[發(fā)明專利]一種活塞及活塞制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911193400.8
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110820027B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 齊少豹;馬飛;張汝曉;張鵬程
• 申請（專利權）人: 濰柴動力股份有限公司
• 主分類號: C25D11/06
• 分類號: C25D11/06;C25D11/18;B22D17/00;F02F3/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

本發(fā)明屬于發(fā)動機技術領域，公開了一種活塞及活塞制造方法。該活塞包括：活塞本體；陶瓷涂層，其設置于活塞本體的頂部，在陶瓷涂層內設置有多個孔隙；熱障涂層，其覆蓋于陶瓷涂層上，熱障涂層用于封堵孔隙。該活塞制造方法包括以下步驟制備活塞本體，活塞本體的材質為鋁硅合金材料，利用電化學方式將活塞本體頂部轉變?yōu)檠趸X和二氧化硅,并形成多個孔隙，以制備陶瓷涂層；在陶瓷涂層的表面覆蓋熱障涂層，以制備熱障涂層。陶瓷涂層為微觀孔洞涂層，微觀孔洞涂層中的氣體導熱系數極小，與陶瓷涂層結合可阻礙高溫燃氣向活塞的熱量傳遞，降低活塞本體的熱負荷。在陶瓷涂層的表面覆蓋熱障涂層，避免熱量直接沖擊微觀孔洞涂層而出現裂紋。

技術領域

本發(fā)明涉及發(fā)動機技術領域，尤其涉及一種活塞及活塞制造方法。

背景技術

在內燃機中，活塞不僅是在缸套內往復運動的結構部件，活塞還作為形成燃燒室的重要組成部分。隨著內燃機爆發(fā)壓力增大，活塞的溫度也逐漸提高，這一方面要求活塞具有較好的耐高溫能力，使得在高溫下活塞能夠承受較高的壓力載荷，另一方面需要通過活塞向冷卻系統(tǒng)散失熱量。

現有活塞主要采用耐高溫技術和隔熱技術，存在以下缺陷：

首先，采用在鋁硅合金的基礎上加入銅、鎳、鎂等合金元素，以增強活塞抗拉強度。但是，鋁硅合金由于其硅元素以塊狀形式存在，割裂了鋁基體，使得鋁硅合金的抗拉強度有限。同時，由于目前內燃機需要活塞承受的溫度已經接近甚至超過380℃，僅從材料角度已經不足以滿足內燃機的材料強度要求，已經達到鋁活塞能夠承受的溫度極限。

其次，活塞采用重力鑄造工藝，由于重力鑄造的鋁活塞凝固是在常壓下進行的，活塞由液態(tài)轉變?yōu)楣腆w的過程中存在體積膨脹，導致活塞的微觀組織不夠致密。

再次，采用等離子噴涂的方式，在活塞的頂面涂覆一層導熱系數低的陶瓷材料，來滿足隔熱需求。由于隔熱層熱容量較高，在對燃燒室溫度提升的同時，會對進氣造成較大程度的加熱，不利于燃燒，從而影響內燃機的性能。同時，采用這種方式，容易出現涂層與基體之間結合困難的情況，尤其是在熱負荷及熱沖擊下，隔熱陶瓷材料涂層與鋁活塞基體間的熱膨脹系數不一致，容易出現脫落裂紋等問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種活塞及活塞制造方法，用于迅速吸熱放熱，實現隔熱，降低熱負荷，抗拉強度高。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種活塞制造方法，所述活塞制造方法包括以下步驟：

制備活塞本體，所述活塞本體的材質為鋁硅合金材料；

利用電化學方式將活塞本體頂部轉變?yōu)檠趸X和二氧化硅,并形成多個孔隙，完成陶瓷涂層的制備；

在陶瓷涂層的表面覆蓋熱障涂層，完成熱障涂層的制備。

作為優(yōu)選，所述電化學方式為：

在容器內放置硅酸鈉和氫氧化鈉溶液；

將活塞本體頂部插入硅酸鈉溶液內，通電后，活塞本體作為陽極，容器作為陰極，電化學反應釋放的熱量將活塞本體頂部熔化，并將液態(tài)水分解，使生成的氫氣形成所述孔隙，生成的氧氣與熔化的鋁硅合金結合，形成氧化鋁和二氧化硅。

作為優(yōu)選，采用高壓鑄造成型工藝制備所述活塞本體。

作為優(yōu)選，所述高壓鑄造成型工藝為：

在成型模具內噴涂脫模劑，并將成型模具進行預熱處理；

將鋁合金熔煉成液體；

將液態(tài)鋁合金倒入模具內，并在高壓環(huán)境中進行澆注；

活塞本體脫模成型。

作為優(yōu)選，所述高壓鑄造成型工藝中高壓環(huán)境的加載壓力為P，其中20MPa≤P≤40MPa。