具有优异导热性的渗铜的钼和/或钨基粉末金属合金制造技术

提供一种用于内燃机、例如阀座镶嵌件的烧结材料。该材料包括压制的基础粉末金属混合物和渗透到该基础粉末金属混合物的孔隙中的富铜相。该基础粉末金属混合物包括Mo和W中的至少一种，以及至少一种添加剂，例如B、N和/或C。Mo和/或W的量为基于该材料总重量的50重量％至85重量％。该至少一种添加剂的总含量为基于该材料总重量计的0.2‑25重量％。该富铜相的含量为基于该材料总重量的15重量％至50重量％。该材料还具有至少70W/mK的导热率。

Molybdenum and/or Tungsten-based Powder Metal Alloys with Excellent Thermal Conductivity

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有优异导热性的渗铜的钼和/或钨基粉末金属合金相关申请的交叉引用该美国实用专利申请要求2016年9月28日提交的美国临时专利申请No.60/400,867和2017年8月3日提交的美国实用专利申请No.15/668,368的优先权，这两项专利申请的内容通过引用整体地结合于本文中。
技术介绍
1.
本专利技术一般涉及粉末金属材料，以及形成粉末金属材料的方法，例如用于阀导承(或称气门导管)和阀座(或称气门座)镶嵌件的粉末金属材料。2.相关技术粉末金属材料经常用于形成用于机动车辆应用的具有改进的耐磨性和/或导热性的部件，例如阀导承和阀座镶嵌件。在发动机运转期间，典型的排气阀座镶嵌件可以达到400℃至500℃之间的温度。由于发动机的苛刻环境，用于形成阀导承和阀座镶嵌件的材料优选地具有高热硬度和润滑性的组合。最近，更期望还提供具有高导热率的阀座镶嵌件和阀导承。这些材料还应该从低温(例如在发动机起动时)到高温下提供足够的耐磨性，例如当发动机以高性能运行并以全额定功率运行时。仍然需要在高温和低温下具有优异的硬度、导热性和耐磨性的材料，例如用于要求苛刻的内燃机应用(尤其是阀座镶嵌件)的粉末金属基材料。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种阀座镶嵌件，其包括含有基础粉末金属混合物和富Cu(铜)相的材料。基础粉末金属混合物包括Mo(钼)和W(钨)中的至少一种。基础粉末金属混合物还包括多个孔隙，并且富铜相位于基础粉末金属混合物的孔隙中。本专利技术的另一方面提供一种用于内燃机的材料，包括基础粉末金属混合物和富铜相。基础粉末金属混合物包括Mo和W中的至少一者。基础粉末金属混合物还包括至少一种添加剂，并且该至少一种添加剂包括B、N和C中的至少一者。基础粉末金属混合物包括多个孔隙；富铜相位于基础粉末金属混合物的孔隙中。本专利技术的另一方面提供一种制造阀座镶嵌件的方法。该方法包括压制基础粉末金属混合物，该基础粉末金属混合物包括Mo和W中的至少一种；用富铜相渗透基础粉末金属混合物；烧结渗透的基础粉末金属混合物。本专利技术的又一方面提供一种制造用于内燃机的材料的方法。该方法包括以下步骤：用富铜相渗透基础粉末金属混合物，该基础粉末金属混合物包括Mo和W中的至少一种；烧结渗透的基础粉末金属混合物。该材料在高温和低温下都可提供优异的硬度、导热性和耐磨性。因此，该材料优选用于内燃机的阀导承和阀座镶嵌件。更具体地，该材料从低温(例如发动机起动时的约0℃至100℃)至高温(例如当发动机以高性能运行并以满额定粉末运行时的300℃至500℃)均提供了良好的耐磨性和导热性的平衡。附图的简要说明本专利技术的其它优点将是容易理解的，因为当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以更好地理解本专利技术的优点，其中：图1是内燃机的包括由根据本专利技术一个实施例的材料形成的阀座镶嵌件的一部分的一个例子；图2是图示了根据本专利技术实施例的示例性材料相对于对比材料的耐磨性的图表。图3是图示了根据本专利技术实施例的材料相对于对比材料的导热率的图表。图4是图示了根据本专利技术实施例的材料相对于对比材料的热硬度的图表。图5是图示了根据本专利技术实施例的材料相对于对比材料的热硬度的图表。图6是图示了根据本专利技术实施例的材料相对于对比材料的硬度(HV10)的图表。