CN112334592B - 燃料喷射器用部件及其涂敷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料喷射器用部件及其涂敷方法,本发明的燃料喷射器用部件包括母材以及涂敷材料,上述母材包括:涂敷区域,形成于上述母材的表面;以及非涂敷区域,形成于上述母材的表面,通过置具被接触支撑,以在激光焊接时防止上述涂敷区域被剥离的方式与上述涂敷区域划分而成,上述涂敷材料以多层结构层叠而成于上述涂敷区域,从而本发明的燃料喷射器用部件具有如下的效果,即,降低摩擦、达到高硬度,提高耐冲击性、耐热性以及耐久性,可对需要涂敷的部位实施精密涂敷。

Description

燃料喷射器用部件及其涂敷方法
技术领域
本发明涉及燃料喷射器用部件及其涂敷方法,更详细地,涉及可减少摩擦阻力、提高涂敷硬度及耐久寿命的层叠有涂敷材料的燃料喷射器用部件及其涂敷方法。
背景技术
汽车的燃料喷射器是起到根据发动机的行程时机恰当地向发动机提供燃油的作用的核心部件之一。
与此相关地,在燃料喷射器的部件中,尤其,虽然作为滑动部件的球和阀片日益小型化,但由于暴露在更大且反复的负荷及压力,将会产生因热冲击和磨损等而导致寿命急剧下降的现象。
作为改善这种滑动部件耐磨性的方案,有如下的方法,即,在滑动部件的母材形成接合层,在接合层的表面形成支撑层,在支撑层的表面形成功能层,从而改善滑动部件的耐磨性以及耐热性。
另一方面,在日本公开专利公报第1994-25826号中,公开了将钼(Mo)系列材料用作涂敷材料来进行应用的滑动部件的结构。
在上述文献中,与钼系列材料的蒸镀方法相关地,公开了有关将利用高能离子束蒸发的钼离子蒸镀在母材并由此形成钼覆盖膜的离子电镀方式的物理蒸镀法。
但是,在相关文献公开的蒸镀方法中,会产生除通过高能离子束来从钼靶标蒸发的钼离子粒子以外的直径相对大的非离子状态的粒子一同被蒸镀在母材的现象,会因所蒸镀的粒子的不均匀性而产生涂敷覆盖膜的粗糙度变差以及对母材的接合力变差的现象,具有整体上产生涂敷覆盖膜的耐久性明显下降的现象的可能性很高的问题。
发明内容
本发明用于解决如上所述的现有技术的问题,本发明的目的在于,提供一种通过划分为涂敷区域和非涂敷区域来降低摩擦、达到高硬度、提高耐冲击性、提高耐热性及耐久性的燃料喷射器用部件。
并且,本发明的目的在于,提供一种可在超小型部件的所需部位实施精密涂敷的燃料喷射器用部件的涂敷方法。
为实现上述目的,本发明的燃料喷射器用部件的特征在于,包括:母材,在表面形成涂敷区域和非涂敷区域;以及涂敷材料,在上述涂敷区域以多层结构层叠而成,上述涂敷材料包括:接合层,层叠于上述母材的涂敷区域;支撑层,层叠于上述接合层的外侧面;以及一氧化硅-类金刚石镀膜(SiO-DLC)功能层,层叠于上述支撑层的外侧面。
其中,上述一氧化硅-类金刚石镀膜功能层还可通过反应性溅射方式层叠。
其中,上述一氧化硅-类金刚石镀膜功能层还可通过在将固体石墨用作靶标物质来进行物理蒸镀的同时注入碳氢化合物气体以及硅氧烷气体而成。
其中,上述接合层以及上述支撑层还可通过物理蒸镀法层叠。
另一方面,上述支撑层还可通过反应性溅射方式层叠。
另一方面,上述非涂敷区域还可通过置具被接触支撑,以在激光焊接时防止上述涂敷区域被剥离的方式与上述涂敷区域划分而成。
其中,上述置具可包括:支撑部,在轴方向一侧端部接触支撑球形态的上述母材,来在上述母材形成非涂敷区域;以及引力产生部,配置于上述支撑部的轴方向另一侧,通过产生磁力来搁置上述母材。
其中,上述支撑部可包括:支撑部本体,具有规定厚度,以圆筒形态形成;以及掩蔽面,形成于上述支撑部本体的轴方向一侧端部,以通过与上述母材面接触来在上述母材形成非涂敷区域的方式凹陷而成。
另一方面,上述支撑部还可包括延伸面,以放射状从上述掩蔽面延伸而成,来扩大支撑上述母材的面积。
其中,上述引力产生部可以插入设置于上述支撑部的轴方向另一侧端部。
另一方面,上述支撑部的外径可以大于0.8mm,小于上述母材的直径。
并且,上述支撑部的厚度可达到0.2mm以上且1.0mm以下。
另一方面,本发明提供一种在燃料喷射器用部件的母材的表面层叠多层结构的涂敷材料的涂敷方法,其特征在于,包括:母材搁置步骤,以能够划分上述母材的涂敷区域和非涂敷区域的方式将上述母材搁置在置具;接合层形成步骤,在上述母材的外周面层叠接合层;支撑层形成步骤,在上述接合层的外侧面层叠支撑层;以及功能层形成步骤,通过反应性溅射方式在上述支撑层的外侧面层叠一氧化硅-类金刚石镀膜功能层。
