專利名稱：氣閥的激光熔敷涂層工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系屬于金屬表面處理領(lǐng)域，即提供了一種激光處理內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣閥表面的工藝方法和裝置。
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車、拖拉機(jī)、大車和輪船等的動(dòng)力源，而氣閥與閥座是內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的密封要件，它們的密封狀態(tài)直接關(guān)系到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，排氣閥和閥座受高溫、高壓氣體的沖刷和往復(fù)的機(jī)械沖擊負(fù)荷以及燃灰沉積物的熱腐蝕，使得排氣閥工作面上出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損、起槽、斑點(diǎn)和凹陷等，從而造成燃?xì)馍细Z淺漏，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降以及氣閥偏磨、歪曲斷頭等。目前普遍采用高熱強(qiáng)鋼制成排氣閥，然后在閥的工作斜面上采用等離子堆焊工藝施加涂層來(lái)解決上述問(wèn)題。但是，這種工藝成本高，生產(chǎn)效率低，噪音與粉塵皆大，且有射線損傷等。尤其是該工藝所獲得的涂層的組份改變較大。并且常存在氣孔、微裂紋晶粒粗大等缺陷，往往行車數(shù)萬(wàn)公里后，排氣閥工作表面上便出現(xiàn)明顯的腐蝕和磨損。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可以降低成本，提高生產(chǎn)效率，改善操作環(huán)境，提高排氣閥的使用壽命及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能的激光熔覆涂層工藝及其裝置。
本發(fā)明的主要特征是在成本低謙的材料上采用激光熔敷工藝，在排氣閥斜面上施加涂層，其工藝的主要步驟如下1、選取具有如下性能的合金粉末(1)有很好的自熔性和冶金造渣性能，在激光熔敷過(guò)程中有足夠好的流動(dòng)性和抗氧性;
(2)所形成的合金涂層具有高的紅硬性和抗熱腐蝕性能;
(3)合金涂層的組織結(jié)構(gòu)有長(zhǎng)期的熱穩(wěn)定性能。
本發(fā)明選用了鐵、鈷、鎳基系列的合金粉末做為熔敷材料，粉末粒度為-150目-300目。另外，也可再加入有利于提高涂層的耐高溫氧化和耐熱腐蝕性能的稀土氧化物粉末，如適量的Y2O3等。
2、選取具有如下性能的粘結(jié)劑選用易與合金粉末混合，干燥快、粘結(jié)牢，在激光熔覆時(shí)易于揮發(fā)，對(duì)涂層無(wú)臟化的有機(jī)膠或無(wú)機(jī)鹽做為粘接劑。
3、予涂合金粉末將合金粉末與粘接劑混合成糊狀后，涂抹在閥的表面上，涂抹層為0.5～2.5mm厚。
4、予熱處理將予置了合金粉末的氣閥件置于溫度為250℃-350℃的溫度下予熱30分鐘以上。
5、激光熔敷加工將予熱了的待加工的氣閥件迅速置于已調(diào)節(jié)好的旋轉(zhuǎn)盤上。見后圖，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整托板與平臺(tái)之間的α角在0-90°的范圍內(nèi)變化，從而實(shí)現(xiàn)氣閥的被加工面與激光束保持垂直，同時(shí)保證需涂層區(qū)域正好落在激光束輻照區(qū)域內(nèi)，另外在托板下或旁側(cè)設(shè)置一個(gè)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤上的氣閥件相對(duì)激光束旋轉(zhuǎn)。其涂覆的工藝參數(shù)為激光束功率P1.4-5.0KW激光束斑直徑2.5-5.0mm掃描速度5.0-100mm/秒氣體保護(hù)空氣或氬氣，后者涂層質(zhì)量較好。
下面結(jié)合附圖
來(lái)詳細(xì)敘述本發(fā)明所提供的實(shí)施例1-一種氣閥的激光熔敷涂層工藝及其裝置，附圖是本發(fā)明所提供的氣閥的激光熔敷裝置全貌圖。
選用2KWCO2連續(xù)橫流激光器激光波長(zhǎng)10.6μm，光束模式為多模。選用-150目的鐵-鈷-鎢自熔合合金粉末，與水玻璃粘接劑混合成糊狀，利用靠模涂抹到21-4N制作的排氣閥工作斜面上，涂抹層厚度約1.0mm，然后置于300℃的爐內(nèi)予熱30分鐘。
將予熱了的待加工氣閥9置于平臺(tái)的磁性轉(zhuǎn)盤3上，通過(guò)帶有空槽的支架6與平臺(tái)7之間的螺栓8的調(diào)節(jié)，將氣閥上的被加工面調(diào)整到與激光束1保持垂直。另外，在托板下設(shè)置一個(gè)電機(jī)5來(lái)帶動(dòng)托板上的氣閥件旋轉(zhuǎn)，以完成氣閥件被加工面的全部涂敷。涂敷時(shí)，需涂層區(qū)域正好落在激光束輻照區(qū)域內(nèi)，并與激光來(lái)垂直。通過(guò)調(diào)整聚焦鏡2與氣閥表面間的距離來(lái)控制照射到氣閥表面的激光束斑光束大小。當(dāng)照射到氣閥加工面上的激光束保持靜止不動(dòng)時(shí)，電機(jī)5帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而又帶動(dòng)了氣閥9的轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)360°多一點(diǎn)后即完成了氣閥9的激光熔敷加工過(guò)程。激光熔敷加工的工藝參數(shù)為激光束功率1.8kw激光束斑直徑￠3.8mm掃描速度8mm/秒氣體保護(hù)空氣將加工好的氣閥置于300℃的爐內(nèi)隨爐冷卻。
