高溫低摩擦涂層及其方法
【專利說明】
[0001] 巧關申請的簾叉引巧
[0002] 本申請根據35U.S.C. § 119要求于2014年7月3日向韓國知識產權局提交的韓 國專利申請第10-2014-82831號的優(yōu)先權，其公開內容整體地并入本文W作參考。
技術領域
[0003] 本發(fā)明涉及在高溫下具有低摩擦的涂層和形成該涂層的方法。通過在基材上涂覆 化N粘合層、在化N粘合層上涂覆TiAl化YN納米多層支撐層和在TiAl化YN納米多層支撐層 上涂覆TiAl化YCN納米多層功能層，涂層可改善諸如潤輪增壓器和潤輪葉輪或鉛壓鑄模的 高溫滑動部件的耐熱性、耐疲勞性、低摩擦性和膠著性（seizureresistance)。
【背景技術】
[0004]當前車輛工業(yè)進行著各種環(huán)境友好型車輛的開發(fā)，并且目的在于安裝潤輪增壓器 和排氣再循環(huán)巧GR)，W通過增加排氣溫度來提高發(fā)動機的燃燒效率，并且通過減少NOx和 精簡發(fā)動機（downsizing)，W在2020年之前將二氧化碳量減少至約50g/km或減少約35% 至 50%。
[0005] 潤輪增壓器（將排氣再循環(huán)用于驅動功率的裝置）是用于通過供應高密度壓縮空 氣到汽缸中來提高燃料效率并且減小發(fā)動機重量或尺寸從而提高發(fā)動機性能的部件。潤輪 的部件可能需要耐受高溫熱量和高壓，因為它們經常暴露于在約80(TC至105(TC溫度的高 溫排氣。
[0006] 具體地，可W通過降低潤輪增壓器的潤輪葉輪的50%重量來提高發(fā)動機的效率， 由于通過迅速增加潤輪葉輪的扭矩而實現的早期變速，潤輪遲滯（turbo-lag)可W改善約 30%或更大，因此W更高檔位接合的操作時間能夠延長。
[0007] 基于TiAl的材料已經用于涂層W減輕潤輪葉輪的重量，但它們的耐熱性、耐裂 性、高溫耐疲勞性和初性是不充分的。因此，已經要求增加潤輪葉輪的厚度并且降低排氣溫 度W便補償送些屬性。
[0008] 汽車制造商已大幅使用鉛制部件來減輕重量，從而提高涉及燃料效率改善和排氣 法規(guī)的競爭力。因此，已經經常使用鉛壓鑄模，但由于包括連續(xù)高負荷和強沖擊的苛刻條 件，鉛壓鑄?？赡苄枰诟咚叫阅苌嫌兴倪M。然而，它們的壽命可能受模具材料、模具 設計、作業(yè)條件和熱處理及模具表面處理影響。另外，可能因熱沖擊、膠著（seizure)而導 致熱裂形成并發(fā)展，可能因烙融鉛引起磨損，并且可能因在高溫作業(yè)而引起材料和涂層的 熱軟化，導致鉛壓鑄模的硬度和性質可能降低。
[0009]因此，開發(fā)具有用于模具的改善的膠著性、耐磨損性、低摩擦性、耐熱性和抗氧化 性的涂層已經在積極進展。例如，可W使用基于鐵（Ti)和館（化）的氮化物或碳化物，具體 地，氮化鐵鉛（TiAlN)或氮化館鉛（Al化腳已被用于現有技術中的送些鉛壓鑄模的涂層。
[0010] 然而TiAlN(氮化鐵鉛）的耐熱性不足W用于暴露于最高約75(TC溫度的高溫環(huán) 境的鉛壓鑄模的涂層，并且當暴露于送種高溫環(huán)境時，其它性質變差，因此熱穩(wěn)定性可能變 差。
[0011] Al化N(氮化館鉛）的膠著性可能不足，導致諸如烙融鉛的烙融合金可能容易附著 到模具表面，模具的壽命可能會下降，并且模塑產品的質量可能會下降。
[0012] 用于提高燃燒效率的EGR包括扁平閥、軸、襯套化USh)、墊圈和殼體，其中扁平閥 和襯套或墊圈和襯套可在高溫滑動。相應地，由于高溫下墊圈或扁平閥與襯套的膠著和磨 損，扁平閥可能難W打開/關閉，并且諸如噪聲和輸出的質量可能因扁平閥的磨損而惡化。 [001引Inconel713C或SUS420J2可W是在現有技術中EGR部件的材料，但它可能缺乏高 溫硬度，因此它容易受到磨損。化N涂層已被用于解決送些問題，但它可能在約50(TC或更 高的溫度下不具有足夠的耐熱性，導致硬度降低，并且因摩擦和磨損引起膠著，從而加速磨 損。
