一种过共晶与亚共晶铝硅合金固‑液双金属复合铸造方法技术

本发明专利技术涉及一种过共晶与亚共晶铝硅合金固‑液双金属复合铸造方法，该方法首先将固态铝硅合金制作成预制块并除去氧化膜；然后对已除去氧化膜的预制块进行电镀铜处理；最后将经过电镀铜处理的预制块放入砂型，然后浇铸液态铝硅合金，冷却后得到铝硅合金双金属复合铸件。本发明专利技术采用电镀铜的方法，相比于电镀锌而言，铜原子与铝原子之间有更好的扩散渗透的能力；相比于表面氟盐涂覆的方法，电镀铜可以获得更全面、更稳定的界面结合。本发明专利技术可用于固态过共晶铝硅合金缸套和液态亚共晶铝合金缸体之间的结合，为实现全铝发动机的制造提供新方法，其工艺简单、成本低廉、可用于大量生产，在车辆、船舶、航空制造业中也可获得广泛的应用。

A eutectic and hypoeutectic Al Si alloy solid solution bimetal composite casting method

The invention relates to a eutectic and hypoeutectic Al Si alloy solid solution bimetal composite casting method, the solid aluminum silicon alloy made of precast block and then removed to remove the oxide film; preform film is copper plating process; finally precast block copper plating processing into sand then, casting liquid aluminum silicon alloy, cooling after aluminum silicon alloy bimetal composite casting. The invention adopts a method of electroplating copper, compared to galvanized, have the ability to better penetrate between the copper atoms and aluminum atoms; compared to the surface of fluoride coated, copper plating can obtain a more comprehensive and more stable interface. The invention can be used for bonding between solid hypereutectic Al Si alloy liner and liquid hypoeutectic Aluminum Alloy cylinder, provides a new method for manufacturing aluminum engine, which has the advantages of simple process, low cost, can be used for mass production in vehicles, ships, aviation manufacturing industry can also be widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法
本专利技术涉及一种过共晶铝硅合金与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，属于复合材料制备
，该方法有助于更好的使铝合金在固-液复合过程中达到冶金结合。
技术介绍
近年来，随着能源危机和环保问题的日益严重，人们对节能减排产品的需求越来越高，轻量化及高性能已成为新材料发展的一个趋势，采用过共晶铝硅合金代替铸铁制造轿车发动机缸套逐渐成为人们关注的一个焦点。其具有如下优点：1)减少发动机重量，减少油耗及温室气体的排放量；2)提高导热率，提高发动机效率；3)减少活塞的磨损、润滑油的消耗；4)减小活塞间隙，减小发动机噪声。因此，采用高硅铝合金代替铸铁制造发动机缸套所带来的经济效益、社会效益和环保的意义十分重大。而目前汽车发动机高硅铝合金缸套与铝合金缸体的成形技术一般为挤压装配等方法，挤压装配是直接将高硅铝合金缸套和铝合金缸体之间机械总装成型。这种方法不能使缸套和缸体之间达到冶金结合，仅仅为机械结合，而机械结合的双金属复合铸件界面结合较差，强度较低，散热性差，并不利于提高发动机的效率。铝/铝液-固复合过程中的一个关键性的问题就是如何解决界面氧化问题，它直接关系到双金属界面结合的质量好坏，液-固复合过程中，由于Al2O3膜的存在，铝液中的原子很难直接与固态的Al原子接触，因此尽管固态铝合金表面经过表面处理，但是在液-固复合铸造时由于高温作用也会产生氧化膜，从而严重阻碍不同种铝/铝之间的复合，使复合界面的性能严重降低。当前，液固双金属复合主要采用两种表面的处理方式，电镀锌与表面氟盐涂覆的方法。采用电镀锌表面处理方法，锌原子与铝原子之间扩散渗透的能力较差；表面氟盐涂覆表面处理方法，双金属界面结合不够稳定。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，该方法能够获得高质量的过共晶-亚共晶铝硅合金冶金结合界面，双金属界面结合稳定、强度高。为了解决上述技术问题，本专利技术的过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法包括下述步骤：一、将固态铝硅合金制作成预制块并除去氧化膜；二、对已除去氧化膜的预制块进行电镀铜处理；三、将经过电镀铜处理的预制块放入砂型，然后浇铸液态铝硅合金，冷却后得到铝硅合金双金属复合铸件。本专利技术采用电镀铜的方法，相比于电镀锌而言，铜原子与铝原子之间有更好的扩散渗透的能力；相比于表面氟盐涂覆的方法，电镀铜可以获得更全面、更稳定的界面结合。所述固态铝硅合金为过共晶铝硅合金，液态铝硅合金为亚共晶铝硅合金。进一步，本专利技术所述步骤二中，电镀铜处理工艺条件为电流密度为0.4～0.6A/dm2，电镀时间为5～15min。所述步骤二中，电镀铜处理工艺条件为电流密度优选0.5A/dm2，电镀时间优选15min。