为什么活塞的材料采用合金铝材料制成？（汽车）
活塞和活塞环
活塞及活塞环位于发动机的心脏，其工作质量的优劣直接影响发动机的性?。现代发动机的活塞多采用铝合金作材料。其主要优点是质量轻二导热性能好。活塞与活塞环是一对摩擦。为使其工作性能达到最佳化，在选用原材料和工作面的涂覆材料方面，首先应考虑两者间的匹配性。如：活塞环端面进行化学钝化处理，则活塞应选用AEB5型共晶铝(5%的Cu含量)作材料，且对活塞环槽进行磷化处理。随着发动机功率的不断提高和活塞工作寿命的不断延长，普通的铝合金活塞难以满足要求，许多性能更好的新材料应用于活塞中。铝基复合材料的性能已达到使用的最好材料Ni-resist，铸铁的水平，而制成活塞和活塞环后质量大大减轻，与普通铝合金材料相比其高温强度和抗热疲劳性能明显提高，并具有较低的线膨胀系数。可提高活塞使用寿命，降低油耗和废气排放量，提高发动机功率。日本丰田汽车公司的发动机巳广泛采用这种材料，美国公司还研制出用以制作汽车发动机括塞的发泡石墨。这种材料具有比铝高4倍，比铜高5倍的传热系数，以及相对密度低、质量轻、制取成本不高等特点，既可减小质量40%(与金屑制材相比)，又可散热制冷，可有效地增加发动机输出功率，改进工作效率。
活塞环是易损件，在工作中与缸套摩擦剧烈，其摩擦损失，占发动机总摩擦损失的60%-70%，因此减轻摩擦和降低磨损是提高效率、延长寿命的重要途径。研究表明，在活塞环(尤其是压缩环)工作面上涂覆一层耐磨微小颗粒物质可提高其耐磨性能和载荷能力。例如；对柴油机压缩环施以铬和陶瓷涂层(AI203的含量为2%-6%)，其耐磨强度较普通环提高0.5-1.5倍。有了这种涂层，活塞环的工作面将永久存留一层润滑油膜。有的活塞环的表面涂覆的不是氧化锰山类的微小颗粒，而是极精细的钻石微小颗粒(GDC)，这可进一步提高环的耐磨强度。
不是的,相对来讲的,有的发动机缸盖是铝的.全铝的发动机说的是缸盖,缸体都是铝合金制造的,但内部的运动部件不是铝合金的,如,缸套还是铸铁的,曲轴还是球磨铸铁或是钢材锻造的,连杆是钢材锻造的。
铝缸套和铸铁缸套各有不同。
铸铁缸套现在的发展趋势是硼铸铁缸套。耐磨性极好，几乎全寿命的使用一点问题没有。
但重量大，散热稍差。可是耐用度却极好。
而铝缸套重量轻，散热快，目前通过特殊的网状研磨硬铬镀层来解决它的耐磨性问题。也过关了，也成熟了。
可是成本却高了不少。
单说性能，当然铝缸套的好，赛车领域全是铝缸套的。
另外一点就是：铝缸套和外面的铝气缸体的膨胀系数完全一样，冷车热车都膨胀的很均匀。这是铸铁缸套+铝气缸体无法比拟的。
只有铸铁缸套+铸铁气缸体的发动机才能做到膨胀系数一样。可是，铸铁的气缸体和铝缸盖的热膨胀系数又不同。容易引起热应力微变形（为啥大众的铸铁气缸体发动机都喜欢渗机油？）
轻量化材料：首先我们从材料的轻量化来讨论新型发动机材料的优势。
1、全铝缸盖和缸体
我们日常所说的全铝发动机是指缸盖和缸体都是铝合金制造的发动机。而缸盖是铝合金，缸体是铸铁的发动机，一般我们还是称作铸铁发动机。现在，全铝发动机已经在大量的车型上被采用，在国外，罗孚的k系列发动机，宝马的M52直列六缸发动机，日产的VQ发动机，捷豹的-AJ－V8发动机、奔驰的V6和V8发动机、通用的LS1和北极星V8发动机、标致的2升四缸发动机和通用的新型直列四缸发动机等等都是采用铝合金制造。国内的许多小排量发动机也逐步采用全铝发动机，如国产铃木系列的发动机G13、K14等。甚至包括一些国产发动机也采用铝合金材质了，最著名的就是东安动力开发的468发动机，这款发动机被配备在哈飞路宝和昌河爱迪尔上，获得了很大的成功。
很早以前的汽车发动机就开始大规模采用全铝缸盖了。缸盖的重量并不大，所以汽车制造商喜欢它并不是因为它重量轻，而是因为它有更好的散热性能。随着发动机技术的发展，四气阀结构成为发动机的主流设计趋势。与一起的两气阀发动机相比，每缸四气阀的气缸盖比每缸两气阀的气缸盖在工作时要产生更多的热量，采用全铝缸盖是最好的解决办法。
出于成本的考虑，气缸体采用全铝设计比气缸盖要晚得多。气缸体是发动机上最重的部分，因而使用铝合金材料可以减轻发动机的重量，从而达到减轻整车重量的目的。这一点对于前置前驱车型来说，显得尤为可贵，当然在另一方面，由于材料价格和加工工艺的区别，采用铝合金缸体的发动机会增加一些成本。
2、树脂或镁作为材料的进气管
