專利名稱：超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速噴涂技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝。
背景技術(shù)：
氣閥是柴油機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件之一，作為柴油機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件，自然是整機(jī)性能的關(guān)鍵要素之一。在工作過(guò)程中，它承受較高溫度下的拉伸、摩擦磨損、沖擊、疲勞等復(fù)雜工況和燃料廢氣的腐蝕作用。由于與氣閥相配合的零件多、體積大、又很笨重，要更換它需將柴油機(jī)解體，耗工耗時(shí)。若在使用過(guò)程中發(fā)生故障，造成停車事故，特別是遠(yuǎn)洋船用柴油機(jī)，氣閥失效所造成的損失將會(huì)很大。為了保證柴油機(jī)在使用過(guò)程中安全可靠，除了通過(guò)熱處理使氣閥心部具有足夠高 的強(qiáng)度、塑性和韌性以外，還要想辦法使氣閥閥桿表面必須有很高的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕能力，才能保證使用壽命。近年來(lái)，主機(jī)的發(fā)展速度很快，并且負(fù)荷明顯提高，這就對(duì)氣閥內(nèi)在質(zhì)量提出了更高要求。如何提高氣閥閥桿硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性、可靠性和使用壽命成為了業(yè)內(nèi)人士研究的目標(biāo)。目前，為了使低速柴油機(jī)氣閥經(jīng)固溶處理后具有上述性能，均采用在氣閥閥桿表面噴涂一層高溫耐磨、耐腐蝕材料形成噴涂層的手段。但是目前的噴涂層經(jīng)常出現(xiàn)硬度低、結(jié)合強(qiáng)度不足、孔隙率高、氧化物超差。這些缺陷將直接導(dǎo)致產(chǎn)品的耐磨性、耐蝕性、疲勞強(qiáng)度和使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，生產(chǎn)成本也顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種噴涂層硬度高、結(jié)合強(qiáng)度好、孔隙率低、無(wú)明顯氧化物的超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝。本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，其特征在于首先用常規(guī)清理工序?qū)Σ裼蜋C(jī)氣閥閥桿表面進(jìn)行清潔和噴砂處理；然后，將金屬陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50-60°C下烘干至無(wú)結(jié)塊；并將氣閥閥桿安裝在立式機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置上，用超音速火焰噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，所述超音速火焰噴涂設(shè)備的噴槍槍口與工件之間距離為200-220mm，氧氣壓力為I. 2-1. 3Mpa、氧氣流量為290_315L/min，丙烷氣壓力O. 65-0. 75Mpa、流量為 75_90L/min，氮?dú)馑头蹓毫?I. 2-1. 3Mpa、流量 15_17L/min，送粉速度30-40g/min，噴槍移動(dòng)速度12-15mm/s，氣閥閥桿轉(zhuǎn)速250-300轉(zhuǎn)/分鐘；最后，將噴涂后的氣閥閥桿放入熱風(fēng)循環(huán)爐中，在140-150°C下保溫4-6小時(shí)，空冷得到帶涂層的氣閥閥桿。采用上述技術(shù)方案，Cr3C2-NiCr粒子經(jīng)高溫高速焰流加熱后，在顆粒表面產(chǎn)生適量熔化，顆粒內(nèi)部發(fā)生軟化，這些粘結(jié)金屬極少被氧化、碳化物也未分解的熔融狀態(tài)的顆粒，在保證硬質(zhì)點(diǎn)不被返彈掉從噴涂面脫落的條件下，以極高速度與基體金屬碰撞，并附著于產(chǎn)品表面上，與其發(fā)生物理結(jié)合。首先本發(fā)明通過(guò)控制燃?xì)?