其中,在上述功能层形成步骤中,可使用固体石墨、碳氢化合物气体以及硅氧烷(Siloxane)气体来形成上述一氧化硅-类金刚石镀膜功能层。
其中,在上述功能层形成步骤中,可在将固体石墨用作靶标物质并通过物理气相沉积方式(PVD)进行蒸镀的同时,注入作为反应气体的碳氢化合物气体以及硅氧烷气体。
另一方面,在上述接合层形成步骤以及上述支撑层形成步骤中,可通过物理蒸镀法层叠上述接合层以及上述支撑层。
并且,在上述接合层形成步骤中,可通过反应性溅射方式层叠上述支撑层。
其中,可在上述母材搁置步骤之后还包括:真空形成步骤,在将上述母材配置在腔室的内部的状态下,将上述腔室的内部气氛保持为真空状态;等离子形成步骤,向上述反应腔室的内部注入氩(Ar)气体,通过提升上述腔室的温度来形成产生氩离子的等离子状态;以及清洗步骤,通过使上述氩离子与上述母材的表面发生碰撞来清洗上述母材的表面。
其中,在上述母材搁置步骤中,可通过上述置具的磁力固定上述母材。
如上所述,根据本发明的燃料喷射器用部件及其涂敷方法。燃料喷射器用部件具有如下的效果,即,降低摩擦、达到高硬度,提高耐冲击性、耐热性以及耐久性,可对需要涂敷的部位实施精密涂敷。
附图说明
图1为具有本发明一实施例的燃料喷射器用部件的燃料喷射器的部分放大图。
图2为示出层叠根据本发明一实施例蒸镀的涂敷材料的燃料喷射器用部件的剖面的简图。
图3为根据本发明一实施例蒸镀的涂敷材料的扫描电子显微镜(SEM,scanningelectron microscope)照片。
图4为用于说明根据本发明一实施例来将母材划分为涂敷区域和非涂敷区域的方法的简图。
图5为本发明一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具的简图。
图6为用于说明将母材搁置在本发明一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具并进行涂敷的过程的简图。
图7为本发明再一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具的简图。
图8为本发明另一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具的简图。
图9为用于说明本发明一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷方法的流程图。
图10为应用本发明一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具的照片。
图11为应用本发明一实施例的涂敷方法的燃料喷射器用部件的照片。
具体实施方式
以下,参照附图详细说明本发明的优选实施例。
本发明可以有多种变更,可通过多种实施例实施本发明,在本说明书中,将在附图中例示特定实施例,并具体说明特定实施例。但这并不用于将本发明限定于特定实施方式,应该解释为包括本发明的思想及技术范围内的所有变更、等同技术方案以及代替技术方案。
在本发明的说明中,“第一”、“第二”等的术语虽然可以用于多种结构要素的说明,但上述结构要素并不限定于上述术语。上述术语仅用于区分一个结构要素和其他结构要素。例如,在不脱离本发明的发明要求保护范围的情况下,第一结构要素可被命名为第二结构要素,类似地,第二结构要素还可被命名为第一结构要素。
术语“和/或”表示可以包括多个相关记载的项目的组合或多个相关记载的项目中的某个项目。
当提及某结构要素与其他结构要素“相连接”或“相接触”时,这应理解为不仅表示与其他结构要素直接连接或直接接触,还能够在中间设置其他结构要素。相反,当提及某结构要素与其他结构要素“直接连接”或“直接接触”时,这应理解为中间不存在其他结构要素。
在本申请中使用的术语仅用于说明特定实施例,并不用于限定本发明。只要未在文中明确表示其他含义,单数的表达则可包括复数的表达。
在本申请中,“包括”或“具有”等的术语用于表示说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在,而不应理解为预先排除其他特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
