CN106906393A - 一种汽车车身用铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种汽车车身用铝合金及其制备方法和应用，所述汽车车身用铝合金包括以下质量百分比含量的成分：Cu 1.2‑2.3%，Mg 0.3‑0.9%，Cr 0.3‑0.5%，Si 1.5‑2.2%，C 0.5‑1%，Ti 0.3‑0.4%，Be 0.1‑0.3%，Ni 1.0‑1.5%，Sc 0.5‑0.7%，Zn 1.2‑1.5%，W 1.5‑1.8%，Eu0.2‑0.8%，余量为Al。本发明解决了传统汽车车身本体铝合金表面腐蚀现象严重的问题，所有原材料的参数都经过严格控制，防止铝合金产生偏析和游离，防止硬极点蚀过多；铝合金的硬度高，使得材料不易凹陷、损坏。

Description

一种汽车车身用铝合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，特别是一种汽车车身用铝合金及制备方法和应用。

背景技术

现有的汽车车身大都采用铝合金材料，铝合金是含不同元素组成的，其中包括Cu、Mg、Mn、Fe、Si、Zn、Ti，有时还可以加入Ni和Cr。众所周知，铝的电化序很负，仅比镁高，其他元素都比铝高，尤其是铜，其电化序很正，和负的金属铝接触就会产生电化学腐蚀。但为了提高汽车车身的硬度，又必须要加入Cu和Mg，比如现有的飞机硬铝材料便是镁铝铜系合金，其能提高合金的强度和硬度，并且具有良好的切削加工性能。

但由于这些组成铝合金的电化序不同，经过热处理时如果没有充分固溶，便会产生偏折和游离，局部金属析出，经碱腐蚀和阳极化后，产品表面有腐蚀点、挂灰、色差等现象，热处理不良，机械过滤等等因素。

同时在汽车行驶过程中，会发生汽车碰撞汽车、汽车碰撞行人等交通事故。当汽车与汽车碰撞时，防撞梁起到十分重要的作用，能够降低汽车受损害的程度，并达到保护汽车的目的。但是由于现有技术中防撞梁结构多采用焊接连接，当发生低速轻微碰撞时，对于损坏的零部件拆卸不便，且不能够全方位的对车体进行保护。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供一种汽车车身用铝合金及制备方法和应用，本发明解决了传统铝合金表面腐蚀现象严重的问题，所有原材料的参数都经过严格控制，防止铝合金产生偏析和游离，防止硬极点蚀过多。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种汽车车身用铝合金，包括以下质量百分比含量的成分：Cu 1.2-2.3%，Mg 0.3-0.9%，Cr 0.3-0.5%，Si 1.5-2.2%，C 0.5-1%，Ti 0.3-0.4%，Be 0.1-0.3%，Ni 1.0-1.5%，Sc 0.5-0.7%，Zn 1.2-1.5%，W 1.5-1.8%，Eu0.2-0.8%，余量为Al。

优选的，Zn和W的总量之和不超过3%。

铝合金的性能一般通过合金化来达到，在合金中添加一些元素从而通过固溶强化异相强化来形成外来晶核细化晶粒。其中，Si主要是提高铝合金的铸造性和焊接流动性，减少合金的线收缩率，降低铸件的开裂倾向。

Mg是Al-Si合金中主要的强化元素，在随后的时效处理中形成的Mg₂Si析出成为高度弥散的时效强化相，大大提高合金的强度，但延伸性会下降；

Ti对合金起变质作用，使得晶粒细化的作用，但是量过多的时候会使晶粒变粗；

Cr能够细化晶粒，阻止再结晶形核和长大过程，起一定的强化作用，改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；

Sc显著细化合金的铸态晶粒，强烈钉扎组织，抑制再结晶，改善结晶的腐蚀性能和焊接性能；

Eu使得合金具有良好的铸造性能以及良好的电磁屏蔽能力；

W能显著提高合金的弹性极限、屈服强度以及屈强比，使得合金的高温强度和持久强度提高。

本发明还提出了一种汽车车身用铝合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S101、按比称取各原料成分备用；

