[发明专利]一种内燃机用准晶增强的低膨胀铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内燃机用准晶增强的低膨胀铝合金及其制备方法，涉及金属材料技术领域。包括以下质量分数的原料：Si：9～15％，Cu：1.5～5.5％，Ni：1～3％，Mg：0.3～1.5％，Al‑Cu‑Mn准晶：0.2～1.0％，其余为Al。本发明提供的铝合金室温强度可以达到310MPa以上，350℃高温强度可达到110MPa，膨胀系数小于20×10supgt;‑6/supgt;Ksupgt;‑1/supgt;。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体为一种内燃机用准晶增强的低膨胀铝合金及其制备方法。

背景技术

随着内燃机的体积小型化，功率密度的大幅提升，燃烧室温度和爆发压力提高，使得柴油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，其工作温度、承受的爆发压力和工作频率分别可达到420℃、22MPa和 120Hz，因而要求燃烧室关键构件材料必须具有优良的铸造性能，高强韧、高抗热机疲劳性及低热膨胀系数。

目前使用的常规燃烧室关键构件在功率密度工况下，极易产生开裂、烧蚀、拉缸和碎裂，主要是因为关键构件铝合金膨胀系数高，强度低，引起材料高温抗蠕变和疲劳性能较差。因而现有的燃烧室关键构件用铝合金材料已不能满足当前使用要求，所以迫切需要制备一种新的内燃机用铝合金用铝合金材料来解决上述问题。

现有铝硅系合金的膨胀系数较高(大于23×10^-6K^-1)、强度较低(小于室温强度260MPa，350℃高温强度小于100MPa)，随着内燃机体积小型化，功率密度的提高，内燃机关键铝合金构件工作温度达到420℃时，要求铝合金活塞的膨胀系数更低(小于22×10^-6K^-1)，强度更高(大于室温强度280MPa， 350℃高温强度大于100MPa)，现有材料越来越不能满足内燃机燃烧室关键零部件的使用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种准晶增强的低膨胀铝合金及其制备方法，该合金室温强度可以达到310MPa以上，350℃高温强度可达到110MPa，膨胀系数小于20×10^-6K^-1。

本发明第一个目的是提供一种准晶增强的低膨胀铝合金，包括以下质量分数的原料：Si：9～15％，Cu：1.5～5.5％，Ni：1～3％，Mg：0.3～1.5％，Al-Cu-Mn 准晶：0.2～1.0％，其余为Al。

优选的，所述Al-Cu-Mn准晶由以下质量分数的原料组成：Cu：15-25％， Mn：10-20％，余量为Al。

更优选的，所述Al-Cu-Mn准晶是按照以下步骤制得：

将原料装入带有引流口的石英试管中，在真空条件下，将原料熔化，采用 0.05～0.1MPa的氩气气流将熔化后的基材喷射至转动的铜辊上快速凝固，得厚度为70～250μm的准晶甩带，即得所述Al-Cu-Mn准晶。

更优选的，所述铜辊转速为3000～5000r/min。

本发明第二个目的是提供一种准晶增强的低膨胀铝合金的制备方法，包括以下步骤：

称取铝、结晶硅、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、镁、Al-Cu-Mn 准晶，并使各原料以Si、Cu、Ni、Mg、Al-Cu-Mn准晶及Al计算按照以下质量分数组成：Si：9～15％，Cu：1.5～5.5％，Ni：1～3％，Mg：0.3～1.5％， Al-Cu-Mn准晶：0.2～1.0％，其余为Al；

首先将铝熔化并升温至680～780℃，依次加入Si、Al-50Cu中间合金、 Al-10Ni中间合金并熔化，升温至730～760℃，再加入变质剂进行变质处理，保温10～15min，待温度降至710～730℃时加入镁并熔化，加入除气剂，保温 10～15min，加入Al-Cu-Mn准晶，升温至710～740℃后浇铸，即得到准晶增强的低膨胀铝合金。