在没有其他定义的情况下,包括技术术语或科学术语在内的在本说明书中使用的所有术语可具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。通常使用的含义与词典中所定义的含义相同的术语可解释为含义与相关技术在文中所具有的含义相同,若未在本申请中明确定义,则不应以理想化或过于形式化的含义来进行解释。
同时,以下实施例用于向本发明所属技术领域的普通技术人员更加完整地说明本发明,为了明确说明本发明,附图中的多个要素的形状及大小等可被夸张。
图1为具有本发明一实施例的燃料喷射器用部件的燃料喷射器的部分放大图。
参照图1,燃料喷射器包括:外壳,在内部收容顶针;阀片C,形成于外壳的下端;以及球A,配置于阀片C与顶针B之间。阀片C具有用于安插球A的阀片面,在阀片C设置有沿着燃料喷射方向贯通的喷嘴。
顶针B通过未图示的磁线圈以及回位弹簧的作用来使球A沿着上下方向移动并开关在阀片C所形成的喷嘴。
虽然图1中示出了具有球体形状的球A,但本发明并不限定于此,还可以不受限制地使用形成其他多种形状的阀体,这些都被视为属于本发明的范围。为了便于说明,以下以与具有球体形状的球A相关的实施例为基准来说明。
燃料喷射器,尤其是直喷方式的燃料喷射器,将直接向气缸内部喷射燃料,因而使得球A和阀片C暴露于高温、高压的状态,因此因一氧化碳、油烟(Soot)等燃烧副产物而产生喷嘴堵塞等现象的可能性很高。
如上所述,球A和阀片C暴露于高温、高压的状态,燃烧副产物导致摩擦阻力增大,这有可能导致容易破损,因此,如图2所示,本发明通过在球A以及阀片C的母体100层叠多层结构的涂敷材料,来实现减少摩擦阻力、增加耐久性、增加耐热性。
参照图2至图4,本发明一实施例的燃料喷射器用部件包括母材100以及涂敷材料200,母材包括涂敷区域110以及非涂敷区域120,涂敷材料200包括接合层210、支撑层220、一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230。
其中,母材100划分为在表面层叠有涂敷材料200的涂敷区域110和因与涂敷用置具300相接触而未层叠涂敷材料的非涂敷区域120。
对于这种置具300的结构及效果,将参照图5来在后述内容中进行说明。
另一方面,在本实施例中,以可用于喷射器球的方式使母材100形成球形,但本发明并不限定于此,而是包括所有可适用于喷射器阀片、高压泵等中使用的多种部件的多种形态。
并且,在本实施例中,涂敷材料200在燃料喷射器用部件的母材100的表面层叠为多层结构,包括:接合层210,层叠于涂敷区域110的表面;支撑层220,层叠于接合层210的外侧面;以及一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230,层叠于支撑层220的外侧面。
另一方面,在本实施例中,将铬(Cr)用作接合层210的材料,将氮化铬(CrN)用作支撑层220的材料,但并不限定于此,也可以将钼用作接合层210的材料,也可将氮化钼(MoN)用作支撑层220的材料,还可以将钼用作接合层210的材料,将碳化钨(WC)用作支撑层220的材料。
其中,接合层210以及支撑层220通过物理蒸镀法层叠,优选地,通过物理气相沉积(PVD,Physical Vapor Deposition)层叠,一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230通过反应性溅射方式层叠。
对这些接合层210、支撑层220以及一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230进行层叠的详细步骤将参照图11来在后述内容中说明。
接合层210执行用于使母材100和支撑层220相接合的功能,能够以0.01μm至0.5μm范围的厚度形成,优选为0.1μm,但并不限定于此。
若接合层210的厚度小于0.01μm,则会因接合力下降而导致耐久性下降,若大于0.5μm,则会导致涂敷时间需要5个小时以上,还会因厚膜而导致涂敷材料内的硬度平衡遭到破坏,并导致耐久性下降(厚度的25%以上将遭损失)。
支撑层220起到对接合层210和一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230进行支撑的作用,能够以0.1μm至5μm范围的厚度形成,优选为0.5μm,但并不限定于此。
