[00113837]基于稀土铈变质的减摩耐磨过共晶铝硅合金制备方法

1、课题来源与背景 课题来源：国家自然科学基金资助（51561021） 背景： 研究表明,汽车燃料的60%消耗于自重,如果汽车的重量减轻10%,可以使汽车的燃油消耗减少6%～8%,同时使燃油效率提高5.5%左右,并且每消耗1L燃料,可以减少2.5千克CO2排放量。而作为传统铸铁理想替代材料的过共晶铝硅合金,因具有良好的铸造性能、低的热膨胀系数以及较好的耐磨耐蚀性被应用于生产汽车发动机活塞、缸体缸盖等零部件,以实现减轻汽车自重和节约能源的目的。工业生产中活塞用铝硅合金应具有减摩耐磨的特性,以提高机件的使用稳定性和使用寿命。但过共晶铝硅合金组织中存在的粗大块状、不规则五瓣星状初生Si及粗大针片状共晶Si,恶化了合金的摩擦磨损环境,不宜于活塞零件的长时间服役。 2、研究目的及意义 目前,主要借助合金化及变质的方法,通过改善活塞用过共晶铝硅合金中初生Si与共晶Si的形态、尺寸以及分布状态来减小零部件之间的摩擦。但是随着过共晶铝硅合金中Si相形态的规则化、尺寸的细化、分布的均匀化,虽利于优化合金的摩擦环境,但细小的Si相分布在合金基体上,降低了合金的耐磨性能,仍然不能满足汽车活塞零件在服役时对合金摩擦磨损性能的要求。 本发明基于稀土铈变质的新型减摩耐磨过共晶铝硅合金制备方法,对合金材料进行干摩擦试验,其摩擦系数随时间的变化中在相同的干摩擦时间里,稀土铈含量的不同对合金的摩擦系数有着明显的影响,其平均摩擦系数随稀土铈含量的增加而减小。同时,合金的磨损质量在特定时间里也随稀土含量的增大而减小,表现出耐磨性的增强。 3、主要论点及论据 本发明基于稀土铈变质的新型减摩耐磨过共晶铝硅合金制备方法,采用活性元素铈变质过共晶铝硅合金,通过稀土原子在Si相结晶界面前沿的富集,增大过冷度,促进形核并抑制Si相的长大。另外,稀土Ce在Al和Si中的固溶度极其有限,在合金凝固过程中被推移到Si生长的界面前沿,诱导Si晶体形成高密度的孪晶凹槽,使Si晶体转变为各向同性生长,因此有效的变质了过共晶铝硅合金中的Si相,使得初生硅尺寸从未变质前的190微米减小到43微米,也能有效变质共晶硅为短杆状和细小棒状,从而改善了合金的摩擦环境。 本发明基于稀土铈变质的新型减摩耐磨过共晶铝硅合金制备方法,采用Cu和Bi这样的合金化元素,让其固溶到铝硅合金熔体中,在金属模具铸造凝固过程中,形成硬质点的第二相,分布在合金基体上,起到第二相强化的作用,从而保障了合金材料的耐磨性。 4、创见与创新 本发明基于稀土铈变质的新型减摩耐磨过共晶铝硅合金制备方法,对合金材料进行干摩擦试验,其摩擦系数随时间的变化中在相同的干摩擦时间里,稀土铈含量的不同对合金的摩擦系数有着明显的影响,其平均摩擦系数随稀土铈含量的增加而减小。同时,合金的磨损质量在特定时间里也随稀土含量的增大而减小,表现出耐磨性的增强。 5、社会经济效益、存在的问题 无 6、历年获奖情况 无