带有Ni3Al基合金强化层的重载柴油机关键部件及制备方法技术

本发明专利技术公开了带有Ni3Al基合金强化层的重载柴油机关键部件及制备方法，属于激光加工材料技术领域。本发明专利技术提供的带有Ni3Al基合金强化层的气阀，气阀的锥面上设置环向凹槽，凹槽中设置Ni3Al基合金强化层，强化层包括Ni3Al相、NiAl相及碳化物，碳化物包括Cr7C3，弥散分布在Ni3Al相中，NiAl相的质量含量为1.5％

【技术实现步骤摘要】
带有Ni3Al基合金强化层的重载柴油机关键部件及制备方法


[0001]本专利技术涉及激光加工材料
，尤其涉及一种带有Ni3Al基合金强化层的重载柴油机关键部件及制备方法。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，重载柴油机内部工作环境愈发恶劣，对重载柴油机关键部件表面耐磨、抗氧化等性能提出了极高的要求。当发动机运转时，排气阀
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气阀座摩擦副的工作表面同时受到高温、高腐蚀及高冲击载荷作用，排气阀锥面的磨损和损坏程度直接影响发动机输出功率、工作性能和服役寿命。目前，排气阀锥面部位材料为45Cr14Ni14W2Mo不锈钢、Ni80镍铬合金等。采用45Cr14Ni14W2Mo不锈钢时，排气阀锥面部位利用等离子弧熔覆钴基合金强化层；采用Ni80镍铬合金时，排气阀锥面一般无强化层。但是，现有的排气阀锥面材料及其强化层材料无法满足新一代重载柴油机对排气阀的高可靠性、耐久性要求，迫切需求开发新型的排气阀锥面强化层制备技术，解决重载柴油机排气阀高温摩擦磨损问题。

