本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座及其制造方法，特別是涉及使用lpg、cng、氫等氣體燃料以及含有乙醇等的特殊燃料的內(nèi)燃機(jī)用閥座的耐磨損性的提高、徑向抗壓強(qiáng)度的提高。

背景技術(shù)：

1、閥座通常被壓入到內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋中，起到對燃燒氣體進(jìn)行密封和對閥進(jìn)行冷卻的作用。閥座被閥敲打，面臨滑動引起的磨損、燃燒氣體引起的加熱、燃燒產(chǎn)物引起的腐蝕等。因此，一直以來，對閥座要求耐熱性、耐磨損性優(yōu)異，且要求為了不磨損作為配合對象材料的閥而配合對象攻擊性低等。

2、針對這樣的要求，例如在專利文獻(xiàn)1中記載了“耐磨損性優(yōu)異的內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座”。在專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)中，使基質(zhì)相為硬質(zhì)的單相組織，所述單相組織為析出10μm以下的微細(xì)碳化物的具有550hv以上的硬度的微細(xì)碳化物析出相。而且，制成具有如下組織的鐵基燒結(jié)合金制閥座：在該基質(zhì)相中，分散有以面積率計(jì)為20～40％的具有650～1200hv的硬度的硬質(zhì)粒子，在硬質(zhì)粒子的周圍形成有以面積率計(jì)為0.5～5％的擴(kuò)散相，或者進(jìn)一步分散有以面積率計(jì)為5％以下的固體潤滑劑粒子。由此，在作為嚴(yán)酷的磨損環(huán)境的使用氣體燃料等特殊燃料的環(huán)境下的內(nèi)燃機(jī)中，即使使用高表面硬度閥，閥座的磨損也少，可實(shí)現(xiàn)耐磨損性優(yōu)異的閥與閥座的組合。

3、另外，在專利文獻(xiàn)2中記載了鐵基燒結(jié)合金制閥座。專利文獻(xiàn)2所記載的閥座是具有閥落座側(cè)部和蓋落座側(cè)部被一體燒結(jié)而成的雙層結(jié)構(gòu)的閥座。使閥落座側(cè)部由鐵基燒結(jié)合金材料構(gòu)成，該鐵基燒結(jié)合金材料具有以體積率計(jì)為10～25％的氣孔率和6.1～7.1g/cm3的燒結(jié)后密度，且在基質(zhì)相中分散有硬質(zhì)粒子。硬質(zhì)粒子是由選自c、cr、mo、co、si、ni、s、fe中的1種或2種以上元素構(gòu)成的粒子，以5～40％的面積率分散在基質(zhì)相中。包含基質(zhì)相和硬質(zhì)粒子的基質(zhì)部的組成具有以質(zhì)量％計(jì)合計(jì)含有10.0～40.0％的選自ni：2.0～23.0％、cr：0.4～15.0％、mo：3.0～15.0％、cu：0.2～3.0％、co：3.0～15.0％、v：0.1～0.5％、mn：0.1～0.5％、w：0.2～6.0％、c：0.8～2.0％、si：0.1～1.0％、s：0.1～1.0％中的1種或2種以上，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成。需說明的是，在專利文獻(xiàn)2中，作為上述硬質(zhì)粒子，例示了cr-mo-co系金屬間化合物粒子、ni-cr-mo-co系金屬間化合物粒子、fe-mo合金粒子、fe-ni-mo-s系合金粒子、fe-mo-si系合金粒子。

4、另外，在專利文獻(xiàn)3中提出了鐵基燒結(jié)合金制閥座。專利文獻(xiàn)3所記載的鐵基燒結(jié)合金制閥座是這樣的鐵基燒結(jié)合金制閥座，其在基質(zhì)相中分散有硬質(zhì)粒子，整體組成具有以質(zhì)量％計(jì)包含cr：5.0～20.0％、si：0.4～2.0％、ni：2.0～6.0％、mo：5.0～25.0％、w：0.1～5.0％、v：0.5～5.0％、nb：1.0％以下、c：0.5～1.5％，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成。在專利文獻(xiàn)3所記載的鐵基燒結(jié)合金制閥座中，作為硬質(zhì)粒子，優(yōu)選使用以質(zhì)量％計(jì)包含mo：40.0～70.0％、si：0.4～2.0％、c：0.1％以下，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的fe-mo-si合金粒子。

