在粉末金属零件上形成流体屏障并提高其耐磨性的方法

摘要

本发明涉及一种在粉末金属零件上形成流体屏障并提高其耐磨性的方法。该方法包括：提供模制粉末金属零件以及向该模制粉末金属零件的指定部分施加流体不可渗过的材料以形成模制粉末金属复合体。此后，该方法包括将模制粉末金属复合体烧结成使流体不可渗过的材料和模制粉末金属零件的指定部分至少部分地成一体。此外，该方法包括冷却模制粉末金属复合体，使得流体不可渗过的材料在模制粉末金属零件的指定部分上形成流体屏障。该方法还包括对至少部分地与模制粉末金属零件的指定部分一体化且在该指定部分上形成流体屏障的流体不可渗过的材料的上表面进行阳极化，以提高其耐磨性。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及改善金属部件的耐用性，更具体地涉及在粉末金属零件上形成流体屏障并提高其耐磨性的方法。

背景技术

凸轮轴盖固定凸轮轴杆的位置并且防止其在发动机运转期间横向和竖直移位。旋转凸轮的凸轮轴止推面会摩擦凸轮轴盖的止推槽。因为凸轮轴盖通常由粉末金属铝合金——一种价格较低廉但弹性较差的材料——制成，所以凸轮轴盖的止推槽由于受到凸轮的凸轮轴止推面的反复摩擦作用而易于损坏。凸轮轴盖的止推槽的过度磨损会导致旋转凸轮的摆动，对于车辆驾驶员，这引起凸轮轴位置传感器故障和失效。现有技术中防止凸轮轴盖过度磨损的方法包括，对凸轮的凸轮轴止推面的磨削方法的改变、对凸轮轴止推面的表面抛光的改变以及对凸轮轴盖进行热处理，例如T6处理，但是这些方法通常都成本高昂且只得到有限的成功和不一致的结果。

发明内容

正是针对上述背景技术，本发明提供一种在粉末金属零件上形成流体屏障并提高其耐磨性的方法。

根据一个示例性实施例，在粉末金属零件上形成流体屏障的方法包括：提供模制的粉末金属零件；向模制粉末金属零件的指定部分施加流体不可渗过的材料以形成模制粉末金属复合体；将模制粉末金属复合体烧结成使流体不可渗过的材料和模制粉末金属零件的指定部分至少部分地成一体；以及，冷却模制粉末金属复合体，使得流体不可渗过的材料在模制粉末金属零件的指定部分上形成一体的流体屏障。

可选地，流体不可渗过的材料可具有厚达约2.0毫米的厚度。流体不可渗过的材料可包括铝基材料或铁基材料。铝基流体不可渗过的材料可选择性地在模制粉末金属零件的指定部分上形成一体的流体屏障之后被阳极化以提高其耐磨性。模制粉末金属零件可包括凸轮轴盖，其指定部分可包括凸轮轴盖的止推槽。

根据另一示例性实施例，在粉末金属零件上形成流体屏障的方法包括：提供模制粉末金属零件；以及，在压力下向模制粉末金属零件的指定部分施加流体不可渗过的材料，例如在下侧有压敏粘结剂的金属箔，以便在模制粉末金属零件的指定部分上形成一体的流体屏障。

可选地，流体不可渗过的材料可具有厚达约2.0毫米的厚度。流体不可渗过的材料可包括铝基材料。该方法还可包括对施加在模制粉末金属零件的指定部分上的、在该模制粉末金属零件的指定部分上形成一体的流体屏障的铝基流体不可渗过的材料的上表面进行阳极化，以提高其耐磨性。可替代地，流体不可渗过的材料可以是具有厚达约0.25毫米厚度的箔带，其可在从约-60华氏度到约600华氏度变化的温度范围内保持其对模制粉末金属零件的粘结。在向模制粉末金属零件的指定部分施加流体不可渗过的材料之前，可提供具有与该模制粉末金属零件的指定部分的一个或多个尺寸互补的一个或多个尺寸的流体不可渗过的材料。模制粉末金属零件可包括凸轮轴盖，其指定部分可包括凸轮轴盖的止推槽。

