[發(fā)明專利]一種過共晶與亞共晶鋁硅合金固?液雙金屬?gòu)?fù)合鑄造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710094683.5
• 申請(qǐng)日: 2017-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN107052306A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王金國(guó);李雨軒;姜啟川;王慧遠(yuǎn);閆瑞芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D19/16
• 分類號(hào): B22D19/16;B22D19/08;C22C1/00;C22C21/02;C22C21/14;C25D5/44;C25D5/30;B22C1/22
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 王淑秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種過共晶鋁硅合金與亞共晶鋁硅合金固-液雙金屬?gòu)?fù)合鑄造方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，該方法有助于更好的使鋁合金在固-液復(fù)合過程中達(dá)到冶金結(jié)合。

背景技術(shù)

近年來，隨著能源危機(jī)和環(huán)保問題的日益嚴(yán)重，人們對(duì)節(jié)能減排產(chǎn)品的需求越來越高，輕量化及高性能已成為新材料發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，采用過共晶鋁硅合金代替鑄鐵制造轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸套逐漸成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。其具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)減少發(fā)動(dòng)機(jī)重量，減少油耗及溫室氣體的排放量；2)提高導(dǎo)熱率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率；3)減少活塞的磨損、潤(rùn)滑油的消耗；4)減小活塞間隙，減小發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。因此，采用高硅鋁合金代替鑄鐵制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸套所帶來的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保的意義十分重大。而目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)高硅鋁合金缸套與鋁合金缸體的成形技術(shù)一般為擠壓裝配等方法，擠壓裝配是直接將高硅鋁合金缸套和鋁合金缸體之間機(jī)械總裝成型。這種方法不能使缸套和缸體之間達(dá)到冶金結(jié)合，僅僅為機(jī)械結(jié)合，而機(jī)械結(jié)合的雙金屬?gòu)?fù)合鑄件界面結(jié)合較差，強(qiáng)度較低，散熱性差，并不利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

鋁/鋁液-固復(fù)合過程中的一個(gè)關(guān)鍵性的問題就是如何解決界面氧化問題，它直接關(guān)系到雙金屬界面結(jié)合的質(zhì)量好壞，液-固復(fù)合過程中，由于Al₂O₃膜的存在，鋁液中的原子很難直接與固態(tài)的Al原子接觸，因此盡管固態(tài)鋁合金表面經(jīng)過表面處理，但是在液-固復(fù)合鑄造時(shí)由于高溫作用也會(huì)產(chǎn)生氧化膜，從而嚴(yán)重阻礙不同種鋁/鋁之間的復(fù)合，使復(fù)合界面的性能嚴(yán)重降低。當(dāng)前，液固雙金屬?gòu)?fù)合主要采用兩種表面的處理方式，電鍍鋅與表面氟鹽涂覆的方法。采用電鍍鋅表面處理方法，鋅原子與鋁原子之間擴(kuò)散滲透的能力較差；表面氟鹽涂覆表面處理方法，雙金屬界面結(jié)合不夠穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種過共晶與亞共晶鋁硅合金固-液雙金屬?gòu)?fù)合鑄造方法，該方法能夠獲得高質(zhì)量的過共晶-亞共晶鋁硅合金冶金結(jié)合界面，雙金屬界面結(jié)合穩(wěn)定、強(qiáng)度高。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的過共晶與亞共晶鋁硅合金固-液雙金屬?gòu)?fù)合鑄造方法包括下述步驟：

一、將固態(tài)鋁硅合金制作成預(yù)制塊并除去氧化膜；

二、對(duì)已除去氧化膜的預(yù)制塊進(jìn)行電鍍銅處理；

三、將經(jīng)過電鍍銅處理的預(yù)制塊放入砂型，然后澆鑄液態(tài)鋁硅合金，冷卻后得到鋁硅合金雙金屬?gòu)?fù)合鑄件。

本發(fā)明采用電鍍銅的方法，相比于電鍍鋅而言，銅原子與鋁原子之間有更好的擴(kuò)散滲透的能力；相比于表面氟鹽涂覆的方法，電鍍銅可以獲得更全面、更穩(wěn)定的界面結(jié)合。

所述固態(tài)鋁硅合金為過共晶鋁硅合金，液態(tài)鋁硅合金為亞共晶鋁硅合金。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟二中，電鍍銅處理工藝條件為電流密度為0.4～0.6A/dm²，電鍍時(shí)間為5～15min。

所述步驟二中，電鍍銅處理工藝條件為電流密度優(yōu)選0.5A/dm²，電鍍時(shí)間優(yōu)選15min。

所述步驟三中，將電鍍銅的預(yù)制塊預(yù)熱到200～300℃后再放入砂型。

所述步驟三中，預(yù)制塊預(yù)熱溫度優(yōu)選200℃。

所述砂型為40～100目樹脂自硬砂制造的砂型。

所述步驟三中，澆鑄的液體亞共晶鋁硅合金溫度為750～780℃。

所述步驟三中，澆鑄的液體亞共晶鋁硅合金溫度優(yōu)選為750℃。

本發(fā)明為發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的過共晶鋁硅合金缸套和亞共晶鋁硅合金缸體之間達(dá)到冶金結(jié)合提供了一種新方法，能夠獲得高質(zhì)量的過共晶-亞共晶鋁硅合金冶金結(jié)合界面。該方法以過共晶鋁硅合金為基體加工制備成預(yù)制塊，并對(duì)已除去氧化膜的預(yù)制塊表面電鍍銅、預(yù)熱處理，在砂型中澆鑄液態(tài)亞共晶鋁硅合金，最終獲得了具有高優(yōu)質(zhì)界面結(jié)合的鋁-鋁雙金屬?gòu)?fù)合件。

本發(fā)明可獲得冶金結(jié)合的鋁-鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料，克服了鋁合金雙金屬?gòu)?fù)合鑄造材料生產(chǎn)和應(yīng)用的瓶頸，為實(shí)現(xiàn)全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)的制造提供了新方法，其工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可用于大量生產(chǎn)，也有望在車輛、船舶、航空制造業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1：鋁/鋁復(fù)合澆鑄宏觀切面圖。

圖2：對(duì)比例復(fù)合界面圖。

圖3：電流密度為0.3A/dm²條件下的鍍銅層微觀金相圖。

圖4：電流密度為0.5A/dm²條件下的鍍銅層微觀金相圖。