TW201200267A - Structure and manufacturing method of cylinder having high silicon aluminum alloy contained sleeve - Google Patents

Description

201200267 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 關一種高物合金襯套，旨在提供-種可應 金襯套及其肢。 與^本體_合力之高独合 〇 【先前技術】 ϋ 金因具備冋比強度、加工性良好、耐候性佳等特性， 廣泛^於運輸及其他4，早_雜合金時以輕量化為 主要考ί，並未考慮其抗磨耗特性。但是在刪年代後，i 機’產業開始對運輸工具之重量減重以提升 能源t 求殷切，另—方面則因為部份運輸工具之關鍵 性組件（例如車用汽缸）必須有良好之抗磨耗特性， 始開發具有良好抗磨耗性之銘合金，且必 工處理，方可應胁汽缸。 了将殊之加 又’按目前銘合金汽_壁實施加卫處理的 包含1.在銘合金汽林體鑄造過程中預先埋人合 输 套，俾歷經後續加工、研磨後可形成不同於鋁 鐵襯 缸内壁面，俾汽缸内壁係具有—不同材質的“ 等。不可否認’由前述該等方法所形朗銘 屬鍍層 汽缸内壁，確實可提供為活塞運作之接觸面=本體之 經長時的使用後，業者卻發現，鑄鐵襯套與汽缸太π缸在歷 間隙，甚至剝離之缺失。此原因乃係前返方法t體間形成 内壁表面，由於鑄鐵襯套和鋁合金汽缸本體材=得到的汽缸 兩者熱膨脹係數不同所致。因此在汽缸高溫長^上之差異， 丹運轉及熱循 3 201200267 環時，會產生上述之缺失。 承上述，該鑄鐵襯套埋入鋁合金汽缸本體做為汽缸内壁 時，由於該鑄鐵襯套與汽缸本體接合性不佳；如此一來，活 塞在汽缸内運轉時，必然會造成鑄鐵襯套的位移或剝離，以 致連帶發生較運轉不順暢之情形。另，由於該習知鑄鐵襯套 表面不具低熔點金屬披覆層，故兩者間之接合性差，該鑄鐵 襯套與鋁合金汽缸本體間易產生間隙；此外，該間隙常使該 鑄鐵襯套與鋁合金汽缸本體間傳熱不佳，以致汽缸之散熱效 果不佳，影響汽缸之使用壽命。 【發明内容】 有鑑於此，本發明即在提供一種襯套與汽缸之結構與其 製法，藉以改善先前技術中襯套與汽缸本體接合不佳之缺失。 為達上述目的，本發明之含高矽鋁合金襯套之汽缸結 構，其至少包含有：一壓鎊成形之高矽鋁合金襯套，該襯套 設有一内表面、外表面及一環壁，該環壁係連結上述内表面 及外表面，而該外表面披覆有一金屬彼覆層，該披覆層之熔 點係低於高矽鋁合金之熔點；以及，一汽缸本體，該汽缸本 體係設有汽缸孔以供上述之高矽鋁合金襯套穿設其中，使該 高矽鋁合金襯套之外表面之披覆層與該汽缸本體之汽缸孔内 壁接合。藉由該披覆層可增加本發明之襯套與汽缸本體之接 合性，並消除襯套與汽缸本體間之間隙。 另外，本發明並包含上述汽缸結構之製法，其至少包含 下列步驟：步驟A、提供一高矽鋁合金材料，並將該材料熔解； 步驟B、將步驟A熔解後之鋁合金，壓鑄成形為高矽鋁合金襯 201200267 套’並對成料行水冷 進行表面處理，使該概套表’步驟c、對步驟B完成的襯套 層之熔點係低於高矽鋁合金^披覆一金屬披覆層，且該披覆 材料’並將該材料熔解；步驟^點’：驟D、提供另-鋁合金 然後將其置入-堡她，再將=;== 中，使之與置，棋具== 而形成汽缸本體結構。

