专利名称：铝基陶瓷复合材料活塞的铸造生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于铸造技术领域，主要适用于内燃机活塞材料，它是继高硅活塞之后开发的铝合金第三代产品。
作为活塞材料，我国研究起步较晚，活塞生产厂家现处于过共晶铝活塞(亦称高硅活塞)试生产上，这就严重地影响内燃机活塞质量水平的提高和发展，而国外仅有少数几个国家正在研究复合材料活塞，其目的是为了生产出内在质量和外观质量更高的内燃机活塞，由于这种生产技术难度高和技术保密，至使我国在这方面的技术水平仍处于落后状态。
针对这一情况，为了研究出我国特有的高水平的复合材料活塞生产技术，本发明提出一种铝基陶瓷复合材料活塞的铸造生产工艺，这一发明的实现，能够使活塞高温短时强度较之普通活塞提高一倍，达到180N/mm2，而线性膨胀系数降低了50%，达到1.04×10-5，耐磨性提高两倍，活塞的使用寿命大于4000小时，铝基陶瓷复合材料活塞不仅能够满足引进和自行设计新一代发动机的配套技术要求，而且为开发适应国际市场要求高速高功率发动机活塞开壁了道路。另外它还可以替代锻铝合金，钛合金、铸铁、铸钢等。而且适宜于大功率，小体积、无水冷高温、高效发动机的要求。
本发明是选用ZL108合金作为基体材料，陶瓷添加材料为碳化硅微粉颗粒，按其SiC(8～12%)+ZL(88～92%)的配比，经搅容法复合或悬浮烧杯法复合而成。
下面根据附图具体阐述发明的全过程
图1为搅容法复合装置示意图1、搅拌器2、坩埚盖3、坩埚4、炉体5、氩气入口图2为悬浮浇杯装置示意图1、悬浮浇杯2、SiC微粉漏斗3、铸型4、堵塞5、保温材料6、氩气入口7、引浇道一、复合材料活塞成份基体材料选用ZL108合金(GB1173～86)，陶瓷添加材料为碳化硅微粉颗粒，微粉颗粒直径为10～15um，其配比为SiC(8～12%)+ZL108(88～92%)。
二、复合材料活塞铸造生产工艺工艺流程为ZL108合金熔炼720℃～740℃变质-精炼740℃～760℃材料复合-浇注。
复合材料活塞铸造工艺的关键为碳化硅微粉与铝水很好地复合，在材料复合这道工艺中，采用搅溶法及悬浮浇杯法，取得的效果比较理想，由于铝液容易氧化，材料复合过程均需要氩气保护。以下分别叙述搅溶法与悬浮浇杯法的具体复合过程1、搅溶法复合搅溶法复合是当铝水溶清、变质、精炼处理完毕后，将预热的碳化硅微粉加入铝水，在氩气保护下，在坩埚内搅溶，如图1所示。铝水温度控制在750℃左右，搅拌器转速1400rpm，搅拌时间1.5～20分钟。搅拌结束后即可开盖浇注，铸型预热温度300℃，要求在尽短时间内浇完。若中间间隔时间较长(超过15分钟)，应盖好盖重新搅拌。
由于碳化硅微粉直接在铝水中搅溶，与铝水接触时间长，复合材料中SiC的比例不受限制。值得提醒一点是，此种复合方法铝液不能长时间放置，在生产上有一定的难度。
2、悬浮烧杯复合法悬浮浇杯复合法是在铸型浇口上方设置一悬浮浇杯，如图所示，所用铝液在浇杯中的涡旋而产生的负压效应，将碳化硅微粉自行吸入并搅拌均匀。
采用这种方法时，铝水同正常熔炼相同，温度控制在750℃左右，悬浮浇杯用氩气保护。铸型及悬浮杯的预热温度为300～350℃，将预热500℃左右的碳化硅微粉加入漏斗，浇注时拨开堵塞，铝水将微粉吸入。
悬浮浇注不受铝水存放时间长短的限制，操作简便，生产效率高，适于活塞的连续生产，由于在浇注中加入微粉，易造成铝水的温度降低应用这种方法时，浇注温度适当高一些，同时，微粉的加入量不易大，一般为10%左右。
三、复合材料活塞机加工工艺机加工工艺按生产流水线设计，工艺流程为毛坯-车止口-粗镗销孔-粗车外园-粗车杯槽-精镗销孔-车止退槽-销孔压光-精车杯槽-精车外园-磨外园-质检-成品。
复合材料活塞加工时，对刀具的磨损较快，生产中采用全钢石刀具及YWZ硬质合全刀具，同时，最后的外圆加工采用磨削进行，活塞面粗造度为0.8。
从以上本发明的全过程可以看出，其优点在于(1)铸造法生产的复合材料活塞，高温强度比ZL108合全活塞提高一倍以上，耐磨性提高2倍，热膨胀系数显著降低(2)复合材料活塞是共晶及过晶铝硅合金活塞的替代产品，它的开发成功，对于替代进口，国内高发动机的发展，以及促进整个活塞行业的技术提高都有重要意义。
权利要求
1.一种用于发动机活塞的复合材料，其特点在于它是选用ZL合金作为基体材料，碳化硅微粉颗粒作为陶瓷添加材料，按其SiC(8～12%)+ZL108(88～92%)的配比，经搅容法或悬浮浇杯法复合而成。
2.按照权利要求1所说的复合材料，其特征在于搅容法复合是当铝水溶清、变质、精炼处理完毕后，将预热的碳化硅微粉加入铝水，在氩气的保护下，在坩埚内搅溶，铝水温度控制在750℃，搅拌器转速为1400rpm，搅拌时间为1.5～20分钟搅拌结束后即可开盖浇注，铸型预热温度300℃，要求在短时间内浇完。若中间间隔时间较长(超过15钟)，应盖好盖重新搅拌。
3.按照权利要求1所说的复合材料，其特征在于悬浮浇杯法复合是在铸型浇口上方设置一悬浮浇杯，所用铝液在浇杯中涡旋而产生的负压效应，将碳化硅微粉自选吸入并搅拌均匀。在采用这种方法时，铝水同正常溶炼相同，温度控制在750℃，悬浮浇杯用氩气保护，铸型及悬浮杯的预热温度300～350℃，将预热500℃，另外将预热500℃左右的碳化硅化硅微粉加入漏斗，浇注时拨开堵塞，铝水将碳化硅微粉吸入，由于浇注中加入微粉，易造成铝水温度降低，因此浇注温度适当提高一些，同时碳化硅微粉的加入量不易大，一般为10%。
全文摘要
本发明是继高硅活塞之后开发的第三代产品，发明选用ZL108合金作为基体材料，碳化硅微颗粒作为陶瓷添加材料，按SiC占8～12％、ZL108占88～92％的比例配制，然后经搅密法复合或悬浮浇杯法复合而成，经装机考核，本发明的实现不仅能够满足引进和自行设计新一代发动机配套技术要求，而且为开发适应国际市场要求高速高功率发动机活塞开辟了道路。
文档编号C22C1/10GK1105301SQ9311527
公开日1995年7月19日 申请日期1993年12月23日 优先权日1993年12月23日
发明者刘仲峰 申请人:山东省机械设计研究院