一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法技术

一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，属于铝基复合材料活塞的加工方法，包括先采用挤压铸造生产铝基原位复合材料活塞顶部，然后对铝基原位复合材料活塞顶部进行化学镀镍处理，预热镀镍后的铝基原位复合材料活塞顶部并装模，再在重力下浇注铝硅合金，冷却取件获得铝基原位复合材料活塞嵌铸件，实现铝基原位复合材料与铝硅合金的复合。通过上述方式，本发明专利技术铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，采用的化学镀镍层不会对活塞合金产生不利影响，能很好地实现原位铝基复合材料与铝合金的复合，提高活塞的加工质量和使用寿命。

Inlay casting method for aluminum based in-situ composite piston

An aluminum based in-situ composite piston casting method, which belongs to the processing method of the piston of the aluminum matrix composite material, including the first use of the extrusion casting to produce the piston top of the aluminum base in situ composite material, and then electroless nickel plating on the top of the piston of the aluminum based in situ composite material, and the piston top of the aluminum base in situ composite material after the preheating nickel plating. The aluminum based in situ composite material is combined with Al Si alloy by casting aluminum silicon alloy under gravity and casting aluminum silicon alloy in situ. Through the above method, the inlay casting method of the piston of the aluminum based in situ composite material is not harmful to the piston alloy, and the composite of the in-situ aluminum matrix composite and the aluminum alloy can be well realized, and the machining quality and the service life of the piston can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法
本专利技术涉及铝基复合材料活塞的加工方法，具体而言为涉及一种利用嵌铸技术生产铝基原位复合材料活塞的方法。技术背景活塞是汽车发动机的最重要核心部件之一，它关系到车辆的性能和安全性。因此活塞的选材至关重要，要求材料密度低，强度、模量高，耐高温、耐磨损、耐疲劳，且尺寸稳定性好。铝合金密度低、导热性好，通过适当合金化可以获得比较高的强度、模量，且耐磨性、耐疲劳特性也可以得到一定程度提高，作为活塞材料具有明显的优势。适合发动机活塞的铝合金主要有铝硅合金和铝铜合金，其中金属型铸造用ZL109铝硅合金，具有很好的流动性、良好的气密性和抗热裂性，高温强度好，热膨胀系数低，是铝合金活塞的首选材料。在满足内燃机轻量化、可靠性和耐久性的情况下，柴油发动机燃烧室内温度和压力变得更高，以往使用的铝合金已达到或接近使用极限，耐高温性能更好的铝基复合材料活塞的开发受到了高度重视。通过原位反应形成的增强相不仅在常温下热力学稳定，在活塞使用温度(～350℃)下也不容易发生长大，其增强作用非常稳定，且铝基原位复合材料浆料易于采用传统工艺成型，是优异的潜在活塞材料。对发动机活塞的进一步分析表明：活塞不同部位对材料性能的要求有很大差别，活塞顶部要求耐高温、耐磨损，尺寸稳定性好，裙部则要求强度、模量高，耐疲劳；为满足发动机活塞产品不同部位对材料性能的不同要求，将铝基原位复合材料与ZL109合金采用嵌铸技术结合，可望充分发挥铝基原位复合材料与铝硅合金的性能优势。参考文献1(TengLIU,Qu-dongWANG,PingLIU,etal.Microstructureandmechanicalpropertiesofovercastaluminumjoints(复合铸造铝合金接头的显微组织及力学性能).Trans.NonferrousMet.Soc.China25(2015)1064-1072)指出：通过在固态6101铝合金表面电镀锌的方法并精确控制实验参数的条件下，可以使A356铝合金和6101铝合金之间形成冶金结合；但是没有提到对铝基复合材料的表面处理；由于增强颗粒不导电，电镀锌时镀锌层在增强颗粒处会出现镀层不连续的情况；另外，由于镀锌层的存在，还会在活塞合金中带入锌，恶化合金的力学性能。因此，迫切需要开发新方法，解决镀层与增强颗粒之间的结合问题，且同时避免镀层对活塞合金的成分产生不利影响。
技术实现思路
