CN113061817A - 一种气门座圈、气门座圈的制备方法、甲醇发动机及汽车 - Google Patents

一种气门座圈、气门座圈的制备方法、甲醇发动机及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车技术领域，具体是一种气门座圈、气门座圈的制备方法、甲醇发动机及汽车，气门座圈包括第一气门座圈和第二气门座圈，第一气门座圈和第二气门座圈均由重量百分比的如下化学成分：C:0.6‑1.6％、S:0.3‑1.3％、Ni:0.5‑2％、Cu:15‑25％、Pt：10‑15％、Mn:1‑1.5％、V:5‑10％、W:3‑8％和余量为Fe组成；本发明在粉末冶金材料中添加高热传导率的材料，快速把甲醇燃烧的热量传递出去，可以满足甲醇发动机的工况要求；且在粉末冶金材料中添加耐磨的合金粒子材料，提高了粉末冶金的耐磨性，可以满足甲醇发动机的工况要求。

Description

一种气门座圈、气门座圈的制备方法、甲醇发动机及汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种气门座圈、气门座圈的制备方法、甲醇发动机及汽车。
背景技术
近年来，甲醇作为替代原煤和油气的燃料，在汽车、船舶、工业锅炉、采暖供热等领域的应用逐步推开，产生了较好的经济和环境效益。2019年3月19日工信部、国家发改委等部门联合发布了《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》，要求强化甲醇汽车产业合理布局，保持我国甲醇汽车及相关产业在产品、技术及专用装备领域的国际领先地位，加快甲醇汽车制造体系的建设。
目前甲醇发动机使用的甲醇燃料自润滑性较差，在发动机长时间使用之后，气门座圈的磨损会加快，且表现出不均匀磨损现象，严重时会引起气门漏气和烧蚀，导致整机报废，而此类现象在汽油发动机中并不会出现，这个问题的初出现限制了甲醇燃料发动机的开发及市场应用，此发明则就是针对甲醇燃料发动机气门座圈进行全新设计而达到能够适应甲醇发动机的市场应用。
基于现有技术存在的缺点，急需研究一种气门座圈、气门座圈的制备方法、甲醇发动机及汽车，来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种气门座圈、气门座圈的制备方法、甲醇发动机及汽车，在粉末冶金材料中添加高热传导率的材料，比如Cu和Pt，快速把甲醇燃烧的热量传递出去，可以满足甲醇发动机的工况要求；且在粉末冶金材料中添加耐磨的合金粒子材料，比如Cr、Mo和Co，提高了粉末冶金的耐磨性，可以满足甲醇发动机的工况要求。
本发明公开了一种气门座圈，包括相互连接的第一气门座圈和第二气门座圈，所述第一气门座圈和所述第二气门座圈均由重量百分比的如下化学成分：
C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
或所述第一气门座圈由重量百分比的如下化学成分：C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe组成；所述第二气门座圈由重量百分比的如下化学成分：C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成。
本发明另一方面保护一种气门座圈的制备方法，应用于如上所述的气门座圈，所述方法包括如下步骤：
S1：按照比例将原材料进行均匀混合；称量制备气门座圈所需的第一气门座圈和第二气门座圈的原材料，混合第一气门座圈和所述第二气门座圈的原材料；其中，C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
S2：将混合后的原材料放置在压机上，所述压机将混合后的原材料进行压制成型，得到第一气门座圈和第二气门座圈；
S3：将所述第一气门座圈、所述第二气门座圈和铜环放置在烧结炉中进行高温烧结，制得气门座圈；
S4：对所述气门座圈进行冷处理，随后采用高温回火的方式进行热处理；
S5：对经过热处理后的所述气门座圈的基体表面进行机械抛光并清洗、干燥；
S6：利用阴极弧沉积技术对所述基体表面进行沉积处理，形成与所述基体表面相结合的过渡层，然后利用磁控溅射技术在所述过渡层的表面形成与所述过渡层相结合的DLC涂层，获得所述气门座圈的表面涂层；
S7：对包覆有所述表面涂层的所述气门座圈进行退火处理。
进一步地，所述原材料由C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe组成。
本发明另一方面保护一种气门座圈的制备方法，应用于如上所述的气门座圈，所述方法包括如下步骤：
