具有耐磨涂层的摩擦部件及其涂覆方法与流程

本公开内容涉及一种具有耐磨涂层的摩擦部件及其涂覆方法，并且，更具体地，涉及一种设置有耐磨涂层以增强受发动机或动力传动系统中产生的摩擦影响的部件中的耐磨性的摩擦部件，以及其涂覆方法。
背景技术：
：随着近来发动机动力和多级齿轮的改进，发动机和动力传动系统中的部件现在能够经受比以前更苛刻或极端的摩擦条件。特别地，大量的摩擦发生在均应用于发动机的活塞环和曲轴以及应用于双离合变速器(dct)的动力传动系统部件的换挡拨叉的接触点处，分别旋转并与各自的对应物咬合/脱离。常规地，纯钼(mo)已通过火焰喷涂工艺应用于摩擦部件的表面以形成耐磨层。然而，由于其工艺特性，火焰喷涂涂层通常形成不平整的表面。因此，即使通过火焰喷涂形成mo涂层，仍然会发生剪切磨损。因此，需要新涂层材料和涂覆方法以通过火焰喷涂改善表面粗糙度以及耐磨性。作为
背景技术：
描述的以上信息仅用于增强对本公开内容的一般背景的理解，而不应视为承认该信息对应于本领域技术人员已知的现有技术。技术实现要素：本公开内容已经做出以解决上述问题，并且本公开内容的目的是提供一种其上具有表面粗糙度改善的耐磨涂层的摩擦部件及其涂覆方法。根据本公开内容的实施方式，提供一种用于制造摩擦部件的方法，该方法可包括以下步骤：(a)制造用于应用于摩擦部件的线材，该线材包括一种或多种金属氧化物化合物和钼的复合材料或掺和剂，它们按重量计以(i)约0.1％-1.0％的一种或多种金属氧化物化合物和(ii)复合材料或掺和剂的至少实质重量余量的钼(mo)存在；和(b)将制造的线材应用于摩擦部件的表面。特别地，金属氧化物化合物可包含至少一种或多种镧(la)、锆(zr)、钇(y)或铈(ce)的氧化物。所制造的线材可通过多种方法包括喷涂，如火焰喷涂或电弧喷涂进行应用。钼(mo)将以至少为金属氧化物:钼复合材料或掺和剂(其可为线材)的实质重量余量的量存在。例如，基于金属氧化物:钼复合材料(其可为线材)的总重量，钼可以以至少85、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.1、99.2、99.3、99.4、99.5、99.6、99.7、99.8或99.9重量百分数的量存在。在某些优选的方面，金属氧化物:钼复合材料(其可为线材)将仅包含一种或多种金属氧化物化合物和钼。然而，在其它方面，一种或多种其它材料也可适当地与一种或多种金属氧化物化合物和钼一起存在。如本文所用的术语“金属氧化物化合物”或“金属氧化物”是指具有至少一种或多种金属组分和氧的化合物，并且金属组分和氧可键合(例如共价键)。如本文所用的金属组分可为选自碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属、镧系元素或锕系元素的任何一种。例如，金属氧化物化合物可包含至少一种或多种镧(la)、锆(zr)、钇(y)或铈(ce)的氧化物。优选地，所制造的线材可通过喷涂、优选例如通过火焰喷涂或电弧喷涂而应用于摩擦部件的表面。线材可适当地包含la2o3、zro2、y2o3、ce2o3或其组合。优选地，线材可包含la2o3作为唯一的金属氧化物材料或者与一种或多种另外的金属氧化物如zro2组合。线材可优选包含按重量计约0.1％或0.3-1.0％的量的一种或多种金属氧化物材料如la2o3。制造步骤可包括制造线材以具有合适的直径，如1mm至5mm。线材特别优选的直径可根据本文进一步讨论的应用方法而变化。制造步骤可包括熔化包含一种或多种金属氧化物化合物和mo的铸块；并拉拔熔融铸块以制造线材。此外，根据本公开内容的实施方式，摩擦部件可包括：摩擦部件的主体；以及形成在该主体表面上并包含按重量计约0.1％-1.0％的一种或多种金属氧化物化合物和余量为钼(mo)的涂层。特别地，金属氧化物化合物可包含至少一种或多种镧(la)、锆(zr)、钇(y)或铈(ce)的氧化物。如本文所用的术语“摩擦部件”是指例如通过旋转、咬合或脱离对应物应用严重或极端摩擦条件处的部件。摩擦部件的实例可包括但不限于多级齿轮、发动机和动力传动系统中的部件如曲轴、换挡拨叉，应用于双离合变速器(dct)的动力传动系统部件等。