CN105697085A - 气体交换阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有阀片(2)和阀杆(3)的内燃机的气体交换阀(1)。在这样的背景下,为了本发明的目的,需要至少对阀杆(3)的至少一部分施加镍-磷层(4),所述镍-磷层(4)的磷含量大于容量的10%,尤其在容量的11%与13%之间。这使得耐磨性和抗腐蚀性能够得到提高。

Description

气体交换阀
技术领域
本发明涉及如在权利要求1的前序部分中描述的具有阀片和阀杆的内燃机的气体交换阀。本发明还涉及用于涂覆这样的气体交换阀的方法和设备。
背景技术
从DE10358729A1已知一种相关种类的具有阀片和阀杆的内燃机的气体交换阀。在这样的情况下,阀片的背对内燃机的燃烧室的一侧具有催化剂涂层,并且阀杆的邻近阀片的表面具有抗粘连涂层。这种布置尤其意在防止气体交换阀在运转期间被过度地烧焦。
内燃机中的气体交换阀通常暴露在高热和/或机械应力下。除了热应力外,例如来自油、润滑油或者其他物质的化学应力也非常重要,因为它们经常能够对抗腐蚀性具有破坏效果,并且随即对耐磨性也具有破坏效果。
发明内容
本发明因此解决如下问题:提供了相关类型的气体交换阀的改进的、或者至少是替换的实施例,其特征尤其在于更大的耐磨性以及更大的抗腐蚀性。
该问题根据本发明由独立权利要求1的主题解决。有益的实施例为从属权利要求的主题。
本发明基于如下的主要构思:提供一种具有阀片和阀杆的内燃机的气体交换阀,已知所述气体交换阀本身具有电化学施加至至少阀杆的至少区域的镍-磷层,其中这样的层具有容量大于10%的磷含量,尤其是容量在11%和13%之间。通过这样的容量大于10%的高磷含量,能够提供目前为止无法获得的腐蚀保护水平。意想不到的是,以这种方式创造出的镍-磷层还被证明尤其抵抗晶间腐蚀、热气以及冷凝物腐蚀。为了能够获得这样高的磷含量,首先在电镀涂覆期间必须将电镀液极好地混合,以确保磷以足够的数量呈现并且确保同样收集在阀的轮廓(尤其在阀杆区域中)上的涂覆期间生成的氢不会影响磷的沉积。涂覆还必须使用在3.4-4.5A/dm2范围中的相对低的电流密度实施。这是实现镍层中的最大磷含量的电流密度范围。然而,还需要更长的涂覆时间。在这样的背景下,例如通过使用定形的阳极,可获得非常均匀和平坦的层厚度分布。
镍-磷层得当地具有大于等于8μm且小于等于15μm的层厚度dNP。这种布置的层厚度不仅保证了高耐磨性而且对于暴露在高化学应力和高热以及机械应力的气体交换阀(尤其当用作进气阀或排气阀时)有效地保证了显著的腐蚀保护。
在根据本发明的技术方案的有益改良中,镍击层被布置为气体交换阀与镍-磷层之间的粘连层,尤其为了实现改进的粘连以及因此带来的镍-磷层在高合金阀钢上的改进的连接。这样的镍击层通常只具有1至2μm的厚度,然而依然确保了镍-磷层与气体交换阀之间的极强的连接。
在根据本发明的技术方案的进一步有益改良中,镍-磷层的至少一部分覆盖有铬层。在这样的背景下,铬层的提供完全是任选的并且以薄膜的形式施加,通常密封为不可穿透的并且没有裂缝。这有助于进一步增加抗腐蚀性。然而,这样的附加的且完全任选的铬层只在如下情况提供:存在已经由镍-磷层提供的改进的耐磨性不足够的可能性,尤其在极度缺乏润滑的条件下。在这样的环境下,由于除了热和化学应力非常高以外还有上升的机械应力,所以阀杆的阀导承区域尤其可使用这样的铬层额外涂覆。
在根据本发明的技术方案的有益改进中,铬层和镍-磷层总共具有小于25μm的厚度。通过这种方式,从功能和成本方面来说创造了代表最佳技术方案的涂覆。
