一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金及其制备方法

摘要

本申请人提供了一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金，由以下质量百分比的原料组成：Si：10.0～10.8％；Fe：0.4～0.5％；Cu：2.3～2.7％；Mn：0.1～0.2％；Mg：0.25～0.4％；Zn≤0.2％；Ti≤0.1％；Ni≤0.05％；变质剂：0.01～0.03％；余量为Al；所述变质剂为铝磷、铝锶和铝稀土合金的任意质量比的混合物。本发明制备得到的铝合金耐磨性好、抗腐蚀性高、导热系数和热膨胀系数小、耐疲劳性能好、使用寿命长、尺寸稳定、高温强度高，完全可以适宜汽车发动机活塞的工作要求。

权利要求

1.一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金，其特征在于由以下质量百分比的原料组成：Si：10.0～10.8％；

Fe：0.4～0.5％；

Cu：2.3～2.7％；

Mn：0.1～0.2％；

Mg：0.25～0.4％；

Zn≤0.2％；

Ti≤0.1％；

Ni≤0.05％；

变质剂：0.01～0.03％；

余量为Al；

所述变质剂为铝磷、铝锶和铝稀土合金的任意质量比的混合物；

所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金的方法，具体步骤如下：(1)先将铝锭投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度控制范围在740～770℃，熔化时间2～3小时，打开炉门用灰耙入炉底探视是否全部熔化；

(2)然后加入精炼剂，用压力0.06～0.10Mpa的氮气对铝液进行第一次精炼10～20分钟，然后进行扒渣；

(3)扒渣后铝液温度加温到800～820℃，加入准备好的硅原料；待金属硅充分熔化后加入铜、铁、锰原料静置10～15分钟；然后进行第二次精炼15～25分钟、电磁搅拌、扒渣；

(4)扒渣后加入铝磷、铝锶、铝稀土合金进行变质处理，使铝液中大的初晶硅和共晶硅变质成细小的初晶硅和共晶硅，提高材料的耐磨性和高温强度，然后加入剩余元素原料进行第三次精炼10～20分钟、电磁搅拌、扒渣；

(5)然后静置15～30分钟，铝液温度加温到770～790℃进行炉后，铝液从炉子中经过流槽进入除气箱进行除氢处理，使氢含量低于0.10ml/100g；然 后经过过滤箱进行过滤处理，过滤掉炉内残留的杂质和气体；最终得到所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金。

2.根据权利要求1所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金，其特征在于由以下质量百分比的原料组成：Si：10.3％；

Fe：0.4％；

Cu：2.5％；

Mn：0.2％；

Mg：0.3％；

Zn：0.1％；

Ti：0.05％；

变质剂：0.03％；

余量为Al。

说明书

一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车发动机技术领域，尤其是涉及一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 活塞是汽车发动机中最重要的零件之一，其功用是承受汽车压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。以前铸铁为活塞的主要材料，现在开发出了硅铝合金材料的活塞，但是硅铝在高温下各项机械性能都受到高温的影响，使其实用性受到限制。

发明内容

[0003] 针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金及其制备方法。本发明制备得到的铝合金耐磨性好、抗腐蚀性高、导热系数和热膨胀系数小、耐疲劳性能好、使用寿命长、尺寸稳定、高温强度高，完全可以适宜汽车发动机活塞的工作要求。

[0004] 本发明的技术方案如下：

[0005] 本申请人提供了一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金，由以下质量百分比的原料组成：

[0006] Si：10.0～10.8％；

[0007] Fe：0.4～0.5％；

[0008] Cu：2.3～2.7％；

[0009] Mn：0.1～0.2％；

[0010] Mg：0.25～0.4％；

[0011] Zn≤0.2％；

[0012] Ti≤0.1％；

[0013] Ni≤0.05％；

[0014] 变质剂：0.01～0.03％；

[0015] 余量为Al；

[0016] 所述变质剂为铝磷、铝锶和铝稀土合金的任意质量比的混合物。

[0017] 优选的，所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金由以下质量百分比的原料组成：

[0018] Si：10.3％；

[0019] Fe：0.4％；

[0020] Cu：2.5％；

[0021] Mn：0.2％；

[0022] Mg：0.3％；

[0023] Zn：0.1％；

[0024] Ti：0.05％；

[0025] 变质剂：0.03％；

[0026] 余量为Al。

[0027] 本申请人还提供了一种制备所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金的方法，具体步骤如下：

