專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種碳纖維增強(qiáng)的鋁基活塞材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種活塞材料及其加工方法，具體地說(shuō)是一種碳纖維增強(qiáng)鋁基活塞材料及其制備方法。二
背景技術(shù)：
：活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件，其性能的好壞直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)的性能。隨著現(xiàn)代汽車(chē)不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)向大功率、大扭矩、低油耗、低噪聲、低排放方向發(fā)展，要求活塞具有質(zhì)輕、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、高溫狀態(tài)下強(qiáng)度高且耐磨損等特點(diǎn)。如何解決活塞耐高溫、耐磨、磨蝕性能是活塞設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造過(guò)程的關(guān)鍵。目前可通過(guò)諸如合金化、變質(zhì)處理以及復(fù)合材料等技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足使用要求，其中纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料作為高功率重型發(fā)動(dòng)機(jī)活塞是最有潛力的一種活塞材料。纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維主要有碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維等。其中硼纖維、碳化硅纖維和氧化鋁纖維均具有彈性模量高、與金屬基體之間的潤(rùn)濕性較好且反應(yīng)性較低等特點(diǎn)。但硼纖維制成復(fù)合材料時(shí)在纖維的縱向容易斷裂，制造成本相當(dāng)高；碳化硅纖維和氧化鋁纖維與碳纖維相比強(qiáng)度略低。碳纖維質(zhì)輕而強(qiáng)度高，具有良好的潤(rùn)滑及耐磨性能，其價(jià)格約為硼纖維的十分之一，在汽車(chē)、機(jī)械電子等領(lǐng)域顯示出較好的應(yīng)用前景。碳纖維是將有機(jī)纖維在1300-160(TC高溫?zé)Y(jié)后得到的一種含碳量在90%以上的纖維。碳纖維鋁基復(fù)合材料是一種較理想輕質(zhì)高強(qiáng)度的活塞材料，高溫下仍能保持高的比強(qiáng)度和比模量，從而賦予碳纖維增強(qiáng)鋁基活塞材料高強(qiáng)度比、高模量比、耐磨、耐高溫、耐腐蝕和熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能。但是碳纖維鋁基復(fù)合材料必須解決兩個(gè)問(wèn)題，其一碳纖維與鋁液在58(TC左右會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)，燒傷碳纖維并形成雜質(zhì)相；其二碳纖維在鋁液中的分散問(wèn)題。有許多研究碳纖維與鋁液發(fā)生界面反應(yīng)的報(bào)道，目前通用方法是在纖維表面預(yù)鍍一層隔離層，這樣就能將含有鍍層的纖維直接加到鋁液中而不會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)，從而很好解決了界面反應(yīng)問(wèn)題。CN1124308A公開(kāi)了在碳纖維表面包覆SiC隔離層的處理方法。傳統(tǒng)的制作碳纖維鋁基復(fù)合材料的方法是熱壓擴(kuò)散粘結(jié)法和擠壓鑄造法。熱壓擴(kuò)散粘結(jié)法是用CVD法在碳纖維表面鍍覆Ti-B隔離層后再浸入熔融鋁液制成預(yù)浸絲，或用等離子噴濺法將熔融狀態(tài)的鋁直接噴鍍到碳纖維上制成預(yù)浸帶，排放好的預(yù)浸絲或預(yù)浸帶再經(jīng)高溫加壓擴(kuò)散粘結(jié)成型，其缺點(diǎn)是只適用于制造形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小的零件，且制作成本高。擠壓鑄造法是將熔融鋁及鋁合金強(qiáng)制壓入內(nèi)置碳纖維預(yù)制件的固定模腔，壓力一直施加到凝固結(jié)束，鑄造壓力對(duì)鋁基復(fù)合材料的性能有較大影響，其缺點(diǎn)是設(shè)備和操作復(fù)雜，且對(duì)壓力的控制要求較高，預(yù)制件容易變形。三