5、另外，在專利文獻(xiàn)4中提出了硬質(zhì)粒子分散型鐵基燒結(jié)合金。專利文獻(xiàn)4所記載的硬質(zhì)粒子分散型鐵基燒結(jié)合金是在以重量百分率計(jì)包含si：0.4～2％、ni：2～12％、mo：3～12％、cr：0.5～5％、v：0.6～4％、nb：0.1～3％、c：0.5～2％和余量為fe的基質(zhì)中，以合金整體為基準(zhǔn)分散3～20％的硬質(zhì)粒子并燒結(jié)而成的鐵基燒結(jié)合金。分散的硬質(zhì)粒子是包含mo：60～70％、b：0.3～1％、c：0.1％以下，且包含余量的fe的硬質(zhì)粒子。若將b添加到鉬鐵系硬質(zhì)粒子中，則b提高鉬鐵的潤濕性，防止硬質(zhì)粒子從基質(zhì)上脫落，提高基質(zhì)與硬質(zhì)粒子之間的粘附性，并且可提高燒結(jié)合金的熱強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度。

6、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

7、專利文獻(xiàn)

8、專利文獻(xiàn)1：日本特許第6736227號公報(bào)，

9、專利文獻(xiàn)2：日本特開2004-232088號公報(bào)，

10、專利文獻(xiàn)3：日本特開2015-178650號公報(bào)，

11、專利文獻(xiàn)4：日本特開2005-325436號公報(bào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明所要解決的課題

2、在專利文獻(xiàn)1、2所記載的閥座中，為了有助于提高基質(zhì)相的高溫強(qiáng)度和韌性或提高耐磨損性，優(yōu)選使基質(zhì)相或硬質(zhì)粒子中含有大量的co。

3、然而，專利文獻(xiàn)1、2所記載的鐵基燒結(jié)合金制閥座存在徑向抗壓強(qiáng)度低，向汽缸蓋壓入時(shí)易產(chǎn)生裂紋，以及與閥接觸時(shí)粒子易脫落，耐磨損性降低等問題。另外，專利文獻(xiàn)1、2所記載的鐵基燒結(jié)合金制閥座還存在楊氏模量低而易變形、密封性降低、燃燒氣體泄漏的問題。

4、另外，在專利文獻(xiàn)3、4所記載的技術(shù)中，由于分散的鐵基硬質(zhì)粒子不含co，因此與以往的co基硬質(zhì)粒子相比，易產(chǎn)生裂紋、碎裂。因此，發(fā)現(xiàn)存在硬質(zhì)粒子從基質(zhì)相脫落，特別是在近年來嚴(yán)酷的閥座使用環(huán)境下，無法確保所期望的耐磨損性的問題。

5、本發(fā)明的目的在于提供即使在近年來嚴(yán)酷的閥座使用環(huán)境下，不僅耐磨損性優(yōu)異，而且徑向抗壓強(qiáng)度也優(yōu)異的內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座。需說明的是，這里所說的“徑向抗壓強(qiáng)度優(yōu)異”是指根據(jù)jis?z?2507的規(guī)定得到的徑向抗壓強(qiáng)度為490mpa以上的情況。

