CN104525861B - 发动机凸轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有耐磨涂层复合发动机凸轮及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合发动机凸轮及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的耐磨碳化物涂层复合发动机凸轮及其制备方法。
背景技术
凸轮是汽车发动机的关键零部件之一，不仅承受着一定的载荷，而且经受着长时间的磨损，其性能好坏直接影响着汽车的质量和寿命。凸轮是凸轮轴上重要的一部分，凸轮轴主要由凸轮、支承轴颈、轴颈等几部分组成，用以控制气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程，对整个配气系统的性能具有决定性作用。其工作时，凸轮表面和挺杆之间有很高的周期性接触应力和较快的相对滑动速度，并且在机械运动过程中产生高温，致使凸轮经常以凸轮表面出现擦伤、点蚀、磨损、边缘龟裂及剥落等形式失效，因此要求凸轮材料具有较好的刚性和抗疲劳强度以及良好的耐磨性能。
目前，国内外生产凸轮的材料主要有锻钢和铸铁两种。以前，轿车发动机多采用锻钢凸轮。近年来，为了降低生产成本、改善加工性能，轿车发动机凸轮的生产开始采用各种铸铁材料。同时，由凸轮的工作条件可知，其主要磨损是由凸轮表面和挺杆之间的摩擦产生的，对凸轮部分的硬度和耐磨性能要求很高。因此，在当前国内外轿车凸轮生产中，铸铁已经成为广泛应用的材料。其次凸轮的铸造工艺和表面强化亦是制备过程中必须考究的问题。凸轮工作时，不仅经受长时间的磨损，同时凸轮作为轴类零件，承受着一定的载荷，其表面常处于最大应力状态，并且介质环境复杂。因此，零件的失效和破坏也大多发生在表面或从表面开始，如在零件表层引入一定的残余压应力，增加表面硬度，改善表层组织等，就能显著地提高零件的疲劳强度和耐磨性。表面强化工艺可在保证零件整体塑、韧性的同时有效提高表层耐磨性和抗疲劳强度，有时还能提高耐腐蚀性能，已在凸轮、曲轴、传动齿轮等制造领域获得广泛应用。目前，在凸轮生产中，经常使用的表面强化工艺主要有淬火工艺和重熔工艺，此外，还有液体氮化工艺等。
碳化物材料的涂层是现阶段使用较多一种材料，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属碳基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中TiC是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：
(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优异的综合性能；
(2)其颗粒一般呈圆球状，其晶格结构为面心立方结构，具有很高的热稳定性和硬度；
(3)便于切削加工、焊接、锻造，并且加工过程热变形小，且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。
因此，TiC涂层被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件表面等。
目前金属材料表面涂层技术有：激光熔覆法、高温自蔓延烧结技术、粉末冶金技术、材料气相沉积技术(包括：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD))等，但这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。因此如何在发动机凸轮工作表面获得TiC相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种发动机凸轮，其工作部位的表面具有一种耐磨涂层，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，该涂层有利保证凸轮表面具有很高的硬度和很好的耐磨性及断裂韧性，而凸轮基体内部具有很好的韧性。具有并且提供一种用于获得上述发动机凸轮的制备方法。
进一步的，本发明还提供一种发动机凸轮，其工作部位的表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于发动机凸轮工作部位的基体表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。
所述发动机凸轮，在其工作部位具有耐磨涂层，该涂层有利保证发动机凸轮表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而凸轮本身具有很好的韧性。
为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种发动机凸轮，在其工作面具有耐磨涂层，其特征在于，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。优选的，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。
更优选的，沿TiC致密陶瓷层沿涂层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选地，TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；TiC致密陶瓷层粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
此外，本发明还提供一种发动机凸轮，在其工作面具有梯度复合涂层，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与钢基体的融合层。
优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相。所述准单晶相是指，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。准单晶相介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，准单晶相的晶界明显减少，位错密度低，有较多亚晶界，因此硬度有明显提升；而较之单晶相，其对制备方式要求更低，且组织更为稳定。
更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选的，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
进一步优选的，沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150μm，优选为70-150μm，更优选为80-150μm；其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％，其粒径为5-15μm，优选为6-12μm，优选为8-10μm。
更进一步，沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50-200μm，优选为100-200μm；其中TiC的体积分数为20-80％，优选为50-85％，其粒径为1-10μm，优选为2-8μm。
优选地，梯度复合涂层总厚度为170-550μm；优选为300-550μm。
更优选地，所述发动机凸轮以碳钢为基体，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢，优选为：Q275A、Q255AF、45钢、T12A、T8、ZG270-450等，见国家标准GB221-79。基体组织根据热处理方式的不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
本发明提供一种发动机凸轮的制备方法，其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％，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，所述外部碳源为三级以上的石墨纸，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm，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，优选的，温度控制在1610℃-1630℃；
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，浇注温度控制在1610℃-1630℃；更优选地，浇注时间40-50秒为宜；进一步优选地，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。
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；优选地，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。
本发明还提供一种发动机凸轮的制备方法，其工作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；所述碳源为三级以上的石墨纸，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
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，优选的，温度控制在1610℃-1630℃。
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，浇注温度控制在1610℃-1630℃；更优选地，浇注时间40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，优选的，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梯度复合涂层，而凸轮基体仍为碳钢基体。
7)所得的表面具有梯度复合涂层的铲齿被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
优选地，钛板厚度为0.2-3mm；若小于0.2mm，则钛板在浇注复合过程中就已经完全反应，不能获得TiC致密陶瓷层，直接生成弥散分布TiC颗粒；超过3mm则导致扩散距离增大，反应动力不足。
优选地，通过严格控制步骤6)中保温温度与时间的关系，获得所述准单晶相TiC致密陶瓷层。该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。
优选地，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。
更优选地，上述步骤6)中保温温度、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——梯度复合涂层的总厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度(K)，
t——保温时间(s)，
b0——初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
综上，所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层，硬度高。所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，原子的排列不像一般单晶那样具有相同的晶格，但仍具有严格的顺序，呈现出几何排列；晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序。准单晶相介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，准单晶相的晶界明显减少，位错密度低，有较多亚晶界，因此硬度有明显提升；而较之单晶相，其对制备方式要求更低，且组织更为稳定。
优选地，在步骤1)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。
