[發明專利]原位合成Al3Ti顆粒表面增強鋁基復合氣缸套及其制備方法

無效

• 申請號: 201110121461.0
• 申請日: 2011-05-11
• 公開（公告）號: CN102205406A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 牛立斌;孫萬昌;楊小蘭
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: B22D17/22
• 分類號: B22D17/22;B22D19/16;C23C24/10;C22C21/00;F02F1/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 王彩花

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料制備領域，具體涉及一種原位合成Al₃Ti顆粒增強鋁基復合氣缸套及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著車輛輕量化的發展，越來越多的車輛發動機采用了鋁基材料發動機，氣缸作為發動機中重要的組成部件，通常包括缸體和缸套兩部分，一般是將缸體和缸套分別加工，然后再將缸套緊密裝配在缸體內。缸套與往復運動的活塞之間，往往伴有摩擦、磨損、高溫氧化等造成二者間的間距加大的現象，導致氣缸功效降低，因此氣缸套的性能好壞，直接決定了氣缸的壽命。而氣缸套的失效大多是因表面、亞表面或因表面因素而引起的，若能對氣缸套的工作表面予以強化，增強其耐磨、耐高溫、耐腐蝕性能，必將可延長氣缸套的使用壽命，從而延長氣缸的壽命。

過去氣缸套常采用優質灰鑄鐵，為了提高氣缸套的耐磨性，采用在鑄鐵中加入少量的合金元素，如鎳、鋁、鉻、磷等得到優質鑄鐵。將加工好的缸套采用鑲入法嵌入到由鋁合金制作的氣缸缸體內，既減輕了重量又提高了耐磨性，可大大延長氣缸套壽命。盡管如此，工業上還認為鑄鐵類的缸套質量大，運行需消耗掉較多的能量，難以滿足未來輕量化汽車的發展需求。為此，研究者采用鍍覆耐磨層的方法來減輕質量和提高氣缸套的高溫耐磨性，即在輕量化的缸套內表面進行強化，采用各種表面工程技術，如激光淬火、等離子淬火、熱噴涂以及其它各種表面處理技術。應該說，這些先進技術在缸套材料上的應用確實能有效地提高缸套的耐磨損性，但由于存在各種技術問題，始終未能在行業內得到大范圍的推廣應用。主要表現在：只提高處理層強度，對氣缸套抗拉性能幾乎沒有任何效果；處理層無法達到令人滿意的深度，且處理層處理性能不均，難以為發動機提供穩定的工作環境；加工成本大、工效低，難以適應大批量生產需求；對環境存在難以克服的污染問題；無法解決氣缸套中的穴蝕問題。此類技術代表性的研究成果如：中國專利91107625.4和200720092917.4在鋁合金氣缸套體本體的內壁上采用復合鍍的方法鍍上一層陶瓷復合鍍層，可在一定程度上提高氣缸套的耐磨性、高溫性能、延長壽命，但鍍覆法中增強體的加入均采用外加顆粒法，加工過程中增強體表面易污染，增強體與基體的結合力差，使用過程中，極易引起增強體的脫落。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于：結合Al₃Ti的特性，提供一種原位合成Al₃Ti金屬間化合物顆粒增強鋁基復合氣缸套的制備方法，以更大程度的提高氣缸套的耐磨性和高溫機械性能。

為實現上述任務，本發明采取如下技術解決方案：

一種原位合成Al₃Ti顆粒表面增強鋁基復合氣缸套的制備方法，其特征在于，該方法通過下列步驟實現：

步驟一，加工鈦絲絲網預制體：

先將直徑為50μm～150μm的鈦絲編制成網孔規格為20目～100目的鈦絲絲網，然后根據氣缸套內表面待增強區的厚度、形狀和尺寸，選擇適當層數的鈦絲絲網，并將其進行裁剪、卷制或將其裁剪、疊放、卷制成圓筒狀的鈦絲絲網預制體，其中的鈦絲絲網預制體由1～3層鈦絲絲網加工而成；

步驟二，加工壓鑄氣缸套的鑄鐵模具：

根據氣缸套的形狀與尺寸，加工壓鑄氣缸套的鑄鐵模具；

步驟三，布置石墨紙和鈦絲絲網預制體：

先將石墨紙布置于壓鑄氣缸套的鑄鐵模具內，接著將步驟一中得到的鈦絲絲網預制體布置于石墨紙上，鈦絲絲網預制體在壓鑄氣缸套的鑄鐵模具內所處位置為氣缸套內表面待增強區在壓鑄氣缸套的鑄鐵模具內的位置，得到布置有鈦絲絲網預制體的壓鑄氣缸套的鑄鐵模具；

步驟四，熔煉氣缸套基體材料：

根據氣缸套基體材料材質的要求，確定鋁基材料的化學成分，并進行熔煉，得到熔融的氣缸套基體材料；

步驟五，壓鑄氣缸套半成品：

在澆注溫度為750℃～800℃、模具溫度為150℃～200℃、低壓射速度為0.2m/s～0.3m/s、高壓射速度2.0m/s～2.6m/s、低壓壓力為40Mpa～50Mpa、高壓壓力80Mpa～100Mpa的條件下，將熔融的氣缸套基體材料壓鑄到內布置有鈦絲絲網預制體的壓鑄氣缸套的鑄鐵模具中，然后冷卻至室溫，得到氣缸套半成品；

步驟六，激光熔覆原位合成鋁基復合氣缸套的Al₃Ti顆粒增強層：