一种汽车轻量化铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种汽车轻量化铝基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料技术领域。该复合材料按照重量份数计，由下列原料制成：Al‑20Si中间合金700‑710份、工业纯Mg 103‑106份和Cu‑14P中间合金29‑31份，其中复合材料中初生相为Mg2Si，占复合材料的质量百分比为20％。本发明专利技术还提供一种汽车轻量化铝基复合材料的制备方法。本发明专利技术复合材料组织形态好，力学性能优良，该复合材料密度远低于传统汽车发动机汽缸及汽缸套材料，减重效果明显，可以很好地作为轻量化复合材料应用于汽车发动机汽缸及汽缸套等部件上。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车轻量化铝基复合材料及其制备方法
本专利技术属于金属基复合材料
，具体涉及一种汽车轻量化铝基复合材料及其制备方法。
技术介绍
汽车轻量化是汽车节能和的重要途径和有效措施。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。我国汽车产量和保有量近年来呈现不断增长的势头，致使能耗、安全和环保问题日益严峻。为了解决上述三大问题，推进汽车产业可持续发展，汽车轻量化被提到了国家战略高度，受到政府和工业界的普遍关注。汽车轻量化，不仅要为汽车零件减重，而且要提高汽车的动力性能和安全性能等综合性能，最终实现节能减排。国内的汽车零部件(例如汽车铝缸体镶铸的缸套)多采用铸铁制造。由于铝合金与铸铁热膨胀系数相差较大，铸铁缸套仅是被周围铝合金包覆，工作时缸筒温度升高后二者之间贴合强度下降，缸套容易变形，导热性差，影响发动机性能。若采用与铝合金膨胀率相近的铝基复合材料缸套，不仅可改善其尺寸稳定性和导热性、减小缸筒的变形、降低噪音和摩擦损失，提高发动机功率，而且每个缸套可减重60％以上并提高其耐磨性。Mg2Si颗粒增强铝基复合材料是一种很有潜力的汽车轻量化复合材料，常采用重力铸造的方法制备，但此方法获得的Mg2Si初生相为粗大的带有尖角的树枝晶，对基体有割裂作用，因此严重影响了复合材料的力学性能，对推广及实际应用十分不利。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种汽车轻量化铝基复合材料及其制备方法，本专利技术的复合材料减重效果好，且力学性能优异。本专利技术首先提供一种汽车轻量化铝基复合材料，该复合材料按照重量份数计，由下列原料制成：Al-20Si中间合金700-710份、工业纯Mg103-106份和Cu-14P中间合金29-31份，其中复合材料中初生相为Mg2Si，占复合材料的质量百分比为20％；所述Al-20Si中间合金按照质量百分比，包括Si：18-20.1％，Mn：0.2-0.25％，Cr：0.01-0.04％，Fe：0.4-0.8％，Zn：0.01-0.02％，Ni：0.001-0.003％，余量是Al；所述工业纯Mg按照质量百分比，包括Si：0.003-0.006％，Mn：0.001-0.005％，Cr：0.002-0.005％，Fe：0.001-0.004％，Zn：0.004-0.008％，Ni：0.001-0.004％，Cu：0.001-0.003％，Al：0.001-0.004％，余量是Mg；所述Cu-14P中间合金为变质剂，P的加入量为复合材料总量的0.5％。优选的是，所述的所述Al-20Si中间合金按照质量百分比，包括Si：20％，Mn：0.230％，Cr：0.036％，Fe：0.8％，Zn：0.012％，Ni：0.001％，余量是Al。优选的是，所述的工业纯Mg按照质量百分比，包括Si：0.005％，Mn：0.001％，Cr：0.002％，Fe：0.001％，Zn：0.006％，Ni：0.001％，Cu：0.001％，Al：0.002％，余量是Mg。本专利技术还提供一种汽车轻量化复合材料的制备方法，包括：(1)将石墨坩埚放置于电阻炉内，升温到190-210℃，将Al-20Si中间合金放入坩埚中，继续升温到760-780℃使合金完全熔化，保温5-10min后降温到700-720℃，得到待用的Al-20Si合金熔体；(2)将铝箔包覆的工艺纯Mg预热后压入步骤(1)得到的Al-20Si合金熔体内，升温后保温，待纯Mg完全熔化后，精炼除渣，得到熔体；(3)升温到730-750℃，将预热后的Cu-14P中间合金加入到步骤(2)的熔体中，保温后进行浇注，得到铸造试样；(4)将步骤(3)得到的铸造试样的放入电阻炉中加热，在565-570℃保温50-100min，得到预挤压试样；(5)将步骤(4)得到预挤压试样放入挤压模具中在250-255Mpa条件下挤压并保压30-35s，得到汽车轻量化复合材料。优选的是，所述步骤(2)中的预热温度为280-300℃，预热时间为30-40min。优选的是，所述步骤(2)的升温至780-800℃保温。优选的是，所述步骤(3)的保温时间为15-20min。优选的是，所述步骤(3)的铸造试样为直径尺寸为54-56mm的圆柱形重力铸造试样。优选的是，所述步骤(4)放入电阻炉加热之前，先将铸造试样的高度加工成60-70mm。优选的是，所述步骤(5)的汽车轻量化复合材料的直径为64-66mm。本专利技术的有益效果本专利技术首先提供一种汽车轻量化铝基复合材料，该复合材料由下列原料制成：Al-20Si中间合金、工业纯Mg和Cu-14P中间合金，其中复合材料中初生相为Mg2Si，占复合材料的质量百分比为20％；该复合材料组织形态好，而且力学性能优良，在一定程度上实现了铝基复合材料的强韧化，该复合材料密度远低于传统汽车发动机汽缸及汽缸套材料，减重效果明显，可以很好地作为轻量化复合材料应用于汽车发动机汽缸及汽缸套等部件上。