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原文传递轻型汽车铝基功能梯度复合材料气缸套开发及其材料性能研究

论文题名：	轻型汽车铝基功能梯度复合材料气缸套开发及其材料性能研究
关键词：	轻型汽车;发动机气缸套;成型工艺;铝基功能;梯度复合材料;耐磨性能;抗拉强度
摘要：	本文采用离心铸造法成功开发了国内某企业轻型汽车474型号发动机铝基功能梯度复合材料气缸套。该气缸套从结构上分为两层，内层为初晶Si和Mg2Si颗粒增强层，外层为铝基体。本文研究了该型号铝基复合材料气缸套的的成型工艺。运用XRD、光学显微镜、SEM等方法分析了该气缸套的成分、组织形貌、以及颗粒的分布情况，并对气缸套的硬度、耐磨性性做了测试，研究了颗粒增强层的耐磨机理。实验结果表明：内层增强层可使气缸套具有良好的硬度、耐磨性和热稳定性，而外层基体层提高了气缸套的抗拉强度，具有良好的机械加工性能。　　气缸套的工作环境复杂，工作中燃烧生成的大量的SO2、SO3、含氮含碳化合物溶于冷却水中，致使铝合金气缸套面临着一个重要的问题—腐蚀，本文模拟气缸套酸性工作环境，分别研究了铝合金气缸套材料在硝酸、硫酸中的腐蚀行为，研究了铝合金气缸套分别在常温与高温80℃的腐蚀行为，研究了硝酸与硫酸的浓度对铝合金气缸套的腐蚀行为影响，并做了相同环境下的该型号的铸铁气缸套的腐蚀研究，作为对比。研究结果表明：Al-Si-Mg合金气缸套材料的腐蚀主要为电偶腐蚀。相同环境下，Al-Si-Mg合金气缸套的体积腐蚀率远远小于铸铁气缸套。腐蚀过程中，电极电位更负的Mg2Si先作为阳极被腐蚀，铝基体作为阴极。当残余Mg2Si被SiH4水解生成的SiO2包裹后，被SiO2包裹的残余Mg2Si即充当阴极，而Mg2Si周围的铝基体则充当阳极被腐蚀掉。在硅和铝基体组成的微电池中，初晶Si和共晶Si在腐蚀的时候充当阴极，电极电位更负的的铝基体作为阳极被腐蚀掉。温度升高，铝合金气缸套和铸铁气缸套的腐蚀速率都相应的加快，酸浓度对气缸套的腐蚀有显著的影响。　　本文运用VHX-600电子显微镜对Al-Si-Mg合金做了微观腐蚀过程、腐蚀后表面微观三维形貌和微观腐蚀深度的研究。由于传统的气缸套储油结构加工主要是采用两次平台珩磨工艺，然而两次平台珩磨工艺复杂，对设备要求高。本文针对铝合金气缸套，创新性的提出了一种新的表面储油结构的加工方法—腐蚀。结果表明：通过腐蚀的方法可以得到气缸套的表面储油结构与通过激光珩磨、松孔镀铬、二次平台加工方法得到的表面储油结构类似，储油结构的深度5μm可以通过两种方式实现：①在15℃时，25％硫酸溶液中，腐蚀283分钟；②在60℃时，25%硫酸溶液中，腐蚀21分钟。腐蚀的方法加工储油结构可以降低成本，使工艺简化，还能有效的减少气缸套的拉缸现象。　　通过对Al-Si-Mg合金气缸套热处理的研究得出以下结论：在一定范围内，应尽可能的提高固溶温度，增加第二相粒子的固溶度，才能有效的提高固溶效果。相比单级时效，145℃和175℃的双级时效能够更有效的提高合金强化效果，缩短时效时间，提高合金的硬度和耐磨性。
作者：	谭东
专业：	材料加工工程
导师：	刘昌明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文