若支撑层220的厚度小于0.1μm,则会因支撑层的厚度不足而导致破坏层间硬度平衡,因层间硬度平衡遭到破坏,引起耐久性下降(厚度的20%以上将遭损失),产生局部厚度损失以及磨损痕迹(起到磨损始发点的作用)。并且,若支撑层220的厚度大于5μm,则会导致涂敷时间增加(需要5个小时以上),由于对一氧化硅-类金刚石镀膜涂敷带来不利影响,因而形成柱状(columnar)结构(易碎的组织),层内残留应力增大。
一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230相当于本发明的涂敷材料200的最外层,起到具有低摩擦、耐磨损以及耐热性的功能层的作用。
一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230的厚度为0.1μm至10μm,优选为1.4μm,但并不限定于此。
若一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230的厚度小于0.1μm,则会因功能层的厚度不足而导致磨损增大,因摩擦系数增大而导致耐久性下降,若大于10μm,则会导致涂敷时间增加(需要5个小时以上)、成本上升、层内残留应力增大。
以下,参照图5及图6,对本发明的燃料喷射器用部件中的置具300进行说明。
置具300包括支撑部310、引力产生部320以及板330。其中,支撑部310以留有规定间隔D的方式与板330相结合,引力产生部320与支撑部310相结合。
支撑部310以在搁置母材100的状态下被移送至腔室内并进行涂敷的方式设置,包括支撑部本体311以及掩蔽面312。其中,支撑部本体311形成具有规定厚度T的圆筒形态,通过在支撑部本体311的轴方向一侧端部形成掩蔽面312来与母材100接触,轴方向的另一侧端部与引力产生部320相结合。
另一方面,在本实施例中,支撑部310的厚度T达到0.2mm以上且1.0mm以下,高度H达到2mm以上且12mm以下,宽度W方面,非涂敷区域120的直径达到0.8mm以上且母材100的直径以下。
若支撑部310的厚度T小于0.2mm,则会导致加工困难,因加工误差过大而导致涂敷物质向置具300内流入,若厚度T大于1.0mm,则会因涂敷物质的移动空间减小而导致涂敷效率下降。若支撑部310的高度H小于2mm,则会因涂敷物质的移动空间不足而导致涂敷效率下降,母材很难在涂敷后脱离,若支撑部310的高度H大于12mm,则会因与引力产生部320之间的距离过远而导致对于母材100的固定力下降。在支撑部310的宽度W方面,若非涂敷区域120的直径小于0.8mm,则会因非涂敷区域120不足而导致涂敷区域110在激光焊接时被剥离,若非涂敷区域120的直径大于母材100的直径,则会因非涂敷区域120过于宽大而导致耐久性以及耐热性下降。
掩蔽面312形成于支撑部本体311的轴方向一侧端部,以与母材100面接触的方式向半径方向的内侧凹陷而成。其中,若使掩蔽面312的凹陷的曲率与母材100的曲率相对应,则会增加掩蔽面312与母材100之间的接触面积,阻隔涂敷物质向置具300内流入。
由此,支撑部310使得母材100放置于圆筒形态的支撑部本体311上,通过掩蔽面312遮盖母材100的非涂敷区域120。最终,若在通过本发明的置具300搁置母材100的状态下进行涂敷,则具有涂敷材料不会被蒸镀于非涂敷区域120的效果。
引力产生部320以圆柱形态形成,插入设置于支撑部310的轴方向另一侧(掩蔽面的相反方向)端部。即,引力产生部320插入于圆筒形态的中空型支撑部310的内部。
引力产生部320具有通过产生磁场来固定母材100的效果。即,金属材质的母材100通过在引力产生部320产生的磁力来固定于支撑部310。
另一方面,如本实施例,在使引力产生部320插入于支撑部的内部的结果,使得引力产生部320与母材100之间的距离缩短,可通过圆筒形态的支撑部310来使得磁力集中在支撑部310的内部,根据这种效果,可减少在引力产生部320产生的用于固定母材100的磁力的强度。由此,能够以达到可插入于支撑部310内部的程度的方式实现引力产生部320的小型化。
