专利名称：用于高压部件的涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高压部件，尤其是用于高压部件的涂层。
背景技术：
现有的发动机系统试图通过增大用于燃烧的燃料的压力来提高发动机的性能。一 种这样的发动机系统使用了共轨式燃料系统，该共轨式燃料系统包括将高压燃料供应至共 轨的高压泵或者将燃料供应至发动机的单独的燃料喷射器的增压室。在这种系统内的高压 燃料的运送使得该系统的各种部件——包括这些部件之间的刚性的、固定的连接部——承 受反复的载荷。因为被连接的部件可具有不同的刚度特性，所以反复的高压载荷可使刚性 连接部承受微移动。微移动可以是由与硬度较大的连接部件相比在载荷下移动更大的较柔 性的部件造成的微观位移(microscopic displacement)。微移动可造成两个刚性连接部件 之间的接触区域处的微动磨损(fretting)，从而导致所述部件的接触表面的点蚀。授予Cooke的美国专利No. 6，439，203 ('203专利)描述了一种用于燃料喷射器的 动态密封装置。该’ 203专利的密封装置可配设在燃料喷射器的往复运动的活塞周围，以防 止当活塞移动时燃料在燃料喷射器的腔室之间流动。活塞与密封装置之间的接触区域可包 括耐蚀涂层，以减小活塞的表面抵靠密封装置的表面滑动所造成的磨损。虽然’ 203专利可通过使用涂层减小在滑动部件之间的动态密封件的磨损，但未解 决两个承受相对微移动的刚性连接部件之间的微动磨损。本发明旨在克服上面提到的一个或多个缺点和/或本领域中的其他问题。
发明内容
一方面，本发明旨在提供一种发动机系统。该发动机系统包括第一部件，所述第一 部件承受加压流体并具有第一部件表面；和第二部件，所述第二部件承受加压流体并具有 第二部件表面。所述第二部件表面与所述第一部件表面相匹配，所述第二部件与所述第一 部件刚性连接。所述第一部件表面和第二部件表面中的至少一个包括涂层，该涂层的涂层 硬度大于该第一和第二部件中的任一个的硬度。另一方面，本发明旨在提供一种流体输送组件。该流体输送组件包括具有第一部 件表面的第一部件和具有第二部件表面的第二部件。所述第二部件表面与所述第一部件表 面相匹配，所述第二部件与所述第一部件刚性连接。所述表面中的至少一个包括防止该表 面磨损的涂层，所述磨损由流体输送组件内的加压流体造成。
图1是以高压燃料泵形式的示例性的高压部件的一部分的截面图；以及图2是图1的泵的示例性的连接部的截面图。
具体实施例方式执行与诸如采矿、建筑、农业、发电或运输之类的工业有关的一些类型的操作的机 器例如移动的或固定的机器可具有发动机系统，该发动机系统包括燃料供给系统和发动 机，所述发动机例如柴油发动机、汽油发动机或气体燃料动力发动机。所述燃料系统可包括 将高压燃料供应至发动机的单独的燃料喷射器的共轨式燃料系统。共轨式燃料系统可包括 用于使燃料加压的高压泵。图1示出在共轨式燃料系统中使用的高压泵10的截面的一部 分。特别地，图1示出共轨式燃料系统的高压泵10的可控进料阀组件12。尽管本发明公开 的特征与共轨式燃料系统的流体输送组件如高压泵10有关，但是应理解的是，这些特征可 适用于广泛范围的承受加压流体作用的部件。其他这类部件例如可包括位于高压泵10下 游的部件如阀、过滤器和/或燃料喷射器，或者在发动机系统外部的输送高压流体的部件。 另外，虽然本发明自始至终描述为可适用于共轨式燃料系统，但是本发明的教导也可同样 适用于其他类型的燃料系统，包括机械致动式电子燃料喷射器(MEUI)系统、液压致动式电 子燃料喷射器(HEUI)系统以及增强型共轨式燃料系统，其中高压泵的一部分可被包括在 燃料喷射器内。除了阀组件12之外，高压泵10还可包括用于接纳阀组件12的壳体14和用于致 动阀组件12的螺线管组件15。高压泵10还可包括活塞17，活塞17在泵室19内往复运动 以增加经由阀组件12被供应至控制室的燃料压力。