一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法制造方法及图纸

一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法，该装置由铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统和超声场与电磁场复合深度搅拌系统组成，将K2ZrF6和Na2B4O7在300～350℃下烘烤2.0～2.5小时，研磨成细粉加入储藏罐；将温度745～755℃的铝溶液倒入800Kg中转包，上面覆盖1.5～2.0Kg精炼剂，铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统移动至中转包进行旋转喷吹，使熔体内大量生成ZrB2颗粒增强相，然后移开，将0.5～1.0Kg覆盖剂在熔体覆盖一层，超声场与电磁场复合深度搅拌系统转移至中转包进行超声场和电磁处理；该方法处理的材料颗粒尺寸达到30～100nm，材料强韧性大幅度提升。

Device and method for preparing nano particle reinforced automobile aluminum hub material

A preparation device and method of nano-particle reinforced aluminum wheel material for automobile are described. The device is composed of a primary stirring system and a composite deep stirring system of ultrasonic field and electromagnetic field. K2ZrF6 and Na2B4O7 are baked for 2.0-2.5 hours at 300-350 C, then grinded to fine powder and added to storage tank. Aluminum solution at 55 C is poured into 800 Kg mid-subpackage and covered with 1.5-2.0 Kg refining agent. Melt-enhanced particle formation and primary stirring system are moved to the mid-subpackage for rotating injection. A large number of ZrB2 particles are formed in the melt. Then the ZrB2 particles are removed and the 0.5-1.0 Kg covering agent is coated on the melt. Ultrasonic field and electromagnetic field are combined. The deep stirring system was transferred to the middle subcontractor for ultrasonic and electromagnetic treatment, and the particle size of the material treated by this method was 30-100 nm, and the strength and toughness of the material were greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法
本专利技术涉及汽车铝轮毂材料的制备
，具体地说，涉及一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法。
技术介绍
汽车轻量化始于发达国家，最早由传统汽车巨头引领，经过发展已形成一定规模。目前，北美汽车轻量化是全球最大的市场，预计该地区的年增长率约为5.6％，在2021年将达到362.3亿美元；欧洲是全球第二大市场；未来，亚太地区轻量化市场将是这个行业中发展最快的地区，2017年，该地区的产量占全球的近60％，目前正在随着越来越多的乘用车和轻型车轻量化需求而快速增长。德国是当前汽车轻量化占比最高的国家，其次是美国和日本。德国汽车工业十分发达，在新材料工业和机械制造领域聚集了世界上最优秀的生产企业，具有推动汽车轻量化得天独厚的优势。其次是美国，美国豪华品牌车型较多，且电动汽车发展很快，汽车轻量化的发展迅速；日本汽车轻量化技术也非常先进，以东丽公司为代表，目前该公司在轻量化技术方面全球遥遥领先；中国轻量化起步较晚，技术和应用程度都落后于德美日等发达国家。但是随着新能源汽车的发展，轻量化技术正在加速发展中。相关研究结果显示，汽车重量每减少100Kg，每百公里可节省燃油0.3升，每公里二氧化碳排放也将相应减少7.5克～12.5克；汽车整车质量降低10％，可提高燃油效率6％-8％，由此可见，轻量化将是整车厂商为满足各类节能减排指标需求的必由之路。