一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有色金属铸造领域，尤其涉及一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺，主要 适用于将铝基材料嵌铸于其他铝合金铸件中并形成冶金结合面。
【背景技术】
[0002] -直以来，铝合金都是制造柴油发动机活塞的首选材料，但随着重型柴油发动机 的爆压不断提高，活塞即使用铝合金材料中性能最优异的Mahlel74+或S2N+等材料也无法 满足苛刻的工况要求。铝活塞在ISMPa以上爆压工况下易出现喉口开裂，这导致爆压在 20MPa以上的柴油发动机上逐步开始采用全钢活塞。然而，全钢活塞加工工艺复杂，制造成 本高，且重量较重，因此，工程技术人员一直在新材料、新工艺方向上寻求将铝活塞工作爆 压进一步提升的技术。
[0003] 目前，主要的技术路线是对活塞喉口部位进行局部增强。其中较为成熟的技术有 以下两种:采用挤压铸造工艺将氧化铝纤维预制块与铝合金在活塞头部形成高温性能优异 的复合材料，从而提高铝活塞的高温疲劳性能；在活塞燃烧室内采用表面处理技术形成一 层耐高温陶瓷涂层，从而提高活塞的高温疲劳性能。但是，这两种工艺铸造、加工和检测都 相当困难，从而导致成本较高，不适合大批量推广应用。
[0004] 中国专利申请公布号为CN103820752A，申请公布日为2014年5月28日的发明公开 了一种铸铁镶圈活塞活化渗铝工艺及其活化处理设备，其工艺包括表面渗铝前的活化处 理，该活化处理是针对铸铁镶圈的表面清理，在弱碱性的活化处理液中浸泡一定时间后，清 水冲洗风干，然后在730-740°C的温度条件下进行热渗铝3-4分钟。该发明虽然通过渗铝工 艺来提高镶圈与活塞基体的界面结合强度，但是其仍然存在以下缺陷：该发明中铸铁镶圈 的熔点要远远高于热渗铝的温度条件，对铸铁镶圈进行热渗铝时，铸铁镶圈不会被熔化，但 是对于铝基材料而言，该渗铝工艺会导致铝基材料熔化，从而使得铝基材料与渗铝材料未 形成冶金结合面。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中存在的铝基材料与渗铝材料未形成冶金结合面 的缺陷与问题，提供一种铝基材料与渗铝材料形成冶金结合面的铝基材料的渗铝及嵌铸工 -H- 〇
[0006] 为实现以上目的，本发明的技术解决方案是:一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺，包 括渗铝材料的选取与铝基材料表面活化处理，所述渗铝材料的选取是指根据铝基材料来选 取渗铝材料，所述铝基材料表面活化处理是指将铝基材料置于碱性溶液中浸泡，然后取出 清洗、干燥； 所述渗铝材料的选取与铝基材料表面活化处理之后还包括渗铝与嵌铸，所述渗铝与嵌 铸依次包括以下步骤:先将选取的渗铝材料熔化，再将渗铝材料熔液进行保温，然后将表面 活化处理的铝基材料进行加热，再将铝基材料置于渗铝材料熔液中并将铝基材料上下振 动，然后将取出的铝基材料置于模具中并用渗铝材料熔液进行浇注形成铸件，铸件凝固后 铝基材料与渗铝材料之间形成冶金结合面，此时，渗铝与嵌铸结束。
[0007]所述渗错与嵌铸中，渗错材料恪化后，再将渗错材料恪液进行精炼、除气及除渣， 然后将渗铝材料熔液进行保温。
[0008] 所述渗铝与嵌铸中，渗铝材料熔液的保温温度比渗铝材料的熔点高10°C，铝基材 料的加热温度比铝基材料的熔点低100 °c。
[0009] 所述渗铝与嵌铸中，将铝基材料置于渗铝材料熔液中并将铝基材料上下振动是 指:将铝基材料置于渗铝材料熔液中并使铝基材料做振幅为50毫米，频率为1赫兹的上下往 复运动，30到60秒后，取出铝基材料。
[0010 ]所述渗错材料的选取中，选取渗错材料，渗错材料的恪点低于错基材料的恪点。
[0011] 所述渗铝材料的熔点比铝基材料的熔点低10°c。
[0012] 所述铝基材料表面活化处理中，先将铝基材料的表面进行喷丸，再将铝基材料进 行超声波清洗，然后将铝基材料置于氢氧化钠溶液中浸泡，再将铝基材料取出并进行清洗、 干燥，然后将铝基材料置于密封环境下保存。
[0013] 所述铝基材料表面活化处理中，先通过直径为2毫米的钢丸对铝基材料的表面进 行喷丸，以使铝基材料的表面粗糙度大于等于6微米，再将铝基材料进行超声波清洗，然后 将铝基材料置于温度为80°C，浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡5到10分钟，以去除铝基材 料表面的氧化铝层。
[0014] 所述铝基材料从氢氧化钠溶液中取出后，先用纯水将铝基材料进行清洗，再将铝 基材料烘干并置于真空袋内。