更优选地，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。
优选地，步骤6)中，升温至1000-1130℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h，优选6-10h。
优选地，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
优选地，保护气为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
其中，保温温度应严格控制在上述范围内，温度高于1130℃，反应过程中的液相过多，而使得准单晶TiC，直接生成弥散分布TiC颗粒，而不能获得准单晶TiC致密陶瓷层；但是温度低于1000℃，则Ti的溶解度太低，反应无法正向进行。同样的，保温时间也应该保持一个合理的区间，时间超过12h，准单晶TiC致密陶瓷层消失，反应扩散生成弥散分布TiC颗粒与基体的融合，而低于4h，则反应获得的TiC太少，涂层厚度难以保证，最佳的应该保持在6-10h。
更优选地，具有碳化物涂层的碳钢复合体被进一步热处理以获得更合适的基体组织；优选地，在550-800℃左右进行热处理，基体为珠光体组织；或在220-450℃进行热处理，基体为贝氏体组织；或在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述钢基体优选为碳钢，碳钢基体组织为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。所述碳钢基体根据国家标准GB221-79中规定，本案中所使用碳钢的的牌号分别为：Q275A、Q255AF、45钢、T12A、T8、ZG270-450等。
本发明通过铸造获得碳钢+钛复合体后，引入外部碳源，以加热扩散的方式，通过控制保温温度、保温时间和涂层厚度的关系，可在钢表面形成碳化物涂层，涂层与碳钢基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与碳钢基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了涂层的力学性能。并且该方法操作简单，无需复杂设备，且由于浇注砂型的多样性，适用于生产具有复杂形状的耐磨部件，例如凸轮等零件。
另一方面，本发明复合碳化物涂层的显微硬度高达3000-3230HV0.05，相对耐磨性是碳钢基体的10-22倍。所述相对耐磨性的定义为：以基体材料为标准试样，在相同磨料粒度，相同载荷，圆盘以相同转速转动相同圈数后，被测涂层产生磨损量与标准试样产生磨损量的比值称为涂层的相对耐磨性，因此也简称为涂层的相对耐磨性是基体的几倍，下述相同参数的检测标准与之相同。
这是由于其中的TiC致密陶瓷层为准单晶组织，化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性。而与之相对应的微米TiC陶瓷层的硬度只能达到2000-2800HV0.05，其相对耐磨性是基体的6-10倍。
不同的热处理方式，使凸轮工作表面和凸轮本身具有不同的力学性能，满足了实际生产中对各个部分的不同性能要求。这种凸轮表面硬度在3200HV0.05左右，盘体部位具有优良的耐磨性，是普通钢的13-22倍，使用寿命大幅提高，使凸轮可以终身免更换。
附图说明：
图1为本发明中发动机凸轮制备工艺图；
图2为本发明中热处理后发动机凸轮以及各部分组织示意图；
图3为本发明中准单晶相TiC陶瓷层显微组织图；
图4为本发明中TiC陶瓷层多晶相显微组织图。
图中，1.石墨纸，2.钛板，3.块状准单晶TiC致密陶瓷层，4.微米TiC陶瓷层，5.TiC与基体的融合层，6.基体，7.凸轮消失模。
具体实施方式
实施例1：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.7％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
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7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.1mm，使其与钛板2紧密结合，如图1所示。
3、按照凸轮尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将Q275A基体6冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1630℃；更优选地，浇注时间40秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氩气，气体流量为5ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的Q275A基体6，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
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15μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，其中TiC的体积分数为90％。
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90μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为7μm。
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90μm，其中TiC的体积分数为70％，其粒径为3μm。
综上，如图2所示，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5，且依次呈梯度分布，其总厚度为290μm。所述Q275A基体6组织为马氏体。准单晶相TiC致密陶瓷层3的显微硬度为3000HV0.05，相对耐磨性是Q275A基体6的22倍。
实施例2：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1.5mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.2mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将Q255AF基体6冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1630℃；更优选地，浇注时间45秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的Q255AF基体6，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在700℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
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30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm；其中TiC的体积分数为90％，如图3所示。
如图4所示，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100μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为10μm。
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100μm，其中TiC的体积分数为65％，其粒径为4μm。
此时，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶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350μm。所述Q255AF基体6组织为珠光体。准单晶相TiC致密陶瓷层3的显微硬度为3080HV0.05，耐磨性相对于Q255AF基体6为16倍。
实施例3：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.35mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用自硬树脂砂制作砂型。
4、将Q255AF基体6冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1630℃；更优选地，浇注时间50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为10h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得Q255AF基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在700℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
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40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm；其中TiC的体积分数为90％。
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130μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为13μm。
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160μm，其中TiC的体积分数为50％，其粒径为8μm。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470μm，所述Q255AF基体6为珠光体。准单晶相TiC致密陶瓷层3的硬度为3120HV0.05，耐磨性相对于Q255AF基体6为22倍。
实施例4：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.15mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，制作砂型；优选地，用潮模砂制作砂型。
4、将50钢基体6冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为中碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1620℃；更优选地，浇注时间50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得50钢基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在350℃左右进行热处理，基体为贝氏体组织。
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45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm；其中TiC的体积分数为80％。
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150μm，TiC的体积分数为80％，其粒径为15μm。
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200μm，其中TiC的体积分数为20％，其粒径为10μm。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550μm。所述50钢基体6为贝氏体。所述碳化物涂层的硬度为3230HV0.05，耐磨性相对于50钢基体6为14倍。