在汽车轻量化主要实现途径中，材料轻量化是见效最快也是效果最好的选择。在材料轻量化领域中，铝基复合材料因其较低的密度、优质的性能以及巨大的存量，已经成为实现汽车轻量化发展的主要方式，目前铝基复合材料在欧美、日本等发达国家已经广泛应用。铝轮毂是汽车驱动系统中关键的零部件，也是影响汽车安全性和轻量化的重要部件。汽车铝轮毂绝大部分采用A356.2进行制造，但性能只能达到轿车和运动车的需要；随着越来越多的大型车辆配置铝轮毂，铝基复合材料在汽轮毂毂中的应用也越来越广泛。铝轮毂生产的第一道工序是熔炼与铸造，熔炼的目的是合金化与精炼净化,铸造的目的是获得成分、组织、性能符合要求的具有一定形状和尺寸的铸件；对于铝基复合材料来说，熔炼过程所形成的增强颗粒的数量、分布、大小以及形状将影响材料的力学性能，增强颗粒数量越多、分布越均匀、颗粒越细小、颗粒越趋于圆点状，其力学性能越高，当熔体中所形成的增强颗粒尺寸达到纳米级别时，金属材料强度将提高数倍。目前，我国铝轮毂制造行业在熔炼过程将A356.2合金熔炼后添加Al-Ti-B进行细晶强化，经中转包旋转吹气净化处理后进行铸造，该处理方式由于熔体内所形成的颗粒增强相TiB2数量少，在熔体内分布不均匀，特别是TiB2质点易聚集成块状造成偏析，还易与氧化膜或熔体中存在的盐类反应造成夹杂物，影响净化、强化效果；故材料强韧性与欧美国家相比差距较大。因此如何研发一种熔体内所形成的增强颗粒尺寸能够达到纳米级别、数量多并且均匀分布，形状趋于圆点状能显著增强材料的强韧性，一直是铝轮毂制造技术人员的一个重要课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服目前我国铝轮毂制造行业采用铝基复合材料熔炼过程所形成的颗粒增强相数量偏少、分布不均匀、易于聚集偏析、材料强化效果不明显的缺点，提供一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法。实现以上方法的技术方案是：一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法。该装置由铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统和超声场与电磁场复合深度搅拌系统组成，颗粒生成与初级搅拌系统由高纯氮气储藏罐、减压阀、混合盐储藏罐、气管、控制柜、导线、支撑架一、驱动马达一、陶瓷转子、驱动马达二、保温盖、挡板组成，超声场与电磁场复合深度搅拌系统由控制柜、导线、保温盖、超声波发射器、中转包、支撑架二、驱动马达三与电磁搅拌器组成。混合盐储藏罐通过导管与气管连接，高纯氮气储藏罐通过减压阀、气管与控制柜相连接，减压阀可调整气体压力的大小；气管与陶瓷转子相连接，以氮气为载体携带混合盐储藏罐内的混合盐通过陶瓷转子进入熔体发生化学反应生成增强颗粒；高纯氮气压力0.2～0.3Mpa，氮气流量0.8～1.5m2/h。驱动马达二、挡板与陶瓷转子装置在保温盖上，驱动马达二通过导线与控制柜连接，通过皮带与陶瓷转子相连接，在控制柜的控制下驱动马达二带动陶瓷转子旋转，陶瓷转子转速为700～800r/min,时间为8.0～12min，陶瓷转子安装在保温盖的中心，陶瓷转子的下半部有螺纹，在旋转过程具有对铝熔体强剪切搅拌功能，对熔体内溶质成分以及所生成的异质晶核具有初步搅拌功能；挡板装置在陶瓷转子的两侧，在陶瓷转子高速旋转过程对铝熔体有紊流的作用。保温盖通过角钢与驱动马达一相连接，驱动马达一装在支撑架一上，驱动马达一可以带动保温盖沿支撑架一上下左右移动；保温盖通过角钢与驱动马达三连接，驱动马达三装置在支撑架二上，驱动马达三可以带动保温盖沿支撑架二上下左右移动。超声波发生器通过导线与控制柜相连接，超声波发生器装置在保温盖的中心，超声波发生器的变幅杆呈圆锥形，变幅杆材质为耐热高强韧性模具钢，表面覆盖一层耐热抗侵蚀陶瓷材料，变幅杆侵入铝熔体300～500mm；超声场的频率20～30kHz,超声强度1.0KW/m2～30KW/m2,通过超声场搅拌促使中转包内中间区域熔体的搅拌，促使所生成的增强颗粒物弥散均匀分布，避免聚集长大，材料增强效果显著；电磁搅拌器通过导线与控制柜相连接，电磁搅拌器分别安装在支撑架一与支撑架二的下部，两个电磁搅拌器设计在中转包的两侧，电磁搅拌器电磁参数范围：频率5～60Hz，工作电流5.0A～1000A，工作电压为380V，通过施加电磁场可对中转包内侧壁区域熔体进行有效搅拌，促使所生成的增强颗粒弥散均匀分布，避免所产生聚集长大。