本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，將予合金化粉末進(jìn)行壓制、燒結(jié)、機(jī)械加工和多弧離子鍍膜，制得汽車零部件的冶金領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氣門座是汽車發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的重要部件，它與氣門組成一對重要密封磨擦付，發(fā)動機(jī)工作時，氣門座受到氣門沖擊，高溫（530～870℃）燃燒氣體的沖刷、腐蝕、以及燃燒產(chǎn)物、空氣中灰塵的磨損，另外還受到熱冷應(yīng)力交替作用，它極易產(chǎn)生變形、燒損，甚至斷裂，因此不但要求氣門座材料耐磨、耐腐蝕、抗高溫，還要求一定徑向壓潰強(qiáng)度。

發(fā)動機(jī)氣門和氣門座處于嚴(yán)酷的熱力，化學(xué)和機(jī)械力狀況下工作，其承受著高應(yīng)力（發(fā)動機(jī)最高燃燒壓力可達(dá)20MPa）、高工作溫度（氣門頭低平面中心達(dá)870℃）和腐蝕環(huán)境（高溫燃?xì)馇治g、硫化、V2O5）腐蝕和氧化作用。

根據(jù)上述氣門座的工作環(huán)境，為保證其工作可靠性和使用壽命，在不同的工作環(huán)境和燃用不同燃料的情況下，必須盡快開發(fā)研究新材料和新工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多元多層納米膜粉末冶金氣門座及其制備方法，本發(fā)明大大提高了基材的表面顯微硬度，膜的致密度高，強(qiáng)度和耐磨性能好，且可大幅度延長使用壽命。

本發(fā)明的第一個目的是是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案：應(yīng)用多弧離子鍍（AIP）設(shè)備，將爐內(nèi)溫度限于小于300℃的工作條件下，采用《多弧離子鍍多層納米膜制備技術(shù)》，在氣門座表面生成由氮化鉻和氮化鈦相間層疊而成的多元多層納米膜（11-12層）形成的耐磨層。

本發(fā)明所應(yīng)用的多弧離子鍍（AIP）設(shè)備，為中科院力學(xué)所研制。該設(shè)備可制備單層膜（TiN、CrN）、復(fù)合膜（TiCr）N、（TiAI）N或多層膜（TiN-CrN），具有12個靶位，并采用計算機(jī)控制系統(tǒng)（PLC+I控機(jī)），轉(zhuǎn)速可平衡調(diào)節(jié)的工件轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，以及過濾陰極電弧工作方式，以保證涂層細(xì)密、均勻，將“多弧離子鍍多層納米膜制備技術(shù)”應(yīng)用到氣門座上，系物理氣相沉積技術(shù)：集電子物理、材料、真空控制技術(shù)于一體的高新技術(shù)。

本發(fā)明的第二個目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，多元多層納米膜粉末冶金氣門座的制備方法，包括以下步驟：

①首先選擇經(jīng)過高壓水霧化低合金粉末為基礎(chǔ)粉末，再添加合金粉，經(jīng)過混料機(jī)40-50分鐘混合均勻，在自動粉末成型機(jī)上進(jìn)行壓制成型；

②將壓制成型的氣門座生坯置入推桿式燒結(jié)爐，在氨分解氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1100-1500℃，燒結(jié)時間50-60分鐘；采用銅溶浸工藝，使燒結(jié)坯密度≥7.6g/㎝³，燒結(jié)坯硬度HRC≥35；所述燒結(jié)坯包括以下組分：C 0.8-1.2wt%，Cr 4.0-6.0wt%，Mo 5.0-7.0wt%，Ni 1.0-2.0wt%，Co 0.2-0.5wt%，Cu 12-30wt%，納米Fe 0.1-0.3wt%，余量為Fe；

③將經(jīng)過金屬切削加工氣門座燒結(jié)坯置入多弧離子鍍AIP設(shè)備進(jìn)行涂層處理，將爐內(nèi)溫度控制在100-300℃，陰極材料采用鈦、鉻、鈷或釩金屬，反應(yīng)氣體為氮氣和碳?xì)浠衔餁怏w，真空室接地作陽極，真空室內(nèi)采用真空弧光放電，在陰極材料表面產(chǎn)生多弧光輝點，使陰極材料蒸發(fā)，形成原子和離子；在電場作用下，原子和離子高速轟擊氣門座工作表面，與此同時，高真空室通入反應(yīng)氣體，即可在氣門座工作表面生成多元多層納米膜涂層。

