本发明专利技术公开了一种表面石墨烯强化的新型发动机进气门材料及其制备方法。该气门采用的合金的重量百分比成分范围为C:0.32～0.40%；Si:0.17～0.37%；Mo:2.5～3.5%；Mn:0.50～0.80%；Cr:0.80～1.10%；W:0.50～1.0%；Ni:≤0.013%；P:≤0.015；S:≤0.015；Cu:≤0.010%；余量为Fe。该进气门材料经熔炼、锻造、焊接非晶合金、沉积石墨烯等工艺加工而成。本发明专利技术的气门材料的表面硬度高、耐磨性好、寿命高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新材料领域，尤其涉及一种发动机用进气门材料及其制备方法。
技术介绍
目前发动机一般设有多个气门。常见的是每个汽缸布置有4个气门，4汽缸的发动 机一共有16个气门。发动机是机车的核心部件，而气门又是发动机的关键零件之一。气 门是用来打开或关闭进、排气道的直接零件，其工作环境恶劣、对材料的性能要求高。气门 分为进气门与排气门，空气通过进气门进入发动机气缸内与燃料混合燃烧，燃烧后产生的 废气通过排气门排出气缸，从而实现新鲜空气进入气缸燃烧产生车辆行驶的动力并排除废 气。在这过程之中，燃料燃烧的热能转化为机械能。气门头部温度很高，而且还承受气体 的压力、气门弹簧的作用力和传动组件惯性力，其润滑、冷却条件差，要求气门必须有一定 强度、刚度、耐热和耐磨性能。进气门一般采用合金钢(铬钢、镍铬钢)，排气门采用耐热合金 (硅铬钢)。有时为了省耐热合金，排气门头部用耐热合金，而杆部用铬钢，然后将两者焊接 起来。 发动机的工作特点要求进气门要具备耐磨擦、耐高温、耐疲劳、高韧性等特征，气 门材料的性能直接影响到发动机的性能。由于该项技术的高度商业价值及高度的商业机 密性，关于气门材料及其加工工艺方面的相关报道极少。目前国内的气门材料有40Cr、 4Cr9Si2、4Crl0Si2Mo、21-4N和23-8N等少数几种。然而，我国目前的气门寿命尚不及国外 先进水平的三分之一。 专利技术专利CN102493853A提出了采用TiAl基金属间化合物作为气门材料。这种材 料在耐高温方面能够得到很大的提升，然而，其韧性尚达不到工业应用的标准，并且存在价 格昂贵的问题。 专利技术专利CN101838807A提供了一种发动机进、排气门用激光熔覆涂层材料及其 涂层。该激光熔覆涂层材料由以下质量百分比的化学成分组成：Ni: 15~30%;C:0. 5~ 2. 0%;Si:2. 5 ~4. 0%;Fe:5 ~15%;W:3. 5 ~6. 5%;Cr:12 ~20%;纳米Α1:0· 15 ~ 0. 40%;Υ203:0. 5~2.0%;余量为Co。提高了发动机进、排气门的表面硬度，具有很强的耐 磨性，使得发动机进、排气门能够适于高温。 专利技术专利CN103627956A公开了一种发动机用高耐磨性能进气门材料及该气门 的制造方法。采用的合金成分范围为：：c:0. 32~0. 40% ;Si:0. 17~0. 27% ;M〇:0. 5~ 1. 2% ;Μη:0· 50 ~0· 80% ;Nb:0. 2 ~0· 5% ;Cr:0. 80 ~1. 10% ;W:0. 50 ~1. 0% ;Ni:彡 0· 013% ; P:彡0. 015 ;S:彡0. 015 ;Cu:彡0. 010% ;余料为Fe。该气门经表面纳米化、低温渗氮、堆焊 钨锆合金等工艺加工而成。 专利技术专利CN103627961A公开了一种进气门，进气门采用的合金成分重量百分比 为：C:0. 32 ~0· 40% ;Si:0. 17 ~0· 37% ;Μο:2· 5 ~3. 5% ;Μη:0· 50 ~0· 80% ;Cr:0. 80 ~ 1. 10% ;W:0. 50~1. 0% ;余量为纯度为99. 8%的Fe。该气门经表面纳米化、低温渗氮、堆焊 钨锆合金等工艺加工而成。该气门可以在500°C以上的高温长期服役，但是当发动机的性能 提升，要求气门在550°C以上的温度服役时，这个材料便不能胜任了。
技术实现思路
专利技术目的：为解决上述技术问题，本专利技术提供本一种成本适中、耐高温性能优异、 使用寿命较长的综合性能优异的进气门材料及其制备方法。 技术方案：为实现上述技术方案，本专利技术提供了一种进气门，所述进气门的基 体材料成分为：c:0. 30 ~0· 40% ;Si:0. 05 ~0· 1% ;Μ〇:0· 1 ~0· 2% ;Μη:0· 50 ~0· 80% ; Cr:0. 80 ~1. 10% ;W:0. 50 ~1. 0% ;Ce: 0· 1 ~0· 2%;Nb: 0· 05 ~0· 1% ;Cu: 0· 05 ~ 0. 1%。余量为纯度大于99. 8%的Fe，所述纯度为99. 8%的Fe中的杂质重量百分比含量为：Ni:彡0.013% ;P:彡0.015 ;S:彡0.015%。