r>[0042]圖5是現(xiàn)有技術(shù)閥的立體圖，由于主斷裂(基本上平行于周邊)和二次斷裂(基本上垂直于周邊)導(dǎo)致其閥頭區(qū)域的一部分已經(jīng)丟失；
[0043]圖6是表示晶間腐蝕和移除圖5所示閥的AA截面中的少量晶粒的照片；
[0044]圖7是表示晶間腐蝕和移除圖5所示閥的BB截面中的材料的照片；
[0045]圖8是表示現(xiàn)有技術(shù)閥在熱氣腐蝕之后桿區(qū)域的照片；
[0046]圖9是表示現(xiàn)有技術(shù)閥在熱氣腐蝕以及隨后去除材料之后桿區(qū)域的照片；
[0047]圖10是表示現(xiàn)有技術(shù)閥在因燃燒加熱的氣體的通過(guò)導(dǎo)致的腐蝕以及隨后去除閥座區(qū)域材料之后桿區(qū)域的照片；
[0048]圖11表示本發(fā)明的閥上的碳化鎢涂層的照片；
[0049]圖12表示現(xiàn)有技術(shù)閥在其已經(jīng)受到120N載荷的劃痕試驗(yàn)之后發(fā)生涂層分層的照片;
[0050]圖13表示現(xiàn)有技術(shù)閥在其已經(jīng)受到180N載荷的劃痕試驗(yàn)之后未發(fā)生涂層分層的照片；
[0051]圖14示出本發(fā)明的閥，其設(shè)置有厚度50微米的涂層，其中，人們可以看到該涂層均勻地遵循襯底。
【具體實(shí)施方式】
[0052]圖1公開(kāi)了用于使用在內(nèi)燃機(jī)上的閥1，例如排氣閥或者進(jìn)氣閥。該圖示出了側(cè)視圖，從該圖可以清楚地看到存在構(gòu)成閥I的各種部件，閥I包括盤(pán)狀閥頭10，盤(pán)狀閥頭10充當(dāng)過(guò)渡至桿4的區(qū)域，其中，與閥頭10相對(duì)的桿端4位于閥I的末端5。
[0053]作為主要?jiǎng)?chuàng)新，本發(fā)明的閥在其至少一個(gè)部件上具有通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)處理施加的碳化鎢(WC)涂層7，這是現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)沒(méi)有公開(kāi)過(guò)的，給予了當(dāng)前閥以?xún)?yōu)異的耐久性特性并且可實(shí)現(xiàn)極有利的質(zhì)量制造成本。
[0054]如之前指出的，基于不同原因，閥的磨損更多發(fā)生在閥頭10上、閥座區(qū)域2中、閥頸區(qū)域3中、桿4上以及閥I的末端5上。
[0055]碳化鎢涂層可以施加至閥的任何特定區(qū)域，優(yōu)選施加至閥I的閥頭10、閥座區(qū)域2、閥頸區(qū)域3、桿4和/或末端5。可替換地，涂層7可以施加至整個(gè)閥I。
[0056]施加碳化鎢涂層7尤其適合于復(fù)雜幾何形狀的閥1，因?yàn)檫@保證了膜在暴露于CVD處理的任何部分中沉積于期望厚度，因而保證以簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方式均勻且同質(zhì)的沉積涂層7。
[0057]采用化學(xué)氣相沉積(CVD)處理將涂層施加至指定的襯底9上。作為一般規(guī)則，襯底9暴露于環(huán)境中，在該環(huán)境中，易失元件反應(yīng)并且均勻地沉積在整個(gè)暴露表面上，因而尤其適合于閥I。
[0058]優(yōu)選地，閥I的數(shù)個(gè)段位于要施加涂層7的環(huán)境中。閥I可以懸掛或放置成閥頭區(qū)域10擱置在一表面上，或者甚至以適合于此的其他方式。應(yīng)該注意的是，僅要觀察的規(guī)則是，促進(jìn)支撐的閥部(例如，擱置在一表面上的閥頭10)將不接受涂層7的處理，因?yàn)殚yI的表面將不暴露至要施加涂層7的環(huán)境中。因而，在單個(gè)件中，可以管理以施加涂層至很多閥1，這使得這些部件的制造非常經(jīng)濟(jì)。
[0059]此外，因?yàn)橥繉?在閥I表面上是均勻的，所以使用的襯底9可以是任何更簡(jiǎn)單質(zhì)量的單金屬或者雙金屬材料，具有焊接的閥I的末端5或者不具有末端5。關(guān)于襯底9，可以使用不貴的低合金及高碳鋼、或者呈現(xiàn)良好機(jī)械屬性的馬氏體低合金鋼，或者甚至呈現(xiàn)高溫下的良好作業(yè)屬性以及耐腐蝕性的奧氏體鋼。
[0060]作為優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，存在的可能性是增加閥I的合金中的碳量，結(jié)果是在材料的硬度和熱穩(wěn)定性方面有好處。