6、解決課題的手段

7、本發(fā)明人為了實(shí)現(xiàn)上述目的，首先，對影響徑向抗壓強(qiáng)度的各種因素進(jìn)行了深入研究。其結(jié)果，得到了這樣的見解：低“徑向抗壓強(qiáng)度”是由使用的鐵系粉末的壓縮性低引起的。在這種情況下，在使用的鐵系粉末中，碳化物在粉末中已經(jīng)析出，粉末粒子的硬度升高，在壓粉成型時(shí)，粉末粒子的塑性變形(壓縮)變得不充分，因此，認(rèn)為也難以促進(jìn)燒結(jié)處理時(shí)的元素?cái)U(kuò)散，結(jié)果粒子間結(jié)合力降低。因此，在本發(fā)明中，為了在壓粉成型時(shí)可進(jìn)行充分的壓粉成型而可對粉末粒子附加充分的塑性變形，想到了使用碳量低的鐵系粉末作為用于形成基質(zhì)相的鐵系粉末。但是，若過度減少鐵系粉末的碳量，則碳化物量變少，燒結(jié)體的耐磨損性降低。因此，考慮到增加石墨粉末配合量，以使燒結(jié)體的碳量不降低，同時(shí)為了增加碳化物量，使用增加了碳化物形成元素量的鐵系粉末。由此發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)體中的微細(xì)碳化物的析出量比以往顯著增加，耐磨損性、徑向抗壓強(qiáng)度顯著提高。

8、另外，在本發(fā)明中，發(fā)現(xiàn)通過使基質(zhì)中含有適當(dāng)量的ni或進(jìn)一步含有co，顯著地促進(jìn)燒結(jié)的進(jìn)行，且耐磨損性也不降低，徑向抗壓強(qiáng)度提高。

9、本發(fā)明是基于上述見解，進(jìn)一步加以研究而完成的。即，本發(fā)明的主旨如下。

10、[1]內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座，其是壓入到內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋中的閥座，其特征在于，

11、該閥座具有由功能部件側(cè)層構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，

12、所述功能部件側(cè)層具有由微細(xì)碳化物析出相構(gòu)成的基質(zhì)相以及以面積率計(jì)在該基質(zhì)相中分散有5.0～30.0％的高合金相和10.0～40.0％的硬質(zhì)粒子，進(jìn)一步分散有0～4.0％的固體潤滑劑粒子而成的組織，

13、所述硬質(zhì)粒子是以維氏硬度計(jì)具有600～1200hv的硬度，且以質(zhì)量％計(jì)，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo系co基金屬間化合物粒子，或具有包含si：1.5～2.5％、cr：24.0～26.0％、mo：23.0～26.0％、ni：9.5～11.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo-ni系co基金屬間化合物粒子，

14、包含所述基質(zhì)相、所述硬質(zhì)粒子和所述固體潤滑劑粒子的基質(zhì)部由鐵基燒結(jié)合金材料構(gòu)成，所述鐵基燒結(jié)合金材料具有以質(zhì)量％計(jì)包含c：0.50～2.80％，進(jìn)一步含有選自si：1.80％以下、mn：2.50％以下、cr：3.00～11.00％、mo：3.00～17.00％、ni：1.00～8.50％、co：5.00～30.00％、v：0.50～4.00％、w：4.00～10.00％中的1種或2種以上以及s：0～2.00％，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的基質(zhì)部組成，

15、所述閥座的密度為6.6～7.4g/cm3。

16、[2]內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座，其是壓入到內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋中的閥座，其特征在于，

17、該閥座具有將功能部件側(cè)層和支撐部件側(cè)層一體燒結(jié)而成的雙層結(jié)構(gòu)，

18、所述功能部件側(cè)層具有由微細(xì)碳化物析出相構(gòu)成的基質(zhì)相以及以面積率計(jì)在該基質(zhì)相中分散有5.0～30.0％的高合金相和10.0～40.0％的硬質(zhì)粒子，進(jìn)一步分散有0～4.0％的固體潤滑劑粒子而成的組織，

19、所述硬質(zhì)粒子是以維氏硬度計(jì)具有600～1200hv的硬度，且以質(zhì)量％計(jì)，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo系co基金屬間化合物粒子，或具有包含si：1.5～2.5％、cr：24.0～26.0％、mo：23.0～26.0％、ni：9.5～11.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo-ni系co基金屬間化合物粒子，

20、包含所述基質(zhì)相、所述硬質(zhì)粒子和所述固體潤滑劑粒子的基質(zhì)部具有以質(zhì)量％計(jì)包含c：0.50～2.80％，進(jìn)一步含有選自si：1.80％以下、mn：2.50％以下、cr：3.00～11.00％、mo：3.00～17.00％、ni：1.00～8.50％、co：5.00～30.00％、v：0.50～4.00％、w：4.00～10.00％中的1種或2種以上以及s：0～2.00％，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的基質(zhì)部組成，

