CN107779794A - 高散热汽车发动机缸体复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高散热汽车发动机缸体复合材料，由下列重量份的原料制成：铝80‑95份、铁10‑15份、红砂5‑10份、回用砂5‑10份、黄砂5‑10份、红煤粉5‑8份、陶土5‑8份、石墨烯3‑5份、玻璃纤维2‑3份、纳米氮化铝1.1‑1.6份、铜0.3‑0.5份、镍0.1‑0.2份、锌1‑1.2份、锆0.8‑1份、钼0.2‑0.3份、水适量。本发明采用表面活性剂处理部分铝粉使其带上正电荷，然后和带负电荷的氧化石墨烯超声处理，使其均匀的吸附在铝粉表面，不发生团聚现象，实现石墨烯在铝合金液中均匀分散，且增强了铝基复合材料的强度、硬度、抗拉强度和力学性能。本发明还公开了其制备方法。

Description

高散热汽车发动机缸体复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽车零部件及其制备方法，具体涉及一种高散热汽车发动机缸体复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有高的比强度、比刚度、比弹性模量，同时还具有较好的耐磨、耐高温性能，因此受到了广泛的关注。常用的颗粒增强铝基复合材料制备技术有粉末冶金法和铸造法两种工艺。但粉末冶金法的工艺设备复杂、成本偏高，不易制备大体积和形状复杂的零件。而且在生产过程中存在粉末燃烧和爆炸等危险。铸造法工艺简单，操作方便，可以生产大体积的复合材料，设备投入少，生产成本低，适宜大规模生产。

石墨烯因其具有非常优异的物理性能和机械性能，被认为是最理想的金属基材料增强体。然而石墨烯在金属基体中非常容易发生团聚，已经成为制约石墨烯增强金属基复合材料发展的关键因素。高鑫在《石墨烯增强铝基复合材料的制备及力学性能研究》一文中采用Hummers制备含有大量负电荷的氧化石墨烯，然后使用阳离子表面活性剂处理铝粉使其表面带有正电荷，并且利用静电自组装的方式将石墨烯均匀的吸附在铝粉表面，最后以热压烧结的方式制备铝基复合材料，但是表面活性剂的用量、石墨烯的添加量都会影响烧结性能，对材料的硬度、抗拉强度、力学性能等影响较大，材料质量稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强度高、耐磨性好的高散热汽车发动机缸体复合材料。

为了达到上述目的，本发明的高散热汽车发动机缸体复合材料，由下列重量份的原料制成：铝80-95份、铁10-15份、红砂5-10份、回用砂5-10份、黄砂5-10份、红煤粉5-8份、陶土5-8份、氧化石墨烯3-5、玻璃纤维2-3份、纳米氮化铝1.1-1.6份、铜0.3-0.5份、镍0.1-0.2份、锌1-1.2份、锆0.8-1份、钼0.2-0.3份、水适量。

本发明的别一个目的在于提供上述高散热汽车发动机缸体复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a取上述配比的铝、铁、红砂、回用砂、黄砂、红煤粉、陶土、玻璃纤维、铜、纳米氮化铝、镍、锌、锆、钼、水；

b启动混砂机，使其空转1-2分钟，依次向混砂机里加入铝、铁、回用砂、黄砂、红砂、红煤粉、陶土，转动充分混合2-5分钟，加水混湿8-10分钟后，放砂并放置3－5小时回性后过筛备用；

c将石墨烯、玻璃纤维加到高速混料机中，以1000转/分的速度搅拌10min后送入造粒机中挤出造粒，将颗粒送入烧结炉中以10℃/分钟速率升温至450℃，烧结2小时，取出冷却至室温压制成块备用；

d将铜、镍、锌、锆、钼混合加到行星球磨机中球磨，用氩气作为保护气氛，球磨4-5h后过400目筛，然后加到熔炼炉中加热为半固态，搅拌半固态铝基金属边加入纳米氮化铝，升温将固态混合浆料加热到液态混合浆料备用；

e将步骤d的液态浆料加热到740-760℃进行精炼，将步骤c制备的块倒合金液中，并作均匀水平旋转移动，精炼时间为10-12min，扒渣后静置10-15min，再加入发泡剂氢化锆搅拌均匀，混合均匀后倒入发泡槽于620-700℃氩气保护下发泡0.5-2h；

f将模具预热至220-300℃备用，再将步骤b制备的混合物置于模具中，将步骤e得到的发泡合金液浇注到模具中，浇注温度为650-680℃，然后自然冷却至室温即可得到。

