專利名稱：帶有用于流體流的鑄造到位的管的金屬合金鑄件的制作方法
技術領域：
本發明涉及帶有用于流體循環通道的鑄造到位的金屬管的金屬合金鑄件。更具體 地，本發明涉及具有用于冷卻劑流或其它流體流的鑄入管的金屬合金鑄件，其中，管的金屬 或金屬合金成分允許形成鑄件，將鑄件隔離不受流體的腐蝕，且能為鑄件提供加固。作為示 例，用于往復式內燃機的鎂合金發動機本體可以使用銅管、不銹鋼管等作為型芯鑄造而成， 以提供圍繞發動機鑄件的每個燃燒氣缸的通道用于含水冷卻劑的流動，從而保護鎂合金不 受含水冷卻劑的腐蝕。
背景技術：
持續需要減少在許多制造物品中采用的金屬鑄件的重量。在鑄件用于機動車輛中 時該需要尤其明顯。相對輕質的金屬合金可用于這種應用。但是在鑄造產品需要與用于冷 卻、潤滑或其它目的的流體接觸時，必須針對這種流體對較輕合金材料的化學效應進行考
^^ ο例如，鎂合金(甚至某些鋁合金)是用于汽油燃料內燃機的發動機氣缸本體的候 選材料。但是這種合金可能受到含水冷卻劑和潤滑劑的腐蝕。替代這些流體是不實際的， 因為它們是廣泛地可用的和數年開發和有效使用的產品。此外，當然決不是說替代流體將 對周圍的合金有任何更少的侵蝕性。當前需要提供輕質鎂合金鑄件、鋁合金鑄件以及其它鑄造合金與旨在用于由這種 金屬成分制成的物品中的流體相結合使用。需要提供使用金屬合金來制造需要與流體接觸 的鑄造物品，所述流體與金屬成分在化學上是不相容的。
發明內容
有機會設計需要用于液體流的通道的鑄造物品，其中，液體成分和鑄造合金成分 的優選組合導致對由液體接觸的鑄件表面的化學侵蝕。本發明采用鑄入管(cast-in tube) 來將期望鑄造金屬與對于鑄造物品的功能而言在其它方面優選的侵蝕性液體隔離。金屬合金鑄造物品形成有用于流體連通的鑄入管，所述鑄入管在所述物品內和/ 或穿過所述物品。所述管的成分被確定用于完好物品的鑄件，所述物品可經歷加熱和冷卻， 在管表面和鑄造金屬之間具有合適的界面接觸。管形狀和成分還被選擇成適合流體通過和 保護鑄造金屬不受流體的化學侵蝕。在本發明的許多實施例中，管將由金屬或金屬合金形 成。本發明的一個實施例通過用于往復式車輛內燃機的鎂合金氣缸本體的鑄件示出。 相同合金用于鑄造發動機的氣缸蓋和/或曲軸箱部件。使用鎂合金顯著地減少發動機部件 的重量，但是鎂基材料易于受到循環通過氣缸本體的含水冷卻劑和其它流體材料的腐蝕。有效的水_乙二醇冷卻劑制劑已經設計用于在外部熱交換器和氣缸本體之間循 環。冷卻劑被泵送通過圍繞鑄造本體的每個氣缸形成的冷卻劑槽道，以從每個氣缸中的燃 燒過程的作用和往復活塞去除未利用熱量。發動機的活塞和其它運動部件還可以用基于碳氫化合物的液體成分潤滑。該潤滑油也可以被泵送通過在鑄造發動機本體中的槽道，且循 環碳氫化合物液體可能獲得來自于發動機的燃燒過程的水。根據該實施例，用于循環可能與選定鎂合金(或其它選定合金)反應的發動機流 體的管道由管形成，所述管用作鑄造型芯，且熔融鎂合金圍繞這種管狀管道鑄造。當液體是 冷卻劑時，所述管將可能由具有合適導熱率的金屬制成。管成分必須具有允許熔融金屬圍 繞管結構和形狀鑄造的固相線溫度和機械屬性，像鑄模腔中的鑄造型芯那樣設置。該方案 用于使鑄造金屬形成與管的暴露表面的合適結合或界面，以用于液體的預期功能。管材料 被選擇成與其引導通過鑄件的液體是相容的，從而在與液體功能協作的同時，抵抗與液體 的不希望化學作用。