一種粉末冶金高硅鋁合金壓縮機活塞的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種粉末冶金高硅鋁合金壓縮機活塞的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前壓縮機活塞的材料主要有三大類:鋁硅合金、灰鑄鐵及鐵基粉末冶金。有文獻對比研究了這三種材料的耐磨性，結(jié)果表明:在給定的滑動摩擦條件下，鋁硅合金的耐磨性最高，其次是鐵基粉末冶金，灰口鑄鐵的耐磨性最差[周曉霞，朱偉明，伍冬曉.鋁硅合金、鐵基粉末冶金、灰口鑄鐵耐磨性能對比.理化檢驗-物理分冊[J].2000(36)，Nol:13-15]。為了提高灰鑄鐵力學(xué)性能及耐磨性，通常需要添加較多的Cr、N1、Mo等合金元素，制造成本將大大提高，同時，鑄鐵的材料利用率低，也造成了鑄鐵活塞成本的增加。相比而言，粉末冶金鋼活塞制造工序簡單，成本較低，在壓縮機中大量使用，但鑄鐵與粉末冶金鋼活塞重量為鋁合金的2.5?3倍，不利于壓縮機性能的優(yōu)化。
[0003]為了提高壓縮機性能，需要減少活塞重量，減少輸入功率，鋁硅合金則是制造活塞的優(yōu)質(zhì)材料，尤其是過共晶鋁硅合金。過共晶鋁硅合金的熱膨脹系數(shù)小、密度小，耐磨和耐蝕的特性，正成為傳統(tǒng)共晶鋁硅活塞的更新?lián)Q代材料。鑄造過共晶鋁硅合金存在初晶硅呈粗大板片狀、五星瓣狀的問題，嚴重降低了材料的力學(xué)性能和切削性能。目前控制硅相形態(tài)主要有物理法、化學(xué)法。常用的物理法主要為機械攪拌、電磁攪拌等半固態(tài)成形來控制硅相的技術(shù)，雖然硅相的組織形態(tài)得到極大的改善，但是由于其設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，效率低下，并不適合工業(yè)上的量產(chǎn)化。而化學(xué)法多為化學(xué)變質(zhì)細化法，但變質(zhì)細化效果僅限于單一初晶硅相或者共晶硅相，無法兼顧兩者的形態(tài)。隨著快速凝固技術(shù)的發(fā)展，可以制備得到高硅含量的鋁硅合金粉，再通過粉末冶金的制造工藝，可以得到生產(chǎn)工藝簡單，耐磨性能及力學(xué)性能較佳的過共晶鋁硅合金活塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種加工工藝簡單、加工量少、材料利用率高的粉末冶金高硅鋁合金活塞的制造方法，制得的活塞具有較佳的耐磨性能及力學(xué)性能。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種粉末冶金高硅鋁合金壓縮機活塞的制造方法，其特征在于依次包括以下步驟:
[0006]I)按照活塞合金成分進行配料，將硅、鋁、鐵、銅、鎂按以下質(zhì)量百分比混合成混合粉，配比為硅:14?32%、銅:0?5.0%，鎂:0.8?2.0%，鐵彡0.3%，不超過2%的不可避免的雜質(zhì)，鋁:余量，并加入0.8?2.0%的潤滑劑進行混料；
[0007]2)將上述混合粉在室溫或60?130°C下進行模壓成形得到粉末冶金生坯，壓制壓強為150?600MPa，成形密度為2.30?2.60g/cm3 ；
[0008]3)將生坯快速加熱至320?480°C，保溫10?120min進行脫蠟，保護氣氛為純氮氣，氮氣露點< -30°C，脫蠟后殘?zhí)剂?lt; 0.05% ;
[0009]4)將脫蠟完的產(chǎn)品加熱至540?650°C進行燒結(jié)，保溫10?200min，保護氣氛為純氮氣，氮氣露點彡-45°C，燒結(jié)密度為2.40?2.70g/cm3 ；
[0010]5)熱處理:固溶溫度450?550°C，保溫10?120min，人工時效溫度100?220°C，時間2?50小時；
[0011]6)將燒結(jié)完畢的活塞進行整形，并根據(jù)活塞圖紙尺寸要求，進行精加工，達到圖紙要求；
[0012]7)進行真空浸樹脂處理，溫度為室溫?100°C，壓力小于0.1MPa，浸潰時間10?30min,真空浸樹脂處理是為了達到活塞氣密性要求，使樹脂填充至孔隙內(nèi)，達到封孔的目的；
[0013]8)浸潰完畢后，進行清洗、固化處理；
[0014]9)最后通過氧化或陽極氧化在活塞表面增加氧化物涂層，提升表面硬度。
[0015]作為改進，所述步驟I)的銅、硅、鋁、鎂采用元素粉末或采用中間合金粉末形式加入，中間合金粉為Al-Si，Al-Mg，Al-Cu，Al-S1-Cu-Mg合金，粉末的粒度為100?300目。
[0016]作為改進，所述步驟3)、步驟4)可合并為一道工序，即在燒結(jié)之前增加保溫即可。
[0017]作為改進，所述步驟5)可調(diào)整到步驟6)之后進行，并且所述步驟5)在活塞的力學(xué)性能滿足要求的前提下可作為選項。
[0018]作為改進，所述步驟5)的熱處理不局限于人工時效，還可采用自然時效，即時效溫度為室溫，時效時間為12?100小時。
