能夠被滲透的插入件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于鑄造內(nèi)燃機(jī)的輕量金屬活塞的插入件，所述插入件能夠被滲透。本發(fā)明還涉及用于使用這樣的插入件制造輕量金屬活塞的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輕量金屬活塞由于其較低的重量以及減小的慣性力而已經(jīng)長期被使用在內(nèi)燃機(jī)中。為了保護(hù)這樣的輕量金屬活塞，特別是鋁活塞的第一環(huán)槽免于受到膨脹壓力負(fù)荷，使用了“環(huán)載體”形式的加強(qiáng)件。可制造這樣的環(huán)載體的材料特別包括例如具有與活塞材料的膨脹系數(shù)盡可能相似的膨脹系數(shù)的鐵合金。然而，由于例如鐵合金與鋁合金具有非常不同的導(dǎo)熱性能，顛倒的熱負(fù)荷能夠在邊界表面處引起強(qiáng)應(yīng)力，并且用于產(chǎn)生兩種材料的熱膨脹系數(shù)之間的差異的這些增加中的一個用于活塞，其他的用于環(huán)載體。形成在環(huán)載體與活塞之間的裂縫通常導(dǎo)致發(fā)動機(jī)發(fā)生故障并因此必須不惜代價地防止這種情況發(fā)生。環(huán)載體與活塞之間的接合處在已知的阿爾芬鑄塑工序中通常使用金屬材料制作，在所述阿爾芬鑄塑工序中環(huán)載體浸入熔化的鋁中直到形成擴(kuò)散層。然后，當(dāng)鑄造活塞時該經(jīng)過阿爾芬鑄塑處理的環(huán)載體被熔化的活塞合金包圍，并且在隨后的凝固期間形成阿爾芬接合。
[0003]由于在現(xiàn)代柴油發(fā)動機(jī)中占優(yōu)勢的高點(diǎn)火壓力，特別是用于此、在第一環(huán)槽處使用鑄鐵環(huán)載體進(jìn)行加強(qiáng)的活塞，通常由奧氏體制成。汽油發(fā)動機(jī)中的朝向定向燃料注射的趨勢結(jié)合升高的點(diǎn)火壓力于是也要求比標(biāo)準(zhǔn)活塞合金所能夠提供的第一環(huán)槽中的耐磨性更有效的第一環(huán)槽中的耐磨性。同時，活塞的輕量金屬與其中的環(huán)載體之間的接合也特別重要。
[0004]從DE3418405C2已知用于制造內(nèi)燃機(jī)的鋁活塞的復(fù)合模具鑄造工序，在所述鋁活塞中，由具有活塞的3%至50%的體積比的鎳、銅、鐵或者其合金的金屬泡沫制成的環(huán)載體在高壓模具鑄造工序中在至少392巴的鑄造壓力下被滲透以與活塞合金形成接合。在隨后的多級熱處理工序中可創(chuàng)建冶金接合，例如固溶退火、陳化等。
[0005]從DE19635326A1已知制造輕量合金復(fù)合元件的方法，在所述方法中，起初有孔的復(fù)合形成材料被保持在鑄造模的空心空間中。然后，通過施加氣壓使熔化的輕合金在鑄造模的空心空間中鑄造，所述氣壓使有孔的復(fù)合形成材料的孔被灌注熔化的輕合金。結(jié)果，由輕量合金與復(fù)合形成材料制成的復(fù)合金屬部分被創(chuàng)建。
[0006]在文獻(xiàn)DE2639294C2中，描述了為了25%至38%的活動的高有孔率以用作環(huán)載體而在2500與1000巴之間的凝固壓力下使用鉻-鎳基以及銅、鎳、鐵、鎳-鐵泡沫材料滲透的各種多孔燒結(jié)材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決如下問題:建議一種改進(jìn)的插入件的實(shí)施方式，該改進(jìn)的實(shí)施方式特別能夠使所述零件更有效地被滲透。
[0008]該問題根據(jù)本發(fā)明通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決。有益的實(shí)施方式代表相應(yīng)的從屬權(quán)利要求的主題。