【實施方式】 為能使貴審查委員清楚本發明之主要技術内容，以及 實施方式，茲配合圖式說明如下： 本發明「一種含高矽鋁合金襯套之汽缸結構及其製法， 如第一圖所示，該高矽鋁合金鑄件1設有一内表面11、外表 面12及一環壁13，該環壁13係連結上述内表面U及外表 .面12，而該外表面12披覆設有一彼覆層14’該彼覆層14之 熔點係低於高矽鋁合金之熔點，其中，該披覆層14可以為鍍 •鋅層；再者，如第二圖之第二實施例所示，該高矽鋁合金襯 套外表面12設有複數肋條15，两各肋條15至少一表面設有 微結構16。 整體成型時，如第三圖所示，係將高矽鋁合金襯套1預 先成型，並將該高矽鋁合金襯套1放入模具4中，如圖所示 之實施例中該模具4係設有第一、第二模具41、42，將該高 梦銘合金觀套1放入第一、第二模異41、42 fel ,並使該第/、 第二模具41、42合模，該第一、第一模具41、42合模後龙 形成成型模穴43，對該高矽鋁合金櫬套1進行預熱，使該坡 201200267 覆層14形成軟彳匕狀態，再於該成型模穴43中注入銘合金材 料而形成一汽缸本體2，可藉由該軟化狀之彼覆層增加該鑄 件1與汽缸本體2間之結合力，並消除高邦合金襯套i與 Ά缸本體2間之間隙；當然’該汽缸本體2形成相對應該成 型模穴之形狀，而形成有一汽紅孔21，如第五圖所示，且該 汽缸本體^汽缸孔21亦可相對於該肋條15形成至少一凹陷 22 ’而該尚梦銘合金襯套i則設於該汽缸孔巾且該高梦 铭合金襯套外表面之介質層14與該汽缸本體之汽缸孔21接 =並^由各凹陷22與肋條15相對合之作用，使該汽缸本 f ί同矽鋁合金襯套1相互定位，使該高矽鋁合金襯套1 不易與該汽缸本體2脫離。 圖所不’係為本發明高㈣合金之，其 至少包含下列步驟： 該言供高石夕銘合金材料’並將該材料溶解，其中， S列之化學組成’係在銘中至少添加一種或多 ㈣，Mg(鎂）··〇 3 ^ 如：^ (梦）：16愚t%，CU(銅）·· 3〜5 wt % w 心 V(叙）·· 〇. 01 〜0· 3 wt %，P(鱗）·· 〇. 〇卜〇. 〇4 合金^ 將步驟A轉後之齡金，堡鑄成型為高石夕銘 鎊而Μ 4上述溶解之高伽合金材注人模具中，進行壓 冷；_銘合金襯套之半成品’並對成形的襯套進行水 表面::為C、：:帮Β完成的襯套進行表面處理，使該襯套 轉換為—層被覆層，且該披覆層之魅係低於高石夕銘合 201200267 金之溶點其中’該步驟c之表面置換包含有至少-次酸洗（可 寿J用墙酸浴液壤行浸泡）、至少一次水洗、至少一次表面金屬 置換、純水冲洗以及烘乾之步驟，而該表面金屬置換可以利 用辞置換’使該概套表面形成有鍍辞之披覆層，則完成高矽 銘合金鑄件結構；而該高矽鋁合金襯套結構可進一步進行下 列步驟（如第七圖所示）以完成汽缸結構； 步驟D、提供另一鋁合金材料，並將該材料熔解； 步驟E、將步驟C完成的襯套進行預熱，該預熱溫度可 以為100〜3’（其中以15Q〜2GG°C為最佳），使該披覆層形成 軟化狀態，然後將其置入一壓鑄模具中，再將步驟D熔解之 鋁合金材料，注入上述模具中，使之與置入壓鑄模具中之襯 套接合’而形成汽缸本體結構； 步驟F、為對成形的汽缸本體結構進行水冷步 加整體硬度； J增

步驟G，對水冷後的汽缸本體結構進行熱處理步 增加整體硬度，該熱處理步驟可以為在17(rc〜2〇(rc 小時之時效處理； 订 可 8 步驟H，對與汽紅本體接合的高㈣合金襯套 進行至少-道搪磨步驟，依序包含有粗㈣、巾搪^面 =，藉由各搪磨步驟可使内表面形成粗化，而可増加二: 故藉由本發明所成型之高矽鋁合金襯套，其外表面 有披覆層，並於π缸本體壓鑄成型前，先進行預熱 覆 披覆層形成軟化狀態，使得注入之鋁合金材料可與該將該 之披覆層直接接合成型，以增加該鑄件與汽缸本體^ = 7 201200267 力，並消除鑄件與汽缸本體間之間隙，可增加該鑄件與汽缸 本體間之傳熱效果。 如上所述，本發明提供一種較佳可行之高矽鋁合金襯套 及其製法，爰依法提呈發明專利之申請；惟，以上之實施說 明及圖式所示，係本發明較佳實施例者，並非以此侷限本發 明，是以，舉凡與本發明之構造、裝置、特徵等近似、雷同 者，均應屬本發明之創設目的及申請專利範圍之内。 【圖式簡單說明】 第一圖為本發明中高矽鋁合金襯套第一實施例之結構立 體圖。 第二圖為本發明中高矽鋁合金襯套第二實施例之結構立 體圖。 第三圖係為本發明中高矽鋁合金襯套第二實施例之結構 示意圖。 第四圖係為本發明中襯套與汽缸本體之成型示意圖圖。 第五圖係為本發明中襯套與汽缸本體之結構示意圖。 第六圖係為本發明中襯套製法之流程示意圖。 第七圖係為本發明中汽缸結構製法之流程示意圖。 201200267 【主要元件代表符號說明】 襯套1 内表面11 外表面12 環壁13 坡覆層14 肋條15 微結構16 汽缸本體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