21、所述支撐部件側(cè)層由鐵基燒結(jié)合金材料構(gòu)成，所述鐵基燒結(jié)合金材料具有：由珠光體構(gòu)成的基質(zhì)相，在該基質(zhì)相中分散有以面積率計(jì)0～4.0％的固體潤滑劑粒子和0～5.0％的硬度改善粒子而成的組織，以及包含所述基質(zhì)相、所述固體潤滑劑粒子和所述硬度改善粒子的基質(zhì)部以質(zhì)量％計(jì)包含c：0.30～2.00％，進(jìn)一步含有ni：0～2.00％、mo：0～2.00％、cu：0～5.00％、mn：0～5.00％和s：0～2.00％，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，

22、所述閥座的密度為6.7～7.4g/cm3。

23、[3]根據(jù)[1]或[2]所述的內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座，其特征在于，所述微細(xì)碳化物析出相是析出粒徑為10μm以下的微細(xì)碳化物，以維氏硬度計(jì)具有450～650hv的硬度的相。

24、[4]根據(jù)[1]～[3]中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座，其特征在于，所述固體潤滑劑粒子為選自硫化錳mns、二硫化鉬mos2中的1種或2種。

25、[5]根據(jù)[2]～[4]中任一項(xiàng)所述的鐵基燒結(jié)合金制閥座，其特征在于，所述硬度改善粒子為鐵-鉬合金粒子。

26、[6]根據(jù)[1]～[5]中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座，其特征在于，在所述鐵基燒結(jié)合金材料的孔隙中浸滲有熱固性樹脂或厭氧性樹脂。

27、[7]鐵基燒結(jié)合金制閥座的制造方法，其是根據(jù)[1]所述的單層結(jié)構(gòu)的鐵基燒結(jié)合金制閥座的制造方法，其特征在于，

28、在配合規(guī)定量的鐵系粉末、石墨粉末、合金元素粉末和硬質(zhì)粒子粉末，或者進(jìn)一步配合規(guī)定量的固體潤滑劑粉末，并進(jìn)行混合、混煉，制成混合粉后，

29、將所述混合粉填充到規(guī)定形狀的模具中實(shí)施沖壓加工而制成壓粉體，接著，

30、在保護(hù)氣氛中對所述壓粉體實(shí)施燒結(jié)處理而制成燒結(jié)體后，實(shí)施切削加工，或者進(jìn)一步實(shí)施磨削加工，制造規(guī)定形狀的閥座時(shí)，

31、使所述鐵系粉末為具有以質(zhì)量％計(jì)含有c：0.2～0.8％、si：1.0％以下、mn：1.0％以下、cr：7.0％以下、mo：7.0％以下、v：5.0％以下、w：12.0％以下，或者進(jìn)一步含有co：12.0％以下，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，且以維氏硬度計(jì)具有170～280hv的粒子硬度的鐵系粉末，配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)40.0～70.0％的該鐵系粉末，

32、使所述硬質(zhì)粒子粉末為以維氏硬度計(jì)具有600～1200hv的硬度，且以質(zhì)量％計(jì)，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo系co基金屬間化合物粒子，或具有包含si：1.5～2.5％、cr：24.0～26.0％、mo：23.0～26.0％、ni：9.5～11.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo-ni系co基金屬間化合物粒子，配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)10.0～40.0％的該硬質(zhì)粒子粉末，

33、配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)0.5～2.0％的所述石墨粉末，

34、配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)合計(jì)0～7.0％的所述合金元素粉末，進(jìn)一步配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)0～4.0％的所述固體潤滑劑粉末，

35、以使所述壓粉體的密度達(dá)到密度：6.6/cm3以上的方式實(shí)施所述沖壓加工，

36、使所述燒結(jié)處理為在燒結(jié)溫度：1100～1200℃下進(jìn)行的處理，得到所述燒結(jié)體。

37、[8]鐵基燒結(jié)合金制閥座的制造方法，其是根據(jù)[2]所述的雙層結(jié)構(gòu)的鐵基燒結(jié)合金制閥座的制造方法，其特征在于，

