[发明专利]一种活塞及活塞制造方法

说明书

本发明属于发动机技术领域，公开了一种活塞及活塞制造方法。该活塞包括：活塞本体；陶瓷涂层，其设置于活塞本体的顶部，在陶瓷涂层内设置有多个孔隙；热障涂层，其覆盖于陶瓷涂层上，热障涂层用于封堵孔隙。该活塞制造方法包括以下步骤制备活塞本体，活塞本体的材质为铝硅合金材料，利用电化学方式将活塞本体顶部转变为氧化铝和二氧化硅,并形成多个孔隙，以制备陶瓷涂层；在陶瓷涂层的表面覆盖热障涂层，以制备热障涂层。陶瓷涂层为微观孔洞涂层，微观孔洞涂层中的气体导热系数极小，与陶瓷涂层结合可阻碍高温燃气向活塞的热量传递，降低活塞本体的热负荷。在陶瓷涂层的表面覆盖热障涂层，避免热量直接冲击微观孔洞涂层而出现裂纹。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种活塞及活塞制造方法。

背景技术

在内燃机中，活塞不仅是在缸套内往复运动的结构部件，活塞还作为形成燃烧室的重要组成部分。随着内燃机爆发压力增大，活塞的温度也逐渐提高，这一方面要求活塞具有较好的耐高温能力，使得在高温下活塞能够承受较高的压力载荷，另一方面需要通过活塞向冷却系统散失热量。

现有活塞主要采用耐高温技术和隔热技术，存在以下缺陷：

首先，采用在铝硅合金的基础上加入铜、镍、镁等合金元素，以增强活塞抗拉强度。但是，铝硅合金由于其硅元素以块状形式存在，割裂了铝基体，使得铝硅合金的抗拉强度有限。同时，由于目前内燃机需要活塞承受的温度已经接近甚至超过380℃，仅从材料角度已经不足以满足内燃机的材料强度要求，已经达到铝活塞能够承受的温度极限。

其次，活塞采用重力铸造工艺，由于重力铸造的铝活塞凝固是在常压下进行的，活塞由液态转变为固体的过程中存在体积膨胀，导致活塞的微观组织不够致密。

再次，采用等离子喷涂的方式，在活塞的顶面涂覆一层导热系数低的陶瓷材料，来满足隔热需求。由于隔热层热容量较高，在对燃烧室温度提升的同时，会对进气造成较大程度的加热，不利于燃烧，从而影响内燃机的性能。同时，采用这种方式，容易出现涂层与基体之间结合困难的情况，尤其是在热负荷及热冲击下，隔热陶瓷材料涂层与铝活塞基体间的热膨胀系数不一致，容易出现脱落裂纹等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活塞及活塞制造方法，用于迅速吸热放热，实现隔热，降低热负荷，抗拉强度高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种活塞制造方法，所述活塞制造方法包括以下步骤：

制备活塞本体，所述活塞本体的材质为铝硅合金材料；

利用电化学方式将活塞本体顶部转变为氧化铝和二氧化硅,并形成多个孔隙，完成陶瓷涂层的制备；

在陶瓷涂层的表面覆盖热障涂层，完成热障涂层的制备。

作为优选，所述电化学方式为：

在容器内放置硅酸钠和氢氧化钠溶液；

将活塞本体顶部插入硅酸钠溶液内，通电后，活塞本体作为阳极，容器作为阴极，电化学反应释放的热量将活塞本体顶部熔化，并将液态水分解，使生成的氢气形成所述孔隙，生成的氧气与熔化的铝硅合金结合，形成氧化铝和二氧化硅。

作为优选，采用高压铸造成型工艺制备所述活塞本体。

作为优选，所述高压铸造成型工艺为：

在成型模具内喷涂脱模剂，并将成型模具进行预热处理；

将铝合金熔炼成液体；

将液态铝合金倒入模具内，并在高压环境中进行浇注；

活塞本体脱模成型。

作为优选，所述高压铸造成型工艺中高压环境的加载压力为P，其中20MPa≤P≤40MPa。