本發明涉及內燃機用鐵基燒結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燃機用閥座的耐磨損性的提高、徑向抗壓強度的提高。

背景技術：

1、閥座通常被壓入到內燃機的汽缸蓋中，起到對燃燒氣體進行密封和對閥進行冷卻的作用。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1中記載了“耐磨損性優異的內燃機用鐵基燒結合金制閥座”。在專利文獻1所記載的技術中，使基質相為硬質的單相組織，所述單相組織為析出10μm以下的微細碳化物的具有550hv以上的硬度的微細碳化物析出相。而且，制成具有如下組織的鐵基燒結合金制閥座：在該基質相中，分散有以面積率計為20～40％的具有650～1200hv的硬度的硬質粒子，在硬質粒子的周圍形成有以面積率計為0.5～5％的擴散相，或者進一步分散有以面積率計為5％以下的固體潤滑劑粒子。由此，在作為嚴酷的磨損環境的使用氣體燃料等特殊燃料的環境下的內燃機中，即使使用高表面硬度閥，閥座的磨損也少，可實現耐磨損性優異的閥與閥座的組合。

3、另外，在專利文獻2中記載了鐵基燒結合金制閥座。專利文獻2所記載的閥座是具有閥落座側部和蓋落座側部被一體燒結而成的雙層結構的閥座。使閥落座側部由鐵基燒結合金材料構成，該鐵基燒結合金材料具有以體積率計為10～25％的氣孔率和6.1～7.1g/cm3的燒結后密度，且在基質相中分散有硬質粒子。硬質粒子是由選自c、cr、mo、co、si、ni、s、fe中的1種或2種以上元素構成的粒子，以5～40％的面積率分散在基質相中。包含基質相和硬質粒子的基質部的組成具有以質量％計合計含有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和不可避免的雜質構成的組成。需說明的是，在專利文獻2中，作為上述硬質粒子，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3中提出了鐵基燒結合金制閥座。專利文獻3所記載的鐵基燒結合金制閥座是這樣的鐵基燒結合金制閥座，其在基質相中分散有硬質粒子，整體組成具有以質量％計包含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和不可避免的雜質構成的組成。在專利文獻3所記載的鐵基燒結合金制閥座中，作為硬質粒子，優選使用以質量％計包含mo：40.0～70.0％、si：0.4～2.0％、c：0.1％以下，且余量由fe和不可避免的雜質構成的fe-mo-si合金粒子。

5、另外，在專利文獻4中提出了硬質粒子分散型鐵基燒結合金。專利文獻4所記載的硬質粒子分散型鐵基燒結合金是在以重量百分率計包含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的基質中，以合金整體為基準分散3～20％的硬質粒子并燒結而成的鐵基燒結合金。分散的硬質粒子是包含mo：60～70％、b：0.3～1％、c：0.1％以下，且包含余量的fe的硬質粒子。若將b添加到鉬鐵系硬質粒子中，則b提高鉬鐵的潤濕性，防止硬質粒子從基質上脫落，提高基質與硬質粒子之間的粘附性，并且可提高燒結合金的熱強度、機械強度。

6、現有技術文獻

7、專利文獻

8、專利文獻1：日本特許第6736227號公報，

9、專利文獻2：日本特開2004-232088號公報，

10、專利文獻3：日本特開2015-178650號公報，

11、專利文獻4：日本特開2005-325436號公報。

技術實現思路

1、發明所要解決的課題

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

3、然而，專利文獻1、2所記載的鐵基燒結合金制閥座存在徑向抗壓強度低，向汽缸蓋壓入時易產生裂紋，以及與閥接觸時粒子易脫落，耐磨損性降低等問題。另外，專利文獻1、2所記載的鐵基燒結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3、4所記載的技術中，由于分散的鐵基硬質粒子不含co，因此與以往的co基硬質粒子相比，易產生裂紋、碎裂。因此，發現存在硬質粒子從基質相脫落，特別是在近年來嚴酷的閥座使用環境下，無法確保所期望的耐磨損性的問題。

