[發明專利]3D打印鈦合金燃燒室的內燃機鋁合金活塞及其制備方法

有效

• 申請號: 202010785123.6
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111842908B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李建平;郭永春;夏峰;楊偉;楊忠;李艷
• 申請（專利權）人: 西安康博新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F3/00;B22F3/26;B22F7/08;B33Y10/00;B33Y80/00;F02F3/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明提供3D打印鈦合金燃燒室的內燃機鋁合金活塞及其制備方法，屬于金屬材料復合制備技術領域，該內燃機鋁合金活塞包括活塞主體以及采用3D打印技術在所述活塞主體的頂部逐層打印3D打印層，用于隔熱；所述3D打印層采用的材料的高溫抗拉強度高于所述活塞主體采用的材料的高溫抗拉強度。該鋁合金活塞采用3D打印技術在活塞主體的頂部表層逐層打印耐熱性高、導熱系數較低的3D打印層，用于隔熱，在有效提高活塞工作溫度的同時，保證輕量化。該方法采用3D打印技術在活塞主體的頂部打印一層3D打印層，工藝簡單，效率高，精確度高，毛坯加工余量少，且3D打印層與活塞主體的結合強度高。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種3D打印鈦合金燃燒室的內燃機鋁合金活塞及其制備方法。

背景技術

3D打印是一種快速成型技術，主要以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體。3D打印技術由開始的模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，之后逐漸用于產品的直接制造，目前，已經有使用這種技術打印而成的零部件。但是在內燃機活塞上的應用還未見報道。

隨著人們對內燃機輕量化和小型化要求日益增長，同時功率也需要大幅提高，因此需要提高內燃機的功率密度，而高壓共軌噴油和渦輪增壓技術的發展為我們提高功率密度得到保障。但是功率密度的提升使得內燃機燃燒室關鍵構件需要承受高溫、高壓及高工作頻率，尤其是活塞，因而要求燃燒室關鍵構件材料必須滿足高強韌、高抗熱機疲勞性、高熱穩定性及低熱膨脹系數的要求。

目前使用的整體鑄造鋁合金活塞在高功率密度工況下，極易產生開裂、燒蝕、拉缸和碎裂，主要是因為活塞鋁合金材料高溫性能已經達到極限，活塞燃燒室經常出現燒蝕，造成內燃機故障，因而現有的鋁合金活塞已經不能滿足大于400℃的高溫工況下的使用要求，所以迫切需要開發一種新的內燃機活塞結構來解決上述問題，同時保證輕量化要求。

現有內燃機活塞的制造形式主要有：

一、采用金屬模具整體鑄造鋁合金活塞、液態模鍛鋁合金活塞及電子束焊接鍛造鋁合金頭部和裙部活塞，其耐熱溫度最高到400℃，已經不能滿足當前發展需求；

二、模具鍛造鋼活塞，其不符合現在輕量化發展理念；

三、模具鍛造鋁合金裙部和鋼頭部進行鉸接活塞，其工藝復雜、輕量化程度低、鉸接的地方容易斷裂；

四、鋁合金活塞頂部鑲嵌耐磨層和活塞燃燒室進行隔熱鍍層或涂層，其制備工藝復雜，鍍層和涂層厚度太薄只能達到幾十微米，隔熱效果不明顯；鍍層和涂層與鋁合金的結合強度較低，容易脫落，脫落碎片很容易造成內燃機故障。

因此，為了解決上述問題，急需開發一種新的內燃機活塞以及鑄造方法，在提高制造效率及結合強度的同時具有耐高溫、輕量化的特點。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種3D打印鈦合金燃燒室的內燃機鋁合金活塞，該鋁合金活塞采用3D打印技術在活塞主體的頂部表層逐層打印耐熱性高、導熱系數較低的3D打印層進行隔熱，在有效提高活塞工作溫度的同時，保證輕量化。

本發明的另一個目的在于提供一種3D打印鈦合金燃燒室的內燃機鋁合金活塞的制備方法，該方法采用3D打印技術在活塞主體的頂部逐層打印3D打印層，工藝簡單，效率高，精確度高，毛坯加工余量少，且3D打印層與活塞主體的結合強度高。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種3D打印鈦合金燃燒室的內燃機鋁合金活塞，該內燃機鋁合金活塞包括活塞主體以及采用3D打印技術在所述活塞主體的頂部逐層打印3D打印層，用于隔熱；

所述3D打印層采用的材料的高溫抗拉強度高于所述活塞主體采用的材料的高溫抗拉強度。