例如，在鎂合金氣缸本體的實施例中，鑄入管可以由銅、銅基合金、不銹 鋼或其它含鐵合金形成。管的形狀及其壁厚(或厚度)針對具體物品和功能進行確定。例如，在管用于在鑄 造氣缸本體中圍繞氣缸孔徑傳送冷卻劑時，具有合適內徑的管可像螺旋那樣預先纏繞，用 于圍繞每個氣缸嵌入鑄件中。管的截面形狀可以是圓形、方形，或以其它方式定形用于其冷 卻(和可能的加固)功能。每個鑄造氣缸的管可被連接用于發動機設計的優選冷卻劑流。 對于氣缸本體實施例，可以設計其它管形狀。例如，管可以是環狀圓筒的形狀，定尺寸為與 發動機氣缸孔徑同軸，內部圓筒壁圍繞鑄件的氣缸壁緊密地隔開，較大直徑的外部管狀圓 筒壁從內部管狀壁隔開，用于沿氣缸的公共軸線向上或向下的期望冷卻劑流。因而，本發明的目的在于允許在制成制造物品時使用可鑄造金屬合金材料與液體 材料相結合，其中，金屬合金和液體否則在其界面處將經受不希望的化學反應。通過使用合 適的鑄造到位的屏障管來將液體從鑄件表面分開，可以利用否則不相容的液體和鑄造合金 的組合的益處。本發明公開了下述技術方案。1. 一種用于內燃機的氣缸本體鑄件或氣缸蓋鑄件，所述鑄件由鑄造鎂合金或鋁合 金形成，所述鑄件包括旨在用于液體成分流的液體流通道，所述液體成分對鑄造合金在化 學上是破壞性的，所述液體流通道由金屬成分的鑄造到位的金屬管形成，所述金屬管將鑄 造合金與液體隔離，同時允許液體在氣缸本體或氣缸蓋中起到其預期功能。2.根據方案1所述的鑄件，其中，所述鑄造鎂合金是抗蠕變合金。3.根據方案1所述的鑄件，其中，所述鑄造鋁合金包含按重量計高達5%的銅。4.根據方案1所述的鑄件，其中，金屬管的金屬成分選自包括以下材料的組鋁或 鋁合金、銅或銅合金以及鐵或鐵合金，包括不銹鋼。5.根據方案1所述的鑄件，其中，所述液體成分包括乙二醇和水。6.根據方案1所述的鑄件，其中，所述液體成分包括潤滑油。7. 一種使由鑄造合金制成的鑄造發動機部件對基于水的冷卻劑具有提高的抗腐 蝕性的方法，包括以下步驟選定材料，所述材料(i)對基于水的冷卻劑是抗腐蝕的，(ii)不與鑄造合金破壞 性地反應，(iii)具有的熔點高于鑄造合金的澆注溫度；從選定材料制造連續的防漏冷卻劑循環系統；處理所述冷卻劑循環系統的表面以使之為與鑄造合金反應做好準備；將制成的冷卻劑循環系統置于旨在用于鑄造發動機部件的模中；
將鑄造合金在選定澆注溫度下澆注到模中；以及允許鑄造合金固化且包括所述至少一個預制的流體循環系統，其中，所述流體循 環系統鑄造到所述發動機部件中。8.根據方案7所述的方法，其中，所述鑄造合金是鎂合金。9.根據方案7所述的方法，其中，所述鑄造材料是鋁合金。10.根據方案7所述的方法，其中，所述發動機部件是氣缸蓋。11.根據方案7所述的方法，其中，所述發動機部件是發動機本體。12.根據方案7所制成的冷卻劑循環系統，其中，所制成的冷卻劑循環系統包括具 有構造成防漏的結構形狀的永久性附連的組件。13.根據方案7所制成的冷卻劑循環系統，其中，所制成的冷卻劑循環系統包括構 造成防漏的至少一個管。14.根據方案7所述的材料，其中，所述材料選擇自包括鋁、銅、鋼及其合金的組， 包括不銹鋼。15.根據方案7所述的方法，其中，所述表面處理包括清潔、蝕刻和熔劑處理。16. 一種用于內燃機的鑄造鎂或鋁發動機本體，其中，循環流體中的至少一種容納 在至少一個預制的流體循環系統中，所述流體循環系統包括多個具有大致圓柱體型式的組 裝螺旋狀盤管，每個盤管都環繞氣缸。17.