CN102371351A - 一种含高硅铝合金衬套及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种含高硅铝合金衬套及其制法，其至少包含有：一压铸成形的高硅铝合金衬套，该衬套设有一内表面、外表面及一环壁，该环壁连结上述内表面及外表面，而该外表面披覆有一金属披覆层，该披覆层的熔点低于高硅铝合金的熔点；以及，一汽缸本体，该汽缸本体设有汽缸孔以供上述的高硅铝合金衬套穿设其中，使该高硅铝合金衬套的外表面的披覆层与该汽缸本体的汽缸孔内壁接合。

Description

一种含高硅铝合金衬套及其制法

技术领域

本发明有关一种高硅铝合金衬套，旨在提供一种可应用于汽缸结构中，并可增加与汽缸本体间结合力的高硅铝合金衬套及其制法。

背景技术

铝合金因具备高比强度、加工性良好、耐候性佳等特性，广泛应用于运输及其它工业，早期采用铝合金时以轻量化为主要考虑，并未考虑其抗磨耗特性。但是在1970年代后，一方面因为能源危机，产业开始对运输工具的重量减重以提升能源效率的要求殷切，另一方面则因为部份运输工具的关键性组件(例如车用汽缸)必须有良好的抗磨耗特性，工业界开始开发具有良好抗磨耗性的铝合金，且必需再施予特殊的加工处理，方可应用于汽缸。

又，按目前铝合金汽缸内壁实施加工处理的方式，大抵包含有：在铝合金汽缸本体铸造过程中预先埋入合金铸铁衬套，而历经后续加工、研磨后可形成不同于铝合金材质的汽缸内壁面，而汽缸内壁具有一不同材质的硬质金属镀层等。不可否认，由前述该等方法所形成的铝合金汽缸本体的汽缸内壁，确实可提供为活塞运作的接触面；然而，汽缸在历经长时的使用后，业者却发现，铸铁衬套与汽缸本体间形成间隙，甚至剥离的缺失。此原因乃前述方法所得到的汽缸内壁表面，由于铸铁衬套和铝合金汽缸本体材质上的差异，两者热膨胀数不同所致。因此在汽缸高温长期运转及热循环时，会产生上述的缺失。

承上述，该铸铁衬套埋入铝合金汽缸本体做为汽缸内壁时，由于该铸铁衬套与汽缸本体接合性不佳；如此一来，活塞在汽缸内运转时，必然会造成铸铁衬套的位移或剥离，以致连带发生较运转不顺畅的情形。另，由于该习知铸铁衬套表面不具低熔点金属披覆层，故两者间的接合性差，该铸铁衬套与铝合金汽缸本体间易产生间隙；此外，该间隙常使该铸铁衬套与铝合金汽缸本体间传热不佳，以致汽缸的散热效果不佳，影响汽缸的使用寿命。

发明内容

本发明所解决的技术问题即在提供一种衬套与汽缸的结构与其制法，藉以改善先前技术中衬套与汽缸本体接合不佳的缺失。

为达上述目的，本发明的含高硅铝合金衬套，其至少包含有：一压铸成形的高硅铝合金衬套，该衬套设有一内表面、外表面及一环壁，该环壁连结上述内表面及外表面，而该外表面披覆有一金属披覆层，该披覆层的熔点低于高硅铝合金的熔点；以及，一汽缸本体，该汽缸本体设有汽缸孔以供上述的高硅铝合金衬套穿设其中，使该高硅铝合金衬套的外表面的披覆层与该汽缸本体的汽缸孔内壁接合。藉由该披覆层可增加本发明的衬套与汽缸本体的接合性，并消除衬套与汽缸本体间的间隙。

另外，本发明并包含上述结构的制法，其至少包含下列步骤：步骤A、提供一高硅铝合金材料，并将该材料熔解；步骤B、将步骤A熔解后的铝合金，压铸成形为高硅铝合金衬套，并对成形的衬套进行水冷；步骤C、对步骤B完成的衬套进行表面处理，使该衬套表面披覆一金属披覆层，且该披覆层的熔点低于高硅铝合金的熔点；步骤D、提供另一铝合金材料，并将该材料熔解；步骤E、将步骤C完成的衬套进行预热，然后将其置入一压铸模具中，再将步骤D熔解的铝合金材料，注入上述模具中，使的与置入压铸模具中的衬套接合，而形成汽缸本体结构。

