CN113846283B - 一种耐高温egr阀片及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温egr阀片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐高温EGR阀片，包括：阀片材料；复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层；所述防腐耐磨涂层包括以下成分：镍30~60wt%；铬10~30wt%；钛1~7wt%；钴2~13wt%；稀土氧化物0.1~0.7wt%；余量的铁。与现有技术相比，本发明提供的耐高温EGR阀片采用特定成分的防腐耐磨涂层，与阀片材料能够较好的结合，并且具有优异的耐磨性能和耐腐蚀性能，从而提高单向阀片的腐蚀磨损性能，降低单向阀高温磨损、高温腐蚀和高温断裂风险。实验结果表明，本发明提供的防腐耐磨涂层与阀片材料的结合力为25MPa~27MPa，耐磨性能在3×10‑3mg‑1N‑1m‑1左右，耐腐蚀性能2.31Acm‑2~3.15Acm‑2。

Description

一种耐高温EGR阀片及其制备方法
技术领域
本发明涉及EGR单向阀技术领域，更具体地说，是涉及一种耐高温EGR阀片及其制备方法。
背景技术
EGR单向阀的作用是控制废气在管路中单向流动，让燃烧后排出的部分废气与新鲜空气混合后，送入缸内燃烧，减少NOx的生成。EGR阀在工作过程中一直承受高温、腐蚀、周期性冲击载荷作用等发动机苛刻环境，导致核心零部件EGR单向阀片高温腐蚀严重（工作过程中存在磨损风险，在停车后发生冷凝，形成酸性液体，存在腐蚀风险）、伴随磨损，耐磨性满足不了要求。
现有EGR阀片一般选用耐腐蚀材料，如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢等；但是，奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢存在以下技术缺点：耐腐蚀性、耐磨性满足不了发动机苛刻环境下要求，EGR单向阀阀腐蚀严重、伴随磨损。而专利CN202010255752.8提供了一种单向阀组件，通过设置喷气装置，利用高压脉冲气体冲刷清除粘附在阀片上的杂质，避免杂质对阀片的腐蚀，减小阀片断裂风险，提高单向阀的可靠性；但是，该技术方案增加装置，加大发动机燃油耗同时，增加成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐高温EGR阀片及其制备方法，本发明提供的耐高温EGR阀片具有较高的耐腐蚀性和耐磨性，能够降低高温磨损、高温腐蚀和高温断裂风险。
本发明提供了一种耐高温EGR阀片，包括：
阀片材料；
复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层；
所述防腐耐磨涂层包括以下成分：
镍30~60wt%；
铬10~30wt%；
钛1~7wt%；
钴2~13wt%；
稀土氧化物0.1~0.7wt%；
余量的铁。
优选的，所述阀片材料为3Cr13、4Cr13、304或316。
优选的，所述防腐耐磨涂层的具体成分为：
镍40~50wt%、铬20~25wt%、钛3~5wt%、钴5~10%、稀土氧化物0.2~0.5wt%，余量的铁；
或，镍30~40wt%、铬10~15wt%、钛1~3wt%、钴2~4%、稀土氧化物0.1~0.2wt%，余量的铁；
或，镍50~60wt%、铬25~30wt%、钛5~7wt%、钴7~13%、稀土氧化物0.5~0.7wt%，余量的铁。
优选的，所述防腐耐磨涂层的厚度为0.02mm~0.2mm。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的耐高温EGR阀片的制备方法，包括以下步骤：
a）对阀片材料表面进行活化处理后，采用等离子喷涂技术在阀片上制备防腐耐磨涂层，得到耐高温EGR阀片。
优选的，步骤a）中所述活化处理的过程具体为：
a1）在阀片材料表面采用激光织构燕尾槽的梯形结构。
优选的，步骤a1）中所述激光的功率为2KW~6KW，行走速度为1m/s~3m/s。
优选的，步骤a1）中所述燕尾槽的梯形结构的长为0.4mm~0.6mm，宽为0.1mm~0.3mm，燕尾槽斜度角为50°~70°，深度为0.05mm~0.15mm。
优选的，步骤a）中所述等离子喷涂技术为射频辅助超马赫等离子喷涂。
