CN104525916A - 发动机挺柱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机挺柱，发动机挺柱内腔表面具有碳化物涂层，发动机挺柱基体为碳钢，并提供一种上述发动机挺柱的制备方法，先将外碳源固定在发动机挺柱芯模外壁，然后将钨板卷绕，并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模外壁的石墨纸，随后将碳钢基体钢液浇铸砂型内，铸态的发动机挺柱经过热处理后炉冷至室温，发动机挺柱内腔表面形成碳化物涂层，而发动机挺柱基体仍为碳钢基体，所述碳化物涂层，包括准单晶WC陶瓷层，还可进一步包括微米WC致密陶瓷层及WC与基体的融合层。碳化物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金属基体间结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了发动机挺柱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挺柱及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合发动机挺柱及其制备方法，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挺柱及其制备方法。
背景技术
挺柱是广泛应用于汽车、工程机械、拖拉机等发动机心脏部件中配气机构的主要组成部分。挺柱的一端与凸轮接触，另一端与气门接触，它的作用是将凸轮的推力传给气门。由于发动机的高速运转以及凸轮轴的冲击和磨损，要求挺柱的底面(与凸轮轴的接触面)具有高硬度、高耐磨性。随着汽车发动机不断向高速、高功率方向发展，不可避免地要增加配气机构的弹簧力和接触面的滑动速度，因而使凸轮-挺柱之间的润滑条件变得更加苛刻，所以延长凸轮-挺柱使用寿命已成为研制发动机的重要课题之一。凸轮-挺柱这一对摩擦副损坏形态大致可分为：擦伤、麻点和磨损。凸轮-挺柱是内燃机中三对主要的摩擦副之一，工作条件恶劣，问题很多。之前国内多数采用冷激铸铁挺柱，但寿命极端。当然影响寿命的因素是多方面的，如结构设计、润滑条件、加工精度和日常维护等，但材料的选择和改善是不可忽视的一个重要方面。
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合金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WC是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：
(1)碳化钨具有高强度、高硬度及高模量；
(2)WC韧性好、抗冲击载荷及抗磨性好，与基体结合具有较好的抗界面腐蚀能力，而且它与钢铁润湿性好，二者之间的润湿角为零；
(3)其次，我国是钨的富产国，所以选择WC作为增强相在技术、经济和社会效益上都十分合适。
因此，WC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。
因此如何在发动机挺柱工作表面获得WC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复合发动机挺柱，其挺柱内腔表面具有一种耐磨涂层，而柱体仍为碳钢基体，该耐磨涂层为WC致密陶瓷层，其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；并且进一步地，提供一种用于获得上述复合发动机挺柱的制备方法。
进一步地，本发明还提供一种复合发动机挺柱，其挺柱内腔表面具有一种梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，其优选被涂覆于挺柱内腔表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是碳钢挺柱内腔表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。
所述发动机挺柱，在其内腔表面具有耐磨涂层。该涂层有利保证发动机挺柱工作表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而挺柱基体内部具有很好的韧性。
为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种内腔表面具有耐磨涂层的发动机挺柱，该耐磨涂层为WC致密陶瓷层；优选地，WC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。
更优选地，沿WC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-180μm，优选为100-180μm，；优选地，其中WC的体积分数大于80％，优选大于85％；优选地，粒径为10-50μm，优选为20-50μm。
此外，本发明还提供一种内腔表面具有梯度复合涂层的发动机挺柱，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。
优选地，WC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。
更优选地，沿WC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-180μm，优选为100-180μm，优选地，其中WC的体积分数大于80％，优选大于85％；优选地，粒径为10-50μm，优选为20-50μm。
进一步的，沿微米WC陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-180μm，优选为130-180μm；其中WC的体积分数大于75％，优选大于80％，其粒径为5-30μm，优选为6-25μm。
更进一步，所述碳化物涂层，还包括位于上述WC致密陶瓷层以及微米WC陶瓷层之下的WC与基体的融合层，沿涂层纵向剖面，其厚度为60-300μm，优选为100-300μm；其中WC的体积分数为40-80％，优选为60-80％，其粒径为1-20μm，优选为5-10μm。
优选地，梯度复合涂层总厚度为180-660μm；优选在330-660μm。
所述基体优选为碳钢，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。
更优选地，发动机挺柱基体组织根据热处理方式不同可分为珠光体、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。
本发明提供一种内腔表面具有耐磨涂层的发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1)先准备一钨板，优选地，其中钨的纯度应控制在99.7-99.99％，优选地，所述钨板先被加以表面处理；
2)按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模。
3)按照发动机挺柱尺寸，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；根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型内发动机挺柱芯模外壁表面固定石墨纸，然后将钨板卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模的石墨纸上，使其与石墨纸紧密结合；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体为碳钢，发动机挺柱内腔工作表面为与钨板的复合体；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)将浇铸完得到的发动机挺柱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，从而在挺柱内表面形成耐磨涂层，而挺住基体仍为碳钢基体。
其中，耐磨涂层为WC致密陶瓷层。
优选地，通过控制保温时间、保温温度获得该WC致密陶瓷层；优选地，WC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。
本发明还提供一种内腔表面具有梯度复合涂层的发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1)先准备一钨板，优选地，其中钨的纯度应控制在99.7-99.9％，优选地，所述钨板先被加以表面处理；
2)按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模。
3)按照发动机挺柱尺寸，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；根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型内发动机挺柱芯模外壁表面固定石墨纸，然后将钨板卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模的石墨纸上，使其与石墨纸紧密结合；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体为碳钢，发动机挺柱内腔工作表面为与钨板的复合体；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)将浇铸完得到的发动机挺柱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，从而在挺柱内表面形成耐磨涂层，而挺住基体仍为碳钢基体；
优选的，钨板的厚度控制在0.2-3mm；若小于0.2mm，则钨板2在浇注复合过程中就已经完全反应，不能获得准单晶WC陶瓷，直接生成弥散分布WC，呈现WC与基体的完全融合。超过3mm则导致扩散距离增大，反应动力不足。
优选地，步骤6)通过严格控制保温温度与时间的关系，获得所述准单晶相WC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WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。
更优选地，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——反应初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钨板之间形成的复合层的厚度。
