本發(fā)明涉及一種用于氮化燃料噴射系統(tǒng)的受高壓力負載的、由合金鋼組成的構(gòu)件的方法。

背景技術(shù)：

由公開文獻DE 102 56 590 A1已知，燃料噴射系統(tǒng)的噴嘴在處于氮化狀態(tài)時是非常耐抗的。在此，首先提高了抗腐蝕性和抗磨損性。然而在該文獻中并未詳細研究氮化方法。

此外，由公開文獻WO 2001/042528 A1已知一種用于氮化噴嘴的方法。該已知的氮化方法在第一步驟中包括在鹽浴中進行的氮碳共滲方法，之后在第二步驟中包括在520℃至580℃之間的溫度下在低氮勢或者說低的滲氮特性參數(shù)(在0.08至0.5之間的范圍內(nèi))的情況下(即在教導曲線圖的所謂的α區(qū)域中)進行的氣體氮化方法。

具有處于非常高的壓力下的燃料的燃料噴射系統(tǒng)的構(gòu)件負載可能——特別是在節(jié)氣門部位的區(qū)域中——導致這些構(gòu)件的非常高的氣蝕負載。即使在用上述氮化方法處理的構(gòu)件中這也會導致較大的氣蝕損害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

與之相對地，根據(jù)本發(fā)明的氮化方法減小由高壓力負載引起的氣蝕損害，其方式是：通過該氮化方法進一步提高構(gòu)件的材料表面下方的延展性(韌性)。此外，該氮化方法對疲勞強度起積極作用。由此提高了構(gòu)件的使用壽命或者說疲勞極限。

為此，用于氮化燃料噴射系統(tǒng)的受高壓力負載的、由合金鋼組成的構(gòu)件的方法具有以下步驟：

-在無機酸中活化該構(gòu)件，

-在含氧的氣氛中在380℃至420℃之間預氧化該構(gòu)件，

-在520℃至570℃之間在ε氮化物區(qū)域中的高的第一氮勢K_N,1的情況下氮化該構(gòu)件，

-在520℃至570℃之間在γ‘氮化物區(qū)域中的低的第二氮勢K_N,2情況下氮化該構(gòu)件。

通過活化減小了構(gòu)件抵抗氮滲入的阻力。即，該步驟提高了構(gòu)件的可氮化性。接著的預氧化導致：構(gòu)件在工作中具有較高的抗腐蝕性。

真正的氮化被分成兩個步驟，在這兩個步驟中優(yōu)選使用含氨的氣體。

-具有處于ε氮化物區(qū)域中的第一氮勢K_N,1的第一氮化步驟用于構(gòu)件的氮接收并從而用于提高構(gòu)件的硬度，既在構(gòu)件表面上的所謂的化合物層中，也在位于該化合物層下方的擴散層中。

-具有處于γ‘氮化物區(qū)域中的第二氮勢K_N,2的第二氮化步驟導致：化合物層不會變得過厚?；衔飳与m然具有高硬度，但同時是非常脆的并從而非常容易受氣蝕負載的影響。

通過根據(jù)本發(fā)明的氮化方法，除了減小脆的化合物層的厚度之外，首先相對于已知的氮化方法減少擴散層中氮化物沿晶界的嵌入。由此，晶界變得不那么容易斷裂，這提高了構(gòu)件的韌性并從而提高了抗氣蝕作用的穩(wěn)健性以及疲勞強度。

有利地，第一氮勢K_N,1處于1至10之間，優(yōu)選2至8之間。即，第一氮勢K_N,1較高。由此，在教導曲線圖中在520℃到570℃之間的溫度的情況下基本位于ε氮化物區(qū)域中，該區(qū)域確保被活化的并且被氮化氣體環(huán)流的構(gòu)件接收的氮多。

此外有利地，第二氮勢K_N,2處于0.2至0.4之間。即，第二氮勢K_N,2較低。由此阻止高的氮含量深地滲入到構(gòu)件中。主要提高的是化合物層中的氮含量；在基材中，氮質(zhì)量含量上升到不超過大約6％。因此最大程度地保持構(gòu)件的韌性。