其特征在于，气门的锥面有非晶合金层，厚度 200-500微米，气门的表面有石墨烯层，厚度50-500纳米。相对于专利CN103627956A使用的材料，本专利技术降低了Μ〇、Si的含量，增加了 Cu、Nb元素。降低Mo含量能够降低产品的成本，增加微量Nb元素，在不显著增加成本 的前提下，能够有效地提高合金的耐高温性能与高温下的强度，增加微量的Cu元素，能够 大大改善合金的焊接性能。并采用高强、高硬度、高耐磨性能的非晶，大大提高了材料的性 能。 此外，本专利技术采用了石墨烯镀层，增强了气门的抗高温冲击能力、抗氧化能力、耐 磨性能与表面强度。从而使气门的长期使用温度从5 0 0 °C上升到5 5 0 °C以上。 上述进气门的制造方法，包括如下工艺步骤： (1) 按照合金成分范围准备配料，将合金材料混合均匀； (2) 采用真空感应炉熔炼，温度控制在1600~1650°C，熔炼2~2.5小时； (3) 分别在1100°C、1050°C、950°C进行三次锻造，控制变形比大于70%，得到进气门毛 坯； (4) 在800-850°C下保温1-1. 5h，淬火，然后加热到450-500°C，保温2-2. 5小时，最后 空气冷却； (5)熔炼非晶合金：按照该合金的原子比配置原料，进行真空熔炼，浇注冷却后得到 非晶合金。其中非晶合金含有2厂11、1〇、八1、1、￥、8等元素，其中2厂11、1〇、41的原子比 为 50 :15 :8 :12。所述非晶合金包含但不限于Zr5QTi15M〇sAl12WsV5B2、Zr5QTi15M〇sAl12W5V5B5、 Zr50Ti15Mo8Al12W7V6B2; (6) 采用铣床加工对锥面进行表面光洁度处理； (7) 在锥面焊接非晶合金；厚度控制在200-500微米；具体可以采用钎焊、堆焊、扩散焊 等方式； (8) 进行表面光洁度处理，再采用化学气相沉积（CVD)法在气门表面沉积一层石墨烯； 沉积过程利用CH4为碳源、H2为载气，温度为900~1000°C。降温的速度为15°C/s。 有益效果：使用本专利技术的气门，由于其具有优异的高温性能(强度、抗氧化性、耐磨 性与疲劳寿命等)，能够提高发动机的工作温度，因而提升燃料的燃烧热量与利用效率。能 够产生明显的经济效益。采用焊接非晶材料，保证了气门表面具有优异的强度、硬度、摩擦 磨损性能。通过沉积石墨烯层，确保了气门表面的耐高温性能与耐磨性能。从而使气门的 长期使用温度从5 0 0 °C上升到5 5 0 °C以上。【具体实施方式】 以下各个实施例中所使用的纯度为99. 8%的Fe中杂质的重量百分比含量为：Ni:彡 0· 013% ;P:彡 0· 015 ;S:彡 0· 015。 实施例1 (1) 按照合金成分范围准备配料，c:0. 38% ;Si:0. 09% ;Μ〇:0· 1% ;Μη:0· 56% ;Cr:0. 80% ; W:0. 50%本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种表面石墨烯强化的新型发动机进气门材料及其制备方法，所述进气门的基体材料成分为：C:0.30～0.40%；Si:0.05～0.1%；Mo:0.1～0.2%；Mn:0.50～0.80%；Cr:0.80～1.10%；W:0.50～1.0%；Ce: 0.1～0.2%; Nb: 0.05～0.1%；Cu: 0.05～0.1%；余量为纯度大于99.8%的Fe，所述纯度为99.8%的Fe中的杂质重量百分比含量为：Ni:≤0.013%；P:≤0.015；S:≤0.015；Cu:≤0.010%；气门的锥面含有非晶合金层，厚度200‑500微米，气门的表面有石墨烯层；其制备方法包括如下工艺步骤：（1）按照合金成分范围准备配料，将合金材料混合均匀；（2）采用真空感应炉熔炼，温度控制在1600～1650℃，熔炼２～２.5小时；（3）分别在1100℃、1050℃、950℃进行三次锻造，控制变形比大于70％，得到进气门毛坯；（4）在800‑850℃下保温1‑1.5 h，淬火，然后加热到450‑500℃，保温2‑2.5小时，最后空气冷却；（5）熔炼非晶合金：按照该合金的原子比配置原料，进行真空熔炼，浇注冷却后得到非晶合金，其中非晶合金含有Zr、Ti、Mo、Al、W、V、B等元素，其中Zr、Ti、Mo、Al的原子比为50：15：8：12；（6）采用铣床加工对锥面进行表面光洁度处理；（7）在锥面焊接非晶合金；（8）进行表面光洁度处理，再采用化学气相沉积（CVD）法在气门表面沉积一层石墨烯；沉积过程利用CH4为碳源、H2为载气， 温度为900~1000℃，降温的速度为15℃/s。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨秋香，
申请(专利权)人：杨秋香，
类型：发明
国别省市：广东;44
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