一种氢内燃机用气门座圈及其制备方法技术

一种氢内燃机用气门座圈及其制备方法。本发明专利技术属于内燃机气门座圈领域。本发明专利技术为解决目前针对氢内燃机的气门座圈材料以及现有气门座圈材料不具备抗氢脆性能的技术问题。本发明专利技术的一种氢内燃机用气门座圈由气门座圈本体、过渡层和功能层组成，气门座圈本体按质量分数由合金粉95.15％

【技术实现步骤摘要】
一种氢内燃机用气门座圈及其制备方法


[0001]本专利技术属于内燃机气门座圈领域，具体涉及一种氢内燃机用气门座圈及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢气比能量高，燃烧产物主要为水，不产生一氧化碳、二氧化硫等污染环境的有害成分，因此，目前氢能作为清洁无碳的战略性新兴能源，是实现交通领域深度脱碳降碳、助力实现碳达峰、碳中和的重要选择。采用氢能作为汽车燃料有两大技术路线，一是氢燃料电池，依靠电堆中的氢气与氧气发生电化学反应，产生电能驱动。但是受储氢系统技术、成本、寿命和可靠性诸多因素的制约，目前氢燃料电池汽车还未市场化运行；另一条技术路线就是氢内燃机，保留传统内燃机的主要架构和系统，把燃料换成氢气，此技术路线不需要重新架构产业链，技术实现的难度和成本投入远小于氢燃料电池。
[0003]对于氢内燃机，燃烧产物中水蒸气会稀释润滑油，从而加剧摩擦副磨损，另外未燃烧充分的氢渗入发动机零件，将导致氢脆，因此氢内燃机对发动机零件提出了更高的挑战。
[0004]气门座圈是发动机三大关键摩擦副之一，靠其内锥面与气门头部锥面的紧密贴合实现对气缸的密封,并接受气门传来的热量。发动机工作时，气门座圈不仅受到来自气门的冲击，高温燃烧气体的冲刷、腐蚀以及燃烧产物的磨损，另外还受到冷热应力交替作用，因此气门座圈材料本身要求耐热、耐磨、耐腐蚀，还要求径向压溃强度，除此之外，对于氢内燃机所采用的气门座圈，还要具备抗氢脆的性能。
[0005]现有气门座圈主要针对汽油机、天然气发动机以及醇类燃料发动机，仅仅侧重气门座圈的耐热、耐磨、耐腐蚀等性能，因此，当前缺少一种针对氢内燃机的、具有抗氢脆性能的气门座圈材料和制备技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决目前针对氢内燃机的气门座圈材料以及现有气门座圈材料不具备抗氢脆性能的技术问题，提供了一种氢内燃机用气门座圈及其制备方法。
[0007]本专利技术的一种氢内燃机用气门座圈由气门座圈本体、过渡层和功能层组成，气门座圈本体按质量分数由合金粉95.15％
‑
96.9％、碳粉1.6％
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2.1％、聚酰胺蜡0.5％
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0.75％和固体润滑剂1％
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2％制备而成，过渡层为铝，功能层为铝镍/氧化铝。
[0008]进一步限定，合金粉组成及其质量分数为：Cr：5％
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8％、Nb：0.8％
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1.2％、Mo：12％
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16％、W：0.7％
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1.3％、V：2.5％
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5.8％、Co：3％
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5％、其他杂质≤3％、余量Fe。
[0009]进一步限定，合金粉组成及其质量分数为：Cr：6.5％
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7.5％、Nb：0.9％
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1.1％、Mo：12.5％
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14％、W：0.9％
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1.1％、V：3.5％
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4.5％、Co：3.5％
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4.5％、其他杂质≤3％、余量Fe。
[0010]进一步限定，固体润滑剂为MnS、CaF2、MoS2中的一种或几种。
[0011]进一步限定，过渡层厚度为0.2μm
‑
0.8μm，功能层厚度为0.8μm
‑
1.7μm。
[0012]本专利技术的一种氢内燃机用气门座圈的制备方法按以下步骤进行：
[0013]步骤1：按合金粉配比将各原料粉经混合、冶炼、雾化、筛分，制得合金粉；
[0014]步骤2：将合金粉、碳粉、酰胺蜡、固体润滑剂混合均匀，然后压制，得到生坯；
[0015]步骤3：将生坯依次经烧结、热锻、回火处理，得到气门座圈前体；
[0016]步骤4：将气门座圈前体加工成标准样，然后经微喷砂、清洗、干燥，使表面粗糙度达到Ra1.6，得到气门座圈本体；
[0017]步骤5：采用直流磁控溅射对气门座圈本体的表面进行沉积处理，先后获得过渡层和功能层，得到气门座圈。
[0018]进一步限定，步骤1中原材料的粒度为70
‑
140目，雾化温度为1600
‑
1800℃，合金粉的粒径小于100目。
[0019]进一步限定，步骤2中压制的压力为300
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500MPa，保压时间为10s。
[0020]进一步限定，步骤3中烧结过程为：在高纯氮气下烧结，烧结温度为1050
‑
1250℃，保温时间为1.5h～2.5h，烧结后于碳粉中冷却至室温，烧结所得毛坯的密度为6.3g/cm3‑
6.6g/cm3；
[0021]步骤3中热锻过程为：将烧结所得毛坯预热至1050℃，然后进行热锻，热锻开始温度为900
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1050℃，终锻温度为800
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900℃，压力为550
