CN116770219A - 发动机材料及其制备方法、发动机及其车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种发动机材料及其制备方法、发动机及其车辆，属于发动机耐腐蚀技术领域。发动机材料制备方法包括：提供渗钒剂，将所述渗钒剂加入坩埚中加热，形成渗钒盐溶液；提供不锈钢基体，将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中并保温，其中，所述不锈钢基体中含有2.5‑3.0wt.％钼；将保温后的不锈钢基体取出，经回火处理后进行清洗，制得发动机材料。本申请解决了现有发动机材料对甲醇的耐腐蚀性较差的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及发动机耐腐蚀技术领域，尤其涉及一种发动机材料及其制备方法、发动机及其车辆。
背景技术
甲醇作为车用替代燃料，具有排放低、辛烷值高及原料来源广泛等突出优点，是一种理想替代能源。但甲醇在应用过程中会发生自由基反应，生成的氧化产物甲酸存在腐蚀性，进而导致甲醇对发动机存在较强的腐蚀性。而常规的发动机材料对甲醇的耐腐蚀性较差，进而使得发动机上的部分零部件易被腐蚀，其中，甲醇喷油器阀座的腐蚀问题尤为突出；甲醇喷油器阀座的早期腐蚀，会导致喷油器滴漏，进而造成发动机异常抖动、油耗增加、排放变差等等情况的发生，导致发动机难以正常工作。
上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种发动机材料及其制备方法、发动机及其车辆，旨在解决现有发动机材料对甲醇的耐腐蚀性较差的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种发动机材料制备方法，所述发动机材料制备方法，包括以下步骤：
提供渗钒剂，将所述渗钒剂加入坩埚中加热，形成渗钒盐溶液；
提供不锈钢基体，将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中并保温，其中，所述不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼；
将保温后的不锈钢基体取出，经回火处理后进行清洗，制得发动机材料。
可选地，所述不锈钢基体由以下质量百分含量的成分组成：碳：0.85-0.95％、铬：17-20％、钼：2.5-3.0％、锰：0.5-0.8％、镍：0.3-0.6％、磷≤0.03％、硫≤0.03％，余量为铁和不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
可选地，所述渗钒剂由以下质量百分比含量的成分组成：硼砂：75-81％、三氧化二钒：7-11％、五氧化二钒：3-6％、氟化钠：3-6％和还原剂：4-8％。
可选地，所述还原剂包括：铝粉、硅粉和碳化硼中的一种或多种。
可选地，所述渗钒盐溶液的温度为900-920℃。
可选地，所述不锈钢基体在所述渗钒盐浴中的保温时间为12-15h。
可选地，所述回火处理的温度为200-220℃。
可选地，所述回火处理的保温时间为3-5h。
可选地，所述发动机材料的表面硬度大于2250HV0.05。
本申请还提供一种发动机材料，所述发动机材料通过上述方法制得；所述发动机材料包括：不锈钢基体，所述不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼，所述不锈钢基体表面具有碳化钒层。
本申请还提供一种发动机，所述发动机为使用上述材料的发动机，所述发动机为燃料发动机。
本申请还提供一种车辆，所述车辆为使用上述材料或上述发动机的车辆。
本申请公开了一种发动机材料制备方法，通过提供渗钒剂，将所述渗钒剂加入坩埚中加热，形成渗钒盐溶液；进而提供不锈钢基体，将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中并保温，其中，所述不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼；进而将保温后的不锈钢基体取出，经回火处理后进行清洗，制得发动机材料。通过在不锈钢基体添加2.5-3.0wt.％的钼，能够在发动机材料表面形成稳定的钝化膜，进而防止发动机材料受到腐蚀介质的侵蚀，提升材料对甲醇的耐腐蚀性能；进而通过渗钒盐溶液对不锈钢基体进行表面处理，使钒能够大量渗入不锈钢基体表面；钒元素自身与碳的结合力强，会形成及其稳定的碳化钒层结构，进而钒能够与钼相互融合，在材料表面形成致密的稳定结构，有效抑制氧的进入，不仅能达到抑制腐蚀的目的，还能提高发动机材料的表面硬度。
附图说明
图1为本申请实施例方案涉及的发动机材料制备方法的流程示意图；
图2为应用本申请实施例1-3的发动机材料所制备的喷油器的喷油次数与泄漏量关系图；