根據方案16所述的鑄造鎂或鋁發動機本體，其中，所述多個具有大致圓柱體 型式的組裝螺旋狀盤管包括相同的匝數。18.根據方案16所述的鑄造鎂或鋁發動機本體，其中，所述多個組裝管狀盤管包 括至少一個螺旋狀盤管具有比其余盤管中的至少一個更少或更多的匝數。19.根據方案16所述的鑄造鎂或鋁發動機本體，其中，所述多個組裝螺旋狀盤管 以串聯配置設置。20.根據方案16所述的鑄造鎂或鋁發動機本體，其中，所述多個組裝螺旋狀盤管 以并聯配置設置。本發明的其它目的和優勢從該說明書中后隨的本發明優選實施例的說明變得顯 而易見。將參考圖示性附圖，附圖在說明書的下一部分描述。
圖1以虛線輪廓線示出了具有四個直列式氣缸的鑄造氣缸本體。代表性冷卻盤管 幾何形狀(如圖3A所示)顯示為位于鑄造本體內，其中，螺旋狀盤管鄰近四個鑄造氣缸壁 中的每個以在盤管內提供漸近的串聯流體流，用于發動機氣缸冷卻。圖2A示出了以圓柱體形狀纏繞的獨立螺旋狀盤管，用于圍繞氣缸本體的鑄造氣 缸表面的冷卻劑流。圖2B示出了用于鑄造本體的氣缸部分的盤管，其中，所述盤管定形用于沿氣缸軸 線向上和向下的冷卻劑流且逐漸地圍繞氣缸的周邊。圖3示出了基于以串聯配置設置的獨立盤管的組件的更復雜流體循環系統。在圖 3A中，采用具有相同幾何形狀的盤管；在圖3B中，盤管同樣顯示為串聯配置，但是在每個盤 管中，各個盤管的匝數不同。
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圖4示出了基于以并聯配置設置的獨立盤管的組件的流體循環系統的第二實施 例。圖5示出了冷卻外殼圖5A示出了總體透視圖；圖5B示出了沿連接器的中心線截 取的圖5A的透視截面圖；圖5C示出了在圖5B透視圖中示出的結構的截面圖以及圍繞其鑄 造的發動機部件結構的部分圖。
具體實施例方式圖1是本發明應用于代表性四缸發動機本體的圖示性視圖，發動機本體總體上包 含這種部件的特征和屬性。以輪廓線示出的氣缸本體或發動機本體100是機加工鑄件，包 括氣缸102，其用于多缸往復式內燃機的活塞。通常，發動機的平臺(deck) 104被機加工成 能夠在用最少墊圈的情況下與氣缸蓋(未示出)匹配的平坦表面。所述本體還適合于允許 氣缸蓋和曲軸箱附連，同時提供附連點(例如，帶孔凸臺106)和安裝凸緣(例如以108示 出)，以用于輔助機構(例如，交流發電機、燃料泵等)，同時包括用于冷卻劑和潤滑劑的通 道。旨在用于借助于環繞氣缸102的獨立盤管循環發動機冷卻劑的互連管狀結構20 顯示為全部嵌入在鑄造發動機本體100的鑄造金屬合金中以圖示本發明的實踐。本領域技 術人員將理解，管狀結構20僅僅構成更復雜循環系統的一部分，所述循環系統的一些在發 動機本體外部且包括其它循環路徑、水泵和散熱器(在該視圖中均未示出)。然而，應當理 解的是，雖然本討論集中于圖1所示的實施方式，但是這旨在是示例性的而非限制性的，且 本發明可在其它鑄造發動機部件(例如，氣缸蓋)上或在通過發動機本體的其它循環路徑 上執行。發動機本體和氣缸蓋通過金屬鑄件制成，通常是使用砂模的鑄造工藝。在該工藝 中，型式或模型定位在容器中，型式或模型總體上對應于鑄造部件的期望外部形狀和尺寸。 容積的的未由模型占據的容積然后用型砂填充，所述型砂通常被壓緊或搗實。為了更好地 允許型砂保持由模型和容器限定的形狀，從而使其對于液體金屬來說是不可滲透的，所述 型砂將通常包含粘結劑。