本发明专利技术公开了一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料及其制备方法,属于汽车材料及制备技术领域。该叶片材料由Al‑Cu‑Mg‑Si‑X合金与Si
Aluminum base blade material for automobile air conditioner compressor and preparation method thereof
The invention discloses an aluminum base blade material for an automobile air conditioner compressor and a preparation method thereof, belonging to the field of automobile materials and preparation technology. The leaf material from the Al Cu Mg Si X alloy and Si
【技术实现步骤摘要】
一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料及制备方法
本专利技术属于汽车材料及制备
,具体涉及一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料及制备方法。
技术介绍
汽车空调压缩机是汽车空调系统的核心部件,其功能是借助外力维持制冷剂在制冷系统内的循环,吸入来自蒸发器的低温、低压的制冷剂蒸汽,压缩制冷剂蒸汽使其温度和压力升高,并将制冷剂蒸汽送往冷凝器,在热量吸收和释放的过程中,实现热交换。目前我国汽车空调压缩机主要分为斜盘式、涡旋式以及旋叶式三大类。旋叶式空调压缩机的核心部件之一是旋转叶片(每个压缩机转子上配置5-10片叶片),并且转子上的旋转叶片将压缩机气缸分成若干个个空间(根据叶片数量),当主轴带动转子旋转一周时,这些空间的容积不断发生变化,制冷剂蒸汽在这些空间内也发生体积和温度上的变化,从而实现空调制冷。目前汽车空调压缩机的叶片材料主要包括钢铁材质叶片、塑料材质叶片,以及铝合金材质叶片。钢铁叶片由于其比重大、服役过程中噪音和震动大,较难满足压缩机轻量化、低噪音的使用要求;塑料叶片则由于存在强度相对较低、易老化、不易回收等问题,也限制了该类型叶片的使用。铝合金叶片则具有比重低,强度高、容易塑性加工,热膨胀系数小(有利于保持尺寸稳定)、震动小等综合性能,已经在旋叶式汽车空调压缩机中获得了很大的应用。这类铝合金在设计时,考虑要保证叶片材料高的强度、低热膨胀系数,同时具有较好的耐冲击性能,常在纯铝中添加Cu、Mg等合金元素来达到提高叶片力学性能的目的,同时添加入一定含量的Si,起到降低材料热膨胀系数的效果,即Al-Cu-Mg-Si成分的铝合金可在一定程度上满足叶片的性能要求。例如目前已经有采用铸造法制备Al-Cu-Mg-(11~13)Si系合金叶片材料的报道。然而,Al-Cu-Mg-(11~13)Si系合金叶片材料的室温强度仅能达到300~400MPa,热膨胀系数为21~22×10-6K-1(25~200℃),高温强度200MPa左右,在实际应用过程中会出现以下问题:①因强度偏低导致叶片容易变形、磨损;②因热膨胀系数偏大导致叶片尺寸变形、卡死在压缩机转子槽内;③在压缩机长时间高温(200℃)工作环境下,由于叶片高温强度低,会出现叶片软化失效情况。为了解决上述问题,现阶段需要开发一种等新型的铝合金叶片材料,该材料要求具有高的室温强度和硬度、高的高温强度、更低的热膨胀系数、耐摩擦磨损等综合性能。本专利技术在上述技术背景下,开发一种新型的汽车空调压缩机用铝合金叶片材料,该材料在Al-Cu-Mg-Si系合金基础上,通过添加Fe、Ni或Ag等元素来提高Al-Cu-Mg-Si合金的高温耐热性能(形成AlFe、AlFeNi、Ω等耐热相);添加更高含量(达到16~25%)的Si来降低材料的热膨胀系数;添加具有优异减磨润滑作用,超高硬度的Si3N4第二相颗粒来提高材料的强度硬度、降低材料的摩擦系数和磨损量,增加耐磨性。在上述思路下,本专利技术的新型叶片材料成分为Si3N4/Al-Cu-Mg-Si-X(Fe,Ni,Ag)。分析Si3N4/Al-Cu-Mg-Si-X(Fe,Ni,Ag)成分,并结合材料学的相关理论知识可知:①要保证叶片材料具有较高的力学性能,材料中的Si颗粒尺寸必须细小,不能出现铸造方法中的大尺寸、板条状过共晶Si(16~25%Si属于过共晶Si,铸造方法的Si组织粗大)。因此,叶片材料不能采用传统的铸造方法制备,只能采用快速凝固(如粉末冶金气雾化快速冷却)进行制备,以便抑制Si颗粒的异常长大。②要保证叶片材料具有高的高温性能,例如在压缩机200℃左右的工作环境下仍具有较高的高温强度,必须要求材料中的AlFe、AlFeNi、Ω等耐热相尺寸细小,不能出现类似鋳造法中出现的大尺寸耐热相出现(割裂基体),造成高温强度低的现象。而细小的耐热相组织只能采用快速凝固方法(例如粉末冶金气雾化快冷工艺)进行制备。③要保证减磨强化作用的Si3N4颗粒在铝合金基体中均匀分散,必须采用合理的制备工艺,如粉末冶金工艺来实现细小颗粒的均匀分散(搅拌鋳造法虽也可实现Si3N4颗粒分散,但过高的制备温度易造成合金中Si颗粒和耐热相异常长大,降低力学性能)。综合考虑上述因素,本专利技术采用粉末冶金工艺制备新型Si3N4/Al-Cu-Mg-Si-X(Fe,Ni,Ag)材料,获得具有细小尺寸的Si颗粒和耐热相组织、优异的室温和高温强度、高硬度、低热膨胀系数综合性能的材料,并最终实现在汽车空调压缩机叶片上的应用。
技术实现思路
