一种复合式智能减震器活塞

摘要

本发明涉及汽车减震器技术领域，尤其涉及到一种复合式智能减震器活塞。本发明智能减震器活塞由以下按质量百分比计的成分制成：Cu：1.5‑2.5％、Mg：1.6‑2.2％、Ni：0.8‑1.2％、Fe：1.5‑2.0％、Cr：0.7‑1.0％、Si：8‑10％、余量为铝及不可避免的杂质。通过添加高含量Fe与其他组分相互协同，最大限度的提升了减震器活塞的高温强度及耐磨性。同时，在合理配伍原料组分的基础上，依据各原料组分熔点及烧损情况差异，采取熔炼+特定条件等离子喷注方式进行合金液制备，再经特定条件浇注及热处理进一步提高活塞的高温强度及力学性能，制得的活塞能满足复合式只能减震器的高标准高要求。

权利要求

1.一种复合式智能减震器活塞，其特征在于，所述智能减震器活塞由以下按质量百分比计的成分制成：Cu：1.5‑2.5%、Mg：1.6‑2.2%、Ni：0.8‑1.2%、Fe：1.5‑2.0%、Cr：0.7‑1.0%、Si：8‑10%、余量为铝及不可避免的杂质；

所述的Ni、Fe、Cr三者质量比满足Ni+Cr = Fe；

所述智能减震器活塞制备方法包括以下步骤：S1、按质量百分比称取活塞原料：Cu粉、Mg粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉、硅粉、铝粉，备用；

S2、先将铝粉置于熔炼炉中于680‑760℃熔炼成纯铝液，再在保持铝液680‑760℃下依次将Cu粉、硅粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉通过等离子喷注至纯铝液，每喷注一个组分搅拌20‑

30min，最后加入Mg粉熔炼，搅拌10‑15min，精炼、扒渣，得合金液；

S3、将合金液于模具中浇注成型；

S4、将浇注成型的坯件进行固溶时效处理，得减震器活塞；

步骤S2中等离子喷注功率为8‑10kW，送粉电压为9‑12V，电流为120‑150A，送粉速度为

140‑160m/s；

步骤S3浇注过程中模具预热温度为200‑300℃，浇注温度为680‑720℃；

步骤S4固溶时效处理为480‑500℃/1‑2h+130‑150℃/12‑24h。

2.根据权利要求1所述的复合式智能减震器活塞，其特征在于，步骤S1中Cu粉、硅粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉的粒径均为160‑180目。

3.根据权利要求1所述的复合式智能减震器活塞，其特征在于，步骤S2中等离子喷注采用工作气为氮气和氢气，二者体积比为（25‑32）：1。

4.根据权利要求1所述的复合式智能减震器活塞，其特征在于，步骤S2中精炼采用的精炼剂由KCl和Na2SiF4按照质量比（6.5‑8）：1复合而成。

说明书

一种复合式智能减震器活塞

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车减震器技术领域，尤其涉及到一种复合式智能减震器活塞。

背景技术

[0002] 随着我国国民生活水平的大幅度提升，我国汽车在生活中的使用也越来越普遍，相应的汽车减震器的应用量也日渐增多。减震器属于一种减小振动的设备，主要是用来抑
制弹簧吸震后反弹时的振动以及路面的冲击振动，目前汽车悬架系统上基本上都安装有汽
车减震器，它能够减小汽车车架和车身的振动幅度，有效改善汽车在行驶过程中的舒适度
与平顺度。

[0003] 目前汽车中常用的减震器是双向作用筒式减震器，其能够发挥常规的减震作用，但为了进一步提高减震效果增加行驶过程汽车安全性，开发复合型的智能减震器成为当下
新主流。复合式智能减震器除了保留传统筒式减震器的功能还拥有一套智能减震系统，该
减震系统能够根据振动的强弱自动控制减震力度，实现汽车减震系统的自适应功能，且在
持续、高强度振动下，对减震力的控制较好，提高了减震效果，起到了提升乘坐舒适度和安
全性的作用。

[0004] 减震器的活塞固定在减震器工作缸的活塞杆上且与工作缸的内缸相配合，工作缸内充满油液，活塞上也设有多个沿轴向贯穿活塞本体的漏油孔。汽车减震器工作时，活塞上
下运动，活塞上方或下方的油液会流经漏油孔，油液与漏油孔孔壁摩擦，就会产生衰减震动
的阻尼力，可见减震器活塞在汽车减震过程中发挥重要作用。活塞在设计过程除了从结构
上进行改进，其使用材料对活塞的性能也有较大影响。减震器活塞因其工作环境的特殊性
(高温、高压、高速热负荷和热疲劳)多采用合金材质，但现有合金成分制成的活塞耐磨性能
差，工作一段时间后使得活塞与內缸之间的气密性变差，同时高温强度及力学性能也不理
想。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种耐磨性、高温强度、力学性能及外观品质优异的复合式智能减震器活塞。