模型然后被移除，從而留下腔，所述腔由壓緊的型砂的邊緣限定， 腔的形狀和尺寸復制模型。這些步驟形成了砂模。在簡單鑄件中，模腔然后用液體金屬填充，所述液體金屬被允許冷卻和固化。在固 化之后，鑄件從砂模移開且大體上再現模型。具有內部特征的更復雜形狀可以使用稱為型芯(也具有型砂粘結劑)的附加型砂 結構來鑄造，在置于模腔中時，所述型芯占據該容積，從而抑制熔融金屬通達。在液體金屬 固化之后，這些型芯可以溶解或者從鑄件機械地移除，以留下腔或多個腔。常規工藝處理的大多數發動機部件、蓋和本體(其為本發明的主要應用)需要大 量使用型芯來產生一體的流體循環路徑。本發明包括將專用于控制單種流體分配的先前組 裝好的流體循環通道并入鑄件中，從而有效地用有限數量的鑄入永久型芯來替代暫時型砂 型芯的多樣性。先前組裝好的流體通道的冷卻能力中的大部分由通道的內部尺寸決定，因為這將 決定流屬性。外部尺寸對于流體流具有次要的重要性，但將對流體通道的結構特性具有重 要的影響。因而，通過支撐和其他形式的結構加固，例如使用較高壁厚的管，可使得流體通道在結構上能夠對鑄造結構提供顯著的加固，而不損害其促進發動機冷卻的作用。因而，本發明允許流體循環系統的設計和路線設計，其可更容易地優化以實現其 發動機冷卻或發動機潤滑的設計目標；消除多個型芯，具有鑄造工藝的相關有益簡化；引 入流體通道，其抗腐蝕屬性與鑄造材料無關；和通過引入具有結構能力的流體循環路徑而 實現大體上加固鑄造結構的機會。具體地，當用于由抗蠕變鎂合金(例如，AJ62 (Mg-6Al-2Sr)、AS21 (Mg_2Al_lSi)、 AXJ530 (Mg-5Al-3Ca-0. 2Sr)、AMT 合金 SCl (Mg-Nd-Ce-Zn-Zr)、以及死海鎂合金(Dead Sea Magnesium alloy)MRI230D(Mg-5Al-2. 5Ca_lSn))制成的內燃機中時，本發明允許在鎂發動 機中直接使用當前防凍劑、防蝕劑制劑，且避免關注潤滑劑中的濕氣。類似地，存在一些鋁 鑄造合金，所述鋁鑄造合金由于腐蝕問題(來自于含水的發動機冷卻劑)當前未用于發動 機部件，但是將借助于本發明用于發動機鑄造應用中。具體地，與熟知的型砂鑄造合金A356 和B319以及高壓模鑄造合金A383和A380的成分在很大程度上相符但是添加有按重量計 高達5%的銅的合金添加物以用于改進機械屬性的合金成分將借助于本發明適合于發動機 鑄造應用。在內燃機中，熱源是氣缸中的燃料燃燒。因而，任何冷卻方案的主要目的是通過優 選地盡可能鄰近氣缸壁循環冷卻劑而迅速地去除該熱。因而，任何替代冷卻方案也將集中 于從發動機本體或蓋迅速去除熱，因而將需要制造針對該作用定制的冷卻系統。實現該目的的簡單方法是用冷卻盤管包圍氣缸。這種盤管10的示例在圖2A和2B 中示出，圖2A和2B均展現了大致圓柱形型式，且僅僅在管的路線設計上不同。在圖2A中， 盤管圍繞氣缸的中心線大致是螺旋狀，盤管環繞氣缸；在圖2B中盤管部段平行于氣缸軸線 定向且在氣缸的每個端部處反向。盤管可以例如通過在室溫或升高的溫度下圍繞芯軸形成 任何便利節段的管而容易地制成。管可以通過任何便利工藝制備，但是最容易的通過擠壓 工藝(通常在升高的溫度下)形成。注意到，盤管10包括分別具有開口 2和4的端子直線節段3和5。應當理解的是， 如圖所示，沒有特別的優勢依附于開口 2或開口 4選擇用作流體入口。然而，一旦作出選擇， 其余開口將有必要是出口。