CN106350710A - 汽车发动机用铝镁合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其包括将铝镁镍粒进行熔炼，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带球磨得到合金粉；将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到合金材料；再对上述合金材料进行烧结和热处理；然后将热处理后的材料与液体混合成金属粉浆料；再将浆料通过喷雾造粒机制成球状3D打印用金属粉末。本发明可保证金属在高温阶段停留时间较短，合金元素来不及扩散，从而细化组织，降低偏析，然后通过挤压和热处理工艺提高材料的强度，再通过喷雾造粒机可制备强度较高的金属粉末。

Description

汽车发动机用铝镁合金的制备方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机用铝镁合金的制备方法。
背景技术
以镁为主要合金元素的铝合金具有质量轻、耐蚀好、易成型、中等强度的 特征，广泛应用于汽车板、油罐车、运煤车、船舶等交通工具制造，用铝合金制造交通工具可明显减轻自重、提高运载能力、减少能源消耗，目前多用于汽车发动机和变速箱。随着社会的发展，人们要求交通工具具备更高的使用性能与可靠性，这对某些部件用材料的力学性能、成型性能、热稳定性等综合性能 也提出了更高的要求。以汽车的发动机铝合金为例，要求材料性能满足抗拉强度在280 ～ 350Mpa、屈服强度 σ0.2 ≥ 125 Mpa、伸长率 δ ≥ 26％，同时材料喷漆烘烤后强度不发生明显下降。这就要求材料在较高强度的情况下保存很高的延伸率，以提高 材料的成型性能，同时要求材料具有很高的耐热性能，以使制备出的交通工具具有更高的 安全性能。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种可制备强度高、延伸性较好的汽车发动机用铝镁合金的制备方法。
本发明采用的技术方案为：汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将铝粒、镍粒和镁粒进行熔炼，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；
（2）将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；
（3）将合金带浸泡在盐酸中，然后洗涤、干燥；
（4）裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；
（5）将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到合金材料；
（6）再对上述合金材料进行烧结和热处理；
（7）然后将热处理后的材料与液体混合，并加入有机粘合剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；
（8）再将浆料通过喷雾造粒机制成金属粉末。
作为优选，镍的含量为2-3wt%，镁的含量为5—12 wt %，余量为铝。
作为优选，所述液体采用蒸馏水或去离子水，且合金粉与液体的质量比为（2.5—3）：1。
作为优选，所述有机粘合剂采用金属造粒剂，其加入量为合金粉质量的2—4%。
作为优选，所述喷雾造粒机采用离心喷雾造粒机或压力喷雾造粒机。
作为优选，所述离心喷雾造粒机的转速为5000—8000转/分，压力喷雾造粒机的压力为15—25kg/ cm 2。
作为优选，所述喷雾造粒机干燥空气的进口温度为250—350℃、出口温度为100—150℃；干燥空气的流量为100—200 Nm 3 /h；进料速度为10—20 kg/h。
作为优选，挤压成型在保护气氛中进行，压力为1000—1200MPa。
作为优选，烧结时，先以280—320℃的温度烧结20—30s，然后以500—600℃温度烧结40—60s，再以650—700℃温度烧结20—30s。
作为优选，热处理依次采用固溶、冷压变形和时效处理，其中固溶处理的温度为650—700℃，时间为10—12min；冷压变形处理的冷压变形量为30—35%；时效处理的温度为300—350℃，时间为2—3h
从以上技术方案可知，本发明通过旋转的紫铜轮将合金液甩出，可使合金液快速冷却，保证金属在高温阶段停留时间较短，合金元素来不及扩散，从而细化组织，降低偏析，然后通过挤压和热处理工艺提高材料的强度，再通过喷雾造粒机可制备前强度较高、延伸率较好的粉末。
具体实施方式
下面将详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其包括以下步骤：
以铝、镁、镍粒为原料，并按镍的含量为2-3wt%、镁的含量为5—12 wt %、余量为铝进行配料；然后将铝粒置于感应加热炉中，铝粒溶解后加入镁粒和镍粒进行熔炼，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，以除去合金带表面的氧化层，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘干；裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；球磨时间为18—22h，球料比为4.5：1。
将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到合金材料；在挤压过程中，模具中的金属粉末处除受到挤压机冲头的正压力外，还受到模具壁的侧压力和摩擦力的作用；随着冲头的移动，模具中的粉末被逐渐压实，从而通过模具挤出。为了防止金属氧化，挤压成型在保护气氛下进行，压力采用1000—1200MPa，这样可获得致密度较高的的材料，且性能分布均匀，生产率高；接着对上述挤压成型获得的铜镍铝合金材料进行烧结，烧结分三阶段进行，先以280—320℃的温度烧结20—30s，然后以500—600℃温度烧结40—60s，再以650—700℃温度烧结20—30s；第一阶段属于烧结准备阶段，为进一步地烧结净化环境；第二阶段随着温度的升高，合金物质颗粒之间开始形成烧结颈，并相互结合，颗粒表面氧化物发生还原反应，从而继续参与烧结，颗粒间的结合封闭了相互之间的空隙；第三个阶段的烧结温度更高，颗粒间的烧结颈进一步长大，更多的颗粒得到合并，烧结体得到进一步收缩、球化，从而提高制备材料的强度和硬度。
对上述粉末冶金材料进行热处理；热处理依次采用固溶、冷压变形和时效处理；固溶处理的温度为650—700℃，时间为10—12min，这样可控制镍、铝在铜基体中的固溶度及晶粒大小；固溶温度过高，会导致晶粒粗大，降低合金强度；固溶温度过低，晶粒虽较小，但会导致后续时效处理难以发挥强化合金的作用；冷压变形处理的冷压变形量为30—35%；时效处理前对合金进行冷加工变形，可使合金呈现形变强化和时效强化的双重效果；时效处理的温度为300—350℃，时间为2—3h；时效处理可析出第二相，产生弥散强化；接着将合金粉与液体混合，并加入金属造粒剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；再将浆料通过离心喷雾造粒机或压力喷雾造粒机制备金属粉末。
实施例1
