专利名称：铝合金发动机气缸体的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及发动机，尤其是铝合金的发动机的气缸体缸筒的内壁的构造。
二背景技术：
由于发动机的活塞是在其气缸体的缸筒内作高速的往复运动。所以，要求其缸筒的内壁要有极好的耐磨性能和易润滑的性能。对于铝合金的发动机来讲，为让其缸筒的内壁具有这两种性能，目前采用了以下两种办法。
一种办法是在其气缸体的对应部位嵌入一个其内壁具有这两种性能的铸钢缸套。该铸钢缸套内壁的耐磨性能是通过一系列热处理工序使其增强的；该铸钢缸套内壁的易润滑性能是通过“珩磨”工序使其增强的。然而，所述的热处理工序不但工艺复杂、成本高，而且其最终的耐磨性能仍常常达不到令人满意的要求；所述珩磨加工虽然增强了缸套内壁易润滑的性能，但其内壁存储润滑油的性能却仍然不好。另外，铸钢缸套的传热效果也比铝合金差得多。由于这三方面的原因，使得所述铸钢缸套乃至气缸体的使用寿命都太短。
另一种办法是在气缸体的缸筒内壁电镀一层“硬铬”复合层，即采用“松孔镀铬”的工艺来使该缸筒内壁增加一层硬铬。与铸钢缸套相比，不但该复合层本身的耐磨性好得多，而且存储润滑油的性能也有很明显的提高。但是，这种复合层的电镀时间较长、生产效率低，而且其尺寸精度很难保证——用精加工的办法来解决其尺寸精度的问题也比较困难。严重的问题是该电镀工艺的镀液中含有六价铬，对环境有较大的污染。
三
发明内容
本实用新型的目的是提出一种改进的方案，该方案在保证尺寸精度的前提下，使气缸缸筒的内壁具有更好的耐磨性和易润滑性。
实现所述目的改进方案的一种铝合金发动机的气缸体、与一般的发动机的气缸体相似，包括气缸体本体和气缸缸筒等必备结构。它的气缸缸筒的内壁为复合层构造，该复合层是氧化铝微晶陶瓷层。该氧化铝微晶陶瓷层是在铝合金基体的气缸缸筒内壁上用“微弧氧化”的方法使其“生长”出来的一层复合层(其实施方法和过程从约)——与表面镀铬等工艺不同，该复合层的“生长”是向基体材料内渗透的所谓“内生长”，其结果是所述氧化铝微晶陶瓷层与铝合金基体的气缸缸筒内壁之间有了一层过渡区。正是这过渡区，把该氧化铝微晶陶瓷层与铝合金基体牢固地结合为一体。该氧化铝微晶陶瓷层又大致分为内外两层(即这两层间也没有明显的界限)，其内层结构致密，其外层充满微孔；致密内层的厚度是外层厚度的2～3倍。
与现有的技术相比较，本实用新型的优越性如下。
1、与硬铬镀层相比较，尺寸精度更容易保证。表面镀铬是铬(或铬合金)在被镀基体表面沉积的“外生长”方式。这样，就使得被镀样品(或工件)的尺寸有较大的改变，而此镀层的厚度又不像机械精加工那样容易控制。所以，最终的尺寸精度也不易保证。而“微弧氧化”主要是“内生长”方式，开始有的一点点外生长量的数量级又很小很小，都在尺寸允差的范围之内。所以，气缸缸筒外壁表面生长出氧化铝微晶陶瓷层后，其尺寸精度仍能得到保证。
2、与经过热处理后增强、增硬的铸钢缸套和内壁硬铬镀层相比较，本实用新型气缸缸筒的内壁的氧化铝微晶陶瓷层有更高的显微硬度(检验表明，其值达到HV800～HV1500)，所以，它的耐磨性能得到了很大的提高；该陶瓷层的易润滑性也非常好。
3、由于所述的氧化铝微晶陶瓷层是大致分为内外两层的，其内层较厚、结构致密，其外层较薄、且充满微孔。因此，其外表面还有非常好的存储润滑油的性能。
4、由于没有了铸钢缸套，所以，也不存在因为有铸钢缸套而带来的影响气缸体散热性能的缺陷了。这样，也大大提高了气缸体的使用寿命。