图3为应用本申请实施例1和对比例1的发动机材料所制备的喷油器的喷油次数与泄漏量关系图；
图4为应用本申请对比例1的发动机材料所制备的发动机的运行时间与流量变化率关系图；
图5为应用本申请实施例1的发动机材料所制备的发动机的运行时间与流量变化率关系图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例第一方面提供一种发动机材料制备方法，参照图1，发动机材料制备方法包括：
步骤S10，提供渗钒剂，将所述渗钒剂加入坩埚中加热，形成渗钒盐溶液；
提供一种渗钒剂，将渗钒剂加入坩埚中加热，以使渗钒剂溶化形成渗钒盐溶液。
可选地，所述渗钒剂由以下质量百分比含量的成分组成：硼砂：75-81％、三氧化二钒：7-11％、五氧化二钒：3-6％、氟化钠：3-6％和还原剂：4-8％。
优选的，所述渗钒剂由以下质量百分比含量的成分组成：硼砂：76％、三氧化二钒：9％、五氧化二钒：4％、氟化钠：5％和还原剂：6％。
可选地，所述还原剂包括：铝粉、硅粉和碳化硼中的一种或多种。
可选地，渗钒剂加入坩埚中加热的温度为900-920℃。
在本实施例中，氟化钠能够作为一种活性剂，通过与三氧化二钒和五氧化二钒颗粒表面的反应产物反应，清洁还原剂颗粒表面，使还原剂保持较高的活性，钒、碳的催渗作用更加明显，进而促进钒能够有效渗入不锈钢基体中；而渗钒剂中同时使用三氧化二钒和五氧化二钒，可以提升钒原子的活性，与不锈钢基体的结合效果更好，同时使得碳化钒层的空间组织结构更加紧密、排列更加规则化，进而有效的提升了不锈钢基材的表面硬度。
步骤S20，提供不锈钢基体，将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中并保温，其中，所述不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼；
提供一种不锈钢基体，其中，不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼；进而将不锈钢基体放入渗钒盐溶液中并保温预设时长。
可选地，所述不锈钢基体由以下质量百分含量的成分组成：碳：0.85-0.95％、铬：17-20％、钼：2.5-3.0％、锰：0.5-0.8％、镍：0.3-0.6％、磷≤0.03％、硫≤0.03％，余量为铁和不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
在本实施例中，不锈钢基体的碳含量在0.85-0.95％，既能满足发动机材料的硬度要求，又最大程度的降低了发动机材料的腐蚀趋势；不锈钢基体的铬含量在17-20％，在控制发动机材料成本的基础上，最大限度的提升发动机材料的耐腐蚀性；不锈钢基体的钼含量在2.5-3.0％，能够通过钼元素形成稳定的钝化膜，防止发动机材料受到腐蚀介质的侵蚀，提升材料对甲醇的耐腐蚀性能，并一定程度上提高发动机材料的硬度和耐磨性。
可选地，所述渗钒盐溶液的温度为900-920℃，以使不锈钢基体在900-920℃温度下进行盐浴渗钒。
可选地，所述不锈钢基体在所述渗钒盐浴中的保温时间为12-15h。
在本实施例中，不锈钢基体在所述渗钒盐浴中的保温时间至少长达12h，能有效促进不锈钢基体表面钒与钼的融合。
在一可行实施方式中，在步骤S20，提供不锈钢基体的步骤之前，还包括：
步骤S21，根据所述不锈钢基体的成分以及质量百分含量配置原料，并将所述原料熔炼成钢水；
根据不锈钢基体的成分以及各成分的质量百分含量配置原料，包括：碳：0.85-0.95％、铬：17-20％、钼：2.5-3.0％、锰：0.5-0.8％、镍：0.3-0.6％、磷≤0.03％、硫≤0.03％，余量为铁和不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；进而将熔炼成钢水。
步骤S22，将所述钢水经真空冶炼、浇注、轧制成原钢，并将所述原钢加工成型，制得所述不锈钢基体。
将钢水经真空冶炼、浇注、轧制成原钢，并根据需求，将原钢加工成型，制得不锈钢基体；不锈钢基体可以根据应用需求，加工成适应形状，例如，加工成燃料发动机中的喷油器阀座，得到喷油器阀座基体，进而将喷油器阀座基体放入所述渗钒盐溶液中并保温，并将保温后的不锈钢基体取出，经回火处理后进行清洗，制得喷油器阀座材料。
步骤S30，将保温后的不锈钢基体取出，经回火处理后进行清洗，制得发动机材料。
将保温后的不锈钢基体取出，并经回火处理后通过含酸沸水进行清洗以去除未脱落的残盐，制得发动机材料；所述含酸沸水可以为加有缓蚀剂的沸腾的5％硫酸溶液。
可选地，所述回火处理的温度为200-220℃。
可选地，所述回火处理的保温时间为3-5h。
可选地，所述发动机材料的表面硬度大于2250HV0.05，而常规的发动机材料9Cr18(高碳高铬马氏体不锈钢)的表面硬度约为60HRC。
