CN111842908B - 3d打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法 - Google Patents

3d打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111842908B
CN111842908B CN202010785123.6A CN202010785123A CN111842908B CN 111842908 B CN111842908 B CN 111842908B CN 202010785123 A CN202010785123 A CN 202010785123A CN 111842908 B CN111842908 B CN 111842908B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
printing
piston
main body
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010785123.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111842908A (zh
Inventor
李建平
郭永春
夏峰
杨伟
杨忠
李艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO LTD filed Critical XI'AN KANGBO NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN202010785123.6A priority Critical patent/CN111842908B/zh
Publication of CN111842908A publication Critical patent/CN111842908A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111842908B publication Critical patent/CN111842908B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/008—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of engine cylinder parts or of piston parts other than piston rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26—Impregnating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

本发明提供3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法，属于金属材料复合制备技术领域，该内燃机铝合金活塞包括活塞主体以及采用3D打印技术在所述活塞主体的顶部逐层打印3D打印层，用于隔热；所述3D打印层采用的材料的高温抗拉强度高于所述活塞主体采用的材料的高温抗拉强度。该铝合金活塞采用3D打印技术在活塞主体的顶部表层逐层打印耐热性高、导热系数较低的3D打印层，用于隔热，在有效提高活塞工作温度的同时，保证轻量化。该方法采用3D打印技术在活塞主体的顶部打印一层3D打印层，工艺简单，效率高，精确度高，毛坯加工余量少，且3D打印层与活塞主体的结合强度高。

Description

3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法。
背景技术
3D打印是一种快速成型技术，主要以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印技术由开始的模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，之后逐渐用于产品的直接制造，目前，已经有使用这种技术打印而成的零部件。但是在内燃机活塞上的应用还未见报道。
随着人们对内燃机轻量化和小型化要求日益增长，同时功率也需要大幅提高，因此需要提高内燃机的功率密度，而高压共轨喷油和涡轮增压技术的发展为我们提高功率密度得到保障。但是功率密度的提升使得内燃机燃烧室关键构件需要承受高温、高压及高工作频率，尤其是活塞，因而要求燃烧室关键构件材料必须满足高强韧、高抗热机疲劳性、高热稳定性及低热膨胀系数的要求。
目前使用的整体铸造铝合金活塞在高功率密度工况下，极易产生开裂、烧蚀、拉缸和碎裂，主要是因为活塞铝合金材料高温性能已经达到极限，活塞燃烧室经常出现烧蚀，造成内燃机故障，因而现有的铝合金活塞已经不能满足大于400℃的高温工况下的使用要求，所以迫切需要开发一种新的内燃机活塞结构来解决上述问题，同时保证轻量化要求。
