一種滲鋁液以及用其製備鑲圈的滲鋁方法
2023-04-26 07:15:56
專利名稱：一種滲鋁液以及用其製備鑲圈的滲鋁方法
技術領域：
本發明涉及一種滲鋁液和一種滲鋁工藝。
背景技術：
共晶Al-Si活塞合金平均磨損速度為O. 03-0. 08mm/1000h,隨著排放要求越來越高，內燃機的強化進一步加強，活塞環槽的耐磨性已經不能滿足要求。為了提高鋁活塞環槽的耐磨性，目前普遍採用活塞第一道環槽採用高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈結構，這種結構不但保持鋁活塞重量輕的特點，而且具有鑄鐵活塞環槽耐磨的性質，大大提高了環槽的使用壽命。為了保證高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈與活塞鋁基體之間達到冶金結合，目前普遍採用Al-Fin法生產，所謂Al-Fin法就是將表面質量合格的高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈在一定溫度一定成分的滲鋁液中浸潰一薄層鋁，然後放入鑄型再澆注鋁合金液獲得Al-Fe雙金屬 鑄件產品的過程。在高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈鑲鑄過程中伴隨液固兩種金屬材料的擴散反應，在高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈上形成一定厚度的合金擴散層，使高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈與基體之間的結合區具有良好的導熱性和足夠的粘結強度。由於嵌入的高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈與鋁合金本體是兩種完全不同的材料，各項性能相差懸殊，加上活塞在鑄造過程中鑲圈表層易被氧化、滲鋁不透徹等因素影響，造成鐵鋁粘結層非常脆弱、存在應力以及不具備延展等缺陷，這些缺陷在活塞使用過程中將導致鑲圈鬆動或開裂，造成活塞環密封不良，使油耗增加，發動機效率降低，甚至由於導熱性差，造成局部過熱甚至熔頂。如何將高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈鑲嵌到鋁合金活塞本體中，讓鐵、鋁接合面牢固地粘合，且能夠在惡劣的環境下工作不至於脫層而失效，是鑲圈活塞製造的一個技術難題，因此，如何提高鋁鐵層粘結質量成為活塞製造行業關注的重點。在鑲圈活塞製備過程中，為了增強高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈與鋁基體的結合性能，特對高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈在澆注鋁合金液之前設定一定溫度一定時間的滲鋁環節。高鎳奧氏體鑄鐵耐磨鑲圈滲入滲鋁液中就被高溫滲鋁液所包圍，其表層即刻發生鐵-鋁原子相互擴散反應，反應擴散速度與生成的合金擴散層厚度成反比。由於滲鋁液含有多種元素，各元素對擴散層長大速度的影響不一樣，因此，可通過控制滲鋁液中各元素的含量來達到控制擴散層的組織結構和厚度的目的。
發明內容
鑑於此，本發明目的在於提供一種製備高粘結質量的鑲圈鋁合金活塞的滲鋁液和使用該滲鋁液的滲鋁方法。為解決以上技術問題，本發明提供的技術方案是，提供一種滲鋁液，按重量百分比計，其配比為:稀土 La 0. 1-2. 0%, Si 6. 0 13%，Fe ￡0. 7%，餘量為 Al。優選地，按重量百分比計，其配比為稀土 La :1.0%，S1: 12. 05%，Fe :0· 32%，餘量為Al。優選地，按重量百分比計，其配比為稀土 La 1. 95%，Si 12. 88%，Fe 0. 65%，餘量為Al。優選地，按重量百分比計，其配比為稀土 La 0. 15%，Si 6. 24%，Fe 0. 3%，餘量為Al。本發明還提供了一種利用上述滲鋁液製備鑲圈的方法，將潔淨的鑲圈浸入上述滲鋁液中，所述滲鋁液的溫度控制在710-750°c ;使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，到預設時間後取出鑲圈，並迅速地將其轉送到定位支塊上。優選地，所述預設時間為24( T480s。優選地，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入上述滲鋁液中，該滲鋁液的溫度為720°C，把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，滲鋁時間達到325s時用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。優選地，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入上述滲鋁液中，該滲鋁液的溫度為745°C，把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，滲鋁時間達到470s時用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。優選地，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入上述滲鋁液中，該滲鋁液的溫度為713°C，把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，滲鋁時間達到245s時用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。與現有技術相比，本發明在滲鋁液中加入適量的稀土元素鑭可改善滲鋁液金屬與基體的粘著性，改善鋁液的流動性，浸潤性，具有催滲作用，增強鋁原子向鑲圈的擴散，使擴散層更加完整；稀土改善合金滲層組織均勻性、緻密性和塑性。經過在滲鋁液中加入稀土元素鑭，在經過後續的澆注方法後製備的鑲圈鋁合金活塞形成鋁鐵結合區的厚度增加，鐵鋁粘結層結合強度大幅提高，大大延長了此鑲圈活塞的使用壽命。另外，滲鋁液中稀土元素鑭的加入，會減緩活塞圈中Fe原子向鋁液的擴散速度，使滲鋁液不會因為Fe元素超標而更換滲鋁液，使用的批次增加，大幅降低生產成本。同時，本發明方法簡單、操作方便，易於實現工業化生產。
