专利名称：超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速喷涂技术领域，尤其涉及一种超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺。
背景技术：
气阀是柴油机的关键运动件之一，作为柴油机的关键运动件，自然是整机性能的关键要素之一。在工作过程中，它承受较高温度下的拉伸、摩擦磨损、冲击、疲劳等复杂工况和燃料废气的腐蚀作用。由于与气阀相配合的零件多、体积大、又很笨重，要更换它需将柴油机解体，耗工耗时。若在使用过程中发生故障，造成停车事故，特别是远洋船用柴油机，气阀失效所造成的损失将会很大。为了保证柴油机在使用过程中安全可靠，除了通过热处理使气阀心部具有足够高 的强度、塑性和韧性以外，还要想办法使气阀阀杆表面必须有很高的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗应力腐蚀能力，才能保证使用寿命。近年来，主机的发展速度很快，并且负荷明显提高，这就对气阀内在质量提出了更高要求。如何提高气阀阀杆硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、可靠性和使用寿命成为了业内人士研究的目标。目前，为了使低速柴油机气阀经固溶处理后具有上述性能，均采用在气阀阀杆表面喷涂一层高温耐磨、耐腐蚀材料形成喷涂层的手段。但是目前的喷涂层经常出现硬度低、结合强度不足、孔隙率高、氧化物超差。这些缺陷将直接导致产品的耐磨性、耐蚀性、疲劳强度和使用寿命达不到设计要求，生产成本也显著提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种喷涂层硬度高、结合强度好、孔隙率低、无明显氧化物的超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺。本发明目的是这样实现的一种超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于首先用常规清理工序对柴油机气阀阀杆表面进行清洁和喷砂处理；然后，将金属陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50-60°C下烘干至无结块；并将气阀阀杆安装在立式机械旋转装置上，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，所述超音速火焰喷涂设备的喷枪枪口与工件之间距离为200-220mm，氧气压力为I. 2-1. 3Mpa、氧气流量为290_315L/min，丙烷气压力O. 65-0. 75Mpa、流量为 75_90L/min，氮气送粉压力 I. 2-1. 3Mpa、流量 15_17L/min，送粉速度30-40g/min，喷枪移动速度12-15mm/s，气阀阀杆转速250-300转/分钟；最后，将喷涂后的气阀阀杆放入热风循环炉中，在140-150°C下保温4-6小时，空冷得到带涂层的气阀阀杆。采用上述技术方案，Cr3C2-NiCr粒子经高温高速焰流加热后，在颗粒表面产生适量熔化，颗粒内部发生软化，这些粘结金属极少被氧化、碳化物也未分解的熔融状态的颗粒，在保证硬质点不被返弹掉从喷涂面脱落的条件下，以极高速度与基体金属碰撞，并附着于产品表面上，与其发生物理结合。首先本发明通过控制燃气(丙烷)和助燃气体(氧气)的压力及流量，一方面控制焰流速度(4-5倍音速)，使得Cr3C2-NiCr颗粒速度快，动能大，与工件碰撞后扁平化程度高，喷涂层更加致密，颗粒与基体金属以及颗粒与颗粒之间的结合强度高，与此同时，喷涂层还能保持很高硬度。另一方面，控制火焰温度(3000°C左右)，避免因火焰温度过高而导致Cr3C2-NiCr颗粒熔化后分解、氧化较多，同时避免了因加热温度较低，Cr3C2-NiCr颗粒表面熔化不足或未熔化，金属陶瓷粒子未被软化，与基体碰撞后，颗粒扁平化程度不足，硬颗粒质点部分发生返弹脱落，从而导致涂层硬度低，结合强度不高，孔隙增多的现象。最后采用本发明的燃气(丙烷)和助燃气体(氧气)的压力及流量，燃气能充分燃烧，不产生烟雾，不造成能源浪费。其次本发明通过调整枪口与工件之间的距离，使得Cr3C2-NiCr颗粒受热和加速充分，减小氧化程度。最后热喷涂后增加时效处理工序，在保证高硬度的前提下，有效降低了喷涂层的拉应力，并适当增大了喷涂层与基体以及涂层之间的结合强度。 经上述方法热喷涂后，气阀阀杆涂层硬度为937-1058HV，孔隙率O. 9-1. 6 %，氧化 物极少，涂层结合强度66-78MPa。