S102、先将称取好的Al放入高温熔炉内加热至680-750℃使其完全熔化，随后将步骤S101中称取好的其他原料按熔点从高到低顺序依次加入高温熔炉中，加热至炉内各原料成分完全熔化，并精炼除去熔体内的杂渣和气体；

S103、将熔体浇注到深井铸造模具中，冷却铸造成圆铸棒。

优选的，设定步骤S102在密封空间中进行。

本发明同时提供了汽车车身用铝合金在具有防撞梁结构的汽车车身的应用。

所述汽车车身包括汽车车身主体1，所述汽车车身主体1由所述汽车车身用铝合金材料制成，其特征在于：所述汽车车身本体1上表面中心位置处设有缓冲机构20，所述缓冲机构20包括缓冲外壳2，所述缓冲外壳2固定连接在汽车车身本体1上表面，缓冲外壳2的横截面为弧形，所述缓冲外壳2内侧设有多个恢复弹簧3，所述恢复弹簧3的一端固定在汽车车身本体1上表面上、另一端连接有挤压板4，所述汽车车身本体1上表面左右两端均设有安装板一5，所述安装板一5上设有减震机构21，所述减震机构21包括连接件6和挡板7，所述挡板7是由多个中空的凸起8组成的，所述连接件6连接在安装板一5上，所述连接件6和挡板7之间连接有多组三角形支架9。

优选的，所述汽车车身本体1下表面左右两端均设有吸能盒10，所述吸能盒10下表面连接有安装板二11，所述安装板二11下表面四角处均开有安装孔12，所述安装板二11下表面中心位置处设有定位块13，所述定位块13下表面上设有减震垫14；所述安装板一5四角处均设有螺纹孔一15，所述安装板一5与汽车车身本体1通过螺纹孔一15和插装在螺纹孔一15内的螺栓一16连接。

优选的，所述吸能盒10的盒体四角处均设有螺纹孔二17，所述吸能盒10与汽车车身本体1通过螺纹孔二17和插装在螺纹孔二17内的螺栓二18相连接。

优选的，所述连接件6为钢板制成的实心体，所述挤压板4的形状为弧面形，所述吸能盒10是泡沫金属类材料制成的盒体，所述吸能盒10内开有多个空腔19。

本发明的有益效果为：（1）解决了传统汽车车身本体铝合金表面腐蚀现象严重的问题，所有原材料的参数都经过严格控制，防止铝合金产生偏析和游离，防止硬极点蚀过多；（2）铝合金耐热性好，有利于提高铝合金在高温环境下的使用寿命；（3）铝合金的硬度高，使得材料不易凹陷、损坏；（4）采用缓冲机构、减震机构与吸能盒相互结合，解决了上述背景技术中所提出的的问题，缓冲机构与减震机构能够应对轻微碰撞情况，并能够进行自动恢复，大大节省了维修费用，减震机构与吸能盒应对较严重的碰撞情况，极大地丰富了防撞梁的吸能和缓冲效果，进一步降低了汽车受损害的程度，达到保护汽车和车内人员的安全，同时通过螺栓连接的方式更加方便了其拆卸作业，缓冲恢复能力好，吸收碰撞能力强，安全性高，实用性强。

附图说明

图1为本发明的实施例1中具有防撞梁结构的汽车车身中汽车车身本体的制造流程示意图；

图2是实施例1中汽车车身本体的结构示意图；

图3是实施例1中汽车车身本体结构的俯视示意图；

图4是实施例1中安装板一与汽车车身本体连接处局部放大图；

图5是实施例1中减震机构示意图；

图6是实施例1中安装板二的仰视图；

图中，1-汽车车身本体；2-缓冲外壳；3-恢复弹簧；4-挤压板；5-安装板一；6-连接件；7-挡板；8-凸起；9-三角形支架；10-吸能盒；11-安装板二；12-安装孔；13-定位块；14-减震垫；15-螺纹孔一；16-螺栓一；17-螺纹孔二；18-螺栓二；19-空腔；20-缓冲机构；21-减震机构。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1：

