[發明專利]一種新型內燃機鋁活塞材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210502305.7
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114892047A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 余明;章高偉;陳鳳嬌
• 申請（專利權）人: 安徽省恒泰動力科技有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22F1/043;C22C1/02;C22C1/06
• 代理公司: 合肥東信智谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34143
• 代理人: 朱軍

一種新型內燃機鋁活塞材料，包括以下質量百分比的化學成分：Si：12～13.5％；Cu：4.0～6.0％；Mn：0.1～0.3％；Mg：0.5～1.2％；Ni：1.8～3.0％；Ti：0.02～0.15％；余量為Al。本發明通過增加鋁合金中Cu、Ni元素含量占比來提高鋁合金活塞材料的韌性和耐高溫性能，增加活塞的負荷能力。通過增加的Cu元素含量可產生明顯的強化效果，可降低線膨脹系數。Cu元素在鋁合金中形成Al?Si?Cu合金，通過固溶強化和析出中間相(Al₂Cu)化合物增強合金硬度，提高合金的耐熱強度。通過增加的Ni元素在鋁合金中形成NiAl₃等化合物，提高鋁合金的高溫強度金額體積、尺寸穩定性，同時使Fe的化合物變成塊狀的傾向，即降低雜質Fe的有害元素；增加的Ni元素與Cu元素相配合，熱強化效果更佳，降低膨脹系數作用更佳。

技術領域

本發明屬于內燃機鋁活塞材料技術領域，特別涉及一種新型內燃機鋁活塞材料及其制備方法。

背景技術

近年來，節能減排逐漸成為發動機行業的技術趨勢，發動機正朝著大功率、低油耗、低排放、高轉速、高增壓的方向發展。發動機性能的提高使得活塞的負荷顯著增加，因而對活塞性能尤其是高溫性能提出了更高的要求，活塞材料則首當其沖。活塞材料研發的水平高低，可體現一個活塞企業是否真正具有核心競爭力。

目前，市場上常用的鋁活塞材料有：ZL109/HT122A(ZL109G)、HT135(相當于M142)，可以滿足一般大功率發動機活塞的需要。但是，對于最高燃爆壓達到18Mpa級別的高增壓發動機目前尚無可合適的鋁活塞材料應用。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供了一種新型內燃機鋁活塞材料及其制備方法，具體技術方案如下：

一種新型內燃機鋁活塞材料，包括以下質量百分比的化學成分：Si：12～13.5％；Cu：4.0～6.0％；Mn：0.1～0.3％；Mg：0.5～1.2％；Ni：1.8～3.0％；Ti：0.02～0.15％；余量為Al。

優選地，其中：Si：13％；Cu：5.0％；Mn：0.15％；Mg：0.75％；Ni：2.6％；Ti：0.06％；Al：78.44％。

一種新型內燃機鋁活塞材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1：將鋁活塞材料的原料投入到電阻保溫爐中，待熔化成鋁水后，溫度控制在不低于750℃；

步驟S2：向步驟S1的鋁水中加入占原料總量為0.2％的清渣劑，用鐘罩壓入液面以下，反應2～3分鐘后，提出鐘罩，用撈籬充分攪拌鋁液，再撈去浮渣；

步驟S3：向步驟S2的鋁液中加入占原料總量為0.4％的變質劑，用鐘罩壓入液面以下，反應13～15分鐘后，提出鐘罩；

步驟S4：待步驟S3的變質作業完成后，再加入占原料總量為0.3％的精煉劑，用鐘罩壓入液面以下，反應8～10分鐘，提出鐘罩；

步驟S5：采用除氣機對步驟S4的鋁液做8～10分鐘除氣作業，用氣量為：15L/min；待除氣完成后，在液面上撒上占原料總量為0.04％的的清渣劑靜置10分鐘。

步驟S6：繼續降溫至750℃～780℃，澆注鋁活塞毛坯；

步驟S7：澆注完畢后，對步驟S6的鋁活塞毛坯進行熱處理。

優選地，步驟S2至S4中鐘罩距離坩堝底均為10厘米。

優選地，所述變質劑為復合磷鹽。

本發明的有益效果是：

本發明通過增加鋁合金中Cu、Ni元素含量占比來提高鋁合金活塞材料的韌性和耐高溫性能，增加活塞的負荷能力；