现有内燃机活塞的制造形式主要有：
一、采用金属模具整体铸造铝合金活塞、液态模锻铝合金活塞及电子束焊接锻造铝合金头部和裙部活塞，其耐热温度最高到400℃，已经不能满足当前发展需求；
二、模具锻造钢活塞，其不符合现在轻量化发展理念；
三、模具锻造铝合金裙部和钢头部进行铰接活塞，其工艺复杂、轻量化程度低、铰接的地方容易断裂；
四、铝合金活塞顶部镶嵌耐磨层和活塞燃烧室进行隔热镀层或涂层，其制备工艺复杂，镀层和涂层厚度太薄只能达到几十微米，隔热效果不明显；镀层和涂层与铝合金的结合强度较低，容易脱落，脱落碎片很容易造成内燃机故障。
因此，为了解决上述问题，急需开发一种新的内燃机活塞以及铸造方法，在提高制造效率及结合强度的同时具有耐高温、轻量化的特点。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞，该铝合金活塞采用3D打印技术在活塞主体的顶部表层逐层打印耐热性高、导热系数较低的3D打印层进行隔热，在有效提高活塞工作温度的同时，保证轻量化。
本发明的另一个目的在于提供一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的制备方法，该方法采用3D打印技术在活塞主体的顶部逐层打印3D打印层，工艺简单，效率高，精确度高，毛坯加工余量少，且3D打印层与活塞主体的结合强度高。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞，该内燃机铝合金活塞包括活塞主体以及采用3D打印技术在所述活塞主体的顶部逐层打印3D打印层，用于隔热；
所述3D打印层采用的材料的高温抗拉强度高于所述活塞主体采用的材料的高温抗拉强度。
进一步，所述活塞主体的材料为铝合金；所述3D打印层的材料为TC4钛合金与铝合金的混合物，且所述3D打印层的表层材料为TC4钛合金。
进一步，所述3D打印层的材料包括第一粉体和第二粉体，所述第一粉体为TC4钛合金粉，所述第二粉体为铝合金粉；
所述3D打印层是采用3D打印技术在所述活塞主体的顶部依次打印第一打印层、第二打印层和第三打印层；
所述第一打印层由送粉速度为3-6g/min的第一粉体以及送粉速度为6-9g/min的第二粉体打印而成；
所述第二打印层由送粉速度为5-8g/min的第一粉体以及送粉速度为4-7g/min的第二粉体打印而成；及
所述第三打印层由送粉速度为8-15g/min的第一粉体打印而成。
更进一步，所述3D打印层的厚度为3-15mm。
更进一步，所述第一打印层的厚度为1mm；所述第二打印层的厚度为1mm。
进一步，所述活塞主体是采用整体铸造方式形成的一体化结构；所述活塞主体的顶部外侧设置有一圈铸铁镶圈，所述活塞主体内设置有环形冷却油道，所述环形冷却油道设置于所述铸铁镶圈的内侧，所述活塞主体的裙部设置有销孔。
上述3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用整体铸造方式浇注制备活塞主体毛坯件；
S2、计算机辅助建立3D打印层的三维结构模型，并利用3D打印设备在活塞主体毛坯件的顶部逐层打印3D打印层。
进一步，S2中，在打印出3D打印层之前，还包括预合金化粉末，所述预合金化粉末中采用的金属粉末包括第一粉体和第二粉体，所述第一粉体为TC4钛合金粉，所述第二粉体为铝合金粉。
其中，TC4钛合金粉的球形率>90％，松装密度>5.5g/cm3，粒度为75-100μm；铝合金粉的球形率>90％，松装密度：>2.6g/cm3，粒度：100-200μm。
更进一步，S2中，3D打印层的打印方法包括以下步骤：
S2.1将干燥后的第一粉体和第二粉体分别装入与其对应的送粉系统的储粉罐中，启动3D打印机和送粉系统；
S2.2、将第一粉体采用3-6g/min的送粉速度，第二粉体采用6-9g/min的送粉速度在活塞主体的顶部进行第一打印层的打印；
S2.3、将第一粉体采用5-8g/min的送粉速度，第二粉体采用4-7g/min的送粉速度在第一打印层上进行第二打印层的打印；
S2.4、将第一粉体采用8-15g/min的送粉速度在第二打印层上进行第三打印层的打印。
进一步，S1中，所述活塞主体毛坯件的具体制备过程包括以下步骤：
S1.1、利用电阻炉熔炼活塞主体用铝合金a和铸铁镶圈渗铝用铝合金b，同时将可溶盐芯置于保温炉中保温；
S1.2、用熔炼的铝合金a进行模具预热，待模具温度达到250-350℃后用铝合金b开始在铸铁镶圈渗铝；
S1.3、将保温好的盐芯和渗铝后的铸铁镶圈分别安置在模具内的定位装置中，用熔炼的铝合金a浇注模具，得到活塞主体毛坯件。
更进一步，铝合金a是耐热铝合金，用来制备活塞主体；
铝合金b是普通的Al-7Si合金，用来预热镶圈及在镶圈上渗入部分铝液，以满足镶圈和活塞主体的粘结度。
本发明的有益效果：
1、本发明的3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞，活塞主体采用整体铸造方式制造，制造工艺简单，制造效率高。
