[发明专利]一种铝活塞环槽的高能束熔覆强化制备工艺

说明书

本发明涉及一种铝活塞环槽高能束熔覆强化制备工艺，步骤：制备活塞毛坯→活塞毛坯的第一环槽部位依次经过熔覆凹槽加工→清洗→镶嵌重熔焊丝→预热→电子束熔覆→缓冷→加工后获得第一环槽熔覆强化活塞。本发明工艺简单合理，制备形成的环槽增强部位与铝基体的结合强度高，结合强度高达120MPa以上，极大地提高活塞使用的可靠性，显微硬度提高到200HV，耐磨性能优于传统的高镍铸铁镶圈，同时该工艺能最大程度的接近冷却油腔，显著提高了环槽增强部位的冷却效果和耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种高能束熔覆强化制备工艺，具体涉及一种铝活塞环槽的高能束熔覆强化制备工艺。

背景技术

高能电子束熔覆强化是利用高能量电子束流加热熔覆材料和基体合金，使其快速熔化，然后通过基体自身导热以极高的冷却速度从液相凝固，添加熔覆材料增强该部位特殊性能和改善基体合金表面的显微组织和相结构的工艺方法。

现有专利号为201711101713.7(授权公告号CN101709467B)的中国发明专利《激光诱导等离子冲击熔覆层的复合表面处理装置和方法》，公开了激光诱导等离子冲击熔覆层的复合表面处理方法，装置包括：激光熔覆装置，用于通过第一机械手对工件进行激光熔覆；激光冲击强化装置，与激光熔覆装置连接，用于通过第二机械手对工件进行激光冲击强化；三轴运动机床，用于带动放置工件的操作台，使工件位于激光熔覆装置、激光冲击强化装置操作范围内，实现工件复合表面处理。但是，采用上述工艺只能改善基体合金材料表面性能组织，熔覆部位晶粒得到细化、表层硬度和耐磨损性能，无法在合金较深的内部进行熔覆改性和添加第二种材料增强。

高功率密度柴油机活塞在高温高压下工作，活塞顶燃烧室部位最高温度超过420℃。第一环槽部位与活塞环装配形成气密环起到密封燃气的作用，第一环槽部位将承受高温热负荷和机械负荷。活塞环槽材料及制造工艺方面，国内通过在第一环槽部位镶铸耐磨铸铁，提高了耐磨性，但由于铸铁和铝之间的膨胀系数差导致的热应力使得活塞可靠性受到影响。由于高镍铸铁耐磨镶圈与铝基体的结合强度只有20～40MPa，在高温作用下，容易造成耐磨镶圈与铝基体脱开、断裂等故障。因此，需要研发出一种铝活塞环槽高能束熔覆强化制备工艺，提高活塞在高温高压下工作的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单合理的铝活塞环槽的高能束熔覆强化制备工艺，制备的环槽增强部位与铝基体的结合牢固稳定，提高了环槽增强部位的冷却效果和耐磨性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铝活塞环槽的高能束熔覆强化制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)活塞毛坯制备：采用金属型铸造工艺制造铝合金活塞毛坯，该铝合金组分及质量百分数为：Si：11.0％～13.0％；Mg：0.8％～1.2％；Cu：3.5％～5.0％；Ni：1.8％～3.0％；Ti：0.1％～0.15％；Fe：0.1％～0.3％；Zr：0.1％～0.2％；V：0.05％～0.15％；其余为Al；

2)熔覆凹槽加工：对铝合金活塞毛坯的第一环槽部位进行加工成熔覆凹槽；

3)清洗：将熔覆凹槽、增强焊丝和纯铜焊丝采用清洗剂进行清洗，并采用压缩空气吹干；

4)镶嵌焊丝：将增强焊丝和纯铜丝镶嵌入熔覆凹槽中，并固定；

5)预热：将熔覆凹槽镶嵌好增强焊丝和纯铜焊丝的铝合金活塞毛坯进行预热；

6)电子束熔覆：将预热好的铝合金活塞毛坯装入电子束焊接真空炉，抽真空使真空度小于0.1Pa，调节真空电子束工艺：加速电压59～61KV，重熔电流39～41mA，重熔速度450～550mm/s，表面聚焦电流3.08A～3.09A，按该工艺熔覆后形成环槽增强部位；

7)冷却：将熔覆后的铝合金活塞毛坯进行缓慢冷却；

8)加工：对熔覆后的环槽增强部位进行加工，形成活塞的第一环槽上增强层和第一环槽下增强层。