[0028] (1)先将铝锭投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度控制范围在740～770℃，熔化时间2～3小时，打开炉门用灰耙入炉底探视是否全部熔化；

[0029] (2)然后加入精炼剂，用压力0.06～0.10Mpa的氮气对铝液进行第一次精炼10～20分钟，然后进行扒渣；

[0030] (3)扒渣后铝液温度加温到800～820℃，加入准备好的硅原料；待金属硅充分熔化后加入铜、铁、锰原料静置10～15分钟；然后进行第二次精炼15～25分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0031] (4)扒渣后加入铝磷、铝锶、铝稀土合金进行变质处理，使铝液中大的初晶硅和共晶硅变质成细小的初晶硅和共晶硅，提高材料的耐磨性和高温强度，然后加入剩余元素原料进行第三次精炼10～20分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0032] (5)然后静置15～30分钟，铝液温度加温到770～790℃进行炉后，铝液从炉子中经过流槽进入除气箱进行除氢处理，使氢含量低于0.10ml/100g；让后经过过滤箱进行过滤处理，过滤掉炉内残留的杂质和气体；最终得到所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金。

[0033] 本发明有益的技术效果在于：

[0034] 本申请人对现有的硅铝合金进行了深入研究，精心挑选并调整了各原料的用量，并且采用最能够发挥各原料用途的添加顺序和制备工艺，得到的铝合金产品质量轻、密度小、尺寸稳定性好，并且具有优良的导热性，膨胀系数小，高温强度高，耐磨和耐蚀性能优。

[0035] 本发明制备得到的铝合金强度优于铸铁，并且高温强度高、加工后耐磨和耐腐蚀性好，把铸铁更换成高硅铝合金材质活塞，容易制造、成本低、更为环保等特点。

具体实施方式

[0036] 下面结合实施例，对本发明进行具体描述。

[0037] 实施例1

[0038] 本申请人提供了一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金，由以下质量百分比的原料组成：

[0039] Si：10.3％；

[0040] Fe：0.4％；

[0041] Cu：2.5％；

[0042] Mn：0.2％；

[0043] Mg：0.3％；

[0044] Zn：0.1％；

[0045] Ti：0.05％；

[0046] 变质剂：0.03％；

[0047] 余量为Al。

[0048] 所述变质剂为铝磷、铝锶和铝稀土合金以1:1:1的质量比混合的混合物。

[0049] 制备所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金的方法，具体步骤如下：

[0050] (1)先将铝锭投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度控制范围在740℃，熔化时间3小时，打开炉门用灰耙入炉底探视是否全部熔化；

[0051] (2)然后加入重量为用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金总质量0.03％的精炼剂，用压力0.08Mpa的氮气对铝液进行第一次精炼15分钟，然后进行扒渣；

[0052] (3)扒渣后铝液温度加温到810℃，加入准备好的硅原料；待金属硅充分熔化后加入铜、铁、锰原料静置12分钟；然后进行第二次精炼12分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0053] (4)扒渣后加入铝磷、铝锶、铝稀土合金进行变质处理，使铝液中大的初晶硅和共晶硅变质成细小的初晶硅和共晶硅，提高材料的耐磨性和高温强度，然后加入剩余元素原料进行第三次精炼15分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0054] (5)然后静置20分钟，铝液温度加温到780℃进行炉后，铝液从炉子中经过流槽进入除气箱进行除氢处理，使氢含量低于0.10ml/100g；让后经过过滤箱进行过滤处理，过滤掉炉内残留的杂质和气体；最终得到所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金。

[0055] 实施例2

[0056] 本申请人提供了一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金，由以下质量百分比的原料组成：

[0057] Si：10.0％；

[0058] Fe：0.4％；

[0059] Cu：2.3％；

[0060] Mn：0.1％；

[0061] Mg：0.25％；

[0062] Zn：0.05％；

[0063] Ni：0.05％；

[0064] 变质剂：0.01％；

[0065] 余量为Al；

[0066] 所述变质剂为铝磷、铝锶和铝稀土合金的1:0.5:0.5质量比的混合物。

[0067] 制备所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金的方法，具体步骤如下：

[0068] (1)先将铝锭投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度控制范围在770℃，熔化时间2，打开炉门用灰耙入炉底探视是否全部熔化；