5、本發明的目的在于提供即使在近年來嚴酷的閥座使用環境下，不僅耐磨損性優異，而且徑向抗壓強度也優異的內燃機用鐵基燒結合金制閥座。需說明的是，這里所說的“徑向抗壓強度優異”是指根據jis?z?2507的規定得到的徑向抗壓強度為490mpa以上的情況。

6、解決課題的手段

7、本發明人為了實現上述目的，首先，對影響徑向抗壓強度的各種因素進行了深入研究。其結果，得到了這樣的見解：低“徑向抗壓強度”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析出，粉末粒子的硬度升高，在壓粉成型時，粉末粒子的塑性變形(壓縮)變得不充分，因此，認為也難以促進燒結處理時的元素擴散，結果粒子間結合力降低。因此，在本發明中，為了在壓粉成型時可進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，以使燒結體的碳量不降低，同時為了增加碳化物量，使用增加了碳化物形成元素量的鐵系粉末。由此發現，燒結體中的微細碳化物的析出量比以往顯著增加，耐磨損性、徑向抗壓強度顯著提高。

8、另外，在本發明中，發現通過使基質中含有適當量的ni或進一步含有co，顯著地促進燒結的進行，且耐磨損性也不降低，徑向抗壓強度提高。

9、本發明是基于上述見解，進一步加以研究而完成的。即，本發明的主旨如下。

10、[1]內燃機用鐵基燒結合金制閥座，其是壓入到內燃機的汽缸蓋中的閥座，其特征在于，

11、該閥座具有由功能部件側層構成的單層結構，

12、所述功能部件側層具有由微細碳化物析出相構成的基質相以及以面積率計在該基質相中分散有5.0～30.0％的高合金相和10.0～40.0％的硬質粒子，進一步分散有0～4.0％的固體潤滑劑粒子而成的組織，

13、所述硬質粒子是以維氏硬度計具有600～1200hv的硬度，且以質量％計，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質構成的組成的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和不可避免的雜質構成的組成的si-cr-mo-ni系co基金屬間化合物粒子，

14、包含所述基質相、所述硬質粒子和所述固體潤滑劑粒子的基質部由鐵基燒結合金材料構成，所述鐵基燒結合金材料具有以質量％計包含c：0.50～2.80％，進一步含有選自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和不可避免的雜質構成的基質部組成，

15、所述閥座的密度為6.6～7.4g/cm3。

16、[2]內燃機用鐵基燒結合金制閥座，其是壓入到內燃機的汽缸蓋中的閥座，其特征在于，

17、該閥座具有將功能部件側層和支撐部件側層一體燒結而成的雙層結構，

18、所述功能部件側層具有由微細碳化物析出相構成的基質相以及以面積率計在該基質相中分散有5.0～30.0％的高合金相和10.0～40.0％的硬質粒子，進一步分散有0～4.0％的固體潤滑劑粒子而成的組織，

19、所述硬質粒子是以維氏硬度計具有600～1200hv的硬度，且以質量％計，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質構成的組成的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和不可避免的雜質構成的組成的si-cr-mo-ni系co基金屬間化合物粒子，

20、包含所述基質相、所述硬質粒子和所述固體潤滑劑粒子的基質部具有以質量％計包含c：0.50～2.80％，進一步含有選自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和不可避免的雜質構成的基質部組成，

21、所述支撐部件側層由鐵基燒結合金材料構成，所述鐵基燒結合金材料具有：由珠光體構成的基質相，在該基質相中分散有以面積率計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，以及包含所述基質相、所述固體潤滑劑粒子和所述硬度改善粒子的基質部以質量％計包含c：0.30～2.00％，進一步含有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和不可避免的雜質構成的組成，

22、所述閥座的密度為6.7～7.4g/cm3。

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

24、[4]根據[1]～[3]中任一項所述的內燃機用鐵基燒結合金制閥座，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[2]～[4]中任一項所述的鐵基燒結合金制閥座，其特征在于，所述硬度改善粒子為鐵-鉬合金粒子。

