本發(fā)明涉及一種發(fā)動機端蓋，屬于合金材料技術領域。
背景技術：
發(fā)動機(Engine)是一種能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為機械能的機器，包括如內(nèi)燃機(汽油發(fā)動機等)、外燃機(斯特林發(fā)動機、蒸汽機等)、電動機等。如內(nèi)燃機通常是把化學能轉(zhuǎn)化為機械能。發(fā)動機既適用于動力發(fā)生裝置，也可指包括動力裝置的整個機器(如：汽油發(fā)動機、航空發(fā)動機)。發(fā)動機最早誕生在英國，所以，發(fā)動機的概念也源于英語，它的本義是指那種“產(chǎn)生動力的機械裝置”。發(fā)動機端蓋性能的好壞對其能否正常工作以及其使用壽命的影響很大。因此這就要求發(fā)動機端蓋不僅具有良好機械性能和力學性能，且具有良好的耐熱性、耐腐蝕性、散熱性等。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是為了提供一種機械性能較好、耐磨損、耐腐蝕的發(fā)動機端蓋。
本發(fā)明的上述目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：一種發(fā)動機端蓋，所述發(fā)動機端蓋包括由鋁合金制成的本體和本體表面的鉻鍍層，所述的鋁合金組成元素及質(zhì)量百分比為：Si：7.5-8.8％，Mg：0.25-0.4％，Mn：0.75-1.0％，Cu：0.5-2.5％，Zn：1.1-2.0％，F(xiàn)e：1.1-1.6％，Ni：0.05-0.2％，Cr：0.1-0.25％，Sc：0.05-0.12％，As：0.02-0.05％，Y：0.005-0.025％，B：0.05-0.12％，且Si/Fe：5-7，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)，所述的鉻鍍層的厚度為10-25μm。
本發(fā)明發(fā)動機端蓋的鍍鉻層中由本體到鍍層表面方向其硬度值逐漸升高，呈梯度變化，本發(fā)明將鉻鍍層的厚度控制在10-25μm之間進一步改善鍍層與本體的結合強度，從而可以提高鍍層的綜合性能，如耐磨性、耐腐蝕性。且在本發(fā)明的發(fā)動機端蓋中，本體在普通鋁合金的基礎上，加入適量的Cr、Sc、As、Y、B，并提高Mg、Mn的含量，降低Cu、Zn、Fe的含量，通過這些成分之間產(chǎn)生的協(xié)同作用，得到具有良好的力學性能和機械性能的發(fā)動機端蓋本體，顯著提高發(fā)動機端蓋的耐磨性、耐腐蝕性以及耐熱性，進而提高發(fā)動機端蓋的使用壽命。
在本發(fā)明發(fā)動機端蓋本體鋁合金中，鐵和硅形成β-FeSiAl3、Fe2Si2Al9相。當鐵和硅比例不當，如Si/Fe大于7，會引起鑄件發(fā)動機端蓋產(chǎn)生裂紋，若鐵含量過高即Si/Fe小于5，則會使鑄件發(fā)動機端蓋產(chǎn)生脆性。鋁合金強度隨著Mn含量增加而提高，但其含量過高會產(chǎn)生脆性化合物MnA16，在后續(xù)加工中容易產(chǎn)生開裂，本發(fā)明適當提高Mn含量既保證鋁合金的強度又有較好的塑性，還提高鋁合金的抗腐蝕性能。因為本發(fā)明中添加了0.75-1.0％的Mn，會降低Mg的含量，所以本發(fā)明中適量提高了Mg的含量用以強化鋁合金，降低鋁合金的熱裂傾向，進一步改善鋁合金的耐腐蝕性能。Cr與Mn在合金中形成彌散相，抑制合金的再結晶和晶粒長大，對鋁合金起強化作用，還能改善鋁合金的韌性和耐腐蝕性能。在本發(fā)明中若Cr含量大于0.22％，Cr對鋁合金的增強作用就不再顯著。但在本發(fā)明的鋁合金中Mg的含量過高，否則通過后續(xù)的加工起不到強化作用。本發(fā)明降低了Zn的含量，通過與其他元素，如Mn、Cu等共同作用，提高鋁合金的抗拉強度、屈服強度和耐蝕性。B具有使鋁合金晶體結構細化的效果，而微細晶體結構可以提高鋁合金的強度，另外B還可有效提高鋁合金的強度和延伸性能，并使得鋁合金具有較好的抗疲勞強度和熱性能，填補鋁合金表層缺陷。本發(fā)明鋁合金中還加入Y和鈧，細化晶體結構，鋁合金組織晶粒逐漸被細化，抗拉強度和伸長率逐漸提高。鈧在鋁合金中同時具有過渡族金屬和稀土金屬這兩類金屬的作用，不僅能夠顯著細化鑄態(tài)合金晶粒、提高再結晶溫度從而提高鋁合金的強度和韌性，而且能顯著改善鋁合金的耐熱性、抗蝕性、和熱穩(wěn)定性。本發(fā)明鋁合金中還加入有0.02-0.05％As，進一步提高發(fā)動機端蓋的強度，若As含量超過0.05％，則會導致鋁合金變脆，嚴重影響發(fā)動機端蓋的加工性能。