正是由于气阀阀杆的喷涂层硬度、结合强度明显提高，孔隙率显著下降，才使得整个气阀的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性及使用寿命均得到了显著提闻。在上述技术方案中，所述清洁的步骤是将气阀阀杆喷涂面用酒精清洗至无任何油月旨、污物，并清理干净锈蚀和毛刺。在上述技术方案中，所述喷砂的过程是用O. 3IMpa的压缩空气和160-240 μ m石英砂喷气阀阀杆，使气阀阀杆喷涂面达到Ra3-3. 5μπι，然后用清洁干净的O. IlMpa的压缩空气清理干净工件表面。在上述技术方案中，所述喷砂与喷涂之间的时间间隔应小于两小时。在上述技术方案中，所述气阀阀杆由NiCr20TiAl制成。在上述技术方案中,所述金属陶瓷粒子Cr3C2_NiCr的颗粒尺寸10_45 μ m。有益效果本发明选用合理的热喷涂时燃料气体和助燃气体流速及流量、火焰速度、火焰温度、喷嘴与工件之间的距离以及时效处理工艺参数，从而保证喷涂层硬度、结合强度、孔隙率及氧化物数量符合技术文件的要求。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明做进一步的说明以下实例中，超音速火焰喷涂设备型号是ZB-2700，机械旋转装置是立式的，气阀阀杆材料是NiCr20TiAl，金属陶瓷粒子是Cr3C2_NiCr，颗粒尺寸10-45 μ m。实施案例I包括喷涂前预处理、喷涂、喷涂后时效处理三个步骤第一步骤预处理a、清洗将气阀阀杆喷涂面用酒精清洗干净油脂、污物，不允许存在锈蚀、毛刺；b、喷砂用0.3 IMpa的压缩空气和160-240 μ m石英砂喷阀杆，使喷涂面达到Ra3_3. 5 μ m ；C、清理用清洁干净的O. IMpa的压缩空气清理干净工件表面。
第二步骤喷涂将喷涂粉金属陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50°C烘干至无结块；并将气阀阀杆安装在立式机械旋转装置上，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，所述超音速火焰喷涂设备的喷枪的枪口与工件之间距离200mm ;喷砂与喷涂之间的时间间隔10分钟，氧气压力I. 2Mpa、流量290L/min，丙烷气压力O. 65Mpa、流量75L/min，氮气送粉压力I. 2Mpa、流量15L/min，送粉速度30g/min，喷枪移动速度12mm/s，气阀转速250转/分钟，焰流速度能达到4_5倍音速，温度3000°C左右。第三步骤时效处理将喷涂后的气阀阀杆放入热风循环炉中，在140°C下保温4小时，空冷，得到涂层厚度为O. 2mm的气阀阀杆。
用维氏硬度计测涂层硬度，为950-1048HV ;用金相显微镜测孔隙率及氧化物含量，孔隙率为I. 0%、无明显氧化物；用拉力试验机测结合强度，为78MPa。实施案例2包括喷涂前预处理、喷涂、喷涂后时效处理三个步骤第一步骤预处理a、清洗将气阀喷涂面用酒精清洗干净油脂、污物，不允许存在锈蚀、毛刺；b、喷砂用O. 38Mpa的压缩空气和160-240 μ m石英砂喷阀杆，使喷涂面达到Ra3_3. 5 μ m ；C、清理用清洁干净的O. 2Mpa的压缩空气清理干净工件表面。第二步骤喷涂将喷涂粉金属陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在60°C烘干至无结块；并将气阀阀杆安装在立式机械旋转装置上，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，所述超音速火焰喷涂设备的喷枪枪口与工件之间距离220mm ;喷砂与喷涂之间的时间间隔110分钟。调整至氧气压力
I.3Mpa、流量315L/min，丙烷气压力O. 75Mpa、流量90L/min，氮气送粉压力I. 3Mpa、流量17L/min，送粉速度40g/min，喷枪移动速度15mm/s，气阀转速300转/分钟，焰流速度能达到4-5倍音速，温度3000°C左右。第三步骤时效处理将喷涂后的气阀阀杆放入热风循环炉中，在150°C下保温6小时，空冷得到涂层厚度为O. 21mm的气阀阀杆。用维氏硬度计测涂层硬度，为963-1051HV;用金相显微镜测孔隙率及氧化物含量，孔隙率为I. 4%、无明显氧化物；用拉力试验机测结合强度，为68MPa。实施例3包括喷涂前预处理、喷涂、喷涂后时效处理三个步骤第一步骤预处理a、清洗将气阀喷涂面用酒精清洗干净油脂、污物，不允许存在锈蚀、毛刺；b、喷砂用0.3 IMpa的压缩空气和160-240 μ m石英砂喷阀杆，使喷涂面达到Ra3_3. 5 μ m ；C、清理用清洁干净的O. IlMpa的压缩空气清理干净工件表面。第二步骤喷涂