僅僅為了方便起見，在之后的附圖和說明中，開口 2將被指定為 流體入口，開口 4將被指定為流體出口。圖2所示的具體盤管幾何形狀僅僅是示例性的且不旨在是限制性的。本領域技術 人員將注意到，許多替代盤管配置和流體流路徑是可能的。例如，圖2A和2B的盤管可具有 至中心盤管回路的流體入口，其中，流體將分成兩個分開的路徑且在盤管的每個端部處離 開，即，在該配置中，開口 2和開口 4均為出口。繼續該過程，在該限制下，每個盤管回路可 以從入口歧管獨立地供給且將其冷卻劑排出給出口歧管。用于車輛中的大多數液體冷卻內燃機包括多個氣缸。因而，由于為了相當的冷卻， 每個氣缸將需要其獨立冷卻盤管，從而將需要如圖2所示的一系列獨立盤管以冷卻多個氣 缸。所述盤管能以串聯配置(如圖3所示)或者以并聯配置(如圖4所示)設置。在圖3A的串聯配置20中，盤管10的出口 4通過連接器12連接到盤管IOa的入 口 2a。繼而，盤管IOa的出口 4a通過連接器12a供給盤管IOb的入口 2b。具體盤管的出 口將冷卻劑供應給隨后盤管的入口的這種次序繼續，直到達到最后盤管，且冷卻劑然后按 路線傳輸給合適的熱交換器(未示出)以被冷卻用于進一步經過發動機。這就是圖1所示的配置在其并入到四缸發動機的發動機本體中時的情形。圖3A的簡單串聯配置的可能困難在于在冷卻劑加熱時，冷卻劑的冷卻效率會降 低。因而，盤管10的冷卻效率會大于盤管IOc的冷卻效率，從而導致在本體中的不一致溫 度分布。這可通過改變盤管之間的盤管幾何形狀而不是簡單地使用固定盤管幾何形狀來解 決。該實施例的示例在圖3B中示出，圖3B示出了一系列盤管，所示盤管也處于串聯配置且 如圖3A所示設置，但是其中盤管10包括4匝，盤管IOa包括5匝，盤管IOb包括6匝，且盤 管IOc包括7匝。應當注意到，這些具體盤管幾何形狀不旨在是限制性的且僅僅是為了圖 示目的而選擇的。它們既不是任何具體應用的代表，也不是任何具體應用的典型。使得溫度梯度最小化的另一方法在圖4的實施例中示出，其中，冷卻劑從歧管30 供給到并聯設置的多個盤管(IO-IOc)中，其中在按路線傳輸給熱交換器(未示出)且被再 循環之前，每個盤管的出口排放到第二歧管40中。應當清楚的是，管狀冷卻管線冷卻部件中的任何具體位置的能力將取決于該位置 距冷卻管線的距離。冷卻效率的這種變化性可借助于將入口和出口管線通過局部熱的區 域(通過試驗或者通過數學建模識別)按路線傳輸給圓柱體盤管而用于有利地提供補充冷 卻。因而，與附圖所示的簡單路線傳輸相比，實踐中遵循的路線可能會顯著地更復雜。然而，包括盤管的管狀冷卻通道的離散性質在冷卻氣缸時可能是不利的。為了最 大化冷卻，盤管應當位于鄰近氣缸壁。然而，如果盤管設置成鄰近氣缸壁，冷卻效率將隨從 盤管到氣缸壁的距離反向地變化。在各個回路與鄰接回路接觸的緊湊盤管幾何形狀的情況 下，尤其是在使用方形盤管時，這可能不會是大的問題，但是更開放的盤管配置會導致氣缸 壁中的不希望溫度梯度。克服該問題的最終實施例在圖5A-C中示出。圖5A示出了流體循環系統50，流體 循環系統50環繞氣缸且本身由圖5C中的鑄造發動機本體材料60的一部分環繞。在該實 施例中，流體循環系統50制成圓柱體環形物，由內部圓筒52、外部圓筒54界定且在其端部 由兩個平面環面56和58界定。外部圓筒54包括流體入口 2和流體出口 4。如果期望，在 圓柱形環形物內部的流可通過引入擋板或者流限制器或其它幾何形狀特征(未示出)進一 步修改或控制。