作為優(yōu)選，所述的鋁合金組成元素及質(zhì)量百分比為：Si：7.8-8.5％，Mg：0.28-0.35％，Mn：0.8-0.92％，Cu：0.8-2.2％，Zn：1.5-1.8％，F(xiàn)e：1.2-1.5％，Ni：0.08-0.15％，Cr：0.15-0.22％，Sc：0.08-0.10％，As：0.02-0.03％，Y：0.01-0.022％，Ti：0.08-0.20％，B：0.06-0.10％，且Si/Fe：5-7，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
在上述的發(fā)動機端蓋中，所述的鉻鍍層通過如下方法形成：將本體依次進行有機溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。
作為優(yōu)選，電鍍鉻時的電鍍液的成分為鉻酐150-180g/L，硫酸1.2-1.8g/L，稀土添加劑1.3-1.6g/L，三價鉻1-2g/L。
鍍鉻配方因采用不同的預鍍工藝，需作適當?shù)恼{(diào)整。并且因添加劑的不同，鍍層的外觀也會有較大的差異。為了進一步保證鍍層的均勻性，在電鍍時陽極表面要經(jīng)常刷洗，保證導電良好。由于在鍍鉻溶液中，上層氣泡較多，電阻較大，可以將陽極制成上大，下小的圓錐形，以補償溶液上下層導電的差異。在電鍍時還需經(jīng)常分析調(diào)整鍍鉻溶液保證鍍液各成分含量都在最佳范圍內(nèi)。在電鍍液溶液中三價格含量過高會引起鍍液性能惡化，電阻增大，沉積速度降低，深鍍能力和分散能力下降，鍍層灰白、粗糙能問題。所述的稀土添加劑為現(xiàn)有技術中電鍍液中常用的稀土添加劑。
作為優(yōu)選，電鍍鉻時的工作溫度50-55℃，電流密度30-60A/dm2，沉積速率40μm/h。
進一步優(yōu)選，陰極電流密度逐漸升高，具體為：初始電流密度為30A/dm2，保持2-4min，然后以1.5A/dm2速度增加電流密度，直到60A/dm2，鍍鉻時間為3-5h。因為本發(fā)明發(fā)動機端蓋本體表面極易在很短的時間內(nèi)形成一層薄而致密的氧化膜，在這個膜上鍍鉻時，很難獲得與基體金屬結合力好的鍍層，所以必須采取特殊的給電方法。
再進一步優(yōu)選，所述除氫分5個階段，第一階段的處理溫度為180℃，第二階段的處理溫度為185℃，第三階段的處理溫度為190℃，第四階段的處理溫度為195℃，第五階段的處理溫度為200℃，每階段的處理時間均為0.2-0.6h。
除氫可消除鍍層與基體之間所形成的內(nèi)應力，提高鍍層與基體之間的結合力。眾所周知，若處理溫度過高，會使工件的硬度降低，這是因為電鍍層形成的過程是在較低溫度下進行的電結晶過程，在這一過程中形成的空位、間隙原子(如H原子)等點缺陷、位錯等線缺陷密度都很高，同時晶粒間的大量晶界，以及存在的非晶體，均會使得鍍層有很高的硬度。因此，本發(fā)明鍍鉻層通過上述五階段的除氫處理，使電鍍后的鉻鍍層光亮、平整、細密，表面無起皮、脫落等現(xiàn)象，顯著提高鉻鍍層的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
1、本發(fā)明發(fā)動機端蓋的本體由配伍合理的鋁合金制成，在本體表面電鍍厚度一定的鉻鍍層，大幅度提高發(fā)動機端蓋的綜合性能，尤其是提高發(fā)動機端蓋的硬度、耐磨性及耐腐蝕性。
2、本發(fā)明的發(fā)動機端蓋中，本體在普通鋁合金的基礎上，加入適量的Sc、As、Y、B、Cr，并提高Mg、Mn的含量，降低Cu、Zn、Fe的含量，通過這些成分之間產(chǎn)生的協(xié)同作用，顯著提高發(fā)動機端蓋的耐磨性、耐腐蝕性以及耐熱性，進而提高發(fā)動機端蓋的使用壽命。
3、本發(fā)明發(fā)動機端蓋本體表面通過電鍍合適的電鍍液，采取特殊的給電方法，逐步增大電流密度，采用五階段時效處理，提高鍍層與基體金屬結合力，進一步提高耐磨軸的硬度、強度、耐磨性、耐腐蝕性，繼而提高發(fā)動機端蓋的使用壽命。
具體實施方式
以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
實施例1
