相关技术之内。

发明内容

本发明提供用于进/排气阀的涂层材料以及制造该涂层材料的方法。本发明确保涂覆部101的耐热性和耐粘着性，因杆部102和气阀导管110的耐磨性和低摩擦改善（其磨损因而降低）而改善燃料比，并且因顶部103的耐磨性和低摩擦而进一步改善燃料比。

根据一个方面，本发明提供用于进/排气阀的涂层材料，其包括：Cr或Ti粘结层，形成在母材上（母材是指形成进/排气阀本身的材料）；WC、CrN、TiN或TiCN支撑层，布置在粘结层的表面上；以及Si-DLC或SiO-DLC功能层，布置在支撑层的表面上。根据优选的实施方式，这些层直接布置在彼此之上而没有插在其间的层或材料。换言之，优选粘结层直接形成在母材上，支撑层直接形成在粘结层上，而功能层直接布置在支撑层上。优选地，各层是分离的层，从而这些层彼此不交叠（即，粘结层材料和支撑层材料的组分优选不混合或不混杂，相反，优选形成分离的各层）。此外，优选粘结层覆盖气阀的整个外表面（母材的整个表面），支撑层覆盖粘结层的整个外表面，且功能层覆盖支撑层的整个外表面。换言之，优选各层中没有缺口。

粘结层、支撑层和功能层的厚度可以彼此相似，优选粘结层的厚度小于支撑层和功能层的厚度。此外，支撑层的厚度可小于功能层的厚度。根据多个实施方式，粘结层的厚度为约0.01～0.5μm，支撑层的厚度为约0.1～5μm，且功能层的厚度为约0.1～10μm。

根据多个实施方式，功能层中Si的原子百分比为约4～12%。

根据另一方面，本发明提供制造进/排气阀用的涂层材料的方法，包括：提供真空状态的室，并使真空状态变成等离子体状态；将进/排气阀布置在室的内部，并在形成进/排气阀的母材的表面上沉积Cr或Ti粘结层；在粘结层的表面上沉积WC、CrN、TiN或TiCN支撑层；以及在支撑层的表面上沉积Si-DLC或SiO-DLC功能层。优选地，执行形成粘结层、支撑层和功能层的步骤，从而使粘结层直接形成在母材上，支撑层直接形成在粘结层上，且功能层直接形成在支撑层上。

根据多个实施方式，在涂覆粘结层之前，活化和/或洗涤母材的表面。