本技術(shù)涉及汽車，具體而言，涉及一種清潔燃料發(fā)動機氣門座圈及其制備方法、發(fā)動機和汽車。

背景技術(shù)：

1、發(fā)動機是汽車的心臟，發(fā)動機性能是汽車性能優(yōu)劣的關(guān)鍵影響因素之一。其中，密封技術(shù)是評價發(fā)動機可靠性的一個重要指標，直接影響到發(fā)動機的運行情況。清潔燃料發(fā)動機氣門座圈作為關(guān)鍵密封類零部件，對發(fā)動機整機的密封可靠性影響很大。原因在于：甲醇燃燒后產(chǎn)物很干凈，不像普通汽油燃燒不完全會產(chǎn)生積碳附著在氣門座圈密封面上，從而對氣門落座過程產(chǎn)生緩沖作用。此外，由于清潔燃料本身具有一定腐蝕性，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中易加劇氣門座圈的磨損，使用常規(guī)氣門座圈無法抵抗氣門的沖擊，密封失效。

2、隨著清潔燃料發(fā)動機的推廣應(yīng)用，對氣門座圈合金材料的耐磨性和耐腐蝕性要求都相應(yīng)提高，同時對氣門座圈的密封可靠性提出了更高的要求。目前氣門座圈合金材料常規(guī)設(shè)計是以fe粉為基礎(chǔ)，并增加mn、ni、si和s等金屬粉末，依次通過模具壓制成型、燒結(jié)滲銅、深冷后回火、切削和浸油處理，制備得到氣門座圈。但該氣門座圈被安裝在清潔燃料發(fā)動機進行長時間使用后，容易出現(xiàn)異常磨損、偏磨漏氣等密封失效問題，降低了氣門座圈的密封可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種清潔燃料發(fā)動機氣門座圈及其制備方法、發(fā)動機和汽車，能夠提高氣門座圈的耐磨性，保證氣門座圈的密封可靠性。

2、具體地，本技術(shù)是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、本技術(shù)一方面提供了一種清潔燃料發(fā)動機氣門座圈，其中清潔燃料包括但不限于甲醇、乙醇和氫氣中的至少一種。清潔燃料發(fā)動機氣門座圈包括如下重量百分比的化學成分：

4、c：0.65~1.15%、co：25~28%、mo：8~12%、cr：1.7~3.5%、w：0.2~0.6%、v：0.05~0.3%、mn：0.1~0.6%、s：0.1~0.7%、si：0.7%~1.4%、sn：0.6~1.3%、雜質(zhì)＜5%、余量為fe，且不包括cu。

5、清潔燃料是指不排放污染物、能夠直接用于生產(chǎn)生活的燃料。以乙醇燃料（e100）為例，乙醇經(jīng)過燃燒過程生成的氧化物較少，由于發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中大部分情況是氣門座圈和氣門直接接觸，在這種狀態(tài)下氣門座圈主要呈現(xiàn)敲擊磨損和粘結(jié)磨損兩種形態(tài)。其中，解決敲擊磨損是首要問題，而解決敲擊磨損最有效的措施就是增加硬質(zhì)粒子，即增加耐磨性重金屬。雖然添加耐磨性貴金屬可以提高合金材料的耐磨性，但是經(jīng)申請人研究發(fā)現(xiàn)，耐磨性重金屬的占比一般不能超過合金材料總量的45％，一旦超過，合金材料整體的粘合性會很差，導(dǎo)致機械性能大大下降。