实施例5：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.99％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.25mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将T12基体6冶炼为钢液，温度控制在1610℃。所选碳钢基体为高碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1610℃；更优选地，浇注时间40秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为7ml/min。
7、所得T12钢基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在400℃下进行热处理，基体为贝氏体组织。
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30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm；其中TiC的体积分数为85％。
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110μm，TiC的体积分数为85％，其粒径为9μm。
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120μm，其中TiC的体积分数为60％，其粒径为5μm。此时，可由所述准单晶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350μm。所述T12钢基体6为贝氏体。准单晶TiC致密陶瓷层3的硬度为3010HV0.05，耐磨性相对于T12钢基体6为10倍。
实施例6：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.7％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.25mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将T8钢基体6冶炼为钢液，温度控制在1610℃。所选碳钢基体为高碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1610℃；更优选地，浇注时间50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得T8钢基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
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35μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为85％。
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120μm，TiC的体积分数为85％，其粒径为12μm。
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130μm，其中TiC的体积分数为55％，其粒径为6μm。此时，是由所述准单晶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420μm。所述T8钢基体6为马氏体。准单晶TiC致密陶瓷层3的硬度为3100HV0.05，耐磨性相对于T8钢基体6为11倍。
实施例7：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.99％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.15mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用自硬树脂砂制作砂型。
4、将ZG270-500基体6冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1630℃；更优选地，浇注时间45秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得ZG270-500基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
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40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm；其中TiC的体积分数为90％。
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110μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为11μm。
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120μm，其中TiC的体积分数为60％，其粒径为7μm。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390μm。所述ZG270-500钢基体6为马氏体。准单晶TiC致密陶瓷层3的硬度为3110HV0.05，耐磨性相对于ZG270-500钢基体6为19倍。
实施例8：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗，
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.3mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用潮模砂制作砂型。
4、将45钢基体6冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为中碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1620℃；更优选地，浇注时间45秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得45钢基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在600℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
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45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为90％。
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140μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为14μm。
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180μm，其中TiC的体积分数为40％，其粒径为9μm。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490μm。所述45钢基体6为珠光体。准单晶TiC致密陶瓷层3的硬度为3130HV0.05，耐磨性相对于45钢基体6为13倍。
实施例9：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在0.2mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.2mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将50钢基体6冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为中碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1620℃；更优选地，浇注时间40秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得50钢基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在650℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
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10μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm；其中TiC的体积分数为90％。
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50μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为5μm。
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50μm，其中TiC的体积分数为80％，其粒径为1μm。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170μm。所述50钢基体6为珠光体。准单晶TiC致密陶瓷层3的硬度为3000HV0.05，耐磨性相对于50钢基体6为11倍。
实施例10：
发动机凸轮的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照凸轮尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作凸轮消失模7，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2，然后在钛板2表面固定外部碳源，所述碳源为三级以上的石墨纸1，纯度99％，厚度为0.1mm，使其与钛板2紧密结合。
3、按照凸轮尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将Q255基体6冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢。
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7、钛板2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2的复合体；优选地，浇注温度控制在1630℃；更优选地，浇注时间50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，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，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，获得所述凸轮表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得Q255钢基体6材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在300℃左右进行热处理，基体为贝氏体组织。
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25μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm；其中TiC的体积分数为90％。
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70μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为8μm。
