[发明专利]3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法

说明书

本发明提供3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法，属于金属材料复合制备技术领域，该内燃机铝合金活塞包括活塞主体以及采用3D打印技术在所述活塞主体的顶部逐层打印3D打印层，用于隔热；所述3D打印层采用的材料的高温抗拉强度高于所述活塞主体采用的材料的高温抗拉强度。该铝合金活塞采用3D打印技术在活塞主体的顶部表层逐层打印耐热性高、导热系数较低的3D打印层，用于隔热，在有效提高活塞工作温度的同时，保证轻量化。该方法采用3D打印技术在活塞主体的顶部打印一层3D打印层，工艺简单，效率高，精确度高，毛坯加工余量少，且3D打印层与活塞主体的结合强度高。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞及其制备方法。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，主要以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印技术由开始的模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，之后逐渐用于产品的直接制造，目前，已经有使用这种技术打印而成的零部件。但是在内燃机活塞上的应用还未见报道。

随着人们对内燃机轻量化和小型化要求日益增长，同时功率也需要大幅提高，因此需要提高内燃机的功率密度，而高压共轨喷油和涡轮增压技术的发展为我们提高功率密度得到保障。但是功率密度的提升使得内燃机燃烧室关键构件需要承受高温、高压及高工作频率，尤其是活塞，因而要求燃烧室关键构件材料必须满足高强韧、高抗热机疲劳性、高热稳定性及低热膨胀系数的要求。

目前使用的整体铸造铝合金活塞在高功率密度工况下，极易产生开裂、烧蚀、拉缸和碎裂，主要是因为活塞铝合金材料高温性能已经达到极限，活塞燃烧室经常出现烧蚀，造成内燃机故障，因而现有的铝合金活塞已经不能满足大于400℃的高温工况下的使用要求，所以迫切需要开发一种新的内燃机活塞结构来解决上述问题，同时保证轻量化要求。

现有内燃机活塞的制造形式主要有：

一、采用金属模具整体铸造铝合金活塞、液态模锻铝合金活塞及电子束焊接锻造铝合金头部和裙部活塞，其耐热温度最高到400℃，已经不能满足当前发展需求；

二、模具锻造钢活塞，其不符合现在轻量化发展理念；

三、模具锻造铝合金裙部和钢头部进行铰接活塞，其工艺复杂、轻量化程度低、铰接的地方容易断裂；

四、铝合金活塞顶部镶嵌耐磨层和活塞燃烧室进行隔热镀层或涂层，其制备工艺复杂，镀层和涂层厚度太薄只能达到几十微米，隔热效果不明显；镀层和涂层与铝合金的结合强度较低，容易脱落，脱落碎片很容易造成内燃机故障。

因此，为了解决上述问题，急需开发一种新的内燃机活塞以及铸造方法，在提高制造效率及结合强度的同时具有耐高温、轻量化的特点。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞，该铝合金活塞采用3D打印技术在活塞主体的顶部表层逐层打印耐热性高、导热系数较低的3D打印层进行隔热，在有效提高活塞工作温度的同时，保证轻量化。

本发明的另一个目的在于提供一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞的制备方法，该方法采用3D打印技术在活塞主体的顶部逐层打印3D打印层，工艺简单，效率高，精确度高，毛坯加工余量少，且3D打印层与活塞主体的结合强度高。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种3D打印钛合金燃烧室的内燃机铝合金活塞，该内燃机铝合金活塞包括活塞主体以及采用3D打印技术在所述活塞主体的顶部逐层打印3D打印层，用于隔热；

所述3D打印层采用的材料的高温抗拉强度高于所述活塞主体采用的材料的高温抗拉强度。