本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种含钒的复合活塞材料及其制备方法。
背景技术：
活塞被称为发动机的心脏，在发动机的工作过程中承受着持续交变的机械载荷和热载荷，属于发动机中工作条件最为恶劣的关键零件。由于活塞在高温高压高速的工况下工作，活塞用材料必须有较高的高温强度和较好的耐磨性，以维持发动机稳定的工作效率。
当前主要使用的活塞材料是耐高温铝合金，铸铁和铸钢材料。其中，以耐高温铝合金的应用最为广泛。但是，随着载重汽车，铁路机车和船舶用发动机都在向高功率，高负荷，严苛排放要求方向发展，现有的耐高温铝合金已经越来越难以适应需求。然而，铸铁和铸钢的密度过大，难以满足现代高效能发动机对活塞的综合性能需求。
因此，目前急需对活塞材料的成分及制备工艺进行改进。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种高温强度好，且耐磨损的含钒的复合活塞材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种含钒的复合活塞材料，包括以下重量份数的原料：硅粉5-6份，镁粉1.1-1.5份，锰粉0.3-0.6份，钒粉0.1-0.2份，碳化硅粉11-13份，二硫化钼6-8份，铥粉0.6-0.8份，铝粉95-99份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：硅粉5.5份，镁粉1.3份，锰粉0.45份，钒粉0.15份，碳化硅粉12份，二硫化钼7份，铥粉0.7份，铝粉97份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：硅粉5.3份，镁粉1.2份，锰粉0.35份，钒粉0.12份，碳化硅粉11.5份，二硫化钼6.5份，铥粉0.65份，铝粉96份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：硅粉5.7份，镁粉1.4份，锰粉0.5份，钒粉0.16份，碳化硅粉12.5份，二硫化钼7.5份，铥粉0.75份，铝粉98份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：硅粉5.9份，镁粉1.45份，锰粉0.55份，钒粉0.18份，碳化硅粉12.8份，二硫化钼7.8份，铥粉0.78份，铝粉98.5份。
作为本发明的优选方式之一，所述碳化硅粉具体为300-310目的碳化硅粉。
作为本发明的优选方式之一，所述二硫化钼具体为305-325目的二硫化钼。
一种制备上述含钒的复合活塞材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的硅粉、镁粉、锰粉、钒粉、铥粉和铝粉分别球磨，球磨后过筛网，接着进行混合，得初步混合原料；
(3)将上述重量份数的碳化硅粉加热至1110-1130℃，并进行2-3h的保温，使碳化硅与氧充分反应，并在表层形成二氧化硅；
(4)先将步骤(2)得到的初步混合原料加热至760-800℃、除气，保温4-6min，再降温至680-700℃，接着向熔液中分别加入上述重量份数的二硫化钼与经表面氧化处理后的碳化硅，搅拌4-8min，得含钒的复合活塞材料。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中筛网为110-140目筛网。
作为本发明的优选方式之一，所述筛网具体为125目筛网。
本发明各原料的功效：
si在适当范围内具有最高常温强度及高温强度；mg提高抗拉强度；mn降低合金的膨胀系数；v提高强度和韧性；tm提高强度、韧性、耐腐蚀性和抗氧化性；适量的增强材料sic与润滑材料mos2结合铝合金，可在保留铝合金低密度、高导热性的基础上，进一步提高强度与耐磨性。
本发明相比现有技术的优点在于：
(1)通过对高温性能与耐磨性能影响较大的合金元素按一定比例进行添加调整配比，从而提高材料的高温强度和耐磨性能，最终获得一种高温强度好，且耐磨损的含钒的复合活塞材料；该材料在保留传统铝合金低密度、高导热性的基础上，进一步提高其强度与耐磨性；