S1：称量制备气门座圈所需的第一气门座圈的原材料和第二气门座圈的原材料，混合第一气门座圈的原材料并混合所述第二气门座圈的原材料；其中，所述第一气门座圈的原材料为C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe；所述第二气门座圈2的原材料为C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
S2：将混合后的原材料放置在压机上，所述压机将混合后的原材料进行压制成型，得到第一气门座圈和第二气门座圈；
S3：将所述第一气门座圈、所述第二气门座圈和铜环放置在烧结炉中进行高温烧结，制得气门座圈；
S4：对所述气门座圈进行冷处理，随后采用高温回火的方式进行热处理；
S5：对经过热处理后的所述气门座圈的基体表面进行机械抛光并清洗、干燥；
S6：利用阴极弧沉积技术对所述基体表面进行沉积处理，形成与所述基体表面相结合的过渡层，然后利用磁控溅射技术在所述过渡层的表面形成与所述过渡层相结合的DLC涂层，获得所述气门座圈的表面涂层；
S7：对包覆有所述表面涂层的所述气门座圈进行退火处理。
进一步地，所述方法还包括对所述第一气门座圈进行圆角处理，对所述第二气门座圈进行倒角处理。
进一步地，所述热处理采用高温回火的方式，所述高温回火的温度为550℃～650℃，回火时间为2～6h。
进一步地，所述方法还包括静置，所述静置时间为30分钟以上。
进一步地，所述退火处理为低温退火处理。
本发明另一方面保护一种甲醇发动机，包括节气门、发动机缸盖和如上所述的气门座圈；
所述发动机缸盖上设置有安装孔，所述气门座圈设置在所述安装孔内；
所述气门座圈套设在所述节气门，且所述气门座圈能够与所述节气门相对密封。
本发明另一方面保护一种汽车，包括如上所述的甲醇发动机。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明在粉末冶金材料中添加高热传导率的材料，比如Cu和Pt，快速把甲醇燃烧的热量传递出去，可以满足甲醇发动机的工况要求；且在粉末冶金材料中添加耐磨的合金粒子材料，比如Cr、Mo和Co，提高了粉末冶金的耐磨性，可以满足甲醇发动机的工况要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本实施例所述发动机气门座圈的结构图；
图2为本实施例所述发动机气门座圈的截面图。
其中，图中附图标记对应为：
1-第一气门座圈；2-第二气门座圈；3-铜环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有技术存在以下缺点：目前甲醇发动机使用的甲醇燃料自润滑性较差，在发动机长时间使用之后，气门座圈的磨损会加快，且表现出不均匀磨损现象，严重时会引起气门漏气和烧蚀，导致整机报废，而此类现象在汽油发动机中并不会出现，这个问题的初出现限制了甲醇燃料发动机的开发及市场应用，此发明则就是针对甲醇燃料发动机气门座圈进行全新设计而达到能够适应甲醇发动机的市场应用。
针对现有技术的缺陷，本发明在粉末冶金材料中添加高热传导率的材料，比如Cu和Pt，快速把甲醇燃烧的热量传递出去，可以满足甲醇发动机的工况要求；且在粉末冶金材料中添加耐磨的合金粒子材料，比如Cr、Mo和Co，提高了粉末冶金的耐磨性，可以满足甲醇发动机的工况要求。
实施例1
参见附图1～图2，本实施例提供了一种气门座圈，包括相互连接的第一气门座圈1和第二气门座圈2，所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2均由重量百分比的如下化学成分：
C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
或所述第一气门座圈1由重量百分比的如下化学成分：C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe组成；所述第二气门座圈2由重量百分比的如下化学成分：C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成。
需要说明的是：由于甲醇发动机燃烧过程中产生大量热，现有技术中的气门座圈不能将大部分热量传递出去，而导致现有技术中的气门座圈应用在甲醇发动机上时，容易失效，且不能满足甲醇发动机的工况要求；本实施例在粉末冶金材料中添加高热传导率的材料，比如Cu和Pt，快速把甲醇燃烧的热量传递出去，可以满足甲醇发动机的工况要求；且在粉末冶金材料中添加耐磨的合金粒子材料，比如Cr、Mo和Co，提高了粉末冶金的耐磨性，可以满足甲醇发动机的工况要求，提高了气门座圈的使用寿命，在一定程度上节约了成本。
在一些可能的实施例中，气门座圈包括第一气门座圈1和第二气门座圈2，所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2连接后，两者连接面上设置的容纳槽形成密封腔体，所述铜环3设置在所述密封腔体内，这提高了粉末冶金材料的导热率，可以满足甲醇发动机的工况要求。