[0069] (2)然后加入重量为用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金总质量0.02％的精炼剂，用压力0.06Mpa的氮气对铝液进行第一次精炼20分钟，然后进行扒渣；

[0070] (3)扒渣后铝液温度加温到800℃，加入准备好的硅原料；待金属硅充分熔化后加入铜、铁、锰原料静置15分钟；然后进行第二次精炼25分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0071] (4)扒渣后加入铝磷、铝锶、铝稀土合金进行变质处理，使铝液中大的初晶硅和共晶硅变质成细小的初晶硅和共晶硅，提高材料的耐磨性和高温强度，然后加入剩余元素原料进行第三次精炼20分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0072] (5)然后静置30分钟，铝液温度加温到770℃进行炉后，铝液从炉子中经过流槽进入除气箱进行除氢处理，使氢含量低于0.10ml/100g；让后经过过滤箱进行过滤处理，过滤掉炉内残留的杂质和气体；最终得到所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金。

[0073] 实施例3

[0074] 本申请人提供了一种用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金，由以下质量百分比的原料组成：

[0075] Si：10.8％；

[0076] Fe：0.5％；

[0077] Cu：2.7％；

[0078] Mn：0.2％；

[0079] Mg：0.4％；

[0080] Ti：0.05％；

[0081] Ni：0.02％；

[0082] 变质剂：0.02％；

[0083] 余量为Al；

[0084] 所述变质剂为铝磷、铝锶和铝稀土合金的1:2:1质量比的混合物。

[0085] 制备所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金的方法，具体步骤如下：

[0086] (1)先将铝锭投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度控制范围在760℃，熔化时间2.5小时，打开炉门用灰耙入炉底探视是否全部熔化；

[0087] (2)然后加入重量为用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金总质量0.04％的精炼剂，用压力0.10Mpa的氮气对铝液进行第一次精炼10分钟，然后进行扒渣；

[0088] (3)扒渣后铝液温度加温到820℃，加入准备好的硅原料；待金属硅充分熔化后加入铜、铁、锰原料静置10分钟；然后进行第二次精炼15分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0089] (4)扒渣后加入铝磷、铝锶、铝稀土合金进行变质处理，使铝液中大的初晶硅和共晶硅变质成细小的初晶硅和共晶硅，提高材料的耐磨性和高温强度，然后加入剩余元素原料进行第三次精炼10分钟、电磁搅拌、扒渣；

[0090] (5)然后静置15分钟，铝液温度加温到790℃进行炉后，铝液从炉子中经过流槽进入除气箱进行除氢处理，使氢含量低于0.10ml/100g；让后经过过滤箱进行过滤处理，过滤掉炉内残留的杂质和气体；最终得到所述的用于汽车活塞的耐磨高硅铝合金。

[0091] 实施例1～3所用的精炼剂为本领域常规精炼剂，如兰德公司生产的铝精炼剂，型号为ZS-AJ2a、隆昕铸造材料有限公司生产的铝用精炼剂1#、派罗特克公司的6AB型号精炼剂等。

[0092] 测试例：

[0093] 对实施例1～3制备得到的铝合金进行性能测试，测试方法为本领域常规方法，常温测试结果如表1所示。

[0094] 表1

[0095]常温性能 实施例1 实施例2 实施例3
抗拉强度(MPa) 440 450 445
屈服强度(MPa) 380 385 381
延伸率(％) 13.5 13 14
热导率(W/(m*k) 142 144 143
疲劳强度(MPa) 375 380 378
腐蚀性能质量损失(g) 0.1 0.098 0.095
耐磨性1000小时(微米) 5 4 4.5

[0096] 表1中的腐蚀性能质量损失是在500℃下加热处理1h后测试得到的数据。

[0097] 对实施例1制备得到的铝合金进行300℃高温机械性能测试，得到其抗拉强度为150Mpa，屈服强度为120Mpa，延伸率为10％。