[发明专利]自生混合颗粒增强铝合金缸套及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机气缸部件，特别是一种自生混合颗粒增强铝合金缸 套及其制造方法。

背景技术

缸套是内燃发动机的重要零部件之一，其内表面由于受到高温高压燃气的 作用并与高速运动的活塞接触而极易磨损。因此，缸套的机械性能和高温热性 能对发动机的工作效率，使用寿命以及工作状态有重要的影响。

近年来，铝合金缸套的技术开发成为重要议题，已有技术中出现了高硅铝 合金缸套喷射冶金法、铝合金气缸内表面涂覆处理工艺以及离心铸造法制备 Al-Si-Mg合金以及初晶Si/Mg₂Si颗粒增强铝合金缸套内层工艺。另外，开展了 离心铸造Al-Ni和Al-Ni-Si合金初生铝镍相梯度功能复合材料的基础研究。同时， 报道了采用Al-Ni-Si合金材料来制备发动机箱体，汽缸套以及活塞的技术。现 分别叙述如下：

1.高硅铝合金气缸套的工艺主要是采用快速凝固喷射成形+高温挤压。德国 戴姆勒-奔驰汽车制造公司与PEAK公司合作已将该法应用于部分高档轿车发动 机缸套的制造(见中华人民共和国专利局“发明专利申请公开说明书”，发明名 称：超共晶铝合金汽缸衬筒及其制造方法；申请号：95117636.6；申请日：95.10.24； 公开日：1996年8月28日)。但是，该法工艺流程长、设备投入大，气缸套制 造成本很高。

2.铝合金气缸内表面涂覆工艺主要是对铝合金缸套内表面进行陶瓷化处理， 如喷涂耐磨涂层或激光烧结Si，Al₂O₃等耐磨颗粒。该方法首先将发动机缸体和 缸套同时整体铸出，为了提高缸套的耐磨性，用激光熔化缸套的内表面，同时 将增强颗粒熔覆至缸套内表面，然后机械加工成形。该法的主要不足在于熔覆 层有孔洞，在使用过程中出现熔覆层脱落的现象。

3.离心铸造法制备初晶Si/Mg₂Si颗粒增强缸套内层工艺是最近被提出的(见 中华人民共和国专利局“发明专利申请公开说明书”，发明名称：内层颗粒增强 缸套及其制造方法；申请号：200810070197.0；申请日：2008.8.27；公开日：2009 年1月7日)。这种方法的最大特点是尽可能的遵循了现有普通铸铁缸套的制造 方法，生产效率高且工艺简单。然而，这种缸套由于是颗粒内层增强，在离心 铸造过程中，铸造夹渣、气孔等缺陷与颗粒同时偏移至铸件内层区域，致使其 机械加工难度增大，缸套成品率降低并影响了其耐磨性能。

4.欧洲专利DE19845279A1号曾公开一种采用Al-Ni-Si合金材料来制备发动 机箱体，汽缸套以及活塞。该专利文件仅研究了一定合金成分的Al-Ni-Si合金 材料(Si 12-17％(wt.)，Ni(4.1+0.2x Si％)到12％，Cu，Mg，Mn，Fe，Ti，B和P 总共0.5-8％，其余为Al)能用于制备发动机零部件，最终获得的组织是初晶Si 均匀的分布在铝镍相和基体中。该专利涉及的制备发动机箱体，汽缸套以及活 塞的工艺方法是普通重力铸造方法，没有涉及到离心铸造的方法。另外，该合 金的Si含量较低，不足以形成足够高硬度的初晶Si颗粒。