用於車輛撥叉的塗覆方法和具有通過此方法形成的無定形塗層的撥叉與流程
2023-08-05 23:06:41
本發明涉及用於車輛撥叉(shiftfork)的塗覆方法和具有通過該方法形成的無定形塗層的撥叉。特別是，通過使用高速氧燃氣噴塗(HVOF)法在車輛撥叉的墊部(padpart)上形成無定形塗層，由此為撥叉提供無定形塗層。
背景技術：
：通常，變速器根據駕駛情況適當地改變車輛的驅動力，並且由於發動機不反轉其還具有驅動車輛向後的傳動系統。圖1示意性地示出一般的手動變速器內部結構的剖視圖。如圖1所示，一般的手動變速器具有變速器操縱構造以操縱開關狀態，且該構造包括：直接由駕駛者操縱的變速杆；將變速杆的操縱能量傳遞至變速排擋的撥叉導軌(shiftrail)20；以及通過與撥叉導軌20連接而操縱同步器嚙合套(synchronizersleeve)30的撥叉10。特別是，撥叉10被安裝至撥叉導軌20，且其隨著被插入同步器嚙合套30的外周表面上製造的溝槽，具有向軸向推動和移動同步器嚙合套30的構造。同步器嚙合套30是同步嚙合(synchro-mesh)裝置的組件，其被製造以使得變速排檔易於掛檔(gearing)。當駕駛者操縱變速杆時，撥叉10通過撥叉導軌20被操縱，然後同步器嚙合套30通過撥叉10向後及向前移動。因此，隨著通過操縱變速杆而使同步器嚙合套30向後及向前移動，同步嚙合裝置作為離合器工作，實現同步作用以使得主軸和變速齒輪通過摩擦力在同一時間處於同樣的速度，然後將驅動齒輪40一側與主軸50一側連接以完成變速。此處，撥叉10具有形成半圓形的臂且該臂被安置在同步器嚙合套30的外周表面上的構造。臂內部的兩端均安裝有墊部，以使得當同步 器嚙合套通過操縱變速杆而向後及向前移動時，變速杆易於附著於同步器嚙合套30。在手動變速過程中，由於變速齒輪推動同步器嚙合套30以數千rpm旋轉，負荷集中於撥叉10的墊部。因此，需要改善驅動部件如撥叉10的耐磨性和低摩擦潤滑性，以改善其壽命並在車輛燃料效率和排放控制方面提供競爭力。在相關領域中，用於製造撥叉的常規方法，例如，題為「Diecastingmethodofshiftforkforvehicle(車輛用撥叉的模鑄法)」的韓國常規技術已被提出。該方法可以通過在撥叉與套管的接觸部位形成鋁/氧化鋁厚層(塗層)而改善耐磨性並降低生產成本。然而，當通過冷噴塗法形成塗層時，可能不足以形成無定形塗層，且耐磨性和低摩擦潤滑性可能不滿足其標準。作為本發明的相關領域的以上說明僅用於幫助理解本發明的背景，且不應被解釋為包括在本領域技術人員已知的相關技術中。技術實現要素：在優選的方面，本發明提供用於車輛撥叉的塗覆方法。特別是，通過在車輛撥叉的墊部上形成無定形塗層，該塗覆方法可以改善墊部的耐磨性並使其低摩擦特性最大化。本發明還提供具有通過該塗覆方法形成的無定形塗層的撥叉。在一個方面，本發明提供用於車輛的撥叉的塗覆方法。該方法可以包括：製備Fe-Cr-Mo基組合物如Fe-Cr-Mo基粉末；通過衝洗撥叉的墊部以除去雜質來預處理撥叉；使用製備的Fe-Cr-Mo基組合物通過高速氧燃氣(HVOF)噴塗法，在其中雜質被除去的墊部上形成塗層；以及以約106至約108K/s的速率冷卻塗層以形成無定形塗層。在製備Fe-Cr-Mo基組合物如Fe-Cr-Mo基粉末的步驟中，該方法可以包括：稱量每種包含Fe、Cr和Mo的材料；溶解每種稱好的材料；冷卻並固化每種溶解的材料；並將每種冷卻的材料粉碎成組合物，特別是具有約15至約45μm直徑的粉末。