[发明专利]一种轻型耐磨汽车发动机活塞及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于活塞加工技术领域，涉及一种轻型耐磨汽车发动机活塞及其制备方法。

背景技术

活塞被称为发动机的心脏。它是发动机中最重要的零件之一。其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。在发动机工作时，活塞直接与瞬时温度2200摄氏度的高温气体接触，其顶部温度达300℃～400℃，且温度分布不均匀；在做功行程时活塞顶部承受着很大的气体压力，汽油机达4MPa～5MPa，柴油机高达8MP～9MPa，甚至更高；此外，活塞在气缸内往复运动线速度可达11m/s～16m/s；在这种恶劣的条件下工作。活塞承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。因此活塞作为汽车发动机中传递能量的一个非常重要的构件，对其材料具有特殊的要求：密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的高温强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。

为了使活塞有足够的强度和刚度，质量要小，导热性好和有较小的摩擦系数，活塞材料普遍采用硅铝合金。柴油机活塞则多用铜镍镁铝合金。

随着大马力汽车发动机快速发展，尤其是重型柴油发动机涡轮增压、中冷技术的应用以及大缸径高压缩比、低排放要求的不断提高。传统铝合金活塞材料已无法满足其使用要求，在满足内燃机轻量小型化、可靠性和耐久性的情况下，发动机向着高速、大功率、大压缩比的方向发展，其燃烧室内温度和压力变得更高，以往使用的铝合金已达到或接近使用极限。

传统的ZL108、ZL109铝基合金生产的活塞，由于膨胀系数原因，活塞与缸体需要较大的配缸间隙(柴油机发动配缸间隙为0.12～0.20mm，空压机配缸间隙为0.08～0.16mm，制冷压缩机配缸间隙0.06～0.09mm，摩托车发动机配缸间隙为0.03～0.07mm)，

这种较大的配缸间隙，造成发动机在运行过程中，振动大、噪声大、排放大、功率难以提高，难以满足新标发动机的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种力学性能、吸音、减震的轻型耐磨汽车发动机活塞。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种轻型耐磨汽车发动机活塞，包括头部和连接在头部下端的裙部，所述头部上由下向上依次设有油环槽和气环槽，油环槽底面上开有径向小孔，所述裙部的两侧设有两个相对的销孔，所述发动机活塞由铝合金陶瓷多孔材料制成，所述铝合金陶瓷多孔材料包括质量比为100：(55.1-165.2)：(0.4-0.9)：(9-12)的铝合金粉、陶瓷粉、致孔剂和粘结剂。

上述油环槽在活塞头部的下部设有一道，气环槽在头部的上部根据发动机类型设有两到三道，油环槽底面上开有许多径向小孔，使被油环从汽缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。油环槽和气环槽用以安装活塞环，起密封作用。头部和活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内，并将热量传递给汽缸壁。

活塞在做功行程时活塞顶部承受着很大的气体压力和高温，裙部承受发动机侧壁较大的压力，因此活塞要有足够的机械强度、刚度和高温性能。本发明采用的铝合金陶瓷多孔材料内部弥散分布着大量独立存在的闭孔孔洞，综合多孔陶瓷和多孔金属的优点，具有一般多孔材料所不能比拟的高硬度、高强度、抗磨损、抗酸碱、耐高温、耐冲击等性能，同时具有比重小、吸振及吸音性能好等特点，而且通过颗粒控制可使其表面光结度达到所需要求。因此使用铝合金陶瓷多孔材料制成的汽车发动机活塞具有很高的强度和刚度，并且整体质量小，大幅减少发动机工作时的震动和噪音，并且有很强的抗腐蚀性，具有优良的力学性能和使用性能。

作为优选，所述铝合金陶瓷多孔材料的孔隙率为55.4-78.6％，孔径为13.1-25.0μm。

材料的孔隙率和孔径大小决定了产品最终的力学性能和机械性能，在上述孔隙率和孔径的范围内，多孔合金钢陶瓷具有最佳的硬度、强度、抗冲击等性能和最低的密度，其综合性能达到最优。

作为优选，所述铝合金陶瓷多孔材料中铝合金粉的粒径为3-15μm，陶瓷粉的粒径为30-100nm。

多孔材料的孔隙的大小和孔隙特性主要取决于制备工艺和原料粉体粒径，为了得到整体性能优良、导热性能好的多孔材料，原料粉体的粒径越小，活性越高，越容易烧结。均布在密实的铝合金陶瓷基体中的致孔剂产生分解，释放的气体导致压实体膨胀，形成高度多孔的结构。