[发明专利]一种高性能发动机进气门及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料领域，尤其涉及一种进气门及其制备方法。

背景技术

发动机是机车的核心部件,而气门又是发动机的关键零件之一。气门是用来打开或关闭进、排气道的直接零件，其工作环境恶劣、对材料的性能要求高。气门分为进气门与排气门，空气通过进气门进入发动机气缸内与燃料混合燃烧，燃烧后产生的废气通过排气门排出气缸，从而实现新鲜空气进入气缸燃烧产生车辆行驶的动力并排除废气。在这过程之中，燃料燃烧的热能转化为机械能。气门头部温度很高，而且还承受气体的压力、气门弹簧的作用力和传动组件惯性力，其润滑、冷却条件差，要求气门必须有一定强度、刚度、耐热和耐磨性能。进气门一般采用合金钢（铬钢、镍铬钢），排气门采用耐热合金（硅铬钢）。有时为了省耐热合金，排气门头部用耐热合金，而杆部用铬钢，然后将两者焊接起来。目前发动机一般设有多个气门。常见的是每个汽缸布置有4个气门，4汽缸的发动机一共有16个气门。这种多气门结构容易形成紧凑型燃烧室，喷油嘴在中央，这样可以令油气混合气燃烧更迅速、更均匀，各气门的重量和开度适当地减小，使气门开启或闭合的速度更快。不过，这样也就要求气门的材料性能越高。

发动机的工作特点要求进气门要具备耐磨擦、耐高温、耐疲劳、高韧性等特征，气门材料的性能直接影响到发动机的性能。由于该项技术的高度商业价值及高度的商业机密性，关于气门材料及其加工工艺方面的相关报道极少。目前国内的气门材料有40Cr、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、21-4N和23-8N等少数几种。然而，我国目前的气门寿命尚不及国外先进水平的三分之一。

发明专利CN104895638A提供了一种汽车发动机进气门，采取熔炼铸造，锻造头部，调质热处理，切削加工，碳氮共渗热处理，锥面磨削加工，锥面堆焊，表面打磨，涂覆涂层等工艺步骤，并对气门进行碳氮共渗热处理提高进气门的硬度及强度，避免出现腐蚀点。

发明专利CN103256085A提出了一种烧重油船用发动机的气门，包括气门基体和气门盘锥面，气门基体的材料采用23-8N气门钢，气门盘锥面上设置有强化层，强化层采用镍基合金材料，具体各组分质量百分比为：77-82％的镍、2.2-3.4％的铁、9.5-12.5％的铬、0.1-0.5％的碳、3.5-4.2％的硅、2.0-2.5％的硼。以提高其门的寿命。

发明专利CN102493853A提出了采用TiAl基金属间化合物作为气门材料。这种材料在耐高温方面能够得到很大的提升，然而，其韧性尚达不到工业应用的标准，并且存在价格昂贵的问题。

发明专利CN103627956A公开了一种发动机用高耐磨性能进气门材料及该气门的制造方法。采用的合金成分范围为：：C:0.32～0.40%；Si:0.17～0.27%；Mo:0.5～1.2%；Mn:0.50～0.80%；Nb:0.2～0.5%；Cr:0.80～1.10%；W:0.50～1.0%；Ni:≤0.013%；P:≤0.015；S:≤0.015；Cu:≤0.010%；余料为Fe。该气门经表面纳米化、低温渗氮、堆焊钨锆合金等工艺加工而成。

发明专利CN103627961A公开了一种进气门，进气门采用的合金成分重量百分比为：C:0.32～0.40%；Si:0.17～0.37%；Mo:2.5～3.5%；Mn:0.50～0.80%；Cr:0.80～1.10%；W:0.50～1.0%；余量为纯度为99.8%的Fe。该气门经表面纳米化、低温渗氮、堆焊钨锆合金等工艺加工而成。该气门可以在500℃以上的高温长期服役，但是当发动机的性能提升，要求气门在550℃以上的温度服役时，这个材料便不能胜任了。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供本一种成本适中、耐高温性能优异、使用寿命较长的综合性能优异的进气门及其制备方法。

技术方案：为实现上述技术方案，本发明提供了一种进气门，所述进气门的基体材料成分为：C:0.30～0.40%；Si:0.05～0.1%；Mo:0.1～0.2%；Mn:0.50～0.80%；Cr:0.80～1.10%；W:0.50～1.0%；Ce:0.1～0.2%;Nb:0.05～0.1%；Cu:0.05～0.1%。余量为纯度大于99.8%的Fe，所述纯度为99.8%的Fe中的杂质重量百分比含量为：Ni:≤0.013%；P:≤0.015；S:≤0.015%。其特征在于，气门的锥面有钼锆合金层，厚度30-100微米，气门的表面有石墨烯层，厚度50-500纳米。