在一些可能的实施例中，所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2为两件各自成型，所述第一气门座圈1的耐磨性和高温硬度均小于所述第一气门座圈1的耐磨性和高温硬度，避免所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2使用相同材料造成成本增加，这在一定程度上节约了成本，综合经济性能得到提高。
优选地，所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2均为圆环结构，所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2连接后形成一个圆环；
所述第一气门座圈1的内径与所述第二气门座圈2的内径相等；
所述第一气门座圈1的外径与所述第二气门座圈2的外径相等。
具体地，所述第一气门座圈1的轴线和所述第二气门座圈2的轴线重合，使得所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2连接形成一个圆环，方便所述节气门上下移动。
优选地，所述铜环3的截面为圆形、长方形和三角形等形状。
在一些可能的实施例中，所述铜环3的截面形状可以为任意形状，所述铜环3的截面形状与密封腔体的形状可以不同，只要使得所述铜环3能够镶嵌在密封腔体内即可。
在一些可能的实施例中，所述第一气门座圈1和所述第二气门座圈2焊接固定。
本发明另一方面保护一种气门座圈的制备方法，应用于如上所述的气门座圈，所述方法包括如下步骤：
S1：按照比例将原材料进行均匀混合；称量制备气门座圈所需的第一气门座圈1和第二气门座圈2的原材料，混合第一气门座圈1和所述第二气门座圈2的原材料；其中，所述原材料由C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
S2：将混合后的原材料放置在压机上，所述压机将混合后的原材料进行压制成型，得到第一气门座圈1和第二气门座圈2；
S3：将所述第一气门座圈1、所述第二气门座圈2和铜环3放置在烧结炉中进行高温烧结，制得气门座圈；
S4：对所述气门座圈进行冷处理，随后采用高温回火的方式进行热处理；
S5：对经过热处理后的所述气门座圈的基体表面进行机械抛光并清洗、干燥；
S6：利用阴极弧沉积技术对所述基体表面进行沉积处理，形成与所述基体表面相结合的过渡层，然后利用磁控溅射技术在所述过渡层的表面形成与所述过渡层相结合的DLC涂层，获得所述气门座圈的表面涂层；
S7：对包覆有所述表面涂层的所述气门座圈进行退火处理。
优选地，所述原材料由C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe组成。
本发明另一方面保护一种气门座圈的制备方法，应用于如上所述的气门座圈，所述方法包括如下步骤：
S1：称量制备气门座圈所需的第一气门座圈1的原材料和第二气门座圈2的原材料，混合第一气门座圈1的原材料并混合所述第二气门座圈2的原材料；其中，所述第一气门座圈1的原材料为C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe；所述第二气门座圈2的原材料为C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
S2：将混合后的原材料放置在压机上，所述压机将混合后的原材料进行压制成型，得到第一气门座圈1和第二气门座圈2；
S3：将所述第一气门座圈1、所述第二气门座圈2和铜环3放置在烧结炉中进行高温烧结，制得气门座圈；
S4：对所述气门座圈进行冷处理，随后采用高温回火的方式进行热处理；
S5：对经过热处理后的所述气门座圈的基体表面进行机械抛光并清洗、干燥；
S6：利用阴极弧沉积技术对所述基体表面进行沉积处理，形成与所述基体表面相结合的过渡层，然后利用磁控溅射技术在所述过渡层的表面形成与所述过渡层相结合的DLC涂层，获得所述气门座圈的表面涂层；
S7：对包覆有所述表面涂层的所述气门座圈进行退火处理。
优选地，所述方法还包括：在退火处理后对所述第一气门座圈1进行圆角处理，对所述第二气门座圈2进行倒角处理。
具体地，所述第一气门座圈1的一端设置有圆角的目的是，使所述发动机气门座圈能够方便压入缸盖上的安装孔。
优选地，所述热处理采用高温回火的方式，所述高温回火的温度为550℃～650℃，回火时间为2～6h。
优选地，所述方法还包括静置，所述静置时间为30分钟以上。
优选地，所述退火处理为低温退火处理。
本发明另一方面保护一种甲醇发动机，包括节气门、发动机缸盖和如上所述的气门座圈；
所述发动机缸盖上设置有安装孔，所述气门座圈设置在所述安装孔内；
所述气门座圈套设在所述节气门，且所述气门座圈能够与所述节气门相对密封。
