[发明专利]一种过共晶与亚共晶铝硅合金固‑液双金属复合铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过共晶铝硅合金与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，属于复合材料制备技术领域，该方法有助于更好的使铝合金在固-液复合过程中达到冶金结合。

背景技术

近年来，随着能源危机和环保问题的日益严重，人们对节能减排产品的需求越来越高，轻量化及高性能已成为新材料发展的一个趋势，采用过共晶铝硅合金代替铸铁制造轿车发动机缸套逐渐成为人们关注的一个焦点。其具有如下优点：1)减少发动机重量，减少油耗及温室气体的排放量；2)提高导热率，提高发动机效率；3)减少活塞的磨损、润滑油的消耗；4)减小活塞间隙，减小发动机噪声。因此，采用高硅铝合金代替铸铁制造发动机缸套所带来的经济效益、社会效益和环保的意义十分重大。而目前汽车发动机高硅铝合金缸套与铝合金缸体的成形技术一般为挤压装配等方法，挤压装配是直接将高硅铝合金缸套和铝合金缸体之间机械总装成型。这种方法不能使缸套和缸体之间达到冶金结合，仅仅为机械结合，而机械结合的双金属复合铸件界面结合较差，强度较低，散热性差，并不利于提高发动机的效率。

铝/铝液-固复合过程中的一个关键性的问题就是如何解决界面氧化问题，它直接关系到双金属界面结合的质量好坏，液-固复合过程中，由于Al₂O₃膜的存在，铝液中的原子很难直接与固态的Al原子接触，因此尽管固态铝合金表面经过表面处理，但是在液-固复合铸造时由于高温作用也会产生氧化膜，从而严重阻碍不同种铝/铝之间的复合，使复合界面的性能严重降低。当前，液固双金属复合主要采用两种表面的处理方式，电镀锌与表面氟盐涂覆的方法。采用电镀锌表面处理方法，锌原子与铝原子之间扩散渗透的能力较差；表面氟盐涂覆表面处理方法，双金属界面结合不够稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法，该方法能够获得高质量的过共晶-亚共晶铝硅合金冶金结合界面，双金属界面结合稳定、强度高。

为了解决上述技术问题，本发明的过共晶与亚共晶铝硅合金固-液双金属复合铸造方法包括下述步骤：

一、将固态铝硅合金制作成预制块并除去氧化膜；

二、对已除去氧化膜的预制块进行电镀铜处理；

三、将经过电镀铜处理的预制块放入砂型，然后浇铸液态铝硅合金，冷却后得到铝硅合金双金属复合铸件。

本发明采用电镀铜的方法，相比于电镀锌而言，铜原子与铝原子之间有更好的扩散渗透的能力；相比于表面氟盐涂覆的方法，电镀铜可以获得更全面、更稳定的界面结合。

所述固态铝硅合金为过共晶铝硅合金，液态铝硅合金为亚共晶铝硅合金。

进一步，本发明所述步骤二中，电镀铜处理工艺条件为电流密度为0.4～0.6A/dm²，电镀时间为5～15min。

所述步骤二中，电镀铜处理工艺条件为电流密度优选0.5A/dm²，电镀时间优选15min。

所述步骤三中，将电镀铜的预制块预热到200～300℃后再放入砂型。

所述步骤三中，预制块预热温度优选200℃。

所述砂型为40～100目树脂自硬砂制造的砂型。

所述步骤三中，浇铸的液体亚共晶铝硅合金温度为750～780℃。

所述步骤三中，浇铸的液体亚共晶铝硅合金温度优选为750℃。

本发明为发动机制造中的过共晶铝硅合金缸套和亚共晶铝硅合金缸体之间达到冶金结合提供了一种新方法，能够获得高质量的过共晶-亚共晶铝硅合金冶金结合界面。该方法以过共晶铝硅合金为基体加工制备成预制块，并对已除去氧化膜的预制块表面电镀铜、预热处理，在砂型中浇铸液态亚共晶铝硅合金，最终获得了具有高优质界面结合的铝-铝双金属复合件。

本发明可获得冶金结合的铝-铝双金属复合材料，克服了铝合金双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈，为实现全铝发动机的制造提供了新方法，其工艺简单、成本低廉、可用于大量生产，也有望在车辆、船舶、航空制造业中获得广泛的应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1：铝/铝复合浇铸宏观切面图。

图2：对比例复合界面图。

图3：电流密度为0.3A/dm²条件下的镀铜层微观金相图。

图4：电流密度为0.5A/dm²条件下的镀铜层微观金相图。