优选的，所述射频辅助超马赫等离子喷涂的功率为5000KW~25000KW，氩气流量为100L/min~400L/min，喷涂角度为80°~100°，喷涂次数为2次~3次，每次喷涂间隔为1min~8min。
本发明提供了一种耐高温EGR阀片，包括：阀片材料；复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层；所述防腐耐磨涂层包括以下成分：镍30~60wt%；铬10~30wt%；钛1~7wt%；钴2~13wt%；稀土氧化物0.1~0.7wt%；余量的铁。与现有技术相比，本发明提供的耐高温EGR阀片采用特定成分的防腐耐磨涂层，与阀片材料能够较好的结合，并且具有优异的耐磨性能和耐腐蚀性能，从而提高单向阀片的腐蚀磨损性能，降低单向阀高温磨损、高温腐蚀和高温断裂风险。实验结果表明，本发明提供的防腐耐磨涂层与阀片材料的结合力为25MPa~27MPa，耐磨性能在3×10-3mg-1N-1m-1左右，耐腐蚀性能2.31Acm-2~3.15Acm-2。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和（温度低）、易控，结合力高，不会对阀片产生相变和变形；机器手自动精确控制保证涂层厚度和均匀性，不需要对涂层进行二次加工；同时，采用涂层材料为粉末，可以随意调节比例，精确控制涂层成分和含量，可调整性更强，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中所述燕尾槽的梯形结构；
图2为本发明实施例2提供的耐高温EGR阀片的涂层结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的耐高温EGR阀片的涂层SEM；
图4为实施例2的单向阀片涂层腐蚀性能比对图；
图5为实施例2的单向阀片涂层耐磨性能比对图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。
本发明提供了一种耐高温EGR阀片，包括：
阀片材料；
复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层；
所述防腐耐磨涂层包括以下成分：
镍30~60wt%；
铬10~30wt%；
钛1~7wt%；
钴2~13wt%；
稀土氧化物0.1~0.7wt%；
余量的铁。
在本发明中，所述耐高温EGR阀片包括阀片材料和复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层，优选由阀片材料和复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层组成。
在本发明中，所述阀片材料优选为3Cr13、4Cr13、304或316，更优选为3Cr13。本发明对所述阀片材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述防腐耐磨涂层包括以下成分：
镍30~60wt%；
铬10~30wt%；
钛1~7wt%；
钴2~13wt%；
稀土氧化物0.1~0.7wt%；
余量的铁；
所述防腐耐磨涂层的优选具体成分为：
镍40~50wt%、铬20~25wt%、钛3~5wt%、钴5~10%、稀土氧化物0.2~0.5wt%，余量的铁；
或，镍30~40wt%、铬10~15wt%、钛1~3wt%、钴2~4%、稀土氧化物0.1~0.2wt%，余量的铁；
或，镍50~60wt%、铬25~30wt%、钛5~7wt%、钴7~13%、稀土氧化物0.5~0.7wt%，余量的铁。
在本发明中，所述稀土氧化物优选为氧化镧。在本发明一个优选的实施例中，所述防腐耐磨涂层的具体成分为：镍45wt%、铬23wt%、钛4wt%、钴8%、氧化镧0.3wt%，其他为铁；在本发明另一个优选的实施例中，所述防腐耐磨涂层的具体成分为：镍35wt%、铬13wt%、钛2wt%、钴3%、氧化镧0.15wt%，其他为铁；在本发明另一个优选的实施例中，所述防腐耐磨涂层的具体成分为：镍55wt%、铬28wt%、钛6wt%、钴10%、氧化镧0.6wt%，其他为铁。本发明对上述防腐耐磨涂层的具体成分来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的金属粉末的组合即可。本发明采用涂层材料为粉末，可以随意调节比例，精确控制涂层成分和含量，可调整性更强。
在本发明中，所述防腐耐磨涂层的厚度优选为0.02mm~0.2mm，更优选为0.03mm~0.13mm。