[0019]再改進，所述步驟6)的整形是在整形模具中進行擠壓變形，修正燒結(jié)產(chǎn)生的變形，變形量0.5?5%，提高活塞的尺寸及形位公差。
[0020]再改進，所述步驟7)使用的樹脂為丙烯酸脂類樹脂，其耐熱老化溫度> 160°C。
[0021]再改進，所述步驟7)、步驟8)在活塞的氣密性滿足要求的前提下作為選項。
[0022]進一步改進，所述步驟8)中的清洗是指用冷水清洗去除活塞表面的多余樹脂，清洗4?6次，每次1.5?2.5min,固化是指在90?150°C保溫10?45min，使孔隙內(nèi)的樹脂固化。
[0023]進一步改進，所述步驟9)在活塞表面硬度或耐磨性滿足要求的前提下作為選項。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明的活塞的材質(zhì)組分配比科學(xué)合理，制備工藝簡單，具有加工量少、材料利用高的特點，降低了生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，制得的活塞顯微組織中初晶硅為細小顆粒狀，分布均勻，可有效提高活塞的總體強度及摩擦磨損性倉泛。
【附圖說明】
[0025]圖1a-1b是本發(fā)明實施例1所制備的壓縮機活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為實施例1所用的純鋁粉顯微形貌圖；
[0027]圖3為實施例1所用的Al-Si合金粉顯微形貌圖；
[0028]圖4為實施例1活塞的金相組織圖；
[0029]圖5為實施例1活塞的斷口顯微形貌圖；
[0030]圖6為實施例2活塞的金相組織圖；
[0031]圖7為實施例3活塞的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0033]實施例1:
[0034]1、混料:活塞的化學(xué)成分為:A1-14% S1-2.5% Cu-1 % Mg(質(zhì)量分數(shù))，配料為48.8%的100目鋁粉(如圖2所示)、50%的100目Al-28% S1-5% Cu_2%Mg合金粉(如圖3所示)，添加1.2%的有機蠟作為潤滑劑。
[0035]2、成形:將混好的粉料在室溫模壓成形，壓制壓強為450MPa，成形密度為2.40g/
3
cm ο
[0036]3、脫蠟:將生坯快速加熱至420°C，保溫30min，保護氣氛為純氮氣，氮氣露點(-30°C，脫蠟后殘?zhí)剂?lt; 0.05%。
[0037]4、燒結(jié):將脫蠟完的產(chǎn)品加熱至550°C，保溫30min，保護氣氛為純氮氣，氮氣露點(-45°C，燒結(jié)密度為 2.60g/cm3。
[0038]5、熱處理:固溶溫度510°C，保溫llOmin，人工時效溫度150°C，時間8小時。
[0039]6、整形:將燒結(jié)完畢的活塞在整形模具中進行擠壓變形，修正燒結(jié)產(chǎn)生的變形，變形量0.5?5%，提高活塞的尺寸及形位公差。
[0040]7、機加工:根據(jù)活塞圖紙尺寸要求，進行精加工，達到圖紙要求。
[0041]8、真空浸樹脂:為了達到活塞氣密性要求，對其進行真空浸潰樹脂，使樹脂填充至孔隙內(nèi)，達到封孔的目的。真空浸樹脂溫度為80°C，壓力0.09MPa，浸潰時間20min。所使用樹脂為丙烯酸脂類樹脂，其耐熱老化溫度> 160°C。
[0042]9、清洗:浸潰完畢后，冷水清洗去除活塞表面的多余樹脂，清洗5次，每次2min。
[0043]10、固化:100°C保溫30min，使孔隙內(nèi)的樹脂固化。
[0044]11、將產(chǎn)品進行陽極氧化處理，在活塞表面形成氧化膜。
[0045]活塞的金相組織如圖4所示，初晶硅為細小顆粒狀，分布均勻，可有效提高活塞的總體強度及摩擦磨損性能。斷口顯微形貌如圖5所示，鋁硅合金燒結(jié)良好，斷口為鋁合金的撕裂及初晶硅脆斷的混合斷裂形貌。
[0046]實施例2:
[0047]1、混料:活塞的化學(xué)成分為:Al-28% Si_2%Mg(質(zhì)量分數(shù))，98.5%的100目Al-28% S1-2% Mg(質(zhì)量分數(shù))合金粉，1.5%的酰胺蠟作為潤滑劑。
[0048]2、成形:將混好的粉料在室溫模壓成形，壓制壓強為450MPa，成形密度為2.40g/
3
cm ο
[0049]3、脫蠟:生坯快速加熱至420°C，保溫30min，保護氣氛為純氮氣，氮氣露點(-30°C，脫蠟后殘?zhí)剂?lt; 0.05%。
[0050]4、燒結(jié):將脫蠟完的產(chǎn)品加熱至585°C，保溫30min，保護氣氛為純氮氣，氮氣露點(-45°C，燒結(jié)密度為 2.50g/cm3。
[0051]5、整形:將燒結(jié)完畢的活塞在整形模具中進行擠壓變形，修正燒結(jié)產(chǎn)生的變形，變形量0.5?5%，提高活塞