专利名称：一种双金属发动机气缸复合材料的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双金属发动机气缸复合材料的制备工艺，属于金属材料制备技术领域。
背景技术：
双金属复合材料作为近十年来出现的一种非常具有潜力的材料已经引起了人们的广泛关注，国内外许多专家学者都着力开始了相关研究，如灰铁或球铁的表面铝硅合金结晶反应层形成的研究[S. Pietrowski, T. Szymczak. Theoretical basis of Al-Sicoat crystalIizationon gray and nodular cast iron and making the layereditems using it[J]. Journal of achievements inmaterials and manufacturingengineering, 2011 (49) 421-439] ；H. Springer, A. Kostka 等人研究了低碳钢和工业纯招复合材料，采用双合金复合铸造工艺将低碳钢和招娃合金制备复合材料[H. Springer, A.Kostka,et al.On the formation and growth of intermetalIi c phasesduringinterdiffusion between low-carbon steel and aluminum alloys[J], Actamaterialia，2011 (59) 1586-1600] ；Cook T H研究了热浸镀过程中的助镀工艺以及助镀剂的成分范围[Cook TH. Composition testing and control of hot dip galvanizingflux[J]. Metal Finishing, 2003,101 (7—8) :22 35]。传统的热浸镀过程中使用的助镀剂主要有含ZnCl2和含K2ZrF6的水溶性助镀剂，这里的ZnCl2易产生气体，从而使铸件易产生气孔等缺陷；而使用含K2ZrF6的水溶性助镀剂，由于K2ZrF6价格昂贵，从而增加了生产成本。具有广阔应用前景的铝合金与铸铁发动机气缸复合材料，由于铝合金和铸铁之间的物理性能差别巨大，难以形成有效结合界面，限制了该型复合材料的性能和使用。然而连续挤压包覆等生产工艺，由于成本高，难度大，也制约了铝合金和铸铁复合材料在发动机气缸中的生产和应用。
发明内容
为弥补现有工艺和材料的不足，本发明提供一种双金属发动机气缸复合材料的制
备工艺，。本发明是通过以下方式实现的一种双金属发动机气缸复合材料的制备工艺，包括步骤如下(I)用HT250铸铁做缸套，将HT250铸铁缸套先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮；(2)将经表面脱脂除污的HT250铸铁缸套浸入配好的盐溶液中使表面在其中浸润，然后烘干，所述的盐溶液浓度为100-200g/L，由氟化钾KF、氯化钾KC1、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2、氯化钙CaCl2按质量比39-46 16-26 :15-21 :6-15 :5_10混合加水配成；(3)将浸盐处理的HT250铸铁缸套置于ZL101A铝合金熔体中热浸镀，热浸镀温度在70(T80(TC，热浸镀时间5-10分钟，然后停止加热，将铸铁缸套取出；(4)将浸镀后的HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZLlOlA铝合金，倒入型腔中，完成整个浇铸过程；(5)冷却，开型取出复合材料。取样进行线切割，打磨并观察结合界面。步骤(2)所述的浸润温度为40-100°C，浸15-25分钟；所述的烘干温度为100-200°C及时间为30-60分钟。本发明发动机气缸复合材料由ZLlOlA铝合金和HT250铸铁通过自行配制表面活性剂处理和双金属复合铸造工艺获得，其中ZLlOlA铝合金和HT250铸铁两种金属材料不混 合，保持各自原有的物理性能，但是拥有极佳的结合界面，实现了 99. 5%以上的铸造冶金结
入
口 ο本发明通过自行配制表面活性剂对铸铁缸套进行处理，对铸铁表面有较强的活化作用，降低两种金属之间的表面张力，提高了润湿性，极大的改进了结合面性能，并用双金属铸造工艺实现了 ZLlOlA铝合金与HT250铸铁两种金属之间99. 5%以上的冶金结合，制备工艺简单实用，成本低廉，效果突出。本发明配制的表面活性剂对铸件不会有任何负面影响且成本较为低廉，更为重要的是其效果不比传统使用的助镀剂差甚至更优于传统的助镀剂。
图I为金相显微镜拍摄的未使用表面活性剂所得试样的金相图片；图2为实施例I所得试样的SEM图片；图3为实施例2所得试样的SEM图片；图4为实施例3所得试样的SEM图片。
具体实施例方式下面结合实施例进一步说明实施例I :原材料有HT250铸铁缸套、工业ZLlOlA铝合金和自行配制的表面活性剂(主要成分氟化钾KF、氯化钾KCl、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2、氯化钙CaCl2 )。(I)首先准备所用的HT250铸铁缸套，将HT250铸铁缸套首先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮；(2)配制表面活性剂，按质量百分比39%、20%、18%、15%、8%称取氟化钾KF、氯化钾KC1、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2和氯化钙CaCl2。把KF、KC1、NaCl, CaF2, CaCl2和纯净水按100g/L的浓度配成活性剂，然后将经表面脱脂除污的HT250铸铁缸套浸入到配制好的表面活性剂溶液中，温度为80°C，15分钟后取出，并烘干备用；(3)将经表面处理后HT250铸铁缸套置于ZLlOlA铝合金熔体中，保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚；(4)打开加热炉加热开关，开始热浸镀，热浸镀温度为700°C，热浸镀时间为10分钟，然后停止加热，将铸铁缸套取出；