参照图5、图6以及图10,板330设置为平板形态,以留有规定间隔D的方式与多个支撑部310相结合。其中,在本实施例中,多个支撑部310以留有5mm以上且15mm以下的间隔D的方式配置,但并不限定于此,可在充分保障涂敷物质的移动空间的范围内,能够以与母材100的形态及大小相对应的方式进行变更。
另一方面,图7示出了与本发明的燃料喷射器用部件中的置具相关的再一实施例。本实施例的涂敷用置具1300包括支撑部1310、引力产生部1320以及板1330,支撑部1310包括支撑部本体1311、掩蔽面1312以及延伸面1313。
另一方面,本实施例的支撑部1310、引力产生部1320、板1330、支撑部本体1311以及掩蔽面1312与本发明一实施例的支撑部310、引力产生部320、板330、支撑部本体311以及掩蔽面312的结构和效果相同,将省略对它们的详细说明。
在本实施例中,延伸面1313以放射状从掩蔽面1312延伸而成,来接触支撑母材100。
由此,通过掩蔽面1312和延伸面1313来形成喇叭形态的一种托架,形成在上方放置母材100的结构,具有扩大母材100的支撑面积的效果。并且,延伸面1313可通过阻隔涂敷物质的流入来有效地阻止涂敷物质向非涂敷区域120流入。
另一方面,图8示出了与本发明的燃料喷射器用部件中的置具相关的另一实施例。本实施例的置具2300包括支撑部2310、引力产生部2320以及板2330,支撑部2310包括支撑部本体2311以及掩蔽面2312。
另一方面,本实施例的支撑部2310、板2330、支撑部本体2311以及掩蔽面2312与本发明一实施例的支撑部310、板330、支撑部本体311以及掩蔽面312的结构和效果相同,将省略对它们的详细说明。
在本实施例中,引力产生部2320以平板形态形成,并与支撑部2310的轴方向另一侧相结合。在此情况下,具有可根据部件的形态轻松进行引力产生部2320的更换及组装的优点。
以下,参照图9,按步骤说明本发明的燃料喷射器用部件的涂敷方法。
燃料喷射器用部件的涂敷方法包括母材搁置步骤S10、真空形成步骤S20、等离子形成步骤S30、清洗步骤S40、接合层形成步骤S50、支撑层形成步骤S60以及功能层形成步骤S70。
首先,在母材搁置步骤S10中,将母材100搁置于置具300。其中,在置具300设置有引力产生部320(参照图5),通过磁场对由金属材料形成的母材100产生引力作用来将母材100固定于置具300。由此,在使母材100与置具300相接触的同时划分为暴露于外部的涂敷区域110和通过置具300覆盖且不暴露于外部的非涂敷区域120(步骤S10)。
在真空形成步骤S20中,在腔室内部配置搁置母材100的置具300,将反应腔室的内部气氛达到真空状态并维持(步骤S20)。
接着,在等离子形成步骤S30中,供给作为工程气体的氩气体,利用恒温装置提高温度,形成含有氩离子的等离子状态(步骤S30)。
优选地,利用恒温装置将腔室的内部温度保持在80℃。
之后,在清洗步骤S40中,向偏置电极施加偏置电压,以使氩离子与母材100的表面发生碰撞的方式加速,来清洗母材表面(步骤S40)。
这是为了通过优先进行用于去除自然形成于母材100表面的氧化层及异物的蚀刻过程,来提高涂敷材料与母材之间的粘结力。
并且,在此情况下,偏置电压可以保持在200V至400V的范围。若偏置电压小于200V,则会因氩离子的加速电压下降而导致涂敷材料的硬度下降,若偏置电压大于400V,则可能会因晶格排列变得不规则而导致紧贴性下降。
在使用氩离子清洗母材(步骤S40)后,进行接合层形成步骤S50,即,通过物理蒸镀法,优选地,通过物理气相沉积方式,在母材表面层叠铬离子来形成接合层210。
另一方面,在实施例的接合层形成步骤S50中,通过溅射方式形成接合层。即,在真空状态下注入非活性气体,之后通过向铬(靶标)施加负电压来进行放电,从而使离子化的铬在母材100的表面形成薄膜。其中,由于母材100搁置于置具300,因此只在暴露于外部的涂敷区域110的表面形成铬接合层210。
另一方面,作为与本实施例不同的实施例,可在接合层形成步骤S50中通过反应性溅射方式蒸镀铬离子,也可以利用钼离子来形成接合层。
接着,进行支撑层形成步骤S60,即,通过物理蒸镀法,优选地,通过物理气相沉积方式,在通过接合层形成步骤S50形成的接合层210的外侧面层叠支撑层220。