所述步骤三中，将电镀铜的预制块预热到200～300℃后再放入砂型。所述步骤三中，预制块预热温度优选200℃。所述砂型为40～100目树脂自硬砂制造的砂型。所述步骤三中，浇铸的液体亚共晶铝硅合金温度为750～780℃。所述步骤三中，浇铸的液体亚共晶铝硅合金温度优选为750℃。本专利技术为发动机制造中的过共晶铝硅合金缸套和亚共晶铝硅合金缸体之间达到冶金结合提供了一种新方法，能够获得高质量的过共晶-亚共晶铝硅合金冶金结合界面。该方法以过共晶铝硅合金为基体加工制备成预制块，并对已除去氧化膜的预制块表面电镀铜、预热处理，在砂型中浇铸液态亚共晶铝硅合金，最终获得了具有高优质界面结合的铝-铝双金属复合件。本专利技术可获得冶金结合的铝-铝双金属复合材料，克服了铝合金双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈，为实现全铝发动机的制造提供了新方法，其工艺简单、成本低廉、可用于大量生产，也有望在车辆、船舶、航空制造业中获得广泛的应用。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1：铝/铝复合浇铸宏观切面图。图2：对比例复合界面图。图3：电流密度为0.3A/dm2条件下的镀铜层微观金相图。图4：电流密度为0.5A/dm2条件下的镀铜层微观金相图。图5：电流密度为0.7A/dm2条件下的镀铜层微观金相图。图6：镀铜层厚度图。图7：本专利技术实施例的过共晶铝硅合金与亚共晶铝硅合金双金属复合铸件复合界面图。图8：铝/铝复合界面SEM图。图9：铝/铝复合界面的EDS图。具体实施方式对比例：铝/铝合金直接浇铸复合工艺具体步骤：(1)将过共晶铝硅合金Al-27Si进行机械加工得到尺寸40mm×40mm×10mm的预制块，去除其表面的油污及氧化物。(2)采用40～100目树脂自硬砂制造所需砂型。(3)将过共晶铝硅合金预制块预热，温度在200～300℃范围内，然后将其放入砂型中，之后浇注液态亚共晶铝硅合金Al-6.5Si，浇注温度为750～780℃；冷却后得到过共晶铝硅合金Al-27Si与亚共晶铝硅合金Al-6.5Si的复合铸件。如图2所示，上述方法铸造的过共晶铝硅合金-亚共晶铝硅合金固-液双金属，其过共晶铝硅合金和亚共晶铝硅合金结合界面有明显的缝隙，界面结合较差。原因是过共晶铝硅合金预制块在空气中极易氧化，预热和浇铸过程中也会发生二次氧化，形成Al2O3氧化膜，氧化膜非常致密、高熔点且润湿性较差的。由于这层氧化膜的存在，浇铸的熔体温度不足以使氧化膜熔化，致使氧化膜保留在预制块与浇铸金属液之间，阻碍两者之间的结合。实施例：铝/铝合金电镀铜复合工艺具体步骤：(1)将过共晶铝硅合金Al-27Si进行机械加工得到尺寸40mm×40mm×10mm的预制块，对预制块进行化学清洗，去除表面的油污及氧化物。所述的化学清洗是指依次通过3％～5％的硝酸溶液、去离子水清洗，去除表面油污及氧化物。(2)配置过饱和的硫酸铜溶液，其PH在6～6.5；对预制块进行电镀：电流密度为0.4～0.6A/dm2，电镀时间为5～15min，电镀层厚度为6～10um。(3)采用40～100目树脂自硬砂制造所需砂型。(4)固液复合浇铸，将经过电镀铜处理的预制块预热到200～300℃后，放入砂型，然后浇铸液态亚共晶铝硅合金Al-6.5Si，浇铸温度为750～780℃；冷却后得到铝硅合金双金属复合铸件。如图1所示，1为过共晶铝硅合金Al-27Si预制件，2为液态亚共晶铝硅合金Al-6.5Si，3为砂型，4为镀铜层。在电流密度为0.3A/dm2的条件下，在过共晶铝硅合金Al-27Si预制件表面镀铜，经划痕实验可以明显看出，其划痕实验结果良好。但从图3可以看出其电镀层不够均匀，没有对预制件基体覆盖完全。在电流密度为0.5A/dm2条件下，在过共晶铝硅合金Al-27Si预制件表面镀铜，经划痕实验可以明显看出，其划痕实验结果良好；从图4可以看出其电镀表面光滑，无毛刺，无气泡。在电流密度为0.7条件下，在过共晶铝硅合金Al-27Si预制件表面镀铜，经划痕实验可以明显看出，其划痕实验效果较差，已经发生脱落，证明其电镀层与预制件基体之间结合不都紧密。因此，本专利技术采用在电流密度0.4～0.6A/dm2条件下对过共晶铝硅合金Al-27Si预制件表面镀铜，可以获得良好优质的电镀铜层。本专利技术应用于发动机缸套和缸体之间的冶金结合，发动机缸套和缸体铝合金牌号及成分如下：发动机缸套为过共晶铝硅合金Al-27Si，其质量分数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过共晶与亚共晶铝硅合金固‑液双金属复合铸造方法，其特征在于包括下述步骤：一、将固态铝硅合金制作成预制块并除去氧化膜；二、对已除去氧化膜的预制块进行电镀铜处理；三、将经过电镀铜处理的预制块放入砂型，然后浇铸液态铝硅合金，冷却后得到铝硅合金双金属复合铸件。

【技术特征摘要】
1.一种过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，其特征在于包括下述步骤：一、将固态铝硅合金制作成预制块并除去氧化膜；二、对已除去氧化膜的预制块进行电镀铜处理；三、将经过电镀铜处理的预制块放入砂型，然后浇铸液态铝硅合金，冷却后得到铝硅合金双金属复合铸件。2.根据权利要求1所述的过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，其特征在于所述固态铝硅合金为过共晶铝硅合金，液态铝硅合金为亚共晶铝硅合金。3.根据权利要求2所述的过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，其特征在于所述步骤二中，电镀铜处理工艺条件为电流密度为0.4～0.6A/dm2，电镀时间为5～15min。4.根据权利要求3所述的过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，其特征在于所述步骤二中，电镀铜处理工艺条件为电流密度0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王金国，李雨轩，姜启川，王慧远，闫瑞芳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22