气门导管渗铜烧结方法技术

本申请提供一种气门导管渗铜烧结方法，该气门导管渗铜烧结方法包括压坯步骤(s1)、组装步骤(s2)与烧结步骤(s3)。在压坯步骤(s1)中将铁粉混合料压制为密度为6.4～7.0g/cm3的气门导管(1)的坯料；在组装步骤(s2)中将铜柱(2)置于所述坯料的通孔(11)中形成组合件，所述铜柱(2)的直径d满足D2‑

Copper infiltration sintering method for valve guide

【技术实现步骤摘要】
气门导管渗铜烧结方法


[0001]本专利技术涉及气门导管粉末冶金烧结
，具体涉及一种气门导管渗铜烧结方法。

技术介绍

[0002]气门导管是汽车发动机配气机构的关键零部件之一，它既对气门的上下运动起到导向作用，同时也是气门杆上的热量传递给发动机缸盖的传热载体。传统燃油发动机正向着“低能耗、低排放、轻量化”的趋势发展，随着缸内直喷、稀薄燃料、涡轮增压等新型发动机技术的推广，以及天然气、LPG、乙醇等清洁燃料的应用，发动机缸内环境温度越来越高，润滑条件越来越差，给气门导管的导热性和耐磨性带来了巨大的挑战。
[0003]普通铁基导管中主要以Fe、C元素为主，加入少量的Ni、Mo、S等元素，导热性能较差，而且由于基体材料疏松、多孔，导致烧结后密度、硬度较低，导热性、耐磨性均满足不了天然气发动机、重型柴油机以及新技术发动机高温、高压、高侧向力的工况要求。
[0004]如果对导管进行整体渗铜，同时在导管基材中添加一定比例的Cr、W等合金元素，导管基体中的绝大部分孔隙被Cu充填，一是可以大大提升导管的硬度、密度、压溃强度；二是由于Cu元素本身具备优良的导热性，因此导管整体渗铜后可以大幅提升导管的导热性能；三是导管基材中的Cr W等元素形成Fe
‑
C
‑
Cr
‑
W合金耐磨相,可以对抗气门杆部施加的侧向力，从而导管的物理性能、导热性、耐磨性均得到了大幅提升，成为一种性能优越的新型气门导管材料。
[0005]于2020年12月25日授权公告的公告号为CN212223081U的名为“一种用于气门导管渗铜的装置”的技术专利中公开了一种使用打孔碳板进行渗铜处理的装置，该装置包括下碳板以及悬置在下碳板之上的上碳板，下碳板的上表面开设有下安装孔，上碳板的下表面开设有与下安装孔在竖直方向上一一对应的上安装孔。通过在下安装孔内设置下铜片，并在上安装孔内设置有上铜片，并在下安装孔与对应的上安装孔之间安装气门导管的方式固定气门导管，防止其倾倒，并使其传热均匀。该装置相比单端渗铜虽然提升了渗铜的均匀性，但是两端的铜溶液在导管坯料中的爬升距离大，仍然存在渗铜不均匀的问题，尤其是在远离气门导管两端的中段更严重；该装置需要根据气门导管直径加工不同的打孔碳板，单张打孔碳板需要增加近2000元的成本；该装置安装时需要将同一装置上的气门导管一一对准对应的安装孔，经常出现一个气门导管已经对准好的情况下，其他的气门导管又弹出的情况，作业效率低。

