[发明专利]耐磨损高硬度粉末冶金气门座及其制作工艺

说明书

本发明属于冶金技术领域，具体公开了一种耐磨损高硬度粉末冶金气门座，应用多弧离子镀（AIP）设备，控制炉内温度小于300℃，采用多弧离子镀多层纳米膜制备工艺，在气门座表面生成由氮化铬和氮化钛相间层叠而成的多元多层纳米膜形成的耐磨层。制作工艺：基础粉末采用高压水雾化制备的低合金粉末，在自动粉末成型机进行压制成型，之后置入推杆式烧结炉，在氨分解气氛中进行烧结。采用铜溶浸工艺，再将烧结坯置入多弧离子镀（AIP）设备进行涂层处理，产品薄膜多层化及添加其它元素。本发明制得的产品具有优良的结合强度，表面显微硬度、耐磨、高硬度，且可大幅度延长使用寿命。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，将予合金化粉末进行压制、烧结、机械加工和多弧离子镀膜，制得汽车零部件的冶金领域。

背景技术

气门座是汽车发动机配气机构中的重要部件，它与气门组成一对重要密封磨擦付，发动机工作时，气门座受到气门冲击，高温(530～870℃)燃烧气体的冲刷、腐蚀、以及燃烧产物、空气中灰尘的磨损，另外还受到热冷应力交替作用，它极易产生变形、烧损，甚至断裂，因此不但要求气门座材料耐磨、耐腐蚀、抗高温，还要求一定径向压溃强度。

发动机气门和气门座处于严酷的热力，化学和机械力状况下工作，其承受着高应力(发动机最高燃烧压力可达20MPa)、高工作温度(气门头低平面中心达870℃)和腐蚀环境(高温燃气侵蚀、硫化、V2Q5)腐蚀和氧化作用。

根据上述气门座的工作环境，为保证其工作可靠性和使用寿命，在不同的工作环境和燃用不同燃料的情况下，必须尽快开发研究新材料和新工艺。

发明内容

本发明的目的是提供耐磨损高硬度粉末冶金气门座及其制作工艺，本发明大大提高了基材的表面显微硬度，膜的致密度高，强度和耐磨性能好，且可延长使用寿命。

本发明的第一个目的是是通过以下技术方案实现的，耐磨损高硬度粉末冶金气门座，应用多弧离子镀(AIP)设备，将炉内温度限于小于300℃的工作条件下，采用《多弧离子镀多层纳米膜制备技术》，在气门座表面生成由氮化铬和氮化钛相间层叠而成的多元多层纳米膜(11-21层)形成的耐磨层。

本发明所应用的多弧离子镀(AIP)设备，为中科院力学所研制。该设备可制备单层膜(TiN、CrN)，具有12个靶位，并采用计算机控制系统(PLC+I控机)，转速可平衡调节的工件转动系统，以及过滤阴极电弧工作方式，以保证涂层细密、均匀，将“多弧离子镀多层纳米膜制备技术”应用到气门座上，系物理气相沉积技术：集电子物理、材料、真空控制技术于一体的高新技术。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的，耐磨损高硬度粉末冶金气门座的制作工艺，包括以下步骤：

①首先选择经过高压水雾化低合金粉末为基础粉末，在自动粉末成型机上进行压制成型；

②将压制成型的气门座生坯置入推杆式烧结炉，在氨分解气氛中进行烧结，烧结温度1100-1500℃，烧结时间50-60分钟；采用铜溶浸工艺；所述烧结坯包括以下组分：C0.7-1.2wt％，Cr 0.3-1.2wt％，Mo 0.5-1.6wt％，Ni 0.4-1.5wt％，Co0.2-0.5wt％，Cu 10-16wt％，纳米Fe 0.1-0.3wt％，余量为Fe；

③将制得的气门座预烧结坯置入多弧离子镀AIP设备进行涂层处理，将炉内温度控制在100-300℃，阴极材料采用钛、铬金属，反应气体为氮气，真空室接地作阳极，真空室内采用真空弧光放电，在阴极材料表面产生多弧光辉点，使阴极材料蒸发，形成原子和离子；在电场作用下，原子和离子高速轰击气门座工作表面，与此同时，高真空室通入反应气体，即可在气门座工作表面生成多元多层纳米膜涂层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：