阀组件12可包括阀元件16、阀体18和阀门盘20。阀元件16、阀体18和阀门盘 20可以是任何合适的形状，例如柱形。阀体18可形成阀元件16的阀座并可具有比阀元件 16的外径略大的内径，从而阀体18接纳阀元件16。阀元件16可以是“钉”形元件，该“钉” 形元件包括柱形杆体和直径大于该体部的直径的端部。阀元件16可与衔铁21刚性联接并 且通过弹簧23被朝向打开位置偏压。当被螺线管组件15致动时，阀元件16可通过阀体18 被引导沿单一轴线移动。阀门盘20可具有分别比阀体18的第一和第二外径沈和28略大的第一和第二内 径22和M，从而阀门盘20接纳阀体18。壳体14可具有可比阀门盘20的外径32略大的内 径30，从而壳体14接纳阀门盘20。壳体14的内径30和阀门盘20的外径32可包括互补 的螺纹，从而壳体14可以螺纹连接的方式接纳阀门盘20。阀门盘20可被旋入壳体14内， 从而阀体18的表面34可与壳体14的表面36相接触，从而阀门盘20的表面38可与阀体 18的表面40相接触，由此阀体18被刚性地夹紧在壳体14内。该刚性连接可防止阀体18、 阀门盘20与壳体14之间的除微移动(微观位移)之外的所有相对运动。阀体18和壳体 14可形成泵室19的一部分。可想到地，高压泵10的其他部件与阀体18可以以现有技术中 已知的任何其他的合适的方式、例如通过螺栓刚性连接。阀体18和壳体14可由具有不同刚度特性——例如在190GPa(吉帕斯卡)与 220GPa之间——的材料制成。阀体18和壳体14可具有例如在0. 8GPa与4. OGPa之间的硬 度值。因为阀体18和壳体14形成泵室19的一部分，所以这些部件可承受高压载荷的多次 反复作用。阀体18和壳体14的变形可在高压载荷下与材料刚度有关地变化。在相同的高 压载荷下，与刚度相对较大的材料相比，较柔性的材料可承受更大的变形。这种变化的变形 可导致阀体18与壳体14之间的微移动，这可造成表面34与表面36之间的微动磨损。微 动磨损也可发生在高压泵10的承受泵的加压流体的任何其他刚性连接表面上。
图2示出图1中所示的阀体18和泵壳体14的刚性连接的表面34和36的放大视 图。阀体18和壳体14可分别包括涂层42和44，涂层42和44可保护表面34和36免受由 于相对的微移动所造成的磨损。阀体18和壳体14还可分别包括可选的粘结层46和48。 可选的粘结层46和48可以是分别用于提高涂层42和44与阀体18和壳体14之间的粘合 的合适的层，例如铬层。可想到地，涂层42和44可分别应用到具有或不具有可选的粘结层 46和48的阀体18和壳体14上。涂层42和44可以是硬涂层，该硬涂层用于保护表面34和36免受点蚀和由于相 对微移动而造成的其他损坏如微动磨损。涂层42和44可具有大约5. 0微米或更小的厚 度。例如，涂层42和44可处于大约0. 5微米与1. 7微米之间或者可处于大约0. 5微米与 1.0微米之间。涂层42和44可由硬的耐磨材料、例如类钻碳(diamond-like carbon,DLC) 材料或氮化铬制成。当涂层42和44由DLC制成时，涂层42和44可具有在大约8. OGPa与 40. OGPa之间的硬度并可通过现有技术中已知的任何合适的沉积技术、例如化学气相沉积 或等离子增强化学气相沉积进行沉积。当涂层42和44由氮化铬制成时，涂层42和44可 具有在大约12. OGI^a与30. OGI^a之间的硬度并可通过现有技术中已知的任何合适的沉积技 术、例如物理气相沉积或电弧气相沉积进行沉积。可想到地，所公开的涂层可应用在高压泵 10的任何刚性连接部的仅一个表面或多个表面上。工业适用性所公开的涂层可用于广泛范围内的承受高压载荷的流体输送部件，例如高压燃料 泵、燃料喷射器和位于高压泵下游的阀。所公开的涂层还可用于位于发动机系统外部的部 件，例如后处理系统的部件和液压系统的部件。