[发明专利]一种铸铁发动机缸盖与气门杆磨合面激光熔覆改性方法

说明书

本发明提供了一种铸铁发动机缸盖与气门杆磨合面激光熔覆改性方法，发动机缸盖为铸铁材质，缸盖上设有与气门杆配合的内孔，第一步，通过实验确定激光熔覆最佳工艺参数；第二步，对铸铁缸盖磨合面位置进行熔覆前机加工；第三步，对机加工后磨合面依次进行激光熔覆镍基合金打底涂层和钴基合金盖面层；第四步，机加工熔覆层至所需尺寸。本发明通过增加一镍基打底层，使铸铁基材与钴基工作层有效“粘结”起来，增强该位置在高温工况下的耐磨性能，增加缸盖使用寿命，增大经济效益，具有重要的现实意义。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其是一种铸铁发动机缸盖与气门杆磨合面激光熔覆改性方法。

背景技术

发动机工作过程中，铸铁缸盖与碳钢气门杆需要反复磨合运动。尽管铸铁中的石墨能够起到一定的润滑作用，但时间一长，磨合面位置磨损情况依然严重，有时还会因为高温高压气体致使该位置过热而发生故障。因此，如何增加磨合位置的高温耐磨性成为解决问题的关键。

焊接技术是实现金属材料冶金结合的常用方法，但具体到该磨合面位置，其基材有两种：一种是普通碳钢(气门杆)，另一种是铸铁(发动机缸盖)。焊接可实现气门杆与镍基合金的冶金结合，但却几乎不能实现发动机缸盖与镍基合金的冶金结合，原因在于焊接整体热输入量大，很容易造成铸铁中石墨相气化形成大量气孔，同时较大的热应力也极易造成铸铁件的开裂。而激光熔覆技术，作为一种新型的表面改性技术，具有能量集中，热影响区小等特点，可实现金属冶金结合。

发明内容

本发明提供了一种铸铁发动机缸盖与气门杆磨合面激光熔覆改性方法，用于解决现有铸铁发动机缸盖与气门杆磨合面磨损严重的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种铸铁发动机缸盖与气门杆磨合面激光熔覆改性方法，发动机缸盖为铸铁材质，缸盖上设有与气门杆配合的内孔，第一步，通过实验确定激光熔覆最佳工艺参数；第二步，对铸铁缸盖磨合面位置进行熔覆前机加工；第三步，对机加工后磨合面依次进行激光熔覆镍基合金打底涂层和钴基合金盖面层；第四步，机加工熔覆层至所需尺寸。

进一步地，激光熔覆的工艺参数中激光功率(W)、熔覆速度(mm/s)、送粉速度(g/min)、搭接率(％)的确定通过正交试验法完成。

进一步地，激光功率(W)、熔覆速度(mm/s)、送粉速度(g/min)和搭接率(％)的确定分两步进行，首先使用正交试验法进行单道熔覆实验，测量单道道宽，两道搭接重合的宽度与单道道宽之比即为搭接率；待单道参数稳定后再进行搭接实验；通过实验最终确定的最佳工艺参数如下表：

进一步地，工艺参数确定的检测方法包括测量熔覆层厚度、金相实验观察气孔和裂纹缺陷情况。

进一步地，形成镍基合金打底涂层所用镍基合金粉末的粒径为100-270目，球形度≥80％；形成钴基合金盖面层所用钴基合金粉末的粒径为140-325目，球形度≥90％。

进一步地，镍基合金粉末和钴基合金粉末在使用前需要在烘箱中100℃下烘干1-2h。

进一步地，镍基合金粉末为IN625，粒径100-270目，球形度85％，其化学成分及含量为：C：0.034％、Cr：21.99％、Nb：3.51％、Al：0.12％、Si：0.32％、Fe：1.05％、Mo：8.69％、Mn：0.13％、Co：0.11％，余量为Ni和不可避免的微量杂质；钴基合金粉末为Stellite6，粒径140-325目，球形度90％，其化学成分及含量为：C：1.15％、Cr：29％、Ni：3％、W：4％、Si：1.1％、Fe：3％、Mo：1％、Mn：0.5％，余量为Co和不可避免的微量杂质。

进一步地，正交试验所用送粉气和保护气均为惰性气体氩气，送粉气流量保持在6-8L/min；保护气流量保持在12-15L/min。