涂层可适当地包含la2o3、zro2、y2o3、ce2o3、或其组合，与如本文所公开的mo的组合。优选地，在某些实施方式中，涂层可包含与mo一起的la2o3和zro2。在该实施方式中，涂层可包含按重量计约0.1％或0.3-1.0％的量的la2o3和zro2。在某些其它实施方式中，涂层可包含与mo一起的la2o3。在该实施方式中，涂层可包含按重量计约0.1％或0.3-1.0％的量的la2o3。可以形成合适的涂层以具有40μm或更小、包括例如35μm、30μm或25μm或更小的表面粗糙度。涂层可适当地包括具有不超过50μm或45μm或40μm直径的孔。摩擦部件的主体可包含按重量计约3.0％-4.0％的量的碳(c)、约2.0％-3.0％的量的硅(si)、约0.2％-0.6％的量的锰(mn)、约0.1％或更少的量的磷(p)、约0.15％或更少的量的硫(s)、约1.0％或更少的量的镍(ni)、约0.3％或更少的量的铬(cr)、以及余量的fe和不可避免的杂质。尽管本涂层公开为作为金属氧化物:mo复合材料的线材应用，但是也可以采用其它过程，如应用例如喷涂金属氧化物:mo复合材料的粉末。在优选的方面，如本文所公开的如通过喷涂在基底表面上而应用的金属氧化物:mo复合材料可包含具有盘形(即非球形或非飞溅形式)的微滴。我们已经发现，可以提供本发明的金属氧化物:mo复合材料的盘形(包括相对平、薄的盘形而非球形)涂层，包括通过喷涂应用如火焰喷涂其它喷雾应用本文所公开的本金属氧化物:(mo)复合材料的线材。包含这种圆盘形微滴的金属氧化物:mo复合材料涂层可以提供更高质量(特别是增强的表面粗糙度)的金属氧化物:(mo)复合材料的涂层。进一步提供的是可包括如本文所述的摩擦部件的车辆或车辆部件。根据本文所述的耐磨涂覆摩擦部件及其涂覆方法，至少能够获得以下效果。首先，实现了增强的表面粗糙度，从而使摩擦磨损最小化。其次，涂层表现出对基材母材的改善的粘合性，因此防止其脱落。最后，涂层其中具有减少数量的孔，因此表现出增强的耐磨性。附图说明根据以下结合附图的详细描述，本公开内容的以上和其它方面、特征和优势将更明显，其中：图1是根据本公开内容的实施方式的用于摩擦部件的涂覆方法的流程图；图2是示出具有通过根据本公开内容的实施方式的用于摩擦部件的涂覆方法形成的涂层的摩擦部件的横截面形态的显微镜图像；图3是示出具有通过根据本公开内容的实施方式的用于摩擦部件的涂覆方法形成的涂层的摩擦部件的表面形态的显微镜图像；图4是示出通过常规火焰喷涂用mo涂覆的摩擦部件的横截面形态的显微镜图像；和图5是示出通过常规火焰喷涂用mo涂覆的摩擦部件的表面形态的显微镜图像。应理解，以上参考的附图不一定按比例绘制，而是说明性地呈现本公开内容的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本公开内容的特定设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体的预期应用和使用环境来确定。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的实施方式。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施方式可以以各种不同的方式进行修改，所有这些方式都不脱离本公开内容的精神或范围。此外，在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。本文使用的术语仅仅是为了描述具体的实施方式的目的，而不是意在限制本公开内容。如本文所使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文中有清楚地相反表示。进一步将理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、区域、整数、步骤、操作、要素和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、要素、部件和/或它们的组。