一种氢发动机用气阀锁夹及其制备方法和氢发动机、车辆与流程

本发明属于汽车零部件，涉及一种氢发动机用气阀锁夹及其制备方法和氢发动机、车辆。

背景技术：

1、在全球能源转型的大背景下，氢能凭借其来源广泛、能量密度高、燃烧产物为水等独特优势，在全球能源结构中占据日益重要的战略地位。氢发动机作为氢能应用的重要路径之一，能够以较低的改造成本实现交通运输和工业动力领域的快速脱碳。

2、传统发动机气阀锁夹作为紧固气阀的零件，既受气阀弹簧高频冲击力，又与气阀有轻微相对转动，工作温度约150℃，压力为1个大气压，无润滑。因此，为了满足气阀锁夹对强度、韧性和耐磨的要求，行业内常采用低碳钢材料，轧辊成型，然后进行渗碳、淬火和低温回火强化，最后抛光处理。现有气阀锁夹的表面硬度虽已达到较高水平，但在发动机台架试验中仍发现存在磨损问题。

3、而对氢发动机来说，气阀锁夹这种高强度零件在氢气环境下其氢脆敏感性显著上升，氢原子渗透进入基体会导致材料脆化，引发早期失效。

技术实现思路

1、为了解决氢发动机气阀锁夹氢脆的技术问题，本发明提供一种氢发动机用气阀锁夹及其制备方法和氢发动机、车辆。

2、本发明提供的技术方案具体如下：

3、第一方面，本发明提供一种氢发动机用气阀锁夹，包括气阀锁夹本体及在其厚度方向上从内至外依次设置的第一镀层、第二镀层和第三镀层，其中：

4、所述第一镀层的材料包括cr；

5、所述第二镀层的材料包括cr、c及ti；

6、所述第三镀层的材料包括钛掺杂的类金刚石；

7、所述第二镀层及所述第三镀层呈非晶态。

8、一些实施例中，所述第一镀层的厚度范围为0.3μm~0.6μm；和/或，

9、所述第二镀层的厚度范围为0.6μm~1.2μm；和/或，

10、所述第三镀层厚度范围为1.1μm~1.7μm；和/或，

11、所述第一镀层、第二镀层和第三镀层的厚度比为1:2:(2.8~3.7)。

12、一些实施例中，所述气阀锁夹的表面硬度为12~16gpa；和/或，

13、所述气阀锁夹的划痕结合力为87~98n；和/或，

14、所述气阀锁夹的压痕等级为hf1~hf2；和/或，

15、所述气阀锁夹的摩擦系数为0.09~0.15。

16、第二方面，本发明提供一种氢发动机用气阀锁夹的制备方法，包括以下步骤：

17、将气阀锁夹本体活化处理，得活化后气阀锁夹本体；

18、在活化后气阀锁夹本体表面沉积第一镀层材料，得第一镀层；

19、在第一镀层表面沉积第二镀层材料，得第二镀层；

20、在第二镀层表面沉积第三镀层材料，得第三镀层，得所述气阀锁夹。

21、一些实施例中，所述将气阀锁夹本体活化处理，得活化后气阀锁夹本体包括：将气阀锁夹本体放入非平衡磁控镀膜炉中抽真空后，通入第一流量的氩气，开启cr靶、c靶及ti靶，使各靶均处于第一预设功率，同时对气阀锁夹本体施加偏压，并开启线性离子源，得活化后气阀锁夹本体，其中：

22、抽真空至压力为7×10-5pa~9×10-5pa；和/或，

23、所述第一流量为25sccm~30sccm；和/或，

24、第一预设功率为0.06kw~0.14kw；和/或，

25、所述偏压为-900v~-800v；和/或，

26、所述活化时间为25min~30min；和/或，

27、线性离子源的电压为2600v~3000v。

28、一些实施例中，所述在活化后气阀锁夹本体表面沉积第一镀层材料，得第一镀层包括：通入第二流量的氩气，控制cr靶的功率在第二预设功率，得第一镀层；其中：

29、第二流量为20sccm~25sccm；和/或，

30、第二预设功率为2.2kw~2.5kw；和/或，

31、沉积时间为16min~20min。

32、一些实施例中，所述在第一镀层表面沉积第二镀层材料，得第二镀层包括：通入第三流量的氩气，控制cr靶功率在第三预设功率，控制c靶功率在第四预设功率，控制ti靶功率在第五预设功率，得第二镀层；其中：

33、第三流量为20sccm~25sccm；和/或，

34、第三预设功率为0.07kw~0.11kw；和/或，

35、第四预设功率为3.0kw~3.4kw；和/或，

36、第五预设功率为2.4kw~2.7kw；和/或，

37、沉积时间为40min~60min。

38、一些实施例中，所述在第二镀层表面沉积第三镀层材料，得第三镀层，得所述气阀锁夹包括：通入第四流量的氩气，控制c靶功率在第六预设功率，控制ti靶功率在第七预设功率，得第三镀层，得所述气阀锁夹；其中：

39、第四流量为20sccm~25sccm；和/或，

40、第六预设功率为3.0kw~3.4kw；和/或，

41、第七预设功率为0.1kw~0.14kw；和/或，

42、沉积时间为5h~8h。

43、第三方面，本发明提供一种氢发动机，包括第一方面所述的气阀锁夹。

44、第四方面，本发明提供一种车辆，包括第三方面所述的氢发动机。

45、与现有技术相比，本发明至少具备如下有益效果：

46、本发明通过设置第一镀层、第二镀层和第三镀层的三层复合结构，有效降低了氢向气阀锁夹本体内部渗透的风险。特别是第二镀层及第三镀层呈非晶态，降低了氢脆风险。此外，第三镀层采用钛掺杂的类金刚石材料，利用钛元素对氢的自钝化特性及其对氢的低扩散系数，结合类金刚石的高致密性，进一步提升了阻氢能力，降低气阀锁夹在氢发动机氢分压环境下长期工作发生断裂失效的风险概率。

1.一种氢发动机用气阀锁夹，其特征在于，包括气阀锁夹本体及在其厚度方向上从内至外依次设置的第一镀层、第二镀层和第三镀层，其中：

2.如权利要求1所述的气阀锁夹，其特征在于，

3.如权利要求1所述的气阀锁夹，其特征在于，

4.一种氢发动机用气阀锁夹的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的气阀锁夹的制备方法，其特征在于，所述将气阀锁夹本体活化处理，得活化后气阀锁夹本体包括：将气阀锁夹本体放入非平衡磁控镀膜炉中并抽真空后，通入第一流量的氩气，开启cr靶、c靶及ti靶，使各靶均处于第一预设功率，同时对气阀锁夹本体施加偏压，并开启线性离子源，得活化后气阀锁夹本体，其中：

6.如权利要求4所述的气阀锁夹的制备方法，其特征在于，

7.如权利要求4所述的气阀锁夹的制备方法，其特征在于，

8.如权利要求4所述的气阀锁夹的制备方法，其特征在于，

9.一种氢发动机，其特征在于，包括如权利要求1~3任一项所述的气阀锁夹。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的氢发动机。