所公开的涂层可保护承受相对微移动的刚 性的、固定的连接部免受由于微移动而造成的微动磨损或其他损坏。高压泵10可使燃料加压至高压，使阀体18和壳体14承受泵室19内的高压载荷。 因为阀体18和壳体14可具有不同的材料刚度特性，所以由于阀体18和壳体14在基本一 样的高压载荷条件下变形不同，高压载荷可影响阀体18与壳体14之间产生的相对微移动。 涂层42和44可防止例如阀体18的表面34与壳体14的表面36之间的微动磨损。对于本领域内的技术人员显而易见的是，可对所公开的涂层进行各种改型和变 型。通过考虑所公开的实施例的说明及其实践，其他的实施例对于本领域内的技术人员来 说是显而易见的。所述说明和示例仅为示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其 等同方式指出。
权利要求
1.一种发动机系统，包括第一部件(14)，该第一部件承受加压流体并具有第一部件表面(36)；第二部件(18)，该第二部件承受加压流体并具有与所述第一部件表面相匹配的第二部 件表面(34)，所述第二部件与所述第一部件刚性连接；以及所述第一部件表面和所述第二部件表面中的至少一个包括涂层(42)，所述涂层的涂层 硬度大于所述第一部件和所述第二部件中的任一个的硬度。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一部件和所述第二部件具 有不同的刚度特性。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述涂层由类钻碳制成并且所述 涂层的硬度处于大约8. OGPa与40. OGPa之间。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述涂层由氮化铬制成并且所述 涂层的硬度处于大约12. OGPa与30. OGPa之间。
5.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述涂层的厚度为大约5.0微米或 更小。
6.一种流体输送组件，包括第一部件(14)，该第一部件具有第一部件表面(36)；第二部件(18)，该第二部件具有与所述第一部件表面相匹配的第二部件表面(34)，所 述第二部件与所述第一部件刚性连接；以及至少一个所述表面包括防止该表面磨损的涂层(42)，所述磨损由在所述流体输送组件 内的加压流体造成。
7.根据权利要求6所述的流体输送组件，其特征在于，所述涂层由与类钻碳制成并且 所述涂层的硬度处于大约8. OGPa与40. OGPa之间。
8.根据权利要求6所述的流体输送组件，其特征在于，所述涂层由氮化铬制成并且所 述涂层的硬度处于大约12. OGPa与30. OGPa之间。
9.根据权利要求6所述的流体输送组件，其特征在于，所述第一部件和所述第二部件 具有不同的刚度特性，所述加压流体影响所述第一部件与所述第二部件之间的微移动。
10.根据权利要求6所述的流体输送组件，其特征在于，所述磨损来自于微动磨损。
全文摘要
本发明公开了一种发动机系统。所述发动机系统具有第一部件(14)，该第一部件承受加压流体并具有第一部件表面(36)；以及第二部件(18)，该第二部件承受加压流体并具有第二部件表面(34)。所述第二部件表面与所述第一部件表面相匹配，所述第二部件与所述第一部件刚性连接。所述第一部件表面和所述第二部件表面中的至少一个具有涂层(42)，所述涂层的涂层硬度大于所述第一和第二部件中的任一个的硬度。
文档编号C23C14/06GK102076954SQ200980124847
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月29日 优先权日2008年6月30日
发明者B·E·巴特利, D·C·马克 申请人:卡特彼勒公司