(5)将HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZLlOlA铝合金，并完成整个浇铸过程；(6)冷却，开型取出复合材料，取样进行线切割，打磨试样并观察金相结合界面。实施例2 原材料有HT250铸铁缸套、工业ZLlOlA铝合金和自行配制的表面活性剂(主要成分氟化钾KF、氯化钾KCl、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2、氯化钙CaCl2)。
(I)首先准备所用的HT250铸铁缸套，将HT250铸铁缸套首先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮；(2)配制表面活性剂，按质量百分比46%、16%、15%、13%、10%称取氟化钾KF、氯化钾KCl、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2和氯化钙CaCl2。把KF、KCl、NaCl和纯净水按200gL的浓度配成活性剂，然后将经表面脱脂除污的HT250铸铁缸套浸入到配制好的表面活性剂溶液中，温度为110°C,25分钟后取出，并烘干备用；(3)将HT250铸铁缸套置于ZLlOlA铝合金熔体中，保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚；(4)打开加热炉加热开关，开始热浸镀，热浸镀温度在800°C，热浸镀时间5分钟，然后停止加热，将铸铁缸套取出；(5)将HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZLlOlA铝合金，并完成整个浇铸过程；(6)冷却，开型取出复合材料，取样进行线切割，打磨试样并观察金相结合界面。实施例3 原材料有HT250铸铁缸套、工业ZLlOlA铝合金和自行配制的表面活性剂(主要成分氟化钾KF、氯化钾KCl、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2、氯化钙CaCl2)。(I)首先准备所用的HT250铸铁缸套，将HT250铸铁缸套首先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮；(2)配制表面活性剂，按质量百分比42%、26%、21%、6%、5%称取氟化钾KF、氯化钾KCl和氯化钠NaCl、氟化钙CaF2和氯化钙CaCl2。把KF、KCl、NaCl和纯净水按150g/L的浓度配成活性剂，然后将经表面脱脂除污的HT250铸铁缸套浸入到配制好的表面活性剂溶液中，温度为110°C,25分钟后取出，并烘干备用；(3)将HT250铸铁缸套置于ZLlOlA铝合金熔体中，保证铸铁缸套能充分在铝合金熔体中浸镀而不接触坩埚；(4)打开加热炉加热开关，开始热浸镀，热浸镀温度在750°C，热浸镀时间5分钟，然后停止加热，将铸铁缸套取出；(5)将HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZLlOlA铝合金，并完成整个浇铸过程；(6)冷却，开型取出复合材料，取样进行线切割，打磨试样并观察金相结合界面。对比例这里使用的HT250铸铁缸套除未使用自行配制的表面活性剂外，其他工艺过程以及工艺参数与实施例3中相同。通过附图I可以看出未使用自行配制的表面活性剂的试样在铝铁结合处存在明显的未结合界面，而在附图2、3、4中可以看出缸套和缸体结合部分结合良好，冶金结合率 达到99. 5%以上。
权利要求
1.一种双金属发动机气缸复合材料的制备工艺，其特征是，包括步骤如下 (1)用HT250铸铁做缸套，将HT250铸铁缸套先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，清除铸铁缸套表面上的污垢锈皮； (2)将经表面脱脂除污的HT250铸铁缸套浸入配好的盐溶液中使表面在其中浸润，然后烘干，所述的盐溶液浓度为100-200g/L，由氟化钾KF、氯化钾KC1、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2、氯化钙CaCl2按质量比39-46 16-26 :15-21 :6-15 :5_10混合加水配成； (3)将浸盐处理的HT250铸铁缸套置于ZLlOlA铝合金熔体中热浸镀，热浸镀温度在70(T80(TC，热浸镀时间5-10分钟，然后停止加热，将铸铁缸套取出； (4)将浸镀后的HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中，用中频感应加热炉熔炼ZLlOlA铝合金，倒入型腔中，完成整个浇铸过程； (5)冷却，开型取出复合材料。
2.根据权利要求I所述的一种双金属发动机气缸复合材料的制备工艺，其特征是，步骤(2)所述的浸润温度为40-100°C，浸15-25分钟。
3.根据权利要求I所述的一种双金属发动机气缸复合材料的制备工艺，其特征是，所述的烘干温度为100-200°C，时间为30-60分钟。
全文摘要
本发明涉及一种双金属发动机气缸复合材料的制备工艺，将HT250铸铁缸套先经酸洗进行表面脱脂除锈处理，再浸入配好的盐溶液中使表面在其中浸润，然后烘干，置于ZL101A铝合金熔体中热浸镀，将浸镀后的HT250铸铁缸套固定在金属型浇铸模具的型腔中浇铸熔融ZL101A铝合金，冷却；所述的盐溶液浓度为100-200g/L，由氟化钾KF、氯化钾KCl、氯化钠NaCl、氟化钙CaF2、氯化钙CaCl2按质量比39-4616-2615-216-155-10混合加水配成。本发明发动机气缸复合材料由ZL101A铝合金和HT250铸铁通过自行配制表面活性剂处理和双金属复合铸造工艺获得，其中ZL101A铝合金和HT250铸铁两种金属材料不混合，保持各自原有的物理性能，但是拥有极佳的结合界面，实现了99.5%以上的铸造冶金结合。
文档编号B22D19/16GK102773463SQ20121027315
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者刘洋, 张硕, 边秀房, 郭凯, 陈国诗 申请人:山东大学, 烟台路通精密铝业有限公司