動(dòng)機(jī)活塞，包括:高強(qiáng)度支撐骨架和包覆在所述高強(qiáng)度支撐骨架外并用于填充成型的耐磨損填充鋁料；所述高強(qiáng)度支撐骨架由表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維纏繞排布而成，所述高強(qiáng)度支撐骨架包括活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)I和活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)2 ;在所述活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)I中，位于活塞頂部3的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維其兩端延伸至活塞裙部4 ;在所述活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)2中，位于活塞銷孔5處的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維圍繞活塞銷孔5繞一圈后兩端反向圍繞活塞裙部4延伸，且所述活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)I纏繞在所述活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)2外；所述耐磨損填充鋁料為短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
[0014]上述鋁基復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的制備工藝包括以下步驟:
步驟一、制備表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維:通過送絲輪放絲和收絲輪牽引，使長(zhǎng)碳纖維浸入碳化硅混雜懸浮液中，然后依次經(jīng)過低溫干燥、中溫干燥脫水、高溫脫水致密化處理后備用；具體地，步驟一詳細(xì)工藝參數(shù)可以參考中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1059937 C中記載的內(nèi)容。
[0015]步驟二、制備表面涂覆有碳化硅的短碳纖維:將長(zhǎng)碳纖維切短，浸入碳化硅混雜懸浮液中，超聲震蕩，然后依次經(jīng)過低溫干燥打散、中溫干燥脫水再打散、高溫脫水致密化處理后備用；具體地，步驟二詳細(xì)工藝參數(shù)可以參考中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1059937 C中記載的內(nèi)容，與中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1059937 C中記載的內(nèi)容不同的是，本發(fā)明先將長(zhǎng)碳纖維切短然后再進(jìn)行浸入碳化硅混雜懸浮液中，由于短碳纖維斷面的面積占總表面積的比重較大，先對(duì)長(zhǎng)碳纖維進(jìn)行表面處理然后再切短，則短碳纖維斷面由于未涂覆碳化硅隔離層，容易在高溫下與熔融鋁液產(chǎn)生界面反應(yīng)，從而影響耐磨損填充鋁料的品質(zhì)性能，使鋁基復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的耐磨性能下降。由于短碳纖維容易相互粘結(jié)，因此在浸漬時(shí)需要超聲保證短碳纖維充分接觸碳化硅混雜懸浮液，在干燥步驟中需要進(jìn)行多次打散，以便于后續(xù)在熔融鋁液中充分分散。
[0016]步驟三、制備高強(qiáng)度支撐骨架:將步驟一制備的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維纏繞排布成具有頂部、裙部和銷孔的活塞骨架結(jié)構(gòu)，表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維先圍繞活塞銷孔繞一圈后兩端反向圍繞活塞裙部延伸，纏繞形成活塞裙部和活塞銷孔，然后再由活塞裙部一側(cè)經(jīng)活塞頂部向活塞裙部另一側(cè)纏繞，使位于活塞頂部的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維其兩端均延伸至活塞裙部。具體地，使位于活塞頂部的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維其兩端均延伸至活塞裙部的繞法可以如圖1和圖2所示，由活塞頂部繞至活塞裙部，每一圈都為接頭交錯(cuò)的矩形，平行繞一層再垂直于上一層的方向，由活塞頂部繞至活塞裙部再平行繞一層，形成類似圓柱體結(jié)構(gòu)；鏤空部和內(nèi)凹部可以切除多余的碳纖維，為防止高強(qiáng)度支撐骨架松散，可以先將纏繞好的高強(qiáng)度支撐骨架浸入熔融鋁液中，然后后取出冷卻，再切除多余的碳纖維。
[0017]步驟四、耐磨損填充鋁料填充成型:將步驟三制得的高強(qiáng)度支撐骨架置于澆注模中，然后將步驟二制得的表面涂覆有碳化硅的短碳纖維經(jīng)預(yù)熱后與熔融鋁液混合，經(jīng)超聲充分混合均勻后澆注到澆注模中，使活塞澆鑄成型，最后經(jīng)T6熱處理即制得。具體地，步驟四詳細(xì)工藝參數(shù)可以參考中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 101775563 B中記載的內(nèi)容。
[0018]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所作的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明具體實(shí)施僅限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋁基復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，其特征是，包括:高強(qiáng)度支撐骨架和包覆在所述高強(qiáng)度支撐骨架外并用于填充成型的耐磨損填充鋁料； 所述高強(qiáng)度支撐骨架由表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維纏繞排布而成，所述高強(qiáng)度支撐骨架包括活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)(I)和活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)(2);在所述活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)(I)中，位于活塞頂部(3)的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維其兩端延伸至活塞裙部(4);在所述活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)(2)中，位于活塞銷孔(5)處的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維圍繞活塞銷孔(5)繞一圈后兩端反向圍繞活塞裙部(4)延伸，且所述活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)(I)纏繞在所述活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)(2)外； 所述耐磨損填充鋁料為短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鋁基復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的制備工藝，其特征是，包括以下步驟: 步驟一、制備表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維:通過送絲輪放絲和收絲輪牽引，使長(zhǎng)碳纖維浸入碳化硅混雜懸浮液中，然后依次經(jīng)過低溫干燥、中溫干燥脫水、高溫脫水致密化處理后備用; 步驟二、制備表面涂覆有碳化硅的短碳纖維:將長(zhǎng)碳纖維切短，浸入碳化硅混雜懸浮液中，超聲震蕩，然后依次經(jīng)過低溫干燥打散、中溫干燥脫水再打散、高溫脫水致密化處理后備用; 步驟三、制備高強(qiáng)度支撐骨架:將步驟一制備的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維纏繞排布成具有頂部、裙部和銷孔的活塞骨架結(jié)構(gòu)，表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維先圍繞活塞銷孔繞一圈后兩端反向圍繞活塞裙部延伸，纏繞形成活塞裙部和活塞銷孔，然后再由活塞裙部一側(cè)經(jīng)活塞頂部向活塞裙部另一側(cè)纏繞，使位于活塞頂部的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維其兩端均延伸至活塞裙部； 步驟四、耐磨損填充鋁料填充成型:將步驟三制得的高強(qiáng)度支撐骨架置于澆注模中，然后將步驟二制得的表面涂覆有碳化硅的短碳纖維經(jīng)預(yù)熱后與熔融鋁液混合，經(jīng)超聲充分混合均勻后澆注到澆注模中，使活塞澆鑄成型，最后經(jīng)T6熱處理即制得。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有更高機(jī)械強(qiáng)度的鋁基復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，包括高強(qiáng)度支撐骨架和耐磨損填充鋁料；所述高強(qiáng)度支撐骨架由表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維纏繞排布而成，且包括活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)和活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)；在前一結(jié)構(gòu)中，位于活塞頂部的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維其兩端延伸至活塞裙部；在后一結(jié)構(gòu)中，位于活塞銷孔處的表面涂覆有碳化硅的長(zhǎng)碳纖維圍繞活塞銷孔繞一圈后兩端反向圍繞活塞裙部延伸，且所述活塞頂部增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)纏繞在所述活塞裙部銷孔增強(qiáng)纏繞結(jié)構(gòu)外；所述耐磨損填充鋁料為短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明還公開了上述鋁基復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的制備方法。
【IPC分類】F02F3-00, B22D19-14
【公開號(hào)】CN104727970
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510107277
【發(fā)明人】章高偉, 江冬青, 徐艷, 王慶權(quán), 張玉清, 趙傳年, 劉杰
【申請(qǐng)人】安徽省恒泰動(dòng)力科技有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月12日