2、本发明在活塞主体的顶部表层采用送粉方式逐层打印3D打印层，且3D打印层靠近燃烧室的顶层为TC4钛合金。TC4钛合金的导热系数约为10w/m·k左右，密度为4.51g/cm3，室温力学性能(25℃)Rm≥895MPa，抗拉强度(400℃)Rm≥620MPa，持久强度σ100h≥570MPa。大大提高了内燃机铝合金活塞的耐热性，并且比整体铸造的活塞主体的重量只增加了0.5-2％，保证轻量化，并且可以在500℃下正常工作。
当活塞工作过程中，3D打印层的温度达到500℃时，因有油道冷却作用，活塞主体和3D打印层的界面处温度约为275℃，此时界面结合强度可以满足活塞使用要求。
3、本发明的方法采用3D打印技术在活塞主体的顶部打印一层3D打印层，与铰接、离子束焊接、镶嵌耐热层、镀层和涂层工艺相比，工艺简单，效率高，精确度高，毛坯加工余量少，并且打印层和活塞主体的结合强度高。活塞主体与3D打印层的界面结合强度为：室温力学性能(25℃)Rm≥270，抗拉强度(350℃)：Rm≥95MPa，抗拉强度(425℃)：Rm≥50MPa。
附图说明
图1为本发明一实施方式中内燃机铝合金活塞的结构示意图。
图2为本发明一实施方式中3D打印层的结构示意图。
图中，1、活塞主体；11、铸铁镶圈；12、环形冷却油道；13、销孔；2、3D打印层；21、第一打印层；22、第二打印层；23、第三打印层；3、燃烧室。
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。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明一实施方式提供的一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的结构示意图。该内燃机铝合金活塞包括活塞主体1以及采用3D打印技术在活塞主体1的顶部逐层打印3D打印层2，用于隔热。
其中，活塞主体的材料为铝合金；3D打印层2的材料为TC4钛合金与铝合金的混合物，且3D打印层2的表层材料为TC4钛合金。
3D打印层2采用的材料的高温抗拉强度高于活塞主体1采用的材料的高温抗拉强度。并且3D打印层和活塞主体的结合强度高，大大提高了内燃机铝合金活塞的耐热性，并且比整体铸造的活塞主体的重量只增加了0.5-2％，保证轻量化，并且可以在500℃下正常工作。
活塞主体1是采用整体铸造方式形成的一体化结构。活塞主体1的顶部外侧设置有一圈铸铁镶圈11，活塞主体1内设置有环形冷却油道12，环形冷却油道12设置于铸铁镶圈11的内侧，活塞主体1的裙部设置有销孔13。
活塞主体1的顶部设置有用于形成燃烧室的一部分的凹槽，凹槽的形状为W型，且W型凹槽的端部为平直的支撑面。3D打印层设置于该凹槽内，3D打印层和活塞主体是冶金结合，结合强度高；它区别于现有的镀层和涂层的物理化学结合。
请一并参阅图1至图2，3D打印层2设置于活塞主体1的顶部表层。3D打印层2是采用送粉方式3D打印而成。其中，3D打印层2的材料包括第一粉体和第二粉体，第一粉体为TC4钛合金粉，第二粉体为铝合金粉。3D打印层2是自活塞主体的顶面自下而上依次打印而成。3D打印层2的厚度为3-15mm。具体地，3D打印层2是采用3D打印技术在活塞主体1的顶部依次打印第一打印层21、第二打印层22和第三打印层23。
具体地，第一打印层21由送粉速度为3-6g/min的第一粉体以及送粉速度为6-9g/min的第二粉体打印而成；第一打印层21的厚度为1mm。
第二打印层22由送粉速度为5-8g/min的第一粉体以及送粉速度为4-7g/min的第二粉体打印而成；第二打印层22的厚度为1mm。
第三打印层23由送粉速度为8-15g/min的第一粉体打印而成。
上述3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的制备方法，包括以下步骤：
S1、铝合金活塞主体的制备
S1.1、分别利用电阻炉熔炼活塞主体用铝合金a和铸铁镶圈渗铝用铝合金b，同时将可溶盐芯置于保温炉中保温；
其中，可溶盐芯主要是用于形成环形冷却油道。当活塞工作过程中，3D打印TC4钛合金表层的温度达到500℃时，因有油道冷却作用，活塞主体和3D打印层界面处温度约为275℃，此时界面结合强度可以满足活塞使用要求。
铝合金a是耐热铝合金，用来制备活塞主体；而铝合金b是普通的Al-7Si合金，用来预热镶圈及在镶圈上渗入部分铝液，以满足镶圈和活塞主体的粘结度。
S1.2、用熔炼的铝合金a进行模具预热，待模具温度达到250-350℃的工艺要求后用铝合金b开始在铸铁镶圈渗铝，以便于在活塞主体的顶部外侧形成一圈铸铁镶圈；
S1.3、将保温好的盐芯和渗铝后的铸铁镶圈分别安置在模具内的定位装置中，采用整体铸造方式用熔炼的铝合金a浇注模具，得到活塞主体毛坯件；
S2、采用数控机床对活塞主体毛坯件进行机加工，通过计算机辅助建立3D打印层的三维结构模型；
S3、预合金化粉末，预合金化粉末中采用的金属粉末包括第一粉体和第二粉体；
其中，第一粉体为TC4钛合金粉；要求：球形率>90％，松装密度>5.5g/cm3，粒度75-100μm；