图7包括表格和图表，示出了两种对比材料(合金A和B)与根据本专利技术一示例性实施例的材料(合金C)相对于氧化铝配对物的磨损测试结果对比；图8包括四个图表，说明合金A和B与合金C相对于钴铬钨硬质合金6配对物的磨损试验结果对比；图9是示出了在合金C所形成的阀座上的用测功机进行的机动车发动机测试的结果的图。示例实施例的详细描述本专利技术的一个方面提供了由基础粉末金属混合物和渗透的铜相或网络形成的材料，其在内燃机中遇到的温度范围内具有优异的在导热性和耐磨性之间的平衡。该材料优选用于阀座镶嵌件应用中，例如用于形成如图1所示的阀座镶嵌件。该材料还可用于形成阀导承或经受内燃机苛刻条件的另一部件。基础粉末金属混合物包含钼(Mo)和钨(W)中的至少一种。在一个实施例中，基础粉末金属混合物包含Mo和W二者。Mo和/或W通常以基于基础粉末金属混合物的总重量的75.0重量％至99.8重量％的量存在。基础粉末金属混合物还包括至少一种添加剂或化合物，也称为附加元素，硬质颗粒，硬质相或摩擦成分。选择至少一种添加剂以改善基础粉末金属混合物的耐磨性，同时还在最终材料中实现相对高的导热性。在基础粉末金属混合物中使用的添加剂的量不会妨碍在高温下在材料上形成的Mo和/或W润滑氧化物(lubriciousoxides)，例如在发动机运行时的应用中。例如，所形成的氧化物可包括MoO3，其是具有非常低的摩擦系数的化合物，因此有助于改善耐磨性。耐磨性是温度的函数，并且是多种因素的组合。例如，可以选择至少一种添加剂以改善低温下的耐磨性，而润滑氧化物改善较高温度下的耐磨性能。还可以调节添加剂的量，使得最终材料和铜相的导热率为至少70W/mK，对于最终材料和铜相优选至少90W/mK，并且更优选的是，对于最终材料为至少100W/mK，对于铜相为至少110W/mK。还可以选择添加剂，使得成品材料的硬度在从室温到500℃时在55HRA以上。根据一个实施例，所述至少一种添加剂包括硼(B)、氮(N)和碳(C)中的至少一种；并且可选地包括银(Ag)，钴(Co)，铬(Cr)，铁(Fe)，锰(Mn)，铌(Nb)，镍(Ni)，磷(P)，硫(S)，钽(Ta)，钛(Ti)，钒(V)和锆(Zr)中的至少一种。在基础粉末金属混合物中，所有添加剂的总和为基于基础粉末金属混合物总重量的0.2-25重量％，并且任何B、N和C的总和为基于基础粉末金属混合物总重量的0.2-5.0重量％。B、N和C中的至少一者在固溶体中的溶解度优选在Cu、W和/或Mo中是低的，例如小于基于基础粉末金属混合物总重量的0.1重量％。根据一个优选的实施例，石墨是被选择用来在包括Mo的基础粉末金属材料中使用时在300℃和450℃下显著地改善耐磨性的添加剂。可用于形成基础金属混合物的示例组合物包括Mo、V和N；Mo和C；W和C；Mo、W和B；Mo和MoC；以及Mo、V和N。根据一典型的工艺，将基础粉末金属混合物压制成所需的形状。在该示例性实施例中，将基础粉末金属混合物压制成阀座镶嵌件的形状。在压制基础粉末金属混合物之后，基础粉末金属混合物包括多个孔隙。在该示例性实施例中，基础粉末金属混合物具有海绵形态。然而，基础粉末金属混合物不限于海绵形态。其它结构也是可能的。通常，基础粉末金属混合物的孔隙率为基于基础粉末金属混合物总体积计的10体积百分比(体积％)至50体积％。基础粉末金属混合物的骨架的孔隙通常在烧结过程中通过渗透工艺填充铜相。铜相可以是纯铜、铜合金或铜基材料。铜相的导热率在21℃(室温)下为至少70W/mK，更优选为至少90W/mK，最优选为至少110W/mK。例如，如果铜相是纯铜，则铜相在室温下具有约390W/mK的导热率。铜相通常填充孔隙的体积。成品材料(最终材料)是烧结材料，包括渗透到压制的基础粉末金属混合物的孔隙中的铜相。如上所述，基础粉末金属混合物包括Mo和/或W，并且Mo和/或W的量通常以基于成品材料总重量的50重量％至85重量％的量存在。成品材料的基础粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阀座镶嵌件，包括：材料，所述材料包含基础粉末金属混合物和富铜相；所述基础粉末金属混合物包括钼(Mo)和钨(W)中的至少一种；所述基础粉末金属混合物包括多个孔隙；并且所述富铜相位于所述基础粉末金属混合物的所述孔隙中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.28 US 62/400,867;2017.08.03 US 15/668,3681.