本专利技术还提供一种汽车轻量化铝基复合材料的制备方法，该方法采用半固态等温热处理结合热挤压的技术手段制备了铝基复合材料，该方法工艺简单易行，成本相对较低，实现了铝基复合材料的低成本制造；更为重要的是该方法改善了复合材料组织和性能，可以很好地作为轻量化复合材料应用于汽车上。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的汽车轻量化铝基复合材料的显微组织照片图。具体实施方式本专利技术首先提供一种汽车轻量化铝基复合材料，按照重量份数计，由下列原料制成：Al-20Si中间合金700-710份、工业纯Mg103-106份和Cu-14P中间合金29-31份，其中复合材料中初生相为Mg2Si，占复合材料的质量百分比为20％；所述Al-20Si中间合金按照质量百分比，包括Si：18-20.1％，Mn：0.2-0.25％，Cr：0.01-0.04％，Fe：0.4-0.8％，Zn：0.01-0.02％，Ni：0.001-0.003％，余量是Al；优选为：Si：20％，Mn：0.230％，Cr：0.036％，Fe：0.8％，Zn：0.012％，Ni：0.001％，余量是Al。所述工业纯Mg按照质量百分比，包括Si：0.003-0.006％，Mn：0.001-0.005％，Cr：0.002-0.005％，Fe：0.001-0.004％，Zn：0.004-0.008％，Ni：0.001-0.004％，Cu：0.001-0.003％，Al：0.001-0.004％，余量是Mg；优选为：Si：0.005％，Mn：0.001％，Cr：0.002％，Fe：0.001％，Zn：0.006％，Ni：0.001％，Cu：0.001％，Al：0.002％，余量是Mg。所述Cu-14P中间合金为变质剂，P的加入量为Cu-14P中间合金总量的14％，占复合材料总量的0.5％，该变质剂起到改变初生相Mg2Si的尺寸、形态、数量和分布的作用。本专利技术还提供一种汽车轻量化复合材料的制备方法，包括：(1)将石墨坩埚放置于电阻炉内加热到190-210℃，优选为200℃，将Al-20Si中间合金放入坩埚继续升温到760-780℃使合金完全熔化，保温5-10min后降温到700-720℃，优选为710℃，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车轻量化铝基复合材料，其特征在于，该复合材料按照重量份数计，由下列原料制成：Al‑20Si中间合金700‑710份、工业纯Mg 103‑106份和Cu‑14P中间合金29‑31份，其中复合材料中初生相为Mg2Si，占复合材料的质量百分比为20％；所述Al‑20Si中间合金按照质量百分比，包括Si：18‑20.1％，Mn：0.2‑0.25％，Cr：0.01‑0.04％，Fe：0.4‑0.8％，Zn：0.01‑0.02％，Ni：0.001‑0.003％，余量是Al；所述工业纯Mg按照质量百分比，包括Si：0.003‑0.006％，Mn：0.001‑0.005％，Cr：0.002‑0.005％，Fe：0.001‑0.004％，Zn：0.004‑0.008％，Ni：0.001‑0.004％，Cu：0.001‑0.003％，Al：0.001‑0.004％，余量是Mg；所述Cu‑14P中间合金为变质剂，P的加入量为复合材料总量的0.5％。

【技术特征摘要】
1.一种汽车轻量化铝基复合材料，其特征在于，该复合材料按照重量份数计，由下列原料制成：Al-20Si中间合金700-710份、工业纯Mg103-106份和Cu-14P中间合金29-31份，其中复合材料中初生相为Mg2Si，占复合材料的质量百分比为20％；所述Al-20Si中间合金按照质量百分比，包括Si：18-20.1％，Mn：0.2-0.25％，Cr：0.01-0.04％，Fe：0.4-0.8％，Zn：0.01-0.02％，Ni：0.001-0.003％，余量是Al；所述工业纯Mg按照质量百分比，包括Si：0.003-0.006％，Mn：0.001-0.005％，Cr：0.002-0.005％，Fe：0.001-0.004％，Zn：0.004-0.008％，Ni：0.001-0.004％，Cu：0.001-0.003％，Al：0.001-0.004％，余量是Mg；所述Cu-14P中间合金为变质剂，P的加入量为复合材料总量的0.5％。2.根据权利要求1所述的一种汽车轻量化铝基复合材料，其特征在于，所述的所述Al-20Si中间合金按照质量百分比，包括Si：20％，Mn：0.230％，Cr：0.036％，Fe：0.8％，Zn：0.012％，Ni：0.001％，余量是Al。3.根据权利要求1所述的一种汽车轻量化铝基复合材料，其特征在于，所述的工业纯Mg按照质量百分比，包括Si：0.005％，Mn：0.001％，Cr：0.002％，Fe：0.001％，Zn：0.006％，Ni：0.001％，Cu：0.001％，Al：0.002％，余量是Mg。4.权利要求1-3任何一项所述的一种汽车轻量化复合材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将石墨坩埚放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓波，杨淼，周德坤，赵宇光，陈永炳，
申请(专利权)人：北华大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22