如圖所示，外殼結構可由同軸設置的兩段管制成，以從平板切割或剪切而成的環 狀節段終止，具有從更小直徑的管的節段形成的入口和出口槽道。然后整體可以通過焊接 工藝永久組裝。然而，這些外殼結構的設計和制造的細節對于本領域技術人員而言是顯而 易見的，且上述說明旨在是示例性的而非限制性的。同樣，將需要多個這些外殼結構，每個發動機氣缸一個。如同在盤管幾何形狀的情 況下一樣，可采用串聯或并聯配置，從而需要使用往返外殼結構的管或其它合適連接件。此 外，如果以串聯配置使用，那么獨立外殼結構內的流體循環裝置的詳細幾何形狀可以被修 改以實現從所有氣缸的平衡排熱。最后，入口和出口管線的路線設計可同樣有利于控制局 部高溫區域。這些預制流體循環系統旨在由簡單的可商業獲得的形狀(如管或板)制成。基于 管的結構可行地由連續長度的管制成，但是更通常的情況是，一系列獨立元件或形狀將彼 此組裝和永久性地附連以形成連續的防漏結構，所述結構能夠在合適的推動力(例如來自 于水泵)下沿預定路徑適當地引導流體。
流體循環系統的定位由使得從發動機到冷卻流體的排熱最大化的目標來規定。因 而，最佳地如圖5C所示，流體循環系統定位成盡可能鄰近氣缸壁102和本體104的平臺表雖然已經集中于冷卻系統而不是潤滑系統，但是顯而易見的是，通過并入類似的 管狀潤滑劑分配系統，潤滑劑能容易地在發動機內按路線傳輸。然而，在潤滑循環的情況 下，對針對冷卻系統所示的較復雜的結構具有有限的需要，應當得到較簡單的管配置。總體流體循環結構將被預制，S卩，在引入鑄模且并入鑄件之前，組裝為完整的互連 結構。此外，一旦預制，流體循環結構應當是穩定的，從而不會在鑄造工藝之前或在鑄造工 藝期間扭曲或再次定向。因而，所述結構還可以包括加固或穩定構件，所述加固或穩定構件 在附圖中未示出，因為在需要時它們將依據獨立鑄件而不同。同樣，這些結構將需要以相對 于模腔和任何型芯(例如，用于氣缸的型芯)可重復的位置定位在模中。用于實現此的常 用過程是本領域技術人員熟知的。定位流體循環結構的第二實施例是將其嵌入或封裝在聚苯乙烯泡沫中且將聚苯 乙烯泡沫定位在模中。消失泡沫鑄造工藝是已經用于發動機鑄件的熟知金屬鑄造工藝。該 工藝采用聚苯乙烯泡沫的型式或模型，所述聚苯乙烯泡沫不會從砂模有形地去除以留下模 腔，而是留下模腔中以通過與熔融金屬接觸而去除或“燒掉”。如本文設想的那樣，流體循環 結構能嵌入在代表整個鑄件的聚苯乙烯泡沫模型中，或者僅循環結構可以嵌入在聚苯乙烯 泡沫中。在第一種情況下，將構成“消失泡沫”鑄造工藝的變型，而在第二種情況下，將簡單 地是常規型砂鑄造工藝的泡沫插件。并入預制冷卻通道的一個特別有利的應用是考慮防凍相容性問題而用于制造鎂 發動機部件。因而，應當注意的是，消失泡沫工藝不是非常適合用于鎂，因為經驗表明，鎂的 低含熱量不能供應足夠的熱能以可靠地去除或“燒掉”全部聚苯乙烯泡沫。然而，如果整個 模中容納聚苯乙烯泡沫的僅有部分是包含循環結構的區域，那么要去除的泡沫的更有限的 體積可能不會妨礙鎂的使用。理想地，流體循環結構的化學成分應當由三個考慮來引導流體循環結構的熔點應當高于鑄造材料的熔點以確保在鑄造工藝期間流體循環 結構不會被熔融金屬溶解，或者以其它方式與熔融金屬不利地反應；鑄造材料和流體循環結構應當能夠形成冶金結合以使得經過界面的熱傳遞效率 最大化；鑄造材料和流體循環結構的膨脹系數應當類似，以使得熱應力最小化且使得在整 個發動機操作溫度范圍內兩者之間的配合最大化。