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種碳纖維增強(qiáng)鋁活塞材料，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是表面包覆有隔離層的碳纖維在熔融的鋁基合金中均勻分散。本發(fā)明所提供的碳纖維增強(qiáng)鋁基活塞材料，由表面包覆有隔離層的碳纖維和活塞鋁基合金材料所組成，其特征是以體積百分比計(jì)表面包覆有隔離層的碳纖維1030vt%、鋁基合金材料7090vt^。本碳纖維增強(qiáng)鋁基活塞材料的制備方法，以碳纖維和鋁基合金為原料，包括碳纖維表面包覆處理、熔融混合、鑄模和熱處理，所述的熔融混合是首先將鋁基合金材料于電阻爐中升溫至全部熔融，保溫1020min后加入預(yù)熱至500600°C的經(jīng)表面包覆處理的碳纖維，用頻率2050KHz超聲波攪拌，脈沖占空比0.8，攪拌均勻后澆注到預(yù)熱的模具中成型，冷卻后取出經(jīng)T6熱處理即得纖維增強(qiáng)鋁基活塞材料。本發(fā)明提供一種制備碳纖維鋁基合金的方法，工藝簡(jiǎn)單，成本低，且很好的解決了碳纖維分布不均勻和發(fā)生界面反應(yīng)問(wèn)題。制造出來(lái)的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能。具體實(shí)施例方式現(xiàn)以碳纖維T50、鋁基ZL109為例，非限定實(shí)施例敘述如下1、按體積份數(shù)碳纖維T50為10X、鋁基ZL109為90%。步驟一、對(duì)碳纖維T50表面包覆SiC隔離層預(yù)處理，將SiC顆粒分散于由聚碳硅烷和溶劑正己烷配制的溶膠中形成懸浮液，碳纖維通過(guò)該懸浮液進(jìn)行超聲涂覆，最后干燥脫水得到表面包覆SiC隔離層的碳纖維T50(參見(jiàn)CN1124308A)。步驟二、將鋁基ZL109在740-780°C用電阻爐進(jìn)行熔煉，全部融化后保溫10-20min。步驟三、預(yù)處理后的碳纖維T50預(yù)熱至500-600°C，然后直接加入鋁液中，將超聲波傳感器的尖端放入接近鋁液的底部進(jìn)行攪拌，超聲波頻率為20KHz，脈沖的占空比為0.8，攪拌功率由電阻爐大小而定，比如3000-5000W，時(shí)間為30_50s;然后將攪拌均勻的熔融液澆注到預(yù)熱溫度為15(TC的金屬型模具中，冷卻后，將其取出，再經(jīng)T6熱處理，即制得碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。2、體積份數(shù)碳纖維T50為20%、鋁基ZL109為80%。步驟一、二、三同例1。3、體積份數(shù)碳纖維T50為30%、鋁基ZL109為70%。步驟一、二、三同例1。上述所制得的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能見(jiàn)表1。表1碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種碳纖維增強(qiáng)鋁基活塞材料，由表面包覆有隔離層的碳纖維和鋁基合金材料所組成，其特征在于表面包覆有隔離層的碳纖維10～30vt％，鋁基合金材料70～90vt％。2.如權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)鋁基活塞材料的制備方法，以碳纖維和鋁基合金為原料，包括碳纖維表面包覆處理、熔融混合、鑄模和熱處理，其特征在于所述的熔融混合是首先將鋁基合金材料于電阻爐中升溫至全部熔融，然后加入預(yù)熱至50060(TC的經(jīng)表面包覆處理的碳纖維，用頻率2050KHz、脈沖占空比0.8超聲波攪拌，攪拌均勻后澆模。全文摘要一種碳纖維基復(fù)合材料，由體積份數(shù)10～30％的表面包覆有隔離層的碳纖維和70～90％的鋁基合金材料所組成。其制備方法是將表面經(jīng)包覆處理的碳纖維預(yù)熱500～600℃后加入熔融的鋁液中，用頻率20～50KHz、脈沖占空比0.8的超聲波攪拌，攪拌均勻后澆注到預(yù)熱150℃模具中，冷卻成型后取出經(jīng)T6熱處理。本材料具有高的常溫和高溫抗拉強(qiáng)度和彈性模量，可作為大功率重型發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的材料。文檔編號(hào)C22C47/08GK101775563SQ20101011826公開(kāi)日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年3月4日優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日發(fā)明者劉福東,王慶權(quán),王愛(ài)珍,章高偉,蘇勇,金梅,陳翌慶申請(qǐng)人:安徽省恒泰活塞制造有限公司