CN107649658B - 一种铝合金型缸套的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝合金型缸套的制备工艺，通过优化铝合金的成分，并采用离心铸造的方式制成缸套主体，使得缸套主体与铝缸体之间易形成结构紧密的冶金结合，缸套主体铝缸体之间的结合力显著提高；通过在缸套主体的内壁先真空镀膜制成镀铝层，然后使用双氧水氧化镀铝层制成结构致密的氧化镀层，相对于铝和铝之间的摩擦系数，后续的铝合金活塞与氧化镀层之间的摩擦系数显著降低。

Description

一种铝合金型缸套的制备工艺
技术领域
本发明涉及缸套技术领域，尤其涉及一种铝合金型缸套的制备工艺。
背景技术
为了降低汽车油耗和减少尾气排放，全铝发动机应运而生，是欧美发动机制造企业近几年来开发的新产品，国内刚刚起步，是轻型轿车发动机的发展方向。
由于铝和铝之间的摩擦系数比铝和铸铁之间的摩擦系数要高得多，目前最主流解决办法是在铝缸体内镶铸铁气缸套，铸铁缸套是铝发动机实现低排放、低油耗核心。但是，铸铁缸套和铝缸体之间的结合通过浇铸铝水来实现结合，但是由于铝金属与铸铁之间的结晶不同，铸铁缸套与铝缸体之间的结合力有限。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种铝合金型缸套的制备工艺，具体技术方案如下：
一种铝合金型缸套的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、缸套主体的制备
将铝合金材料熔融成液态材料浇注进模具后，采用离心铸造成粗坯，离心铸造过程中，转速为3000~3500rpm，浇注温度为850~880℃，模具预热温度为200~350℃；然后对粗坯进行车削初加工成毛坯；
步骤二、氧化镀层的制备
在毛坯的内壁进行喷砂粗化处理使得毛坯内壁的表面粗糙度为50~100μm；然后在毛坯的内壁采用真空镀膜技术制成10~12μm的镀铝层，在真空镀膜过程中，铝坩锅加热温度为1000~1100℃，镀膜室的真空度为-3×10-4～-5×10-4Pa；镀膜结束后，旋转毛坯，毛坯的转速为200~260r/min，用3~3.3m/s流速的双氧水冲击镀铝层5~6min，双氧水的温度为41~43℃；在双氧水的氧化下，镀铝层变成致密的氧化镀层；
步骤三、后处理
按照设计尺寸对毛坯的外壁进行粗车、精车，然后珩磨、抛光处理即得到所述铝合金型缸套。
作为上述技术方案的改进，所述铝合金材料中Si含量为5~6wt.%，Ti含量为7~8wt.%，Fe含量为0.3~0.4wt.%，Mn含量为0.6~0.8wt.%，Pd含量为0.05~0.07wt.%，Sr含量为2.3~2.6wt.%，其余为Al。
作为上述技术方案的改进，所述双氧水的密度为1.12~1.13g/cm3。
本发明的有益效果：通过优化铝合金的成分，并采用离心铸造的方式制成缸套主体，使得缸套主体与铝缸体之间易形成结构紧密的冶金结合，缸套主体铝缸体之间的结合力显著提高；通过在缸套主体的内壁先真空镀膜制成镀铝层，然后使用双氧水氧化镀铝层制成结构致密的氧化镀层，相对于铝和铝之间的摩擦系数，后续的铝合金活塞与氧化镀层之间的摩擦系数显著降低。
附图说明
图1为本发明所述铝合金型缸套结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
该铝合金型缸套的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、缸套主体1的制备
将铝合金材料熔融成液态材料浇注进模具后，所述铝合金材料中Si含量为5~6wt.%，Ti含量为7~8wt.%，Fe含量为0.3~0.4wt.%，Mn含量为0.6~0.8wt.%，Pd含量为0.05~0.07wt.%，Sr含量为2.3~2.6wt.%，其余为Al；采用离心铸造成粗坯，离心铸造过程中，转速为3000~3500rpm，浇注温度为850~880℃，模具预热温度为200~350℃；然后对粗坯进行车削初加工成毛坯。