(2)因sic在1000℃以下不能被al液良好润湿，且在高温下与al发生“4al+3sic＝al4c3+3si”的反应，反应生成的脆性相al4c3分布在sic/al的界面上，削弱了界面结合强度，故将sic进行表面氧化处理；本发明采用将sic加热至1110-1130℃，并进行2-3h的保温，使sic与氧充分反应，在表层形成适度的sio2，在高温下发生如下反应“3sio2+4al＝3si+2al2o3”，生成的si固溶于al中，而al2o3对改善sic与al的润湿性大有帮助，且在高温下与其中的mg还会发生如下反应：2sio2+2al+mg＝mgal2o4+2si；生成的镁尖晶石(mgal2o4)既能较强地吸附在sic周围，又能作为一种类金属与基体al进行良好润湿。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种含钒的复合活塞材料，包括以下重量份数的原料：硅粉5份，镁粉1.1份，锰粉0.3份，钒粉0.1份，碳化硅粉11份，二硫化钼6份，铥粉0.6份，铝粉95份；其中，碳化硅粉为300目，二硫化钼为305目。
实施例2
本实施例的一种含钒的复合活塞材料，包括以下重量份数的原料：硅粉6份，镁粉1.5份，锰粉0.6份，钒粉0.2份，碳化硅粉13份，二硫化钼8份，铥粉0.8份，铝粉99份；其中，碳化硅粉为310目，二硫化钼为325目。
实施例3
本实施例的一种含钒的复合活塞材料，包括以下重量份数的原料：硅粉5.5份，镁粉1.3份，锰粉0.45份，钒粉0.15份，碳化硅粉12份，二硫化钼7份，铥粉0.7份，铝粉97份；其中，碳化硅粉为305目，二硫化钼为315目。
实施例4
本实施例的一种含钒的复合活塞材料，包括以下重量份数的原料：硅粉5.3份，镁粉1.2份，锰粉0.35份，钒粉0.12份，碳化硅粉11.5份，二硫化钼6.5份，铥粉0.65份，铝粉96份；其中，碳化硅粉为302目，二硫化钼为310目。
实施例5
本实施例的一种含钒的复合活塞材料，包括以下重量份数的原料：硅粉5.7份，镁粉1.4份，锰粉0.5份，钒粉0.16份，碳化硅粉12.5份，二硫化钼7.5份，铥粉0.75份，铝粉98份；其中，碳化硅粉为308目，二硫化钼为320目。
实施例6
本实施例的一种含钒的复合活塞材料，包括以下重量份数的原料：硅粉5.9份，镁粉1.45份，锰粉0.55份，钒粉0.18份，碳化硅粉12.8份，二硫化钼7.8份，铥粉0.78份，铝粉98.5份；其中，碳化硅粉为309目，二硫化钼为322目。
实施例7
本实施例的一种制备上述实施例含钒的复合活塞材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的硅粉、镁粉、锰粉、钒粉、铥粉和铝粉分别球磨，球磨后过110目筛网，接着进行混合，得初步混合原料；
(3)将上述重量份数的碳化硅粉加热至1110℃，并进行2h的保温，使碳化硅与氧充分反应，并在表层形成二氧化硅；
(4)先将步骤(2)得到的初步混合原料加热至760℃、除气，保温4min，再降温至680℃，接着向熔液中分别加入上述重量份数的二硫化钼与经表面氧化处理后的碳化硅，快速搅拌4min，得含钒的复合活塞材料(得到材料后进行浇注)。
实施例8
本实施例的一种制备上述实施例含钒的复合活塞材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的硅粉、镁粉、锰粉、钒粉、铥粉和铝粉分别球磨，球磨后过140目筛网，接着进行混合，得初步混合原料；
(3)将上述重量份数的碳化硅粉加热至1130℃，并进行3h的保温，使碳化硅与氧充分反应，并在表层形成二氧化硅；
(4)先将步骤(2)得到的初步混合原料加热至800℃、除气，保温6min，再降温至700℃，接着向熔液中分别加入上述重量份数的二硫化钼与经表面氧化处理后的碳化硅，快速搅拌8min，得含钒的复合活塞材料(得到材料后进行浇注)。
实施例9
本实施例的一种制备上述实施例含钒的复合活塞材料的方法，包括如下步骤：
(1)分别称取上述重量份数的活塞材料原料；
(2)将称取的硅粉、镁粉、锰粉、钒粉、铥粉和铝粉分别球磨，球磨后过125目筛网，接着进行混合，得初步混合原料；
(3)将上述重量份数的碳化硅粉加热至1120℃，并进行2.5h的保温，使碳化硅与氧充分反应，并在表层形成二氧化硅；
(4)先将步骤(2)得到的初步混合原料加热至780℃、除气，保温5min，再降温至690℃，接着向熔液中分别加入上述重量份数的二硫化钼与经表面氧化处理后的碳化硅，快速搅拌6min，得含钒的复合活塞材料(得到材料后进行浇注)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。