一种阀座镶嵌件，包括：材料，所述材料包含基础粉末金属混合物和富铜相；所述基础粉末金属混合物包括钼(Mo)和钨(W)中的至少一种；所述基础粉末金属混合物包括多个孔隙；并且所述富铜相位于所述基础粉末金属混合物的所述孔隙中。2.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述基础粉末金属混合物包括至少一种添加剂，并且所述至少一种添加剂包括B、N和C中的至少一种。3.根据权利要求2所述的阀座镶嵌件，其中，所述至少一种添加剂包括B、N和C中的至少一种，其以基于所述基础粉末金属混合物总重量的0.2-5.0重量％的量存在。4.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述材料具有至少70W/mK的导热率。5.根据权利要求2所述的阀座镶嵌件，其中，所述B、N和C中的至少一种在所述基础粉末金属混合物中的溶解度小于基于所述基础粉末金属混合物总重量的0.1重量％。6.根据权利要求2所述的阀座镶嵌件，其中，所述至少一种添加剂可选地包括硅(Si)，银(Ag)，钴(Co)，铬(Cr)，铁(Fe)，锰(Mn)，铌(Nb)，镍(Ni)，磷(P)，硫(S)，钽(Ta)，钛(Ti)，钒(V)和锆(Zr)中的至少一种；并且所述至少一种添加剂的总含量为基于所述材料总重量的0.2-25重量％。7.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述基础粉末金属混合物包括选自以下组的组合：Mo、V和N；Mo和C；W和C；Mo、W和B；Mo和MoC；以及Mo、V和N。8.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述基础粉末金属混合物包括Mo；并且所述至少一种添加剂包括C和N。9.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述基础粉末混合物包括Mo；并且所述至少一种添加剂包括Si、C和N。10.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述基础粉末金属混合物的所述Mo和W中的至少一种的含量为基于所述材料总重量的50重量％至85重量％；所述富铜相的含量为基于所述材料总重量的15重量％至50重量％。11.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述富铜相是纯铜、铜合金或铜基材料；并且，所述富铜相在21℃下具有至少70W/mK的导热率。12.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述基础粉末金属混合物的孔隙率为基于所述基础粉末金属混合物总体积的10体积百分比(体积％)至50体积％；并且，所述富铜相填充所述孔隙的体积。13.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述材料具有高达0.8的摩擦系数，并且所述材料在从21℃到高达500℃的温度下具有高于55HRA的硬度。14.根据权利要求1所述的阀座镶嵌件，其中，所述Mo和W中的至少一种的含量为基于所述基础粉末金属混合物总重量的75.0重量％至99.8重量％；所述基础粉末金属混合物的所述Mo和W中的至少一种的含量为基于所述材料总重量的50重量％至85重量％；所述基础粉末金属混合物包括至少一种添加剂；所述至少一种添加剂包括硼(B)、氮(N)和碳(C)中的至少一种；所述B、N和C中的至少一种的含量为基于所述基础粉末金属混合物总重量的0.2-5.0重量％；所述B、N和C中的至少一种在所述基础粉末金属混合物中的溶解度小于基于所述基础粉末金属混合物总重量的0.1重量％；所述至少一种添加剂可选地包括硅(Si)，银(Ag)，钴(Co...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·比尤利，丹尼斯·B·克里斯托弗森，
申请(专利权)人：天纳克公司，
类型：发明
国别省市：美国,US