CN101392380B - 一种镁合金车轮表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种镁合金车轮表面处理方法，其特点是包括预成形—机加—表面喷涂铝—加热扩散—终成形—热处理—表面涂装处理工序；所述的预成形与机加获得为终成形留有变形量的镁合金车轮半成品，表面喷涂铝、加热扩散后，通过终成形获得镁合金车轮成品，加热扩散过程中的热作用、变形过程中的机械作用，提高了铝涂层与镁合金基体的结合力；提高了镁合金车轮的抗腐蚀性，解决了连接部位电化学腐蚀问题，克服了常规处理涂覆层易脱落的问题；不降低镁合金基体材料的力学性能，无环境污染，生产成本低。

Description

一种镁合金车轮表面处理方法

一、技术领域

本发明一种镁合金车轮表面处理方法，特别是一种镁合金车轮表面喷涂铝后热变形的方法，主要用于镁合金车轮的加工制造。 

二、背景技术

镁合金密度小，比强度高，阻尼性能好，被誉为″21世纪的绿色工程材料″。随着汽车轻量化的日益迫切，镁合金在汽车上显示出巨大的优越性，车轮是新一代汽车产品领域应用镁合金作为替代新材料的典型部件。然而，对于镁合金车轮，低的性能和差的耐蚀性一直制约其难以推广应用。 

在提高镁合金车轮性能方面，中国专利ZL03100893.3：公开了镁合金汽车轮毂铸-挤复合成形方法，中国专利200610012829.9：公开了一种汽车轮毂省力成形方法及装置，中国专利200810054600.0：公开了一种镁合金汽车车轮挤压成形方法与模具，解决了塑性成形镁合金车轮的难题。 

镁合金化学性质活泼，易受到侵蚀，作为结构材料必须采取可靠的表面防护措施。尤其作为汽车车轮中经受环境条件最恶劣部件的车轮，不仅受户外气候环境的影响，还需经受地面的泥、砂、碎石冲击和水溅射的影响，存在表面涂层划伤后腐蚀，与螺栓、轴连接部位电化学腐蚀等问题。因此，提高抗腐蚀性成为促进镁合金车轮应用的关键。 

目前，镁合金采用的表面处理方法，主要有化学转化处理、化学氧化及电化学氧化、有机涂层处理、表面改性处理、金属镀层处理等。化学转化处理主要用于为后续的有机涂层处理打底，化学氧化及电化学氧化只作装饰和中间工序防护，而有机涂层质软易剥落，表面改性处理技术尚不成熟，都难以满足镁合金车轮对抗腐蚀性的要求。 

铝是理想的涂层材料，防护性能优异，导电导热性能及机械性能好，而且涂镀层还可以进行各种阳极氧化、电解着色等不同的后处理，满足诸如耐腐蚀、 装饰、耐磨损、电绝缘等性能要求。比较成熟的铝涂层工艺有物理气相沉积、热侵、电镀和喷涂，如中国专利200510017804.3：公开了一种镁合金表面处理的方法，将镁合金作为阴极，工业纯铝作为阳极放入电镀液中，在镁合金表面电镀铝，以提高镁合金的防护性能。然而现有的铝涂层工艺，铝涂层与镁基体结合力低，在受外力作用时，镀层很容易从镁合金表面脱落，也难以满足车轮使用要求。 

三、发明内容

本发明的目的是克服现有镁合金制品表面处理技术的不足，提供一种将铝稳固地涂覆在镁合金件表面，用来提高镁合金抗腐蚀性的表面处理方法，以及由此方法所制得的镁合金车轮。 

实现本发明的技术方案是： 

一种镁合金车轮表面处理方法，其特征是：其工序包括：预成形-机加-表面喷涂铝-加热扩散-终成形-热处理-表面涂装处理；即首先，通过塑性成形制备镁合金车轮毛坯，机加后获得镁合金车轮半成品；其次，对镁合金车轮半成品表面喷涂铝，并进行加热扩散，依靠热作用使表面铝涂层扩散；第三，对表面带有铝涂层的镁合车轮半成品终成形，通过塑性变形，使镁合金基体和铝涂层同时变形，获得最终形状与尺寸的镁合金车轮；第四，根据镁合金车轮所选用的镁合金基体材料，采用相应的热处理工艺规范对镁合金车轮进行热处理；最后，为表面涂装处理，镁合金车轮表面包覆了铝涂层，按照铝合金车轮的涂装技术进行； 