一種發(fā)動機端蓋，所述發(fā)動機端蓋包括由鋁合金制成的本體和本體表面的鉻鍍層，所述的鋁合金組成元素及質(zhì)量百分比為：Si：8.2％，Mg：0.3.2％，Mn：0.85％，Cu：1.5％，Zn：1.6％，F(xiàn)e：1.3％，Ni：0.12％，Cr：0.18％，Sc：0.09％，As：0.025％，Y：0.016％，Ti：0.15％，B：0.08％，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。所述的鉻鍍層的厚度為18μm，鉻鍍層通過如下方法形成：將本體依次進行有機溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時的電鍍液的成分為鉻酐150-180g/L，硫酸1.2-1.8g/L，稀土添加劑1.3-1.6g/L，三價鉻1-2g/L；電鍍鉻時的工作溫度52℃，電流密度30-60A/dm2，沉積速率40μm/h。其中，陰極電流密度逐漸升高，具體為：初始電流密度為30A/dm2，保持2-4min，然后以1.5A/dm2速度增加電流密度，直到60A/dm2，鍍鉻時間為3-5h；所述除氫分5個階段，第一階段的處理溫度為180℃，第二階段的處理溫度為185℃，第三階段的處理溫度為190℃，第四階段的處理溫度為195℃，第五階段的處理溫度為200℃，每階段的處理時間均為0.2-0.6h。
實施例2
一種發(fā)動機端蓋，所述發(fā)動機端蓋包括由鋁合金制成的本體和本體表面的鉻鍍層，所述的鋁合金組成元素及質(zhì)量百分比為：Si：7.8％，Mg：0.35％，Mn：0.8％，Cu：2.2％，Zn：1.5％，F(xiàn)e：1.5％，Ni：0.08％，Cr：0.22％，Sc：0.08％，As：0.03％，Y：0.01％，Ti：0.20％，B：0.06％，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。所述的鉻鍍層的厚度為14μm，鉻鍍層通過如下方法形成：將本體依次進行有機溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時的電鍍液的成分為鉻酐150-180g/L，硫酸1.2-1.8g/L，稀土添加劑1.3-1.6g/L，三價鉻1-2g/L；電鍍鉻時的工作溫度51℃，電流密度30-60A/dm2，沉積速率40μm/h。其中，陰極電流密度逐漸升高，具體為：初始電流密度為30A/dm2，保持2-4min，然后以1.5A/dm2速度增加電流密度，直到60A/dm2，鍍鉻時間為3-5h；所述除氫分5個階段，第一階段的處理溫度為180℃，第二階段的處理溫度為185℃，第三階段的處理溫度為190℃，第四階段的處理溫度為195℃，第五階段的處理溫度為200℃，每階段的處理時間均為0.2-0.6h。
實施例3
一種發(fā)動機端蓋，所述發(fā)動機端蓋包括由鋁合金制成的本體和本體表面的鉻鍍層，所述的鋁合金組成元素及質(zhì)量百分比為：Si：8.2％，Mg：0.28％，Mn：0.92％，Cu：0.8％，Zn：1.8％，F(xiàn)e：1.2％，Ni：0.15％，Cr：0.15％，Sc：0.10％，As：0.02％，Y：0.022％，Ti：0.08％，B：0.10％，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。所述的鉻鍍層的厚度為22μm，鉻鍍層通過如下方法形成：將本體依次進行有機溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時的電鍍液的成分為鉻酐150-180g/L，硫酸1.2-1.8g/L，稀土添加劑1.3-1.6g/L，三價鉻1-2g/L；電鍍鉻時的工作溫度54℃，電流密度30-60A/dm2，沉積速率40μm/h。其中，陰極電流密度逐漸升高，具體為：初始電流密度為30A/dm2，保持2-4min，然后以1.5A/dm2速度增加電流密度，直到60A/dm2，鍍鉻時間為3-5h；所述除氫分5個階段，第一階段的處理溫度為180℃，第二階段的處理溫度為185℃，第三階段的處理溫度為190℃，第四階段的處理溫度為195℃，第五階段的處理溫度為200℃，每階段的處理時間均為0.2-0.6h。
實施例4
