本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

發(fā)動(dòng)機(jī)(Engine)是一種能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，包括如內(nèi)燃機(jī)(汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等)、外燃機(jī)(斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽機(jī)等)、電動(dòng)機(jī)等。如內(nèi)燃機(jī)通常是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)動(dòng)機(jī)既適用于動(dòng)力發(fā)生裝置，也可指包括動(dòng)力裝置的整個(gè)機(jī)器(如：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī))。發(fā)動(dòng)機(jī)最早誕生在英國(guó)，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的概念也源于英語(yǔ)，它的本義是指那種“產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)械裝置”。發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋性能的好壞對(duì)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(dòng)機(jī)端蓋不僅具有良好機(jī)械性能和力學(xué)性能，且具有良好的耐熱性、耐腐蝕性、散熱性等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了提供一種機(jī)械性能較好、耐磨損、耐腐蝕的發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋。

本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jìn)一步改善鍍層與本體的結(jié)合強(qiáng)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(dòng)機(jī)端蓋中，本體在普通鋁合金的基礎(chǔ)上，加入適量的Cr、Sc、As、Y、B，并提高M(jìn)g、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(xué)性能和機(jī)械性能的發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋本體，顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的耐磨性、耐腐蝕性以及耐熱性，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的使用壽命。

在本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋本體鋁合金中，鐵和硅形成β-FeSiAl₃、Fe₂Si₂Al₉相。當(dāng)鐵和硅比例不當(dāng)，如Si/Fe大于7，會(huì)引起鑄件發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋產(chǎn)生裂紋，若鐵含量過高即Si/Fe小于5，則會(huì)使鑄件發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋產(chǎn)生脆性。鋁合金強(qiáng)度隨著Mn含量增加而提高，但其含量過高會(huì)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(dāng)提高M(jìn)n含量既保證鋁合金的強(qiáng)度又有較好的塑性，還提高鋁合金的抗腐蝕性能。因?yàn)楸景l(fā)明中添加了0.75-1.0％的Mn，會(huì)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(qiáng)化鋁合金，降低鋁合金的熱裂傾向，進(jìn)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(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，對(duì)鋁合金起強(qiáng)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(duì)鋁合金的增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和耐蝕性。B具有使鋁合金晶體結(jié)構(gòu)細(xì)化的效果，而微細(xì)晶體結(jié)構(gòu)可以提高鋁合金的強(qiáng)度，另外B還可有效提高鋁合金的強(qiáng)度和延伸性能，并使得鋁合金具有較好的抗疲勞強(qiáng)度和熱性能，填補(bǔ)鋁合金表層缺陷。本發(fā)明鋁合金中還加入Y和鈧，細(xì)化晶體結(jié)構(gòu)，鋁合金組織晶粒逐漸被細(xì)化，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率逐漸提高。鈧在鋁合金中同時(shí)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(xì)化鑄態(tài)合金晶粒、提高再結(jié)晶溫度從而提高鋁合金的強(qiáng)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(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的強(qiáng)度，若As含量超過0.05％，則會(huì)導(dǎo)致鋁合金變脆，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)端蓋中，所述的鉻鍍層通過如下方法形成：將本體依次進(jìn)行有機(jī)溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預(yù)鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。

作為優(yōu)選，電鍍鉻時(shí)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(jià)鉻1-2g/L。

鍍鉻配方因采用不同的預(yù)鍍工藝，需作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。并且因添加劑的不同，鍍層的外觀也會(huì)有較大的差異。為了進(jìn)一步保證鍍層的均勻性，在電鍍時(shí)陽(yáng)極表面要經(jīng)常刷洗，保證導(dǎo)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(yáng)極制成上大，下小的圓錐形，以補(bǔ)償溶液上下層導(dǎo)電的差異。在電鍍時(shí)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(jià)格含量過高會(huì)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(shù)中電鍍液中常用的稀土添加劑。

作為優(yōu)選，電鍍鉻時(shí)的工作溫度50-55℃，電流密度30-60A/dm²，沉積速率40μm/h。

進(jìn)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(shí)間為3-5h。因?yàn)楸景l(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋本體表面極易在很短的時(shí)間內(nèi)形成一層薄而致密的氧化膜，在這個(gè)膜上鍍鉻時(shí)，很難獲得與基體金屬結(jié)合力好的鍍層，所以必須采取特殊的給電方法。