附图说明

图1为本发明中高硅铝合金衬套第一实施例的结构立体图。

图2为本发明中高硅铝合金衬套第二实施例的结构立体图。

图3为本发明中高硅铝合金衬套第二实施例的结构示意图。

图4为本发明中衬套与汽缸本体的成型示意图。

图5为本发明中衬套与汽缸本体的结构示意图。

图6为本发明中衬套制法的流程示意图。

图7为本发明中汽缸结构制法的流程示意图。

【图号说明】

衬套1

内表面11

外表面12

环壁13

披覆层14

肋条15

微结构16

汽缸本体2

汽缸孔21

凹陷22

模具4

第一模具41

第二模具42

成型模穴43。

具体实施方式

本发明一种含高硅铝合金衬套及其制法，如图1所示，该高硅铝合金铸件1设有一内表面11、外表面12及一环壁13，该环壁13连结上述内表面11及外表面12，而该外表面12披覆设有一披覆层14，该披覆层14的熔点低于高硅铝合金的熔点，其中，该披覆层14可以为镀锌层；再者，如图2、3的第二实施例所示，该高硅铝合金衬套外表面12设有复数肋条15，而各肋条15至少一表面设有微结构16。

整体成型时，如图4所示，将高硅铝合金衬套1预先成型，并将该高硅铝合金衬套1放入模具4中，如图4示的实施例中该模具4设有第一、第二模具41、42，将该高硅铝合金衬套1放入第一、第二模具41、42间，并使该第一、第二模具41、42合模，该第一、第二模具41、42合模后并形成成型模穴43，对该高硅铝合金衬套1进行预热，使该披覆层14形成软化状态，再于该成型模穴43中注入铝合金材料而形成一汽缸本体2，可藉由该软化状的披覆层增加该铸件1与汽缸本体2间的结合力，并消除高硅铝合金衬套1与汽缸本体2间的间隙；当然，该汽缸本体2形成相对应该成型模穴的形状，而形成有一汽缸孔21，如图5所示，且该汽缸本体的汽缸孔21亦可相对于该肋条15形成至少一凹陷22，而该高硅铝合金衬套1则设于该汽缸孔21中，且该高硅铝合金衬套外表面的介质层14与该汽缸本体的汽缸孔21接触，并藉由各凹陷22与肋条15相对合的作用，使该汽缸本体2与高硅铝合金衬套1相互定位，使该高硅铝合金衬套1不易与该汽缸本体2脱离。

如图6所示，为本发明高硅铝合金衬套的制法，其至少包含下列步骤：

步骤A、提供高硅铝合金材料，并将该材料溶解，其中，该高硅铝合金材料的化学组成，在铝中至少添加一种或多种下列的合金元素，例如：Si(硅)：16~20wt%，Cu(铜)：3~5 wt %，Mg(镁)：0.3~1.2 wt %，Zr(锆)：0.01~0.3 wt %，Mn(锰)：0.01~0.3 wt %，V(钒)：0.01~0.3 wt %，P(磷)：0.01~0.04 wt %。

步骤B、将步骤A熔解后的铝合金，压铸成型为高硅铝合金衬套，将上述溶解的高硅铝合金材注入模具中，进行压铸而形成高硅铝合金衬套的半成品，并对成形的衬套进行水冷。

步骤C、对步骤B完成的衬套进行表面处理，使该衬套表面转换为一层披覆层，且该披覆层的熔点低于高硅铝合金的熔点其中，该步骤C的表面置换包含有至少一次酸洗(可利用硝酸溶液进行浸泡)、至少一次水洗、至少一次表面金属置换、纯水冲洗以及烘干的步骤，而该表面金属置换可以利用锌置换，使该衬套表面形成有镀锌的披覆层，则完成高硅铝合金铸件结构；而该高硅铝合金衬套结构可进一步进行下列步骤(如图7所示)以完成汽缸结构。

