專利名稱：鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是鋁合金的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體缸筒的內(nèi)壁的構(gòu)造。
二背景技術(shù)：
由于發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞是在其氣缸體的缸筒內(nèi)作高速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所以，要求其缸筒的內(nèi)壁要有極好的耐磨性能和易潤滑的性能。對(duì)于鋁合金的發(fā)動(dòng)機(jī)來講，為讓其缸筒的內(nèi)壁具有這兩種性能，目前采用了以下兩種辦法。
一種辦法是在其氣缸體的對(duì)應(yīng)部位嵌入一個(gè)其內(nèi)壁具有這兩種性能的鑄鋼缸套。該鑄鋼缸套內(nèi)壁的耐磨性能是通過一系列熱處理工序使其增強(qiáng)的；該鑄鋼缸套內(nèi)壁的易潤滑性能是通過“珩磨”工序使其增強(qiáng)的。然而，所述的熱處理工序不但工藝復(fù)雜、成本高，而且其最終的耐磨性能仍常常達(dá)不到令人滿意的要求；所述珩磨加工雖然增強(qiáng)了缸套內(nèi)壁易潤滑的性能，但其內(nèi)壁存儲(chǔ)潤滑油的性能卻仍然不好。另外，鑄鋼缸套的傳熱效果也比鋁合金差得多。由于這三方面的原因，使得所述鑄鋼缸套乃至氣缸體的使用壽命都太短。
另一種辦法是在氣缸體的缸筒內(nèi)壁電鍍一層“硬鉻”復(fù)合層，即采用“松孔鍍鉻”的工藝來使該缸筒內(nèi)壁增加一層硬鉻。與鑄鋼缸套相比，不但該復(fù)合層本身的耐磨性好得多，而且存儲(chǔ)潤滑油的性能也有很明顯的提高。但是，這種復(fù)合層的電鍍時(shí)間較長、生產(chǎn)效率低，而且其尺寸精度很難保證——用精加工的辦法來解決其尺寸精度的問題也比較困難。嚴(yán)重的問題是該電鍍工藝的鍍液中含有六價(jià)鉻，對(duì)環(huán)境有較大的污染。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提出一種改進(jìn)的方案，該方案在保證尺寸精度的前提下，使氣缸缸筒的內(nèi)壁具有更好的耐磨性和易潤滑性。
實(shí)現(xiàn)所述目的改進(jìn)方案的一種鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、與一般的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體相似，包括氣缸體本體和氣缸缸筒等必備結(jié)構(gòu)。它的氣缸缸筒的內(nèi)壁為復(fù)合層構(gòu)造，該復(fù)合層是氧化鋁微晶陶瓷層。該氧化鋁微晶陶瓷層是在鋁合金基體的氣缸缸筒內(nèi)壁上用“微弧氧化”的方法使其“生長”出來的一層復(fù)合層(其實(shí)施方法和過程從約)——與表面鍍鉻等工藝不同，該復(fù)合層的“生長”是向基體材料內(nèi)滲透的所謂“內(nèi)生長”，其結(jié)果是所述氧化鋁微晶陶瓷層與鋁合金基體的氣缸缸筒內(nèi)壁之間有了一層過渡區(qū)。正是這過渡區(qū)，把該氧化鋁微晶陶瓷層與鋁合金基體牢固地結(jié)合為一體。該氧化鋁微晶陶瓷層又大致分為內(nèi)外兩層(即這兩層間也沒有明顯的界限)，其內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密，其外層充滿微孔；致密內(nèi)層的厚度是外層厚度的2～3倍。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)越性如下。
1、與硬鉻鍍層相比較，尺寸精度更容易保證。表面鍍鉻是鉻(或鉻合金)在被鍍基體表面沉積的“外生長”方式。這樣，就使得被鍍樣品(或工件)的尺寸有較大的改變，而此鍍層的厚度又不像機(jī)械精加工那樣容易控制。所以，最終的尺寸精度也不易保證。而“微弧氧化”主要是“內(nèi)生長”方式，開始有的一點(diǎn)點(diǎn)外生長量的數(shù)量級(jí)又很小很小，都在尺寸允差的范圍之內(nèi)。所以，氣缸缸筒外壁表面生長出氧化鋁微晶陶瓷層后，其尺寸精度仍能得到保證。
2、與經(jīng)過熱處理后增強(qiáng)、增硬的鑄鋼缸套和內(nèi)壁硬鉻鍍層相比較，本實(shí)用新型氣缸缸筒的內(nèi)壁的氧化鋁微晶陶瓷層有更高的顯微硬度(檢驗(yàn)表明，其值達(dá)到HV800～HV1500)，所以，它的耐磨性能得到了很大的提高；該陶瓷層的易潤滑性也非常好。
3、由于所述的氧化鋁微晶陶瓷層是大致分為內(nèi)外兩層的，其內(nèi)層較厚、結(jié)構(gòu)致密，其外層較薄、且充滿微孔。因此，其外表面還有非常好的存儲(chǔ)潤滑油的性能。
4、由于沒有了鑄鋼缸套，所以，也不存在因?yàn)橛需T鋼缸套而帶來的影響氣缸體散熱性能的缺陷了。這樣，也大大提高了氣缸體的使用壽命。