一种纳米颗粒增强汽车轮毂铝基复合材料制备方法：将所要添加的K2ZrF6和Na2B4O7盐分别在300～350℃的烘干箱内烘烤2.0～2.5小时，烘干后研磨成细粉状；K2ZrF6与Na2B4O7的质量比为2：1，按照比例分别称取K2ZrF6与Na2B4O7混合均匀，其添加量占熔体的5.0～10.0％，将称取的混合盐加入混合盐储藏罐内备用；将温度745～755℃的A356.2铝溶液倒入800Kg的中转包内，将1.5～2.0Kg精炼剂在熔体表面均匀覆盖一层，通过控制柜将铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统移动至中转包合适的位置，设定高纯氮气压力0.2～0.3Mpa，设定氮气流量0.8～1.5m2/h，陶瓷转子转速为700～800r/min,时间为8.0～12min，通过旋转喷吹在熔体内发生系列化学反应，其中Na2B4O7与Al熔体的反应式为：Na2B4O7+6Al＝Na2O+2Al2O3+2AlB2；K2ZrF6与Al熔体反应式为：3K2ZrF6+13Al＝3Al3Zr+4AlF3+6KF；AlB2+Al3Zr＝ZrB2+4Al，熔体内大量生成ZrB2颗粒增强相，同时陶瓷转子下半部呈螺旋状，该过程同时具有对熔体强剪切搅拌功能。然后通过控制柜将铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统移开，将熔体表面浮渣除去，然后将0.5～1.0Kg覆盖剂在熔体表面均匀覆盖一层；通过控制柜将超声场与电磁场复合深度搅拌系统转移至中转包合适的位置，变幅杆侵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法，其特征是：该装置由铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统和超声场与电磁场复合深度搅拌系统组成，颗粒生成与初级搅拌系统由高纯氮气储藏罐(1)、减压阀(2)、混合盐储藏罐(3)、气管(4)、控制柜(5)、导线(6)、支撑架一(7)、驱动马达一(8)、陶瓷转子(13)、驱动马达二(14)、保温盖(15)、挡板(16)组成，超声场与电磁场复合深度搅拌系统由控制柜(5)、导线(6)、保温盖(9)、超声波发射器(10)、中转包(17)、支撑架二(12)、驱动马达三(11)与电磁搅拌器(18)组成；将所要添加的K2ZrF6和Na2B4O7盐分别在300～350℃的烘干箱内烘烤2.0～2.5小时，然后研磨成细粉状，混合盐加入混合盐储藏罐3内备用；将温度745～755℃的A356.2铝溶液倒入800Kg的中转包内，将1.5～2.0Kg精炼剂在熔体表面均匀覆盖一层，通过控制柜将铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统移动至中转包进行旋转喷吹，使熔体内大量生成ZrB2颗粒增强相，然后将铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统移开，将0.5～1.0Kg覆盖剂在熔体表面均匀覆盖一层，将超声场与电磁场复合深度搅拌系统转移至中转包合适的位置进行超声场和电磁处理。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法，其特征是：该装置由铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统和超声场与电磁场复合深度搅拌系统组成，颗粒生成与初级搅拌系统由高纯氮气储藏罐(1)、减压阀(2)、混合盐储藏罐(3)、气管(4)、控制柜(5)、导线(6)、支撑架一(7)、驱动马达一(8)、陶瓷转子(13)、驱动马达二(14)、保温盖(15)、挡板(16)组成，超声场与电磁场复合深度搅拌系统由控制柜(5)、导线(6)、保温盖(9)、超声波发射器(10)、中转包(17)、支撑架二(12)、驱动马达三(11)与电磁搅拌器(18)组成；将所要添加的K2ZrF6和Na2B4O7盐分别在300～350℃的烘干箱内烘烤2.0～2.5小时，然后研磨成细粉状，混合盐加入混合盐储藏罐3内备用；将温度745～755℃的A356.2铝溶液倒入800Kg的中转包内，将1.5～2.0Kg精炼剂在熔体表面均匀覆盖一层，通过控制柜将铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统移动至中转包进行旋转喷吹，使熔体内大量生成ZrB2颗粒增强相，然后将铝熔体增强颗粒生成与初级搅拌系统移开，将0.5～1.0Kg覆盖剂在熔体表面均匀覆盖一层，将超声场与电磁场复合深度搅拌系统转移至中转包合适的位置进行超声场和电磁处理。2.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强汽车铝轮毂材料的制备装置与方法，其特征是：驱动马达二(14)、挡板(16)与陶瓷转子(13)装置在保温盖(15)上，驱动马达二(14)通过导线(6)与控制柜(5)连接，通过皮带与陶瓷转子(13)相连接，在控制柜(5)的控制下驱动马达(14)带动陶瓷转子(13)旋转，陶瓷转子(13)转速为700～800r/min,时间为8.0～12min，陶瓷转子(13)装置在保温盖(15)的中心，陶瓷转子(13)的下半部有螺纹。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：管建国，李萍，李光宇，
申请(专利权)人：江苏凯特汽车部件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32