實(shí)施例2選用-150目的NiCrBSi合金粉末與硝化纖維素十虎王膠水混合成糊狀，涂抹到4Cr10Si2M。制作的排氣閥工作斜面上，涂抹層厚度約1.0mm，然后置于300℃爐內(nèi)予熱30分鐘。
其加工過(guò)程和所用裝置與實(shí)施1相同，工藝參數(shù)為激光束功率1.8KW激光束斑直徑￠3.8mm掃描速度8mm/秒氣體保護(hù)氬氣由本發(fā)明提供的激光熔敷工藝所獲得的涂層其組織與已有技術(shù)等離子噴焊所獲得的斷面組織有明顯的區(qū)別，涂敷Co-Cr-W的涂層有著較細(xì)密的枝晶組織，其枝晶間距、晶胞和晶粒都較等離子噴焊所獲得的小得多，其中的硬質(zhì)相碳化物也非常細(xì)小，呈彌散狀分布在枝晶間，從而提高了涂層的硬度，在基體為21-4N上獲得的Co-Cr-W涂層硬度值為HV100g＝536.7。數(shù)萬(wàn)公里行車試驗(yàn)證明，激光熔敷Co-Cr-W涂層比等離子噴焊Co-Cr-W涂層磨損量小得多。不僅如此，行車后的激光Co-Cr-W涂層的硬度反而有所提高。試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和長(zhǎng)期行車試驗(yàn)表明，激光Co-Cr-W涂層有著較高的抗熱腐蝕性能。
激光熔敷的NiCrBSi涂層(基體為4cr10Si2Mo)組織也很細(xì)密，它是以富鉻的硼化物，碳化物等小塊狀和點(diǎn)狀硬質(zhì)相均勻分散在韌性γ-NiCr固溶體中，因此，其硬度值很高，達(dá)到HV100g＝761.6。在行車試驗(yàn)后，其硬度值盡管有所下降，但仍比等離子噴焊的涂層硬度高得多。此外，該涂層的耐熱腐蝕性能也較高。
綜上所述，可以看出采用激光對(duì)氣閥進(jìn)行合金粉末熔敷涂層較之已有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、涂層質(zhì)量好。
2、涂層加工過(guò)程中對(duì)基材熱影響小;
3、涂層加工速度快，生產(chǎn)效率高;
4、合金粉末利用率高;
5、無(wú)環(huán)境污染，對(duì)人體無(wú)害;
6、成本低、生產(chǎn)效率高。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣閥表面涂層工藝，其特征在于它由如下步驟組成1)選取Fe，Co，Ni基系列的合金粉末做為熔敷材料，有機(jī)膠或無(wú)機(jī)鹽做為粘接劑；選取21-4N和4Cr10Si2Mo兩種材質(zhì)的汽閥工件。2)予涂合金粉末；3)予熱處理；4)激光熔敷加工；其工藝參數(shù)為激光束功率1.4-5.0KW激光束斑直徑2.5-5mm掃描速度5.0～100mm/秒保護(hù)氣體空氣和/或氬氣5)置于300℃的爐內(nèi)隨爐冷卻。
2.按照權(quán)利要求1所述的涂層工藝，其特征在于予涂合金粉末是將合金粉末與粘接劑混合成糊狀，涂抹在閥的工作斜面上，涂抹層為0.5-2.5mm厚。
3.按照權(quán)利要求1所述的涂層工藝，其特征在于予熱處理是將予涂了合金粉末的閥體置于250℃-350℃的爐內(nèi)予熱30分鐘左右。
4.按照權(quán)利要求1、2、3所述的涂層工藝，其特征在于熔敷粉末中最好再加入微量的稀土氧化物，Y2O3效果最佳。
5.一種專門用于權(quán)利要求1所述的涂層工藝的氣閥激光熔敷裝置，其特征在于它由平臺(tái)、用來(lái)調(diào)節(jié)托板與平臺(tái)之間的α角的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，托板下設(shè)置一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)組成。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是由帶有空槽的支撐架和固定螺栓組成。
7.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)盤是磁性旋轉(zhuǎn)盤。
全文摘要
氣閥的激光熔敷涂層工藝及其裝置，系屬于金屬表面處理領(lǐng)域。其主要特征是在成本低廉的材料上通過(guò)激光熔敷涂層工藝，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥工作面上施加涂層。熔敷材料主要選用鐵、鈷、鎳基系列的合金粉末，熔敷工藝主要由選料→預(yù)涂→預(yù)熱→激光熔敷加工。激光熔敷所用的裝置主要由平臺(tái)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)組成。
文檔編號(hào)F01L3/04GK1056903SQ9010513
公開日1991年12月11日 申請(qǐng)日期1990年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月31日
發(fā)明者王茂才, 單國(guó)友, 肖冰, 李瑞國(guó), 鄧玉清, 吳維 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所