本发明还基于如下主要构思:描述一种用于涂覆气体交换阀的方法,其中首先至少向待涂覆的气体交换阀的阀杆的阀导承区域施加镍击层。该镍击层用作用于稍后待施加至该区域的镍-磷层的连接作用剂,所述镍-磷层具有容量大于10%的磷含量,尤其具有容量在11%和13%之间的磷含量。在这样的情况下,镍击层具有薄膜的形式并且通常仅为1至2μm厚。虽然如此,其提供了用于与意在增加抗腐蚀性和耐磨性的镍-磷层最佳连接的条件。镍-磷层中的高磷含量尤其对良好的腐蚀保护是可靠的,并且在对抗晶间腐蚀、热气以及冷凝物腐蚀方面尤其有效。
为了能够进一步增加耐磨性以及腐蚀保护,镍-磷层的至少一部分也可覆盖有铬层。该铬层通常无裂缝并且因此在缺乏润滑的条件下增加了抗腐蚀性和耐磨性。
本发明基于如下进一步的主要构思:描述了用于涂覆气体交换阀的设备,所述设备包括具有电镀液的电镀槽以及布置在所述电镀槽中的阳极和阴极。在这样的背景下,阳极配备有安装座,在所述安装座中,装配有待涂覆的气体交换阀的阀杆,并且所述安装座尤其可置于中央,其中阳极还具有气体交换阀的喉部的阴极轮廓,并因此能够使待涂覆的气体交换阀在阳极中处于固定的位置。阴极也设置在电镀槽中,所述阴极可与阀片的基座齐平地放置,以便电流可穿过所述阴极进入气体交换阀从而执行涂覆。通过阀片的基座与阴极的接触,气体交换阀因此本身作为实际的阴极,而容纳气体交换阀并且包围待涂覆的气体交换阀的区域(尤其是阀杆)的保持装置以网状物的方式用作阳极。阳极与阴极均为电极,并且阳极一般由不溶的混合的金属氧化物(MMO阳极)制成,所述不溶的混合的金属氧化物具有在涂覆处理中不溶解、从而保证了与阀的恒定距离以及由此带来的匀称的涂覆。为了确保电镀槽被良好地混合,当然也可设置如螺旋桨等的混合装置以确保呈现足够的磷,并且确保收集在阀的轮廓上的涂覆期间生成的氢不会影响沉积。
本发明进一步的重要特征和优势将在从属权利要求和附图中描述,并且将通过参照相关附图阅读附图说明来进行推断。
当然,在不脱离本发明的范围的情况下,在前文中描述的特征以及将在下文中说明的特征不仅可用于其分别描述的结合,还可用于其他结合或者单独使用。
附图说明
在附图中描绘了本发明的优选实施例,并且在后面的描述中将更详细地进行说明,其中相同或相似或功能上等同的部件使用同样的附图标记识别。
在附图中,
图1为根据本发明的气体交换阀的具有放大插图的示意性剖面描绘,
图2为根据本发明的用于涂覆气体交换阀的设备的示意性描绘。
具体实施方式
根据图1,内燃机(不再示出)中的根据本发明的气体交换阀1具有阀片2和阀杆3。气体交换阀1通常具有进气阀和排气阀的形式。当暴露在内燃机的运转期间产生的高热、机械和化学应力中时,为了能够提供增加的抗腐蚀性和耐磨性,根据本发明的气体交换阀1的至少阀杆3的至少一部分涂覆有电化学施加的镍-磷层4(也可参见图1中的放大的插图),其中涂层具有容量大于10%的磷含量。事实上,镍-磷层4的磷含量理想地为容量高达11%和13%之间。这样的高的磷含量因此对于良好的腐蚀保护是可靠的,并且镍-磷层4被设计为尤其提供抵抗晶间腐蚀、热气以及冷凝物腐蚀的保护。
镍-磷层4通常具有大于等于8μm且小于等于15μm的层厚度dNP。在这样的背景下,为了能够创造与阀杆3的高合金钢的最好的可能的连接,可在气体交换阀1与镍-磷层4之间设置镍击层5。然而所述镍击层5只有1至2μm厚。
为了能够进一步增加耐磨性和抗腐蚀性,镍-磷层4的至少一部分还可覆盖有铬层6,所述铬层6以薄膜的形式施加,并且通常密封为不能透过并且没有裂缝。然而,这样的铬层6完全可以任选地提供,已经由镍-磷层4提供的提高的耐磨性和抗腐蚀性有可能证明是不够的。铬层6与镍-磷层4总计应具有小于25μm的厚度d。由于增大的机械应力尤其产生在阀导承的区域7,并且还需要更大的耐磨性和抗腐蚀性,建议向该区域7施加根据本发明的镍-磷层4以及可选的铬层6。
气体交换阀1本身由已知的高合金钢制成,例如X50CrMnNiNbN21-9(1.4882)钢、NiCr20TiAl(Nimonic80A2.4952)钢或者Nireva3015钢。