综上，所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层，硬度高。所述WC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3)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1000-1140℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为2-8h，优选4-8h。
优选地，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
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1140℃，反应过程中的液相过多，而使得准单晶WC，直接生成弥散分布WC颗粒，而不能获得准单晶WC致密陶瓷层；但是温度低于1000℃，则W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8h，准单晶WC致密陶瓷层消失，反应扩散生成弥散分布WC颗粒与基体的融合，而低于2h，则反应获得的WC太少，涂层厚度难以保证，最佳的应该保持在4-8h。
更优选地，具有碳化物涂层的发动机挺柱复合体被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工艺为: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。
所述发动机挺柱以碳钢为基体，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。
本发明通过砂型铸造获得碳钢基体和钨的发动机挺柱复合体后，引入外碳源，以加热扩散的方式可直接在发动机挺柱的内腔表面形成碳化物涂层，碳化物涂层与挺住基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，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，获得的发动机挺柱性能良好。不同的热处理方式，使发动机挺柱具有不同的力学性能，满足了实际生产的要求。由于表面致密准单晶陶瓷层的形成，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。因此发动机挺柱的内腔表面具有较高的硬度2000-2400HV0.05，相对耐磨性是基体的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WC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。而与之相对的微米WC陶瓷层的硬度只能达到1200-2000HV0.05，其相对耐磨性是基体的6-10倍。
附图说明
图1是本发明中发动机挺柱制备工艺图；
图2是本发明中热处理后发动机挺柱以及各部分组织示意图；
图3本发明中准单晶相WC陶瓷层显微组织图；
图4本发明中WC陶瓷层多晶相显微组织图。
具体实施方式
实施例1：发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.7％。所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在0.2mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm。然后将厚度为0.2mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将Q275A基材冶炼为钢液，温度控制在630℃，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为40秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为Q275A碳钢基体，发动机挺柱内腔表面为碳钢与钨板2的复合体；
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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2h，从而在发动机挺柱内表面形成碳化物涂层，而挺柱基体6仍为Q275A基体。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基体的发动机挺柱，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体为马光体组织。
所述碳化物涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，沿涂层纵向剖面呈现整齐的枝晶状组织，其粒径为10μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，WC的体积分数为80％，其粒径为5μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为60μm，其中WC的体积分数为80％，其粒径为1μm。
此时，所述涂层可为复合涂层，其包括WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5构成，依次呈梯度分布，其总厚度为180μm。
所述发动机挺柱基体6为马氏体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的显微硬度最高可达2000HV0.05，相对耐磨性是基体的14倍。
实施例2：发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.8％，所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在0.8mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用覆膜砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm。然后将厚度为0.8mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将Q255AF基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为45秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为Q255AF碳钢基体，发动机挺柱内腔表面为碳钢与钨板2的复合体；
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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，从而在发动机挺柱内表面形成碳化物涂层，而挺柱基体6仍为Q255AF基体。所述保护气为氩气，气体流量为6mL/min。
7、所得的具有碳化物涂层的Q255AF基体的发动机挺柱，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在650℃进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，沿涂层纵向剖面呈现整齐的枝晶状组织，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm，WC的体积分数为75％，其粒径为15μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm，其中WC的体积分数为65％，其粒径为10μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为480μm。所述发动机挺柱基体6为珠光体。所述发动机挺柱内表面碳化物涂层的硬度为2150HV0.05，耐磨性相对于Q255AF钢基体为15倍。
实施例3：发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.8％，所述钨板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，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1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板2的厚度控制在1mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用自硬树脂砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.35mm。然后将厚度为1mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将45钢基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为45钢，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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4h，从而在发动机挺柱内表面形成碳化物涂层，而挺柱基体6仍为45钢基体。所述保护气为氩气，气体流量为6mL/min。
7、所得新型微观复合结构的发动机挺柱，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，包括WC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160μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm，WC的体积分数为75％，其粒径为20μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为260μm，其中WC的体积分数为50％，其粒径为6μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，可由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为590μm，所述45钢基体为珠光体。发动机挺柱表面碳化物涂层的硬度为2200HV0.05，耐磨性相对于45钢基体为16倍。
