技术领域
[0001] 本
发明涉及
镀层技术领域，尤其涉及一种气门表面强化处理方法。
背景技术
[0002] 气门是
汽车发动机的重要零部件，其工作时需要承受较高的机械负荷和热负荷。尤其是排气门刚刚开启时,
气缸内的压
力比较高,而气门的开度还很小,高温燃气以很高的速度(可达600m/s),经气门和气门座之间的缝隙吹出,使气门受到强烈地高温和
腐蚀。
[0003] 随着发动机制造方法的发展，对气门材质提出了更高的要求。为了强化气门的使用性能,有些发动机的进气门改用:耐热不锈
钢(4Cr9Si2或4Cr10Si2Mo)。气门材质的变更，使杆部“强化”的问题随之而来。目前气门表面强化处理方式主要为表面氮化和
电镀铬两种不同的途径。
[0004] 其中，盐浴氮化层在
表面处理时，由于在一定
温度下进行氮化，其高温产生一定的内
应力，形成显微裂纹，其显微裂纹会影响产品的使用寿命。镀铬在较低温度下进行电镀，其不产生内应力，具有完整致密的镀层，镀层呈现白亮层。缺点是镀铬层的
耐磨性不如氮化层，以及镀铬层与基体材料的结合力远远不如氮化。
发明内容
[0005] 为了克服
现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种气门表面强化处理方法，其能解决气门氮化后形成显微裂纹以及镀铬层与基体材料的结合力低的问题。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0007] 一种气门表面强化处理方法，包括以下步骤：
[0008] S1：将气门放置在
脱脂清洗液中进行20-30分钟的除油脱脂，其中，所述脱脂清洗液的液温为80℃-85℃；
[0009] S2：将气门放置在清
水中进行第一次清洗，并判断气门表面是否
覆盖成一层连续的水膜，若是，则执行S3，若否，则执行S1；
[0010] S3：将气门放置在预热炉中预热10-30分钟；
[0011] S4：将气门放置在氮化盐浴内氮化处理10-45分钟，以使得气门表面生成氮化层，再将气门盘部端面和凹坑的盐浴清理干净；
[0012] S5：将气门放置在
氧化盐浴内氧化处理10-30分钟，以清理气门上的氰根离子与氰酸根离子；
[0013] S6：将气门放置在除油溶液中，并通入直流
电流进行20-60秒的
电解除油，其中，除油溶液中的除油粉和水的配比为(60-250)g/1L，所述除油溶液的液温为10℃-40℃；
[0014] S7：将气门放置在50℃-100℃电镀铬溶液中进行5-60秒的电镀铬处理，其中，电流
密度60-300A/dm2，计算单支气门镀铬面积和电镀电流的公示如下：
[0015] S＝(3.14dL)/10000；
[0016] I＝Dk S；
[0017] S8：将气门放置在350℃-600℃的
热处理炉内进行扩散
退火。
[0018] 优选的，所述S1中的脱脂清洗液中的脱脂剂和水的配比为(10-40)kg/1000kg。
[0019] 优选的，所述S3中的预热炉的温度为320℃-380℃，以提高气门进入氮化的温度。
[0020] 优选的，所述S4中的氮化温度保持在为520℃-650℃。
[0021] 优选的，所述S5中的氧化温度为400℃-500℃，以使得气门表面形成氧化
铁膜。
[0022] 优选的，所述S6中的直流电流与气门支数成正比，其比例系数为2-10。
[0023] 优选的，所述S7由以下步骤实现:
[0024] S7.1：将气门放置在清水中进行第二次清洗，并判断气门表面是否覆盖成一层连续的水膜，若是，则执行S7.2，若否，则执行S6；
[0025] S7.2：在气门盘部上套装防镀套，以隔绝气门盘部与电镀铬溶液的
接触；
[0026] S7.3：将气门放置在50℃-100℃电镀铬溶液中进行5-60秒的电镀铬处理，其中，电流密度60-300A/dm2，计算单支气门镀铬面积和电镀电流的公示如下：
[0027] S＝(3.14dL)/10000；
[0028] I＝Dk S。
[0029] 优选的，所述S7与S8之间还包括清洗步骤，所述清洗步骤由以下步骤实现：
[0030] S74.1：将气门放置在除油溶液中进行20-60秒的电解除油，其中，除油溶液中的除油粉和水的配比为(60-250)g/1L，所述除油溶液的液温为10℃-40℃，以清除气门上残留的电镀铬溶液；