在发动机的构成上，复杂的进气管是另外一个很重的部件。特别如今流行的更复杂的可变长度的进气管，其重量相当可观。刚开始的时候，人们采用铝合金来作为进气管的替代材料，后来许多汽车制造商开始采用具有热塑性的66号尼龙，或者其他耐热的可塑性材料制造进气管。因为这些复合材料的有许多优点：价钱便宜、重量轻、内臂平滑（从而空气流动好、气阻小），因此它对于汽车制造商来说是很理想的进气管材料。
但是这些复合材料也有让人很头痛的缺陷，它很容易产生一些细小的裂纹，这种裂纹导致高速进气时会在进气管里产生令人不快的噪音，所以许多高档的豪华车都没有采用这种材料制造进气管。例如奔驰就选择了镁合金——这种材料比铝更轻，尽管它比较昂贵，而且耐高温能力有限。贵不是主要问题，因为要知道，前提是装配在豪华车上，对于豪华车来说，性能的提高比成本相对来说要更重要。耐热能力有限也不要紧，因为进气管的温度并不高。镁合金是金属材质的，空气在镁合金制造的进气管内流动，要比在塑料的噪音要小的多。
也有一些车采用了非常少见的材料，例如TVR和法拉力V8采用的是一种称作凯福拉（Kevlar）的材料来制造进气管，它能获得更轻的重量，而且进气噪音与金属进气管相当。这些都是很少采用的特例，就不多讨论了。
摩擦力和运动惯性的优化：除了轻量化，新型材料在摩擦力和运动惯性方面同样具有很大的优势。
1、铝活塞和钢制气缸套
发动机的响应性与发动机部件的运动惯性是分不开的，发动机的运动部件包括曲轴、活塞、连杆等。由于曲轴要求瞬间强度非常高，所以只能采用高强度钢来制造。
活塞就没有曲轴这样的局限了，在高转速发动机上，通常都是用铝合金来制造活塞。更轻的活塞重量能产生更高的发动机转速，从而能获得更大的动力输出。
使用铝合金来制造活塞，成本并不是非常昂贵，主要问题是出在摩擦阻力上。在发动机运转的时候，活塞与气缸壁之间肯定会产生摩擦。而铝和铝直接的摩擦系数是很高的，它比铝和铸铁之间的摩擦系数要高得多。这样一来，如果全铝缸体配合全铝活塞，发动机运转的时候摩擦阻力就会非常大，这显然是不可取的，这也就是为何许多发动机使用铝合金活塞，但必须使用铸铁缸体的原因。但如果为了采用全铝缸体而采用铸铁活塞，那显然是更得不偿失的。
那如何解决这一矛盾呢？
目前最主流的解决办法，就是在铝制的气缸体内镶一个钢制的气缸套，让铝合金活塞不会与铝制的气缸壁相接触。这种设计可以解决这一矛盾，当然也会增加一些成本。
这种方法在70年代中期首先被雪佛兰Vega所采用。它的发动机采用全铝设计，在铝合金的气缸体内镶上了一个铸铁的缸套，当然活塞同样也是用铝合金制造的。它的摩擦阻力比全铸铁的发动机要小得多，因此它的动力得到了很大程度的提高。不仅如此，这台发动机还能获得更轻的重量和更小的运劲惯性，改善了车子的加速性、操控性和经济性。后来，这种方法被许多配备了高转速发动机的汽车所采用。
还有一个解决办法，就是采用增强型金属纤维气缸套（FRM）。本田在它的NSX 3.2升发动机上采用了这个技术。它的成本和升功率在铸铁缸体和镶缸套之间。这种解决办法，是在全铝的缸体上直接把金属纤维加热融化以后，通过特殊工艺把金属粒子渗透到气缸壁上，就仿佛在气缸壁上电镀了一层厚度只有0.5毫米的金属纤维。与铸铁缸体相比，它能产生更低的摩擦阻力，因而改善了转速和功率。同时，金属纤维是直接渗透到气缸缸体里的，所以它的强度非常大（相当于整个缸体的强度）。
2、钛合金连杆
钛是一种重量很轻，强度很大的材料，而且价格非常昂贵，一般只在航空领域采用。但是，这种航空材料最终还是被应用在了汽车上，不过仅限于高性能的运动轿车，因为只有这些汽车才会为了提高性能而不计成本的采用尽可能适合的材料。兰博基尼的Diablo、法拉力的F355 / 360 M / 550 M 、还有保时捷的911 GT3等都采用钛合金来制造连杆，以提高发动机的转速。
3、锻造工艺
锻造是一种非常传统的制造工艺，但是它不能在高强度和轻量化之间取得很好的平衡。在本田的Type R和其他高性能汽车上，经常采用锻造工艺来制造活塞、曲轴和连杆。
由于锻造需要用手工完成，因此需要花费巨大的人工成本。锻造高温的金属能让更多的矿物质渗透到金属粒子当中去，因而改善了零件的强度和耐热性，最终有利于发动机的转速提高和动力输出。同时，锻造还能改善一些部件的摩擦系数，例如采用锻造工艺制造的活塞就能更好的减小表面的摩擦系数。
