[发明专利]一种发动机汽缸用铝合金材料的制备方法

说明书

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种利用冷气动力喷涂制备汽车发动机缸体用Al‑Si‑Cu合金块体材料的方法。首先将Al、Si、Cu的单质块进行真空炉熔炼后采用气体雾化的方法制得适合冷喷涂工艺尺寸的合金粉末；再采用冷气动力喷涂将制备的合金粉末喷涂到基体表面，制备出Al‑Si‑Cu的块体材料；所获得Al基合金块体材料中，抗拉强度可达100～350MPa，屈服强度可达80～200MPa，伸长率1％～3.5％，厚度在2cm以上。本发明方法操作简单，制备出的Al基合金块体材料组织致密，厚度可控，经热处理后力学性能良好。该材料结合冷喷涂增材制造技术有可能用于汽车发动机缸体的制备，大幅减轻发动机缸体的重量，解决国内汽车发动机铝合金缸体铸造工艺不成熟的问题。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种利用冷气动力喷涂制备汽车发动机缸体用Al-Si-Cu合金块体材料的方法。

背景技术

汽车工业中，为了降低废气排放和减少燃料的消耗，迫切期望减轻发动机重量(占总体重量10～15％)和减少汽缸内膛的磨损。铝合金作为一种新型材料，汽车轻量化建设中得到广泛应用。目前，国外中高端汽车生产厂家已经进行了铝合金发动机的工业化应用和生产，德国奔驰等公司已经用Al-Si-Cu系列的GD-AlSi9Cu3压铸铝制备了轿车用OM660共轨直喷发动机，其密度仅为铸铁的30％左右，美国福特汽车的2001ExpeditionSUV汽车的V-8发动机缸体也是用铝合金压铸而成。国内由于缺乏成熟精密的铸造工艺和先进的工业化生产设备，在高性能铝合金研发应用上与国外存在不小的差距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机汽缸用铝合金材料的制备方法，不采用于传统铸造工艺制备铝合金块体材料，将Al-Si-Cu合金块体材料结合冷喷涂增材制造技术有可能用于汽车发动机缸体的制备，大幅减轻发动机缸体的重量，解决国内汽车发动机铝合金缸体铸造工艺不成熟的问题。

本发明的技术方案如下：

一种发动机汽缸用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Al、Si、Cu的单质块进行真空炉熔炼后，采用气体雾化的方法制得适合冷喷涂工艺尺寸的合金粉末；

(2)采用冷气动力喷涂将制备的合金粉末喷涂到基体表面，制备出Al-Si-Cu的块体材料；

(3)采用马弗炉对制备出的Al-Si-Cu块体材料进行热处理；

所获得Al基合金块体材料中，孔隙率在2％以下，抗拉强度为100～350MPa，屈服强度为80～200MPa，伸长率1％～3.5％，厚度在2cm以上。

所述的发动机汽缸用铝合金材料的制备方法，步骤(1)中，气雾化合金粉末成分为Si：7～9wt.％，Cu：2.5～3.5wt.％，Al：余量。

所述的发动机汽缸用铝合金材料的制备方法，步骤(1)中，气雾化合金粉末的粒度范围为20～50μm。

所述的发动机汽缸用铝合金材料的制备方法，步骤(2)中，冷气动力喷涂的操作条件为温度200～600℃，压力0.5～5.0MPa，喷涂距离10～40mm。

所述的发动机汽缸用铝合金材料的制备方法，步骤(2)中，制备出的Al基合金块体材料结构致密，颗粒变形程度高。

所述的发动机汽缸用铝合金材料的制备方法，步骤(3)中，热处理的温度范围为200℃～500℃，保温时间为2h～10h。

本发明的设计思想是：