详细地,在支撑层形成步骤S60中,在接合层210的层叠结束的状态下,通过使得以与上述接合层形成步骤S50相同的方式由溅射方式产生的铬离子和从作为活性气体注入的氮气(N2)中分离的氮离子产生反应来形成氮化铬,将氮化铬粒子涂敷于接合层210的外侧面来形成支撑层220。
另一方面,作为与本实施例不同的实施例,可在支撑层形成步骤S60中通过反应性溅射方式蒸镀氮化铬粒子,也可通过使钼离子和氮产生反应来蒸镀氮化钼粒子并由此形成支撑层。
接着,进行功能层形成步骤S70,即,通过反应性溅射方式,在支撑层220的外侧面层叠一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230。
具体地,在功能层形成步骤S70中,在摄氏100度以上且摄氏400度以下的温度条件下,将固体石墨(C)用作靶标物质来进行物理蒸镀(物理气相沉积方式),同时注入作为反应性气体(工程气体)的碳氢化合物(CXHY)气体及硅氧烷(SilOxane)气体来形成一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230。
其中,若工序温度小于摄氏100度,则会导致功能层的接合力下降,会因厚度不足而导致耐久性下降,工序所需时间增加。相反,若工序温度大于摄氏400度,则将具有因涂敷层的潜热而产生应力以及变形的可能性。
另一方面,在本实施例中,将甲烷(CH4)或乙烷(C2H6)用作代表性的碳氢化合物,但并不限定于此,将六甲基二硅氧烷(HMDSO,HexaMethylDiSilOxane)或八甲基环四硅氧烷(OMCTS,OctaMethylCycloTetraSiloxane)用作代表性的硅氧烷气体,但并不限定于此。
在类金刚石镀膜层方面,利用碳成分的气体来在真空状态下产生等离子并在表面蒸镀涂敷膜,从而在表面形成结构与金刚石相似的碳膜。
最终,如图10所示,在使用本发明的置具300并采用本发明的燃料喷射器用涂敷方法,则能够以划分涂敷区域和非涂敷区域的方式实现降低摩擦、达到高硬度、提高耐冲击性、提高耐热性以及耐久性的燃料喷射器用部件(参照图11)的涂敷。
现有的燃料喷射器用部件只起到单纯地搁置母材来以在腔室内实施涂敷的方式进行固定的作用。因此,涂敷材料被涂敷在整个母材。在此情况下,当燃料喷射器用部件通过激光焊接来与其他部件进行结合时,涂敷区域会因激光而产生剥离现象,从而使整个燃料喷射器用部件在降低摩擦、达到高硬度方面受到影响,导致耐冲击性、耐热性以及耐久性下降。
相反,采用本发明的置具300的燃料喷射器用部件可通过相对于进行激光焊接的区域形成非涂敷区域,来即使在进行激光焊接的情况下,也不会产生剥离现象,可使燃料喷射器用部件保持降低摩擦、达到高硬度、耐冲击、耐热以及耐久。
以下,对采用本发明的涂敷方法制备的实施例与根据现有技术制备的比较例的耐久性评价和物性评价的比较结果进行说明。
实施例
首先,将球形的母材100搁置在置具的支撑部310,在腔室的内部达到真空状态的情况下,利用氩气体来形成等离子状态,并将腔室的内部加热至80℃的温度,由此使由SUS440C不锈钢材料形成的母材100的表面活性化,之后,施加300V的偏置电压来使氩离子与母材表面发生碰撞,从而清洗母材表面。
之后,利用通过物理气相沉积方式蒸发的铬离子来以0.1μm的厚度在母材的表面层叠铬成分的接合层210。
然后,向腔室的内部注入作为工程气体的氮气,来与从铬靶标蒸发的铬离子产生反应来以0.5μm的厚度涂敷氮化铬成分的支撑层220。
然后,在将固体石墨作为靶标并通过物理气相沉积方式进行蒸镀的同时,向腔室内部注入碳氢化合物气体以及六甲基二硅氧烷(HMDSO)气体来形成一氧化硅-类金刚石镀膜功能层230。
比较例1
比较例1的特征在于,不在母材形成涂敷材料,这与本发明不同。上述母材由SUS440C不锈钢构成,这与实施例相同。
比较例2
使用本发明一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具,以与实施例相同的方式在SUS440C不锈钢母材形成相同厚度的涂敷材料,通过物理气相沉积方式在母材的表面形成铬接合层,通过物理气相沉积方式在上述铬接合层的外周面形成氮化铬支撑层,之后,通过离子加强化学气相沉积(PACVD)方式在氮化铬支撑层的表面形成一氧化硅-类金刚石镀膜功能层。
比较例3