将喷涂粉金属陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在55°C烘干至无结块；并将气阀阀杆安装在立式机械旋转装置上，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，所述超音速火焰喷涂设备的喷枪枪口与工件之间距离200mm ;喷砂与喷涂之间的时间间隔50分钟。调整至氧气压力I. 2Mpa、流量2951/min,丙烷气压力O. 68Mpa、流量771/min,氮气送粉压力I. 23Mpa、流量15. 51/min,送粉速度32g/min，喷枪移动速度12mm/s，气阀转速260转/分钟，焰流速度能达到4_5倍音速，温度3000°C左右。第三步骤时效处理 将喷涂后的气阀放入热风循环炉中，在145 °C下保温4. 5小时，空冷得到涂层厚度为O. 19mm的气阀阀杆。用维氏硬度计测涂层硬度，为946-1039HV ;用金相显微镜测孔隙率及氧化物含量，孔隙率为I. I %、无明显氧化物；用拉力试验机测结合强度，为76. 5MPa。
权利要求
1.一种超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于首先用常规清理工序对柴油机气阀阀杆表面进行清洁和喷砂处理；然后，将金属陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50_60°C下烘干至不结块；并将气阀阀杆安装在立式机械旋转装置上，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，所述超音速火焰喷涂设备的喷枪枪口与工件之间距离为200-220mm，氧气压力为I.2-1. 3Mpa、氧气流量为 290_315L/min，丙烷气压力 O. 65-0. 75Mpa、流量为 75_90L/min，氮气送粉压力L 2-1. 3Mpa、流量15_17L/min，送粉速度30_40g/min，喷枪移动速度12_15mm/s，气阀阀杆转速250-300转/分钟；最后，将喷涂后的气阀阀杆放入热风循环炉中，在140-150°C下保温4-6小时，空冷，得到带涂层的气阀阀杆。
2.根据权利要求I所述超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于所述清洁的步骤是将气阀阀杆喷涂面用酒精清洗至无任何油脂、污物，并清理干净锈蚀和毛刺。
3.根据权利要求I所述超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于所述喷砂的过程是用O. 31Mpa的压缩空气和160-240 μ m石英砂喷气阀阀杆,使气阀阀杆喷涂面达到Ra3-3. 5 μ m，然后用清洁干净的O. IlMpa的压缩空气清理干净工件表面。
4.根据权利要求I所述超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于所述喷砂与喷涂之间的时间间隔应小于两小时。
5.根据权利要求1-4任一项所述超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于所述气阀阀杆由NiCr20TiAl制成。
6.根据权利要求1-4任一项所述超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，其特征在于所述金属陶瓷粒子Cr3C2_NiCr的颗粒尺寸10-45 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种超音速火焰喷涂柴油机气阀阀杆的工艺，首先用常规清理工序对柴油机气阀阀杆表面进行清洁和喷砂处理；然后，将金属陶瓷粒子Cr3C2-NiCr在50-60℃烘干；并将气阀阀杆安装在立式机械旋转装置上，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，枪口与工件之间距离200-220mm，氧气压力1.2-1.3Mpa、流量290-315L/min，丙烷气压力0.65-0.75Mpa、流量75-90L/min，氮气送粉压力1.2-1.3Mpa、流量15-17L/min，送粉速度30-40g/min，喷枪移动速度12-15mm/s，气阀转速250-300转/分钟；最后，将喷涂后的气阀阀杆放入热风循环炉中，在140-150℃下保温4-6小时，空冷，得到带涂层的气阀阀杆。喷涂层硬度高、结合强度好、孔隙率低、无明显氧化物。
文档编号C23C4/06GK102965609SQ20121050126
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者冀庆康, 张先智, 明国建 申请人:重庆跃进机械厂有限公司