本专利技术针对现有汽车空调压缩机用叶片材料的不足,提供了一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料及制备方法,其特征在于,该材料由Al-Cu-Mg-Si-X合金和Si3N4组成,其中,Al-Cu-Mg-Si-X的体积分数为90%~100%,Si3N4体积百分数为0~10%;所述材料中Si颗粒和耐热相尺寸不大于5μm,材料密度为2.72~2.85g/cm3,硬度90~98HRB,拉伸强度475~560MPa,延伸率1.0~3.0%,200℃时强度230~300MPa,摩擦系数0.20~0.36,磨损量14.5~23.6mg,热膨胀系数为17.0~18.0×10-6K-1。所述Al-Cu-Mg-Si-X合金中的X组元为Fe、Ni、Ag、Fe-Ni、Fe-Ag、Ni-Ag、Fe-Al、Ni-Al中的一种。所述Al-Cu-Mg-Si-X合金中,按重量百分比计,各金属成分的含量为:Cu含量为3.0~6.0%,Mg含量为0.8~1.8%,Si含量为16~25%,X含量为0~7%,余量为Al。一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块,X组分按比例进行配置,在真空炉内加热进行熔炼制备Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭;(2)对真空熔炼制备的Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭进行气雾化制粉;(3)将Al-Cu-Mg-Si-X雾化粉末、Si3N4粉末按比例装入球磨机中进行混粉;(4)将球磨混合后的Si3N4/Al-Cu-Mg-Si-X粉末进行冷等静压成型,将冷等静压后的坯锭装入金属包套进行真空除气,然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型;(5)对挤压后的坯料进行固溶时效处理强化。步骤(1)中所述Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块纯度均>99.9%,X组元纯度>99.5%;Al-Cu-Mg-Si-X坯锭真空熔炼温度750~950℃,真空度≤10-2Pa。步骤(2)中Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭化料温度750~950℃,保温时间10-15min;气雾化浇注温度750~950℃,雾化保护气氛为氮气、氩气或氦气中的一种,气体纯度≥99.5%。步骤(3)中所述的Si3N4粉末的平均粒径为1.0~10μm,纯度>99.5%。步骤(3)中所述的Si3N4粉末表面涂覆一层Cu或Ni金属薄膜,薄膜的厚度为2nm~20nm,涂覆方式为电镀、化学镀、化学气相沉积工艺中的一种。步骤(4)所述冷等静压压力为100~200MPa,保压时间为10~30min,冷压坯相对致密度为60%~80%。步骤(4)所述真空除气用金属包套材质为纯Al或6061Al中的一种,包套厚度为2~6mm。步骤(4)所述的真空除气的温度为420~560℃,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料,其特征在于,该材料由Al‑Cu‑Mg‑Si‑X合金和Si
【技术特征摘要】
1.一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料,其特征在于,该材料由Al-Cu-Mg-Si-X合金和Si3N4组成,其中,Al-Cu-Mg-Si-X的体积分数为90%~100%,Si3N4体积百分数为0~10%;所述材料中Si颗粒和耐热相尺寸不大于5μm,材料密度为2.72~2.85g/cm3,硬度90~98HRB,拉伸强度475~560MPa,延伸率1.0~3.0%,200℃时强度230~300MPa,摩擦系数0.20~0.36,磨损量14.5~23.6mg,热膨胀系数为17.0~18.0×10-6K-1。2.根据权利要求1所述一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料,其特征在于,所述Al-Cu-Mg-Si-X合金中的X组元为Fe、Ni、Ag、Fe-Ni、Fe-Ag、Ni-Ag、Fe-Al、Ni-Al中的一种。3.根据权利要求1所述一种汽车空调压缩机用铝基叶片材料,其特征在于,所述Al-Cu-Mg-Si-X合金中,按重量百分比计,各金属成分的含量为:Cu含量为3.0~6.0%,Mg含量为0.8~1.8%,Si含量为16~25%,X含量为0~7%,余量为Al。4.一种权利要求1所述的汽车空调压缩机用铝合金叶片材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块,X组分按比例进行配置,在真空炉内加热进行熔炼制备Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭;(2)对真空熔炼制备的Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭进行气雾化制粉;(3)将Al-Cu-Mg-Si-X雾化粉末、Si3N4粉末按比例装入球磨机中进行混粉;(4)将球磨混合后的Si3N4/Al-Cu-Mg-Si-X粉末进行冷等静压成型,将冷等静压后的坯锭装入金属包套进行真空除气,然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型;(5)对挤压后的坯料进行固溶时效处理强化。5.根据权利要求4所述的一种汽车空调压缩机用铝合金叶片材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块纯度均>9...
【专利技术属性】
技术研发人员:聂俊辉,樊建中,杨必成,邬小萍,赵月红,魏少华,马自力,左涛,刘彦强,郝心想,
申请(专利权)人:北京有色金属研究总院,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。