[0031] S74.2：将气门放置在清水中进行第四次清洗，并判断气门表面是否覆盖成一层连续的水膜，若是，则执行S71.2，若否，则执行S8。
[0032] 优选的，所述S8中气门在热处理炉内进行扩散退火的时间为2-4小时。
[0033] 优选的，还包括镀铬层
附着力验证步骤，所述镀铬层附着力验证步骤由以下步骤实现：将气门杆部折弯至45°，并判断镀层在气门杆部的过程中是否出现剥落现象，若否，则完成镀铬，若是，则执行S6。
[0034] 相比现有技术，本发明的有益效果在于：先将气门整体氮化处理，使得气门表面形成一层氮化层，从而提高了镀铬层与基体材料的结合力，再对气门进行电镀铬，通过镀铬层填充弥补了氮化产生的微裂纹，并且在退火方法中，生成Cr和N化合物，将微裂纹中Cr和N的机械结合变为化学结合，减弱了氮化层的微裂纹影响。
附图说明
[0035] 图1为本发明中的气门表面强化处理方法的
流程图。
[0036] 图2为本发明中的气门的结构示意图。
[0037] 图3为本发明中的防镀套的结构示意图。
[0038] 图中：1-气门；2-盘部；3-杆部。
具体实施方式
[0039] 以下结合附图对本发明的优选
实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0042] 下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
[0043] 本发明所述的一种气门表面强化处理方法，包括氮化步骤、电镀铬步骤、退火步骤和镀铬层附着力验证步骤，其中，在各个步骤中涉及的清洗和盐浴的工序所对应的液体均处于流动状态，所述电镀铬溶液包括铬酐CrO3、
硫酸和三价铬离子，所述预热炉和热处理炉均表示为一种加热装置，但不限于加热炉或加热箱等加热装置。
[0044] 如图1-3所示，一种气门表面强化处理方法，包括以下步骤：
[0045] S1：将气门1放置在脱脂清洗液中进行20-30分钟的除油脱脂，其中，所述脱脂清洗液的液温为80℃-85℃；
[0046] 具体的，气门1表面的油脂会影响气门1在氮化盐浴中的氮化处理，所以在本实施例中，将气门1装载在吊篮中，平稳地放进液温为80℃-85℃的脱脂清洗液中清洗20-30分钟，优选的，脱脂清洗液中的脱脂剂和水的配比为(10-40)kg/1000kg。清洗过程中，通过往脱脂清洗液中持续通入气体等手段，令到脱脂清洗液处于流动的状态，以使得气门1周边的脱脂清洗液的浓度维持在最佳水平以及提高脱脂的效率。
[0047] S2：将气门1放置在清水中进行第一次清洗，并判断气门1表面是否覆盖成一层连续的水膜，若是，则执行S3，若否，则执行S1；
[0048] 具体的，除油脱脂完成后，再将气门1放进清水中，在本实施例中，采用多次上下振动的方式对气门1进行清洗或者用
超声波清洗仪器进行清洗。清洗过程中，通过持续往清水中通入气体等手段，令到清水处于流动的状态，以提高清洗的效果。清洗后，将气门1吊起采用滴水法观察气门1表面被水湿润的程度，若气门1表面覆盖成一层连续的水膜，则表示气门除油干净，可以进入下一步骤，若气门1表面的水聚集成水滴，则表示气门1除油不干净，需要重新进行除油脱脂。
[0049] S3：将气门1放置在预热炉中预热10-30分钟；
[0050] 具体的，将清洗干净的气门1放置在预热炉中加热10-30分钟，在本实施例中，预热炉的温度为320℃-380℃，以提高气门1进入氮化的温度，避免气门1在高温的盐浴中因温差大而发生溅射现象，在预热过程中。还需保持炉内气体流动均匀，使得气门能够受热均匀。
[0051] S4：将气门1放置在氮化盐浴内氮化处理10-45分钟，以使得气门表面生成氮化层，再将气门1盘部2端面和凹坑的盐浴清理干净；
[0052] 具体的，将预热完的气门1放进氮化盐浴内进行氮化处理10-45分钟，优选的，氮化温度为520℃-650℃，在本实施例中，通过持续往氮化盐浴中通入0.3MPa压缩空气等手段，令到氮化盐浴处于流动的状态，再将气门1放进氮化盐浴内进行氮化处理，气门1表面开始生成Fe，Cr，C，N等氮化物层，由于氮化盐浴处于流动的状态，所以气门1周边的氮化盐浴的浓度不会随着氮化时间而降低，所以气门1表面的离子始终顺着浓度梯度渗入气门1中，直至饱和状态，从而使得气门1的表面得到充分的氮化，再采用压缩空气吹洗气门表面，以使得气门1盘部2端面和凹坑保持干净。
