高温低摩擦涂层及其方法
【专利说明】
[0001] 巧关申请的帘叉引巧
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 119要求于2014年7月3日向韩国知识产权局提交的韩 国专利申请第10-2014-82831号的优先权，其公开内容整体地并入本文W作参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及在高温下具有低摩擦的涂层和形成该涂层的方法。通过在基材上涂覆 化N粘合层、在化N粘合层上涂覆TiAl化YN纳米多层支撑层和在TiAl化YN纳米多层支撑层 上涂覆TiAl化YCN纳米多层功能层，涂层可改善诸如润轮增压器和润轮叶轮或铅压铸模的 高温滑动部件的耐热性、耐疲劳性、低摩擦性和胶着性（seizureresistance)。
【背景技术】
[0004]当前车辆工业进行着各种环境友好型车辆的开发，并且目的在于安装润轮增压器 和排气再循环巧GR)，W通过增加排气温度来提高发动机的燃烧效率，并且通过减少NOx和 精简发动机（downsizing)，W在2020年之前将二氧化碳量减少至约50g/km或减少约35% 至 50%。
[0005] 润轮增压器（将排气再循环用于驱动功率的装置）是用于通过供应高密度压缩空 气到汽缸中来提高燃料效率并且减小发动机重量或尺寸从而提高发动机性能的部件。润轮 的部件可能需要耐受高温热量和高压，因为它们经常暴露于在约80(TC至105(TC温度的高 温排气。
[0006] 具体地，可W通过降低润轮增压器的润轮叶轮的50%重量来提高发动机的效率， 由于通过迅速增加润轮叶轮的扭矩而实现的早期变速，润轮迟滞（turbo-lag)可W改善约 30%或更大，因此W更高档位接合的操作时间能够延长。
[0007] 基于TiAl的材料已经用于涂层W减轻润轮叶轮的重量，但它们的耐热性、耐裂 性、高温耐疲劳性和初性是不充分的。因此，已经要求增加润轮叶轮的厚度并且降低排气温 度W便补偿送些属性。
[0008] 汽车制造商已大幅使用铅制部件来减轻重量，从而提高涉及燃料效率改善和排气 法规的竞争力。因此，已经经常使用铅压铸模，但由于包括连续高负荷和强冲击的苛刻条 件，铅压铸模可能需要在高水平性能上有所改进。然而，它们的寿命可能受模具材料、模具 设计、作业条件和热处理及模具表面处理影响。另外，可能因热冲击、胶着（seizure)而导 致热裂形成并发展，可能因烙融铅引起磨损，并且可能因在高温作业而引起材料和涂层的 热软化，导致铅压铸模的硬度和性质可能降低。
[0009]因此，开发具有用于模具的改善的胶着性、耐磨损性、低摩擦性、耐热性和抗氧化 性的涂层已经在积极进展。例如，可W使用基于铁（Ti)和館（化）的氮化物或碳化物，具体 地，氮化铁铅（TiAlN)或氮化館铅（Al化脚已被用于现有技术中的送些铅压铸模的涂层。
[0010] 然而TiAlN(氮化铁铅）的耐热性不足W用于暴露于最高约75(TC温度的高温环 境的铅压铸模的涂层，并且当暴露于送种高温环境时，其它性质变差，因此热稳定性可能变 差。
[0011] Al化N(氮化館铅）的胶着性可能不足，导致诸如烙融铅的烙融合金可能容易附着 到模具表面，模具的寿命可能会下降，并且模塑产品的质量可能会下降。
[0012] 用于提高燃烧效率的EGR包括扁平阀、轴、衬套化USh)、垫圈和壳体，其中扁平阀 和衬套或垫圈和衬套可在高温滑动。相应地，由于高温下垫圈或扁平阀与衬套的胶着和磨 损，扁平阀可能难W打开/关闭，并且诸如噪声和输出的质量可能因扁平阀的磨损而恶化。 [001引Inconel713C或SUS420J2可W是在现有技术中EGR部件的材料，但它可能缺乏高 温硬度，因此它容易受到磨损。化N涂层已被用于解决送些问题，但它可能在约50(TC或更 高的温度下不具有足够的耐热性，导致硬度降低，并且因摩擦和磨损引起胶着，从而加速磨 损。