本发明提供了一种带有防腐耐磨涂层的单向阀片，其采用特定成分的防腐耐磨涂层，与阀片材料能够较好的结合，并且具有优异的耐磨性能和耐腐蚀性能，从而提高单向阀片的腐蚀磨损性能，降低单向阀高温磨损、高温腐蚀和高温断裂风险（降低故障风险）。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的耐高温EGR阀片的制备方法，包括以下步骤：
a）对阀片材料表面进行活化处理后，采用等离子喷涂技术在阀片上制备防腐耐磨涂层，得到耐高温EGR阀片。
在本发明中，所述阀片材料和防腐耐磨涂层与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述活化处理的过程优选具体为：
a1）在阀片材料表面采用激光织构燕尾槽的梯形结构。
在本发明中，所述激光的功率优选为2KW~6KW，更优选为4KW，行走速度优选为1m/s~3m/s，更优选为2m/s。
在本发明中，所述燕尾槽的梯形结构的长优选为0.4mm~0.6mm，更优选为0.5mm，宽优选为0.1mm~0.3mm，更优选为0.2mm，燕尾槽斜度角优选为50°~70°，更优选为60°，深度优选为0.05mm~0.15mm，更优选为0.1mm。
在本发明中，所述等离子喷涂技术优选为射频辅助超马赫等离子喷涂；所述射频辅助超马赫等离子喷涂的功率优选为5000KW~25000KW，更优选为10000KW~20000KW，氩气流量优选为100L/min~400L/min，更优选为150L/min~300L/min，喷涂角度优选为80°~100°，更优选为90°，喷涂次数优选为2次~3次，更优选为2次，每次喷涂间隔优选为1min~8min，更优选为3min~5min。
本发明为避免腐蚀，减小因腐蚀带来的断裂风险，特制备得到了一种新型具有防腐耐磨的EGR单向阀片，以降低阀片高温条件，提高耐腐蚀性，降低高温磨损、高温腐蚀和高温断裂风险；本发明在EGR单向阀阀片上，利用等离子喷涂技术，制备防腐耐磨涂层；具体利用等离子将粉末状或丝状的金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助压缩氮气以一定的速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有防腐耐磨涂层。
因阀片薄、高频振动，本发明提供的制备方法优势是温度低、结合力高，不会对阀片产生相变和变形；机器手自动精确控制保证涂层厚度和均匀性，不需要对金属层进行二次加工。
本发明提供了一种耐高温EGR阀片，包括：阀片材料；复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层；所述防腐耐磨涂层包括以下成分：镍30~60wt%；铬10~30wt%；钛1~7wt%；钴2~13wt%；稀土氧化物0.1~0.7wt%；余量的铁。与现有技术相比，本发明提供的耐高温EGR阀片采用特定成分的防腐耐磨涂层，与阀片材料能够较好的结合，并且具有优异的耐磨性能和耐腐蚀性能，从而提高单向阀片的腐蚀磨损性能，降低单向阀高温磨损、高温腐蚀和高温断裂风险。实验结果表明，本发明提供的防腐耐磨涂层与阀片材料的结合力为25MPa~27MPa，耐磨性能在3×10-3mg-1N-1m-1左右，耐腐蚀性能2.31Acm-2~3.15Acm-2。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和（温度低）、易控，结合力高，不会对阀片产生相变和变形；机器手自动精确控制保证涂层厚度和均匀性，不需要对涂层进行二次加工；同时，采用涂层材料为粉末，可以随意调节比例，精确控制涂层成分和含量，可调整性更强，具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的阀片材料为3Cr13。
实施例1
（1）对阀片材料表面进行活化处理：采用激光织构燕尾槽的梯形结构，激光功率4KW，按照如图1行走，行走速度2m/s，长0.5mm，宽0.2mm，燕尾槽斜度角60°，深度0.1mm。
（2）采用等离子喷涂技术在阀片上制备防腐耐磨涂层：射频辅助超马赫等离子喷涂涂层材料（镍45wt%、铬23wt%、钛4wt%、钴8%、氧化镧0.3wt%，其他为铁），功率10000KW，氩气流量250L/min，喷涂角度90°，2次喷涂间隔为5min，得到耐高温EGR阀片。
实施例2
（1）对阀片材料表面进行活化处理：采用激光织构燕尾槽的梯形结构，激光功率4KW，按照如图1行走，行走速度2m/s，长0.5mm，宽0.2mm，燕尾槽斜度角60°，深度0.1mm。
