论文总字数：22128字

摘 要

自船舶问世以来，其在航运以及军事领域都占据着极为重要的地位。排气阀座作为船舶柴油机上一个重要的零件, 与气门共同配合控制废气的排出，其性能的好坏也直接影响柴油机的功率和经济性。

本文主要研究表面技术在柴油机排气阀座上的应用，根据排气阀座的材料、工况阐述了柴油机排气阀座的主要失效机理，并对采用马氏体耐热气阀钢40Cr10Si2Mo制备的柴油机排气阀座的制造方法以及表面技术进行分析。本文主要通过对4065型排气阀座的技术要求进行分析，制定了排气阀座制造工艺路线，并且为了提高排气阀座的防腐耐磨性能，制定了以下涂层工艺：在工作锥面上等离子堆焊Co-Cr-W系硬质合金，在内孔表面超音速火焰喷涂镍铬钼系高温合金材料。

研究表明，柴油机排气阀座的主要失效形式为微动磨损、腐蚀磨损、磨料磨损、粘着磨损、高温腐蚀和穴蚀；在排气阀座工作锥面上等离子堆焊Co-Cr-W系硬质合金，采用车削加工的方式使其厚度与精度达到技术要求，并对排气阀座内径表面采用超音速火焰喷涂镍铬钼系高温合金材料，能有效提高排气阀座的使用性能与寿命。

关键字：排气阀座；涂层技术；等离子弧堆焊；超音速火焰喷涂

Abstract

The ship came into being in the shipping and occupies a very important position in the military field. As an important part of marine diesel engine, the exhaust valve seat cooperates with the valve to control the exhaust gas emission, and its performance directly affects the power and economy of diesel engine.

This paper mainly studies the application of surface technology on diesel engine exhaust valve seat, describes the main failure mechanism of diesel engine exhaust valve seat according to the material and working condition of exhaust valve seat, and designs the manufacturing method and surface technology of diesel engine exhaust valve seat prepared by martensite heat-resistant gas valve steel 40Cr10Si2Mo. Based on the analysis of the technical requirements of the 4065 exhaust valve seat, the manufacturing process of the exhaust valve seat has been established. In order to improve the corrosion and wear resistance of the exhaust valve seat, the following coating processes have been developed: plasma surfacing of Co-Cr-W cemented carbide on the working cone, supersonic flame spraying of Ni-Cr-Mo alloy on the inner hole surface.

The results show that the main failure modes of diesel exhaust valve seat are fretting wear, corrosion wear, abrasive wear, adhesive wear, high temperature corrosion and pitting corrosion; the Co-Cr-W cemented carbide is deposited on the working cone of exhaust valve seat by plasma surfacing, and the thickness and precision of the cemented carbide are achieved by turning, and the inner diameter surface of exhaust valve seat is sprayed with nickel chromium molybdenum by supersonic flame It is made of high temperature alloy material, which can effectively improve the service performance and service life of exhaust valve seat.

Key words: exhaust valve seat; coating technology; plasma arc surfacing; supersonic flame spraying

目录

第一章 引言 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状综述 1

1.2.1 国外研究现状综述 1

1.2.2国内研究现状综述 2

1.3 主要研究内容 2

第二章 船舶柴油机排气阀座失效机理分析 4

2.1柴油机排气阀座工况分析 4

2.2 柴油机排气阀座材料分析 4

2.2.1马氏体型气阀钢 4

2.2.2奥氏体型气阀钢 5

2.3 柴油机排气阀座结构分析 5

2.4 排气阀座的主要失效形式 5

2.4.1磨损 5

2.4.2腐蚀 6

2.4.3 排气阀座失效主要人为因素 6

2.5本章小结 6

第三章 船舶柴油机排气阀座制造工艺制定 8

3.1排气阀座基体材料确定 8

3.2 排气阀座的尺寸分析 8

3.2.1尺寸和位置精度分析 8

3.2.2表面精度 9

3.3制造工艺路线制定 10

3.4本章小结 10

第四章 排气阀座防腐耐磨涂层设计 12

4.1工作锥面防腐耐磨涂层设计 12

4.1.1工作锥面技术要求 12

4.1.2工作锥面涂层制备方式 12

4.1.3工作锥面堆焊材料分析 13

4.2内孔表面防腐耐磨涂层设计 14

4.2.1工作锥面技术要求 14

4.2.2内径表面涂层制备方式 14

4.2.3内孔表面涂层材料分析 15

4.3本章小结 15

第五章 气阀座涂层制备工艺的制定 17

5.1排气阀座工作锥面堆焊工艺的制定 17

5.1.1工作锥面堆焊工艺过程 17

5.1.2工作锥面堆焊工艺参数 17

5.2排气阀座内孔表明喷涂工艺的制定 19

5.2.1内孔表面喷涂工艺过程 19

5.2.2内径表面涂层制备工艺参数 19

5.3本章小结 20

第六章 排气阀座涂层加工方法及参数的选择 21

6.1工作锥面堆焊层的加工方法 21

6.1.1工作锥面堆焊层的加工工艺分析 21

6.1.2工作锥面堆焊层的加工刀具选择 21

6.2工作锥面堆焊层的加工参数选择 22

6.3本章小结 23

第七章 结论 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 引言

1.1 研究目的及意义

排气阀座作为船舶柴油机上一个重要部件,与船舶运行的安全与性能息息相关。为降低柴油机排气阀座的磨损与腐蚀，除了选择良好的材料，还需采用表面技术提高其表面力学性能和耐腐蚀性能。因此研究柴油机排气阀座的设计制造中对于表面技术的运用不仅可以提高船舶柴油机的使用性能与安全性，使其更好的为人类与社会创造价值；同时还能够从技术方面解决如何将表面技术更好的运用于排气阀座，从根本上解决了减少排气阀磨损腐蚀以及需要频繁替换的高成本两大问题，从而提升提高船舶柴油机的实用性与经济性。

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 国外研究现状综述

M.Jalali Azizpourv等人研究了颗粒温度对高速氧燃料(HVOF)热喷涂WC-12Co涂层孔隙率、腐蚀和磨损行为的影响，粒子的温度是用喷雾观察诊断系统测量的。用扫描电子显微镜(SEM)、图像分析和x射线衍射(XRD)对粉末和涂层进行了检测。通过电位-动态极化试验，对腐蚀电位和腐蚀电流密度进行了评价。结果表明，涂层表面的热流对孔隙率有一定的影响。此外，较高的颗粒温度可以获得更多的非晶相，最终获得更高的耐腐蚀性^[1]。

Ram Subbiah选取了具有显式性能的Al8Si20BN陶瓷粉末，采用高速氧燃料(HVOF)和等离子喷涂方法对铝合金进行喷涂。两种涂料具有相同的粘结剂，具有相同的粘结率。利用扫描电子显微镜、x射线衍射仪和针盘磨损试验机对涂层进行了表征。通过每个圆盘5、10、15、20N的引脚载荷对其磨损行为进行验证，比较两种方法的结果。结果表明，在相同的负载状态下，采用HVOF涂层的模型比采用等离子涂层的模型更耐久^[2]。

Archana Shriram Hajare等人对高压喷涂碳化钨和碳化铬涂层进行了研究。利用扫描电子显微镜、图像分析仪、x射线衍射仪、能量色散谱仪和针盘磨损试验机对两种采取同样的粘结剂比例的涂料进行了力学和结构表征。结果表明，在不同的载荷和室温下，碳化钨涂层的磨损率明显低于碳化铬涂层，热导率和涂层材料的孔隙率对磨损率有显著影响^[3]。

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