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

27、[7]鐵基燒結合金制閥座的制造方法，其是根據[1]所述的單層結構的鐵基燒結合金制閥座的制造方法，其特征在于，

28、在配合規定量的鐵系粉末、石墨粉末、合金元素粉末和硬質粒子粉末，或者進一步配合規定量的固體潤滑劑粉末，并進行混合、混煉，制成混合粉后，

29、將所述混合粉填充到規定形狀的模具中實施沖壓加工而制成壓粉體，接著，

30、在保護氣氛中對所述壓粉體實施燒結處理而制成燒結體后，實施切削加工，或者進一步實施磨削加工，制造規定形狀的閥座時，

31、使所述鐵系粉末為具有以質量％計含有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，或者進一步含有co：12.0％以下，且余量由fe和不可避免的雜質構成的組成，且以維氏硬度計具有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量％計40.0～70.0％的該鐵系粉末，

32、使所述硬質粒子粉末為以維氏硬度計具有600～1200hv的硬度，且以質量％計，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質構成的組成的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和不可避免的雜質構成的組成的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量％計10.0～40.0％的該硬質粒子粉末，

33、配合以相對于所述混合粉總量的質量％計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量％計合計0～7.0％的所述合金元素粉末，進一步配合以相對于所述混合粉總量的質量％計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到密度：6.6/cm3以上的方式實施所述沖壓加工，

36、使所述燒結處理為在燒結溫度：1100～1200℃下進行的處理，得到所述燒結體。

37、[8]鐵基燒結合金制閥座的制造方法，其是根據[2]所述的雙層結構的鐵基燒結合金制閥座的制造方法，其特征在于，

38、在配合規定量的鐵系粉末、石墨粉末、合金元素粉末和硬質粒子粉末，或者進一步配合規定量的固體潤滑劑粉末，并進行混合、混煉，制成功能部件側層用混合粉，

39、配合規定量的鐵系粉末和石墨粉末，或者進一步配合規定量的合金元素粉末、硬度改善粒子和固體潤滑劑粉末，并進行混合、混煉，制成支撐部件側層用混合粉，

40、將所述功能部件側層用混合粉和所述支撐部件側層用混合粉依次填充到規定形狀的模具中，實施沖壓加工而制成壓粉體，接著，在保護氣氛中對所述壓粉體實施燒結處理，制成將功能部件側層和支撐部件側層一體燒結而成的雙層結構的燒結體后，實施切削加工，或者進一步實施磨削加工，制造規定形狀的雙層結構的閥座時，

41、在所述功能部件側層用混合粉中，使所述鐵系粉末為具有以質量％計含有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，或者進一步含有co：12.0％以下，且余量由fe和不可避免的雜質構成的組成，且以維氏硬度計具有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量％計40.0～70.0％的該鐵系粉末，

42、使所述硬質粒子粉末為以維氏硬度計具有600～1200hv的硬度，且以質量％計，具有包含si：2.2～2.7％、cr：7.5～9.5％、mo：27.0～30.0％，且余量由co和不可避免的雜質構成的組成的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和不可避免的雜質構成的組成的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量％計10～40％的該硬質粒子粉末，

43、配合以相對于所述混合粉總量的質量％計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量％計合計0～7.0％的所述合金元素粉末，進一步配合以相對于所述混合粉總量的質量％計0～4.0％的所述固體潤滑劑粒子粉末，

44、在所述支撐部件側層用混合粉中，使所述鐵系粉末為純鐵粉，配合以相對于所述支撐部件側層用混合粉總量的質量％計0.5～2.0％的所述石墨粉末，配合以相對于所述支撐部件側層用混合粉總量的質量％計合計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層用混合粉總量的質量％計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層用混合粉總量的質量％計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到密度：6.6g/cm3以上的方式實施所述所述沖壓加工，

46、使所述燒結處理為在燒結溫度：1100～1200℃下進行的處理，

47、制成所述雙層結構的燒結體。

48、[9]根據[7]或[8]所述的鐵基燒結合金制閥座的制造方法，其特征在于，在所述燒結處理后進一步實施浸滲熱固性樹脂或厭氧性樹脂的樹脂浸滲處理。

49、發明的效果

50、根據本發明，可制造不僅耐磨損性優異，而且徑向抗壓強度也優異的內燃機用鐵基燒結合金制閥座，在產業上發揮顯著的效果。