[0014] 另外，TiAlN涂层可能无法满足复合需求特性，诸如在约70(TC的耐热性、耐磨损 性、胶着性W及低摩擦。
【发明内容】
[0015] 在优选的方面，本发明提供了高温低摩擦涂层，其可通过改变用于润轮叶轮的材 料质量来改善润轮迟滞（turbo-lag)并改善在发动机排气系统中在高温下运转的部件的 耐久性。高温低摩擦涂层可通过将涂层应用到润轮增压器的润轮叶轮和在发动机排气系 统中在高温下滑动的部件，来改善耐热性、耐疲劳性、低摩擦性和胶着性。具体地，涂层可包 括；在基材上的化N粘合层、在化N粘合层上的TiAl化YN纳米多层支撑层和在TiAl化YN纳 米多层支撑层上的TiAl化YCN纳米多层功能层。本发明还提供形成涂层的方法。
[0016] 在示例性实施方式中，高温低摩擦涂层可包括；化N粘合层，其布置在硝化基材上 W改善涂层的密着性（close-contact油ility) ;TiAl化YN纳米多层支撑层，其布置在化N 粘合层上W实现涂层的耐热性、耐疲劳性、耐磨性和初性；和TiAl吐YCN纳米多层功能层， 其布置在TiAl化YN纳米多层支撑层上W实现涂层的耐热性、耐氧化性、胶着性、初性和低 摩擦性。
[0017] 具体地，TiAl化YN纳米多层支撑层120的厚度可W在约0. 5 iim至IOum的范围 内，TiAl化YCN纳米多层功能层130的厚度可W在约0. Sum至IOym的范围内。
[0018] 基于TiAl化YCN纳米多层功能层130的全部原子，在TiAl化YCN纳米多层功能层 130中的纪和碳灯C)含量可W在约2at. %至30at. %的范围内。
[001引在TiAl化YN纳米多层支撑层120中的铁、铅和館的原子比灯i;A1 ;Cr)可W是约1;1 ;1。
[0020] 在示例性实施方式中，形成高温低摩擦涂层的方法可包括如下步骤；在腔室内部 施加真空，通过注入氮气生成氮离子的等离子态，然后通过使氮阳离子撞击硝化基材的表 面而清洁和活化基材的表面；将氮气（Ns)注入到腔室中W供给N离子，然后通过使用供给 化离子的化祀在基材表面上形成化N粘合层；通过使用供给TiAl离子的TiAl祀、供给 化离子的化祀和供给Y离子的Y祀，在化N粘合层上形成TiAl化YN纳米多层支撑层；W 及进一步将己快气体（C2H2)注入到腔室中W供给C离子，然后通过使用供给TiAl离子的 TiAl祀、供给化离子的化祀和供给Y离子的Y祀，在TiAl化YN纳米多层支撑层上形成 TiAl化YCN纳米多层功能层。
[0021] 在TiAl化YN纳米多层支撑层的形成过程中，TiAl化YN纳米多层支撑层可WW约 0. 5Um至10Um的厚度形成；在TiAl化YCN纳米多层功能层的形成中，TiAl化YCN纳米多层 功能层可WW约0. 5ym至10ym的厚度形成。
[0022] 在TiAl化YCN纳米多层功能层的形成过程中，基于TiAl化YCN纳米多层功能层130 的全部原子，在TiAl化YCN纳米多层功能层中的YC含量可W是约2at. %至30at. %。
[0023] 在TiAl化YN纳米多层支撑层120的形成过程中，在TiAl化YN纳米多层支撑层120 中的Ti;A1;化原子比可W是约1 ;1 ;1。
[0024] 根据本发明的各示例性实施方式，高温低摩擦涂层可具有改善的高温稳定性、高 温胶着性和高温耐摩擦磨损性，W使得磨损量可减少，并且在高温下滑动的部件（诸如润 轮增压器的润轮叶轮）、高温部件、在发动机和排气系统中在高温下滑动的部件、铅压铸模 和热冲压模的寿命可增加。
[00巧]因此，可改善润轮迟滞，因为可W降低诸如润轮叶轮的重量。此外，本发明的涂 层可应用到隔热屏化eatshield)、叶片