能够被渗透的插入件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于铸造内燃机的轻量金属活塞的插入件，所述插入件能够被渗透。本发明还涉及用于使用这样的插入件制造轻量金属活塞的方法。
【背景技术】
[0002]轻量金属活塞由于其较低的重量以及减小的惯性力而已经长期被使用在内燃机中。为了保护这样的轻量金属活塞，特别是铝活塞的第一环槽免于受到膨胀压力负荷，使用了“环载体”形式的加强件。可制造这样的环载体的材料特别包括例如具有与活塞材料的膨胀系数尽可能相似的膨胀系数的铁合金。然而，由于例如铁合金与铝合金具有非常不同的导热性能，颠倒的热负荷能够在边界表面处引起强应力，并且用于产生两种材料的热膨胀系数之间的差异的这些增加中的一个用于活塞，其他的用于环载体。形成在环载体与活塞之间的裂缝通常导致发动机发生故障并因此必须不惜代价地防止这种情况发生。环载体与活塞之间的接合处在已知的阿尔芬铸塑工序中通常使用金属材料制作，在所述阿尔芬铸塑工序中环载体浸入熔化的铝中直到形成扩散层。然后，当铸造活塞时该经过阿尔芬铸塑处理的环载体被熔化的活塞合金包围，并且在随后的凝固期间形成阿尔芬接合。
[0003]由于在现代柴油发动机中占优势的高点火压力，特别是用于此、在第一环槽处使用铸铁环载体进行加强的活塞，通常由奥氏体制成。汽油发动机中的朝向定向燃料注射的趋势结合升高的点火压力于是也要求比标准活塞合金所能够提供的第一环槽中的耐磨性更有效的第一环槽中的耐磨性。同时，活塞的轻量金属与其中的环载体之间的接合也特别重要。
[0004]从DE3418405C2已知用于制造内燃机的铝活塞的复合模具铸造工序，在所述铝活塞中，由具有活塞的3%至50%的体积比的镍、铜、铁或者其合金的金属泡沫制成的环载体在高压模具铸造工序中在至少392巴的铸造压力下被渗透以与活塞合金形成接合。在随后的多级热处理工序中可创建冶金接合，例如固溶退火、陈化等。
[0005]从DE19635326A1已知制造轻量合金复合元件的方法，在所述方法中，起初有孔的复合形成材料被保持在铸造模的空心空间中。然后，通过施加气压使熔化的轻合金在铸造模的空心空间中铸造，所述气压使有孔的复合形成材料的孔被灌注熔化的轻合金。结果，由轻量合金与复合形成材料制成的复合金属部分被创建。
[0006]在文献DE2639294C2中，描述了为了25%至38%的活动的高有孔率以用作环载体而在2500与1000巴之间的凝固压力下使用铬-镍基以及铜、镍、铁、镍-铁泡沫材料渗透的各种多孔烧结材料。
【发明内容】
[0007]本发明解决如下问题:建议一种改进的插入件的实施方式，该改进的实施方式特别能够使所述零件更有效地被渗透。
[0008]该问题根据本发明通过独立权利要求的主题解决。有益的实施方式代表相应的从属权利要求的主题。
[0009]本发明基于如下主要构思:以针对用于能够被渗透的插入件的烧结材料的新的筛选线(screening line)的方式使用全新的颗粒组分挑选粉末，以便活动的有孔率被大大地改善并且因此由所述烧结材料制成的插入件的被渗透能力也被大大地改善。这例如通过更加密切地限定筛选线来实现，也就是说个别的颗粒的尺寸分布被创建得比平常更加均匀，并且因此使得制成烧结材料的烧结粉末被创建得比平常更加均匀。根据本发明使用的粉末至少包含铁或铁合金，优选也可以是镍、铜或二者的合金，并且同时具有不同颗粒大小的颗粒，其中少于百分之四的体积的粉末由具有小于75μπι的直径的颗粒组成。在本文中，至少粉末的28%的体积，优选至少粉末的50%的体积并且在特别优选的实施例中至少粉末的88%的体积包含具有大于150μπι的直径的烧结颗粒。因此，粉末状的烧结材料可制成比平常更粗糙，其中90%的烧结颗粒通常具有小于150μπι的直径。除了将具有小于75μπι的直径的颗粒限制为不超过4%的体积的水平以外，将个别的颗粒的尺寸分布限定得更窄，其中，如事先发生的，阈值以下的颗粒尺寸的限制特别限制为阻碍孔的程度，因此使孔成为不能用于渗透的。颗粒尺寸的低界限的如此严格的限制并不设置于传统的烧结材料中，这意味着也实现了存留在较大烧结颗粒之间的孔的显著高等级的填充。
【具体实施方式】
[0010]根据本发明，用于插入件的烧结材料的粉末具有0%-4%的具有0-75μπι的直径的颗粒的体积分数。在一个实施例中，具有75-106μπι的直径颗粒占不多于10%的体积，优选地不多于粉末的体积的2%。另外，在特别优选的实施例中，不多于粉末的6%的体积包括具有从106-150μπι的范围的直径的颗粒。因此，在该优选的实施例中至少88%的粉末的体积具有大于150μπι的颗粒直径。即使通过这种粉末的最纤细成分的窄的限制，已经能够确保留存在烧结材料中的个别的颗粒之间且当铸造轻量金属活塞时能够被随后的轻量金属渗透的孔不被完全填充，以便这些孔可用于轻量金属的渗透，从而在插入件之间创建显著改进的接合，所述插入件可具有例如环载体、凹陷边界或者活塞中的吊环螺栓圈的形式。
[0011]为了这个目的，在一个实施例中，至少50%的粉末的体积具有106-122μπι的直径的颗粒。相对窄的颗粒尺寸带宽内的高粉末分数促进高有孔率的形成并因此也促进能够容易地被渗透的烧结材料的形成。在另一个实施例中，具有大于212μπι的直径的颗粒占其至少50%的体积。大颗粒的高百分比意味着创建了具有更粗糙的孔的结构，该结构也便于渗透。
[0012]为了特别的目的，根据本发明的适于制造烧结材料的粉末具有直径从106_150μπι的颗粒的从0.5%-0.6%的体积分数。特别地，所述较低的限制清楚地示出了在这样的筛选线或者颗粒尺寸分布的情况下，用于完全填充需要渗透的孔的非常纤细的颗粒完全不存在或者仅以不充分的程度存在。以这种方式，例如可确保根据本发明的由烧结材料制造(也就是说烧结)的插入件的50%-80%具有孔，也就是说50%-80%的有孔率，该插入件可选地至少部分地被轻量金属填充。针对颗粒尺寸而言，如果粉末相对均匀，这不仅使制造出的烧结材料的有孔率上升，而且个别的孔也实质上更大，这进一步改善了其允许熔化的轻量金属流过它的性能。
[0013]在根据本发明的技术方案的进一步优选的实施例中，至少烧结材料的个别的烧结颗粒涂覆有例如树脂的粘合剂，这增加了未成熟的稳定性并在烧结期间被烧制。在未成熟本体压紧后，然而，树脂保持烧结颗粒彼此压紧，因此改善了压紧后的未成熟本体的强度。这样的树脂