5、實(shí)施本實(shí)用新型的工藝過程中沒有了鍍鉻工藝中的六價(jià)鉻，大幅度地減少了對(duì)環(huán)境的污染。
四

圖1——本實(shí)用新型氣缸體的俯視圖圖2——圖1的A-A向剖視圖圖3——圖2的I區(qū)域的局部放大圖五具體實(shí)施方式
實(shí)施例鋁合金(例如ZL107、ZL101等)摩托車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體，它包括氣缸體本體1和氣缸缸筒2等必備結(jié)構(gòu)。整個(gè)氣缸體(包括氣缸缸筒2的基體)先由同一鋁合金材料鑄造成的一個(gè)整體。必要的精加工和前處理工序之后，再用微弧氧化的方法讓該氣缸缸筒2的內(nèi)壁生長出與其鋁合金基體4牢固地結(jié)合為一體的復(fù)合層——氧化鋁微晶陶瓷層3。把氧化鋁微晶陶瓷層3和鋁合金基體4牢固地接合為一體的是一層在它們之間的過渡區(qū)5(附圖中僅用一條實(shí)線表示出來)。該氧化鋁微晶陶瓷層3分為內(nèi)外兩層，其內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密，其外層充滿微孔，該致密內(nèi)層的厚度大約是外層厚度的2～3倍(如方案中所講，這兩層間沒有明顯的界限，故附圖中未畫出它們的區(qū)別，即僅畫出了氧化鋁微晶陶瓷層3)。
根據(jù)不同的需要，可把氧化鋁微晶陶瓷層3的總厚度(即致密內(nèi)層與充滿微孔的外層之和)控制在5μm～500μm之間；而綜合考慮性能和經(jīng)濟(jì)性，較好的總厚度以10μm～90μm為宜；最合適的總厚度值取50μm(其致密層厚度大約為35μm)、60μm(其致密層厚度大約為42μm)或70μm(其致密層厚度大約為50μm)。
對(duì)上述三個(gè)最合適總厚度值的氧化鋁微晶陶瓷層進(jìn)行硬度測試和作耐磨試驗(yàn)(磨至氣缸缸筒的內(nèi)壁尺寸剛超過允差)其顯微硬度均在HV1200左右。耐磨試驗(yàn)時(shí)間均達(dá)到600小時(shí)以上。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鍍硬鉻的大于100小時(shí)的要求，同樣也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鈉米電鍍的大于200小時(shí)的要求。
權(quán)利要求1.一種鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，它包括氣缸體本體(1)和氣缸缸筒(2)等結(jié)構(gòu)，其氣缸缸筒(2)的內(nèi)壁為復(fù)合層構(gòu)造，其特征在于所述氣缸缸筒(2)內(nèi)壁的復(fù)合層是氧化鋁微晶陶瓷層(3)，在氧化鋁微晶陶瓷層(3)和鋁合金基體(4)的氣缸缸筒(2)內(nèi)壁之間有一層把它們牢固地接合為一體的過渡區(qū)(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，其特征在于所述氧化鋁微晶陶瓷層(3)又分為內(nèi)外兩層，其內(nèi)層結(jié)構(gòu)比外層致密，其外層布滿微孔，該致密內(nèi)層的厚度是外層厚度的2～3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，其特征在于所述氧化鋁微晶陶瓷層(3)的總厚度為5μm～500μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，其特征在于所述氧化鋁微晶陶瓷層(3)的總厚度為10μm～90μm。
專利摘要一種鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，它包括氣缸體和氣缸缸筒等結(jié)構(gòu)，其氣缸缸筒的內(nèi)壁為復(fù)合層構(gòu)造，該復(fù)合層是氧化鋁微晶陶瓷層，該氧化鋁微晶陶瓷層是用微弧氧化的方法使其與鋁合金基體牢固地結(jié)合為一體的。所述氧化鋁微晶陶瓷層的總厚度為10μm～90μm；它又分為內(nèi)外兩層，其內(nèi)層較厚、結(jié)構(gòu)致密，其外層較薄、且充滿微孔。它有良好的潤滑性能和存儲(chǔ)潤滑油的特性，它的顯微硬度大。所以，它有極好的耐磨性。另外，該復(fù)合層能很好地保證氣缸缸筒的尺寸精度；有很好的傳熱性能。綜上所述，本實(shí)用新型的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體制造成本低，使用壽命長。
文檔編號(hào)F02F1/08GK2665381SQ0325017
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者章宗和, 廖正陶, 向冬霞, 王軍 申請(qǐng)人:重慶鎂業(yè)科技股份有限公司