在預處理撥叉的步驟中，該方法還可以包括，在從撥叉除去雜質之前，用氧化鋁粉末短鼓風(shortblast)處理撥叉以得到墊部表面的 十點中值高度(十點平均粗糙度)(Rz)為約10至約15μm。塗層可以形成為具有約50至約125μm的厚度，且塗層表面的十點中值高度(Rz)可以為約45μm或更低。根據本發明的示例性實施方式，其上形成有無定形塗層的撥叉可以包括：配置為安裝到撥叉導軌、並與臂整體成型的主體部，所述臂形成為半圓形以環繞套管的外部；以及配置為分別與所述臂的中心和兩端的內部連接的墊部。特別是，墊部可以使用Fe-Cr-Mo基粉末通過高速氧燃氣噴塗(HVOF)法形成。無定形塗層的孔隙率可以在約4至約6％的範圍內，且其維氏硬度(HV300gf)可以在約600至約700的範圍內。Fe-Cr-Mo基粉末的直徑可以在約15至約45μm的範圍內。優選地，無定形塗層可以形成為具有約50至約125μm的厚度，且塗層表面的十點中值高度(Rz)可以是約45μm或更低。本發明還提供包括通過本文所述的方法製造的撥叉的車輛。本發明的其他方面在下文公開。附圖說明本發明的上述和其他特徵將參考示例性實施方式詳述，以下給出的附圖僅通過舉例說明的方式說明示例性實施方式，因此不是對本發明的限制，並且其中：圖1示意性地示出相關領域中的一般手動變速器的內部結構的剖視圖；圖2示意性地示出根據本發明示例性實施方式的示例性撥叉的透視圖；圖3是顯示根據本發明示例性實施方式的示例性無定形塗層的硬度與摩擦係數之間的相互關係的示例性圖；圖4是顯示根據本發明示例性實施方式的示例性無定形塗層的厚度與摩擦係數之間的相互關係的示例性圖；圖5示出對由火焰噴塗法形成的示例性塗層(a)；由等離子噴塗法形成的示例性塗層(b)；根據本發明示例性實施方式形成的示例性塗層(c)進行比較的照片；以及圖6是說明根據本發明示例性實施方式形成的示例性塗層、由等離子噴塗法形成的塗層和由火焰噴塗法形成的塗層的X射線衍射(XRD)分析結果的示例性圖。應當理解，附圖並不必呈比例，僅僅呈現如本文公開的本發明多個優選特徵的某些簡化圖示。如本文中所公開的本發明的特定設計特徵，包括例如，特定尺寸、方向、位置和形狀，將部分地由特定的既定應用和使用環境決定。在圖中，各圖中參考數字始終指代本發明的相同或等同部件。具體實施方式下文將詳細參考本發明的各個示例性實施方式，其實施例在附圖中說明並在下面描述。儘管本發明將結合示例性實施方式描述，應當理解本說明書並不意欲將本發明限制到那些示例性實施方式。相反地，本發明要涵蓋示例性實施方式以及各種替代方式、變形形式、等同方式以及其他實施方式；其可包括在由所附權利要求限定的本發明的主旨和範圍之內。應對理解，本文所用的術語「車輛」或「車輛的」或其他類似的術語包括通常的機動車輛，如客車包括運動型多功能車(SUV)、公交車、貨車、各種商用車輛，船隻包括個種船和艇，航空器等等，並且包括混合動力汽車、電動汽車、插電式混合動力電動車、氫動力車以及其他代用燃料車(例如，來自除石油之外資源的燃料)。如本文所示，混合動力車是具有兩種或多種動力源的車輛，例如汽油動力和電動力的車輛。本文所用的術語僅是為了描述具體實施方式的目的，且並不意欲限制本發明。如本文所使用，單數形式的「一種」、「一個」和「該」也要包括複數形式，除非上下文另有清楚的說明。將進一步理解當本說明書使用術語「包括」和/或「含有」時，指明存在所述的特徵、整數、步驟、操作、元素和/或組分，但不排除存在或添加一種或多種其他特徵、整數、步驟、操作、元素、組分、和/或其組。本文所使用的術語「和/或」包括相關的所列項目中的一個或多個的任何和所有組合。