基体为贝氏体组织。
[0221]所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为25 μ m ;沿涂层纵向剖面，其厚度为90 μ m ;其中TiC的体积分数为90%。
[0222]进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为70 μ m，TiC的体积分数为90%，其粒径为8 μ m。
[0223]更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为70 μ m，其中TiC的体积分数为70%，其粒径为2 μ mo此时，所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为230 μπι。所述Q255钢基体6为贝氏体。准单晶TiC致密陶瓷层3的硬度为3020HVa(l5，耐磨性相对于Q255钢基体6为20倍。
[0224]对比例1，其制备方法如下:用激光熔覆法直接将碳化钛颗粒熔覆在凸轮的工作面，得到涂层，厚度为30 μ m，体积分数为80%，所得涂层的硬度为1650HVa(l5，耐磨性相对于钢基体为2-3倍，且表面和基体的结合较差，导致表面增强层的脱落。
[0225]对比例中激光表面改性技术生产成本高，生产效率低，工艺参数不易控制，且使用过程中使用粘接剂将导致气孔和夹渣；且复合层中未出现准单晶TiC致密陶瓷层和微米TiC陶瓷层，复合层厚度和TiC含量较小，TiC粒径不均匀；同时，复合过程仅仅是对外加硬质碳化钛颗粒间的间隙进行铸渗和对外加颗粒进行熔融、烧结，硬质碳化钛颗粒与钢基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落或存在氧化、夹杂问题，因此，其力学性能较差。
【主权项】
1.一种发动机凸轮，在其工作面具有耐磨涂层，其特征在于，所述耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。
2.如权利要求1所述的发动机凸轮，其特征在于，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
3.如权利要求1或2所述的发动机凸轮，其特征在于，沿TiC致密陶瓷层沿涂层纵向剖面，其厚度为70-200 μ m，优选为100-200 μ m，更优选为120-200 μ m ;优选地，TiC的体积分数大于80 %，优选大于90 % ；TiC致密陶瓷层3粒径为8-50 μ m，优选为10-50 μ m。
4.一种发动机凸轮，在其工作表面具有梯度复合涂层，其特征在于，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融入PI=I /Ζλ O
5.如权利要求4所述的发动机凸轮，其特征在于，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
6.如权利要求4或5所述的发动机凸轮，其特征在于，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200 μ m，优选为100-200 μ m，更优选为120-200 μπι;其中TiC的体积分数大于80%，优选大于90% ;优选地，TiC粒径为8-50 μm，优选为10-50 μπι。
7.如权利要求4-6之一所述的发动机凸轮，其特征在于，沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150 μ m，优选为70-150 μ m，更优选为80-150 μ m，优选的，TiC的体积分数大于80%，优选大于90%，优选的，TiC的粒径为5-15 μ m，优选为6-12 μ m，更优选为8-10 μm0
8.如权利要求4-7之一所述的发动机凸轮，其特征在于，沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50 μ m-200 μ m，优选100-200 μ m，优选的，其中TiC的体积分数为20% -80%,优选为50% -85%，优选的，TiC的粒径为1-10 μ m，优选为2_8μπι。
9.如权利要求4-8之一所述的发动机凸轮，其特征在于:梯度复合涂层总厚度为170-550 μ m，优选在 300-550 μ m。
10.如权利要求4-9之一所述的发动机凸轮，其特征在于:组织根据热处理不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
11.一种如权利要求1-3之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于，发动机凸轮工作表面具有耐磨涂层，包括如下步骤: 1)先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.99%，优选地，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm ;优选地，所述钛板先被加以表面处理； 2)按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模，根据凸轮的工作受力状况，其主要磨损是凸轮表面与挺杆底面之间强烈的摩擦，据此在凸轮消失模工作表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合； 3)按照凸轮尺寸，制作砂型；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型； 4)将碳钢基材冶炼为钢液，优选地，温度控制在1610°C-1630°C ； 5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有凸轮消失模、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得凸轮基体为碳钢，凸轮工作表面为碳钢与钛板的复合体；优选地，采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有凸轮消失模、钛板和碳源的砂型内；优选地，浇注温度控制在1610°C -1630°C ;浇注时间40-50秒为宜；更优选地，一分钟后，在冒口补浇，优选地，室温冷却； 6)将浇铸完的凸轮复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在凸轮工作表面形成耐磨涂层，而凸轮基体仍为碳钢基体； 其中，耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层。
12.如权利要求11所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于:TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织；优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该TiC致密陶瓷层。
13.—种如权利要求4-10之一所述发动机凸轮的制备方法，其特征在于，在凸轮表面具有梯度复合涂层，包括如下步骤: 1)先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.99%，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm ;优选地，所述钛板先被加以表面处理； 2)按照发动机凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模，根据凸轮的工作受力状况，其主要磨损是凸轮表面与挺杆底面之间强烈的摩擦，据此在凸轮消失模工作表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合； 3)按照凸轮尺寸，制作砂型；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型； 4)将碳钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1610°C-1630°C ； 5)将上述钢液浇入放置有凸轮消失模、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得凸轮基体为碳钢，凸轮工作表面为碳钢与钛板的复合体；优选地，采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有凸轮消失模、钛板和碳源的砂型内；优选地，浇注温度控制在1610°C _1630°C，浇注时间40-50秒为宜；更优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却； 6)将浇铸完的凸轮复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在凸轮工作表面形成复合梯度涂层，而凸轮基体仍为碳钢基体； 7)所得的具有梯度复合涂层的凸轮被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
14.如权利要求13所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
15.如权利要求14所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于，保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，L = kTlogt1/2+b0 其中: L一一梯度复合涂层的总厚度(μ m)， k 是常数，取值为0_1，k ^ O, T—保温温度(K)， t 保温时间(S)， b0一一初始厚度(ym)，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
16.如权利要求13-15之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于:所述步骤I)中，表面处理的步骤如下: 第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗； 第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗； 第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
17.如权利要求13-16之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的外部碳源为石墨纸；优选地，所述石墨纸为三级以上，纯度99%，厚度为0.1-0.35mm。
18.如权利要求13-17之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于:所述步骤6)中，升温至1000-1130°C保温，升温速度控制在7°C /min，保温时间为4_12h，优选6_10h。
19.如权利要求13-18之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于:所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
20.如权利要求13-19之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于:所述保护气为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
21.如权利要求13-20之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于:所述的步骤7)中的热处理工序为:在550-800°C左右进行热处理，基体为珠光体组织；或在220-450°C进行热处理，基体为贝氏体组织；或在220°C以下进行热处理，基体为马氏体组织。
【专利摘要】本发明公开了一种发动机凸轮，其工作部位的表面具有一种碳化物涂层，并且提供一种用于获得上述凸轮的制备方法。所述凸轮，在其表面工作部位具有碳化物涂层。所述准单晶TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层及TiC与基体的融合层由外向内依次呈梯度分布，其被施加于碳钢表面。可被施加于碳钢表面。本发明通过铸造得到的基体与钛复合体，外引入外碳源，并加热、保温，从而在基体表面形成碳化物涂层，所述涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与钢基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了凸轮工作表面的耐磨性能。
【IPC分类】B22C9-04, B22D19-00, B22D18-06, C23C8-64, F01L1-04
【公开号】CN104525861
【申请号】CN201410659401
【发明人】许云华, 赵娜娜, 梁淑华, 钟黎声, 燕映霖, 叶芳霞, 王娟, 邹军涛, 肖鹏
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月18日