丙烷)和助燃?xì)怏w(氧氣)的壓力及流量，一方面控制焰流速度(4-5倍音速)，使得Cr3C2-NiCr顆粒速度快，動(dòng)能大，與工件碰撞后扁平化程度高，噴涂層更加致密，顆粒與基體金屬以及顆粒與顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度高，與此同時(shí)，噴涂層還能保持很高硬度。另一方面，控制火焰溫度(3000°C左右)，避免因火焰溫度過(guò)高而導(dǎo)致Cr3C2-NiCr顆粒熔化后分解、氧化較多，同時(shí)避免了因加熱溫度較低，Cr3C2-NiCr顆粒表面熔化不足或未熔化，金屬陶瓷粒子未被軟化，與基體碰撞后，顆粒扁平化程度不足，硬顆粒質(zhì)點(diǎn)部分發(fā)生返彈脫落，從而導(dǎo)致涂層硬度低，結(jié)合強(qiáng)度不高，孔隙增多的現(xiàn)象。最后采用本發(fā)明的燃?xì)?丙烷)和助燃?xì)怏w(氧氣)的壓力及流量，燃?xì)饽艹浞秩紵?，不產(chǎn)生煙霧，不造成能源浪費(fèi)。其次本發(fā)明通過(guò)調(diào)整槍口與工件之間的距離，使得Cr3C2-NiCr顆粒受熱和加速充分，減小氧化程度。最后熱噴涂后增加時(shí)效處理工序，在保證高硬度的前提下，有效降低了噴涂層的拉應(yīng)力，并適當(dāng)增大了噴涂層與基體以及涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度。 經(jīng)上述方法熱噴涂后，氣閥閥桿涂層硬度為937-1058HV，孔隙率O. 9-1. 6 %，氧化 物極少，涂層結(jié)合強(qiáng)度66-78MPa。正是由于氣閥閥桿的噴涂層硬度、結(jié)合強(qiáng)度明顯提高，孔隙率顯著下降，才使得整個(gè)氣閥的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性及使用壽命均得到了顯著提聞。在上述技術(shù)方案中，所述清潔的步驟是將氣閥閥桿噴涂面用酒精清洗至無(wú)任何油月旨、污物，并清理干凈銹蝕和毛刺。在上述技術(shù)方案中，所述噴砂的過(guò)程是用O. 3IMpa的壓縮空氣和160-240 μ m石英砂噴氣閥閥桿，使氣閥閥桿噴涂面達(dá)到Ra3-3. 5μπι，然后用清潔干凈的O. IlMpa的壓縮空氣清理干凈工件表面。在上述技術(shù)方案中，所述噴砂與噴涂之間的時(shí)間間隔應(yīng)小于兩小時(shí)。在上述技術(shù)方案中，所述氣閥閥桿由NiCr20TiAl制成。在上述技術(shù)方案中,所述金屬陶瓷粒子Cr3C2_NiCr的顆粒尺寸10_45 μ m。有益效果本發(fā)明選用合理的熱噴涂時(shí)燃料氣體和助燃?xì)怏w流速及流量、火焰速度、火焰溫度、噴嘴與工件之間的距離以及時(shí)效處理工藝參數(shù)，從而保證噴涂層硬度、結(jié)合強(qiáng)度、孔隙率及氧化物數(shù)量符合技術(shù)文件的要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明以下實(shí)例中，超音速火焰噴涂設(shè)備型號(hào)是ZB-2700，機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置是立式的，氣閥閥桿材料是NiCr20TiAl，金屬陶瓷粒子是Cr3C2_NiCr，顆粒尺寸10-45 μ m。實(shí)施案例I包括噴涂前預(yù)處理、噴涂、噴涂后時(shí)效處理三個(gè)步驟第一步驟預(yù)處理a、清洗將氣閥閥桿噴涂面用酒精清洗干凈油脂、污物，不允許存在銹蝕、毛刺；b、噴砂用0.3 IMpa的壓縮空氣和160-240 μ m石英砂噴閥桿，使噴涂面達(dá)到Ra3_3. 5 μ m ；C、清理用清潔干凈的O. IMpa的壓縮空氣清理干凈工件表面。
第二步驟噴涂將噴涂粉金屬陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50°C烘干至無(wú)結(jié)塊；并將氣閥閥桿安裝在立式機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置上，用超音速火焰噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，所述超音速火焰噴涂設(shè)備的噴槍的槍口與工件之間距離200mm ;噴砂與噴涂之間的時(shí)間間隔10分鐘，氧氣壓力I. 2Mpa、流量290L/min，丙烷氣壓力O. 65Mpa、流量75L/min，氮?dú)馑头蹓毫. 2Mpa、流量15L/min，送粉速度30g/min，噴槍移動(dòng)速度12mm/s，氣閥轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分鐘，焰流速度能達(dá)到4_5倍音速，溫度3000°C左右。第三步驟時(shí)效處理將噴涂后的氣閥閥桿放入熱風(fēng)循環(huán)爐中，在140°C下保溫4小時(shí)，空冷，得到涂層厚度為O. 2mm的氣閥閥桿。
