[发明专利]氮化硅纤维增强铝合金发动机缸套及制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硅纤维增强铝合金发动机缸套及其制备方法，采用冷喷技术制备梯度层状复合构造；从内到外包括氮化硅超细纤维增强铝合金层、氮化硅细纤维增强铝合金层和氮化硅粗纤维增强铝合金层；各层为不同直径的氮化硅纤维经真空镀铝改性后与铝合金粉末混合的复合材料；氮化硅表面经过真空镀膜改性，使陶瓷表面金属化，可以和铝合金之间形成很好的相容性，可提高缸套的强度；氮化硅纤维具有自润滑性能，使缸套具有一定的自润滑性能，有利于降低缸套的拉缸行为；不同直径的氮化硅纤维形成不同特性的多层复合结构，使铝合金缸套不但结构致密，同时具有一定的硬度梯度，满足润滑和强度的综合性能需要。

技术领域

本发明涉及发动机缸套技术领域，尤其涉及一种氮化硅纤维增强铝合金梯度层状复合材料制备的发动机缸套及制备方法。

背景技术

柴油发动机每个工作循环经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。其优点是功率大、经济性能好。柴油发动机工作时，空气进入气缸，气缸中的空气压缩到终点时，温度可达500-700℃，压力可达40-50个大气压。其中活塞接近上止点时，发动机上的高压泵以高压向气缸中喷射柴油，柴油形成细微的油粒，与高压高温的空气混合，柴油混合气自行燃烧，猛烈膨胀，产生爆发力，推动活塞下行做功，此时的温度可达1900-2000℃，压力可达60-100个大气压，产生的功率很大，所以柴油发动机广泛应用于大型柴油汽车上。由于发动机缸套直接和燃烧室接触，其工况极其恶劣。

发动机缸套分为干缸套和湿缸套两大类。背面不接触冷却水的气缸套为干缸套，背面和冷却水接触的气缸套为湿缸套。干缸套厚度较薄、结构简单、加工方便，而湿缸套直接接触冷却水，所以有利于发动机的冷却，从而有利于发动机的小型轻量化。

发动机缸套一般采用灰铸铁或者铝合金铸成，但铸铁密度大，现已经逐步淘汰。铝基复合材料因具有密度低、高比强、高比模、高耐磨性和低热膨胀系数等优异特性，已经广泛地应用到航空航天、汽车、电子封装等领域。为了降低车子的重量，铝合金缸套获得了越来越广泛的应用。

在使用过程中，拉缸是常见的失效行为。柴油机拉缸是指柴油机活塞组件与气缸配合工作面相互剧烈作用，发生摩擦，在工作表面上产生过度磨损、拉毛、划痕、擦伤、裂纩或咬死的现象。拉缸是在有润滑条件下产生的不同程度的黏着磨损，拉缸轻时，使缸套活塞组件受损，严重时会造成咬缸的恶性机损事故。而拉断活塞或连杆，打坏机器，以致造成重大事故。其主要原因是缸套的耐磨和自润滑性能不足。

目前，铝基复合材料主要分为颗粒增强铝基复合材料和纤维增强铝基复合材料。颗粒增强铝基复合材料虽然具有较高的强度，但是其断裂韧性较差，使用可靠性不足；纤维增强铝基复合材料，尤其是连续纤维增强铝基复合材料既能保证复合材料的强度，又能提高材料的断裂韧性和抗冲击性能等。而纤维增强铝基复合材料目前主要使用碳纤维，碳纤维由于会和铝反应，导致纤维强度下降，所以必须对碳纤维进行多次界面处理，使材料的制备工艺更加复杂。

发明内容

本发明针对缸套耐磨性能差、自润滑性能不足、强度欠缺的问题，提供了一种高强度、高韧性、高润滑性的氮化硅纤维增强铝合金发动机缸套及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：氮化硅纤维增强铝合金发动机缸套，从内到外依次包括氮化硅超细纤维增强铝合金层、氮化硅细纤维增强铝合金层和氮化硅粗纤维增强铝合金层；

所述氮化硅超细纤维增强铝合金层、氮化硅细纤维增强铝合金层和氮化硅粗纤维增强铝合金层为不同直径的氮化硅纤维经真空镀铝改性后与铝合金粉末混合的复合材料；

所述氮化硅超细纤维增强铝合金层中的氮化硅超细纤维直径为1-5微米；

所述氮化硅细纤维增强铝合金层的氮化硅细纤维直径为10-20微米；

所述氮化硅粗纤维增强铝合金层的氮化硅粗纤维直径为30-40微米。