所述的预成形与机加工后获得的车轮半成品，为终成形留有变形量，各部位变形量控制在10～50％之间；车轮半成品主要尺寸确定方法： 

轮辋厚度：t′＝(1+0.1～0.2)t 

轮辐厚度：t₁′＝(1+0.1～0.3)t₁

轮毂厚度：t₂′＝(1+0.1～0.3)t₂

中心孔直径：d′＝(1+0.1～0.3)d 

螺栓孔直径：d₁′＝(1+0.1～0.3)d₁

其中：t、t₁、t₂分别为车轮成品轮辋、轮辐、轮毂的厚度，d、d₁分别为车轮成品中心孔、螺栓孔直径； 

所述的表面喷涂铝工序，首先，对镁合金车轮半成品进行表面脱脂、酸洗及水洗等前处理；然后，对镁合金车轮半成品的表面喷涂铝涂层，以铝丝材或铝粉末为喷涂材料，采用普通火焰喷涂，或电弧喷涂，或等离子喷涂，或超音速火焰喷涂，铝涂层厚度控制在0.1～0.2mm。 

本发明镁合金车轮表面处理方法，与现有技术比较，具有实质性的技术特点和显著的效果是： 

(1)该工艺制造的镁合金车轮，提高了镁合金的抗腐蚀性，解决了连接部位电化学腐蚀问题，为镁合金车轮的推广应用奠定了基础； 

(2)加热扩散过程中的热作用、变形过程中的机械作用，提高了铝涂层与镁合金基体的结合力，克服了常规处理涂覆层易脱落的问题； 

(3)车轮表面喷涂铝+热扩散+热变形工艺，不降低镁合金基体材料的力学性能，无环境污染，生产成本低。 

四、附图说明

图1是镁合金车轮表面处理工艺流程图； 

图2是镁合金车轮成品结构示意图； 

图3是预成形机加后镁合金车轮半成品结构示意图； 

图4是使用本发明方法获得的镁合金车轮制品示意图。 

五、具体实施方式

以下结合附图就具体实施方式进行详细说明(本实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明作出的任何限定)。 

如图1所示，本发明镁合金车轮表面处理方法的工艺流程图。一种镁合金 车轮表面处理方法包括预成形-机加-表面喷涂铝-加热扩散-终成形-热处理-表面涂装处理。使用本发明的方法可制成表面敷设有一层铝或铝合金的镁合金车轮。 

所述的预成形工序，通过塑性变形制备车轮毛坯，经机加后获得车轮半成品，为终成形留有合适的变形量；预成形根据车轮规格和形状确定，可以采用不同的成形工艺；预留的变形量根据各部位使用要求和后续终成形工艺确定，不同的部位预留不同的变形量，各部位变形量控制在10～50％之间； 

车轮半成品主要尺寸确定方法： 

轮辋厚度：t′＝(1+0.1～0.2)t      轮辐厚度：t₁′＝(1+0.1～0.3)t₁

轮毂厚度：t₂′＝(1+0.1～0.3)t₂    中心孔直径：d′＝(1+0.1～0.3)d 

螺栓孔直径：d₁′＝(1+0.1～0.3)d₁

其余尺寸根据塑性变形体积不变条件确定，即车轮半成品体积与车轮成品体积相等。其中t、t₁、t₂分别为车轮成品轮辋、轮辐、轮毂的厚度，d、d₁分别为车轮成品中心孔、螺栓孔直径； 

所述的表面喷涂铝工序，首先，对镁合金车轮半成品进行表面脱脂、酸洗及水洗等前处理；然后，以铝丝材或铝粉末为喷涂材料，采用普通火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂等方法，在经前处理的车轮表面喷涂铝涂层；铝涂层厚度控制在0.1～0.2mm； 

所述的加热扩散工序，将表面喷涂铝后的车轮加热到350～410℃，保温2～4小时，依靠热作用使表面铝涂层扩散； 

所述的终成形工序，通过塑性变形，使镁合金基体和铝涂层同时变形，根据预留的变形量控制各部位的变形，获得车轮最终的形状尺寸，终成形可以采用不同的成形工艺； 

所述的热处理工序，根据所选用的镁合金基体材料，确定相应的热处理工艺规范； 

所述的表面涂装处理工序，由于镁合金车轮表面包覆了铝涂层，按照目前铝合金车轮的涂装技术进行，根据使用要求确定涂层材料和相应的涂装工艺，如全涂漆、全喷粉末涂料、喷漆加喷粉末涂料、喷粉末涂料加喷漆和电镀等。应用示例： 