[0015] 所述铝基材料为4032变形铝合金，渗铝材料为Mahle 174铝合金。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： 1、由于本发明一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺中在渗铝与嵌铸时，通过将熔化后的渗 铝材料熔液进行保温和将铝基材料进行加热，来控制渗铝的温度，保证铝基材料不会被熔 化，同时，通过将铝基材料置于渗铝材料熔液中并将铝基材料上下振动，来控制渗铝的时 间，不仅保证铝基材料充分渗铝，而且保证铝基材料不会被熔化，这样的设计使得铝基材料 与渗铝材料形成冶金结合面。因此，本发明适合铝基材料的渗铝，使铝基材料与渗铝材料形 成冶金结合面。
[0017] 2、由于本发明一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺中在渗铝与嵌铸中，在铝基材料嵌 铸于其他铝合金铸件前增加一道渗铝工艺，使得铝基材料与其他铝合金铸件形成冶金结合 面，保证铝基材料在冷热交变环境下不发生变形和脱落，这样的设计不仅操作简便，而且成 本低，易于推广使用。因此，本发明不仅操作简便，而且成本低，易于推广使用。
[0018] 3、由于本发明一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺中在渗铝与嵌铸前，对铝基材料的 表面进行喷丸，以提高铝基材料表面的粗糙度，另外，将铝基材料置于氢氧化钠溶液中侵 泡，以去除铝基材料表面的氧化铝层，这样的设计提高了铝基材料与渗铝材料熔液的浸润 性，铝基材料的嵌铸效果好。因此，本发明铝基材料的嵌铸效果好。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的实施例4中的4032变形铝合金与Mahlel74铝合金冶金结合面的示 意图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合【附图说明】和【具体实施方式】对发明作进一步详细的说明。
[0021 ]参见图1，一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺，包括渗铝材料的选取与铝基材料表面 活化处理，所述渗铝材料的选取是指根据铝基材料来选取渗铝材料，所述铝基材料表面活 化处理是指将铝基材料置于碱性溶液中浸泡，然后取出清洗、干燥； 所述渗铝材料的选取与铝基材料表面活化处理之后还包括渗铝与嵌铸，所述渗铝与嵌 铸依次包括以下步骤:先将选取的渗铝材料熔化，再将渗铝材料熔液进行保温，然后将表面 活化处理的铝基材料进行加热，再将铝基材料置于渗铝材料熔液中并将铝基材料上下振 动，然后将取出的铝基材料置于模具中并用渗铝材料熔液进行浇注形成铸件，铸件凝固后 铝基材料与渗铝材料之间形成冶金结合面，此时，渗铝与嵌铸结束。
[0022] 所述渗铝与嵌铸中，渗铝材料熔化后，再将渗铝材料熔液进行精炼、除气及除渣， 然后将渗铝材料熔液进行保温。
[0023] 所述渗铝与嵌铸中，渗铝材料熔液的保温温度比渗铝材料的熔点高10°C，铝基材 料的加热温度比铝基材料的熔点低1 〇〇 °C。
[0024] 所述渗铝与嵌铸中，将铝基材料置于渗铝材料熔液中并将铝基材料上下振动是 指:将铝基材料置于渗铝材料熔液中并使铝基材料做振幅为50毫米，频率为1赫兹的上下往 复运动，30到60秒后，取出铝基材料。
[0025] 所述渗错材料的选取中，选取渗错材料，渗错材料的恪点低于错基材料的恪点。
[0026] 所述渗铝材料的熔点比铝基材料的熔点低10°C。
[0027] 所述铝基材料表面活化处理中，先将铝基材料的表面进行喷丸，再将铝基材料进 行超声波清洗，然后将铝基材料置于氢氧化钠溶液中浸泡，再将铝基材料取出并进行清洗、 干燥，然后将铝基材料置于密封环境下保存。
[0028]所述铝基材料表面活化处理中，先通过直径为2毫米的钢丸对铝基材料的表面进 行喷丸，以使铝基材料的表面粗糙度大于等于6微米，再将铝基材料进行超声波清洗，然后 将铝基材料置于温度为80°C，浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡5到10分钟，以去除铝基材 料表面的氧化铝层。
[0029] 所述铝基材料从氢氧化钠溶液中取出后，先用纯水将铝基材料进行清洗，再将铝 基材料烘干并置于真空袋内。
[0030] 所述铝基材料为4032变形铝合金，渗铝材料为Mahle 174铝合金。
[0031]本发明的原理说明如下： 1、本设计一种铝基材料的渗铝及嵌铸工艺是针对一种活塞喉口局部增强技术而开发 的，该活塞喉口局部增强技术是通过在铝活塞喉口处嵌铸一种高温性能优异的铝基材料来 提高铝活塞高温性能。采用该技术制造的活塞称为嵌铸式喉口增强铝活塞，该种活塞只需 在现有铝活塞生产工艺中增加一道嵌铸工艺即可。嵌铸工艺是制造该种活塞的关键技术， 如果铝基材料与铝活塞本体未形成冶金结合面，则会导致活塞在工作时铝基材料松脱。 [0032]嵌铸式喉口增强铝活塞中嵌铸件采用的铝基材料与活塞本体铝合金的热膨胀系 数存在差异，试验表明，当铝基材料与活塞本体没有形成冶金结合时，在模拟活塞工作环境 下，嵌铸件会发生较为严重的变形，这种变形量会随着两种材料间的热膨胀系数差的增大 而增大。<