实施例4：发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.99％，所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在2mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用潮模砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm。然后将厚度为2mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将Q275A钢基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为Q275A钢，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1140℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为8h，从而在发动机挺柱内表面形成碳化物涂层，而挺柱基体6仍为Q275A钢基体。所述保护气为氩气，气体流量为6mL/min。
7、所得的具有碳化物涂层的Q275A钢基体的发动机挺柱，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在450℃左右进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述碳化物涂层，包括WC致密陶瓷层3为准单晶相，沿涂层纵向剖面呈现整齐的枝晶状组织，其粒径为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm，WC的体积分数为75％，其粒径为30μm。更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为300μm，其中WC的体积分数为40％，其粒径为20μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为660μm。所述Q275A钢基体为贝氏体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的硬度为2400HV0.05，耐磨性相对于Q275A钢基体为22倍
实施例5：发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.7％。所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在3mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm。然后将厚度为3mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将50钢基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为40秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为50钢，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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8h，从而在发动机挺柱内表面形成碳化物涂层，而挺柱基体6仍为50钢基体。所述保护气为氩气，气体流量为7mL/min。
7、所得新型微观复合结构的发动机挺柱，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在400℃进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述碳化物涂层，包括WC致密陶瓷层3为准单晶相，沿涂层纵向剖面呈现整齐的枝晶状组织，其粒径为25μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm，WC的体积分数为75％，其粒径为15μm。更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为230μm，其中WC的体积分数为75％，其粒径为9μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，可由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为540μm。所述50钢基体为贝氏体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的硬度为2100HV0.05，耐磨性相对于50钢基体为14倍。
实施例6：发动机挺柱的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.99％，所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在2mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用覆膜砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm。然后将厚度为2mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将T8钢基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1610℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为T8钢，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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2h，最后随炉冷却至室温，获得表面具有微观复合结构的发动机挺柱；所述保护气为氩气，气体流量为8mL/min。
7、所得新型微观复合结构的发动机挺柱，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：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WC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为20μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为60μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm，WC的体积分数为80％，其粒径为10μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，其中WC的体积分数为70％，其粒径为6μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为210μm。所述T8钢基体为马氏体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的显微硬度为2050HV0.05，耐磨性相对于T8钢基体为10倍。
实施例7：碳化物涂层的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.9％。所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在1mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用自硬树脂砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm。然后将厚度为1mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将ZG270-500钢基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为45秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为ZG270-500钢基体，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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2h，最后随炉冷却至室温，获得表面具有微观复合结构的发动机挺柱,所述保护气为氩气，气体流量为8mL/min；
7、所得ZG270-500钢材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在600℃进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，包括WC致密陶瓷层3为准单晶相，沿涂层纵向剖面呈现整齐的枝晶状组织，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，WC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WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm，其中WC的体积分数为55％，其粒径为15μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC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ZG270-500钢基体为珠光体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的硬度为2150HV0.05，耐磨性相对于ZG270-500钢基体为15倍。
实施例8：碳化物涂层的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.9％。所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在3mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用潮模砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.3mm。然后将厚度为3mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将45钢基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为45秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为45钢基体，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1120℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为8h，最后随炉冷却至室温，获得表面具有微观复合结构的发动机挺柱；所述保护气为氩气，气体流量为6mL/min.