優(yōu)選的，所述多元多層納米膜粉末冶金氣門座納米膜表面顯微硬度，即HV_（0.050）為1100-2500，納米膜總厚4-6um，納米膜共計11-12層，納米膜基結(jié)合力：≥30N。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）涂層TiN和CrN膜層交替生成（至少11層，也可以為雙數(shù)層），膜層總厚度可達(dá)4-6um,大大提高了基材的表面顯微硬度，其磨損量在各種溫度下，可遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)的磨損量。

（2）涂層結(jié)構(gòu)采用多元多層納米級薄膜層—層間及膜—基間有很高的結(jié)合力。

（3）設(shè)計多層納米級薄膜最外層為氮化鉻膜層。經(jīng)研究和實驗表明，其摩擦系數(shù)在低溫時略高于現(xiàn)有技術(shù)的摩擦系數(shù)，而在高溫下低于現(xiàn)有技術(shù)的摩擦系數(shù)，對于粉末冶金氣門座所處工況條件，具有十分重要意義。

（4）多弧離子鍍工作原理如下：有空室接地作陽極，弧電源是具有徒降伏—安特性的低電壓，大電流電源。在真空室內(nèi)采用真空弧光放電技術(shù)，在陰材料表面產(chǎn)生許多弧光輝點，使陰極材料蒸發(fā)，形成原子和離子。在電場作用下，原子和離子轟擊表面，與此同時高真空室通入反應(yīng)氣體，即可在工作表面生成性能優(yōu)良的涂層。陰極材料（也稱靶材）一般采用鈦、鉻、鋯、鈷、鋁、釩等金屬，通常反應(yīng)氣體為氮氣和碳?xì)浠衔餁怏w。多弧型離子沉積除具有離子沉積的特點外，還有其獨特之處。電弧蒸發(fā)無熔池的特點，靶可任意放在真空室內(nèi)任何位置，使其能量的粒子呈多方向運動，大大簡化了夾具，涂層的均勻性得到保證。入射粒子能量高，膜的致密度高，強(qiáng)度和耐磨性能好。工件與膜面有原子擴(kuò)散，因而膜的附著力高。離化率高，又高達(dá)80%以上。鍍膜速率高。

附圖說明

圖1是多弧離子鍍原理圖；

圖2是本發(fā)明制得的01號氣門座11層多層膜形貌圖；

圖3是本發(fā)明制得的02號氣門座11層多層膜形貌圖；

圖4是本發(fā)明制得的01號氣門座12層多層膜形貌圖；

圖5是本發(fā)明制得的02號氣門座12層多層膜形貌圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實施例：

一種多元多層納米膜粉末冶金氣門座，將爐內(nèi)溫度限于小于300℃的工作條件下，應(yīng)用多弧離子鍍設(shè)備，采用《多弧離子鍍多層納米膜制備技術(shù)》，在粉末冶金氣門座表面生成由氮化鉻、氮化鈦相間層疊而成的多元多層納米膜（11-12層）形成的耐磨層。多弧離子鍍設(shè)備工作原理見圖1。

（1）本發(fā)明專利產(chǎn)品經(jīng)揚州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督所檢測，技術(shù)指標(biāo)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/321081JQ19001和主品圖樣要求。

（2）本發(fā)明專利產(chǎn)品通過沈陽博龍汽車部件制造有限公司生產(chǎn)的4G6汽油發(fā)動機(jī)（額定轉(zhuǎn)速5000r/min，最大功率99KW）配套使用，通過500小時全速全負(fù)荷臺架試驗。

用戶意見如下：本發(fā)明專利技術(shù)生產(chǎn)的4G6粉末冶金氣門座在我公司已通過各項性能試驗，試驗認(rèn)可，性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，可以投入批量生產(chǎn)。

（3）本發(fā)明專利產(chǎn)品多元多層納米膜的形貌和厚度采用（日）S-450型掃描電子顯微鏡觀察多元多層納米膜的形貌。圖2-圖5是CrN –TiN- CrN多元多層納米膜的形貌圖，分為11層和12層二種，其中11層的多元多層納米膜存度為4-5.2μm，12層的多元多層納米膜存度為4-6μm。由圖2-5可見，膜層之間結(jié)合致密，涂層與基體間結(jié)合良好。采用X射線衍射儀測定多元多層納米膜的組成相。相分析結(jié)果表明：在氣門座生成多元多層納米膜，其表面層的組成相相同。

產(chǎn)品薄膜多層化及添加其它合金元素，其特點為具有優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度、表面硬度、耐磨性和抗高溫抗氧化性能。產(chǎn)品的主要用途：為汽車發(fā)動機(jī)（汽油機(jī)、柴油機(jī)）及摩托車、工程車發(fā)動機(jī)配套。與有技術(shù)產(chǎn)品相比，具有節(jié)能、環(huán)保等功能，且可大幅度延長使用壽命，是一種新型節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。