根据又一示例性实施例，在粉末金属铝凸轮轴盖上形成流体屏障并提高其耐磨性的方法包括：提供粉末金属铝凸轮轴盖；向粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽施加流体不可渗过的材料以形成凸轮轴盖复合体，例如通过类似按压或压印的操作，并随后对凸轮轴盖复合体进行烧结操作使流体不可渗过的材料与粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽至少部分地成一体，使得流体不可渗过的材料(例如具有适当大小、厚度和几何结构的金属板)在粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽上形成一体的流体屏障。由此，粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽现在既是流体不可渗过的又能被阳极化，其中，阳极化后的流体不可渗过的材料能提供止推槽的所需耐磨性。这样，该方法还可包括对至少部分地与粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽一体化且在止推槽上形成一体的流体屏障的流体不可渗过的材料的上表面进行阳极化，以提高其耐磨性。

可选地，流体不可渗过的材料可包括铝基材料。铝基流体不可渗过的材料可具有在约0.25毫米与约2.0毫米之间的厚度。在向粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽施加流体不可渗过的材料之前，可提供具有与该粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽的一个或多个尺寸互补的一个或多个尺寸的流体不可渗过的材料。可以通过使用单次按压和烧结操作来实现向止推槽施加流体不可渗过的材料，或者，如果需要或期望，可通过采用二次按压和二次烧结操作来实现，其中，第二次按压操作可用于将适当尺寸的金属板按压到粉末金属铝凸轮轴盖的止推槽中。

附图说明

结合附图可以最好地理解下面对特定实施例的详细描述，在附图中，相似的结构用相似的附图标记表示，并且其中：

图1A是根据本发明的一个实施例的凸轮轴盖的视图；

图1B是图1A所示凸轮轴盖的止推槽的放大视图；

图2A是根据本发明的另一个实施例的流体不可渗过的材料的侧视断面图；以及

图2B是根据本发明的另一个实施例的包括压敏粘结剂的流体不可渗过的材料的侧视断面图。

具体实施方式

附图中所陈述的这些实施例本质上是说明性的，并不意图限制由权利要求所限定的实施例。而且，通过随后的详细描述可以更充分地清楚和理解这些附图和实施例的各个方面。

在粉末金属零件的一个或多个外表面上形成的流体屏障可防止流体渗透通过粉末金属零件的这些外表面。由此，经常由流体暴露和渗透引起的粉末金属零件的腐蚀被流体屏障显著地抑制。此外，通过对形成该流体屏障的流体不可渗过的材料进行阳极化，可以提高粉末金属零件的耐磨性。这样，可以大大提高粉末金属零件的工作寿命。

在一个示例性实施例中，在粉末金属零件上形成流体屏障的方法首先包括提供模制粉末金属零件。可以由执行该方法的同一方制造该模制粉末金属零件，或者可从第三方获得。通常以适于最终用途的模制形式提供该模制粉末金属零件。该模制粉末金属零件可包括通过一种或多种任何类型的粉末金属成形工艺形成的任何一个或多个部件。一旦提供了模制粉末金属零件，该方法包括向该模制粉末金属零件的指定部分施加流体不可渗过的材料。可以设想，该流体不可渗过的材料可具有高于该模制粉末金属零件的密度的密度。这样，在该模制粉末金属零件的指定部分上施加流体不可渗过的材料后，较高密度的流体不可渗过的材料可防止流体渗入较低密度的模制粉末金属零件中。

分别在图2A和图2B中示出的流体不可渗过的材料14/14′，可包括铝基材料、铁基材料或其它金属基材料中的至少一种。更具体地说，流体不可渗过的材料14/14′可以是铝基箔、铁基箔或其它金属基箔。流体不可渗过的材料14/14′可具有足以实现本文所述目的的任何厚度。例如，但不作为限制，流体不可渗过的材料14/14′的厚度可达到约2.0毫米，或者甚至达到约3.0毫米或更大。同时，模制粉末金属零件的指定部分通常具有其外表面。本文所用的″外表面″指的是模制粉末金属零件的暴露表面的至少一部分，其可能会遭受流体和/或摩擦接触。模制粉末金属零件的指定部分的外表面通常相对于该模制粉末金属零件的另一外表面具有凹入深度，在其中可施加流体不可渗过的材料。这样，流体不可渗过的材料14/14′通常被施加到模制粉末金属零件的外表面的凹入部分；然而，流体不可渗过的材料不需要一定被施加到模制粉末金属零件的外表面的凹入部分。

