CN108265204A - 一种含钴的活塞材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉160‑200份，硅粉20‑30份，镁粉2‑4份，铜粉2‑4份，铪粉2‑4份，镍3‑5份，铬3‑5份，钴3‑5份。本发明还公开了一种含钴的活塞材料的制备方法，包括如下步骤：分别称取上述重量份数的活塞材料原料；将各活塞材料原料分别球磨，球磨后过筛网，混合，得混合原料；将混合原料倒入模具，并将模具置于真空环境中进行高温熔炼，冷却后得含钴的活塞材料。本发明的优点在于：通过对高温性能影响较大的合金元素按一定比例进行添加调整配比，从而提高材料的高温强度和高温热稳定性，最终获得一种高温抗拉、抗热蚀、抗疲劳、抗磨损的含钴的活塞材料。

Description

一种含钴的活塞材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种含钴的活塞材料及其制备方法。
背景技术
为了减少能耗、降低大气污染、提高内燃机的效率，提高燃烧温度已成为内燃机的重要发展趋势，相应的对内燃机配件的高温强度及高温耐磨性提出了更高的要求。
目前，国内生产活塞的生产厂家主要原材料之一的铝锭大多是共晶铝硅ZL108或ZL109，这种材料的机械性能和铸造流动性能满足一般的需求，但其高温强度低：高温300℃时，抗拉强度只有69-85MPa，体积稳定性达0.028％；该材料在面对日益要求高负荷高燃爆低污染的发动机来讲就已开始表现出力不从心了。
因此，为改善合金的高温性能，目前急需对活塞材料的成分及制备工艺进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高温抗拉、抗热蚀、抗疲劳、抗磨损的含钴的活塞材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉160-200份，硅粉20-30份，镁粉2-4份，铜粉2-4份，铪粉2-4份，镍3-5份，铬3-5份，钴3-5份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：铝粉180份，硅粉25份，镁粉3份，铜粉3份，铪粉3份，镍4份，铬4份，钴4份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：铝粉170份，硅粉22份，镁粉2.5份，铜粉2.5份，铪粉2.5份，镍3.5份，铬3.5份，钴3.5份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：铝粉190份，硅粉28份，镁粉3.5份，铜粉3.5份，铪粉3.5份，镍4.5份，铬4.5份，钴4.5份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：铝粉195份，硅粉29份，镁粉3.8份，铜粉3.8份，铪粉3.8份，镍4.8份，铬4.8份，钴4.8份。
一种制备上述含钴的活塞材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的各活塞材料原料分别球磨，球磨后过筛网，接着进行混合，得混合原料；
(3)将混合原料倒入模具中，并将模具置于真空环境中进行高温熔炼，冷却后得含钴的活塞材料。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中筛网为110-140目筛网。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中熔炼温度为1100-1200℃，熔炼时间为2-3h。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中冷却速率为20-24℃/min。
作为本发明的优选方式之一，所述冷却速率具为22℃/min。
本发明各原料的功效：
Si在适当范围内具有最高常温强度及高温强度；Mg提高抗拉强度；Cu提高常温、高温抗拉强度和硬度，但铜高时，使体积稳定性下降，应控制在合适范围内；Hf提高合金的高温抗拉强度，增强体积稳定性；镍、铬、钴提高合金的高温抗拉强度和耐磨性。
本发明相比现有技术的优点在于：通过对高温性能影响较大的合金元素按一定比例进行添加调整配比，从而提高材料的高温强度和高温热稳定性，最终获得一种高温抗拉、抗热蚀、抗疲劳、抗磨损的含钴的活塞材料；其在高温300℃下的抗拉强度达80-90MPa，高温350℃下的抗拉强度达75-85MPa，体积稳定性小于0.018％。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉160份，硅粉20份，镁粉2份，铜粉2份，铪粉2份，镍3份，铬3份，钴3份。
该活塞材料在高温300℃下的抗拉强度达80MPa，高温350℃下的抗拉强度达75MPa，体积稳定性为0.018％；并且，经抗疲劳磨损试验，该活塞材料的抗摩擦效果较常规共晶铝硅材料提升15％，产品寿命提升10％。
实施例2
本实施例的一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉200份，硅粉30份，镁粉4份，铜粉4份，铪粉4份，镍5份，铬5份，钴5份。
该活塞材料在高温300℃下的抗拉强度达80MPa，高温350℃下的抗拉强度达75MPa，体积稳定性为0.018％；并且，经抗疲劳磨损试验，该活塞材料的抗摩擦效果较常规共晶铝硅材料提升15％，产品寿命提升10％。
实施例3
本实施例的一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉180份，硅粉25份，镁粉3份，铜粉3份，铪粉3份，镍4份，铬4份，钴4份。
该活塞材料在高温300℃下的抗拉强度达90MPa，高温350℃下的抗拉强度达85MPa，体积稳定性为0.014％；并且，经抗疲劳磨损试验，该活塞材料的抗摩擦效果较常规共晶铝硅材料提升15％，产品寿命提升10％。
实施例4
本实施例的一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉170份，硅粉22份，镁粉2.5份，铜粉2.5份，铪粉2.5份，镍3.5份，铬3.5份，钴3.5份。
该活塞材料在高温300℃下的抗拉强度达85MPa，高温350℃下的抗拉强度达80MPa，体积稳定性为0.015％；并且，经抗疲劳磨损试验，该活塞材料的抗摩擦效果较常规共晶铝硅材料提升15％，产品寿命提升10％。
实施例5
本实施例的一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉190份，硅粉28份，镁粉3.5份，铜粉3.5份，铪粉3.5份，镍4.5份，铬4.5份，钴4.5份。
该活塞材料在高温300℃下的抗拉强度达86MPa，高温350℃下的抗拉强度达82MPa，体积稳定性为0.015％；并且，经抗疲劳磨损试验，该活塞材料的抗摩擦效果较常规共晶铝硅材料提升15％，产品寿命提升10％。
实施例6
本实施例的一种含钴的活塞材料，包括以下重量份数的原料：铝粉195份，硅粉29份，镁粉3.8份，铜粉3.8份，铪粉3.8份，镍4.8份，铬4.8份，钴4.8份。
该活塞材料在高温300℃下的抗拉强度达83MPa，高温350℃下的抗拉强度达79MPa，体积稳定性为0.017％；并且，经抗疲劳磨损试验，该活塞材料的抗摩擦效果较常规共晶铝硅材料提升15％，产品寿命提升10％。
实施例7
本实施例的一种含钴的活塞材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述实施例中相应重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的各活塞材料原料分别球磨，球磨后过110目筛网，接着进行混合，得混合原料；
(3)将混合原料倒入模具中，并将模具置于真空环境中进行1100℃高温熔炼2h，以20℃/min的冷却速率冷却后得含钴的活塞材料。
实施例8
本实施例的一种含钴的活塞材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述实施例中相应重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的各活塞材料原料分别球磨，球磨后过140目筛网，接着进行混合，得混合原料；
(3)将混合原料倒入模具中，并将模具置于真空环境中进行1200℃高温熔炼3h，以24℃/min的冷却速率冷却后得含钴的活塞材料。
实施例9
本实施例的一种含钴的活塞材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述实施例中相应重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的各活塞材料原料分别球磨，球磨后过125目筛网，接着进行混合，得混合原料；
(3)将混合原料倒入模具中，并将模具置于真空环境中进行1150℃高温熔炼2.5h，以22℃/min的冷却速率冷却后得含钴的活塞材料。
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 (10)