除非特別規定或從上下文中顯而易見，本文所使用的術語「約」 被理解為本領域中的正常限度範圍內，例如在平均數的2標準差之內。「約」能夠被理解為在規定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％之內。除非從上下文中很清楚，否則本文提供的所有數值均由術語「約」修飾。圖2示意性地示出根據本發明示例性實施方式的示例性撥叉的透視圖。如圖1和圖2所示，根據本發明示例性實施方式的撥叉10可以包括：配置為安裝到撥叉導軌20、並在其一邊與臂110整體成型的主體部100，所述臂110形成為半圓形以環繞套管30的外部；以及配置為與臂110的中心和兩個末端的內部連接的墊部200。特別地，在每個墊部200的表面上，可以用Fe-Cr-Mo基粉末通過高速氧燃氣噴塗法形成無定形塗層。無定形塗層可以是均質的合金，沒有缺陷如晶界。此外，無定形塗層可以改善撥叉10的機械性能如低摩擦特性和耐磨性，且還改善耐腐蝕性。因此，撥叉10的耐久性和壽命可以改善。圖3是顯示根據本發明示例性實施方式的無定形塗層的硬度與摩擦係數之間的相互關係的示例性圖。如本文所述，硬度在約300gf的負荷通過使用微維氏硬度測試儀測定7次，然後表達為排除最高值和最低值的平均值。此時，當根據本發明示例性實施方式測定無定形塗層的硬度時，隨著壓陷負荷的增加，壓陷區域可能增加且存在於無定形塗層中的許多孔、微裂痕等等可被同時檢測到。由於測定的硬度值可以比用低壓陷負荷測定的硬度值更有效地表明塗層的機械性能，在本發明中，硬度以約300gf的負荷測定，其是用於測量本發明的材料的最大負荷。如圖3所示，隨著硬度值的降低摩擦係數也降低，因為存在於塗層表面的合適量的孔可以起到儲油區的功能，因此改善了潤滑特性。根據本發明的示例性實施方式，塗層的孔隙率可以在約4至約6％的範圍內，且其維氏硬度(HV300gf)可以在約600至約700的範圍內。當無定形塗層的孔隙率低於約4％時，由於油含量不足，不能獲得潤滑特性，且當孔隙率高於約6％時，無定形塗層的強度降低。同時，根據本發明示例性實施方式的無定形塗層可以用Fe-Cr-Mo 基粉末形成，且Fe-Cr-Mo基粉末可以具有約15至約45μm的直徑。特別是，Fe-Cr-Mo基粉末的粒徑可以影響無定形塗層的物理性質和產率。當顆粒具有小於約15μm的直徑時，Fe-Cr-Mo基粉末可以從基材彈開且不與其附著(反彈現象)，由此降低塗覆產率和粘附強度。當顆粒具有大於約45μm的直徑時，由於無定形塗層的表面高度增加，潤滑特性降低。同時，無定形塗層可以形成為約50至約125μm的厚度，且其表面的十點中值高度(Rz)可以為約45μm或更低。圖4是顯示根據本發明示例性實施方式的無定形塗層的厚度與摩擦係數之間的相互關係的示例性圖。如圖4所示，當無定形塗層的厚度小於約50μm時，塗層的耐久性降低，且當塗層厚度大於約125μm時，摩擦係數急劇增加。此外，當塗層厚度高於約200μm時，由於無定形塗層的表面改性，塗覆可能易碎。無定形塗層表面的十點中值高度(Rz)可以是約45μm或更低。當十點中值高度(Rz)高於約45μm時，無定形塗層的潤滑特性降低。在下文中，根據本發明示例性實施方式的用於車輛撥叉的塗覆方法將參考附圖描述。根據本發明的示例性實施方式，用於撥叉的塗覆方法可以包括：製備Fe-Cr-Mo基粉末；通過衝洗撥叉10的墊部200而預處理撥叉10；形成塗層；以及將其冷卻。在製備Fe-Cr-Mo基組合物如Fe-Cr-Mo基粉末的步驟中，該方法可以包括：稱量每種包含Fe、Cr和Mo的材料；將每種稱好的材料溶解；冷卻並固化每種溶解的材料；並將每種材料粉碎為粉末。