流体不可渗过的材料14/14′可以通过一种或多种任何类型的工艺被施加到模制粉末金属零件的指定部分。例如，在一个实施例，流体不可渗过的材料14/14′可以通过压印(coining)工艺被施加到模制粉末金属零件的指定部分。在另一示例性实施例中，流体不可渗过的材料14/14′可以通过相对低压按压工艺被施加到模制粉末金属零件的指定部分。不管流体不可渗过的材料14/14′是如何被施加到模制粉末金属零件的指定部分，该模制粉末金属零件和所施加的流体不可渗过的材料形成模制粉末金属复合体。

当没有粘结剂背衬的流体不可渗过的材料14被施加到模制粉末金属零件的指定部分以形成模制粉末金属复合体时，该方法通常还包括烧结该模制粉末金属复合体。模制粉末金属复合体可被烧结从而确保流体不可渗过的材料14与其下方的模制粉末金属零件的指定部分之间充分结合。所用的烧结温度可取决于形成模制粉末金属零件所采用的粉末金属合金系配方。例如，就铝基合金而言，烧结温度通常至少为约900华氏度，并且通常甚至经常高于约1000华氏度。此外，所选择的流体不可渗过的材料14可取决于模制粉末金属零件的基底粉末金属组分的化学性质，以便允许在流体不可渗过的材料14与模制粉末金属零件之间产生结合，同时保持它们各自的结构形状，不同于渗透所用的材料。这样，流体不可渗过的材料14与形成模制粉末金属零件的粉末金属相比，通常具有更高的熔点，以便该流体不可渗过的材料14不会在烧结操作期间熔化并且能够保持其流体不可渗过的特性和防止流体渗入模制粉末金属零件的指定部分。此外，为了促进和确保流体不可渗过的材料14与模制粉末金属零件之间的充分结合，在烧结操作期间，可以通过按压操作施加足够大的载荷压力到该模制粉末金属复合体的适当位置，例如在施加于模制粉末金属零件的指定部分的流体不可渗过的材料14的上表面16上。

此后，该方法包括冷却模制粉末金属复合体。由此，流体不可渗过的材料14与模制粉末金属零件的指定部分结合，使得流体不可渗过的材料14在模制粉末金属零件的指定部分上形成一体的流体屏障。模制粉末金属复合体可被冷却到足以实现流体不可渗过的材料14与模制粉末金属零件的指定部分的至少部分一体化的任何适当温度。这可包括冷却模制粉末金属复合体到室温，或其它环境温度，或冷却至比周围环境温度更高或更低的温度。

在另一示例性实施例中，在粉末金属零件上形成流体屏障的方法包括提供模制粉末金属零件和在压力下施加流体不可渗过的材料14′到模制粉末金属零件的指定部分。这样，所施加的流体不可渗过的材料14′在模制粉末金属零件的指定部分上形成流体屏障。如图2B所示，流体不可渗过的材料14′包括在向模制粉末金属零件的指定部分施加流体不可渗过的材料14′时粘附到其上的压敏粘结剂18。

流体不可渗过的材料14′可以是箔带并且可具有厚达约0.25毫米的厚度。该箔带通常可在从约-60华氏度到约600华氏度变化的温度范围内保持其对模制粉末金属零件的粘结。

通常，在向模制粉末金属零件的指定部分施加流体不可渗过的材料14/14′之前，提供具有与该模制粉末金属零件的指定部分的一个或多个尺寸互补的一个或多个尺寸的流体不可渗过的材料14/14′。这样，流体不可渗过的材料14/14′可具有与模制粉末金属零件的指定部分的尺寸互补的尺寸。向流体不可渗过的材料14/14′提供所需尺寸可以在其制造过程中、恰在施加到模制粉末金属零件的指定部分之前、或其它时候实现。此外，可以通过机械或手工切割或其它方式向流体不可渗过的材料14/14′提供所需尺寸。

此外，因为铝和铝基合金材料是通常适于阳极化处理的材料，所以可对铝基流体不可渗过的材料14/14′进行阳极化以提高其耐磨性。例如，但不作为限制，如果模制粉末金属零件的密度小于理论值的95％，那么可以通过烧结操作或按压操作来施加铝基流体不可渗过的材料14/14′到该模制粉末金属零件的指定部分。此后，流体不可渗过的材料14/14′的上表面16/16′可被阳极化从而进一步提高该指定部分的耐磨性。阳极化受到流体屏障保护的粉末金属零件的指定部分可取决于模制粉末金属零件的性能要求，包括但不局限于，该模制粉末金属零件的抑制腐蚀性能、较高的表面硬度、改善的润滑油滞留能力以及增强的耐磨性。通常，但不是必然，适于阳极化的铝基流体不可渗过的材料14/14′分别具有在约0.25毫米与约3.0毫米之间的厚度，或者更大的厚度。流体不可渗过的材料14/14′的实际厚度可取决于模制粉末金属零件的具体应用，以及通常足以进行阳极化处理所需的流体不可渗过的材料的厚度。