一種發(fā)動機端蓋，所述發(fā)動機端蓋包括由鋁合金制成的本體和本體表面的鉻鍍層，所述的鋁合金組成元素及質(zhì)量百分比為：Si：7.5％，Mg：0.4％，Mn：0.75％，Cu：2.5％，Zn：1.1％，F(xiàn)e：1.1％，Ni：0.2％，Cr：0.1％，Sc：0.12％，As：0.02％，Y：0.025％，B：0.05％，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。所述的鉻鍍層的厚度為10μm，鉻鍍層通過如下方法形成：將本體依次進行有機溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時的電鍍液的成分為鉻酐150-180g/L，硫酸1.2-1.8g/L，稀土添加劑1.3-1.6g/L，三價鉻1-2g/L；電鍍鉻時的工作溫度50℃，電流密度30-60A/dm2，沉積速率40μm/h。其中，陰極電流密度逐漸升高，具體為：初始電流密度為30A/dm2，保持2-4min，然后以1.5A/dm2速度增加電流密度，直到60A/dm2，鍍鉻時間為3-5h；所述除氫分5個階段，第一階段的處理溫度為180℃，第二階段的處理溫度為185℃，第三階段的處理溫度為190℃，第四階段的處理溫度為195℃，第五階段的處理溫度為200℃，每階段的處理時間均為0.2-0.6h。
實施例5
一種發(fā)動機端蓋，所述發(fā)動機端蓋包括由鋁合金制成的本體和本體表面的鉻鍍層，所述的鋁合金組成元素及質(zhì)量百分比為：Si：8.8％，Mg：0.25％，Mn：1.0％，Cu：0.5％，Zn：2.0％，F(xiàn)e：1.6％，Ni：0.05％，Cr：0.25％，Sc：0.05％，As：0.05％，Y：0.005％，B：0.12％，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。所述的鉻鍍層的厚度為25μm，鉻鍍層通過如下方法形成：將本體依次進行有機溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時的電鍍液的成分為鉻酐150-180g/L，硫酸1.2-1.8g/L，稀土添加劑1.3-1.6g/L，三價鉻1-2g/L；電鍍鉻時的工作溫度55℃，電流密度30-60A/dm2，沉積速率40μm/h。其中，陰極電流密度逐漸升高，具體為：初始電流密度為30A/dm2，保持2-4min，然后以1.5A/dm2速度增加電流密度，直到60A/dm2，鍍鉻時間為3-5h；所述除氫分5個階段，第一階段的處理溫度為180℃，第二階段的處理溫度為185℃，第三階段的處理溫度為190℃，第四階段的處理溫度為195℃，第五階段的處理溫度為200℃，每階段的處理時間均為0.2-0.6h。
對比例1
現(xiàn)有技術中普通常見的發(fā)動機端蓋。
對比例2
用如實施例1所述的鋁合金制成的發(fā)動機端蓋，但表面無鍍層。
對比例3
用現(xiàn)有技術中普通的鋁合金制成發(fā)動機端蓋本體，用如實施例1中所述的方法在本體表面形成鍍層，加工方法如實施例1中相同，此處不再累述。
上述實施例中所述的有機溶劑除油、堿洗除油、酸蝕、預鍍等工藝除了特別說明的，基本為現(xiàn)有技術中的常規(guī)工藝，如預鍍包括第一次浸鋅、鍍鋅處理、第二次浸鋅、預鍍銅、鍍鎳等常規(guī)工藝。
將實施例1-5和對比例1-3制成的發(fā)動機端蓋進行測試，硬度、磨損量、結合力以及耐蝕性的測試結果如表1所示。
硬度測試所加載荷為9.8N，加載時間10s，結果為5次測定數(shù)據(jù)的平均值。
結合力：在發(fā)動機端蓋樣品表面上劃出5-6條彼此間距1mm的平行線，深達基體金屬，再劃出5-6條與此垂直的平行線，在直線交叉處檢查有無鍍層起皮、剝落現(xiàn)象。
耐蝕性：將發(fā)動機端蓋樣品與垂直方向成15-30℃夾角置于鹽霧試驗箱內(nèi)，溫度為35±1℃，濕度大于95。用pH值為6.5的5％鹽水噴淋24h，停48h，取出進行外觀檢查，看樣品是否有無腐蝕現(xiàn)象，鍍層質(zhì)量是否達到耐腐蝕標準。
表1：實施例1-5和對比例1-3發(fā)動機端蓋性能測試結果
綜上所述，本發(fā)明發(fā)動機端蓋本體由配伍合理的鋁合金制成，在本體表面通過電鍍合適的電鍍液，電鍍后的鉻鍍層光亮、平整、細密，表面無起皮、脫落等現(xiàn)象，顯著提高鉻鍍層的硬度，進而提高發(fā)動機端蓋的硬度、耐磨性、耐蝕性。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
盡管對本發(fā)明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。