[0014] 另外，TiAlN涂層可能無法滿足復合需求特性，諸如在約70(TC的耐熱性、耐磨損 性、膠著性W及低摩擦。

【發(fā)明內容】

[0015] 在優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供了高溫低摩擦涂層，其可通過改變用于潤輪葉輪的材 料質量來改善潤輪遲滯（turbo-lag)并改善在發(fā)動機排氣系統(tǒng)中在高溫下運轉的部件的 耐久性。高溫低摩擦涂層可通過將涂層應用到潤輪增壓器的潤輪葉輪和在發(fā)動機排氣系 統(tǒng)中在高溫下滑動的部件，來改善耐熱性、耐疲勞性、低摩擦性和膠著性。具體地，涂層可包 括；在基材上的化N粘合層、在化N粘合層上的TiAl化YN納米多層支撐層和在TiAl化YN納 米多層支撐層上的TiAl化YCN納米多層功能層。本發(fā)明還提供形成涂層的方法。
[0016] 在示例性實施方式中，高溫低摩擦涂層可包括；化N粘合層，其布置在硝化基材上 W改善涂層的密著性（close-contact油ility) ;TiAl化YN納米多層支撐層，其布置在化N 粘合層上W實現涂層的耐熱性、耐疲勞性、耐磨性和初性；和TiAl吐YCN納米多層功能層， 其布置在TiAl化YN納米多層支撐層上W實現涂層的耐熱性、耐氧化性、膠著性、初性和低 摩擦性。
[0017] 具體地，TiAl化YN納米多層支撐層120的厚度可W在約0. 5 iim至IOum的范圍 內，TiAl化YCN納米多層功能層130的厚度可W在約0. Sum至IOym的范圍內。
[0018] 基于TiAl化YCN納米多層功能層130的全部原子，在TiAl化YCN納米多層功能層 130中的紀和碳燈C)含量可W在約2at. %至30at. %的范圍內。
[001引在TiAl化YN納米多層支撐層120中的鐵、鉛和館的原子比燈i;A1 ;Cr)可W是約1;1 ;1。
[0020] 在示例性實施方式中，形成高溫低摩擦涂層的方法可包括如下步驟；在腔室內部 施加真空，通過注入氮氣生成氮離子的等離子態(tài)，然后通過使氮陽離子撞擊硝化基材的表 面而清潔和活化基材的表面；將氮氣（Ns)注入到腔室中W供給N離子，然后通過使用供給 化離子的化祀在基材表面上形成化N粘合層；通過使用供給TiAl離子的TiAl祀、供給 化離子的化祀和供給Y離子的Y祀，在化N粘合層上形成TiAl化YN納米多層支撐層；W 及進一步將己快氣體（C2H2)注入到腔室中W供給C離子，然后通過使用供給TiAl離子的 TiAl祀、供給化離子的化祀和供給Y離子的Y祀，在TiAl化YN納米多層支撐層上形成 TiAl化YCN納米多層功能層。
[0021] 在TiAl化YN納米多層支撐層的形成過程中，TiAl化YN納米多層支撐層可WW約 0. 5Um至10Um的厚度形成；在TiAl化YCN納米多層功能層的形成中，TiAl化YCN納米多層 功能層可WW約0. 5ym至10ym的厚度形成。
[0022] 在TiAl化YCN納米多層功能層的形成過程中，基于TiAl化YCN納米多層功能層130 的全部原子，在TiAl化YCN納米多層功能層中的YC含量可W是約2at. %至30at. %。
[0023] 在TiAl化YN納米多層支撐層120的形成過程中，在TiAl化YN納米多層支撐層120 中的Ti;A1;化原子比可W是約1 ;1 ;1。
[0024] 根據本發(fā)明的各示例性實施方式，高溫低摩擦涂層可具有改善的高溫穩(wěn)定性、高 溫膠著性和高溫耐摩擦磨損性，W使得磨損量可減少，并且在高溫下滑動的部件（諸如潤 輪增壓器的潤輪葉輪）、高溫部件、在發(fā)動機和排氣系統(tǒng)中在高溫下滑動的部件、鉛壓鑄模 和熱沖壓模的壽命可增加。
[00巧]因此，可改善潤輪遲滯，因為可W降低諸如潤輪葉輪的重量。此外，本發(fā)明的涂 層可應用到隔熱屏化eatshield)、葉片