38、在配合規(guī)定量的鐵系粉末、石墨粉末、合金元素粉末和硬質(zhì)粒子粉末，或者進(jìn)一步配合規(guī)定量的固體潤滑劑粉末，并進(jìn)行混合、混煉，制成功能部件側(cè)層用混合粉，

39、配合規(guī)定量的鐵系粉末和石墨粉末，或者進(jìn)一步配合規(guī)定量的合金元素粉末、硬度改善粒子和固體潤滑劑粉末，并進(jìn)行混合、混煉，制成支撐部件側(cè)層用混合粉，

40、將所述功能部件側(cè)層用混合粉和所述支撐部件側(cè)層用混合粉依次填充到規(guī)定形狀的模具中，實(shí)施沖壓加工而制成壓粉體，接著，在保護(hù)氣氛中對所述壓粉體實(shí)施燒結(jié)處理，制成將功能部件側(cè)層和支撐部件側(cè)層一體燒結(jié)而成的雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)體后，實(shí)施切削加工，或者進(jìn)一步實(shí)施磨削加工，制造規(guī)定形狀的雙層結(jié)構(gòu)的閥座時(shí)，

41、在所述功能部件側(cè)層用混合粉中，使所述鐵系粉末為具有以質(zhì)量％計(jì)含有c：0.2～0.8％、si：1.0％以下、mn：1.0％以下、cr：7.0％以下、mo：7.0％以下、v：5.0％以下、w：12.0％以下，或者進(jìn)一步含有co：12.0％以下，且余量由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，且以維氏硬度計(jì)具有170～280hv的粒子硬度的鐵系粉末，配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)40.0～70.0％的該鐵系粉末，

42、使所述硬質(zhì)粒子粉末為以維氏硬度計(jì)具有600～1200hv的硬度，且以質(zhì)量％計(jì)，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo系co基金屬間化合物粒子，或具有包含si：1.5～2.5％、cr：24.0～26.0％、mo：23.0～26.0％、ni：9.5～11.0％，且余量由co和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的si-cr-mo-ni系co基金屬間化合物粒子，配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)10～40％的該硬質(zhì)粒子粉末，

43、配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)0.5～2.0％的所述石墨粉末，配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)合計(jì)0～7.0％的所述合金元素粉末，進(jìn)一步配合以相對于所述混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)0～4.0％的所述固體潤滑劑粒子粉末，

44、在所述支撐部件側(cè)層用混合粉中，使所述鐵系粉末為純鐵粉，配合以相對于所述支撐部件側(cè)層用混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)0.5～2.0％的所述石墨粉末，配合以相對于所述支撐部件側(cè)層用混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)合計(jì)0～5.0％的所述合金元素粉末，使所述硬度改善粒子粉末為鐵-鉬合金粒子粉末，配合以相對于所述支撐部件側(cè)層用混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)0～5.0％的該硬度改善粒子粉末，配合以相對于所述支撐部件側(cè)層用混合粉總量的質(zhì)量％計(jì)0～4.0％的所述固體潤滑劑粉末，

45、以使所述壓粉體的密度達(dá)到密度：6.6g/cm3以上的方式實(shí)施所述所述沖壓加工，

46、使所述燒結(jié)處理為在燒結(jié)溫度：1100～1200℃下進(jìn)行的處理，

47、制成所述雙層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)體。

48、[9]根據(jù)[7]或[8]所述的鐵基燒結(jié)合金制閥座的制造方法，其特征在于，在所述燒結(jié)處理后進(jìn)一步實(shí)施浸滲熱固性樹脂或厭氧性樹脂的樹脂浸滲處理。

49、發(fā)明的效果

50、根據(jù)本發(fā)明，可制造不僅耐磨損性優(yōu)異，而且徑向抗壓強(qiáng)度也優(yōu)異的內(nèi)燃機(jī)用鐵基燒結(jié)合金制閥座，在產(chǎn)業(yè)上發(fā)揮顯著的效果。