6、由重金屬元素和非金屬元素形成的合金粉末在加熱初期溫度未達到912℃之前，碳溶解在鐵粉的α?-?fe（體心立方結(jié)構(gòu)）中的間隙固溶體叫做鐵素體，而隨著溫度的升高，鐵粉的α?-?fe（體心立方結(jié)構(gòu)）會轉(zhuǎn)變?yōu)棣?-?fe（面心立方結(jié)構(gòu)）形成奧氏體。其中，重金屬元素co可以無限固溶于γ?-?fe，在α?-?fe中的溶解度為76%左右，因此將co作為硬質(zhì)合金的粘合劑，含co的高溫合金在?900～1000℃下仍有很高的強度和抗蠕變性能。重金屬元素mo由于具有高密度、高強度、高熔點、較高的高溫強度和高溫硬度、熱膨脹系數(shù)小以及化學性能穩(wěn)定、抗腐蝕性強、機械加工性好等優(yōu)良的力學性能和其它物理性能，也常常作為耐磨重金屬被添加到合金材料中。

7、上述方案通過以co和mo這兩種重金屬作為主要成分，限定co和mo這兩種重金屬成分的含量總和不超過總含量的40%，且不少于總含量的33%，并將氣門座圈中除鐵之外的所有重金屬成分的含量總和限定在不超過總含量的45%，能夠產(chǎn)生較大的鈷基-耐磨合金相，從而提高氣門座圈的耐磨性，保證氣門座圈的密封可靠性。

8、需要說明的是，上述“重金屬”是指密度大于?4.5g/cm3?的金屬元素。此外，本文中各化學成分的含量既包括含量范圍的端點值，也包括含量范圍的中間值。例如，c的含量范圍為0.65~1.15%，具體可以為0.65%、0.7%、0.82%、0.96%、1.15%，但不僅限于此。

9、在一個實施例中，清潔燃料發(fā)動機氣門座圈包括如下重量百分比的化學成分：

10、c：0.65~1.15%、co：26.5-27.5%、mo：9.5~10.5%、cr：3~3.5%、w：0.4~0.6%、v：0.1~0.2%、mn：0.4~0.6%、s：0.1~0.7%、si：0.7%~1.4%、sn：0.6~1.3%、雜質(zhì)＜5%、余量為fe，且不包括cu。

11、示例性地，氣門座圈包括進氣門座圈和排氣門座圈，進氣門座圈和排氣門座圈中的至少一者具有上述重量百分比的化學成分。

12、在一個實施例中，所述氣門座圈由鈷基合金金相組織、珠光體金相組織和孔隙構(gòu)成；

13、所述鈷基合金金相組織的體積百分數(shù)為35~40%，所述孔隙的體積百分數(shù)為5~10%，余量為所述珠光體金相組織。

14、本文中各組織的體積百分數(shù)既包括體積百分數(shù)范圍的端點值，也包括體積百分數(shù)范圍的中間值。例如，鈷基合金金相組織的體積百分數(shù)為35~40%，具體可以為35%、36.5%、38%、39.5%、40%，但不僅限于此。

15、本技術(shù)另一方面還提供了一種清潔燃料發(fā)動機氣門座圈的制備方法，包括：

16、將合金粉末壓制成型后進行一次燒結(jié)不滲銅處理以得到坯體，然后將所述坯體復(fù)壓整形后得到預(yù)制體，再將所述預(yù)制體進行后處理得到氣門座圈。

17、傳統(tǒng)氣門座圈的制備工藝通過滲銅處理操作向合金中加入銅元素，雖然可以有效降低合金材料內(nèi)部的孔隙率，但是會降低氣門座圈的硬度。本技術(shù)為了滿足氣門座圈具有超長耐磨性而取消滲銅工藝，但不滲銅處理形成的金相組織中的孔隙由于無法被填充，會導(dǎo)致氣門座圈的密度下降。因此本技術(shù)增加復(fù)壓整形工藝，可以使氣門座圈的內(nèi)部組織更加質(zhì)密，使表面孔隙率大大減小，滿足氣門座圈的密度和壓潰強度要求。

18、此外，傳統(tǒng)氣門座圈的制備工藝通過深冷后回火處理來改變氣門座圈的金相組織，且可以消除材料內(nèi)部應(yīng)力，而本技術(shù)提供的上述材料配比在首次燒結(jié)后就可以得到特定的鈷基合金金相組織和珠光體金相組織，因此可以取消深冷后回火處理，避免因深冷處理后的回火處理參數(shù)控制不當，導(dǎo)致殘余應(yīng)力消除不均勻，而影響氣門座圈的耐磨可靠性。