滿足這些標準的材料組合的一些非限制性示例是銅或不銹鋼，在鋁合金中鑄造； 不銹鋼，在鎂合金中鑄造；鋁，在鋁合金中鑄造。因而，可以使用類似或不同的材料。可使用類似材料，只要將合金元素添加到鋁或鎂以提供用于發動機部件的合適鑄 造合金將必然降低合金相對于純金屬的熔點。然而，金屬不是在等于其熔點的溫度下澆注到模中。相反，澆注溫度升高一些合適 的過熱度數。過熱至少部分地補償由熔融金屬在引入模中之前和引入模中期間經歷的熱損 失。這是需要的，從而模能夠在固化進行到金屬供給槽道凍結并固化的點之前用液體金屬 填充，從而拒絕通達模的最后澆注金屬。
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因而，假如與鑄造金屬的主合金成分相對應的純金屬的熔點足夠高，即高于鑄造 合金的澆注溫度，那么純金屬將不會熔化。鑄造金屬和結構金屬(為了方便起見，術語“結構金屬”在該部分中用于表示流體 循環結構的材料，不管是管狀制造物還是從分立部件制成)或上述全部的組合能夠形成冶 金結合。然而，應當理解的是，管上的氧化物或污染層可能會防止結構被鑄造合金濕化且抑 制冶金結合形成。在必要時，這可以通過將熔劑或其它表面活性劑應用于結構金屬解決，以 促進適合于形成期望冶金結合的清潔表面。金屬的線性熱膨脹系數隨金屬的熔點反向地變化，較高熔點金屬具有較低的線性 熱膨脹系數，較低熔點金屬和合金具有較高的線性熱膨脹系數。因而，類似鑄造合金和結構 金屬組合將自動地具有類似的線性熱膨脹系數。不同金屬的組合將不可避免地導致其熱膨 脹系數的不同并產生更大的熱應力。假定鑄造發動機部件能夠承受所產生的應力，那么這 不需要抑制且較高熔點的結構金屬可能是可接受的且可以具有附加的優勢，例如給部件增 加剛性。通過示例來考慮用于鑄造不銹鋼冷卻系統的以下過程。冷卻系統可以從由304等 級奧氏體不銹鋼制成的薄壁焊接或無縫管容易地制成，其提供良好的抗腐蝕性。該等級還 具有良好的可焊接性，從而允許冷卻系統根據需要從單個長度的管或者從管狀型式的焊接 組件制成。由于這旨在用于期望最大熱傳遞的冷卻應用，因而冷卻盤管應當具有結合到不銹 鋼的最大機會。從而，在管外徑的適當清潔和酸洗之后，應當用合適的熔劑涂層以促進結 合。合適熔劑是可商業獲得的或者可以采用在美國專利3，728，783中所述的氯化物制劑。表面處理過的冷卻系統(其開口優選暫時密封以防止鑄造合金進入)以及其它元 件(例如型芯)然后將定位在砂模中，砂模包括干湖砂、硅石、鋯石或鉻鐵礦，包括硫化物、 氟化物和氨絡合物的混合物以抑制熔融鎂與模的反應。而且，為了增加其機械整體性，砂模 將包括可以是氨基申酸乙酯基的多種有機粘結劑中的一種。應當理解的是，為了實現將熔 融金屬適當地引入模且將熔融金屬在模內分配，將需要添加于模腔的元件。這些包括澆口 流道和冒口。處于625°C和725°C之間的澆注溫度的鎂合金將在干空氣、氮氣或二氧化碳中的 六氟化硫(通常小于的濃度)的保護氛圍下被澆注到模中且被允許固化。當固化時，固化鑄件從砂模去除，通常機械地去除，且添加于期望型式的這些特征 (即，澆口、流道和冒口)被去除，從而留下期望鑄造型式，不銹鋼冷卻系統位于其內部。本發明關于消除冷卻流體和發動機本體之間的腐蝕性反應的益處已經關于當前 發動機本體材料和當前冷卻劑制劑進行描述。