應(yīng)用浸漬技術(shù)制造鋁合金復(fù)合材料

  在汽車行業(yè)中應(yīng)用鑄造鋁合金的零部件很多,諸如發(fā)動機(jī)缸體、活塞、汽缸蓋,冷卻系統(tǒng)中的水泵、接頭,燃燒系統(tǒng)中的汽油泵、噴嘴、變速系統(tǒng)中的變速箱等等。對此類鋁合金鑄件來說,如果產(chǎn)生油水泄漏,會嚴(yán)重影響整車的性能。為此采用浸漬技術(shù)對其進(jìn)行處理是最有效的,且能節(jié)省資源、節(jié)省能源,同時(shí)也有利于環(huán)境保護(hù)。

  眾所周知,金屬材料零部件在鑄造過程中,會因其凝固收縮而產(chǎn)生收縮孔,這就不可避免地由氫氣、氮?dú)獾葰怏w引起氣孔缺陷。另外,不用鑄造法而用粉末冶金法制造的金屬燒結(jié)體和陶瓷燒結(jié)體,本身就是多孔體。為了提高它們的機(jī)械性能,就必須消除和減少其內(nèi)部的孔隙缺陷。因此,研究開發(fā)浸漬技術(shù)的目的就在于此。

  目前,據(jù)有關(guān)資料記錄,浸漬技術(shù)主要有以下三種方法∶

  內(nèi)部加壓浸漬法;

  浸漬前抽真空一加壓法

  浸漬后抽真空一加壓法。

  被浸漬的物體內(nèi)部若有孔隙,就必須用浸漬液將其中的空氣置換出來。而處于真空或減壓狀態(tài)下,浸漬液很容易置換其中的空氣。另一方面,即使在浸漬液與被浸漬物之間的濕潤性差、浸漬速度變快的情況下,可以通過升壓泵有效地產(chǎn)生高液壓,進(jìn)而在真空加壓下,通過加熱被浸漬物,增加浸漬液流動性,這樣就可以在溫度分布均勻的情況下進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的浸漬處理。

  加壓浸漬法有許多優(yōu)點(diǎn),但進(jìn)行加壓一真空一高溫處理時(shí),技術(shù)上也有一定的難度,同時(shí)關(guān)于壓力容器的使用在法律上也有許多限制。圖1所示的高溫真空加壓浸漬裝置克服了上述問題。如前工序1(加熱+加壓處理)中,在加熱的同時(shí)進(jìn)行加壓,槽內(nèi)的氣體分子數(shù)會增加,使對流傳導(dǎo)效率提高,從而使浸漬液與被浸漬物的溫度分布均勻。在前工序2(真空處理)中,可以排除被浸漬物中的空氣、水分、有機(jī)氣體等不純物質(zhì)。通過真空處理后,提高了浸漬液的滲透性。

  在浸漬工序1(浸漬處理)中,例如用升降機(jī)械將被浸漬物放到浸漬液中,使浸漬液滲透到被浸漬物內(nèi)部。而浸漬工序2(加壓浸漬處理)可以使浸漬液滲透到被浸漬物內(nèi)部,若使用高黏性的浸漬液,就連真空處理不充分也能產(chǎn)生充分的滲透效果。同時(shí),由于加壓也可抑制浸漬時(shí)產(chǎn)生氣泡。通過加工工序(冷卻+排氣處理)將被浸漬物提起進(jìn)行冷卻,使浸漬液硬化。隨后,減壓使被浸漬物回到大氣中,而此時(shí),被硬化的浸漬液中氣泡也會膨脹。

  為了使浸漬技術(shù)應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)活塞的制造中,在浸漬過程中盡量把壓力控制在一定范圍內(nèi),以避免使用高壓容器,并且對重力鑄造裝置進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí),還開發(fā)了0.8兆帕以下的低壓浸漬法。

  低溫浸漬法制造鋁合金復(fù)合材料

  作為汽車發(fā)動機(jī)活塞等零部件用鋁合金復(fù)合材料,重量必須要輕,且要耐高溫。原來此類零部件是用高壓鑄造法和粉末冶金法生產(chǎn)的。但是,這兩種方法難以生產(chǎn)大型且形狀復(fù)雜的零部件。為了避免這些缺點(diǎn),我們采用了金屬纖維作強(qiáng)化材料的金屬復(fù)合材料,并用低壓浸漬法來生產(chǎn)大型且形狀復(fù)雜的金屬復(fù)合材料零部件。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了低壓浸漬法適用于制造鋁合金復(fù)合材料,且可在有凝固收縮缺陷和流動性差的情況下獲得無孔隙的復(fù)合材料。

  采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的A3360(Al,13%Si,1.5%Ni,1.3%Cu,1.3%Mg)作為基體合金。選定日本彈簧株式會社生產(chǎn)的鐵鉻硅(Fe,20%Cr,5%Si)纖維作為強(qiáng)化材料,這種金屬纖維與鋁合金液的濕潤性好,同時(shí)它是由熔液萃取法生產(chǎn)的微細(xì)晶粒,因而具有較高的強(qiáng)度特性。具體來說,它在室溫及673K下,其抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到950兆帕和650兆帕,其延伸率分別為15%和30%。