[发明专利]高硅铝合金缸套材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属合金及其制备技术领域，尤其涉及一种耐热、耐磨、低膨胀系数的高硅铝合金缸套材料及其制备方法。

背景技术

发动机配缸间隙决定和影响着发动机功率密度、废气压力、燃油消耗以及燃油经济性指标的重要参数。铸铁、钢缸套材料与活塞铝合金材料热物理性能相容性差，难于进一步缩小配缸间隙，不能高效经济的解决高功率密度、高经济性发动机动力技术问题。而高硅铝合金缸套与活塞铝合金材料热物理性能相容性好，可以显著地缩小配缸间隙，可解决或克服铸铁、钢缸套的缺点与不足。

高硅铝合金的摩擦机理是软基体上分布高硬度质点相，质点相越细小、分布越均匀，其摩擦学性能越好；过渡族合金元素含量越高，对摩擦学性能和高温性能越有益。英国专利GB972095分布的一种高硅铝合金缸套材料含铜、镍、铁、锰等过渡族元素，但含量低，将使合金耐高温性能与摩擦学性能不足，而且采用压铸成形方法难以获得细小均匀的高硬度化合物质点相以及高硅质点，还将造成加工性能差等问题。英国专利GB2302695、欧洲专利EP367229及美国专利PS4155756、4938810公布的不含镍、铁、锰等过渡族元素，且硅含量过高，将使该种合金高温、室温力学性能严重过低，且这几份专利均采用粉末冶金工艺，还将造成制造成本高以及力学性能均匀性差等缺点。

而中国专利CN00124660.7、CN200510048662.7公开的合金及喷射沉积制造方法，显示出所制备材料组织的优越性，但存在所制造的材料脆性大，室温、高温力学性能不高等缺点与问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，进行多元合金化设计与制造，提供一种综合性能先进的新型高硅铝合金缸套材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高硅铝合金缸套材料，其特征在于该高硅铝合金缸套材料各组分按重量百分比处理为：

Si：18.0％～25.0％；Fe：3.5％～6.0％；Ni：1％～2％；Cu：1.5％～3.0％；Mg：0.5％～1.0％；Mn：0.5％～1.5％；V：0.1％～0.5％；Sr：0.05％～0.15％；Al：余量。

所述的高硅铝合金缸套材料各组分按重量百分比处理为：

Si：20.52％；Fe：5.11％；Ni：1.88％；Cu：2.52％；Mg：0.73％；Mn：1.22％；V：0.35％；Sr：0.1％；Al：余量。

高硅铝合金缸套的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①成分设计与精确配料：

成分设计各组分按重量百分比处理为Si：18.0％～25.0％；Fe：3.5％～6.0％；Ni：1％～2％；Cu：1.5％～3.0％；Mg：0.5％～1.0％；Mn：0.5％～1.5％；V：0.1％～0.5％；Sr：0.05％～0.15％；Al：余量；精确配料按照本发明的合金，采用铝硅、铝铁、铝镍、铝铜、铝锰、铝钒、铝锶中间合金以及纯铝、纯镁炉料，进行定量配料；

②熔炼、覆盖与精炼：

采用中频电磁感应炉熔炼，熔炼时硅、铁、镍、铜、锰、钒、锶以铝中间合金形式加入，加入熔化后调整铝液温度为720℃±10℃，加入铝、镁炉料；

覆盖剂的加入，保护铝液避免氧化烧损，分别在装炉、熔炼、加镁及浇注时均匀撒入覆盖剂，避免液体金属裸露；

精炼处理，调整铝液温度740℃～780℃，加入2～6％的以氯化钾-氯化镁为基础成分的熔剂，对合金液进行搅拌、净化，使镁不被烧损，去除合金中氧化物和有害气体；

③喷射沉积：

在中频熔炼炉进行合金熔炼、除气与净化处理，浇注到漏斗与导流嘴中控制导流，进入喷射沉积雾化器中雾化沉积，产生高度雾化的高速半固态溅射流，高速溅射沉积到底盘接收设备上，通过底盘向下的移动速度、旋转速度以及与雾化器的摆角的偶合，制备成不同直径大小的圆形锭坯；

金属导流浇注参数：

浇注温度：760～860℃

金属流量：6～8Kg/min

喷射沉积参数：

扫描速度：20.9～23.3Hz；

气体流量：16～23Nm³/min；

氮气压力：6.5～9.5atm；

喷射高度：670～730mm；

沉积坯接收参数：

接收底盘旋转速度：2.45～3.16r/s；

接收底盘移动速度：0.57～0.70mm/s；

④挤压加工：