[0061]而且，當(dāng)相比于現(xiàn)有技術(shù)時(shí)，獲得本發(fā)明的單金屬閥I省去了上述的結(jié)合處理，在結(jié)合處理中，閥I的閥頭10和桿4之間或者桿4和末端5之間的結(jié)合保證了閥I具有優(yōu)異的耐久性。雖然不是強(qiáng)制性的，本發(fā)明的閥能夠省去焊接末端5。而且，取消了需要插件和硬化處理，因?yàn)殚y作為整體將接收碳化鎢涂層7。以該方式，在處理方面，這種實(shí)施例公開(kāi)了在成本要求方面有競(jìng)爭(zhēng)力的增益。
[0062]在優(yōu)選實(shí)施例中，CVD處理在大致450°C至650°C之間的溫度下執(zhí)行，相比于該類(lèi)型處理通常采用的溫度(ΙΟΟΟ? )降低了很多，從而保證了襯底9(閥)不會(huì)因暴露于非常高的溫度而損壞。涂層7是通過(guò)氣體的化學(xué)反應(yīng)獲得的，8卩:六氟化鎢作為供給金屬的氣體，氫氣作為活性氣體，諸如丙烷或甲烷等的氣體用作碳源。
[0063]這些氣體以特定比例的組合與受加熱的襯底(閥I)接觸而形成了均勻覆蓋其的涂層7。
[0064]優(yōu)選地，上述提到的氣體以特定比例插入，使得涂層7將具有包含納米碳化鎢WC、W2C、W3C、W123C或者它們的混合物的金屬鎢基體，其厚度范圍為5 ym至80 μ m，硬度范圍為500HV至3500HV，更優(yōu)選地1000HV至2000HV。作為示例，關(guān)于深度高達(dá)10、50和80微米的涂層深度，其有關(guān)的硬度行為分別具有2000、1500和1000HV。
[0065]還應(yīng)該注意的是，圖14示出了本發(fā)明的閥1，其設(shè)置有50微米厚度的涂層7，其中，能夠觀察到的是，涂層7均勻地遵循襯底9，甚至在完美情況下有些微小的小瑕疵。
[0066]作為額外優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明的閥I使得通過(guò)電刷處理能夠獲得良好的拋光參數(shù)，Ra粗度低于0.02，這導(dǎo)致桿4區(qū)域的低摩擦。
[0067]進(jìn)一步優(yōu)選地，人們先前向涂層7施加純鎳層8，純鎳層8具有粘附功能(黏結(jié)層，見(jiàn)圖11)，優(yōu)選厚度范圍為I ym至5 μπι。純鎳層有利于粘附通過(guò)CVD處理所形成和沉積的碳化鎢層，但其不是強(qiáng)制性的。
[0068]此外，根據(jù)非限制方式的優(yōu)選實(shí)施例，由于碳化鎢的比例降低，楊氏模量(E)是大約410GPa，因此類(lèi)似于純鎢金屬。這比起通過(guò)物理氣相沉積(PVD)獲得的涂層具有優(yōu)勢(shì)，后者具有的典型值是大約250GPa。
[0069]作為所形成的碳化鎢涂層7的特性，其呈現(xiàn)變化的硬度，使得表面上的硬度根據(jù)涂層深度而降低，表面上的硬度的降低高達(dá)50%。
[0070]還應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的閥I已經(jīng)管理為實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的耐分層性。圖12和圖13分別示出了受到劃痕測(cè)試的現(xiàn)有技術(shù)的閥以及本發(fā)明的閥I。現(xiàn)有技術(shù)的閥設(shè)置有通過(guò)PVD處理施加的30微米的氮化鉻涂層，本發(fā)明的閥I設(shè)置有通過(guò)CVD施加的45微米的碳化鎢涂層7。圖示出了現(xiàn)有技術(shù)閥在受到120N負(fù)荷時(shí)發(fā)生了分層，而本發(fā)明的閥I即使受到測(cè)試機(jī)允許的最大負(fù)荷即180N也不發(fā)生任何分層。結(jié)果示出了本發(fā)明的閥I顯著增加了阻力，可以得出的結(jié)論是，閥I具有對(duì)于高于180N的負(fù)荷的耐分層性。
[0071]本發(fā)明的閥I相對(duì)于當(dāng)前公知的閥具有許多優(yōu)勢(shì)以及利益:
[0072](a)相比于現(xiàn)有方案，增加了涂層7的強(qiáng)度以及良好粘附性；
[0073](b)通過(guò)沉積碳化鎢涂層于當(dāng)前難以同質(zhì)沉積的區(qū)域，延長(zhǎng)了閥的使用壽命；
[0074](c)使用不貴的原材料；
[0075](d)增加了閥的硬度以及熱穩(wěn)定性；