选取如图2所示的汽车车轮，其主要尺寸如表1所示，材料选用Mg-Al-Zn系AZ80镁合金。 

表1汽车车轮主要尺寸 

根据上述发明，该车轮的加工制造工艺如下： 

预成形——机加——表面喷涂铝——加热扩散——终成形——热处理——表面涂装处理。 

1、预成形及机加 

预成形采用了中国专利：200810054600.0公开的一种镁合金汽车车轮挤压成形方法，即下料-镦粗-反挤压-机加-正向挤压-扩口的成形工艺。 

选择AZ80镁合金铸锭，车削外皮后锯切成所需的棒料，均匀化处理后，经镦粗、反挤压、机加、正向挤压、扩口制得车轮毛坯。 

预成形的车轮毛坯经机加后，制得车轮半成品，如图3所示为经预成形机加后的镁合金车轮半成品结构示意图。主要尺寸如下： 

轮辋厚度t′＝(1+0.1)t＝8.8mm，轮辐厚度t₁′＝(1+0.1)t₁＝23.1mm，轮毂厚度t₂′＝(1+0.1)t₂＝38.5mm，中心孔直径d′＝(1+0.2)d＝60mm，螺栓孔直径d₁′＝(1+0.2)d₁＝14.4mm 

2、表面喷涂铝 

先对镁合金车轮半成品进行表面脱脂、酸洗及水洗处理，然后以铝丝材为喷涂材料，采用电弧喷涂方法，在经前处理的车轮表面喷涂铝涂层，铝涂层厚度为0.12mm。 

3、加热扩散处理 

加热到380±10℃，保温3h。 

4、终成形 

加热后的车轮半成品件，置入终成形模具中进行变形，控制车轮各部位变形，达到车轮成品的形状和尺寸。如图4所示为使用本发明方法获得的镁合金车轮制品示意图，其中1为镁合金基体，2为铝涂层。 

5、后续热处理 

对Mg-Al-Zn系合金AZ80采用单一人工时效处理，即可获得较高的综合机械性能。AZ80时效处理规范：177±5℃保温16小时，可满足汽车车轮静力强度要求。 

6、表面涂装处理 

按照铝合金车轮涂装的工艺，经预处理后，采用静电喷涂方法，对外层包覆铝的镁合金车轮进行涂装。 

另外，由于喷涂可以实现大尺寸的沉积厚度控制、精确的成分控制及较低的制造成本，所以，上述本发明的最佳实施例中采用喷涂方法来喷涂铝。但是，如果其它镀膜方法可实现本发明相同效果时，也可采用镀膜方法，如气相沉积、热侵和电镀等。 

Claims (2)

1.一种镁合金车轮表面处理方法，其特征是：其工序包括：预成形-机加-表面喷涂铝-加热扩散-终成形-热处理-表面涂装处理；即首先，通过塑性成形制备镁合金车轮毛坯，机加后获得镁合金车轮半成品；其次，对镁合金车轮半成品表面喷涂铝，并进行加热扩散，依靠热作用使表面铝涂层扩散；第三，对表面带有铝涂层的镁合车轮半成品终成形，通过塑性变形，使镁合金基体和铝涂层同时变形，获得最终形状与尺寸的镁合金车轮；第四，根据镁合金车轮所选用的镁合金基体材料，采用相应的热处理工艺规范对镁合金车轮进行热处理；最后，为表面涂装处理，镁合金车轮表面包覆了铝涂层，按照铝合金车轮的涂装技术进行；

所述的预成形与机加工后获得的车轮半成品，为终成形留有变形量，各部位变形量控制在10～50％之间；车轮半成品主要尺寸确定方法：

轮辋厚度：t′＝(1+0.1～0.2)t

轮辐厚度：t₁′＝(1+0.1～0.3)t₁

轮毂厚度：t₂′＝(1+0.1～0.3)t₂

中心孔直径：d′＝(1+0.1～0.3)d

螺栓孔直径：d₁′＝(1+0.1～0.3)d₁

其中：t、t₁、t₂分别为车轮成品轮辋、轮辐、轮毂的厚度，d、d₁分别为车轮成品中心孔、螺栓孔直径；

所述的表面喷涂铝工序，首先，对镁合金车轮半成品进行表面脱脂、酸洗及水洗等前处理；然后，对镁合金车轮半成品的表面喷涂铝涂层，以铝丝材或铝粉末为喷涂材料，采用普通火焰喷涂，或电弧喷涂，或等离子喷涂，或超音速火焰喷涂，铝涂层厚度控制在0.1～0.2mm。

2.按照权利要求1所述的一种镁合金车轮表面处理方法，其特征是：所述的镁合金车轮毛坯表面喷涂铝后加热扩散，将表面喷涂铝后的车轮加热到350～410℃，并保温2～4小时。

Images