在本实施例中，通过提供渗钒剂，将所述渗钒剂加入坩埚中加热，形成渗钒盐溶液；进而提供不锈钢基体，将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中并保温，其中，所述不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼；进而将保温后的不锈钢基体取出，经回火处理后进行清洗，制得发动机材料。通过在不锈钢基体添加2.5-3.0wt.％的钼，能够在发动机材料表面形成稳定的钝化膜，进而防止发动机材料受到腐蚀介质的侵蚀，提升材料对甲醇的耐腐蚀性能；进而通过渗钒盐溶液对不锈钢基体进行表面处理，使钒能够大量渗入不锈钢基体表面；钒元素自身与碳的结合力强，会形成及其稳定的碳化钒层结构，进而钒能够与钼相互融合，在材料表面形成致密的稳定结构，有效抑制氧的进入，不仅能达到抑制腐蚀的目的，还能提高发动机材料的表面硬度。
为使本申请上述实施例细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本申请实施例的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1
提供渗钒剂，所述渗钒剂由以下质量百分比含量的成分组成：硼砂：76％、三氧化二钒：9％、五氧化二钒：4％、氟化钠：5％和碳化硼：6％；将所述渗钒剂加入坩埚中加热至910℃，形成渗钒盐溶液；
提供不锈钢基体，所述不锈钢基体由以下质量百分含量的成分组成：碳：0.91％、铬：18.2％、钼：2.6％、锰：0.6％、镍：0.5％、磷：0.01％、硫：0.01％，余量为铁和不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中在910℃温度下保温12h；
将保温后的不锈钢基体取出，在210℃下，保温时长3h进行回火处理，而后进行清洗，制得发动机材料；进而使用发动机材料制备喷油器阀座。
实施例2
提供渗钒剂，所述渗钒剂由以下质量百分比含量的成分组成：硼砂：80％、三氧化二钒：7％、五氧化二钒：4％、氟化钠：5％和碳化硼：4％；将所述渗钒剂加入坩埚中加热至920℃，形成渗钒盐溶液；
提供不锈钢基体，所述不锈钢基体由以下质量百分含量的成分组成：碳：0.95％、铬：20％、钼：3.0％、锰：0.5％、镍：0.6％、磷：0.02％、硫：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中在920℃温度下保温15h；
将保温后的不锈钢基体取出，在220℃下，保温时长5h进行回火处理，而后进行清洗，制得发动机材料；进而使用发动机材料制备喷油器阀座。
实施例3
提供渗钒剂，所述渗钒剂由以下质量百分比含量的成分组成：硼砂：75％、三氧化二钒：11％、五氧化二钒：3％、氟化钠：5％和碳化硼：6％；将所述渗钒剂加入坩埚中加热至900℃，形成渗钒盐溶液；
提供不锈钢基体，所述不锈钢基体由以下质量百分含量的成分组成：碳：0.85％、铬：18％、钼：2.5％、锰：0.5％、镍：0.6％、磷：0.03％、硫：0.03％，余量为铁和不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中在900℃温度下保温12h；
将保温后的不锈钢基体取出，在200℃下，保温时长5h进行回火处理，而后进行清洗，制得发动机材料；进而使用发动机材料制备喷油器阀座。
对比例1
使用商用的9Cr18(高碳高铬马氏体不锈钢)作为发动机材料，制备喷油器阀座。
进一步的，为了验证本申请实施例的进步性，对各实施例和对比例进行了如下性能测试：
1.喷油器单体测试：
1.1应用实施例1-3中所制备的喷油器阀座制备喷油器，其中，实施例1对应喷油器编号1，实施例2对应喷油器编号2，实施例3对应喷油器编号3；在喷油器喷射频率：200Hz，喷油器开启脉宽：2.5ms，喷油器喷射压力：0.4MPa，测试介质：纯甲醇(无添加剂)的工况条件下进行6亿次喷油器喷射测试，以0.3mL/min作为喷油量限值，并记录喷油量，结果参照图2所示。
参照图2可知，实施例1-3中所制备的喷油器阀座所制备的喷油器，在6亿次的喷射测试中，泄漏量均低于0.25mL/min，符合喷油器泄漏量在0.3mL/min以内的标准，均有较好的耐腐蚀性。
1.2应用实施例1和对比例1中所制备的喷油器阀座分别制备8支喷油器，其中，对比例1对应喷油器编号1-8，实施例1对应喷油器编号9-16；在喷油器喷射频率：200Hz，喷油器开启脉宽：2.5ms，喷油器喷射压力：0.4MPa，测试介质：纯甲醇(无添加剂)的工况条件下进行6亿次喷油器喷射测试，并记录喷油量，结果参照图3所示。
参照图3可知，应用对比例1中材料制备的喷油器均在第2亿次喷油测试时，泄漏量超过3mL/min，喷油测试不合格；而应用实施例1中材料制备的喷油器，在6亿次的喷射测试中，泄漏量均低于0.3mL/min，符合喷油器泄漏量在0.3mL/min以内的标准，具有较好的耐腐蚀性。