在上述技术方案中，本发明采用表面活性剂处理部分铝粉使其带上正电荷，然后和带负电荷的氧化石墨烯超声处理，使其均匀的吸附在铝粉表面，不发生团聚现象，实现石墨烯在铝合金液中均匀分散，且增强了铝基复合材料的强度、硬度、抗拉强度和力学性能等，添加的复合脱氧剂与铝合金液反应，具有良好的脱氧、脱硫、增碳的效果，并且在精炼后添加发泡剂，熔融发泡处理使得材料和基体金属反应充分，相容性好，且制备成本低，工艺简单；本发明的铝材高强、耐磨、散热性好，而且成形没有回弹，尺寸稳定，该制造工艺符合绿色环保加工，能够满足汽车引擎的需求，并且可大规模生产。

具体实施方式

下面结合具体实施对本发明高散热汽车发动机缸体复合材料及其制备方法作进一步说明；

实施列1

本发明的高散热汽车发动机缸体复合材料，由下列重量份的原料制成：铝80份、铁10份、红砂5份、回用砂5份、黄砂5份、红煤粉5份、陶土5份、氧化石墨烯3份、玻璃纤维2份、纳米氮化铝1.1份、铜0.3份、镍0.1份、锌1份、锆0.8份、钼0.2份、水适量。

上述高散热汽车发动机缸体复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a取上述配比的铝、铁、红砂、回用砂、黄砂、红煤粉、陶土、玻璃纤维、铜、纳米氮化铝、镍、锌、锆、钼、水；

b启动混砂机，使其空转1-2分钟，依次向混砂机里加入铝、铁、回用砂、黄砂、红砂、红煤粉、陶土，转动充分混合2-5分钟，加水混湿8-10分钟后，放砂并放置3－5小时回性后过筛备用；

c将石墨烯、玻璃纤维加到高速混料机中，以1000转/分的速度搅拌10min后送入造粒机中挤出造粒，将颗粒送入烧结炉中以10℃/分钟速率升温至450℃，烧结2小时，取出冷却至室温压制成块备用；

d将铜、镍、锌、锆、钼混合加到行星球磨机中球磨，用氩气作为保护气氛，球磨4-5h后过400目筛，然后加到熔炼炉中加热为半固态，搅拌半固态铝基金属边加入纳米氮化铝，升温将固态混合浆料加热到液态混合浆料备用；

e将步骤d的液态浆料加热到740-760℃进行精炼，将步骤c制备的块倒合金液中，并作均匀水平旋转移动，精炼时间为10-12min，扒渣后静置10-15min，再加入发泡剂氢化锆搅拌均匀，混合均匀后倒入发泡槽于620-700℃氩气保护下发泡0.5-2h；

f将模具预热至220-300℃备用，再将步骤b制备的混合物置于模具中，将步骤e得到的发泡合金液浇注到模具中，浇注温度为650-680℃，然后自然冷却至室温即可得到。

实施列2

本发明的高散热汽车发动机缸体复合材料，由下列重量份的原料制成：铝85份、铁12份、红砂8份、回用砂8份、黄砂8份、红煤粉6份、陶土6份、氧化石墨烯4份、玻璃纤维3份、纳米氮化铝1.5份、铜0.4份、镍0.15份、锌1.1份、锆0.9份、钼0.25份、水适量。

上述高散热汽车发动机缸体复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a取上述配比的铝、铁、红砂、回用砂、黄砂、红煤粉、陶土、玻璃纤维、铜、纳米氮化铝、镍、锌、锆、钼、水；

b启动混砂机，使其空转1-2分钟，依次向混砂机里加入铝、铁、回用砂、黄砂、红砂、红煤粉、陶土，转动充分混合2-5分钟，加水混湿8-10分钟后，放砂并放置3－5小时回性后过筛备用；

c将石墨烯、玻璃纤维加到高速混料机中，以1000转/分的速度搅拌10min后送入造粒机中挤出造粒，将颗粒送入烧结炉中以10℃/分钟速率升温至450℃，烧结2小时，取出冷却至室温压制成块备用；