[0006] 本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种复合式智能减震器活塞，所述智能减震器活塞由以下按质量百分比计的成分制成：Cu：1.5‑2.5％、Mg：1.6‑2.2％、
Ni：0.8‑1.2％、Fe：1.5‑2.0％、Cr：0.7‑1.0％、Si：8‑10％、余量为铝及不可避免的杂质。

[0007] 本发明减震器活塞原料中添加适量Cu可以促使富Ni强化相的相转变，且析出相的形貌和微观组织发生改变，这种变化可以起到细晶强化作用，利于提高活塞的力学性能。但
Cu含量在不宜超过2.5％，否则活塞产品表面容易开裂，成品率较低，造成资源浪费。原料中
添加的合理的Mg与其他原料组分协同形成多个稳定相，比如Mg2Si相、Al5Si6Cu2Mg8相等，有
助于提高热处理后活塞的抗拉强度和屈服强度。添加的Ni与Cu之间是相互推进的作用，Cu
可以促使富Ni强化相的相转变，而Ni可以与Cu、Al形成Al‑Ni‑Cu及Al‑Cu‑Ni三元体系，加快
合金时效硬化速度，提高活塞高温强度。常规铝合金体系中要求铁含量越少越好，通常作为
杂质将Fe含量控制在0.2％以下，而本发明原料中采用较高含量的Fe，与Si形成Fe‑Si相，能
最大幅度的提高活塞的高温强度。考虑到高含量Fe可能会对活塞产品造成的不利影响，本
发明在原料中还添加了少量的Cr，其能够与Fe、Al、Si形成α‑Al(Fe,Cr)Si相，一方面可以阻
止合金液中多余Fe相的析出，减少热裂倾向，另一方面α‑Al(Fe,Cr)Si相易与富Ni强化相结
合起到辅助强化作用。

[0008] 作为优选，所述Ni、Fe、Cr三者质量比满足Ni+Cr＝Fe。本发明将Ni、Fe、Cr三者质量比按照上述等式配比不仅可以避免Fe相的析出造成活塞产品的割裂，还可以最大限度确保
活塞的高温强度。

[0009] 本发明的另一个目的是提供一种上述复合式智能减震器活塞的制备方法，包括以下步骤：

[0010] S1、按质量百分比称取活塞原料：Cu粉、Mg粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉、Si粉、铝粉，备用；

[0011] S2、先将铝粉置于熔炼炉中于680‑760℃熔炼成纯铝液，再在保持铝液680‑760℃下依次将Cu粉、Si粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉通过等离子喷注至纯铝液，每喷注一个组分搅拌
20‑30min，最后加入Mg粉熔炼，搅拌10‑15min，精炼、扒渣，得合金液；

[0012] S3、将合金液于模具中浇注成型；

[0013] S4、将浇注成型的坯件进行固溶时效处理，得减震器活塞。

[0014] 本发明活塞原料中Cu、Si、Ni、Fe、Cr的熔点均与铝相差甚大，采用直接熔炼方式，熔炼温度难以把控，按照纯铝的熔点660℃设定熔炼温度，Si、Ni、Fe、Cr等高熔点原料或这
些原料形成的高熔点金属间化合物很难完全熔融，导致合金液中有半固态的Si、Ni、Fe、Cr
或金属间化合物，影响合金凝固组织的形貌和性能，最终使活塞产品致密性变差且容易出
现裂纹；为了高熔点原料熔融，设定熔炼温度超过1000℃，基体铝会因为过热过烧而被大量
氧化，导致成型困难。为了打破传统熔炼方式带来的不利影响，本发明依据原料粉熔点不同
采用特定条件下的喷注工艺依次将Cu(熔点约1083℃)、Si(熔点约1410℃)、Ni(熔点约1453
℃)、Fe(熔点约1535℃)、Cr(熔点约1857℃)喷注至熔炼好的纯铝液中，采取这种方式，不仅
可以确保铝在合理的温度下熔融且不被氧化，还可以确保高熔点原料得到充分净化熔融，
被等离子体赋予高温、较大动能的金属粉末冲破液体界面进入铝液，与铝液快速反应，获得
均匀且细密的微观组织，对于提高合金的耐磨性能及耐腐蚀性能极为有利。考虑到原料组
分中Mg熔点与Al接近，且易烧损，选择将Mg放在最后加入保温在680‑760℃的铝液中熔炼。