[0053] S5：将气门1放置在氧化盐浴内氧化处理10-30分钟，以清理气门1上的氰根离子与氰酸根离子；
[0054] 具体的，由于氮化盐浴中含有丰富的C和N，故气门1在氮化过程中，气门1的表面有一定概率会生成有毒的氰根离子与氰酸根离子，所以气门1从氮化盐浴中出来后，气门1的表面带有一定量的氰根离子与氰酸根离子。在本实施例中，将从氮化处理完成的气门1放置到氧化盐浴内氧化处理10-30分钟，优选的，氧化温度为400℃-500℃，使得氰根离子与氰酸根离子被氧化分解，从而在气门1表面生成主要成分为Fe3O4、少量Fe2O3和FeO的氧化膜，提供气门1的耐磨性以及彻底达到无公害的效果。
[0055] S6：将气门1放置在除油溶液中，并通入直流电流进行20-60秒的电解除油，其中，除油溶液中的除油粉和水的配比为(60-250)g/1L，所述除油溶液的液温为10℃-40℃；
[0056] 具体的，当气门1静置至冷却在常温后，先采用清水对气门1进行初步清洗，再将气门1放置在除油溶液中，并通入直流电流进行20-60秒的电解除油，其中，除油溶液中的除油粉和水的配比为(60-250)g/1L，所述除油溶液的液温为10℃-40℃，优选的，所述除油粉采用
碳酸钠、
磷酸三钠、氢氧化钠，按照5:3:5的配比进行配置，所述直流电流与气门1支数成正比，其比例系数为2-10，即1支气门1需要通入2-10A的直流电流，10支气门1则需要通入20-100A的直流电流。
[0057] S7.1：将气门1放置在清水中进行第二次清洗，并判断气门1表面是否覆盖成一层连续的水膜，若是，则执行S7.2，若否，则执行S6；
[0058] 具体的，气门1表面的油脂会影响镀铬层正常附着在气门1的氮化层上，所以在本实施例中，除油脱脂完成后，再将气门1放进清水中，采用
超声波仪器对气门1进行清洗。清洗过程中，通过持续往清水中通入气体等手段，令到清水处于流动的状态，以提高清洗的效果。清洗后，将气门1吊起采用滴水法观察气门表面被水湿润的程度，若气门1表面覆盖成一层连续的水膜，则表示气门1除油干净，可以进入下一步骤，若气门1表面的水聚集成水滴，则表示气门除油不干净，需要重新进行除油脱脂。
[0059] S7.2：在气门1盘部2上套装防镀套，以隔绝气门1盘部2与电镀铬溶液的接触；
[0060] 具体的，由于气门1的杆部3要求耐磨，所以气门1的杆部3需要进行镀铬，而气门1的盘部2则要求承受足够大的冲击力，而镀铬层具有一定的脆性，所以在本实施例中，对每只气门1的盘部2上套装防镀套，优选的，所述防镀套为聚四氯乙烯材料，以隔绝气门1的盘部2在电镀铬步骤与电镀铬溶液的接触，其中放镀层的孔径比气门1的杆径大0.3-1mm，若防镀套孔径过小，会安装困难，若防镀套孔径过大，会造成电镀液渗入防镀区域，造成镀层边沿不平整，甚至镀层长度不均匀以及超出要求长度等情况。
[0061] S7.3：将气门1放置在50℃-100℃电镀铬溶液中进行5-60秒的电镀铬处理，其中，电流密度60-300A/dm2，计算单支气门镀铬面积和电镀电流的公示如下：
[0062] S＝(3.14dL)/10000；
[0063] I＝Dk S；
[0064] 式中：S：单支气门镀铬面积，dm2；
[0065] d：气门杆部直径，mm；
[0066] L：气门镀铬长度，mm
[0067] Dk：电流密度，A/dm2；
[0068] I：单支气门电镀电流，A。
[0069] 具体的，将套装好防镀套的气门1放进50℃-100℃电镀铬溶液中进行5-60秒的电镀铬处理，在本实施例中，根据气门1的需要电镀的体积，按照60-300A/dm3的电流密度施加电流，其中电镀铬溶液中各成分的配比为铬酐CrO3120-350g/L、硫酸1-8g/L、三价铬2-15g/L和清水。
[0070] 在本实施例中，(1)单支气门镀铬面积：
[0071] S＝(3.14dL)/10000＝(3.14×8×90)/10000＝0.23dm2；
[0072] (2)电流密度
选定为200A/dm2，单支气门的电镀电流为：
[0073] I＝Dk S＝200×0.23＝46A；