本专利技术提出一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其原理是：采用挤压铸造生产铝基原位活塞顶部，活塞顶部更加致密；然后对铝基原位活塞顶部进行化学镀镍处理，该处理技术是常规铝合金的常用处理技术，且化学镀层不会出现在增强颗粒处不连续的现象，化学镀镍层在浇注时溶解到活塞合金中可以成为提高高温性能的合金元素；在重力铸造前对铝基原位复合材料活塞顶部进行预热，可以减小液态铝硅合金与铝基原位复合材料之间的温度差，更好地实现两者的结合；浇注过程在氮气保护下进行，可以防止铝硅合金、化学镀镍层在浇注时氧化，保证铝硅合金与铝基原位复合材料容易实现冶金结合。本专利技术提出一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，包括如下步骤：采用挤压铸造生产铝基原位复合材料活塞顶部，然后对铝基原位复合材料活塞顶部进行化学镀镍处理；对化学镀镍处理后的铝基原位复合材料活塞顶部预热；把经过预热的镀镍铝基原位复合材料活塞顶部装模，再在重力下浇注铝硅合金，然后进行冷却；将冷却后的铝基原位复合材料活塞取出，获得铝基原位复合材料活塞嵌铸件，实现铝基原位复合材料与铝硅合金的复合。在本专利技术一个较佳实例中，所述的挤压铸造为采用直接挤压铸造机或者间接挤压铸造机进行铸造。在本专利技术一个较佳实例中，所述的铝基原位复合材料以活塞合金为基体，以原位亚微米陶瓷颗粒为增强体，所述增强体体积分数为1～6％的铝基复合材料。在本专利技术一个较佳实例中，所述原位亚微米陶瓷颗粒为Al2O3、TiB2、ZrB2中的一种或者多种。在本专利技术一个较佳实例中，所述的活塞顶部包含活塞中连杆销孔以上的部分。在本专利技术一个较佳实例中，所述的化学镀镍处理包括，将活塞顶部经表面预处理后、去除油污、氧化膜，然后经活化、敏化，并通过化学镀液在活塞顶部的根部表面上镀上一层镍或者镍-磷合金。在本专利技术一个较佳实例中，所述的预热温度为200～300℃，保温时间为30～40min。在本专利技术一个较佳实例中，所述装模为将铝基原位复合材料活塞顶部的根部朝上放入模腔，根部平面与嵌铸模具的内浇口持平或者略高于内浇口。在本专利技术一个较佳实例中，所述的浇注铝硅合金为在氮气保护下浇注铝硅合金，浇注温度为720～750℃，氮气采用漫流形式通入模腔内。本专利技术的有益效果：本专利技术指出的一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，采用的化学镀镍处理技术是铝合金的常用处理技术，化学镀层不会出现在增强颗粒处的不连续现象；化学镀镍层在浇注过程中溶解到活塞合金中，可以成为提高合金高温性能的合金元素，不会对活塞合金产生不利影响；实现了原位铝基复合材料与铝合金的复合。本专利技术提出的技术方法，同样可以用于不同铝合金以及不同铝基复合材料之间的嵌铸或者复合。附图说明图1为本专利技术技术嵌铸的铝基原位复合材料活塞照片。图2为铝基原位复合材料与ZL109合金结合界面的光镜照片。具体实施例本专利技术可以根据以下实例实施，但不限于以下实例；在本专利技术中所使用的术语，除非有另外的说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义；应理解，这些实施例只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制本专利技术的范围；在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。实施例1本实施例具体实施一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其过程为：先采用直接挤压铸造生产铝基原位复合材料活塞顶部，铝基复合材料以常用ZL109活塞合金为基体，以体积分数为1％的原位亚微米Al2O3颗粒为增强体；然后对铝基原位复合材料活塞顶部进行化学镀镍处理，先经表面预处理去除油污、氧化膜等杂志，再活化、敏化，最后通过化学镀液在活塞顶部的根部表面上镀上一层20μm厚的镍；接着在300℃预热铝基原位复合材料活塞顶部30min并装模，将铝基原位复合材料活塞顶部的根部朝上放入模腔，根部平面与嵌铸模具的内浇口持平；在氮气保护下通过浇道向模腔中浇注ZL109合金，浇注温度720℃，氮气采用漫流形式通入模腔内；最后冷却取件获得铝基原位复合材料活塞嵌铸件，实现铝基原位复合材料与铝硅合金的复合。图1是本专利技术技术嵌铸的铝基原位复合材料活塞照片，图2为铝基原位复合材料与ZL109合金结合界面的光镜照片；从图中可以看出，本专利技术的方法能实现铝基原位复合材料与ZL109合金的良好结合。实施例2本实施例具体实施一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其过程为：先采用直接挤压铸造生产铝基原位复合材料活塞顶部，铝基原位复合材料以常用ZL109活塞合金为基体，以体积分数为6％的原位亚微米(Al2O3+TiB2)颗粒为增强体；然后对铝基原位复合材料活塞顶部进行化学镀镍处理，先经表面预处理去除油污、氧化膜等杂质，再活化、敏化，最后通过化学镀液在活塞顶部的根部表面上镀上一层镍；接着200～300℃预热铝基原位复合材料活塞顶部30～40min并装模，将铝基原位复合材料活塞顶部的根部朝上放入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其特征在于，包括如下步骤：采用挤压铸造生产铝基原位复合材料活塞顶部，然后对铝基原位复合材料活塞顶部进行化学镀镍处理；对化学镀镍处理后的铝基原位复合材料活塞顶部预热；把经过预热的镀镍铝基原位复合材料活塞顶部装模，再在重力下浇注铝硅合金，然后进行冷却；将冷却后的活塞铸件取出，获得铝基原位复合材料活塞嵌铸件，实现铝基原位复合材料与铝硅合金的复合。

【技术特征摘要】
1.一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其特征在于，包括如下步骤：采用挤压铸造生产铝基原位复合材料活塞顶部，然后对铝基原位复合材料活塞顶部进行化学镀镍处理；对化学镀镍处理后的铝基原位复合材料活塞顶部预热；把经过预热的镀镍铝基原位复合材料活塞顶部装模，再在重力下浇注铝硅合金，然后进行冷却；将冷却后的活塞铸件取出，获得铝基原位复合材料活塞嵌铸件，实现铝基原位复合材料与铝硅合金的复合。2.如权利要求1所述的铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其特征在于，所述的挤压铸造为直接挤压铸造或者间接挤压铸造进行铸造。3.如权利要求1所述的铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其特征在于，所述的铝基原位复合材料以活塞合金为基体，以原位亚微米陶瓷颗粒为增强体，所述增强体体积分数为1～6％的铝基复合材料。4.如权利要求3所述的铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法，其特征在于，所述原位亚微米陶瓷颗粒为Al2O3、TiB2、ZrB2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世清，陈刚，米国发，赵玉涛，李新，周祥，
申请(专利权)人：江苏兄弟活塞有限公司，江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32