[發(fā)明專利]一種輕型耐磨汽車發(fā)動機活塞及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510853527.3
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN105422307A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘成群
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波市群星粉末冶金有限公司
• 主分類號: F02F3/00
• 分類號: F02F3/00;F02F3/12;C22C21/02;B22F3/16;B22F1/00
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33243
• 代理人: 張向飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于活塞加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種輕型耐磨汽車發(fā)動機活塞及其制備方法。

背景技術(shù)

活塞被稱為發(fā)動機的心臟。它是發(fā)動機中最重要的零件之一。其功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動機工作時，活塞直接與瞬時溫度2200攝氏度的高溫氣體接觸，其頂部溫度達300℃～400℃，且溫度分布不均勻；在做功行程時活塞頂部承受著很大的氣體壓力，汽油機達4MPa～5MPa，柴油機高達8MP～9MPa，甚至更高；此外，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動線速度可達11m/s～16m/s；在這種惡劣的條件下工作。活塞承受著高溫、高壓的熱負荷和機械負荷。因此活塞作為汽車發(fā)動機中傳遞能量的一個非常重要的構(gòu)件，對其材料具有特殊的要求：密度小、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性好、熱膨脹系數(shù)小；并具有足夠的高溫強度、耐磨和耐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性好。

為了使活塞有足夠的強度和剛度，質(zhì)量要小，導(dǎo)熱性好和有較小的摩擦系數(shù)，活塞材料普遍采用硅鋁合金。柴油機活塞則多用銅鎳鎂鋁合金。

隨著大馬力汽車發(fā)動機快速發(fā)展，尤其是重型柴油發(fā)動機渦輪增壓、中冷技術(shù)的應(yīng)用以及大缸徑高壓縮比、低排放要求的不斷提高。傳統(tǒng)鋁合金活塞材料已無法滿足其使用要求，在滿足內(nèi)燃機輕量小型化、可靠性和耐久性的情況下，發(fā)動機向著高速、大功率、大壓縮比的方向發(fā)展，其燃燒室內(nèi)溫度和壓力變得更高，以往使用的鋁合金已達到或接近使用極限。

傳統(tǒng)的ZL108、ZL109鋁基合金生產(chǎn)的活塞，由于膨脹系數(shù)原因，活塞與缸體需要較大的配缸間隙(柴油機發(fā)動配缸間隙為0.12～0.20mm，空壓機配缸間隙為0.08～0.16mm，制冷壓縮機配缸間隙0.06～0.09mm，摩托車發(fā)動機配缸間隙為0.03～0.07mm)，

這種較大的配缸間隙，造成發(fā)動機在運行過程中，振動大、噪聲大、排放大、功率難以提高，難以滿足新標發(fā)動機的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出了一種力學性能、吸音、減震的輕型耐磨汽車發(fā)動機活塞。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種輕型耐磨汽車發(fā)動機活塞，包括頭部和連接在頭部下端的裙部，所述頭部上由下向上依次設(shè)有油環(huán)槽和氣環(huán)槽，油環(huán)槽底面上開有徑向小孔，所述裙部的兩側(cè)設(shè)有兩個相對的銷孔，所述發(fā)動機活塞由鋁合金陶瓷多孔材料制成，所述鋁合金陶瓷多孔材料包括質(zhì)量比為100：(55.1-165.2)：(0.4-0.9)：(9-12)的鋁合金粉、陶瓷粉、致孔劑和粘結(jié)劑。

上述油環(huán)槽在活塞頭部的下部設(shè)有一道，氣環(huán)槽在頭部的上部根據(jù)發(fā)動機類型設(shè)有兩到三道，油環(huán)槽底面上開有許多徑向小孔，使被油環(huán)從汽缸壁上刮下的機油經(jīng)過這些小孔流回油底殼。油環(huán)槽和氣環(huán)槽用以安裝活塞環(huán)，起密封作用。頭部和活塞環(huán)一起密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，并將熱量傳遞給汽缸壁。

活塞在做功行程時活塞頂部承受著很大的氣體壓力和高溫，裙部承受發(fā)動機側(cè)壁較大的壓力，因此活塞要有足夠的機械強度、剛度和高溫性能。本發(fā)明采用的鋁合金陶瓷多孔材料內(nèi)部彌散分布著大量獨立存在的閉孔孔洞，綜合多孔陶瓷和多孔金屬的優(yōu)點，具有一般多孔材料所不能比擬的高硬度、高強度、抗磨損、抗酸堿、耐高溫、耐沖擊等性能，同時具有比重小、吸振及吸音性能好等特點，而且通過顆粒控制可使其表面光結(jié)度達到所需要求。因此使用鋁合金陶瓷多孔材料制成的汽車發(fā)動機活塞具有很高的強度和剛度，并且整體質(zhì)量小，大幅減少發(fā)動機工作時的震動和噪音，并且有很強的抗腐蝕性，具有優(yōu)良的力學性能和使用性能。

作為優(yōu)選，所述鋁合金陶瓷多孔材料的孔隙率為55.4-78.6％，孔徑為13.1-25.0μm。

材料的孔隙率和孔徑大小決定了產(chǎn)品最終的力學性能和機械性能，在上述孔隙率和孔徑的范圍內(nèi)，多孔合金鋼陶瓷具有最佳的硬度、強度、抗沖擊等性能和最低的密度，其綜合性能達到最優(yōu)。

作為優(yōu)選，所述鋁合金陶瓷多孔材料中鋁合金粉的粒徑為3-15μm，陶瓷粉的粒徑為30-100nm。

多孔材料的孔隙的大小和孔隙特性主要取決于制備工藝和原料粉體粒徑，為了得到整體性能優(yōu)良、導(dǎo)熱性能好的多孔材料，原料粉體的粒徑越小，活性越高，越容易燒結(jié)。均布在密實的鋁合金陶瓷基體中的致孔劑產(chǎn)生分解，釋放的氣體導(dǎo)致壓實體膨脹，形成高度多孔的結(jié)構(gòu)。