19、在一個實施例中，在所述坯體復(fù)壓整形后，還進行二次燒結(jié)不滲銅處理以得到所述預(yù)制體；所述二次燒結(jié)不滲銅處理的溫度低于所述一次燒結(jié)不滲銅處理的溫度。

20、本技術(shù)通過增加二次燒結(jié)工藝，并控制二次燒結(jié)不滲銅處理的溫度低于所述一次燒結(jié)不滲銅處理的溫度，既消除了復(fù)壓整形后材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，又可以達到材料內(nèi)部的晶粒細化、組織均勻化的作用，且可以進一步提高氣門座圈的壓潰強度和耐磨性。

21、在一個實施例中，所述一次燒結(jié)不滲銅處理的溫度為1100~1120℃，所述二次燒結(jié)不滲銅處理的溫度為990~1020℃。由此，可以確保合金材料能夠形成鈷基-耐磨合金相和和珠光體金相組織。

22、本文中各工藝的溫度既包括溫度范圍的端點值，也包括溫度范圍的中間值。例如，一次燒結(jié)不滲銅處理的溫度為1100~1120℃，具體可以為1100℃、1105℃、1110℃、1118℃、1120℃，但不僅限于此。

23、在一個實施例中，所述一次燒結(jié)不滲銅處理的時間為270~300min，所述二次燒結(jié)不滲銅處理的時間為210~240min。

24、本文中各工藝的時間既包括時間范圍的端點值，也包括時間范圍的中間值。例如，一次燒結(jié)不滲銅處理的時間為270~300min，具體可以為270min、275min、280min、285min、300min，但不僅限于此。

25、在一個實施例中，所述復(fù)壓整形的壓力大于所述壓制成型的壓力。由此，可以保證復(fù)壓整形后，得到更加致密的氣門座圈，以減少孔隙率。

26、在一個實施例中，所述復(fù)壓整形的壓力為150~160t，所述壓制成型的壓力為50~60t。

27、本文中各工藝的壓力既包括壓力范圍的端點值，也包括壓力范圍的中間值。例如，復(fù)壓整形的壓力為150~160t，具體可以為150t、152t、155t、158t、160t，但不僅限于此。

28、在一個實施例中，所述坯體經(jīng)過所述復(fù)壓整形后的壓實密度為7.5~8.3g/cm3。

29、本文中各成型工件的壓實密度既包括壓實密度范圍的端點值，也包括壓實密度范圍的中間值。例如，坯體經(jīng)過所述復(fù)壓整形后的壓實密度為7.5~8.3g/cm3，具體可以為7.5g/cm3、7.7g/cm3、7.9g/cm3、8.0g/cm3、8.3g/cm3，但不僅限于此。

30、本技術(shù)再一方面提供了一種發(fā)動機，包括上述任一所述的清潔燃料發(fā)動機氣門座圈或上述任一所述的清潔燃料發(fā)動機氣門座圈的制備方法制備得到的清潔燃料發(fā)動機氣門座圈。

31、本技術(shù)另一方面還提供了一種汽車，包括上述所述的發(fā)動機。

32、本技術(shù)提供的技術(shù)方案可以達到以下有益效果：

33、本技術(shù)提供了一種清潔燃料發(fā)動機氣門座圈及其制備方法、發(fā)動機和汽車，通過以co和mo這兩種重金屬作為主要成分，限定co和mo這兩種重金屬成分的含量總和不超過總含量的40%，且不少于總含量的33%，并將氣門座圈中除鐵之外的所有重金屬成分的含量總和限定在不超過總含量的45%，能夠產(chǎn)生較大的鈷基-耐磨合金相，從而提高氣門座圈的耐磨性，保證氣門座圈的密封可靠性。