使用本发明一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具,以与实施例相同的方式在SUS440C不锈钢母材形成相同厚度的涂敷材料,通过物理气相沉积方式在母材的表面形成铬接合层,通过物理气相沉积方式在上述铬接合层的外周面形成氮化铬支撑层,之后,通过物理气相沉积方式在氮化铬支撑层的表面形成一氧化硅-类金刚石镀膜功能层。
比较例4
使用本发明一实施例的燃料喷射器用部件的涂敷用置具,以与实施例相同的方式在SUS440C不锈钢母材形成相同厚度的涂敷材料,通过物理气相沉积方式在母材的表面形成铬接合层,通过物理气相沉积方式在上述铬接合层的外周面形成氮化铬支撑层,之后,通过反应性溅射方式在氮化铬支撑层的表面形成一氧化硅-类金刚石镀膜功能层。
耐久性能评价实验
为了进行耐久性能评价,进行了干燥空气运转耐久试验(Dry-run test)。该耐久试验作为短时间内评价各涂敷材料的耐久性的实验,以实施例、比较例1至比较例3作为对象,在下述试验条件下以相同的方式进行。
试验气体为空气或氮,供给压力为5bar,实验温度为常温,利用空隙度曲线(PHID)(Peak&Hold,1.2A&0.6A电流控制方式)作为驱动级,供给电压为14.0V,脉冲间隔(period)为5.0ms,脉冲宽度(width)为2.5ms,运转时间为30分钟以上。
将是否产生涂敷材料表面的剥离等的损伤作为判定标准,来通过肉眼确认,并评价了涂敷厚度。
涂敷厚度方面,测定了制品的0°、180°两处的平均值和上述两处涂敷材料的厚度偏差。利用涂层测厚仪(Calotester)来测定厚度。
表1
根据上述表1,可通过耐久性能实验结果确认到,本发明实施例的燃料喷射器用部件的涂敷材料的厚度损失达到7%,未发现磨损痕迹。
相反,在比较例2中,确认到涂敷材料的厚度损失达到25%,发现或多或少的磨损痕迹。
并且,在比较例3中,确认到涂敷材料的厚度损失达到21%,发现或多或少的磨损痕迹。
并且,在比较例4中,确认到涂敷材料的厚度损失达到32%,发现或多或少的磨损痕迹。
最终可以确认,根据燃料喷射器用部件的耐久性能试验结果,与多个比较例相比,本发明的实施例的涂敷材料的损失率很小,具有非常优秀的耐久性能。
物性评价
为了评价涂敷材料的物性,进行了物性评价。
为了导出摩擦系数,在10N、0.1m/s、2km的条件下利用SUS440C不锈钢针(pin)进行Plate on disk实验。
利用微压痕仪(0.05N、0.7μm,缩进深度(indenting depth))来测定了硬度。
利用刮痕试验仪以及罗克韦尔(Rockwell)C试验仪(HF1:高接合力,HF5:低接合力)测定了接合力。
表2
如上述表2所示,确认到,与比较例相比,本发明的实施例在硬度数值方面更优秀,摩擦系数也较小,减少了摩擦阻力。
并且,本发明实施例的涂敷材料的紧贴力为37N,与其他比较例相比,尤其与比较例3中的33N的紧贴力相比更加优秀,这可分析成是由于根据本申请的反应性溅射蒸镀法进行蒸镀的实施例可以保持非常低的表面粗糙度。
并且,与比较例4中的27N的紧贴力相比,可以评价为非常优秀,这可以分析为通过使用本申请的涂敷用置具来提高了涂敷效率。
以上通过具体实施例详细说明了本发明,但这仅用于说明本发明,本发明并不限定于此,本发明可在本发明的技术思想范围内由本发明所属技术领域的普通技术人员进行变更或改良,这是明确无误的。
本发明的简单变形乃至变更都属于本发明的技术领域,本发明的具体保护范围应通过所附的发明要求保护范围来明确。

Claims (9)

1.一种燃料喷射器用部件,其特征在于,
包括:
母材,在表面形成涂敷区域和非涂敷区域;以及
涂敷材料,在上述涂敷区域以多层结构层叠而成,
上述涂敷材料包括:
接合层,层叠于上述涂敷区域;
支撑层,层叠于上述接合层的外侧面;以及
一氧化硅-类金刚石镀膜功能层,层叠于上述支撑层的外侧面,
上述非涂敷区域通过置具被接触支撑,以在激光焊接时防止上述涂敷区域被剥离的方式与上述涂敷区域划分而成,
上述置具包括:
支撑部,在轴方向一侧端部接触支撑球形态的上述母材,
来在上述母材形成非涂敷区域;
引力产生部,配置于上述支撑部的轴方向另一侧,通过产生磁力来搁置上述母材;以及
板,上述支撑部以留有规定间隔的方式与上述板相结合,上述支撑部包括:
支撑部本体,具有规定厚度,以圆筒形态形成;以及
掩蔽面,形成于上述支撑部本体的轴方向一侧端部,以通过与上述母材面接触来在上述母材形成非涂敷区域的方式凹陷而成,
