一种活塞用铝合金制备及其强化方法技术

本发明专利技术提供一种活塞用铝合金制备及其强化方法，涉及铝合金改性技术领域。该活塞用铝合金制备及其强化方法包括以下步骤，熔炼铸造铝合金；向铝合金熔体中加入中间合金变质剂并精炼；将铝合金熔体浇铸于事先预热的模具之中；从模具之中取出铸件并进行冷却；去除铸件表面的氧化皮和油污；称量纯Al粉和Nb

【技术实现步骤摘要】
一种活塞用铝合金制备及其强化方法


[0001]本专利技术涉及铝合金改性
，具体涉及一种活塞用铝合金制备及其强化方法。

技术介绍

[0002]铝及铝合金具有轻量性、耐蚀性、易成形性、高比强度、易回收性、高导电性和高导热性等诸多优良的特性，因此被广泛运用于建筑、汽车、飞机、船舶、国防工业等各个行业。含Cu、Ni、Mg等合金元素的多元Al
‑
Si系合金由于拥有良好的铸造性能和较小的线膨胀系数，同时金属间强化相的存在使合金的硬度和强度提高，耐磨性和耐蚀性表现较好。这类合金满足材料对密度、高温疲劳强度、热膨胀系数、导热性、耐热性和耐磨性的要求，常用于内燃机活塞等轻质高强零部件的制造。
[0003]活塞是内燃发动机部件中工作环境最恶劣、结构复杂的运动部件，主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴。由于活塞直接与高温高压燃气相接触，承受较大的热负荷和机械负荷。同时，发动机功率和扭矩不断增大，导致的燃烧室压力和温度大幅升高，活塞需要承受较高的热机械载荷，对活塞的强度提出了更高的要求。目前铝合金活塞一般采用铸造方式生产，由于凝固过程中冷却速度较慢，组织中存在较大的块状初晶硅组织和呈杆状分布的共晶硅组织。虽然现有的变质工艺能改善活塞合金组织，但是与锻压态相比铸造状态下组织仍然较粗大，仅仅依靠铸造过程中的组织调控获得的性能提升不能满足日趋严苛的使用要求。材料的表面往往是受负载最大的部位，失效也主要从表面开始，因此对表面进行强化处理有助于提高零部件的使用寿命。
[0004]在专利CN201511019701.0中，公开了一种铝合金表面等离子体扩渗强化的方法，该专利涉及表面等离子体扩渗强化的方法。该专利要解决现有铝合金表面硬度低，耐磨性差的问题。方法：一、铝合金表面预处理；二、铝合金表面预置扩渗合金元素；三、等离子体扩渗，即完成一种铝合金表面等离子体扩渗强化的方法。该专利用于铝合金表面等离子体扩渗强化的方法。
[0005]在专利CN201611063059.0中，公开了一种高强度耐腐蚀铝合金型材及其制备方法，该铝合金型材包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体的原料包括：Cu、Si、Fe、Cr、Mg、Mn、Zn、Ti、Li、Ni、Zr、Y、W、V，其余为Al；陶瓷涂层的原料包括：SiC、Cr2O3、NiO、Cr3C2、Al2O3、Si3N4。该专利提出的高强度耐腐蚀铝合金型材，将陶瓷粉末等离子熔覆在铝合金基体表面，再经激光重熔，使得到的铝合金型材具有良好的强度、硬度、抗冲击韧性等力学性能，同时也具有耐腐蚀性与耐磨性好、使用寿命长等优点。
[0006]在专利CN200710056687.0中，公开了一种激光熔覆铝合金表面强化方法，它包括：1.铝合金基材表面前处理：2.激光熔覆材料配制；配方是体积比为1∶(4～2)的Al
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Si合金粉末和SiC陶瓷粉末；Al
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Si合金的Si含量为10～15(wt％)，粒度为
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140～+325；SiC粒度为
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200；3.熔覆准备：将混均的熔覆材料用水玻璃调成糊状，涂覆在铝合金基材表面，厚度为0.8～1.2mm，并烘干，温度为100～150℃，时间为0.5～2h；4.激光熔覆工艺：采用激光波长
为10.6μm的横流CO2激光器照射铝合金基材表面上的涂层，激光输出功率P＝3～4kW，光束扫描速度V＝2～5mm/s，光斑尺寸D＝1～4mm；在激光熔覆过程中采用高纯氩气对熔池进行保护，氩气的流量为20～30L/min。该专利公开的方法加工后可在铝合金基材上获得表面质量良好、内部无气孔、无裂纹、高硬度和高耐磨性能的强化涂层。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种活塞用铝合金制备及其强化方法。本专利技术在强化铝合金的同时不改变活塞铝合金的基本化学成分和铸造成形工艺，不影响材料原有的物理性能，既能使铝合金整体得到强化，又能使铝合金表面局部得到强化；熔覆合金粉末以Al作为主要元素保证与基体的结合，Nb作为硬质强化相来源，Fe作为强化相来源的同时降低熔点促进合金粉末熔化；制备熔覆层操作简单，材料利用率高且易于实现，保证熔覆层成形良好；通过形成高熔点、低密度的铝化物提高合金的耐高温性能，解决了现有的活塞铝合金强度不满足严苛使用要求的技术问题。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术提供了一种活塞用铝合金制备及其强化方法，包括以下步骤：
