[發明專利]一種Si-Mg2Si顆粒增強鋁基復合材料

在審

• 申請號: 201611045075.7
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN108097907A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 劉芳
• 申請（專利權）人: 劉芳
• 主分類號: B22D13/00
• 分類號: B22D13/00;B22D21/04;C22C21/02
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• 代理人: 暫無信息

一種Si?Mg2Si顆粒增強鋁基復合材料，采用離心鑄造方法制備初生Si顆粒單獨增強Al?18Si初生Si/Mg2Si顆粒混合增強 Al?18Si?5Mg鋁基復合材料活塞。內澆口厚度尺寸為8mm，澆注溫度為770℃，模具溫度為400℃，離心轉速為800r/min時，離心鑄造獲得成形效果好且無鑄造缺陷的Al?18Si、Al?18Si?5Mg活塞，活塞頂部及環槽區分別偏聚有大量的初生Si顆粒和初生Si/Mg2Si顆粒，而活塞裙部為無顆粒的基體組織。離心鑄造Al?18Si?5Mg 活塞在頂部及環槽的硬度比離心鑄造Al?18Si活塞的提高了10%，前者的耐磨性能略優于后者；離心鑄造Al?18Si?5Mg活塞頂部及環槽的硬度比重力鑄造Al?18Si活塞的提高了10%?20%，且前者的平均磨損量僅為后者的60%?68%。

技術領域

本發明涉及一種粉末冶金材料，尤其涉及一種Si-Mg2Si顆粒增強鋁基復合材料。

背景技術

目前，工業生產已逐步采用鋁合金材料來制造內燃機發動機活塞。過共晶AlSi合金以其優異的耐磨性能、熱穩定性及低膨脹系數成為制造發動機活塞的理想材料。過共晶AlSi合金在凝固過程中能自生析出初生增強顆粒，強化鋁合金基體。考慮到活塞惡劣的工作環境，其頂部及環槽與高溫、高壓的燃氣接觸，工作溫度高、熱負荷大，要求活塞頂部及環槽具有優良的高溫耐磨性，因此，可以引入功能梯度復合材料(Functionally gradedmaterials，FGMs)的概念，提高活塞頂部及環槽區初生增強顆粒的體積分數，進一步增強其高溫耐磨性。

自發明離心鑄造方法制備FGMs以來，人們已采用該法制備了大量的自生顆粒增強Al基梯度功能復合材料，如AlMg2Si、AlNi、AlTi、AlSiMg、AlMgB、AlZr 合金等。為此，可以考慮采用離心鑄造方法制備局部含有高體積分數增強顆粒的鋁合金活塞。在過共晶AlSi合金中加入適量的Mg，將同時形成初生Si和Mg2Si兩種增強顆粒。由于Si/Mg2Si具有比鋁合金基體更小的密度。因此，在離心鑄造過程中，顆粒將沿離心力反方向偏移、聚集。

發明內容

本發明的目的是為了改善鋁基復合材料的硬度和耐磨性，設計了一種Si-Mg2Si顆粒增強鋁基復合材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

Si-Mg2Si顆粒增強鋁基復合材料的制備原料包括：純Al、純Si及純Mg分別配制Al-18Si和Al-18Si-5Mg合金漿料。

Si-Mg2Si顆粒增強鋁基復合材料的制備步驟為：離心鑄造成形Al-18Si-5Mg和Al-18Si合金活塞。

Si-Mg2Si顆粒增強鋁基復合材料的檢測步驟為：沿活塞毛坯中軸線切割，截取厚度為20mm的L形試樣。微觀組織按a、d、f 3 個位置觀察；顆粒體積分數按a、b、c、d、f 5 個位置測定。實驗采用HR-150A型洛氏硬度儀，按a-h8個位置測試活塞頂部至裙部的洛氏硬度。活塞各部分的耐磨性能測試在自制的旋轉式摩擦試驗機上進行，摩擦試驗機的轉速為280r/min，金剛砂磨頭直徑為8mm，載荷30N，摩擦時間10min，在a、d、f 3 個位置進行，并用精度為10-3g 的分析天平稱量試樣磨損前后的質量，計算平均磨損量。某重力鑄造Al-18Si合金活塞零件按照同樣的方法取樣，并在相應的位置進行硬度、耐磨性能的測試。對離心鑄造Al-18Si-5Mg合金活塞進行熱處理。熱處理工藝為：(500℃，8h)固溶處理，(180℃，12h)時效處理。