本发明另一方面保护一种汽车，包括如上所述的甲醇发动机。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种气门座圈，其特征在于，包括相互连接的第一气门座圈(1)和第二气门座圈(2)，所述第一气门座圈(1)和所述第二气门座圈(2)均由重量百分比的如下化学成分：
C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
或所述第一气门座圈(1)由重量百分比的如下化学成分：C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe组成；所述第二气门座圈(2)由重量百分比的如下化学成分：C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成。
2.一种气门座圈的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的气门座圈，所述方法包括如下步骤：
S1：按照比例将原材料进行均匀混合；称量制备气门座圈所需的第一气门座圈(1)和第二气门座圈(2)的原材料，混合第一气门座圈(1)和所述第二气门座圈(2)的原材料；其中，所述原材料由C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
S2：将混合后的原材料放置在压机上，所述压机将混合后的原材料进行压制成型，得到第一气门座圈(1)和第二气门座圈(2)；
S3：将所述第一气门座圈(1)、所述第二气门座圈(2)和铜环(3)放置在烧结炉中进行高温烧结，制得气门座圈；
S4：对所述气门座圈进行冷处理，随后采用高温回火的方式进行热处理；
S5：对经过热处理后的所述气门座圈的基体表面进行机械抛光并清洗、干燥；
S6：利用阴极弧沉积技术对所述基体表面进行沉积处理，形成与所述基体表面相结合的过渡层，然后利用磁控溅射技术在所述过渡层的表面形成与所述过渡层相结合的DLC涂层，获得所述气门座圈的表面涂层；
S7：对包覆有所述表面涂层的所述气门座圈进行退火处理。
3.根据权利要求2所述的一种气门座圈的制备方法，其特征在于，所述原材料由C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe组成。
4.一种气门座圈的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的气门座圈，所述方法包括如下步骤：
S1：称量制备气门座圈所需的第一气门座圈(1)的原材料和第二气门座圈(2)的原材料，混合第一气门座圈(1)的原材料并混合所述第二气门座圈(2)的原材料；其中，所述第一气门座圈(1)的原材料为C:1.1-1.6％、S:0.5-1.5％、Cr:7-12％、Mo:7-12％、Ni:0.5-2％、Co:20-30％、Mn:0.8-2％和余量为Fe；所述第二气门座圈(2)的原材料为C:0.6-1.6％、S:0.3-1.3％、Ni:0.5-2％、Cu:15-25％、Pt：10-15％、Mn:1-1.5％、V:5-10％、W:3-8％和余量为Fe组成；
S2：将混合后的原材料放置在压机上，所述压机将混合后的原材料进行压制成型，得到第一气门座圈(1)和第二气门座圈(2)；
S3：将所述第一气门座圈(1)、所述第二气门座圈(2)和铜环(3)放置在烧结炉中进行高温烧结，制得气门座圈；
S4：对所述气门座圈进行冷处理，随后采用高温回火的方式进行热处理；
S5：对经过热处理后的所述气门座圈的基体表面进行机械抛光并清洗、干燥；
S6：利用阴极弧沉积技术对所述基体表面进行沉积处理，形成与所述基体表面相结合的过渡层，然后利用磁控溅射技术在所述过渡层的表面形成与所述过渡层相结合的DLC涂层，获得所述气门座圈的表面涂层；
S7：对包覆有所述表面涂层的所述气门座圈进行退火处理。
5.根据权利要求2或4所述的一种气门座圈的制备方法，其特征在于，所述方法还包括对所述第一气门座圈(1)进行圆角处理，对所述第二气门座圈(2)进行倒角处理。
6.根据权利要求4所述的一种气门座圈的制备方法，其特征在于，所述热处理采用高温回火的方式，所述高温回火的温度为550℃～650℃，回火时间为2～6h。
7.根据权利要求4所述的一种气门座圈的制备方法，其特征在于，所述方法还包括静置，所述静置时间为30分钟以上。
8.根据权利要求4所述的一种气门座圈的制备方法，其特征在于，所述退火处理为低温退火处理。
9.一种甲醇发动机，其特征在于，包括节气门、发动机缸盖和如权利要求1所述的气门座圈；
所述发动机缸盖上设置有安装孔，所述气门座圈设置在所述安装孔内；
所述气门座圈套设在所述节气门，且所述气门座圈能够与所述节气门相对密封。
10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的甲醇发动机。
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