在一个示例性实施例中，可以在施加铝基流体不可渗过的材料14/14′到模制粉末金属零件的指定部分之前，对该铝基流体不可渗过的材料14/14′进行阳极化，只要阳极化后的流体不可渗过的材料14/14′无论如何都不太可能因为按压、烧结、结合和/或冷却操作而开裂或损坏。可替代地，在另一示例性实施例中，在粉末金属零件上形成流体屏障的方法还包括对在该模制粉末金属零件的指定部分上形成一体的流体屏障的铝基流体不可渗过的材料14/14′的各自上表面16/16′进行阳极化。铝基流体不可渗过的材料14/14′的这种阳极化可以选择性地进行，使得模制粉末金属零件不会也被阳极化。

如上所述，可以设想，模制粉末金属零件可包括通过一种或多种任何类型的粉末金属成形工艺形成的任何一个或多个部件。在如图1A和图1B所示的一个示例性实施例中，模制粉末金属零件包括凸轮轴盖10，该模制粉末金属零件的指定部分包括形成在该模制粉末金属凸轮轴盖10中的止推槽12。通常，但不是必然，模制粉末金属凸轮轴盖包括铝基材料，例如但不限于，铝合金。完成了在粉末金属零件上形成流体屏障的方法的实施例，可通过向凸轮轴盖10的止推槽12施加流体不可渗过的材料而使其免于流体渗透。

将流体不可渗过的材料——对其可能进行阳极化——施加到粉末金属凸轮轴盖，会得到具有发动机运转所需的摩擦学性能的凸轮轴盖，通常与用于制成凸轮轴盖的基底粉末金属或粉末金属合金的品质无关。如本文所述，具有所需厚度的铝基流体不可渗过的材料，或其它金属基流体不可渗过的材料可被施加到止推槽，然后可选择性地对其进行阳极化以进一步抑制腐蚀和增大其硬度并由此提高凸轮轴盖的止推槽的耐磨性。这样，通常具有较多孔隙的外表面的较廉价基底粉末金属和/或粉末金属合金，可用来制成粉末金属凸轮轴盖，该粉末金属凸轮轴盖可至少局部地覆盖着流体不可渗过的材料以提供流体屏障，该流体不可渗过的材料可进一步被阳极化以提高其耐磨性，并且因此，提高粉末金属凸轮轴盖的工作寿命。此外，因为粉末金属凸轮轴盖通常由使用不同品质粉末金属和生产方法的若干厂商制造，因此容易在耐磨性方面有所不同，而通过应用本文所述的方法的实施例，各种粉末金属凸轮轴盖的耐磨性可以做得相对一致和可预测。

应当注意，本文对被″配置成″特定方式或体现特定性能或以特定方式工作的实施例部件的陈述是结构性陈述，而不是预定用途的陈述。更具体地说，本文对部件的“配置”方式的提及表示该部件的现有物理状态，因此应该只被看作对该部件的结构特性的明确陈述。

应当注意，像本文所用的″通常″和″典型地″等术语并不用于限制所要求保护的实施例的范围或暗示某些特征对所要求保护的实施例的结构或功能是关键的、必需的或甚至是重要的。相反，这些术语仅仅用于确定实施例的特定方面或强调可用于或不可用于特定实施例中的可替代或附加特征。

为了在本文中描述和限定实施例，应当注意，本文所用的术语″基本上″和″约″是代表可归因于任何数量比较、数值、测量或其它表达的固有不确定度。本文所用的术语″基本上″和″约″还代表数量表达可不同于规定基准但不导致主题基本功能有争议的变化的程度。

已经参照本发明的特定实施例详细描述了本发明的实施例，很显然，在不脱离所附的权利要求所限定的实施例的范围的情况下，可以进行修改和变化。更具体地说，尽管本文将本发明的实施例的一些方面确定为优选或特别有利的，但可以设想，本发明的实施例未必限定于这些优选方面。