技术实现思路

[0006]由于上述使用打孔碳板进行渗铜的渗铜装置存在的渗铜均匀性有待提升、成本高、效率低的问题，本申请的技术方案提供一种气门导管渗铜烧结方法。
[0007]本申请的气门导管渗铜烧结方法包括压坯步骤、组装步骤与烧结步骤；
[0008]所述压坯步骤中将铁粉混合料压制为密度为6.4～7.0g/cm3的气门导管的坯料；
1:气门导管 2:铜柱 3:限位碳板 11:通孔 31:限位槽 91:上碳板 92:下碳板 93:底碳板 111:内周面 112:外周面
具体实施方式
[0028]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进行详细说明，在本说明书中，附图尺寸比例并不代表实际尺寸比例，其只用于体现各部件之间的相对位置关系与连接关系，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。
[0029]现有技术中，对气门导管进行渗铜处理的工艺装备如图1所示，需要设置上碳板91与下碳板下碳板92，上碳板91与下碳板92均设置有安装孔。在渗铜处理时，将气门导管1的两端置于上碳板91与下碳板92的对应的安装孔中，一方面实现了对气门导管1的位置固定，避免了气门导管1的移动与碰撞，另一方面安装孔还用来摆放渗铜片，使渗铜片与气门导管1的两端面接触。这样的渗铜方法需要至少两块打孔碳板，个别方案中还需要增加一张底板，单张碳板的材料费用与加工打孔的成本接近2000元，导致生产成本偏高，而且由于该工艺装置中在同一上碳板91与下碳板92之间需要批量放置大量的气门导管1，往往导致在摆放时，气门导管1的上端部与上碳板91干涉，保证了一部分气门导管1的上端部进入上碳板91的安装孔后，另一部分的气门导管1的上端部又被顶出安装孔，导致组装过程费时费力，严重降低了生产效率。
[0030]更重要的是，由于气门导管的长径比高，举例而言，对于某种规格的气门导管，其外径为13mm，但长度达到了50mm，因此将渗铜片置于两端渗铜的情况下，铜液的渗透距离达到两倍气门导管长度，也就是25mm左右，靠渗铜作用下的毛细作用，很难驱动铜液流动这一距离的同时还保证铜液分布均匀，因此会出现气门导管中部铜含量少的情况，导致渗铜不均，造成气门导管中部性能不足。
[0031]为此，本申请的技术方案提供一种新的气门导管渗铜烧结方法。该气门导管渗铜烧结方法包括压坯步骤s1、组装步骤s2与烧结步骤s3。压坯步骤s1中将铁粉混合料压制为密度为6.4～7.0g/cm3的气门导管1的坯料；组装步骤s2中将铜柱2置于上述坯料的通孔11中形成组合件；烧结步骤s3中将该组合件置于烧结炉中做渗铜烧结得到烧结件，烧结炉内部为氢气保护气氛。
[0032]其中，组装步骤s2中的铜柱2的直径d满足D2‑
d≤0.1mm，D2为所述通孔11的内径。并且铜柱2的质量按熔浸率10％～16％确定，这里的熔浸率指坯料中熔渗的铜的质量百分比，比如若100g坯料中熔渗20g铜，则熔渗率为20％。
[0033]具体的，本申请提供对应于上述气门导管渗铜烧结方法的实施例1，在该实施例1中，如图2所示，所需制造的气门导管1的尺寸为外径D＝13mm、内径d＝6.5mm、长度L＝80mm，按压坯密度为ρ＝6.7g/cm3压制该坯料，则坯料的质量M为：
[0034][0035]据此，按熔浸率μ＝15％计算得到铜柱2的质量m为：
[0036]m＝M
·
μ
[0037]＝8g
[0038]若以铜柱2的密度ρ2为7.0g/cm3(对于压制的铜柱，受压机性能的制约，该密度一般不超过7.0g/cm3)，铜柱2的直径d为6.4mm，可以得到需要的铜柱2的长度L2为：
[0039][0040]即可以使用长度为35mm，直径为6.4mm的铜柱2作为渗铜材料置于气门导管1的内孔中。图3为铜柱2在气门导管1的通孔11中的剖切示意图。当将图3中所示的组合件放入具有氮气或者惰性气体保护的烧结炉中烧结时，由于铜的熔点约为1080℃，铁的熔点约为1530℃，因此在升温过程中，铜首先向液态转化。当铜熔化为液态时，坯料仍然呈固体，由于铜柱的直径与坯料内孔的直径很接近，熔化后的铜会均匀地吸附在内周面111的整周，并由于表面张力的作用沿着内周面向气门导管1的两端面延伸，最终在内周面111上形成均匀的液态铜覆盖层。在气门导管1的坯料的毛细管力的作用下液态铜覆盖层沿着坯料的微孔向气门导管1的径向扩散渗透，直至到达外周面112。整个过程中，由于液态铜层表面张力的作用，液态铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气门导管渗铜烧结方法，该气门导管渗铜烧结方法包括压坯步骤(s1)，其特征在于，还包括组装步骤(s2)与烧结步骤(s3)；所述压坯步骤(s1)中将铁粉混合料压制为密度为6.4～7.0g/cm3的气门导管(1)的坯料；所述组装步骤(s2)中将铜柱(2)置于所述坯料的通孔(11)中形成组合件，所述铜柱(2)的直径d满足D2‑
d≤0.1mm，其中D2为所述通孔(11)的内径。所述铜柱(2)的质量按熔浸率10％～16％确定；所述烧结步骤(s3)中将所述组合件置于烧结炉中做渗铜烧结得到烧结件，所述烧结炉内部为氢气保护气氛。2.如权利要求1所述的气门导管渗铜烧结方法，其特征在于，所述铜柱(2)的材料成分按重量百分比计包括：Cu:90
‑
97.6％；Fe:1
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3％；Mn:1.2
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2.5％；Si:0.2
‑
0.9％。3.如权利要求2所述的气门导管渗铜烧结方法，其特征在于，所述气门导管渗铜烧结方法还包括铜柱压制步骤(s4)，所述铜柱(2)压制步骤使用按重量百分比计包括：Cu:90
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97.6％；Fe:1
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3％；Mn:1.2
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2.5％；Si:0.2
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜武松，李勇，王宏庆，杨喆，余文欣，李诚，孙玲，
申请(专利权)人：安庆帝伯粉末冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：