第二粉体为活塞主体用铝合金粉；要求：球形率>90％，松装密度>2.6g/cm3，粒度100-200μm；
S4、3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的制备
S4.1、分别将干燥后的第一粉体和第二粉体分别装入与其对应的送粉系统的储粉罐中，启动3D打印机和送粉系统电源；
S4.2、将3D打印层的三维结构模型导入3D打印机，并进行程序设定：
1)第一打印层，第一粉体和第二粉体的送粉速度分别为3-6g/min、6-9g/min，功率800-1100W，扫描速度6mm/s；
2)第二打印层，第一粉体和第二粉体的送粉速度分别为5-8g/min、4-7g/min，功率800-1000W，扫描速度6mm/s；
3)第三打印层，第一粉体和第二粉体的送粉速度分别为8-15g/min、0g/min，功率600-900W，扫描速度6mm/s；
S4.3、将待打印面清洁干净并干燥的铝合金活塞主体放置在打印台上；启动程序开始打印，即
将第一粉体采用3-6g/min的送粉速度，第二粉体采用6-9g/min的送粉速度在活塞主体的顶部进行第一打印层的打印；
将第一粉体采用5-8g/min的送粉速度，第二粉体采用4-7g/min的送粉速度在第一打印层上进行第二打印层的打印；
将第一粉体采用8-15g/min的送粉速度在第二打印层上进行第三打印层的打印；
即完成利用3D打印设备在活塞主体毛坯件的顶部表层逐层打印3D打印层，最终得到3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞。
将上述打印好的活塞解剖，进行力学性能测试，测试结果如表1所示。
表1 3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的力学性能测试
Figure BDA0002621672170000081
Figure BDA0002621672170000091
由表1结果可知，本发明实施例的3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞通过在活塞主体的顶部表层采用3D打印3-15mm的TC4钛合金，大大提高了打印层和活塞主体的界面结合强度；且活塞的耐热性得到了很大的提高，并且比整体铸造的活塞主体的重量只增加了0.5-2％，保证轻量化，并且可以在500℃下正常工作。当活塞工作过程中，3D打印层的温度达到500℃时，因有油道冷却作用，活塞主体和3D打印层的界面处温度约为275℃，此时界面结合强度可以满足活塞使用要求。
本实施方式中，3D打印技术是通过激光快速熔融粉体而形成的接近冶金效果的成型技术，3D打印层和活塞主体的界面结合是冶金结合，结合强度高；它区别于现有的镀层和涂层的物理化学结合；且这种界面为机械结合或范德华力结合的冷结合材料不能比拟的。
该内燃机铝合金活塞是在铝合金主体上3D打印3-15mm的TC4钛合金耐热层，3D打印层与活塞主体的结合强度基本接近铝合金本身强度(稍低一点)，其中整体铸造的铝合金活塞主体可正常工作温度为400℃以下，而TC4钛合金(Ti6Al4V合金)可正常工作温度是大于500℃，因此，在整体铸造的铝合金活塞主体上3D打印TC4钛合金层，可使其在500℃下正常工作。考虑到工作过程中传热至铝合金活塞主体上的温度不高于350℃，因此设计的工作温度不能高于500℃。而现有技术采用的镀层和涂层是通过电镀、氧化或者涂刷一层陶瓷层，其厚度也就是几十微米，结合强度基本在40MPa左右，目前还未有结合强度超过100MPa以上的报道。
以上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 (6)

1.一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞，其特征在于，该内燃机铝合金活塞包括活塞主体(1)以及采用3D打印技术在所述活塞主体(1)的顶部逐层打印3D打印层(2)，用于隔热；
所述3D打印层(2)采用的材料的高温抗拉强度高于所述活塞主体(1)采用的材料的高温抗拉强度；
所述活塞主体(1)的材料为铝合金；所述3D打印层(2)的材料为TC4钛合金与铝合金的混合物，且所述3D打印层(2)的表层材料为TC4钛合金；
所述3D打印层(2)的材料包括第一粉体和第二粉体，所述第一粉体为TC4钛合金粉，所述第二粉体为铝合金粉；
所述3D打印层(2)是采用3D打印技术在所述活塞主体(1)的顶部依次打印第一打印层(21)、第二打印层(22)和第三打印层(23)；
所述第一打印层(21)由送粉速度为3-6g/min的第一粉体以及送粉速度为6-9g/min的第二粉体打印而成；
所述第二打印层(22)由送粉速度为5-8g/min的第一粉体以及送粉速度为4-7g/min的第二粉体打印而成；
所述第三打印层(23)由送粉速度为8-15g/min的第一粉体打印而成。