用維氏硬度計(jì)測(cè)涂層硬度，為950-1048HV ;用金相顯微鏡測(cè)孔隙率及氧化物含量，孔隙率為I. 0%、無(wú)明顯氧化物；用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)結(jié)合強(qiáng)度，為78MPa。實(shí)施案例2包括噴涂前預(yù)處理、噴涂、噴涂后時(shí)效處理三個(gè)步驟第一步驟預(yù)處理a、清洗將氣閥噴涂面用酒精清洗干凈油脂、污物，不允許存在銹蝕、毛刺；b、噴砂用O. 38Mpa的壓縮空氣和160-240 μ m石英砂噴閥桿，使噴涂面達(dá)到Ra3_3. 5 μ m ；C、清理用清潔干凈的O. 2Mpa的壓縮空氣清理干凈工件表面。第二步驟噴涂將噴涂粉金屬陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在60°C烘干至無(wú)結(jié)塊；并將氣閥閥桿安裝在立式機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置上，用超音速火焰噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，所述超音速火焰噴涂設(shè)備的噴槍槍口與工件之間距離220mm ;噴砂與噴涂之間的時(shí)間間隔110分鐘。調(diào)整至氧氣壓力
I.3Mpa、流量315L/min，丙烷氣壓力O. 75Mpa、流量90L/min，氮?dú)馑头蹓毫. 3Mpa、流量17L/min，送粉速度40g/min，噴槍移動(dòng)速度15mm/s，氣閥轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘，焰流速度能達(dá)到4-5倍音速，溫度3000°C左右。第三步驟時(shí)效處理將噴涂后的氣閥閥桿放入熱風(fēng)循環(huán)爐中，在150°C下保溫6小時(shí)，空冷得到涂層厚度為O. 21mm的氣閥閥桿。用維氏硬度計(jì)測(cè)涂層硬度，為963-1051HV;用金相顯微鏡測(cè)孔隙率及氧化物含量，孔隙率為I. 4%、無(wú)明顯氧化物；用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)結(jié)合強(qiáng)度，為68MPa。實(shí)施例3包括噴涂前預(yù)處理、噴涂、噴涂后時(shí)效處理三個(gè)步驟第一步驟預(yù)處理a、清洗將氣閥噴涂面用酒精清洗干凈油脂、污物，不允許存在銹蝕、毛刺；b、噴砂用0.3 IMpa的壓縮空氣和160-240 μ m石英砂噴閥桿，使噴涂面達(dá)到Ra3_3. 5 μ m ；C、清理用清潔干凈的O. IlMpa的壓縮空氣清理干凈工件表面。第二步驟噴涂
將噴涂粉金屬陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在55°C烘干至無(wú)結(jié)塊；并將氣閥閥桿安裝在立式機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置上，用超音速火焰噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，所述超音速火焰噴涂設(shè)備的噴槍槍口與工件之間距離200mm ;噴砂與噴涂之間的時(shí)間間隔50分鐘。調(diào)整至氧氣壓力I. 2Mpa、流量2951/min,丙烷氣壓力O. 68Mpa、流量771/min,氮?dú)馑头蹓毫. 23Mpa、流量15. 51/min,送粉速度32g/min，噴槍移動(dòng)速度12mm/s，氣閥轉(zhuǎn)速260轉(zhuǎn)/分鐘，焰流速度能達(dá)到4_5倍音速，溫度3000°C左右。第三步驟時(shí)效處理 將噴涂后的氣閥放入熱風(fēng)循環(huán)爐中，在145 °C下保溫4. 5小時(shí)，空冷得到涂層厚度為O. 19mm的氣閥閥桿。用維氏硬度計(jì)測(cè)涂層硬度，為946-1039HV ;用金相顯微鏡測(cè)孔隙率及氧化物含量，孔隙率為I. I %、無(wú)明顯氧化物；用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)結(jié)合強(qiáng)度，為76. 5MPa。