将93wt %铝粒置于感应加热炉中，铝粒溶解后加入2wt %镍粒和5wt%镁粒进行熔炼，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘干；然后裁剪干燥后的合金带，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；将合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机采用1000MPa的压力挤压成型，得到合金材料，接着以280℃的温度烧结30s，然后以500℃温度烧结60s，再以650℃温度烧结30s；随后以650℃固溶处理12min；接着冷压变形处理，冷压变形量为30%；最后以300℃时效处理3h；接着将热处理后的材料与蒸馏水混合，且材料与蒸馏水的质量比为2.5：1，并加入材料质量的2%金属造粒剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；再将浆料通过离心喷雾造粒机进行造粒，其中喷雾造粒机干燥空气的进口温度为250℃、出口温度为100℃、干燥空气的流量为100 Nm 3 /h、进料速度为10kg/h，离心喷雾造粒机的转速为5000—8000转/分，从而得到铝镁合金粉末；该合金粉末用于汽车发动机部件时的抗拉强度可达337Mpa、屈服强度达到136Mpa、伸长率达25.3％。
实施例2
将88wt %铝粒置于感应加热炉中，铝粒溶解后加入3 wt %镍粒和9wt%镁粒进行熔炼，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘干；然后裁剪干燥后的合金带，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；将合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机采用1100MPa的压力挤压成型，得到合金材料，接着以300℃的温度烧结25s，然后以560℃温度烧结50s，再以680℃温度烧结25s；随后以680℃固溶处理11min；接着冷压变形处理，冷压变形量为32%；最后以330℃时效处理2.5h；接着将热处理后的材料与去离子水混合，且材料与去离子水的质量比为2.8：1，并加入材料质量的3%金属造粒剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；再将浆料通过压力喷雾造粒机进行造粒，其中喷雾造粒机干燥空气的进口温度为300℃、出口温度为130℃、干燥空气的流量为150 Nm 3 /h、进料速度为15 kg/h，压力喷雾造粒机的压力为25kg/ cm 2，从而得到铝镁合金粉末；该合金粉末用于汽车发动机部件时的抗拉强度可达379Mpa、屈服强度达到158Mpa、伸长率达28.2％。
实施例3
将85.5 wt %铝粒置于感应加热炉中，铝粒溶解后加入2.5wt %镍粒和12wt%镁粒进行熔炼，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘干；然后裁剪干燥后的合金带，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；将合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机采用1200MPa的压力挤压成型，得到合金材料，接着以320℃的温度烧结20s，然后以600℃温度烧结40s，再以700℃温度烧结20s；随后以700℃固溶处理10min；接着冷压变形处理，冷压变形量为35%；最后以350℃时效处理2h；接着热处理的材料与去离子水混合，且材料与去离子水的质量比为3：1，并加入材料质量的4%金属造粒剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；再将浆料通过压力喷雾造粒机进行造粒，其中喷雾造粒机干燥空气的进口温度为350℃、出口温度为150℃、干燥空气的流量为200Nm 3 /h、进料速度为20 kg/h，压力喷雾造粒机的压力为15kg/ cm 2，从而得到铝镁合金粉末；该合金粉末用于汽车发动机部件时的抗拉强度可达352Mpa、屈服强度达到148Mpa、伸长率达26.7％。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将铝粒、镍粒和镁粒进行熔炼，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；
（2）将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；
（3）将合金带浸泡在盐酸中，然后洗涤、干燥；
（4）裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；
（5）将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到合金材料；
（6）再对上述合金材料进行烧结和热处理；
（7）然后将热处理后的材料与液体混合，并加入有机粘合剂搅拌均匀，配制成金属粉浆料；
（8）再将浆料通过喷雾造粒机制成金属粉末。
2.根据权利要求1所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：所述镍的含量为2-3wt%，镁的含量为5—12 wt %，余量为铝。
3.如权利要求1所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：所述液体采用蒸馏水或去离子水，且合金粉与液体的质量比为（2.5—3）：1。
4.如权利要求1所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：所述有机粘合剂采用金属造粒剂，其加入量为合金粉质量的2—4%。
5.如权利要求1所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：所述喷雾造粒机采用离心喷雾造粒机或压力喷雾造粒机。
6.如权利要求5所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：所述离心喷雾造粒机的转速为5000—8000转/分，压力喷雾造粒机的压力为15—25kg/ cm 2。
7.如权利要求5所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：所述喷雾造粒机干燥空气的进口温度为250—350℃、出口温度为100—150℃；干燥空气的流量为100—200Nm 3 /h；进料速度为10—20 kg/h。
8.如权利要求1所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：挤压成型在保护气氛中进行，压力为1000—1200MPa。
9.如权利要求1所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：烧结时，先以280—320℃的温度烧结20—30s，然后以500—600℃温度烧结40—60s，再以650—700℃温度烧结20—30s。
10.如权利要求1所述汽车发动机用铝镁合金的制备方法，其特征在于：热处理依次采用固溶、冷压变形和时效处理，其中固溶处理的温度为650—700℃，时间为10—12min；冷压变形处理的冷压变形量为30—35%；时效处理的温度为300—350℃，时间为2—3h。
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