[0074] (3)镀铬的电流效率一般为(13－16)％，暂以16％计算，则：
[0075] ηk＝16％；
[0076] (4)镀层厚度0.005－0.009mm，按中间值0.007mm计算，则：
[0077] δ＝7μm；
[0078] (5)计算电镀时间为：
[0079] t＝(60×7.1δ)/(0.324×100Dkηk)
[0080] ＝(60×7.1×7)/(0.324×100×200×16％)
[0081] ＝2.9(分钟)；
[0082] (6)由于电流效率为估值，所以在本实施例中，先用电镀时间2.5分钟，电镀电流46A/支，对若干气门进行试镀，然后测量杆部不同位置镀层厚度值，并计算镀层平均值(称为镀层试镀)。假设镀层厚度平均值为5.4μm。则在该工艺情况下实际的电流效率为：
[0083] ηk＝(60×7.1δ)/(0.324×100tDk)
[0084] ＝(60×7.1×5.4)/(0.324×100×2.5×200)
[0085] ＝14.2％；
[0086] (7)实际电镀时间应修正为：
[0087] t＝(60×7.1δ)/(0.324×100Dkηk)
[0088] ＝(60×7.1×7)/(0.324×100×200×14.2％)
[0089] ＝3.2(分钟)；
[0090] 则气门A的电镀工艺参数为：电镀电流46A，电镀时间3.2分钟。按照修正后的时间，重新进行电镀。电镀后全面检查气门外观、气门的镀铬控制长度、镀铬层厚度和镀铬后杆部直径。
[0091] S74.1：将气门1放置在除油溶液中进行20-60秒的电解除油，其中，除油溶液中的除油粉和水的配比为(60-250)g/1L，所述除油溶液的液温为10℃-40℃，以清除气门1上残留的电镀铬溶液；
[0092] 具体的，经过电镀铬处理之后，先采用清水对气门1进行初步清洗，再将气门1放置在除油溶液中，并通入直流电流进行20-60秒的电解除油，其中，除油溶液中的除油粉和水的配比为(60-250)g/1L，所述除油溶液的液温为10℃-40℃，优选的，所述直流电流与气门1支数成正比，其比例系数为2-10，即1支气门需要通入2-10A的直流电流，10支气门则需要通入20-100A的直流电流，在本实施例中，将气门表面的氮化层作为过渡层，其氮化层与基体形成(Fe、Cr和N)的化合物，而氮化层与镀铬层也能形成Cr，N化合物，能有效形成扩散过度层，增强结合力。
[0093] S74.2：将气门1放置在清水中进行第四次清洗，并判断气门1表面是否覆盖成一层连续的水膜，若是，则执行S71.2，若否，则执行S8；
[0094] 具体的，气门1表面的油脂会影响后续扩散退火处理的正常进行，所以在本实施例中，除油脱脂完成后，再将气门1放进清水中，采用超声波仪器对气门1进行清洗。清洗过程中，通过持续往清水中通入气体等手段，令到清水处于流动的状态，以提高清洗的效果。清洗后，将气门1吊起采用滴水法观察气门1表面被水湿润的程度，若气门1表面覆盖成一层连续的水膜，则表示气门1除油干净，可以进入下一步骤，若气门1表面的水聚集成水滴，则表示气门1除油不干净，需要重新进行除油脱脂。
[0095] S8：将气门1放置在350℃-600℃的热处理炉内进行扩散退火；
[0096] 具体的，将镀铬完成后的气门1放进350℃-600℃的热处理炉内进行扩散退火处理，以促使氮化产生的微裂纹中Cr和N的机械结合变为Cr、N化合物，减弱了氮化层的微裂纹影响，优选的，气门1在热处理炉内进行扩散退火的时间为2-4小时。
[0097] 在本实施例中，还包括镀铬层附着力验证步骤，所述镀铬层附着力验证步骤由以下步骤实现：将气门1杆部3折弯至45°，并判断镀层在气门1杆部3的过程中是否出现剥落现象，若否，则完成镀铬，若是，则执行S6。
[0098] 具体的，将表面镀有铬层的气门1杆部3沿某一方向逐步折弯至45°，折弯过程中，观察镀层的变化，若镀层不出现剥落现象，则可以开始对气门1进行批量的电镀铬，若镀层出现剥落现象，则认为电镀铬方法需要调整，即对方法中涉及的温度、电流和电镀时间进调整。
[0099] 对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明
权利要求的保护范围之内。