技术实现思路

[0003]鉴于以上分析，本专利技术旨在提供一种带有Ni3Al基合金强化层的重载柴油机关键部件及制备方法，用以解决现有的以下问题中的至少之一：提高重载柴油机关键部件的高温耐摩擦性能及抗氧化性能。
[0004]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术提供了一种带有Ni3Al基合金强化层的气阀，所述气阀的锥面上设置环向凹槽，所述凹槽表面设置Ni3Al基合金强化层，所述Ni3Al基合金强化层包括Ni3Al相、NiAl相及碳化物，所述碳化物包括Cr7C3，所述碳化物弥散分布在Ni3Al相中，NiAl相的质量含量为1.5％
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6.5％，Cr7C3的质量含量为15％～26％。
[0006]优选地，所述Ni3Al基合金强化层由原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末制得，所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末，以质量百分比计，化学成分为：Al：8.35％～9.95％，C：1.3％～2.2％，Cr：18.9％～26％，B：0.04％～0.07％，O：≤200ppm，N：≤50ppm，H：≤5ppm，余量为Ni。
[0007]优选地，所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末中，镍当量和铝当量的原子数比为2.75～2.95。
[0008]优选地，所述气阀为排气阀或进气阀。
[0009]优选地，所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末，以质量百分比计，化学成分为：Al：9.6％～9.95％，C：1.3％～1.45％，Cr：18.9％～19.5％，B：0.05％～0.07％，O：≤200ppm，N：≤50ppm，H：≤5ppm，余量为Ni。
[0010]优选地，所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末，以质量百分比计，化学成分为：Al：8.35％～8.7％，C：2.01％～2.2％，Cr：24％～26％，B：0.04％～0.06％，O：≤200ppm，N：≤50ppm，H：≤5ppm，余量为Ni。
[0011]本专利技术还提供一种带有Ni3Al基合金强化层的气阀的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在气阀的锥面上加工出环向凹槽；步骤2：采用同轴送粉方式将原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末输送至气阀的锥面的凹槽处；步骤3：利用激光熔覆方法将所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末熔覆在所述凹槽处，形成原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金强化层。
[0012]优选地，所述同轴送粉方式的同轴送粉量为15g/min～20g/min。
[0013]优选地，所述激光熔覆的功率为1800W～2200W，扫描速度为0.18m/min～0.30m/min。
[0014]本专利技术另外提供一种带有Ni3Al基合金强化层的气阀的应用，将所述带有Ni3Al基合金强化层的气阀用于重载柴油机关键部件。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0016]A)本专利技术通过在气阀的锥面设置原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金强化层，增加了气阀的高温耐摩擦性能，提高了气阀的抗氧化性，减少了磨损并增加了使用寿命，能够满足重载柴油机关键部件表面性能的需求。
[0017]B)本专利技术提供的原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金强化层包括Ni3Al相、NiAl相、碳化物Cr7C3，NiAl相的形成进一步提高了强化层的硬度，使其保持良好的耐磨性，并且抗氧化性能得到提高，Cr7C3熔化后再次原位形成，能够减小Cr7C3尺寸，使Cr7C3在强化层中分布更均匀，与Ni3Al基相的结合更佳，并且Ni3Al基合金强化层与气阀基体冶金结合，与气阀基体的结合力更高。
[0018]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0019]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0020]图1为本专利技术提供的气阀的结构示意图；
[0021]图2为图1的区域1的局部放大图；
[0022]图3为本专利技术提供的带有Ni3Al基合金强化层的气阀的结构示意图；
[0023]图4为本专利技术提供的实施例1中激光熔覆后形成的原位自生碳化物增强Ni3Al基合金强化层的微观组织形貌图；
[0024]图5为本专利技术提供的实施例2中激光熔覆后形成的原位自生碳化物增强Ni3Al基合金强化层的微观组织形貌图。
[0025]附图标记：
[0026]11
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锥面，12
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凹槽，2
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Ni3Al基合金强化层，13
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上斜面，14
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下垂面，3
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碳化物Cr7C3，4
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Ni3Al相，5
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NiAl相，6
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碳化物Cr7C3，7
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Ni3Al相，8
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NiAl相。
具体实施方式
[0027]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本专利技术的一部分，
并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。
[0028]参照图1
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图3，本专利技术提供了一种带有Ni3Al基合金强化层的气阀，所述气阀可以用于重载柴油机关键部件，所述气阀的锥面11上设置环向凹槽12，所述凹槽12表面设置原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金强化层2，所述Ni3Al基合金强化层2包括Ni3Al相、NiAl相及碳化物，所述碳化物主要包括Cr7C3，所述碳化物弥散分布在Ni3Al相中，NiAl相的质量含量为1.5％
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6.5％，Cr7C3的质量含量为15％～26％。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有Ni3Al基合金强化层的气阀，其特征在于，所述气阀的锥面上设置环向凹槽，所述凹槽表面设置Ni3Al基合金强化层，所述Ni3Al基合金强化层包括Ni3Al相、NiAl相及碳化物，所述碳化物包括Cr7C3，所述碳化物弥散分布在Ni3Al相中，NiAl相的质量含量为1.5％
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6.5％，Cr7C3的质量含量为15％～26％。2.根据权利要求1所述的带有Ni3Al基合金强化层的气阀，其特征在于，所述Ni3Al基合金强化层由原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末制得，所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末，以质量百分比计，化学成分为：Al：8.35％～9.95％，C：1.3％～2.2％，Cr：18.9％～26％，B：0.04％～0.07％，O：≤200ppm，N：≤50ppm，H：≤5ppm，余量为Ni。3.根据权利要求2所述的带有Ni3Al基合金强化层的气阀，其特征在于，所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末中，镍当量和铝当量的原子数比为2.75～2.95。4.根据权利要求1所述的带有Ni3Al基合金强化层的气阀，其特征在于，所述气阀为排气阀或进气阀。5.根据权利要求2所述的带有Ni3Al基合金强化层的气阀，其特征在于，所述原位自生碳化物增强的Ni3Al基合金粉末，以质量百分比计，化学成分为：Al：9.6％～9.95％，C：1.3％～1.45％，Cr：18.9％～19.5％，B...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵琳，彭云，韩伟，马成勇，朱彦洁，田志凌，曹洋，李长海，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：