[发明专利]超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及高速喷涂技术领域，尤其涉及一种超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺。

背景技术

气阀是柴油机的关键运动件之一，作为柴油机的关键运动件，自然是整机性能的关键要素之一。在工作过程中，它承受较高温度下的拉伸、摩擦磨损、冲击、疲劳等复杂工况和燃料废气的腐蚀作用。由于与气阀相配合的零件多、体积大、又很笨重，要更换它需将柴油机解体，耗工耗时。若在使用过程中发生故障，造成停车事故，特别是远洋船用柴油机，气阀失效所造成的损失将会很大。

为了保证柴油机在使用过程中安全可靠，除了通过热处理使气阀心部具有足够高的强度、塑性和韧性以外，还要想办法使气阀阀杆表面必须有很高的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗应力腐蚀能力，才能保证使用寿命。近年来，主机的发展速度很快，并且负荷明显提高，这就对气阀内在质量提出了更高要求。如何提高气阀阀杆硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、可靠性和使用寿命成为了业内人士研究的目标。

目前，为了使低速柴油机气阀经固溶处理后具有上述性能，均采用在气阀阀杆表面喷涂一层高温耐磨、耐腐蚀材料形成喷涂层的手段。但是目前的喷涂层经常出现硬度低、结合强度不足、孔隙率高、氧化物超差。这些缺陷将直接导致产品的耐磨性、耐蚀性、疲劳强度和使用寿命达不到设计要求，生产成本也显著提高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种喷涂层硬度高、结合强度好、孔隙率低、无明显氧化物的超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺。

本发明目的是这样实现的：一种超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于：首先用常规清理工序对柴油机气阀阀杆表面进行清洁和喷砂处理；然后，将金属陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50-60℃下烘干至无结块；并将气阀阀杆安装在立式机械旋转装置上，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，所述超音速火焰喷涂设备的喷枪枪口与工件之间距离为200-220mm，氧气压力为1.2-1.3Mpa、氧气流量为290-315L/min，丙烷气压力0.65-0.75Mpa、流量为75-90L/min，氮气送粉压力1.2-1.3Mpa、流量15-17L/min，送粉速度30-40g/min，喷枪移动速度12-15mm/s，气阀阀杆转速250-300转/分钟；最后，将喷涂后的气阀阀杆放入热风循环炉中，在140-150℃下保温4-6小时，空冷得到带涂层的气阀阀杆。

采用上述技术方案，Cr₃C₂-NiCr粒子经高温高速焰流加热后，在颗粒表面产生适量熔化，颗粒内部发生软化，这些粘结金属极少被氧化、碳化物也未分解的熔融状态的颗粒，在保证硬质点不被返弹掉从喷涂面脱落的条件下，以极高速度与基体金属碰撞，并附着于产品表面上，与其发生物理结合。

首先：本发明通过控制燃气(丙烷)和助燃气体(氧气)的压力及流量，一方面控制焰流速度(4-5倍音速)，使得Cr3C2-NiCr颗粒速度快，动能大，与工件碰撞后扁平化程度高，喷涂层更加致密，颗粒与基体金属以及颗粒与颗粒之间的结合强度高，与此同时，喷涂层还能保持很高硬度。另一方面，控制火焰温度(3000℃左右)，避免因火焰温度过高而导致Cr3C2-NiCr颗粒熔化后分解、氧化较多，同时避免了因加热温度较低，Cr3C2-NiCr颗粒表面熔化不足或未熔化，金属陶瓷粒子未被软化，与基体碰撞后，颗粒扁平化程度不足，硬颗粒质点部分发生返弹脱落，从而导致涂层硬度低，结合强度不高，孔隙增多的现象。最后采用本发明的燃气(丙烷)和助燃气体(氧气)的压力及流量，燃气能充分燃烧，不产生烟雾，不造成能源浪费。

其次：本发明通过调整枪口与工件之间的距离，使得Cr3C2-NiCr颗粒受热和加速充分，减小氧化程度。

最后：热喷涂后增加时效处理工序，在保证高硬度的前提下，有效降低了喷涂层的拉应力，并适当增大了喷涂层与基体以及涂层之间的结合强度。

经上述方法热喷涂后，气阀阀杆涂层硬度为937-1058HV，孔隙率0.9-1.6％，氧化物极少，涂层结合强度66-78MPa。正是由于气阀阀杆的喷涂层硬度、结合强度明显提高，孔隙率显著下降，才使得整个气阀的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性及使用寿命均得到了显著提高。

在上述技术方案中，所述清洁的步骤是将气阀阀杆喷涂面用酒精清洗至无任何油脂、污物，并清理干净锈蚀和毛刺。

在上述技术方案中，所述喷砂的过程是用0.31Mpa的压缩空气和160-240μm石英砂喷气阀阀杆，使气阀阀杆喷涂面达到Ra3-3.5μm，然后用清洁干净的0.11Mpa的压缩空气清理干净工件表面。