[0010]S1、熔炼铸造铝合金；
[0011]S2、向铝合金熔体中加入中间合金变质剂并进行精炼；
[0012]S3、将铝合金熔体浇铸于事先预热的模具之中；
[0013]S4、从模具之中取出铸件并进行冷却；
[0014]S5、去除铸件表面的氧化皮和油污；
[0015]S6、称量纯Al粉和Nb
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Fe粉；
[0016]S7、将纯Al粉和Nb
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Fe粉配置成合金粉末并混合均匀，使用烘干箱将合金粉末进行干燥；
[0017]S8、采用等离子焊机在铸件表面制备熔覆层；
[0018]S9、清理熔覆层表面并打磨平整。
[0019]可选或优选地，所述铸造铝合金的成分为：Si：10.0～15.0wt.％，Cu：1.0～5.0wt.％，Ni：1.0～4.0wt.％，Mg：0.5～3wt.％，Fe：0～1.0wt.％，Mn：0～0.8wt.％，Al：余量。
[0020]可选或优选地，所述铸造铝合金称量后置于中频炉中升温至800℃熔化，得到800g铝合金熔体，转入保温炉中后，向铝合金熔体底部通入5min氩气精炼除气，搅拌并扒渣。
[0021]可选或优选地，所述中间合金变质剂为Al
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Sr中间合金变质剂，Sr所占成分为0.02～0.10wt.％中间合金变质剂。
[0022]可选或优选地，将Al
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Sr中间合金变质剂加入铝合金熔体后，充分搅拌，并再次通入氩气精炼除气，调节炉温降温到750℃并保温15min。
[0023]可选或优选地，所述铝合金铸造模具的预热温度为250
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300℃。
[0024]可选或优选地，所述氧化皮采用打磨去除，所述油污使用丙酮清洗去除。
[0025]可选或优选地，所述合金粉末成分为Al粉：60～90wt.％，Nb
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Fe粉：10～40wt.％。
[0026]可选或优选地，所述Nb
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Fe粉成分为Nb：50～70wt.％，Fe：30～50wt.％。
[0027]可选或优选地，所述烘干箱为真空干燥箱，干燥温度为50～80℃。
[0028]可选或优选地，所述制备熔覆层时的合金粉末的送粉方式为同步送粉。
[0029]可选或优选地，所述制备熔覆层时的工艺参数为离子气流量2～6L/min，保护气流量10～12L/min，送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞用铝合金制备及其强化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、熔炼铸造铝合金；S2、向铝合金熔体中加入中间合金变质剂并进行精炼；S3、将铝合金熔体浇铸于事先预热的模具之中；S4、从模具之中取出铸件并进行冷却；S5、去除铸件表面的氧化皮和油污；S6、称量纯Al粉和Nb
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Fe粉；S7、将纯Al粉和Nb
‑
Fe粉配置成合金粉末并混合均匀，使用烘干箱将合金粉末进行干燥；S8、采用等离子焊机在铸件表面制备熔覆层；S9、清理熔覆层表面并打磨平整。2.根据权利要求1所述的一种活塞用铝合金制备及其强化方法，其特征在于：所述铸造铝合金的成分为：Si：10.0~15.0 wt.%，Cu：1.0~5.0 wt.%，Ni：1.0~4.0 wt.%，Mg：0.5~3 wt.%，Fe：0~1.0 wt.%，Mn：0~0.8 wt.%，Al：余量。3.根据权利要求1所述的一种活塞用铝合金制备及其强化方法，其特征在于：所述中间合金变质剂为Al
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Sr...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志高，彭明诚，张国栋，何光驰，谢成明，郑飞，龚卓，
申请(专利权)人：成都银河动力有限公司，
类型：发明
国别省市：