具體實施例方式實施例1
鑲圈活塞鑄鐵圈材料選用奧氏體鑄鐵，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入滲鋁液中。滲鋁液的成分按重量百分比計分別為稀土 La 1. 0%, Si 12. 05%, Fe 0. 32%，餘量為Al。滲鋁溫度為720°C，時間為325s。把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，325s後用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。活塞圈經過滲鋁後再經過常規的鑲圈活塞的製備方法腔模鑄造一熱處理一機加工，即制的鑲圈鋁合金活塞，其鋁鐵結合區粘結強度高達19. 56MPa，比不添加稀土 La元素的滲鋁液製備的活塞的粘結強度高10. 6MPa，且經過超聲波檢測結合面結合良好，組織觀察結合層厚度均勻。實施例2
鑲圈活塞鑄鐵圈材料選用奧氏體鑄鐵，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入滲鋁液中。滲鋁液的成分按重量百分比計分別為稀土 La 1. 95%，Si 12. 88%，Fe 0. 65%，餘量為Al。滲鋁液溫度控制為745°C，滲鋁時間為470s。把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，470s後用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。活塞圈經過滲鋁後再經過常規的鑲圈活塞的製備方法腔模鑄造一熱處理一機加工，即制的鑲圈鋁合金活塞，其鋁鐵結合區粘結強度高達20. 56MPa。實施例3
鑲圈活塞鑄鐵圈材料選用奧氏體鑄鐵，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入滲鋁液中。滲鋁液的成分按重量百分比計分別為稀土 La 0. 15%，Si 6. 24%，Fe 0. 3%，餘量為Al。滲鋁液溫度控制為713°C，滲鋁時間為245s。把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，245s後用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。活塞圈經過滲鋁後再經過常規的鑲圈活塞的製備方法腔模鑄造一熱處理一機加工，即制的鑲圈鋁合金活塞，其鋁鐵結合區粘結強度高達17. 68MPa。
以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種滲鋁液，其特徵在於，按重量百分比計，其配比為稀土 La :0. 1-2. 0%，Si 6.0 13%，Fe ￡0. 7%，餘量為 Al。
2.根據權利要求1所述的滲鋁液，其特徵在於，按重量百分比計，其配比為稀土La 1. 0%, Si 12. 05%, Fe 0. 32%，餘量為 Al。
3.根據權利要求1所述的滲鋁液，其特徵在於，按重量百分比計，其配比為稀土La:1.95%, Si 12. 88%, Fe 0. 65%，餘量為 Al。
4.根據權利要求1所述的滲鋁液，其特徵在於，按重量百分比計，其配比為稀土La:O.15%, Si 6. 24%, Fe 0. 3%，餘量為 Al。
5.一種利用以上任一權利要求所述的滲鋁液製備鑲圈的方法，其特徵在於，將潔淨的鑲圈浸入上述滲鋁液中，所述滲鋁液的溫度控制在710-750°C ;使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，到預設時間後取出鑲圈，並迅速地將其轉送到定位支塊上。
6.根據權利要求5所述的滲鋁液製備鑲圈的方法，其特徵在於，所述預設時間為24(T480s。
7.根據權利要求6所述的滲鋁液製備鑲圈的方法，其特徵在於，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入上述滲鋁液中，該滲鋁液的溫度為720V，把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，滲鋁時間達到325s時用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。
8.根據權利要求6所述的滲鋁液製備鑲圈的方法，其特徵在於，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入上述滲鋁液中，該滲鋁液的溫度為745°C，把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，滲鋁時間達到470s時用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。
9.根據權利要求6所述的滲鋁液製備鑲圈的方法，其特徵在於，將潔淨的鑲圈掛在耐熱金屬絲上並將鑲圈浸入上述滲鋁液中，該滲鋁液的溫度為713°C，把耐熱金屬絲掛在偏心輪旋轉裝置上，使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，滲鋁時間達到245s時用夾鉗取出鑲圈，並迅速將鑲圈地轉送到鑄型的定位支塊上。
全文摘要
本發明公開一種滲鋁液以及用其製備鑲圈的滲鋁工藝，該滲鋁液按重量百分比計，其配比為稀土La0.1-2.0%，Si6.0~13%，Fe￡0.7%，餘量為Al。將潔淨的鑲圈浸入上述滲鋁液中，所述滲鋁液的溫度控制在710-750℃；使鑲圈在滲鋁液中做不規則的往復運動，到預設時間後取出鑲圈，並迅速地將其轉送到定位支塊上。與現有技術相比，本發明所述滲鋁液改善了滲鋁液金屬與基體的粘著性，改善鋁液的流動性，浸潤性，具有催滲作用，增強鋁原子向鑲圈的擴散，使擴散層更加完整。本發明所述滲鋁工藝科大幅降低生產成本，同時，本發明工藝簡單、操作方便，易於實現工業化生產。
文檔編號C23C10/22GK103014609SQ20121055934
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者楊慶年, 孫蘭, 賀躍輝, 彭明誠, 徐昌友, 文均, 李長案 申請人:成都銀河動力有限公司