CN1030091C - 气阀的激光熔敷装置 - Google Patents
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Abstract
气阀的激光熔敷涂层工艺及其装置，系属于金属表面处理领域。其主要特征是在成本低廉的材料上通过激光熔敷涂层工艺，在内燃发动机排气阀工作面上施加涂层。熔敷材料主要选用铁、钴、镍基系列的合金粉末，熔敷工艺主要由选料→预涂→预热→激光熔敷加工。
激光熔敷所用的装置主要由平台、调节机构、旋转电机组成。
Description
本发明系属于金属表面处理领域，即提供了一种激光处理内燃发动机气阀表面的工艺方法和装置。
内燃发动机是汽车、拖拉机、大车和轮船等的动力源，而气阀与阀座是内燃机配气机构的密封要件，它们的密封状态直接关系到整台发动机的动力性能和运转性能。内燃发动机工作时，排气阀和阀座受高温、高压气体的冲刷和往复的机械冲击负荷以及燃灰沉积物的热腐蚀，使得排气阀工作面上出现严重的磨损、起槽、斑点和凹陷等，从而造成燃气上窜浅漏，发动机功率下降以及气阀偏磨、歪曲断头等。目前普遍采用高热强钢制成排气阀，然后在阀的工作斜面上采用等离子堆焊工艺施加涂层来解决上述问题，但是，这种工艺成本高，生产效率低，噪音与粉尘皆大，且有射线损伤等。尤其是该工艺所获得的涂层的组分改变较大，并且常存在气孔、微裂纹晶粒粗大等缺陷，往往行车数万公里后，排气阀工作表面上便出现明显的腐蚀和磨损。
为解决上述问题，本发明提供了一种可以降低成本，提高生产效率、改善操作环境，提高排气阀的使用寿命及内燃发动机的动力性能的激光熔敷涂层工艺及其装置。
本发明提供了一种气阀的激光熔敷装置，其特征在于它由平台，用来调节托板与平台之间的α角的调节机构，托板下设置一个用来实现旋转盘转动的电机组成，调节机构是由带有空槽的支撑架和固定螺栓组成;旋转盘是磁性旋转盘。
本发明的另一主要特征是在成本低廉的材料上采用激光熔敷工艺，在排气阀斜面上施加涂层，其工艺的主要步骤如下：
1.选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，在激光熔敷过程中有足够好的流动性和抗氧性
（2）所形成的合金涂层具有高的红硬性和抗热腐蚀性能;
（3）合金涂层的组织结构有长期的热稳定性能。
本发明选用了铁、钴、镍基系列的合金粉末做为熔敷材料，粉末粒度为-150目-300目。另外，也可再加入有利于提高涂层的耐高温氧化和耐热腐蚀性能的稀土氧化物粉末，加适量的Y2O3等。
2.选取具有如下性能的粘结剂
选用易与合金粉末混合，干燥快、粘结牢，在激光熔敷时易于挥发，对涂层无脏化的有机胶或无机盐做为粘接剂。
3.预涂合金粉末
将合金粉末与粘接剂混合成糊状后，涂抹在阀的表面上，涂抹层为0.5～2.5mm厚。
4.预热处理
将预置了合金粉末的气阀件置于温度为250℃-350℃的温度下预热30分钟以上。
5.激光熔敷加工
将预热了的待加工的气阀件迅速置于已调节好的旋转盘上。见后图，通过调节机构调整托板与平台之间的α角在0-90°的范围内变化，从而实现气阀的被加工面与激光束保持垂直，同时保证需涂层区域正好落在激光束辐照区域内。另外在托板下或旁侧设置一个电机来带动旋转盘上的气阀件相对激光束旋转。其涂敷的工艺参数为：
激光束功率P：1.4-5.0KW
激光束斑直径：2.5-5.0mm
扫描速度：5.0-100mm/秒
气体保护：空气或氩气，后者涂层质量较好。