再進(jìn)一步優(yōu)選，所述除氫分5個(gè)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(shí)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(yīng)力，提高鍍層與基體之間的結(jié)合力。眾所周知，若處理溫度過高，會(huì)使工件的硬度降低，這是因?yàn)殡婂儗有纬傻倪^程是在較低溫度下進(jìn)行的電結(jié)晶過程，在這一過程中形成的空位、間隙原子(如H原子)等點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)等線缺陷密度都很高，同時(shí)晶粒間的大量晶界，以及存在的非晶體，均會(huì)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(xì)密，表面無(wú)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(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)端蓋的綜合性能，尤其是提高發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的硬度、耐磨性及耐腐蝕性。

2、本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋中，本體在普通鋁合金的基礎(chǔ)上，加入適量的Sc、As、Y、B、Cr，并提高M(jìn)g、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(dòng)機(jī)端蓋的耐磨性、耐腐蝕性以及耐熱性，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的使用壽命。

3、本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)效處理，提高鍍層與基體金屬結(jié)合力，進(jìn)一步提高耐磨軸的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性，繼而提高發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的使用壽命。

具體實(shí)施方式

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行有機(jī)溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預(yù)鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時(shí)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(jià)鉻1-2g/L；電鍍鉻時(shí)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(shí)間為3-5h；所述除氫分5個(gè)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(shí)間均為0.2-0.6h。

實(shí)施例2

一種發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行有機(jī)溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預(yù)鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時(shí)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(jià)鉻1-2g/L；電鍍鉻時(shí)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(shí)間為3-5h；所述除氫分5個(gè)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(shí)間均為0.2-0.6h。

實(shí)施例3

一種發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行有機(jī)溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預(yù)鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時(shí)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(jià)鉻1-2g/L；電鍍鉻時(shí)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(shí)間為3-5h；所述除氫分5個(gè)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(shí)間均為0.2-0.6h。

實(shí)施例4

一種發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行有機(jī)溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預(yù)鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時(shí)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(jià)鉻1-2g/L；電鍍鉻時(shí)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(shí)間為3-5h；所述除氫分5個(gè)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(shí)間均為0.2-0.6h。

實(shí)施例5

一種發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行有機(jī)溶劑除油、堿洗除油、水洗、酸蝕、水洗、預(yù)鍍、水洗、電鍍鉻、水洗、除氫形成鉻鍍層。電鍍鉻時(shí)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(jià)鉻1-2g/L；電鍍鉻時(shí)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(shí)間為3-5h；所述除氫分5個(gè)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(shí)間均為0.2-0.6h。

對(duì)比例1

現(xiàn)有技術(shù)中普通常見的發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋。

對(duì)比例2

用如實(shí)施例1所述的鋁合金制成的發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋，但表面無(wú)鍍層。

對(duì)比例3

用現(xiàn)有技術(shù)中普通的鋁合金制成發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋本體，用如實(shí)施例1中所述的方法在本體表面形成鍍層，加工方法如實(shí)施例1中相同，此處不再累述。

上述實(shí)施例中所述的有機(jī)溶劑除油、堿洗除油、酸蝕、預(yù)鍍等工藝除了特別說明的，基本為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)工藝，如預(yù)鍍包括第一次浸鋅、鍍鋅處理、第二次浸鋅、預(yù)鍍銅、鍍鎳等常規(guī)工藝。

將實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-3制成的發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋進(jìn)行測(cè)試，硬度、磨損量、結(jié)合力以及耐蝕性的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

硬度測(cè)試所加載荷為9.8N，加載時(shí)間10s，結(jié)果為5次測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值。

結(jié)合力：在發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋樣品表面上劃出5-6條彼此間距1mm的平行線，深達(dá)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(wú)鍍層起皮、剝落現(xiàn)象。

耐蝕性：將發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋樣品與垂直方向成15-30℃夾角置于鹽霧試驗(yàn)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(jìn)行外觀檢查，看樣品是否有無(wú)腐蝕現(xiàn)象，鍍層質(zhì)量是否達(dá)到耐腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。

表1：實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-3發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋性能測(cè)試結(jié)果

綜上所述，本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)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(xì)密，表面無(wú)起皮、脫落等現(xiàn)象，顯著提高鉻鍍層的硬度，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的硬度、耐磨性、耐蝕性。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管對(duì)本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)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。