（2）采用等离子喷涂技术在阀片上制备防腐耐磨涂层：射频辅助超马赫等离子喷涂涂层材料（镍35wt%、铬13wt%、钛2wt%、钴3%、氧化镧0.15wt%，其他为铁），功率20000KW，氩气流量150L/min，喷涂角度90°，2次喷涂间隔为3min，得到耐高温EGR阀片。
实施例3
（1）对阀片材料表面进行活化处理：采用激光织构燕尾槽的梯形结构，激光功率4KW，按照如图1行走，行走速度2m/s，长0.5mm，宽0.2mm，燕尾槽斜度角60°，深度0.1mm。
（2）采用等离子喷涂技术在阀片上制备防腐耐磨涂层：射频辅助超马赫等离子喷涂涂层材料（镍55wt%、铬28wt%、钛6wt%、钴10%、氧化镧0.6wt%，其他为铁），功率10000KW，氩气流量300L/min，喷涂角度90°，2次喷涂间隔为5min，得到耐高温EGR阀片。
对实施例1~3提供的耐高温EGR阀片的涂层性能进行测试，结果参见表1所示。
表1 实施例1~3提供的耐高温EGR阀片的涂层性能数据
结合力/MPa 厚度/mm 粗糙度/Ra 耐磨性能/10<sup>-3</sup>mg<sup>-1</sup>N<sup>-1</sup>m<sup>-1</sup> 腐蚀性能/Acm<sup>-2</sup>
实施例1 25 0.08 1.6 3.015 2.31
实施例2 27 0.03 1.6 2.995 3.15
实施例3 26 0.13 1.6 2.987 2.56
同时，本发明以实施例2为例对制备涂层前后的阀片进行性能比对，具体参见图4~5所示。
实施例1~3中涂层结构与形貌基本相同，微观上略有不同，以实施例2为例，其耐高温EGR阀片的涂层结构示意图参见图2所示，涂层剖面SEM参见图3所示。
综上，本发明采用射频辅助超马赫等离子喷涂工艺，通过调整实验工艺参数，配合特定的涂层成分，在单向阀片表面形成具备防腐、耐磨特性的复合金属涂层，从而提高单向阀片的腐蚀磨损性能，降低单向阀高温磨损、高温腐蚀和高温断裂风险。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种耐高温EGR阀片，包括：
阀片材料；
复合在所述阀片材料表面的防腐耐磨涂层；
所述防腐耐磨涂层的具体成分为：
镍40～50wt％、铬20～25wt％、钛3～5wt％、钴5～10％、稀土氧化物0.2～0.5wt％，余量的铁；
或，镍30～40wt％、铬10～15wt％、钛1～3wt％、钴2～4％、稀土氧化物0.1～0.2wt％，余量的铁；
或，镍50～60wt％、铬25～30wt％、钛5～7wt％、钴7～13％、稀土氧化物0.5～0.7wt％，余量的铁。
2.根据权利要求1所述的耐高温EGR阀片，其特征在于，所述阀片材料为3Cr13、4Cr13、304或316。
3.根据权利要求1所述的耐高温EGR阀片，其特征在于，所述防腐耐磨涂层的厚度为0.02mm～0.2mm。
4.一种权利要求1～3任一项所述的耐高温EGR阀片的制备方法，包括以下步骤：
a)对阀片材料表面进行活化处理后，采用等离子喷涂技术在阀片上制备防腐耐磨涂层，得到耐高温EGR阀片。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述活化处理的过程具体为：
a1)在阀片材料表面采用激光织构燕尾槽的梯形结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a1)中所述激光的功率为2KW～6KW，行走速度为1m/s～3m/s。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a1)中所述燕尾槽的梯形结构的长为0.4mm～0.6mm，宽为0.1mm～0.3mm，燕尾槽斜度角为50°～70°，深度为0.05mm～0.15mm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述等离子喷涂技术为射频辅助超马赫等离子喷涂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述射频辅助超马赫等离子喷涂的功率为5000KW～25000KW，氩气流量为100L/min～400L/min，喷涂角度为80°～100°，喷涂次数为2次～3次，每次喷涂间隔为1min～8min。
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