汽车车身本体的原材料采用以下质量百分比含量的成分：Cu 1.2%，Mg 0.5%，Cr 0.5%，Si 1.8%，C 0.5%，Ti 0.3%，Be 0.1%，Ni 1.0%，Sc 0.5%，Zn 1.5%，W 1.5%，Eu0.2%，余量为Al。本实施例中，汽车车身本体的制备方法包括以下步骤：先按上述质量百分比称取各原料成分备用；再先将称取好的Al放入高温熔炉内加热至700℃使其完全熔化，随后称取好的原料按熔点高低顺序依次加入高温熔炉中，加热至炉内各原料成分完全熔化，高温熔炉为密封状态，并精炼除去熔体内的杂渣和气体；再将熔体浇注到深井铸造模具中，冷却铸造成圆铸棒；再采用挤压机对加热好的圆铸棒从汽车车身本体模具中挤出成型，得到汽车车身本体铝合金型材；再将挤压好的铝合金型材通过阳极氧化进行表面处理。

实施例2：

汽车车身本体的原材料采用以下质量百分比含量的成分：Cu 1.8%，Mg 0.9%，Cr0.5%，Si 2.0%，C 1%，Ti 0.3%，Be 0.1%，Ni 1.2%，Sc 0.7%，Zn 1.2%，W 1.6%，Eu0.5%，余量为Al。本实施例中，汽车车身本体的制备方法包括以下步骤：先按上述质量百分比称取各原料成分备用；再先将称取好的Al放入高温熔炉内加热至750℃使其完全熔化，随后称取好的原料按熔点高低顺序依次加入高温熔炉中，加热至炉内各原料成分完全熔化，高温熔炉为密封状态，并精炼除去熔体内的杂渣和气体；再将熔体浇注到深井铸造模具中，冷却铸造成圆铸棒；再采用挤压机对加热好的圆铸棒从汽车车身本体模具中挤出成型，得到汽车车身本体铝合金型材；再将挤压好的铝合金型材通过阳极氧化进行表面处理。

实施例3：

汽车车身本体的原材料采用以下质量百分比含量的成分：Cu 1.8%，Mg 0.3%，Cr 0.5%，Si 1.8%，C 0.8%，Ti 0.4%，Be 0.2%，Ni 1.4%，Sc 0.6%，Zn 1.4%，W 1.5%，Eu 0.4%，余量为Al。本实施例中，汽车车身本体的制备方法包括以下步骤：先按上述质量百分比称取各原料成分备用；再先将称取好的Al放入高温熔炉内加热至680℃使其完全熔化，随后称取好的原料按熔点高低顺序依次加入高温熔炉中，加热至炉内各原料成分完全熔化，高温熔炉为密封状态，并精炼除去熔体内的杂渣和气体；再将熔体浇注到深井铸造模具中，冷却铸造成圆铸棒；再采用挤压机对加热好的圆铸棒从汽车车身本体模具中挤出成型，得到汽车车身本体铝合金型材；再将挤压好的铝合金型材通过阳极氧化进行表面处理。

实施例4：

汽车车身本体的原材料采用以下质量百分比含量的成分：Cu 1.5%，Mg 0.7%，Cr 0.4%，Si 1.9%，C 0.6%，Ti 0.35%，Be 0.15%，Ni 1.4%，Sc 0.6%，Zn 1.3%，W 1.55%，Eu 0.3%，余量为Al。本实施例中，汽车车身本体的制备方法包括以下步骤：先按上述质量百分比称取各原料成分备用；再先将称取好的Al放入高温熔炉内加热至720℃使其完全熔化，随后称取好的原料按熔点高低顺序依次加入高温熔炉中，加热至炉内各原料成分完全熔化，高温熔炉为密封状态，并精炼除去熔体内的杂渣和气体；再将熔体浇注到深井铸造模具中，冷却铸造成圆铸棒；再采用挤压机对加热好的圆铸棒从汽车车身本体模具中挤出成型，得到汽车车身本体铝合金型材；再将挤压好的铝合金型材通过阳极氧化进行表面处理。

