[发明专利]粉末冶金法制成的部件

说明书

本发明涉及粉末冶金法制成的呈阀导向件或阀座环形式的部件，所述部件具有含有矿物固体润滑剂的基于铁的基质，所述基质的密度在理论密度的75％至90％之间，并且所述矿物固体润滑剂的熔点低于所述基质的烧结温度，并且所述部件的所述基质的剩余孔体积被所述固体润滑剂熔融渗透。

本发明涉及粉末冶金法制造的部件，所述部件在操作期间暴露于摩擦应力，其包含基质和含在所述基质中的固体润滑剂。优选地，这种烧结部件是阀座环，以及阀导向部件。

在内燃机中，阀座环的主要任务是与相应的阀结合，可靠且安全地密封燃烧室。即使在数百万次负载循环后，也必须保持和确保这种密封。因此，摩擦阀座环/阀系统的磨损必须保持在最低限度。

通常，阀座环现在是通过粉末冶金工艺制造的，因为这一方面允许接近净成形的生产，另一方面通过添加相关的组分可以很好地调整阀座环的性能。这些组分被添加到形成基质的基体金属或基体合金粉末中，并通过烧结工艺结合。为了提高耐磨性，例如添加了硬质相(金属间相或陶瓷相)。然而，由于产生更高的磨损应力，添加这种性质的硬质相可能导致更快的阀磨损。因此，为了减少阀座环/阀系统的总磨损，还添加固体润滑剂，例如MnS、MoS₂、CaF₂、BN(六角形)或WS₂。通过烧结，制成了由金属基质、硬质相和固体润滑剂组成的复合材料。然而，在该工艺中，几乎不可能添加超过约2重量％的固体润滑剂而不导致机械性能受损，因此对部件磨损行为的影响可以被认为是仅仅有限的。

与所有烧结体一样，粉末冶金法制造的阀座环以及阀导向件都有孔。为了提高材料的强度和导热性，众所周知的做法是用铜渗透金属烧结体中的这些孔。

因此，本发明的目的是进一步提高通过粉末冶金法制成的阀座环的耐磨性，特别是那些具有整合硬质相的阀座环，以及提高暴露于热应力的摩擦系统的其它粉末冶金法制成的烧结部件的耐磨性，例如阀导向部件。

该目的通过上面首先提到的那种粉末冶金法制造的部件来实现，其中固体润滑剂的熔点在基质的烧结温度内，而部件基质的孔体积被矿物固体润滑剂熔融渗透。

下文基于通过粉末冶金法制造的阀座环来描述本发明。然而，明确指出，这可以类似地通过暴露于摩擦应力的其它部件来实现，例如阀导向件。

本发明提出的粉末冶金法制成的阀座环包含常规的金属基质，例如具有低碳含量的基于低合金铁的合金。常规的聚集体可以烧结到该基质中，例如具有金属间相或陶瓷相的硬质相金属粉末和/或如下所述的基于高速钢的粉末、提高导热性的铜粉末和如上所述的固体润滑剂。该基质包含可用于渗透的孔体积，并且例如可以用常规方式用铜填充，以及如本发明所建议的，用矿物固体润滑剂填充。

本发明提出，本发明的烧结部件的至少一部分固体润滑剂渗透到部件基质的孔中。为此，固体润滑剂必须熔融，以便能够渗透到孔中。这意味着在部件的烧结温度下，固体润滑剂必须具有可流动的稠度。固体润滑剂的熔融温度必须等于或低于部件的烧结温度。

优选地，固体润滑剂的熔点在>300℃至1600℃的范围内，特别是在450℃至1300℃的范围内。烧结温度和熔融温度的密切协调是有利的，即固体润滑剂的熔点应该接近部件的烧结温度。如果使用的固体润滑剂的熔点比烧结温度低得多，那么在单独的步骤中通过再加热渗透到成品烧结部件中是合理的。

如本发明所要求的，固体润滑剂应理解为基于矿物的润滑剂，其中术语矿物表示金属盐或金属氧化物。特别是对于与基于烃的润滑剂接触的部件，这种盐和氧化物被认为是合适的，它们除了具有良好的润滑性能外，还表现出对烃的一定亲和力，即因此与它们相容。碱金属和碱土金属的一些化合物尤其如此，例如它们的氧化物、氟化物和氯化物。特别地，碱金属和碱土金属的氟化物和氯化物是优选的。在这种情况下，本发明提出的矿物固体润滑剂仅是碱金属和碱土金属的氧化物、氟化物和氯化物，特别是CaF₂和BaF₂的低共熔混合物，而不是常规的固体润滑剂，例如铜、铅、硫化锰或硫化钼。