由此，可以使用製備的Fe-Cr-Mo基粉末，且Fe、Cr、Mo等的示例性組分在下表1中示出。表1組分FeCrMoSi其他wt％57.4228.3111.33<2<1特別地，粉碎步驟可以在冷卻和固化溶解材料之後進行，然後材料可以被粉碎成具有約15至約45μm的直徑的顆粒。在通過高速氧燃氣噴塗法形成塗層的過程中，當Fe-Cr-Mo基粉末中的顆粒具有小於約15μm的直徑時，可能發生反彈現象，由此粉末可能從墊部彈開且可能不與其附著，因此降低塗覆產率和粘附強度。當顆粒具有高於約45μm的直徑時，由於無定形塗層的表面粗糙度增加，潤滑特性降低。在預處理撥叉10的步驟中，該方法可以包括：通過使用氧化鋁粉末短鼓風處理墊部的表面；並且通過衝洗墊部200除去雜質，如附著在表面上的灰塵。此時，在短鼓風過程中，墊部200的表面的十點中值高度(Rz)可以被保持在約10至約15μm的水平，以改善無定形塗層的粘附強度，因此防止缺陷如脫落或分離。此外，在除去雜質時，除了墊部200表面上的其他雜質外，附著在墊部200表面上的例如氧化鋁的雜質可以通過短鼓風除去，因此改善無定形塗層的粘附強度。在形成塗層的步驟中，可以在墊部200的表面上形成無定形塗層，墊部200的表面可以通過使用Fe-Cr-Mo基粉末通過高速氧燃氣噴塗(HVOF)被表面處理。如本文所述，用以形成塗層的顆粒噴塗的噴塗速率可以影響塗層的結晶度。顆粒的噴塗速度按照高速氧燃氣噴塗、等離子噴塗和火焰噴塗法的次序增加，並且通過高速氧燃氣噴塗法形成無定形塗層在較低的結晶度下可以變得更容易。換句話說，隨著顆粒噴塗速度的增加，冷卻速率可增加，使得無定形相分數(amorphousphasefraction)可被影響。圖5顯示由火焰噴塗法形成的示例性塗層(a)；由等離子噴塗法形成的示例性塗層(b)；和根據本發明示例性實施方式形成的示例性塗層(c)的照片圖。圖6是說明由火焰噴塗法形成的示例性塗層；由等離子噴塗法形成的示例性塗層；和根據本發明形成的示例性塗層的XRD分析結果的示例性圖。如圖5和圖6所示，從XRD分析的結果可見，通過高速氧燃氣噴塗法製備的塗層具有寬的峰形，因此，即使在塗覆後塗層也可保持無定形相。然而，所有通過等離子噴塗法和火焰噴塗法製備的塗層均顯示 結晶相峰，因此形成結晶塗層。此外，在根據本發明的示意性實施方式形成塗層的步驟中，塗層可以形成為具有約50至約125μm的厚度，且其表面的十點中值高度(Rz)可為約45μm或更低。如上所述，約50μm的厚度對保證最小的耐久性是合適的，其是根據本發明的示例性實施方式製備的塗層所需要的。當塗層的厚度大於約125μm時，摩擦係數可能急劇增加，同時，當十點中值高度(Rz)高於約45μm時，無定形塗層的潤滑特性可能降低。此外，在冷卻步驟中，塗層可以以約106至約108K/s的速度冷卻，以使得在墊部200表面上形成的塗層是無定形塗層。如上所述，形成塗層之後的冷卻速率可以影響無定形相分數。塗層可以以約106至約108K/s的速度冷卻以保持塗覆後的無定形相。因此，耐磨性和低摩擦係數特性可被改善，因此改善了撥叉10的壽命和車輛的燃料效率。根據本發明的各個示例性實施方式，通過在撥叉的墊部上形成無定形塗層，耐磨性和低摩擦係數可被改善，因此，撥叉的壽命和車輛的燃料效率可被改善。此外，塗層可以形成為具有約4至約6％的孔隙率，且孔可起到儲油區的功能，因此使潤滑特性最大化。本發明已經參考其各個示例性實施方式詳述。然而，本領域技術人員將領會在不偏離本發明的原則和主旨的情況下，這些實施方式可以進行改變，本發明的範圍由所附的權利要求及其等同方式限定。當前第1頁1 2 3