2.根据权利要求1所述的内燃机铝合金活塞，其特征在于，所述3D打印层(2)的厚度为3-15mm。
3.根据权利要求2所述的内燃机铝合金活塞，其特征在于，所述第一打印层(21)的厚度为1mm；所述第二打印层(22)的厚度为1mm。
4.根据权利要求1所述的内燃机铝合金活塞，其特征在于，所述活塞主体(1)是采用整体铸造方式形成的一体化结构；
所述活塞主体(1)的顶部外侧设置有一圈铸铁镶圈(11)，所述活塞主体(1)内设置有环形冷却油道(12)，所述环形冷却油道(12)设置于所述铸铁镶圈(11)的内侧，所述活塞主体(1)的裙部设置有销孔(13)。
5.一种根据权利要求1所述的3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用整体铸造方式浇注制备活塞主体毛坯件；
S2、计算机辅助建立3D打印层的三维结构模型，并利用3D打印设备在活塞主体毛坯件的顶部逐层打印3D打印层；
S2中，在打印出3D打印层之前，还包括预合金化粉末，所述预合金化粉末中采用的金属粉末包括第一粉体和第二粉体，所述第一粉体为TC4钛合金粉，所述第二粉体为铝合金粉；
S2中，3D打印层的打印方法包括以下步骤：
S2.1将干燥后的第一粉体和第二粉体分别装入与其对应的送粉系统的储粉罐中，启动3D打印机和送粉系统；
S2.2、将第一粉体采用3-6g/min的送粉速度，第二粉体采用6-9g/min的送粉速度在活塞主体的顶部进行第一打印层的打印；
S2.3、将第一粉体采用5-8g/min的送粉速度，第二粉体采用4-7g/min的送粉速度在第一打印层上进行第二打印层的打印；
S2.4、将第一粉体采用8-15g/min的送粉速度在第二打印层上进行第三打印层的打印。
6.根据权利要求5所述的内燃机铝合金活塞的制备方法，其特征在于，S1中，所述活塞主体毛坯件的具体制备过程包括以下步骤：
S1.1、利用电阻炉熔炼活塞主体用铝合金a和铸铁镶圈渗铝用铝合金b，同时将可溶盐芯置于保温炉中保温；
S1.2、用熔炼的铝合金a进行模具预热，待模具温度达到250-350℃后用铝合金b开始在铸铁镶圈渗铝；
S1.3、将保温好的盐芯和渗铝后的铸铁镶圈分别安置在模具内的定位装置中，用熔炼的铝合金a浇注模具，得到活塞主体毛坯件。
CN202010785123.6A 2020-08-06 2020-08-06 3d打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法 Active CN111842908B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010785123.6A CN111842908B (zh) 2020-08-06 2020-08-06 3d打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010785123.6A CN111842908B (zh) 2020-08-06 2020-08-06 3d打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111842908A CN111842908A (zh) 2020-10-30
CN111842908B true CN111842908B (zh) 2022-08-09

Family

ID=72971672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010785123.6A Active CN111842908B (zh) 2020-08-06 2020-08-06 3d打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111842908B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113482793A (zh) * 2021-05-25 2021-10-08 北京工业大学 一种3d打印汽车活塞
CN113931761B (zh) * 2021-09-27 2023-04-18 北京科技大学 一种轻质高强耐高温钛合金点阵结构活塞及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106141181A (zh) * 2015-05-14 2016-11-23 通用电气公司 3-d构件上的增材制造
CN107755699A (zh) * 2017-11-03 2018-03-06 湖南江滨机器（集团）有限责任公司 一种钢活塞的制作方法
CN108431392A (zh) * 2015-08-19 2018-08-21 菲特尔莫古纽伦堡有限公司 用于内燃机的钢制或铝制活塞以及用于制造用于内燃机的钢制或铝制活塞的至少一部分的方法
CN110337345A (zh) * 2017-02-17 2019-10-15 天纳克有限责任公司 具有冶金结合衬套的钢活塞及制造方法