7、所得45钢材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在550℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，包括WC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170μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm，WC的体积分数为75％，其粒径为25μm。更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为280μm，其中WC的体积分数为45％，其粒径为18μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，可由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为630μm。所述45钢基体为珠光体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的显微硬度为2300HV0.05，耐磨性相对于45钢基体为18倍。
实施例9：碳化物涂层的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.9％。所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在1.5mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm。然后将厚度为1.5mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将Q275A基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为40秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为Q275A钢基体，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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，获得所述碳钢基体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、所得碳钢材料，被进一步热处理以获得更合适的基体组织在450℃左右进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述碳化物涂层，包括WC致密陶瓷层3为准单晶相，沿涂层纵向剖面呈现整齐的枝晶状组织，其粒径为15μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm，WC的体积分数为80％，其粒径为10μm。更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为60μm，其中WC的体积分数为75％，其粒径为5μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，可由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为210μm。所述Q275A钢基体为贝氏体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的硬度为2050HV0.05，耐磨性相对于Q275A钢基体为12倍。
实施例10：碳化物涂层的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板2，其中钨的纯度应控制在99.8％。所述钨板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。所述钨板2的厚度控制在3mm。
2、按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模9。
3、按照发动机挺柱尺寸，用覆膜砂制作砂型7，每箱一个发动机挺柱，二箱分型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型7内发动机挺柱芯模8外壁表面固定石墨纸1，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm。然后将厚度为3mm的钨板2卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模8的石墨纸上。
4、将45钢基材冶炼为钢液，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上述附着着石墨纸1和钨板2的发动机挺柱芯模8的砂型7内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体6为碳钢，工作表面为与钨板2的复合体。
6、将浇铸完得到的发动机挺柱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8h，最后随炉冷却至室温，获得所述碳钢基体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45钢基体的发动机挺柱，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在350℃进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述碳化物涂层，包括WC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180μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm，WC的体积分数为75％，其粒径为20μm。更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为280μm，其中WC的体积分数为60％，其粒径为2μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为630μm。所述碳钢基体为贝氏体。所述发动机挺柱表面碳化物涂层的显微硬度为2200HV0.05，耐磨性相对于钢基体为16倍。
对比例1，其制备方法如下：用激光熔覆法直接将碳化钨颗粒熔覆在发动机挺柱的工作面，得到涂层，厚度为30μm，体积分数为80％，所得涂层的硬度为1650HV0.05,韧性为4MPa.m1/2，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WC致密陶瓷层和微米WC陶瓷层，复合层厚度和WC含量较小，WC粒径不均匀；同时，复合过程仅仅是对外加硬质碳化钨颗粒间的间隙进行铸渗和对外加颗粒进行熔融、烧结，硬质碳化钨颗粒与金属基体间非冶金结合，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 (21)
1.一种发动机挺柱，在其工作面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层为WC致密陶瓷层。
2.如权利要求1所述的发动机挺柱，其特征在于：WC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所述的发动机挺柱，其特征在于：沿WC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-180μm，优选为100-180μm；优选地，WC的体积分数大于80％，优选大于85％；WC致密陶瓷层粒径为10-50μm，优选为20-50μm。
4.一种发动机挺柱，在其挺柱内腔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WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。