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70μm，其中TiC的体积分数为70％，其粒径为2μm。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230μm。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3020HV0.05，耐磨性相对于Q255钢基体6为20倍。
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30μm，体积分数为80％，所得涂层的硬度为1650HV0.05，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。
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。
Claims (35)
1.一种发动机凸轮，在其工作表面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，其中，所述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、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织；
沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm；其中TiC的体积分数大于80％；TiC致密陶瓷层粒径为8-50μm。
2.如权利要求1所述的发动机凸轮，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为100-200μm；所述TiC的体积分数大于90％；所述TiC致密陶瓷层粒径为10-50μm。
3.如权利要求2所述的发动机凸轮，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为120-200μm。
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与基体的融合层，其中，所述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、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
5.如权利要求4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70-200μm；其中TiC的体积分数大于80％；TiC粒径为8-50μm。
6.如权利要求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，其所述厚度为100-200μm；所述TiC的体积分数大于90％；所述TiC粒径为10-50μm。
7.如权利要求6所述的发动机凸轮，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为120-200μm。
8.如权利要求4-7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50-150μm；TiC的体积分数大于80％；TiC的粒径为5-15μm。
9.如权利要求8所述的发动机凸轮，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为70-150μm；所述TiC的体积分数大于90％；所述TiC的粒径为6-12μm。
10.如权利要求9所述的发动机凸轮，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为80-150μm；所述TiC的粒径为8-10μm。
11.如权利要求4-7,9-10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50μm-200μm；其中TiC的体积分数为20％-85％；TiC的粒径为1-10μm。
12.如权利要求11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，其所述厚度为100-200μm；所述TiC的体积分数为50％-80％；所述TiC的粒径为2-8μm。
13.如权利要求4-7,9-10,12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170-550μm。
14.如权利要求13所述的发动机凸轮，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为300-550μm。
15.如权利要求4-7,9-10,12,14之一所述的发动机凸轮，其特征在于：基体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。
16.如权利要求15所述的发动机凸轮，其特征在于：该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
17.一种如权利要求1-3之一所述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；
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，
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
5)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，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；
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，耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。
18.如权利要求17所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，钛的纯度控制在99.7-99.99％，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm，所述钛板先被加以表面处理；在步骤3)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；在步骤4)中，温度控制在1610-1630℃；在步骤5)中，浇注温度控制在1610-1630℃，浇注时间为40-50秒。
19.如权利要求18所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：在步骤5)中，一分钟后，在冒口补浇；经过室温冷却。
20.如权利要求17-19之一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、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
21.如权利要求20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TiC致密陶瓷层。
22.一种如权利要求4-16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；
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，
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
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；
6)将浇铸完得到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符合梯度层，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基体组织。
23.如权利要求22所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，钛的纯度控制在99.7-99.99％，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm，所述钛板先被加以表面处理；在步骤3)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；在步骤4)中，温度控制在1610-1630℃；在步骤5)中，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。
24.如权利要求23所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：在步骤5)中，浇注温度控制在1610-1630℃，浇注时间为40-50秒。
25.如权利要求24所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：在步骤5)中，一分钟后，在冒口补浇；钢液经过室温冷却。
26.如权利要求22-25之一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。
27.如权利要求22-25之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：在步骤6)中保温温度、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——梯度复合涂层的总厚度，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度，
t——保温时间，
b0——初始厚度，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
28.如权利要求23所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：所述步骤1)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。
29.如权利要求22-25，28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。
30.如权利要求29所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
31.如权利要求22-25,28,30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℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h。
32.如权利要求31所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：所述保温时间为6-10h。
33.如权利要求22-25，28,30,32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。
34.如权利要求22-25，28,30,32之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
35.如权利要求22-25，28,30,32之一所述的发动机凸轮的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中的热处理工序为：在550-800℃进行热处理，基体为珠光体组织，或在220-450℃进行热处理，基体为贝氏体组织，或在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
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