2.台架耐久测试：
2.1应用对比例1中所制备的喷油器阀座制备喷油器，包括第一至第四喷油器，并分别安装于燃料发动机上，进行800h台架耐久测试，结果如图4所示。
参照图4可知，在第200h时，第一至第四喷油器的流量变化率均超过6％，喷油器全部泄露失效。
2.2应用实施例1中所制备的喷油器阀座制备喷油器，包括第五至第八喷油器，并分别安装于燃料发动机上，进行800h台架耐久测试，结果如图5所示。
参照图5可知，第一至第四喷油器的流量变化率，在800h内均低于4％，满足测试要求，具有较好的耐腐蚀性。
3.表面硬度测试：
对实施例1-3中制备的发动机材料进行表面硬度测试，结果如下表1所示：
表1
| 测试组 | 表面硬度/HV0.05 |
| 实施例1 | 2253 |
| 实施例2 | 2251 |
| 实施例3 | 2252 |
根据表1中的表面硬度测试结果可知，本申请实施例1-3中制备的发动机材料表面硬度均大于2250HV0.05，有较高的表面硬度，这是通过渗钒盐溶液对不锈钢基体进行表面处理，使钒能够大量渗入不锈钢基体表面；钒元素自身与碳的结合力强，会形成及其稳定的碳化钒层结构，进而钒能够与钼相互融合，在材料表面形成致密的稳定结构，有效抑制氧的进入，不仅能达到抑制腐蚀的目的，还提高了发动机材料的表面硬度。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的专利保护范围。
Claims (12)
1.一种发动机材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供渗钒剂，将所述渗钒剂加入坩埚中加热，形成渗钒盐溶液；
提供不锈钢基体，将所述不锈钢基体放入所述渗钒盐溶液中并保温，其中，所述不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼；
将保温后的不锈钢基体取出，经回火处理后进行清洗，制得发动机材料。
2.如权利要求1所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述不锈钢基体由以下质量百分含量的成分组成：碳：0.85-0.95％、铬：17-20％、钼：2.5-3.0％、锰：0.5-0.8％、镍：0.3-0.6％、磷≤0.03％、硫≤0.03％，余量为铁和不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
3.如权利要求1所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述渗钒剂由以下质量百分比含量的成分组成：硼砂：75-81％、三氧化二钒：7-11％、五氧化二钒：3-6％、氟化钠：3-6％和还原剂：4-8％。
4.如权利要求3所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述还原剂包括：铝粉、硅粉和碳化硼中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述渗钒盐溶液的温度为900-920℃。
6.如权利要求1所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述不锈钢基体在所述渗钒盐浴中的保温时间为12-15h。
7.如权利要求1所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述回火处理的温度为200-220℃。
8.如权利要求1所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述回火处理的保温时间为3-5h。
9.如权利要求1所述的发动机材料制备方法，其特征在于，所述发动机材料的表面硬度大于2250HV0.05。
10.一种发动机材料，其特征在于，所述发动机材料通过如权利要求1-9任一项所述方法制得；所述发动机材料包括：不锈钢基体，所述不锈钢基体中含有2.5-3.0wt.％钼，所述不锈钢基体表面具有碳化钒层。
11.使用如权利要求10所述材料的发动机，其特征在于，所述发动机为燃料发动机。
12.一种车辆，其特征在于，使用如权利要求10所述的材料或如权利要求11所述的发动机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310964178.7A CN116770219A (zh) | 2023-08-01 | 2023-08-01 | 发动机材料及其制备方法、发动机及其车辆 |
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2023
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