Claims (1)

1. 201200267 七、申請專利範圍： 1. 一種高矽鋁合金壓鑄成形之汽缸用襯套結構，其至少 包含有： 一内表面； 外表面；以及 一環壁，該環壁係連結上述内表面及外表面； 其中，該外表面披覆有一金屬披覆層，且該彼覆層 之熔點係低於該高矽鋁合金之熔點。 2. 如請求項1所述之高矽鋁合金襯套結構，其中，該披 覆層可以為鍍辞層。. 3. 如請求項1或2所述之高矽鋁合金襯套結構，其中， 該外表面設有複數肋條，而各肋條至少一表面設有微結構。 4. 一種汽缸結構，其至少包含有： 一壓鑄成形之高矽鋁合金襯套，該襯套設有一内表 面、外表面及一環壁，該環壁係連結上述内表面及外表面， 而該外表面披覆有一金屬披覆層，該彼覆層之熔點係低於高 矽鋁合金之熔點； 一汽缸本體，該汽缸本體係設有以供上述之高矽鋁 合金襯套穿設其中，使該高矽鋁合金襯套之外表面之披覆層 與該汽缸本體之汽缸孔内壁接合。 5. 如請求項4所述之高碎铭合金襯套，其中，該彼覆層 可以為鍍鋅層。 6. —種高矽鋁合金襯套之製法，其至少包含下列步驟： 步驟A、提供一種高矽鋁合金材料，並將該材料熔 解； 201200267 步驟B、將步驟A熔解後之鋁合金，壓鑄成形為高矽鋁 合金襯套，並對成形的襯套進行水冷； 步驟C、對步驟B完成的襯套進行表面處理，使該襯套 表面彼覆一金屬披覆層，且該披覆層之熔點係低於高矽鋁合 金之熔點。 7. 如請求項6所述之高矽鋁合襯套之製法，其中，該步 驟A之高矽鋁合金材料之化學組成，係在鋁中至少添加 15〜25wt% Si(發），及至少添加一種或多種下列之合金元素： • Cu(銅）'Mg(鎂）、Zn(鋅）、Mn(猛）、Zr(錯）、v(飢）、Ti(鈦）、 P(磷）；或者’該步驟A之高矽鋁合金材料之化學組成，係在 鋁中至少添加一種或多種下列之合金元素：Si(石夕）： 16~20wt%，Cu(銅）：3〜5 wt %，Mg(鎂）：〇. 3〜1. 2 wt %，Zr(锆）： 0. 01 〜0. 3 wt % ’ Μη(猛）·· 〇. 〇卜0· 3 wt %，V(奴）·· 0. 01 〜〇 3 wt % ’ P(磷）：〇. 〇卜〇. 〇4 wt %。 8. 如請求項6所述高矽鋁合襯套之製法，其中，該步驟 C之襯套之表面處理包含有至少一次酸洗、至少一次水洗、 #至少一次表面金屬置換以及至少一次烘乾之步驟。 9. 如請求項8所述高梦銘合金襯套之製法，其中，該表 面金屬置換可以為鋅置換，使該襯套鑄件表面形成鍍鋅之披 覆層。 10. —種汽缸結構之製法，其至少包含下列步驟： 步驟A、提供一高矽鋁合金材料，並將該材料熔解； 步驟B、將步驟a熔解後之鋁合金，壓鑄成形為高矽銘 合金襯套’並對成形的襯套進行水冷； 步驟C、對步驟b完成的襯套進行表面處理，使該襯套 11 201200267 表面披覆一金屬彼覆 金之熔點； 尽’且該披覆層之熔點係低於高矽鋁合 步驟D、提供另 步驟E、將步騍一鋁合金材料，並將該材料熔解； 一壓鑄模具中，具 c凡成的襯套進行預熱，然後將其置入 具中，使之與置Λ:步驟D熔解之鋁合金材料’注入上述模 結構。 鑄模具中之襯套接合，而形成汽缸本體 令襯^預= ^缸結構之製法，其中，該步驟E 12如培4、 ^為1〇0〜30〇C，其中以150〜20(TC為佳。 後進-步進行步項^所述汽缸結構之製法，其中，該步驟E 構進行水冷㈣，’該轉F可以騎絲喊缸本體結 可以為對水冷後=該步驟F後進—步進行步驟G，該步驟G 後並進—步進认本體結構進行熱處理步驟，該步驟G 石夕銘合金襯套之^ H ’該步驟H係、對與汽紅本體接合的高 係依序可以包缸結構之料，其卜該步驟Η 乂杻搪磨、中搪磨以及細搪磨。 12