[发明专利]晶须增强铝合金活塞及制备方法

说明书

一种晶须增强铝合金活塞及其制备方法，所述活塞为采用硼酸铝晶须增强的铝合金活塞，其中晶须增强部位为活塞的第一环槽、顶面和喉口部位。制备时通过硼酸铝晶须预制件的结构和定位方式解决了硼酸铝晶须预制件在挤压铸造过程中易开裂的问题，通过销钉和支撑杆配合的支撑方式，解决了盐芯上浮或断裂的问题，通固溶时效处理工艺，解决了纤维预制件与铝基体之间结合面开裂的问题和淬火开裂的问题。本发明制备工艺简单合理，制备的晶须增强铝合金活塞的硼酸铝晶须与铝基体结合部位结合牢固无裂纹、无孔隙，活塞基体经热处理后达到了较高的性能，同时具有活塞头部具有高耐热、活塞环槽高耐磨和活塞销孔高强韧的技术特点。

技术领域

本发明涉及一种铝合金活塞，尤其涉及一种晶须增强铝合金活塞及制备方法。

背景技术

随着发动机功率密度的提高，活塞承受的燃烧压力和工作温度越来越高，活塞喉口部位的温度达到400℃以上。为满足高载荷柴油机对活塞耐热性能的要求，目前成熟的做法是采取钢顶铝裙的分体式活塞。但这种活塞偏重，市场上仍希望采用铝合金整体式活塞。但对于铝合金来说，当使用温度达到350℃以上时性能急剧下降，如何解决铝合金活塞耐热性能差的问题，国内外采用了不同的方法，大致可分为两种方案，第一种，降低活塞使用温度，通过增大冷却通道或者在活塞顶面增加隔热涂层；第二种，提高活塞耐热性能，改进基体材料的耐热性能，或局部改性以提高活塞局部的耐热性能，主要在喉口部位采用复合材料增强或重熔强化。

铝基复合材料活塞比铝合金活塞具有较高的耐磨性、高温强度、疲劳强度和抗黏着性能，同时具有热膨胀系数更小，导热性更好等特点。铝基复合材料活塞的发展经历了三代，第一代是利用立式挤压铸造机以100MPa以上的高压将氧化铝和二氧化硅短纤维与铝复合化；第二代是利用高压浸渗时的原位反应将抗黏着性优异的金属间化合物Al₃Ni与铝复合化；第三代是采用晶须局部强化。活塞的复合材料增强部位最初主要在第一环槽，在第三代开始出现在活塞喉口部位。复合材料由最初的氧化铝短纤维逐渐开始选用晶须，晶须增强铝基复合材料相比短纤维增强铝基复合材料具有更好的室温及高温性能。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种晶须增强铝合金活塞。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种晶须增强铝合金活塞的制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种晶须增强铝合金活塞，包括活塞，其特征在于：所述活塞为采用硼酸铝晶须增强的铝合金活塞，其中晶须增强部位为活塞的第一环槽、顶面和喉口部位。

优选的，所述硼酸铝晶须的纯度要求为99.5％以上，硼酸铝晶须的直径控制在200纳米～1微米，长度控制在1～50微米，晶须增强部位的硼酸铝的体积分数为10％～20％。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述晶须增强铝合金活塞的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)硼酸铝晶须预制件的制备及定位

通过高温烧结制备硼酸铝晶须预制件，将硼酸铝晶须预制件加工成与活塞的晶须增强部位结构相似的环形结构，外圆直径和高度比活塞的晶须增强部位尺寸大3～5mm，并在底部外缘环向加工有多个支撑角，硼酸铝晶须预制件通过多个支撑角在模具台阶上定位，硼酸铝晶须预制件的外圆与模具内壁之间留有3～5mm的间隙；

2)盐芯的定位

盐芯通过销钉与盐芯支撑杆连接定位，销钉与盐芯支撑杆配合的直径为4～6mm；过小的配合尺寸会造成盐芯支撑杆变形、断裂，影响使用寿命；过大的配合尺寸会造成活塞进出孔过大，不满足活塞尺寸的要求；

3)挤压铸造

a、首先将活塞铝合金材料熔化，经变质、精炼、细化工艺后待浇注，浇注温度设定为740～780℃；