下面结合附图来详细叙述本发明所提供的实施例1-一种气阀的激光熔敷涂层工艺及其装置，附图是本发明所提供的气阀的激光熔敷装置全貌图。其中.1.激光床;2.聚焦镜;3.磁性转盘;4.托板;5.电机;6.支架;7.平台;8.螺栓;9.气阀。
选用2KWCO2连续横流激光器激光波长10.6μm，光束模式为多模。选用-150目的铁-钴-钨自熔合合金粉末，与水玻璃粘接剂混合成糊状，利用靠模涂抹到21-4N制作的排气阀工作斜面上，涂抹层厚度约1.0mm，然后置于300℃的炉内预热30分钟。
将预热了的待加工气阀9置于平台的磁性转盘
3上，通过带有空槽的支架6与平台7之间的螺栓8的调节，将气阀上的被加工面调整到与激光束1保持垂直。另外，在托板4下设置一个电机5来带动托板4上的气阀件旋转，以完成气阀件被加工面的全部涂敷。涂敷时，需涂层区域正好落在激光束辐照区域内，并与激光来垂直。通过调整聚焦镜2与气阀表面间的距离来控制照射到气阀表面的激光束斑光束大小。当照射到气阀加工面上的激光束保持静止不动时，电机5带动旋转盘3转动，从而又带动了气阀9的转动，旋转360°多一点后即完成了气加工的工艺参数为：
激光束功率：1.8kw
激光束斑直径：φ3.8mm
扫描速度：8mm/秒
气体保护：空气
将加工好的气阀置于300℃的炉内随炉冷却。
实施例2
选用-150目的NiCrBS1合金粉末与硝化纤维素十虎王胶水混合成糊状，涂抹到4Cr10Sl2Mo制作的排气阀工作斜面上，涂抹层厚度约1.0mm，然后置于300℃炉内预热30分钟。
其加工过程和所用装置与实例1相同，工艺参数为：
激光束功率：1.8KW
激光束斑直径：φ3.8mm
扫描速度：8mm/秒
气体保护：氩气
由本发明提供的激光熔敷工艺所获得的涂层其组织与已有技术等离子喷焊所获得的断面组成有明显的区别，涂敷Co-Cr-W的涂层有着较细密的枝晶组织，其枝晶间距、晶胞和晶粒都较等离子喷焊所获得的小得多，其中的硬质相碳化物也非常细小，呈弥散状分布在枝晶间，从而提高了涂层的硬度，在基体为21-4N上获得的Co-Cr-W涂层硬度值为HV100g＝536.7。数万公里行车试验证明，激光熔敷Co-Cr-W涂层比等离子喷焊Co-Cr-W涂层磨损量小得多。不仅如此，行车后的激光Co-Cr-W涂层的硬度反而有所提高。试验室模拟试验和长期行车试验表明，激光Co-Cr-W涂层有着较高的抗热腐蚀性能。
激光熔敷的NiCrBSl涂层（基体为4Cr10Si2Mo）组织也很细密，它是以富铬的硼化物，碳化物等小块状和点状硬质相均匀分散在韧性γ-NlCr固溶体中，因此，其硬度值很高，达到HV100g＝761.6。在行车试验后，其硬度值尽管有所下降，但仍比等离子喷焊的涂层硬度高得多。此外，该涂层的耐热腐蚀性能也较高。
综上所述，可以看出采用激光对气阀进行合金粉末熔敷涂层较之已有技术具有如下优点：
1.涂层质量好。
2.涂层加工过程中对基材热影响小;
3.涂层加工速度快，生产效率高;
4.合金粉末利用率高;
5.无环境污染，对人体无害;
6.成本低、生产效率高。
Claims (1)
1、一种气阀的激光熔敷装置，其特征在于，它由平台、用来调节托板与平台之间的α角的调节机构，托板下设置一个用来实现旋转盘转动的电机组成；调节机构是由带有空槽的支撑架和固定螺栓组成，旋转盘是磁性旋转盘。
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