在一個有利的實施方式中，已根據(jù)本發(fā)明的方法氮化過的構(gòu)件在其表面上具有11％至25％之間的氮質(zhì)量含量。這用于非常硬的、抗氣蝕、抗磨損以及抗腐蝕的構(gòu)件表面。

在另一有利的實施方式中，已根據(jù)本發(fā)明的方法氮化過的構(gòu)件在相對于構(gòu)件表面10μm的第一深度t₁處具有3％至8％之間的氮質(zhì)量含量。氮質(zhì)量含量在10μm的構(gòu)件深度已較大地下降導致：盡管構(gòu)件具有高的表面硬度，但構(gòu)件仍具有較高的韌性。在大致該構(gòu)件深度也存在從化合物層到擴散層的過渡。

在另一有利的實施方式中，已根據(jù)本發(fā)明的方法氮化過的構(gòu)件在相對于構(gòu)件表面15μm的第二深度t₂處具有2％至7％之間的氮質(zhì)量含量。這導致：與已知的氮化方法相比進一步提高了構(gòu)件韌性。

在另一有利的實施方式中，已根據(jù)本發(fā)明的方法氮化過的構(gòu)件在相對于構(gòu)件表面20μm的第三深度t₃處具有2％至6％之間的氮質(zhì)量含量。這導致：與已知的氮化方法相比進一步提高了構(gòu)件韌性。

從該構(gòu)件深度起，氮含量漸進地變化直到擴散區(qū)結(jié)束，以便之后在擴散區(qū)結(jié)束時相對突然地下降為基材中已包含的氮含量。通常，擴散區(qū)在此到達構(gòu)件內(nèi)部直至約500μm。氮含量從第三深度t₃起如此下降，使得僅還形成少量的氮化物嵌入物。因此從該構(gòu)件深度起得到必要的材料韌性。

在一個有利的實施方式中，所述構(gòu)件是用于將燃料噴入內(nèi)燃機燃燒室中的燃料噴射器的噴嘴體，其中，燃料噴射器具有可在噴嘴體中縱向運動地被導向的噴嘴針。由于燃料噴射器中的燃料并且在那里特別是在噴嘴體中的燃料的壓力高并且流動速度高，所以所述噴嘴體剛好適合于根據(jù)本發(fā)明的氮化方法。例如，在噴嘴體的通到內(nèi)燃機燃燒室中的噴射開口上還可能存在非常高的氣蝕負載。由于通過根據(jù)本發(fā)明的氮化方法提高了噴嘴體疲勞強度，所以可以減少或甚至完全避免由此所引起的氣蝕損害。

附圖說明

圖1示出一個教導曲線圖，在該曲線圖中關(guān)于氮化溫度T描繪氮勢K_N，其中，用于根據(jù)本發(fā)明的方法的一個方法步驟的區(qū)域用第二氮勢K_N,2標記。

圖2示出一個曲線圖，在該曲線圖中示出以根據(jù)本發(fā)明的方法氮化的構(gòu)件的氮質(zhì)量含量與構(gòu)件深度的關(guān)系。

圖3示意性示出燃料噴射器的一部分，其中僅示出了主要區(qū)域。

具體實施方式

圖1示出教導曲線圖：與溫度T和氮勢K_N有關(guān)地示出了構(gòu)件的鐵-氮系統(tǒng)的不同狀態(tài)相。氮勢K_N以對數(shù)形式關(guān)于氮化溫度T繪出。在教導曲線圖中未給出氮化持續(xù)時間，然而該氮化持續(xù)時間通常處于1至100小時之間的范圍內(nèi)。

氮勢K_N定義為：

在此，p(NH₃)是氨分壓，p(H₂)是氫分壓。所述分壓分別是理想氣體混合物中配屬于各個氣體成分的壓力。這意味著，所述分壓相當于各個氣體組成部分在單獨存在于相關(guān)的體積中的情況下所施加的壓力。在觀察溶解的氣體的擴散特性時通常取代質(zhì)量濃度而使用分壓。