掩蔽面形成于支撑部本体的轴方向一侧端部,以与母材面接触的方式向支撑部本体的半径方向的内侧凹陷而成,
上述支撑部的外径大于0.8mm,小于上述母材的直径,并且上述支撑部的厚度达到0.2mm以上且1.0mm以下,
上述一氧化硅-类金刚石镀膜功能层通过反应性溅射方式来层叠,
上述接合层以及上述支撑层通过物理蒸镀法层叠,
接合层的材料和支撑层的材料选自以下三组之一:
将铬用作接合层的材料,将氮化铬用作支撑层的材料;
将钼用作接合层的材料,将氮化钼用作支撑层的材料;或
将钼用作接合层的材料,将碳化钨用作支撑层的材料。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器用部件,其特征在于,上述一氧化硅-类金刚石镀膜功能层通过在将固体石墨用作靶标物质来进行物理蒸镀的同时注入碳氢化合物气体以及硅氧烷气体而成。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器用部件,其特征在于,上述支撑部还包括延伸面,以放射状从上述掩蔽面延伸而成,来扩大支撑上述母材的面积。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器用部件,其特征在于,上述引力产生部插入设置于上述支撑部的内部。
5.一种燃料喷射器用部件的涂敷方法,用于在燃料喷射器用部件的母材的表面层叠多层结构的涂敷材料,其特征在于,包括:
母材搁置步骤,以能够划分上述母材的涂敷区域和非涂敷区域的方式将上述母材搁置在置具;
接合层形成步骤,在上述母材的外周面层叠接合层;
支撑层形成步骤,在上述接合层的外侧面层叠支撑层;以及
功能层形成步骤,在上述支撑层的外侧面层叠一氧化硅-类金刚石镀膜功能层,
上述非涂敷区域通过置具被接触支撑,以在激光焊接时防止上述涂敷区域被剥离的方式与上述涂敷区域划分而成,
上述置具包括:
支撑部,在轴方向一侧端部接触支撑球形态的上述母材,
来在上述母材形成非涂敷区域;以及
引力产生部,配置于上述支撑部的轴方向另一侧,通过产生磁力来搁置上述母材;以及
板,上述支撑部以留有规定间隔的方式与上述板相结合,上述支撑部包括:
支撑部本体,具有规定厚度,以圆筒形态形成;以及
掩蔽面,形成于上述支撑部本体的轴方向一侧端部,以通过与上述母材面接触来在上述母材形成非涂敷区域的方式凹陷而成,
掩蔽面形成于支撑部本体的轴方向一侧端部,以与母材面接触的方式向支撑部本体的半径方向的内侧凹陷而成,
上述支撑部的外径大于0.8mm,小于上述母材的直径,并且上述支撑部的厚度达到0.2mm以上且1.0mm以下,
在上述功能层形成步骤中,通过反应性溅射方式层叠上述一氧化硅-类金刚石镀膜功能层,
在上述接合层形成步骤以及上述支撑层形成步骤中,通过物理蒸镀法层叠上述接合层以及上述支撑层,
接合层的材料和支撑层的材料选自以下三组之一:
将铬用作接合层的材料,将氮化铬用作支撑层的材料;
将钼用作接合层的材料,将氮化钼用作支撑层的材料;或
将钼用作接合层的材料,将碳化钨用作支撑层的材料。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器用部件的涂敷方法,其特征在于,在上述功能层形成步骤中,使用固体石墨、碳氢化合物气体以及硅氧烷气体来形成上述一氧化硅-类金刚石镀膜功能层。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射器用部件的涂敷方法,其特征在于,在上述功能层形成步骤中,在将固体石墨用作靶标物质并通过物理气相沉积方式进行蒸镀的同时,注入作为反应气体的碳氢化合物气体以及硅氧烷气体。
8.根据权利要求5所述的燃料喷射器用部件的涂敷方法,其特征在于,在上述母材搁置步骤之后还包括:
真空形成步骤,在将上述母材配置在腔室的内部的状态下,将上述腔室的内部气氛保持为真空状态;
等离子形成步骤,向上述腔室的内部注入氩气体,通过提升腔室的温度来形成产生氩离子的等离子状态;以及
清洗步骤,通过使上述氩离子与上述母材的表面发生碰撞来清洗上述母材的表面。
9.根据权利要求5所述的燃料喷射器用部件的涂敷方法,其特征在于,在上述母材搁置步骤中,通过上述置具的磁力固定上述母材。
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