CN110773705A (zh) * 2018-07-12 2020-02-11 北京三未科技发展有限公司 一种发动机活塞盐芯及其制备和使用方法
CN111151737A (zh) * 2020-01-13 2020-05-15 陈秋 一种活塞的制作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106141181A (zh) * 2015-05-14 2016-11-23 通用电气公司 3-d构件上的增材制造
CN108431392A (zh) * 2015-08-19 2018-08-21 菲特尔莫古纽伦堡有限公司 用于内燃机的钢制或铝制活塞以及用于制造用于内燃机的钢制或铝制活塞的至少一部分的方法
CN110337345A (zh) * 2017-02-17 2019-10-15 天纳克有限责任公司 具有冶金结合衬套的钢活塞及制造方法
CN107755699A (zh) * 2017-11-03 2018-03-06 湖南江滨机器（集团）有限责任公司 一种钢活塞的制作方法
CN110773705A (zh) * 2018-07-12 2020-02-11 北京三未科技发展有限公司 一种发动机活塞盐芯及其制备和使用方法
CN111151737A (zh) * 2020-01-13 2020-05-15 陈秋 一种活塞的制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111842908A (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111842908B (zh) 3d打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法
US10443536B2 (en) One-piece piston featuring addictive machining produced combustion bowl rim and cooling gallery
US10940566B2 (en) Surface improvement of additively manufactured articles produced with aluminum alloys
US8037860B2 (en) Cylinder liner and engine
CN104475682A (zh) 一种基于组合式蜡模的耐热铸钢薄壁涡轮壳熔模精铸方法
CN103266318B (zh) 一种基于熔点差异的激光熔覆多层涂层一步强化加工方法
CN109706418A (zh) 一种双陶瓷层结构8ysz热障涂层及制备方法
US8763247B2 (en) Diesel piston with bi-metallic dome
US10428760B2 (en) Piston with thermally insulating insert and method of construction thereof
CN104399981B (zh) 一种金属基复合材料的三维打印成形方法
CN110370423A (zh) 基于分层挤出成形的陶瓷/金属一体化零件的铸造方法
CN103725909B (zh) 一种粉末液相模锻制备铝合金的方法
JPS60121237A (ja) 金属複合体
CN105458265B (zh) 一种可回收重复使用的热等静压用控型模芯、其制造方法及其应用
CN108015259A (zh) 一种铝基原位复合材料活塞的嵌铸方法
JPS60119348A (ja) 内燃機関用ピストンおよびその製造方法
CN205147292U (zh) 一种增强销孔的内燃机铝活塞
CN109267332A (zh) 一种金属基碳纤维复合材料及陶瓷的制备方法
KR20230132480A (ko) 이식된 열 장벽 코팅 시스템
CN211549847U (zh) 一种改进的发动机缸体
US10030314B1 (en) Plasma oxidation method for making air-containing oxide coating on powertrain components
CN101966586B (zh) 内燃机活塞毛坯制造方法
EP4335568A1 (en) Build materials having a powder mixture comprising graphene, methods of producing articles therefrom, and articles produced therewith
CN112853250B (zh) 一种组合燃气舵构件的制备方法
WO2023136100A1 (ja) 金属被覆金属基複合材料及び金属被覆金属基複合材料の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant