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隨著先進技術在航空、汽車和艦船等制造業(yè)的廣泛應用，對發(fā)動機氣缸蓋產生更高的要求，發(fā)動機的氣缸蓋通常由鋁合金制成，因為鋁合金是良好的熱導體，重量輕，減輕了發(fā)動機的整體重量。

氣缸蓋是鍛造或壓鑄的，強度更高。氣缸蓋的內部形狀通常為半球形。半球形比傳統(tǒng)設計更堅固，有助于更快速、更徹底地清除廢氣。同時對發(fā)動機對火花塞材料的中高溫性能也提出了更高的要求。鋁基復合材料具備高比強度、高模量、高導電性、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)動機活塞材料的需求。

單獨發(fā)動機氣缸示意圖

發(fā)動機中產生動力的部分稱為氣缸。每個氣缸是由氣缸蓋和氣缸筒兩大部分組成的總成。在組裝時，氣缸蓋通過加熱膨脹，然后擰緊在已冷卻的氣缸筒上。當頭部冷卻和收縮并且槍管升溫和膨脹時，就會形成氣密接頭。大多數(shù)使用的氣缸都是以這種方式構造的，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。在氣缸組件的設計和構造中需要考慮四個主要因素。它必須：

1. 足夠堅固以承受發(fā)動機運行期間產生的內部壓力；

2. 由輕質金屬制成，以減輕發(fā)動機重量；

3. 具有良好的導熱性能，可有效冷卻；

4. 制造、檢查和維護相對容易且成本低廉。

金屬基復合材料（MMCs）是由連續(xù)的金屬或合金基體和增強體所構成。增強體一般都是具有高強度，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體的優(yōu)化組合，可使金屬基復合材料具有各種特殊和優(yōu)異的綜合性能。

國外在該材料的應用起步相對較早，據(jù)悉，美國某公司生產性能優(yōu)異的SICp/2024鋁基復合材料，可用來代替A1，T1等飛機合金結構件，如直升機起落架、翼前緣加強筋和大的通用正弦形梁。同時，這種工藝還可以制作飛機發(fā)動機汽缸蓋和閥體等。

航空發(fā)動機氣缸整體示意圖

隨著這種強化材料的不斷發(fā)展，根據(jù)最新的研究，可以將納米級別的材料，氮化硼納米管加入鋁合金復合材料中，因該材料特有的交聯(lián)性，不會與金屬產生結塊，因此會形成一種結構強度更高，或同樣結構的情況下，可大幅度減輕重量的新型金屬復合材料。對比之前的技術，在結構強度和減重方向，可進一步提升。

大連義邦的氮化硼納米管鋁基母合金增強顆粒，已應用于國外鋁基復合材料領域，尤其是汽車、航空航天以及軍事等領域。氮化硼納米管鋁基母合金增強顆粒，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，長度是20um，突破了碳化硅、氧化鋁增強顆粒的微米粒徑和晶須的微米直徑和長度，達到了納米級別，并且顆粒越小，強度性能改善的可能性就越高。

經國外ECK Industries軍工企業(yè)反饋，將大連義邦氮化硼納米管鋁母合金，加入到一種先進鋁合金鑄件中，僅需0.4%的添加比例，即可實現(xiàn)鋁合金機械強度60-70%，或同等強度下，減重高達50%以上。目前該公司已將新技術，廣泛應用于發(fā)飛機發(fā)動機汽缸蓋、飛機縱向推力桿、防彈衣、戰(zhàn)車機槍支架、轉向節(jié)、電力汽車和混合動力汽車氣缸外殼等。

尤其是在發(fā)動機氣缸蓋的應用中，也體現(xiàn)了該納米級別鋁合金增強顆粒的優(yōu)勢，發(fā)動機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熱的金屬。發(fā)動機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)動機氣缸的重量，增加了散熱片面積。

根據(jù)實際測試反饋，同強度下實現(xiàn)減重，防彈背心的重量可由3公斤減少到1公斤，但防彈標準是一樣的。此增強產品適用于鑄鋁工藝，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，將此顆粒于攪拌結束前的十分鐘加入鋁熔體即可，后面工序正常。

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