上述几个实施例制备出来的铝合金经过180℃下20min的时效处理后，机械性能为（见表1）：

表1：上述几个实施例的铝合金机械性能

。

本申请为了消除合金没有充分固溶产生偏析和游离的现象，从而使得局部金属析出，产品表面有腐蚀点、挂灰和色差的现象。由于合金中所加入的元素不同，其合金的性能也会不同，比如Cu和Mg能提高合金的强度和硬度，但Cu和Mg的加入会影响合金的延伸率，进一步地，Sc能显著细化合金的铸态晶体，Eu使得合金具有良好的铸造性能和良好的电磁屏蔽能力，W能显著提高合金的弹性极限、屈服强度和屈强比。

对比实施例1：

某铝合金制备厂采用以下质量份数的成分制备铝合金：Cu占2.9%；Si占1.0%；Ni占0.3%；Ti占2.0%；Mo占1.1%；Mn占1.8%；Zr占0.8%；V占0.7%；其中还包括Al和C，该制备工艺生产的铝合金冲压成的汽车壳体，成型容易，但发生轻微摩擦或碰撞，容易产生表面金属游离，从而出现痕迹或凹点。而采用本申请所述配方制备的铝合金，当发生碰撞时，本申请的铝合金屈强比高，金属离子游离度低，不容易出现碰撞痕迹和凹点的情况。

对比实施例2：

某铝合金厂采用制备汽车车身本体用铝合金，该铝合金的质量份数成分如下：Cu占5.6%，Mn占1 .2%，Cr占1 .5%，Si占0.3%，Ti占0.8%，Be占0 .2%，余量为Al和C，该铝合金厂制备的铝合金虽然具有一定的强度和硬度，但其铝合金的耐热和耐腐蚀性太弱，容易被弱酸或其他带微腐蚀性的液体腐蚀，耐热时长低，不适合长期暴露在太阳下。本申请制备的铝合金，做成汽车车身本体后不仅具有一定的耐热性能，且强度和硬度依然比较高。

本发明通过合金配方的协调，使得元素间的电化序能很好的匹配，避免电化序全为正或电化序全为负的弊端，造成电化学腐蚀。本发明不仅能提高合金的硬度和强度，同时还能提高合金的耐热和耐高温时长，有利于增加汽车车身本体长期处于高温环境下的寿命，本合金的使用大幅提高了汽车行业内的汽车合金使用价值。

如图2-6所示，一种具有防撞梁结构的汽车车身本体，包括汽车车身本体1，汽车车身本体1由实施例1－4中任一个制备而成，所述汽车车身本体1上表面中心位置处设有缓冲机构20，所述缓冲机构20包括缓冲外壳2、恢复弹簧3和挤压板4，所述缓冲外壳2固定连接在汽车车身本体1上表面，所述缓冲外壳2内侧均匀设有多个恢复弹簧3，所述恢复弹簧3的一端固定在汽车车身本体1上表面上、另一端连接有挤压板4，所述汽车车身本体1上表面左右两端均设有安装板一5，所述安装板一5以上设有减震机构21，所述减震机构21包括连接件6和挡板7，所述挡板7是由多个中空的凸起8组成的，所述连接件6连接在安装板一5上，所述连接件6和挡板7之间连接有多组三角形支架9，所述汽车车身本体1下表面左右两端均设有吸能盒10；所述吸能盒10下表面连接有安装板二11，所述安装板二11下表面四角处均开有安装孔12，所述安装板二11下表面中心位置处设有定位块13，所述定位块13下表面上设有减震垫14；所述安装板一5四角处均设有螺纹孔一15，所述安装板一5与汽车车身本体1通过螺纹孔一15和插装在螺纹孔一15内的螺栓一16连接；所述吸能盒10的盒体四角处均设有螺纹孔二17，所述吸能盒10与汽车车身本体1通过螺纹孔二17和插装在螺纹孔二17内的螺栓二18相连接；所述连接件6为钢板制成的实心体；所述挤压板4的形状为弧面形且弧形面弯向缓冲外壳2内侧；所述吸能盒10是泡沫金属类吸能材料制成的盒体；所述吸能盒10内开有多个空腔19；所述缓冲外壳2的横截面为弧形。