鐵-氮系統(tǒng)的狀態(tài)相被分成ε氮化物區(qū)域、γ氮化物區(qū)域、γ‘氮化物區(qū)域和α氮化物區(qū)域。ε氮化物區(qū)域具有非常高的氮質(zhì)量含量并且通常可以在被氮化的構(gòu)件的表面(即，所謂的化合物層或位于其下方的擴散層)找到。γ‘氮化物區(qū)域同樣具有高的氮含量，然而具有比在ε氮化物區(qū)域中更有序的氮原子。γ‘氮化物區(qū)域同樣可以在化合物層和擴散層中找到。ε氮化物區(qū)域和γ‘氮化物區(qū)域都是較硬且較脆的。然而在根據(jù)本發(fā)明的氮化方法外在非常高的溫度下，也出現(xiàn)具有非常高的氮濃度的γ氮化物區(qū)域。α氮化物區(qū)域具有較低的氮濃度并且較柔韌。α氮化物區(qū)域通?？梢栽跀U散層和基材中找到。

圖1示出陰影區(qū)域12，該陰影區(qū)域基本上處于γ‘氮化物區(qū)域中，該陰影區(qū)域具有處于大約520℃至570℃之間范圍的溫度和大約0.2至0.4之間范圍的氮勢K_N。在根據(jù)本發(fā)明的氮化方法中，陰影區(qū)域表征具有低的第二氮勢K_N，2的方法步驟。

圖2示出一個曲線圖，在該曲線圖中關(guān)于構(gòu)件深度“t[μm]”繪出了根據(jù)本發(fā)明的方法氮化的構(gòu)件的氮質(zhì)量含量“N質(zhì)量-％”。在此，構(gòu)件深度t垂直于表面延伸，所述氮質(zhì)量含量針對與最接近的邊緣或最接近的輪廓過渡間隔至少1mm的區(qū)域給出。曲線“MAX”表示所處理的構(gòu)件的最大氮質(zhì)量含量，曲線“MIN”表示所處理的構(gòu)件的最小氮質(zhì)量含量。

在圖2中可見，用根據(jù)本發(fā)明的方法處理的構(gòu)件的含氮的化合物層僅大約5μm至10μm厚并且擴散層在其后開始。擴散層可以達到直至超過500μm的構(gòu)件深度，這由于圖示原因未在圖2中示出。

圖3示意性示出燃料噴射器1的一部分，其中僅示出主要區(qū)域。燃料噴射器1具有噴嘴體4，在該噴嘴體中構(gòu)造有壓力室2。壓力室2被處于高壓力下的燃料充注并且例如由燃料噴射系統(tǒng)的未示出的共軌或未示出的高壓泵饋給。在壓力室2中可縱向運動地布置有噴嘴針3。噴嘴針3通過其縱向運動打開或關(guān)閉在噴嘴體4中所構(gòu)造的用于將燃料噴入未示出的內(nèi)燃機的燃燒室中的噴射開口5。噴嘴體4特別是在噴射開口5的區(qū)域中受氣蝕風險。為了提高噴嘴體4的抗氣蝕能力，使用根據(jù)本發(fā)明的氮化方法。

根據(jù)本發(fā)明的用于氮化燃料噴射系統(tǒng)的受高壓力負載的、由合金鋼組成的構(gòu)件(例如噴嘴體4)的方法，包括以下方法步驟：

1)在無機酸中活化該構(gòu)件。

2)在含氧的氣氛中在380℃至420℃之間預氧化該構(gòu)件。

3)在520℃至570℃之間在ε氮化物區(qū)域中的高的第一氮勢K_N,1的情況下氮化構(gòu)件，優(yōu)選，1≤K_N,1≤10。

4)在520℃至570℃之間在γ‘氮化物區(qū)域中的低的第二氮勢K_N,2的情況下氮化構(gòu)件，優(yōu)選0.2≤K_N,2≤0.4。

由此，為構(gòu)件產(chǎn)生了與構(gòu)件深度t有關(guān)的如圖2所示出的氮質(zhì)量含量。