權(quán)利要求
1.一種超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，其特征在于首先用常規(guī)清理工序?qū)Σ裼蜋C(jī)氣閥閥桿表面進(jìn)行清潔和噴砂處理；然后，將金屬陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50_60°C下烘干至不結(jié)塊；并將氣閥閥桿安裝在立式機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置上，用超音速火焰噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，所述超音速火焰噴涂設(shè)備的噴槍槍口與工件之間距離為200-220mm，氧氣壓力為I.2-1. 3Mpa、氧氣流量為 290_315L/min，丙烷氣壓力 O. 65-0. 75Mpa、流量為 75_90L/min，氮?dú)馑头蹓毫 2-1. 3Mpa、流量15_17L/min，送粉速度30_40g/min，噴槍移動(dòng)速度12_15mm/s，氣閥閥桿轉(zhuǎn)速250-300轉(zhuǎn)/分鐘；最后，將噴涂后的氣閥閥桿放入熱風(fēng)循環(huán)爐中，在140-150°C下保溫4-6小時(shí)，空冷，得到帶涂層的氣閥閥桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，其特征在于所述清潔的步驟是將氣閥閥桿噴涂面用酒精清洗至無(wú)任何油脂、污物，并清理干凈銹蝕和毛刺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，其特征在于所述噴砂的過(guò)程是用O. 31Mpa的壓縮空氣和160-240 μ m石英砂噴氣閥閥桿,使氣閥閥桿噴涂面達(dá)到Ra3-3. 5 μ m，然后用清潔干凈的O. IlMpa的壓縮空氣清理干凈工件表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，其特征在于所述噴砂與噴涂之間的時(shí)間間隔應(yīng)小于兩小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，其特征在于所述氣閥閥桿由NiCr20TiAl制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，其特征在于所述金屬陶瓷粒子Cr3C2_NiCr的顆粒尺寸10-45 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超音速火焰噴涂柴油機(jī)氣閥閥桿的工藝，首先用常規(guī)清理工序?qū)Σ裼蜋C(jī)氣閥閥桿表面進(jìn)行清潔和噴砂處理；然后，將金屬陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50-60℃烘干；并將氣閥閥桿安裝在立式機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置上，用超音速火焰噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，槍口與工件之間距離200-220mm，氧氣壓力1.2-1.3Mpa、流量290-315L/min，丙烷氣壓力0.65-0.75Mpa、流量75-90L/min，氮?dú)馑头蹓毫?.2-1.3Mpa、流量15-17L/min，送粉速度30-40g/min，噴槍移動(dòng)速度12-15mm/s，氣閥轉(zhuǎn)速250-300轉(zhuǎn)/分鐘；最后，將噴涂后的氣閥閥桿放入熱風(fēng)循環(huán)爐中，在140-150℃下保溫4-6小時(shí)，空冷，得到帶涂層的氣閥閥桿。噴涂層硬度高、結(jié)合強(qiáng)度好、孔隙率低、無(wú)明顯氧化物。
文檔編號(hào)C23C4/06GK102965609SQ20121050126
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者冀慶康, 張先智, 明國(guó)建 申請(qǐng)人:重慶躍進(jìn)機(jī)械廠有限公司