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应用浸渍技术制造A3360铝合金和铁铬硅纤维的复合材料
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-10-20
采用ASTM标准中的A3360(Al，13%Si，1.5%Ni，1.3%Cu，1.3%Mg)作为基体合金。选定日本弹簧株式会社生产的铁铬硅(Fe，20%Cr，5%Si)纤维作为强化材料，这种金属纤维与铝合金液的湿润性好，同时它是由熔液萃取法生产的微细晶粒，因而具有较高的强度特性。具体来说，它在室温及673K下，其抗拉强度分别达到950兆帕和650兆帕，其延伸率分别为15%和30%。
在汽车行业中应用铸造铝合金的零部件很多，诸如发动机缸体、活塞、汽缸盖，冷却系统中的水泵、接头，燃烧系统中的汽油泵、喷嘴、变速系统中的变速箱等等。对此类铝合金铸件来说，如果产生油水泄漏，会严重影响整车的性能。为此采用浸渍技术对其进行处理是最有效的，且能节省资源、节省能源，同时也有利于环境保护。
众所周知，金属材料零部件在铸造过程中，会因其凝固收缩而产生收缩孔，这就不可避免地由氢气、氮气等气体引起气孔缺陷。另外，不用铸造法而用粉末冶金法制造的金属烧结体和陶瓷烧结体，本身就是多孔体。为了提高它们的机械性能，就必须消除和减少其内部的孔隙缺陷。因此，研究开发浸渍技术的目的就在于此。
目前，据有关资料记录，浸渍技术主要有以下三种方法∶
内部加压浸渍法；
浸渍前抽真空一加压法；
浸渍后抽真空一加压法。
被浸渍的物体内部若有孔隙，就必须用浸渍液将其中的空气置换出来。而处于真空或减压状态下，浸渍液很容易置换其中的空气。另一方面，即使在浸渍液与被浸渍物之间的湿润性差、浸渍速度变快的情况下，可以通过升压泵有效地产生高液压，进而在真空加压下，通过加热被浸渍物，增加浸渍液流动性，这样就可以在温度分布均匀的情况下进行优质的浸渍处理。
加压浸渍法有许多优点，但进行加压一真空一高温处理时，技术上也有一定的难度，同时关于压力容器的使用在法律上也有许多限制。图1所示的高温真空加压浸渍装置克服了上述问题。如前工序1(加热+加压处理)中，在加热的同时进行加压，槽内的气体分子数会增加，使对流传导效率提高，从而使浸渍液与被浸渍物的温度分布均匀。在前工序2(真空处理)中，可以排除被浸渍物中的空气、水分、有机气体等不纯物质。通过真空处理后，提高了浸渍液的渗透性。
在浸渍工序1(浸渍处理)中，例如用升降机械将被浸渍物放到浸渍液中，使浸渍液渗透到被浸渍物内部。而浸渍工序2(加压浸渍处理)可以使浸渍液渗透到被浸渍物内部，若使用高黏性的浸渍液，就连真空处理不充分也能产生充分的渗透效果。同时，由于加压也可抑制浸渍时产生气泡。通过加工工序(冷却+排气处理)将被浸渍物提起进行冷却，使浸渍液硬化。随后，减压使被浸渍物回到大气中，而此时，被硬化的浸渍液中气泡也会膨胀。
为了使浸渍技术应用于汽车发动机活塞的制造中，在浸渍过程中尽量把压力控制在一定范围内，以避免使用高压容器，并且对重力铸造装置进行改进。同时，还开发了0.8兆帕以下的低压浸渍法。
2低温浸渍法制造铝合金复合材料
作为汽车发动机活塞等零部件用铝合金复合材料，重量必须要轻，且要耐高温。原来此类零部件是用高压铸造法和粉末冶金法生产的。但是，这两种方法难以生产大型且形状复杂的零部件。为了避免这些缺点，我们采用了金属纤维作强化材料的金属复合材料，并用低压浸渍法来生产大型且形状复杂的金属复合材料零部件。通过试验验证了低压浸渍法适用于制造铝合金复合材料，且可在有凝固收缩缺陷和流动性差的情况下获得无孔隙的复合材料。
采用ASTM标准中的A3360(Al，13%Si，1.5%Ni，1.3%Cu，1.3%Mg)作为基体合金。选定日本弹簧株式会社生产的铁铬硅(Fe，20%Cr，5%Si)纤维作为强化材料，这种金属纤维与铝合金液的湿润性好，同时它是由熔液萃取法生产的微细晶粒，因而具有较高的强度特性。具体来说，它在室温及673K下，其抗拉强度分别达到950兆帕和650兆帕，其延伸率分别为15%和30%。
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