应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车辆，例如，包括运动型多功能车(suv)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。此外，除非具体说明或从上下文清晰得出，本文中所用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在均值的2个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清晰得出，本文提供的所有数值都由术语“约”所修饰。除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。应该进一步理解的是，比如在常用字典中定义的那些术语应该解释为具有与其在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且不会以理想化或过度形式化意义地进行理解，除非本文明确地如此定义。在下文中，将参照附图描述根据本公开内容的示例性实施方式的具有耐磨涂层的摩擦部件及其涂覆方法。图1是根据本公开内容的实施方式的用于摩擦部件的涂覆方法的流程图。如图1所示，本公开内容包括制造线材的步骤(s100)和火焰喷涂的步骤(s200)。在制造线材的步骤(s100)中，可制造按重量计包含约0.1％-1.0％的量的一种或多种金属氧化物化合物、以及余量的mo的线材。在一些实施方式中，线材可包含la2o3、zro2、y2o3、ce2o3、或其组合。优选地，线材可包含la2o3和zro2作为金属氧化物组分，或者仅包含la2o3作为金属氧化物组分。例如，线材包含按重量计约0.3-1.0％的量的la2o3和zro2、或0.3-1.0％的la2o3。在这点上，包含上述组成的铸块可优选进行熔化，然后通过拉拔工艺形成线材。在下文中，除非另外定义，％表示wt％。mo是导致如通过火焰喷涂形成的涂层的耐磨性的关键组分。常规地，用纯mo(纯度99.99％以上)进行火焰喷涂。然而，在本公开内容中，如通过用还包含一种或多种金属氧化物比如氧化镧(la2o3)的喷涂线材进行火焰喷涂来应用该材料。在某些应用中，la2o3(单独或与其它金属氧化物材料一起或结合)是为了在基材表面上形成薄而宽的涂层而添加的组分，因为它允许微滴在喷涂如火焰喷涂期间具有盘形。当如本文所公开的la2o3或其它金属氧化物以小于0.1重量％的量添加时，在喷涂比如火焰喷涂期间，微滴可能不会或将不具有盘形。另一方面，当la2o3以超过1.0重量％的量添加时，生成物的mo含量降低反而对耐磨性具有不利影响。例如，以超过1.0重量％的量使用一种或多种金属氧化物如la2o3由于线材材料的脆性增加能使制造金属氧化物:mo复合材料线材更困难。因此，基于线材总重量，la2o3和/或其它金属氧化物的含量按重量计限于约0.1％-1.0％的量。在应用金属氧化物-mo复合材料的线材时，线材适当地可具有各种尺寸，例如5mm或更小，包括1-5mm或1-4mm。3-4mm的线材直径将适用于至少某些应用方法，如火焰喷涂。对于电弧喷涂应用，1mm或1.5mm至2mm、3mm或4mm的线材直径可能是特别合适的。对于至少某些应用方法，当线材的直径小于约1mm时，线材不能顺利地提供熔融的微滴，从而在火焰喷涂期间引起不平整涂层的形成。当直径超过4mm或5mm时，难以将线材应用于喷涂设备。当通过掺杂由mola2o3制成的线材而不是通过熔化和拉拔工艺来进行线材制造时，仅将la2o3注入到线材的表面上，因此微滴不是均匀的盘形。因此，优选通过熔化包含上述mo和la2o3的组成的铸块，然后拉拔熔融的铸块来制造线材。在火焰喷涂(s200)中，耐磨涂层可以通过进行火焰喷涂工艺在摩擦部件的表面上形成，条件包括例如，喷枪速度为18mm/s至20mm/s，压缩空气流速为22scfm至24scfm(标准立方英尺/分钟)，并且乙炔流速为30scfm至35scfh(标准立方英尺/小时)。喷枪速度决定每单位时间的涂覆面积，并且压缩空气流速和乙炔流速对火焰的强度和排放压力负责。当在上述条件下进行火焰喷涂时，可形成粗糙度(rz)为40μm或更小的涂层。