步骤D、提供另一铝合金材料，并将该材料熔解。

步骤E、将步骤C完成的衬套进行预热，该预热温度可以为100~300℃(其中以150~200℃为最佳)，使该披覆层形成软化状态，然后将其置入一压铸模具中，再将步骤D熔解的铝合金材料，注入上述模具中，使的与置入压铸模具中的衬套接合，而形成汽缸本体结构。

步骤F、为对成形的汽缸本体结构进行水冷步骤，可增加整体硬度。

步骤G，对水冷后的汽缸本体结构进行热处理步骤，可增加整体硬度，该热处理步骤可以为在170℃~200℃进行1~8小时的时效处理。

步骤H，对与汽缸本体接合的高硅铝合金衬套的内表面进行至少一道搪磨步骤，依序包含有粗搪磨、中搪磨以及细搪磨，藉由各搪磨步骤可使内表面形成粗化，而可增加整体硬度。

故藉由本发明所成型的高硅铝合金衬套，其外表面披覆有一披覆层，并于汽缸本体压铸成型前，先进行预热而将该披覆层形成软化状态，使得注入的铝合金材料可与该软化状的披覆层直接接合成型，以增加该铸件与汽缸本体间的结合力，并消除铸件与汽缸本体间的间隙，可增加该铸件与汽缸本体间的传热效果。

Claims (10)

1.一种含高硅铝合金衬套，其特征在于，其至少包含有：

一内表面；

外表面；以及

一环壁，该环壁连结上述内表面及外表面；

其中，该外表面披覆有一金属披覆层，且该披覆层的熔点低于该高硅铝合金的熔点。

2.如权利要求1所述的含高硅铝合金衬套，其特征在于，该披覆层为镀锌层。

3.如权利要求1或2所述的含高硅铝合金衬套，其特征在于，该外表面设有复数肋条，而各肋条至少一表面设有微结构。

4.如权利要求1或2所述的含高硅铝合金衬套，其特征在于，该衬套装设于一汽缸本体中，该汽缸本体设有一汽缸孔以供该衬套穿设其中，使该衬套外表面与该汽缸本体的汽缸孔壁互相接合。

5.如权利要求4所述的含高硅铝合金衬套，其特征在于，该披覆层为镀锌层。

6.一种含高硅铝合金衬套的制法，其特征在于，其至少包含下列步骤：

步骤A、提供一种高硅铝合金材料，并将该材料熔解；

步骤B、将步骤A熔解后的铝合金，压铸成形为高硅铝合金衬套，并对成形的衬套进行水冷；

步骤C、对步骤B完成的衬套进行表面处理，使该衬套表面披覆一金属披覆层，且该披覆层的熔点低于高硅铝合金的熔点。

7.如权利要求6所述的含高硅铝合金衬套的制法，其特征在于，该步骤A的高硅铝合金材料的化学组成，在铝中至少添加15~25wt% Si，及至少添加一种或多种下列的合金元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Zr、V 、Ti、P；或者，该步骤A的高硅铝合金材料的化学组成，在铝中至少添加一种或多种下列的合金元素： Si：16~20wt%，Cu：3~5 wt %，Mg：0.3~1.2 wt %，Zr：0.01~0.3 wt %，Mn：0.01~0.3 wt %，V：0.01~0.3 wt %，P：0.01~0.04 wt %。

8.如权利要求6或7所述含高硅铝合金衬套的制法，其特征在于，该步骤C后进一步包含下列步骤：

步骤D、提供另一铝合金材料，并将该材料熔解；

步骤E、将步骤C完成的衬套进行预热，然后将其置入一压铸模具中，再将步骤D熔解的铝合金材料，注入上述模具中，使的与置入压铸模具中的衬套接合，而形成汽缸本体结构。

9.如权利要求8所述含高硅铝合金衬套的制法，其特征在于，该步骤E中衬套预热温度为100~300℃或150~200℃。

10.如权利要求8所述含高硅铝合金衬套的制法，其特征在于，该步骤E后进一步进行步骤F，该步骤F为对成形的汽缸本体结构进行水冷步骤，且该步骤F后进一步进行步骤G，该步骤G为对水冷后的汽缸本体结构进行热处理步骤，该步骤G后并进一步进行步骤H，该步骤H对与汽缸本体接合的高硅铝合金衬套的内表面进行至少一道搪磨步骤。

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