步骤二、氧化镀层的制备
在毛坯的内壁进行喷砂粗化处理使得毛坯内壁的表面粗糙度为50~100μm；然后在毛坯的内壁采用真空镀膜技术制成10~12μm的镀铝层，在真空镀膜过程中，铝坩锅加热温度为1000~1100℃，镀膜室的真空度为-3×10-4～-5×10-4Pa；镀膜结束后，旋转毛坯，毛坯的转速为200~260r/min，用3~3.3m/s流速的双氧水冲击镀铝层5~6min，双氧水的密度为1.12~1.13g/cm3，双氧水的温度为41~43℃；在双氧水的氧化下，镀铝层变成致密的氧化镀层2，如图1所示。
步骤三、后处理
按照设计尺寸对毛坯的外壁进行粗车、精车，然后珩磨、抛光处理即得到所述铝合金型缸套。
在上述实施例中，缸套主体1主要由铝合金材料离心铸造制成，通过改变铝合金材料中Si、Ti、Fe、Mn、Pd、Sr的含量，及离心铸造工艺（如离心转速、浇注温度、模具预热温度等工艺条件），可以获得外层含有大量AlSiTi结晶和Si颗粒，最内层含有初晶Si颗粒的铝合金基体的筒状铸件；Pd、Sr有助于AlSiTi结晶成核，使得缸套主体1的机械强度显著高于纯铝且接近于铸铁，而缸套主体1的密度为2.7~2.73g/cm3，显著低于铸铁的密度；缸套主体1和铝缸体之间的结合通过浇铸铝水来实现结合，由于铝合金材料中大部分为铝，其与铝金属之间易结合，也就是说缸套主体1与铝缸体之间易实现冶金结合。
严格毛坯内壁的表面粗糙度，便于后续镀铝层与毛坯的内壁冶金结合，采用真空镀膜的方法制成的镀铝层，相对于喷涂技术制成的喷铝层来说，真空镀膜技术更易形成厚度非常薄的镀铝层，镀铝层也易与毛坯的内壁紧密结合。在双氧水的氧化下，镀铝层由于厚度只有10~12μm，其易被双氧水全部氧化成氧化铝并使得镀铝层形成致密的氧化镀层2；而由于镀铝层的界面与毛坯的内壁之间冶金结合，因此氧化镀层2与毛坯的内壁之间冶金结合且结合紧密，氧化镀层2的主要成分为氧化铝，相对于铝和铝之间的摩擦系数，氧化镀层2与铝合金活塞之间的摩擦系数显著降低；其中，严格控制双氧水的流速、密度、温度以及反应时间，使得镀铝层能够完全被氧化变成致密的氧化镀层2，避免双氧水氧化镀铝层与毛坯的内壁之间的界面，使得氧化镀层2与毛坯的内壁之间有一个紧密结合的界面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铝合金型缸套的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、缸套主体的制备
将铝合金材料熔融成液态材料浇注进模具后，采用离心铸造成粗坯，离心铸造过程中，转速为3000~3500rpm，浇注温度为850~880℃，模具预热温度为200~350℃；然后对粗坯进行车削初加工成毛坯；
步骤二、氧化镀层的制备
在毛坯的内壁进行喷砂粗化处理使得毛坯内壁的表面粗糙度为50~100μm；然后在毛坯的内壁采用真空镀膜技术制成10~12μm的镀铝层，在真空镀膜过程中，铝坩锅加热温度为1000~1100℃，镀膜室的真空度为-3×10-4～-5×10-4Pa；镀膜结束后，旋转毛坯，毛坯的转速为200~260r/min，用3~3.3m/s流速的双氧水冲击镀铝层5~6min，双氧水的温度为41~43℃；在双氧水的氧化下，镀铝层变成致密的氧化镀层；
步骤三、后处理
按照设计尺寸对毛坯的外壁进行粗车、精车，然后珩磨、抛光处理即得到铝合金型缸套；
铝合金材料中Si含量为5~6wt.%，Ti含量为7~8wt.%，Fe含量为0.3~0.4wt.%，Mn含量为0.6~0.8wt.%，Pd含量为0.05~0.07wt.%，Sr含量为2.3~2.6wt.%，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金型缸套的制备工艺，其特征在于：双氧水的密度为1.12~1.13g/cm3。
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