1.一种含钴的活塞材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝粉160-200份，硅粉20-30份，镁粉2-4份，铜粉2-4份，铪粉2-4份，镍3-5份，铬3-5份，钴3-5份。
2.根据权利要求1所述的含钴的活塞材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝粉180份，硅粉25份，镁粉3份，铜粉3份，铪粉3份，镍4份，铬4份，钴4份。
3.根据权利要求1所述的含钴的活塞材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝粉170份，硅粉22份，镁粉2.5份，铜粉2.5份，铪粉2.5份，镍3.5份，铬3.5份，钴3.5份。
4.根据权利要求1所述的含钴的活塞材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝粉190份，硅粉28份，镁粉3.5份，铜粉3.5份，铪粉3.5份，镍4.5份，铬4.5份，钴4.5份。
5.根据权利要求1所述的含钴的活塞材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝粉195份，硅粉29份，镁粉3.8份，铜粉3.8份，铪粉3.8份，镍4.8份，铬4.8份，钴4.8份。
6.一种制备上述权利要求1-5任一项所述的含钴的活塞材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别称取上述重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的各活塞材料原料分别球磨，球磨后过筛网，接着进行混合，得混合原料；
(3)将混合原料倒入模具中，并将模具置于真空环境中进行高温熔炼，冷却后得含钴的活塞材料。
7.根据权利要求6所述的含钴的活塞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中筛网为110-140目筛网。
8.根据权利要求6所述的含钴的活塞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中熔炼温度为1100-1200℃，熔炼时间为2-3h。
9.根据权利要求6所述的含钴的活塞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中冷却速率为20-24℃/min。
10.根据权利要求9所述的含钴的活塞材料的制备方法，其特征在于，所述冷却速率具为22℃/min。
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