[0015] 作为优选，所述Cu粉、Si粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉的粒径均为160‑180目。

[0016] 作为优选，所述等离子喷注功率为8‑10KW，送粉电压为9‑12V，电流为120‑150A，送粉速度为140‑160m/s。该工艺条件适合本发明上述几种高熔点的原料粉，不用反复调节喷
注参数，节省时间，提高效率，同时在该工艺条件下可以获得净化比较完全的熔融态的并具
有较大动能的Cu、Si、Fe、Ni、Cr，在动能促使下熔融态的Cu、Si、Fe、Ni、Cr高速撞击铝液，突
破液体表面张力进入铝液发生反应。经大量试验发现，本发明喷注参数上限一旦超过最大
范围值，熔融态的Cu、Si、Fe、Ni、Cr获得动能过大，导致喷注时上层铝液出现溅射，同时熔融
物与铝液反应温度过高，反应速度过快，尤其是Fe与铝液会生成长针状的Al3Fe，严重影响
活塞的力学性能。

[0017] 作为优选，所述等离子喷注采用工作气为氮气和氢气，二者体积比为(25‑32)：1。本发明工作气中氮气作为保护气起保护金属粉不被氧化的作用，氢气作为辅助气起导电作
用。

[0018] 作为优选，所述精炼采用的精炼剂由KCl和Na2SiF4按照质量比(6.5‑8)：1复合而成。

[0019] 作为优选，所述浇注过程中模具预热温度为200‑300℃，浇注温度为680‑720℃。采用该条件范围的数值进行浇注，可以消除铸件产品紧固缩松倾向，加快合金液凝固速度而
得到较细的结晶组织，同时减少氧化吸气倾向，有助于提高活塞的力学性能及外观品质。

[0020] 作为优选，所述固溶时效处理为480‑500℃/1‑2h+130‑150℃/12‑24h。

[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0022] 1.本发明原料组分中通过添加高含量Fe与其他组分相互协同，最大限度的提升了减震器活塞的高温强度及耐磨性。

[0023] 2.在合理配伍原料组分的基础上，依据各原料组分熔点及烧损情况差异，采取熔炼+特定条件等离子喷注方式进行合金液制备，再经特定条件浇注及热处理进一步提高活
塞的高温强度及力学性能。

具体实施方式

[0024] 以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如无特殊说明，本发明实施例中涉及原料为本领域常用原料，涉
及方法为常规方法。

[0025] 实施例1

[0026] 一种复合式智能减震器活塞按照以下步骤制备：

[0027] S1、按质量百分比称取活塞原料：1.5％Cu粉、1.6％Mg粉、0.8％Ni粉、1.5％还原Fe粉、0.7％Cr粉、8％Si粉、余量铝粉，备用；

[0028] S2、先将铝粉置于熔炼炉中于680℃熔炼成纯铝液，再保持铝液在680℃下依次将粒径均为160‑180目的Cu粉、Si粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉通过等离子喷注至纯铝液，每喷注
一个组分搅拌20min，最后加入Mg粉熔炼，搅拌10min，精炼、扒渣，得合金液；所述等离子喷
注功率为8KW，送粉电压为9V，电流为120A，送粉速度为140m/s，所述精炼的精炼剂由KCl和
Na2SiF4按照质量比6.5：1复合而成；

[0029] S3、对模具进行预热，再将合金液于模具中浇注成型，其中模具预热温度为200℃，浇注温度为680℃；

[0030] S4、将浇注成型的坯件进行480℃/1h的固溶处理和130℃/12h时效处理，其得减震器活塞。

[0031] 实施例2

[0032] 一种复合式智能减震器活塞按照以下步骤制备：

[0033] S1、按质量百分比称取活塞原料：1.8％Cu粉、1.7％Mg粉、0.9％Ni粉、1.7％还原Fe粉、0.8％Cr粉、8.5％Si粉、余量铝粉，备用；

[0034] S2、先将铝粉置于熔炼炉中于700℃熔炼成纯铝液，再保持铝液在700℃下依次将粒径均为160‑180目的Cu粉、Si粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉通过等离子喷注至纯铝液，每喷注
一个组分搅拌23min，最后加入Mg粉熔炼，搅拌12min，精炼、扒渣，得合金液；所述等离子喷
注功率为8.5KW，送粉电压为9.5V，电流为130A，送粉速度为145m/s，所述精炼的精炼剂由
KCl和Na2SiF4按照质量比7：1复合而成；

