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隨著先進(jìn)技術(shù)在航空、汽車(chē)和艦船等制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋產(chǎn)生更高的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋通常由鋁合金制成，因?yàn)殇X合金是良好的熱導(dǎo)體，重量輕，減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體重量。

氣缸蓋是鍛造或壓鑄的，強(qiáng)度更高。氣缸蓋的內(nèi)部形狀通常為半球形。半球形比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更堅(jiān)固，有助于更快速、更徹底地清除廢氣。同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)火花塞材料的中高溫性能也提出了更高的要求。鋁基復(fù)合材料具備高比強(qiáng)度、高模量、高導(dǎo)電性、膨脹系數(shù)小、耐磨性好、表面穩(wěn)定性好和耐高溫等優(yōu)異性能。能夠較好的滿足高性能發(fā)動(dòng)機(jī)活塞材料的需求。

單獨(dú)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生動(dòng)力的部分稱為氣缸。每個(gè)氣缸是由氣缸蓋和氣缸筒兩大部分組成的總成。在組裝時(shí)，氣缸蓋通過(guò)加熱膨脹，然后擰緊在已冷卻的氣缸筒上。當(dāng)頭部冷卻和收縮并且槍管升溫和膨脹時(shí)，就會(huì)形成氣密接頭。大多數(shù)使用的氣缸都是以這種方式構(gòu)造的，使用鋁合金氣缸蓋和鋼制氣缸筒。

氣缸提供燃燒室，氣體在此燃燒和膨脹，并容納活塞和連桿。在氣缸組件的設(shè)計(jì)和構(gòu)造中需要考慮四個(gè)主要因素。它必須：

1. 足夠堅(jiān)固以承受發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間產(chǎn)生的內(nèi)部壓力；

2. 由輕質(zhì)金屬制成，以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量；

3. 具有良好的導(dǎo)熱性能，可有效冷卻；

4. 制造、檢查和維護(hù)相對(duì)容易且成本低廉。

金屬基復(fù)合材料（MMCs）是由連續(xù)的金屬或合金基體和增強(qiáng)體所構(gòu)成。增強(qiáng)體一般都是具有高強(qiáng)度，高模量的非金屬材料，如碳纖維，硼纖維或陶瓷材料等。不同金屬及合金基體與不同增強(qiáng)體的優(yōu)化組合，可使金屬基復(fù)合材料具有各種特殊和優(yōu)異的綜合性能。

國(guó)外在該材料的應(yīng)用起步相對(duì)較早，據(jù)悉，美國(guó)某公司生產(chǎn)性能優(yōu)異的SICp/2024鋁基復(fù)合材料，可用來(lái)代替A1，T1等飛機(jī)合金結(jié)構(gòu)件，如直升機(jī)起落架、翼前緣加強(qiáng)筋和大的通用正弦形梁。同時(shí)，這種工藝還可以制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋和閥體等。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸整體示意圖

隨著這種強(qiáng)化材料的不斷發(fā)展，根據(jù)最新的研究，可以將納米級(jí)別的材料，氮化硼納米管加入鋁合金復(fù)合材料中，因該材料特有的交聯(lián)性，不會(huì)與金屬產(chǎn)生結(jié)塊，因此會(huì)形成一種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高，或同樣結(jié)構(gòu)的情況下，可大幅度減輕重量的新型金屬?gòu)?fù)合材料。對(duì)比之前的技術(shù)，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和減重方向，可進(jìn)一步提升。

大連義邦的氮化硼納米管鋁基母合金增強(qiáng)顆粒，已應(yīng)用于國(guó)外鋁基復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其是汽車(chē)、航空航天以及軍事等領(lǐng)域。氮化硼納米管鋁基母合金增強(qiáng)顆粒，每1000克鋁母合金中含有50克氮化硼納米管

該鋁基母合金增強(qiáng)顆粒，采用氮化硼納米管粉末與金屬鋁混合，形成的鋁基母合金增強(qiáng)顆粒。其中，每1000克鋁母合金中含有50克氮化硼納米管，氮化硼納米管的直徑是60nm，長(zhǎng)度是20um，突破了碳化硅、氧化鋁增強(qiáng)顆粒的微米粒徑和晶須的微米直徑和長(zhǎng)度，達(dá)到了納米級(jí)別，并且顆粒越小，強(qiáng)度性能改善的可能性就越高。

經(jīng)國(guó)外ECK Industries軍工企業(yè)反饋，將大連義邦氮化硼納米管鋁母合金，加入到一種先進(jìn)鋁合金鑄件中，僅需0.4%的添加比例，即可實(shí)現(xiàn)鋁合金機(jī)械強(qiáng)度60-70%，或同等強(qiáng)度下，減重高達(dá)50%以上。目前該公司已將新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于發(fā)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋、飛機(jī)縱向推力桿、防彈衣、戰(zhàn)車(chē)機(jī)槍支架、轉(zhuǎn)向節(jié)、電力汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)氣缸外殼等。

尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的應(yīng)用中，也體現(xiàn)了該納米級(jí)別鋁合金增強(qiáng)顆粒的優(yōu)勢(shì)，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋承受極端溫度，因此，有必要提供足夠的散熱片面積并使用快速導(dǎo)熱的金屬。發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋通常是鋁合金鑄造或鍛造而成的。鋁合金非常適合鑄造或加工深密的散熱片，并且比大多數(shù)金屬更能抵抗汽油中四乙基鉛的腐蝕侵蝕。使用氮化硼納米管鋁合金增強(qiáng)顆粒，可使散熱片的厚度減薄并增加了它們的深度，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的重量，增加了散熱片面積。

根據(jù)實(shí)際測(cè)試反饋，同強(qiáng)度下實(shí)現(xiàn)減重，防彈背心的重量可由3公斤減少到1公斤，但防彈標(biāo)準(zhǔn)是一樣的。此增強(qiáng)產(chǎn)品適用于鑄鋁工藝，僅需在鑄鋁工序中的鋁熔體狀態(tài)下，添加其他金屬和非金屬元素時(shí)，將此顆粒于攪拌結(jié)束前的十分鐘加入鋁熔體即可，后面工序正常。

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