[发明专利]一种双层材料缸套的制备方法

说明书

本发明公开了一种双层材料缸套制备方法；该方法先将离心铸造预制铝合金缸套内表面进行机械打磨、抛光，并用化学清洗去除油污和氧化物，随后进行内表面电镀铜处理；然后将已电镀铜的预制铝合金缸套置于模具中并预热，浇注颗粒增强复合材料熔体；最后冷却后得到双层材料缸套。本发明利用表面预处理与离心铸造相结合的方法实现内层的颗粒增强复合材料与外层铝合金的双层材料缸套的制备，内外层间为冶金结合，使得制备的缸套具有高强度、高韧性和耐热耐磨，为实现全铝发动机的制造提供了新方法，其工艺简单、成本低、可大量生产，在航空和汽车等领域可以得到广泛的应用。

技术领域

本发明涉及铝合金及其复合材料制备技术领域，具体是指一种双层材料缸套的制备方法。

背景技术

近年来，随着汽车轻量化的发展，对汽车及其零部件轻量化的要求不断提高，传统耐磨铸铁和普通碳钢材料的发动机缸套已不能满足需求，由于缸套是在高温、高压、高磨损条件下工作，普通铝合金材料无法满足要求，需要通过颗粒或者纤维复合增强，达到缸套综合性能的要求。但是，单纯采用颗粒增强铝基复合材料的缸套，增强颗粒在离心力作用下会偏聚在缸套的外层，不能满足内表面耐磨的要求，并且缸套外表面需要精加工后与缸体装配，外层的增强颗粒会使缸套的加工性下降。因此，有研究者提出了一种外层为轻合金材料，内层为颗粒增强复合材料的双层缸套的铸造成形方法(公开号：CN102527978A)。但是，由于铝合金表面氧化铝的存在，氧化铝虽然薄，但热力学稳定、熔点高，与金属熔体不润湿，在固-液复合铸造中该氧化铝层抑制了界面的冶金结合，导致两种材料界面处出现孔洞、间隙等缺陷。

固-液复合铸造是指两种金属材料(一种为固态，另一种为液态)以扩散反应形式相互结合，从一种金属向另一种金属发生连续过渡的过程。复合浇铸中，铸造合金对固态合金实现部分重熔，通过扩散和反应相形成冶金结合。因此，要实现双层材料缸套的固-液复合铸造的冶金结合，需要去除氧化铝，提高两种材料的结合力。目前，双金属材料固-液复合采用的表面处理方法主要是表面涂覆保护层和电镀锌的方法。采用表面涂覆保护层处理方法，双层材料界面连续性、完整性较差，界面结合不稳定；采用表面电镀锌处理方法，锌熔点较低，预热温度较高或复合浇铸时锌层会发生溶解，铝合金表面会重新暴露在空气中而发生氧化，并且锌原子与铝原子形成的化合物脆性大，降低性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种双层材料缸套的制备方法，其通过表面预处理与离心铸造相结合的方法，实现了双层缸套复合界面的冶金结合，具有缺陷少，结合强度高等优点，弥补了现有的铝合金和铝基复合材料双层缸套制备工艺及结构的缺点和不足。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双层材料缸套制备方法，所述双层材料缸套是通过预制铝合金缸套表面预处理与离心铸造相结合的方法实现，其包括如下步骤：

步骤一：将预制铝合金缸套进行内表面机械车削、打磨，然后用化学法去除内表面油污和氧化膜；

步骤二：将内表面已除去氧化膜的预制铝合金缸套浸入电镀液中进行电镀铜处理，然后烘干；

步骤三：采用搅拌铸造方法制备增强颗粒铝基复合材料熔体，搅拌至增强颗粒在熔体中分布均匀；

步骤四：将步骤二得到的预制铝合金缸套置于模具中并预热，然后浇注步骤三中制备的颗粒增强铝基复合材料熔体，进行离心铸造；

步骤五：待冷却、凝固后，取出铸件，即获得冶金结合的双层材料缸套铸件。

上述步骤一所述预制铝合金缸套的铝合金基体材料为纯铝系列、铝-镁系列、铝-铜系列、铝-硅系列或者铝-镁-硅系列。

上述步骤一所述化学法是指用质量百分比浓度为5～7％的氢氧化钠溶液和体积百分比浓度为3～5％的盐酸溶液分别对预制铝合金缸套的内表面进行清洗。