[0035] S3、对模具进行预热，再将合金液于模具中浇注成型，其中模具预热温度为230℃，浇注温度为690℃；

[0036] S4、将浇注成型的坯件进行485℃/1h的固溶处理和135℃/15h时效处理，其得减震器活塞。

[0037] 实施例3

[0038] 一种复合式智能减震器活塞按照以下步骤制备：

[0039] S1、按质量百分比称取活塞原料：2％Cu粉、1.7％Mg粉、1％Ni粉、1.8％还原Fe粉、0.8％Cr粉、9％Si粉、余量铝粉，备用；

[0040] S2、先将铝粉置于熔炼炉中于720℃熔炼成纯铝液，再在保持铝液温度720℃下依次将粒径均为160‑180目的Cu粉、Si粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉通过等离子喷注至纯铝液，每
喷注一个组分搅拌25min，最后加入Mg粉熔炼，搅拌13min，精炼、扒渣，得合金液；所述等离
子喷注功率为9KW，送粉电压为10V，电流为135A，送粉速度为150m/s，所述精炼的精炼剂由
KCl和Na2SiF4按照质量比7.5：1复合而成；

[0041] S3、对模具进行预热，再将合金液于模具中浇注成型，其中模具预热温度为250℃，浇注温度为700℃；

[0042] S4、将浇注成型的坯件进行490℃/2h的固溶处理和140℃/18h时效处理，其得减震器活塞。

[0043] 实施例4

[0044] 一种复合式智能减震器活塞按照以下步骤制备：

[0045] S1、按质量百分比称取活塞原料：2.3％Cu粉、2％Mg粉、1.2％Ni粉、1.9％还原Fe粉、0.7％Cr粉、9.5％Si粉、余量铝粉，备用；

[0046] S2、先将铝粉置于熔炼炉中于750℃熔炼成纯铝液，再在保持铝液温度750℃下依次将粒径均为160‑180目的Cu粉、Si粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉通过等离子喷注至纯铝液，每
喷注一个组分搅拌28min，最后加入Mg粉熔炼，搅拌14min，精炼、扒渣，得合金液；所述等离
子喷注功率为9.5KW，送粉电压为11V，电流为145A，送粉速度为155m/s，所述精炼的精炼剂
由KCl和Na2SiF4按照质量比7.5：1复合而成；

[0047] S3、对模具进行预热，再将合金液于模具中浇注成型，其中模具预热温度为290℃，浇注温度为710℃；

[0048] S4、将浇注成型的坯件进行490℃/1h的固溶处理和145℃/22h时效处理，其得减震器活塞。

[0049] 实施例5

[0050] 一种复合式智能减震器活塞按照以下步骤制备：

[0051] S1、按质量百分比称取活塞原料：2.5％Cu粉、2.2％Mg粉、1％Ni粉、2.0％还原Fe粉、1％Cr粉、10％Si粉、余量铝粉，备用；

[0052] S2、先将铝粉置于熔炼炉中于760℃熔炼成纯铝液，再在保持铝液温度760℃下依次将粒径均为160‑180目的Cu粉、Si粉、Ni粉、还原Fe粉、Cr粉通过等离子喷注至纯铝液，每
喷注一个组分搅拌30min，最后加入Mg粉熔炼，搅拌15min，精炼、扒渣，得合金液；所述等离
子喷注功率为10KW，送粉电压为12V，电流为150A，送粉速度为160m/s，所述精炼的精炼剂由
KCl和Na2SiF4按照质量比8：1复合而成；

[0053] S3、对模具进行预热，再将合金液于模具中浇注成型，其中模具预热温度为300℃，浇注温度为720℃；

[0054] S4、将浇注成型的坯件进行500℃/2h的固溶处理和150℃/24h时效处理，其得减震器活塞。

[0055] 对比例1

[0056] 与实施例3的区别仅在于，原料组分中不含有Fe。

[0057] 对比例2

[0058] 与实施例3的区别仅在于，原料组分中Cr含量0.6％，三者质量比Ni+Cr≠Fe

[0059] 对比例3

[0060] 与实施例3的区别仅在于，将所有原料都加入熔炼炉进行熔炼。

[0061] 对比例4

[0062] 与实施例3的区别仅在于，等离子喷注功率为12KW，送粉电压为13V，电流为160A，送粉速度为170m/s。

[0063] 对比例5

[0064] 与实施例3的区别仅在于，不对浇注模具进行预热。

[0065] 对实施例1‑5及对比例1‑5制得的减震器活塞进行性能检测，结果如下表1所示：

[0066] 表1：实施例1‑5及对比例1‑5制得的减震器活塞性能结果

[0067]

[0068]

[0069] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并
不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

[0070] 尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。