[发明专利]一种含稀土粉末冶金天然气发动机气门导管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含稀土粉末冶金天然气发动机气门导管，由以下化学原料按照如下质量百分比制成：碳0.8‑1.5%、铬1.7‑4.5%、铜1.5‑3.0%、铝3.0‑4.5%、钴1.0‑1.5%、镍1.0‑1.5%、锰2.0‑4.0%、钨0.5‑1.2%、稀土元素0.1‑0.3%，余量为铁，制造时加入合金粉末质量0.5‑1.2％的硬脂酸锌。经过混合、压制、多段温区烧结、数控机床精加工、精磨外圆、浸油处理后，所得的天然气发动机气门导管具有高的硬度、强度、耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性等优良性能，可在950℃以下正常工作，完全可以满足天然气发动机在高温、干摩擦和含硫气氛等服役环境中的工况要求。

技术领域

本发明涉及发动机关键零部件的粉末冶金制造技术领域，尤其涉及一种含稀土粉末冶金天然气发动机气门导管及其制备方法。

背景技术

近年来，人们常用的不可再生石油资源日见枯竭。同时，使用石油燃料时排放的大量氮、氧和硫化物等有害气体，恶化了人类的生存污染环境、加重了地球温室效应。为此，压缩天然气(Condensation Natural Gas，CNG)、液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)和液化石油气(Liquefied Petroleum Gas，LPG)等优质气体燃料作为石油的代用燃料突颖而出，其具有排放污染小、运行费用低、安全性能高、社会效益好等优点，逐渐受到人们的重视。目前，这类清洁燃料的发展十分迅速，已广泛应用于汽车、船舶和飞行器的发动机。

气门导管是发动机气门的导向装置，除了对气门有导向作用外，还能够将气门杆上的热量传递给汽缸盖，达到散热的目的。当发动机工作温度升高时，气门导管要承受高温摩擦磨损，其内孔及气门顶杆将产生一定程度的变形，使气门顶杆在气门导管中滑动的阻力增大，从而影响了发动机的正常工作。同时，气门导管在发动机运行过程中，会受到气门的侧向力、缸盖热负荷以及气道内部高温废气的影响，极易造成偏磨，这一现象在天然气发动机中尤为明显。气门导管的偏磨会引发一系列问题，如致使气门座圈偏磨、气门折断，进而会影响燃气的供给、点火系统的正常工作，以及天然气发动机的可靠性。

与柴油发动机相比，天然气发动机的燃烧速度较慢，废气温度很高。由于其没有燃料油的润滑成分，气门导管易产生摩擦阻力大、磨损严重、热负荷大、排气温度高等问题，传统材质和结构的气门导管等难以满足天然气发动机的使用要求。同时，含有较高含量的氧、硫天然气在高温下会发生氧化和硫化，导致气门导管产生腐蚀破坏，进而降低其机械性能和使用寿命。因此，天然气发动机的工况条件比汽油和柴油机更加恶劣，能满足汽油和柴油机使用性能要求的气门导管在天然气发动机上却磨损十分严重，不能胜任正常的服役条件。所以，在服役时，气门导管不仅要承受高温冲击，同时还遭受到废气的腐蚀，产生磨耗、变形、烧损、甚至断裂失效。通常，气门与气门导管的使用寿命与可靠性在很大程度上决定了发动机的工作性能、服役寿命与输出功率。

综上所述，使用天然气发动机后，由于燃料性质等的改变，气门导管的工况条件显著恶化，能适应天然气(CNG、LNG、LPG)和油气混合燃料的新型发动机气门导管的开发迫在眉睫。

发明专利1(申请公布号CN107099754A)公开了一种天然气发动机气门导管材料，含石墨0.5-1.2％，铜1.0-4.0％，二硫化钼0.2-3.0％，氟化钙0.2-3.0％，硫化锰0.2-1.0％，铝青铜1-10％，余量为铬铁粉。以此材料通过粉末冶金工艺制得的气门导管，符合国V排放标准的天然气发动机工况需求，具有耐高温、耐磨、自润滑、易切削加工等性能，可以满足工作温度在500℃以下的天然气发动机使用，替代进口产品，降低装机成本。

发明专利2(授权公告号CN102102161B)提供了一种烧结气门导管及其制造方法，化学组成包含P0.07-0.525％、Cu3.0-10.0％、C1.0-3.0％，以及余量为Fe和不可避免的杂质。微观组织由珠光体、Fe-P-C三元共晶相、铁素体相、铜相及气孔，以及在混合组织中分散有以质量比计2-15％的硬质相构成。