作为将进行上述涂覆工艺的对象的摩擦部件的实例包括换挡拨叉、活塞环、曲轴等。图2是示出具有通过根据本公开内容的实施方式的用于摩擦部件的涂覆方法形成的涂层的摩擦部件的横截面形态的显微镜图像，并且图3是示出具有通过根据本公开内容的实施方式的用于摩擦部件的涂覆方法形成的涂层的摩擦部件的表面形态的显微镜图像。如图2和图3所示，通过上述涂覆方法制造的摩擦部件包括主体100和形成在其上的涂层200。摩擦部件的主体100可为例如换挡拨叉，并且可由按重量计包含约3.0％-4.0％的量的碳(c)、约2.0％-3.0％的量的硅(si)、约0.2％-0.6％的量的锰(mn)、约0.1％或更少的量的磷(p)、约0.15％或更少的量的硫(s)、约1.0％或更少的量的镍(ni)、约0.3％或更少的量的铬(cr)、以及余量的fe和不可避免的杂质的材料制成。如在以上涂覆方法中所述，涂层200按重量计可包含约0.1％-1.0％的量的一种或多种金属氧化物化合物和余量的钼(mo)。特别地，金属氧化物化合物可包含选自镧(la)、锆(zr)、钇(y)、或铈(ce)的至少一种或多种。涂层可适当地包含la2o3、zro2、y2o3、ce2o3、或其组合。优选地，涂层可包含la2o3和zro2。例如，涂层可包含约0.1％-1.0％的量的la2o3和余量的mo。由此获得的涂层200具有1000hv至1100hv的硬度、30μm至40μm的粗糙度(rz)和6mpa至7mpa的附着力。特别地，由于微滴在火焰喷涂期间普遍地扩展以具有盘形，因此涂层200表现出优异的表面粗糙度和高附着力，其中孔(p)的尺寸和数量变小。在这点上，形成在涂层200中的孔(p)具有50μm或更小的直径。同时，图4是示出通过常规火焰喷涂用mo涂覆的摩擦部件的横截面形态的显微镜图像，并且图5是示出通过常规火焰喷涂用mo涂覆的摩擦部件的表面形态的显微镜图像。如图4和图5所示，由于在火焰喷涂期间由纯mo通过火焰喷涂制成的涂层(m)作为微滴附着，所以涂层(m)具有差的粗糙度，其中孔(p)的尺寸和数量增加。特别地，形成具有超过50μm直径的孔，降低了耐磨性。下表1中给出根据本公开内容的实施例设置有涂层的摩擦部件以及根据比较例设置有由纯mo组成的涂层的摩擦部件的物理性质。【表1】实施例1实施例2比较例喷涂材料0.25％la2o3-mo0.35％la2o3-momo100％涂层厚度(μm)100～150100～150100～150硬度(hv)108010121018粗糙度(rz)32.4μm32.6μm41.9μm附着力6.06.36.1最大磨损深度(μm)18.315.644.5如表1所示，其中加入0.1％-1.0％的la2o3的实施例1和2表现出32μm至33μm水平的优异的粗糙度，而比较例表现出超过40μm的较差粗糙度。此外，这些实施例显示出与比较例中等同水平的硬度和附着力。根据astmg77，通过基于环块试验的耐磨性测试评估最大磨损深度。在环块试验中，通过在块的表面上形成涂层、使块与盘形环的外周表面接触、然后以预定旋转速度旋转环，测量六面体块的磨损深度。对于测试条件，环以以下速度旋转，在块和环之间应用500n的负载。测试总共进行5分钟，即以500rpm进行1分钟，以1000rpm进行1分钟，以1500rpm进行1分钟和以2000rpm进行1分钟。作为相对材料的环通过对scr420hb钢材料进行渗碳来制造。试验结果表明，通过根据本公开内容的方法形成的涂层具有优异水平的15-20μm的磨损深度，而比较例的涂层大幅度磨损至大于40μm。特别地，在比较例中，发生了大量相对材料粘附并转移到涂层的现象，因为比较例具有较差的粗糙度并且磨损相对材料。尽管已经参照本公开内容的某些示例性实施方式详细描述了本公开内容，但本领域普通技术人员将很好理解的是，本公开内容可以以各种不同的形式来实施，所有这些形式均不脱离本发明的精神或本质特征。因此应该理解，上述实施方式在所有方面是说明性的而不是限制性的。本公开内容的范围由权利要求而非详细描述限定，并且来自权利要求及其等同方式的含义和范围的所有改变或修改应解释为包括在本公开内容的范围内。当前第1页12