5.如权利要求4所述的发动机挺柱，其特征在于：WC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所述的发动机挺柱，其特征在于：沿WC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-180μm，优选为100-180μm；优选地，WC的体积分数大于80％，优选大于85％；WC致密陶瓷层粒径为10-50μm，优选为20-50μm。
7.如权利要求4-6之一所述的发动机挺柱，其特征在于：沿微米WC陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-180μm，优选为130-180μm；优选的，WC的体积分数大于75％，优选大于80％；优选的，WC的粒径为5-30μm，优选为6-25μm。
8.如权利要求4-7之一所述的发动机挺柱，其特征在于：沿WC与基体的融合层的纵向剖面，其厚度为60μm-300μm，优选100-300μm；优选的，其中WC的体积分数为40％-80％，优选为60％-80％；该层中优选的，WC的粒径为1-20μm，优选为5-10μm。
9.如权利要求4-8之一所述的发动机挺柱，其特征在于：梯度复合层总厚度为180-660μm，优选在330-660μm。
10.如权利要求4-9之一所述的发动机挺柱，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之一所述发动机挺柱制备方法，其特征在于内腔表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钨板，优选的，其中钨的纯度应控制在99.7-99.99％，优选的，所述钨板先被加以表面处理；
2)按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模；
3)按照发动机挺柱尺寸制作砂型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型内发动机挺柱芯模外壁表面固定石墨纸，然后将钨板卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模的石墨纸上，使其与石墨纸紧密结合；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℃-1630℃；
5)将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体为碳钢，工作表面为与钨板的复合体；优选地，采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内；优选地，浇注温度控制在1610℃-1630℃，浇注时间为40-50秒为宜，更优选地，一分钟后，在冒口补浇；进一步优选地，室温冷却；
6)将浇铸完得到的发动机挺柱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，从而在挺柱内表面形成耐磨涂层，而挺柱基体仍为碳钢基体；
其中，耐磨涂层为WC致密陶瓷层。
12.如权利要求11所述的发动机挺柱内腔表面耐磨涂层的制备方法，其特征在于：WC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WC致密陶瓷层。
13.一种如权利要求4-10之一所述发动机挺柱的制备方法，其特征在于，其内腔表面具有梯度复合涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钨板，优选的，其中钨的纯度应控制在99.7-99.99％，优选的，所述钨板的厚度控制在0.2-3mm；优选的，所述钨板先被加以表面处理；
2)按照发动机挺柱尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模；
3)按照发动机挺柱尺寸制作砂型，根据发动机挺柱的工作受力状况，其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面，据此在砂型内发动机挺柱芯模外壁表面固定石墨纸，然后将钨板卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模的石墨纸上，使其与石墨纸紧密结合，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℃-1630℃；
5)将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得发动机挺柱基体为碳钢，工作表面为与钨板的复合体；优选地，采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内，优选地，浇注温度控制在1610℃-1630℃，浇注时间为40-50秒为宜，更优选地，一分钟后，在冒口补浇；进一步优选地，室温冷却；
6)将浇铸完得到的发动机挺柱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，从而在挺柱内表面形成耐磨涂层，而挺住基体仍为碳钢基体；
7)所得的具有梯度复合涂层的发动机挺柱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所述的发动机挺柱的制备方法，其特征在于：步骤6)中通过控制保温时间、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WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。
15.如权利要求14所述的发动机挺柱内腔表面梯度复合涂层的制备方法，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——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)，即钢液浇注后与钨板2之间形成的复合层的厚度。
16.如权利要求13-15之一所述的发动机挺柱的制备方法，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。
17.如权利要求13-16之一所述的发动机挺柱的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的外部碳源为石墨纸1；优选地，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
18.如权利要求13-17之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中，升温至1000-1140℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为2-8h，优选4-8h。
19.如权利要求13-18之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法，其特征在于：所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
20.如权利要求13-19之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法，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之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤7)中的热处理工序为：在550-800℃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。
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