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700MPa，下压量为10％
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15％，冷却至室温，得到锻造坯料；
[0022]步骤3中回火处理过程：回火温度为180
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220℃，保温时间为50min
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80min。
[0023]进一步限定，步骤5中沉积过渡层的过程为：Ar为保护气，Ar气流量为100sccm
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200sccm，靶材为铝，靶材与气门座圈本体的距离为60mm
‑
100mm，基板旋转速度为4rpm
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8rpm，真空度为2Pa
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10Pa，电压为100
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300V，电流为50A
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100A，溅射时间为20min
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60min，温度为180℃；
[0024]沉积功能层的过程为：Ar为保护气，Ar气流量为100sccm
‑
200sccm，靶材为铝、镍、氧化铝，靶材与气门座圈本体的距离为60mm
‑
100mm，基板旋转速度为4rpm
‑
8rpm，真空度为2Pa
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10Pa，电压为100
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300V，电流为50A
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100A，溅射时间为60min
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90min，温度为200℃。
[0025]本专利技术与现有技术相比具有的优点：
[0026]本专利技术提供一种针对氢内燃机使用的气门座圈材料和制备方法，与现有技术相比，本专利技术通过材料组分的优化，合理设置配比和生产工艺，制备的气门座圈不仅具有较高的强度、硬度、耐磨性能，又具有抗氢脆性能。具体优点如下：
[0027]1)与现有技术相比，本专利技术通过添加Cr、Mo、V、W等合金元素，在烧结过程中与C形成合金碳化物，均匀分布在基体中，通过弥散强化来提升基体强度和耐磨性；添加Nb元素，细化晶粒；不添加Cu元素，因为Cu粉与Fe粉密度差异较大，容易造成成分偏析，另外Cu的硬度较低，存在于座本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢内燃机用气门座圈，其特征在于，该气门座圈由气门座圈本体、过渡层和功能层组成，气门座圈本体按质量分数由合金粉95.15％
‑
96.9％、碳粉1.6％
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2.1％、聚酰胺蜡0.5％
‑
0.75％和固体润滑剂1％
‑
2％制备而成，过渡层为铝，功能层为铝镍/氧化铝。2.根据权利要求1所述的一种氢内燃机用气门座圈，其特征在于，合金粉组成及其质量分数为：Cr：5％
‑
8％、Nb：0.8％
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1.2％、Mo：12％
‑
16％、W：0.7％
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1.3％、V：2.5％
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5.8％、Co：3％
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5％、其他杂质≤3％、余量Fe。3.根据权利要求2所述的一种氢内燃机用气门座圈，其特征在于，合金粉组成及其质量分数为：Cr：6.5％
‑
7.5％、Nb：0.9％
‑
1.1％、Mo：12.5％
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14％、W：0.9％
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1.1％、V：3.5％
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4.5％、Co：3.5％
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4.5％、其他杂质≤3％、余量Fe。4.根据权利要求1所述的一种氢内燃机用气门座圈，其特征在于，固体润滑剂为MnS、CaF2、MoS2中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种氢内燃机用气门座圈，其特征在于，过渡层厚度为0.2μm
‑
0.8μm，功能层厚度为0.8μm
‑
1.7μm。6.如权利要求1
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5任意一项所述的一种氢内燃机用气门座圈的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：按合金粉配比将各原料粉经混合、冶炼、雾化、筛分，制得合金粉；步骤2：将合金粉、碳粉、聚酰胺蜡、固体润滑剂混合均匀，然后压制，得到生坯；步骤3：将生坯依次经烧结、热锻、回火处理，得到气门座圈前体；步骤4：将气门座圈前体加工成标准样，然后经微喷砂、清洗、干燥，使表面粗糙度达到Ra1.6，得到气门座圈本体；步骤5：采用直流磁控溅射对气门座圈本体的表面进行沉积处理，先后获得过渡层和功能层，得到气门座圈。7.根据权利要求6所述的一种氢内燃机用气门座圈的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张薇，胡悦，常连霞，张国政，宋庆军，张林阳，陈学罡，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：