5、实施本实用新型的工艺过程中没有了镀铬工艺中的六价铬，大幅度地减少了对环境的污染。
四
图1——本实用新型气缸体的俯视图图2——图1的A-A向剖视图图3——图2的I区域的局部放大图五具体实施方式
实施例铝合金(例如ZL107、ZL101等)摩托车汽油发动机的气缸体，它包括气缸体本体1和气缸缸筒2等必备结构。整个气缸体(包括气缸缸筒2的基体)先由同一铝合金材料铸造成的一个整体。必要的精加工和前处理工序之后，再用微弧氧化的方法让该气缸缸筒2的内壁生长出与其铝合金基体4牢固地结合为一体的复合层——氧化铝微晶陶瓷层3。把氧化铝微晶陶瓷层3和铝合金基体4牢固地接合为一体的是一层在它们之间的过渡区5(附图中仅用一条实线表示出来)。该氧化铝微晶陶瓷层3分为内外两层，其内层结构致密，其外层充满微孔，该致密内层的厚度大约是外层厚度的2～3倍(如方案中所讲，这两层间没有明显的界限，故附图中未画出它们的区别，即仅画出了氧化铝微晶陶瓷层3)。
根据不同的需要，可把氧化铝微晶陶瓷层3的总厚度(即致密内层与充满微孔的外层之和)控制在5μm～500μm之间；而综合考虑性能和经济性，较好的总厚度以10μm～90μm为宜；最合适的总厚度值取50μm(其致密层厚度大约为35μm)、60μm(其致密层厚度大约为42μm)或70μm(其致密层厚度大约为50μm)。
对上述三个最合适总厚度值的氧化铝微晶陶瓷层进行硬度测试和作耐磨试验(磨至气缸缸筒的内壁尺寸刚超过允差)其显微硬度均在HV1200左右。耐磨试验时间均达到600小时以上。远远超过了镀硬铬的大于100小时的要求，同样也远远超过了钠米电镀的大于200小时的要求。
权利要求1.一种铝合金发动机气缸体，它包括气缸体本体(1)和气缸缸筒(2)等结构，其气缸缸筒(2)的内壁为复合层构造，其特征在于所述气缸缸筒(2)内壁的复合层是氧化铝微晶陶瓷层(3)，在氧化铝微晶陶瓷层(3)和铝合金基体(4)的气缸缸筒(2)内壁之间有一层把它们牢固地接合为一体的过渡区(5)。
2.根据权利要求1所述的铝合金发动机气缸体，其特征在于所述氧化铝微晶陶瓷层(3)又分为内外两层，其内层结构比外层致密，其外层布满微孔，该致密内层的厚度是外层厚度的2～3倍。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金发动机气缸体，其特征在于所述氧化铝微晶陶瓷层(3)的总厚度为5μm～500μm。
4.根据权利要求3所述的铝合金发动机气缸体，其特征在于所述氧化铝微晶陶瓷层(3)的总厚度为10μm～90μm。
专利摘要一种铝合金发动机气缸体，它包括气缸体和气缸缸筒等结构，其气缸缸筒的内壁为复合层构造，该复合层是氧化铝微晶陶瓷层，该氧化铝微晶陶瓷层是用微弧氧化的方法使其与铝合金基体牢固地结合为一体的。所述氧化铝微晶陶瓷层的总厚度为10μm～90μm；它又分为内外两层，其内层较厚、结构致密，其外层较薄、且充满微孔。它有良好的润滑性能和存储润滑油的特性，它的显微硬度大。所以，它有极好的耐磨性。另外，该复合层能很好地保证气缸缸筒的尺寸精度；有很好的传热性能。综上所述，本实用新型的铝合金发动机的气缸体制造成本低，使用寿命长。
文档编号F02F1/08GK2665381SQ0325017
公开日2004年12月22日 申请日期2003年8月28日 优先权日2003年8月28日
发明者章宗和, 廖正陶, 向冬霞, 王军 申请人:重庆镁业科技股份有限公司