在图2中,示出了用于涂覆气体交换阀1的设备8,其中设备8包括电镀槽9,所述电镀槽9包含电镀液10并具有布置在其中的阳极11。阳极11具有安装座12,在所述安装座12中装配有待涂覆的气体交换阀1的阀杆端,并且阴极轮廓13被定形以补充气体交换阀1的阀喉14。还设置有负极15,并且所述负极15与阀片2的基座齐平放置,而且电流可从电源16穿过通过所述阴极进入气体交换阀1。在这种情况下,气体交换阀1本身因此用作实际的阴极,通过该阴极电流流向阳极11。还可设置混合装置17,通过该混合装置17使电镀液10在电镀涂覆处理期间被良好地混合,因此确保了磷含量总是足够高以能够使镍-磷层4在阀杆3的表面上生成。这也防止了不希望的氢的积聚,这种氢的积聚会影响磷的沉积。在这样的背景下,阳极11通常为混合的金属氧化物(MMO)阳极。当然,根据本发明也可想到不仅覆盖阀杆3,而且可以至少使阀喉14覆盖有镍-磷层4,并且为了提供提高的耐磨性和抗腐蚀性任选地可以覆盖铬层6。
通过根据本发明的镍-磷层4及其容量大于10%的相对高的磷含量,加之任选的铬层6,已经证明了到目前为止使用类似涂层无法获得的提供特别有效的耐磨性和抗腐蚀性是能够实现的。

Claims (10)

1.一种内燃机的气体交换阀(1),具有阀片(2)和阀杆(3),
其特征在于
所述气体交换阀(1)具有至少施加至阀杆(3)的至少一部分的镍-磷层(4),所述镍-磷层(4)的磷含量大于容量的10%,尤其是在容量的11%与13%之间。
2.根据权利要求1所述的气体交换阀,
其特征在于
所述镍-磷层(4)具有大于等于8μm且小于等于15μm的层厚度dNP
3.根据权利要求1或2所述的气体交换阀,
其特征在于
镍击层(5)作为粘连层布置在所述气体交换阀(1)与所述镍-磷层(4)之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的气体交换阀,
其特征在于
所述镍-磷层(4)的至少一部分被铬层(6)覆盖。
5.根据权利要求4所述的气体交换阀,
其特征在于
所述铬层(6)与所述镍-磷层(4)总共具有小于等于25μm的总厚度。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的气体交换阀,
其特征在于
所述镍-磷层(4)仅施加在所述阀杆(3)上的阀导承(7)的区域中。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的气体交换阀,
其特征在于
所述气体交换阀(1)由X50CrMnNiNbN21-9(1.4882)钢、NiCr20TiAl(Nimonic80A2.4952)钢或者Nireva3015钢制成。
8.一种用于涂覆根据前述权利要求中的任一项所述的气体交换阀(1)的方法,在所述方法中
-将镍击层(5)至少电化学施加在阀杆(2)的阀导承(7)的区域中,
-将具有容量大于10%的磷含量的镍-磷层(4)至少电化学施加在所述阀导承(7)的所述区域中。
9.一种根据权利要求8的方法,
其特征在于
所述镍-磷层(4)至少部分地被铬层(6)覆盖。
10.一种用于涂覆气体交换阀(1)的设备,包括电镀槽(9),所述电镀槽(9)中布置有阳极(11),所述阳极(11)具有安装座(12),待涂覆的气体交换阀(1)的阀杆端装配在所述安装座(12)中,其中所述阳极(11)具有所述气体交换阀(1)的阀喉(14)的阴极轮廓(13),并且在阴极(15)可放置为与阀片的基座齐平的情况下,电流经由所述阴极(15)能够穿过进入所述气体交换阀(1)。
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