[0009]本發(fā)明基于如下主要構(gòu)思:以針對用于能夠被滲透的插入件的燒結(jié)材料的新的篩選線(screening line)的方式使用全新的顆粒組分挑選粉末，以便活動的有孔率被大大地改善并且因此由所述燒結(jié)材料制成的插入件的被滲透能力也被大大地改善。這例如通過更加密切地限定篩選線來實(shí)現(xiàn)，也就是說個別的顆粒的尺寸分布被創(chuàng)建得比平常更加均勻，并且因此使得制成燒結(jié)材料的燒結(jié)粉末被創(chuàng)建得比平常更加均勻。根據(jù)本發(fā)明使用的粉末至少包含鐵或鐵合金，優(yōu)選也可以是鎳、銅或二者的合金，并且同時具有不同顆粒大小的顆粒，其中少于百分之四的體積的粉末由具有小于75μπι的直徑的顆粒組成。在本文中，至少粉末的28%的體積，優(yōu)選至少粉末的50%的體積并且在特別優(yōu)選的實(shí)施例中至少粉末的88%的體積包含具有大于150μπι的直徑的燒結(jié)顆粒。因此，粉末狀的燒結(jié)材料可制成比平常更粗糙，其中90%的燒結(jié)顆粒通常具有小于150μπι的直徑。除了將具有小于75μπι的直徑的顆粒限制為不超過4%的體積的水平以外，將個別的顆粒的尺寸分布限定得更窄，其中，如事先發(fā)生的，閾值以下的顆粒尺寸的限制特別限制為阻礙孔的程度，因此使孔成為不能用于滲透的。顆粒尺寸的低界限的如此嚴(yán)格的限制并不設(shè)置于傳統(tǒng)的燒結(jié)材料中，這意味著也實(shí)現(xiàn)了存留在較大燒結(jié)顆粒之間的孔的顯著高等級的填充。
【具體實(shí)施方式】
[0010]根據(jù)本發(fā)明，用于插入件的燒結(jié)材料的粉末具有0%-4%的具有0-75μπι的直徑的顆粒的體積分?jǐn)?shù)。在一個實(shí)施例中，具有75-106μπι的直徑顆粒占不多于10%的體積，優(yōu)選地不多于粉末的體積的2%。另外，在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，不多于粉末的6%的體積包括具有從106-150μπι的范圍的直徑的顆粒。因此，在該優(yōu)選的實(shí)施例中至少88%的粉末的體積具有大于150μπι的顆粒直徑。即使通過這種粉末的最纖細(xì)成分的窄的限制，已經(jīng)能夠確保留存在燒結(jié)材料中的個別的顆粒之間且當(dāng)鑄造輕量金屬活塞時能夠被隨后的輕量金屬滲透的孔不被完全填充，以便這些孔可用于輕量金屬的滲透，從而在插入件之間創(chuàng)建顯著改進(jìn)的接合，所述插入件可具有例如環(huán)載體、凹陷邊界或者活塞中的吊環(huán)螺栓圈的形式。
[0011]為了這個目的，在一個實(shí)施例中，至少50%的粉末的體積具有106-122μπι的直徑的顆粒。相對窄的顆粒尺寸帶寬內(nèi)的高粉末分?jǐn)?shù)促進(jìn)高有孔率的形成并因此也促進(jìn)能夠容易地被滲透的燒結(jié)材料的形成。在另一個實(shí)施例中，具有大于212μπι的直徑的顆粒占其至少50%的體積。大顆粒的高百分比意味著創(chuàng)建了具有更粗糙的孔的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也便于滲透。
[0012]為了特別的目的，根據(jù)本發(fā)明的適于制造燒結(jié)材料的粉末具有直徑從106_150μπι的顆粒的從0.5%-0.6%的體積分?jǐn)?shù)。特別地，所述較低的限制清楚地示出了在這樣的篩選線或者顆粒尺寸分布的情況下，用于完全填充需要滲透的孔的非常纖細(xì)的顆粒完全不存在或者僅以不充分的程度存在。以這種方式，例如可確保根據(jù)本發(fā)明的由燒結(jié)材料制造(也就是說燒結(jié))的插入件的50%-80%具有孔，也就是說50%-80%的有孔率，該插入件可選地至少部分地被輕量金屬填充。針對顆粒尺寸而言，如果粉末相對均勻，這不僅使制造出的燒結(jié)材料的有孔率上升，而且個別的孔也實(shí)質(zhì)上更大，這進(jìn)一步改善了其允許熔化的輕量金屬流過它的性能。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，至少燒結(jié)材料的個別的燒結(jié)顆粒涂覆有例如樹脂的粘合劑，這增加了未成熟的穩(wěn)定性并在燒結(jié)期間被燒制。在未成熟本體壓緊后，然而，樹脂保持燒結(jié)顆粒彼此壓緊，因此改善了壓緊后的未成熟本體的強(qiáng)度。這樣的樹脂