具体使用时：首先通过螺纹孔一15与螺栓一16将安装板一5安装到汽车车身本体1上，然后通过螺纹孔二17和螺栓二18将吸能盒10安装到汽车车身本体1，再通过安装孔12将实施例1的结构安装汽车上，此过程中，定位块13具有定位的作用，使得安装更精准，同时其下表面的减震垫14起到了很好的减震作用。当发生轻微碰撞时，缓冲外壳2变形，具有一定的缓冲效果，且由于其内设有恢复弹簧3，其缓冲效果更好，碰撞之后，由于恢复弹簧3的弹簧力会使得挤压板4对缓冲外壳2进行向外挤压，从而使得变形的缓冲外壳2恢复；当发生严重碰撞时，首先缓冲机构20进行缓冲，之后减震机构21进行第一次减小撞击力，由于挡板7是由多个中空的凸起8组成的，所以挡板7在变形过程中会减小一部分力的作用，之后多组三角形支架9变形分解一部分力，最后吸能盒10进行第二次吸收撞击力，从而极大地丰富了防撞梁的吸能和缓冲效果，进一步降低了汽车受损害的程度，达到保护汽车和车内人员的安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车车身用铝合金，其特征在于，包括以下质量百分比含量的成分：Cu 1.2-2.3%，Mg 0.3-0.9%，Cr 0.3-0.5%，Si 1.5-2.2%，C 0.5-1%，Ti 0.3-0.4%，Be 0.1-0.3%，Ni1.0-1.5%，Sc 0.5-0.7%，Zn 1.2-1.5%，W 1.5-1.8%，Eu 0.2-0.8%，余量为Al。

2.根据权利要求1所述汽车车身用铝合金，其特征在于，Zn和W的总量之和不超过3%。

3.根据权利要求1或2所述汽车车身用铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S101、按比例称取各原料成分备用；

S102、先将称取好的Al放入高温熔炉内加热至680-750℃使其完全熔化，随后将步骤S101中称取好的其他原料依次加入高温熔炉中，加热至炉内各原料成分完全熔化，并精炼除去熔体内的杂渣和气体；

S103、将熔体浇注到铸造模具中，冷却铸造成圆铸棒。

4.根据权利要求3所述汽车车身用铝合金材料的制备方法，其特征在于，设定步骤S102在密封空间中进行。

5.如权利要求1所述汽车车身用铝合金在具有防撞梁结构的汽车车身的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，所述汽车车身包括汽车车身主体（1），所述汽车车身主体（1）由所述汽车车身用铝合金制成，其特征在于：所述汽车车身本体（1）上表面中心位置处设有缓冲机构（20），所述缓冲机构（20）包括缓冲外壳（2），所述缓冲外壳（2）固定连接在汽车车身本体（1）上表面，缓冲外壳（2）的横截面为弧形，所述缓冲外壳（2）内侧设有多个恢复弹簧（3），所述恢复弹簧（3）的一端固定在汽车车身本体（1）上表面上、另一端连接有挤压板（4），所述汽车车身本体（1）上表面左右两端均设有安装板一（5），所述安装板一（5）上设有减震机构（21），所述减震机构（21）包括连接件（6）和挡板（7），所述挡板（7）是由多个中空的凸起（8）组成的，所述连接件（6）连接在安装板一（5）上，所述连接件（6）和挡板（7）之间连接有多组三角形支架（9）。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述汽车车身本体（1）下表面左右两端均设有吸能盒（10），所述吸能盒（10）下表面连接有安装板二（11），所述安装板二（11）下表面四角处均开有安装孔（12），所述安装板二（11）下表面中心位置处设有定位块（13），所述定位块（13）下表面上设有减震垫（14）；所述安装板一（5）四角处均设有螺纹孔一（15），所述安装板一（5）与汽车车身本体（1）通过螺纹孔一（15）和插装在螺纹孔一（15）内的螺栓一（16）连接。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述吸能盒（10）的盒体四角处均设有螺纹孔二（17），所述吸能盒（10）与汽车车身本体（1）通过螺纹孔二（17）和插装在螺纹孔二（17）内的螺栓二（18）相连接。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述挤压板（4）的形状为弧面形，所述吸能盒（10）是泡沫金属类材料制成的盒体，所述吸能盒（10）内开有多个空腔（19）。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述连接件（6）为钢板制成的实心体。