[0076](e)增加了閥的耐磨性和耐沖擊性；
[0077](f)通過(guò)有黏著力的致密、無(wú)裂縫的低孔隙度涂層7增加了閥I的耐熱性、耐化學(xué)物質(zhì)性以及耐腐蝕性；以及
[0078](g)調(diào)節(jié)閥I具有獨(dú)特屬性的能力，諸如尚耐腐蝕性以及尚耐疲勞性。
[0079]因而，通過(guò)單個(gè)涂層7，本發(fā)明管理了施加至閥I的所有致動(dòng)部分的強(qiáng)度及化學(xué)特性。
[0080]已經(jīng)描述了實(shí)施例的優(yōu)選示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的范圍包含其他可能的變型，例如，使用表面處理以及陶瓷以及金屬涂層的目的是改善耐磨損、耐腐蝕的特性并且減小摩擦力，本發(fā)明的范圍僅由附隨權(quán)利要求的內(nèi)容限定，包括其可能的等同結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的閥(I)，其特征在于，包含納米碳化鎢wc、W2C、W3C、W12C或者它們的混合物的金屬鎢基體涂層(7)施加至所述閥(I)的至少一部分，所述涂層具有的厚度范圍為5μπι至150μπι，硬度在500HV至2000HV之間并且是通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)處理施加的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述涂層施加至所述閥(I)的以下區(qū)域:閥頭(10)、閥座(2)、閥頸(3)、桿(4)和末端(5) ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述涂層施加至所述閥(I)的所有表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述閥是進(jìn)氣閥(I)或者排氣閥(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述閥具有可變硬度，使得表面上的硬度根據(jù)涂層深度而降低，表面上的硬度的降低高達(dá)50%。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的閥，其特征在于，在施加所述涂層之前，施加起到黏結(jié)層作用的純鎳層(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的閥，其特征在于，通過(guò)CVD處理施加所述涂層(7)是在450°C至650°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述涂層(7)在受到高達(dá)180N的負(fù)荷時(shí)是耐分層的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述涂層(7)具有410GPa的楊氏模量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，其表面的粗度低于Ra0.02。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的閥(1)，包括閥1的閥頭10、閥座區(qū)域2、閥頸區(qū)域3、桿4和末端5，其中，包含納米碳化鎢WC、W2C、W3C、W12C或者它們的混合物的金屬鎢基體涂層(7)施加至所述閥(1)的至少一部分，所述涂層具有的厚度范圍為5μm至150μm，硬度在500HV至3500HV之間并且是通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)處理施加的。
【IPC分類(lèi)】C23C16-30, F01L3-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104736802
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380054558
【發(fā)明人】羅德里戈·法瓦龍, 維尼修斯·博松尼·多阿馬拉爾
【申請(qǐng)人】馬勒金屬立夫有限公司, 馬勒國(guó)際有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2013年10月31日
【公告號(hào)】EP2921663A1, WO2014066966A1