[发明专利]一种Si-Mg2Si颗粒增强铝基复合材料

说明书

一种Si‑Mg2Si颗粒增强铝基复合材料，采用离心铸造方法制备初生Si颗粒单独增强Al‑18Si初生Si/Mg2Si颗粒混合增强 Al‑18Si‑5Mg铝基复合材料活塞。内浇口厚度尺寸为8mm，浇注温度为770℃，模具温度为400℃，离心转速为800r/min时，离心铸造获得成形效果好且无铸造缺陷的Al‑18Si、Al‑18Si‑5Mg活塞，活塞顶部及环槽区分别偏聚有大量的初生Si颗粒和初生Si/Mg2Si颗粒，而活塞裙部为无颗粒的基体组织。离心铸造Al‑18Si‑5Mg 活塞在顶部及环槽的硬度比离心铸造Al‑18Si活塞的提高了10%，前者的耐磨性能略优于后者；离心铸造Al‑18Si‑5Mg活塞顶部及环槽的硬度比重力铸造Al‑18Si活塞的提高了10%‑20%，且前者的平均磨损量仅为后者的60%‑68%。

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种Si-Mg2Si颗粒增强铝基复合材料。

背景技术

目前，工业生产已逐步采用铝合金材料来制造内燃机发动机活塞。过共晶AlSi合金以其优异的耐磨性能、热稳定性及低膨胀系数成为制造发动机活塞的理想材料。过共晶AlSi合金在凝固过程中能自生析出初生增强颗粒，强化铝合金基体。考虑到活塞恶劣的工作环境，其顶部及环槽与高温、高压的燃气接触，工作温度高、热负荷大，要求活塞顶部及环槽具有优良的高温耐磨性，因此，可以引入功能梯度复合材料(Functionally gradedmaterials，FGMs)的概念，提高活塞顶部及环槽区初生增强颗粒的体积分数，进一步增强其高温耐磨性。

自发明离心铸造方法制备FGMs以来，人们已采用该法制备了大量的自生颗粒增强Al基梯度功能复合材料，如AlMg2Si、AlNi、AlTi、AlSiMg、AlMgB、AlZr 合金等。为此，可以考虑采用离心铸造方法制备局部含有高体积分数增强颗粒的铝合金活塞。在过共晶AlSi合金中加入适量的Mg，将同时形成初生Si和Mg2Si两种增强颗粒。由于Si/Mg2Si具有比铝合金基体更小的密度。因此，在离心铸造过程中，颗粒将沿离心力反方向偏移、聚集。

发明内容

本发明的目的是为了改善铝基复合材料的硬度和耐磨性，设计了一种Si-Mg2Si颗粒增强铝基复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

Si-Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备原料包括：纯Al、纯Si及纯Mg分别配制Al-18Si和Al-18Si-5Mg合金浆料。

Si-Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备步骤为：离心铸造成形Al-18Si-5Mg和Al-18Si合金活塞。

Si-Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的检测步骤为：沿活塞毛坯中轴线切割，截取厚度为20mm的L形试样。微观组织按a、d、f 3 个位置观察；颗粒体积分数按a、b、c、d、f 5 个位置测定。实验采用HR-150A型洛氏硬度仪，按a-h8个位置测试活塞顶部至裙部的洛氏硬度。活塞各部分的耐磨性能测试在自制的旋转式摩擦试验机上进行，摩擦试验机的转速为280r/min，金刚砂磨头直径为8mm，载荷30N，摩擦时间10min，在a、d、f 3 个位置进行，并用精度为10-3g 的分析天平称量试样磨损前后的质量，计算平均磨损量。某重力铸造Al-18Si合金活塞零件按照同样的方法取样，并在相应的位置进行硬度、耐磨性能的测试。对离心铸造Al-18Si-5Mg合金活塞进行热处理。热处理工艺为：(500℃，8h)固溶处理，(180℃，12h)时效处理。