因而，通過本發明的實踐，可能引導或影響選 擇發動機鑄造材料或冷卻劑化學選擇的腐蝕問題提出討論。本發明的進一步優勢在于可以 在不考慮腐蝕相容性的情況下研究采用替代發動機鑄造材料和/或替代發動機冷卻劑制 劑的益處。例如，如果可以在沒有腐蝕的情況下承受較高的銅含量，那么將允許較高性能的 鋁合金。且如果與鑄造發動機材料的腐蝕相容性不是問題的話，那么先進的發動機冷卻劑 制劑(例如，在載流流體中的銅和氧化銅納米分散體)將是更有吸引力的。雖然已經提供了一些優選實施例以更好地描述本發明，但是這些實施例僅僅是示 例性的且不應當理解為限制性的-其它型式能由本領域技術人員容易地調節。因而，本發
10明的范圍僅僅由所附權利要求限定。
權利要求
一種用于內燃機的氣缸本體鑄件或氣缸蓋鑄件，所述鑄件由鑄造鎂合金或鋁合金形成，所述鑄件包括旨在用于液體成分流的液體流通道，所述液體成分對鑄造合金在化學上是破壞性的，所述液體流通道由金屬成分的鑄造到位的金屬管形成，所述金屬管將鑄造合金與液體隔離，同時允許液體在氣缸本體或氣缸蓋中起到其預期功能。
2.根據權利要求1所述的鑄件，其中，所述鑄造鎂合金是抗蠕變合金。
3.根據權利要求1所述的鑄件，其中，所述鑄造鋁合金包含按重量計高達5%的銅。
4 根據權利要求1所述的鑄件，其中，金屬管的金屬成分選自包括以下材料的組鋁或 鋁合金、銅或銅合金以及鐵或鐵合金，包括不銹鋼。
5.根據權利要求1所述的鑄件，其中，所述液體成分包括乙二醇和水。
6.根據權利要求1所述的鑄件，其中，所述液體成分包括潤滑油。
7.一種使由鑄造合金制成的鑄造發動機部件對基于水的冷卻劑具有提高的抗腐蝕性 的方法，包括以下步驟選定材料，所述材料(i)對基于水的冷卻劑是抗腐蝕的，(ii)不與鑄造合金破壞性地 反應，(iii)具有的熔點高于鑄造合金的澆注溫度；從選定材料制造連續的防漏冷卻劑循環系統；處理所述冷卻劑循環系統的表面以使之為與鑄造合金反應做好準備；將制成的冷卻劑循環系統置于旨在用于鑄造發動機部件的模中；將鑄造合金在選定澆注溫度下澆注到模中；以及允許鑄造合金固化且包括所述至少一個預制的流體循環系統，其中，所述流體循環系 統鑄造到所述發動機部件中。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述鑄造合金是鎂合金。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，所述鑄造材料是鋁合金。
10.一種用于內燃機的鑄造鎂或鋁發動機本體，其中，循環流體中的至少一種容納在至 少一個預制的流體循環系統中，所述流體循環系統包括多個具有大致圓柱體型式的組裝螺 旋狀盤管，每個盤管都環繞氣缸。
全文摘要
本發明涉及帶有用于流體流的鑄造到位的管的金屬合金鑄件。由鎂或鋁合金制成的主發動機鑄件，例如發動機本體或氣缸蓋，具有嵌入在其中的鑄造到位金屬管或型式。所述管或型式允許液體循環，同時將鑄造合金與循環液體基本上物理隔離，從而限制或消除它們之間的腐蝕性反應。
文檔編號B22D15/02GK101898235SQ20101019431
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月28日 優先權日2009年5月28日
發明者A·K·薩奇德夫, B·R·小鮑威爾, E·P·貝克, G·宋, T·A·佩里 申請人:通用汽車環球科技運作公司