d将铜、镍、锌、锆、钼混合加到行星球磨机中球磨，用氩气作为保护气氛，球磨4-5h后过400目筛，然后加到熔炼炉中加热为半固态，搅拌半固态铝基金属边加入纳米氮化铝，升温将固态混合浆料加热到液态混合浆料备用；

e将步骤d的液态浆料加热到740-760℃进行精炼，将步骤c制备的块倒合金液中，并作均匀水平旋转移动，精炼时间为10-12min，扒渣后静置10-15min，再加入发泡剂氢化锆搅拌均匀，混合均匀后倒入发泡槽于620-700℃氩气保护下发泡0.5-2h；

f将模具预热至220-300℃备用，再将步骤b制备的混合物置于模具中，将步骤e得到的发泡合金液浇注到模具中，浇注温度为650-680℃，然后自然冷却至室温即可得到。

实施例3

本发明的高散热汽车发动机缸体复合材料，由下列重量份的原料制成：铝95份、铁15份、红砂10份、回用砂10份、黄砂10份、红煤粉8份、陶土8份、氧化石墨烯5份、玻璃纤维3份、纳米氮化铝1.6份、铜0.5份、镍0.2份、锌1.2份、锆1份、钼0.3份、水适量。

上述高散热汽车发动机缸体复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a取上述配比的铝、铁、红砂、回用砂、黄砂、红煤粉、陶土、玻璃纤维、铜、纳米氮化铝、镍、锌、锆、钼、水；

b启动混砂机，使其空转1-2分钟，依次向混砂机里加入铝、铁、回用砂、黄砂、红砂、红煤粉、陶土，转动充分混合2-5分钟，加水混湿8-10分钟后，放砂并放置3－5小时回性后过筛备用；

c将石墨烯、玻璃纤维加到高速混料机中，以1000转/分的速度搅拌10min后送入造粒机中挤出造粒，将颗粒送入烧结炉中以10℃/分钟速率升温至450℃，烧结2小时，取出冷却至室温压制成块备用；

d将铜、镍、锌、锆、钼混合加到行星球磨机中球磨，用氩气作为保护气氛，球磨4-5h后过400目筛，然后加到熔炼炉中加热为半固态，搅拌半固态铝基金属边加入纳米氮化铝，升温将固态混合浆料加热到液态混合浆料备用；

e将步骤d的液态浆料加热到740-760℃进行精炼，将步骤c制备的块倒合金液中，并作均匀水平旋转移动，精炼时间为10-12min，扒渣后静置10-15min，再加入发泡剂氢化锆搅拌均匀，混合均匀后倒入发泡槽于620-700℃氩气保护下发泡0.5-2h；

f将模具预热至220-300℃备用，再将步骤b制备的混合物置于模具中，将步骤e得到的发泡合金液浇注到模具中，浇注温度为650-680℃，然后自然冷却至室温即可得到。

Claims (2)

1.一种高散热汽车发动机缸体复合材料，由下列重量份的原料制成：铝80-95份、铁10-15份、红砂5-10份、回用砂5-10份、黄砂5-10份、红煤粉5-8份、陶土5-8份、氧化石墨烯3-5、玻璃纤维2-3份、纳米氮化铝1.1-1.6份、铜0.3-0.5份、镍0.1-0.2份、锌1-1.2份、锆0.8-1份、钼0.2-0.3份、水适量。

2.根据权利要求1所述的高散热汽车发动机缸体复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a取上述配比的铝、铁、红砂、回用砂、黄砂、红煤粉、陶土、玻璃纤维、铜、纳米氮化铝、镍、锌、锆、钼、水；

b启动混砂机，使其空转1-2分钟，依次向混砂机里加入铝、铁、回用砂、黄砂、红砂、红煤粉、陶土，转动充分混合2-5分钟，加水混湿8-10分钟后，放砂并放置3－5小时回性后过筛备用；

c将石墨烯、玻璃纤维加到高速混料机中，以1000转/分的速度搅拌10min后送入造粒机中挤出造粒，将颗粒送入烧结炉中以10℃/分钟速率升温至450℃，烧结2小时，取出冷却至室温压制成块备用；

d将铜、镍、锌、锆、钼混合加到行星球磨机中球磨，用氩气作为保护气氛，球磨4-5h后过400目筛，然后加到熔炼炉中加热为半固态，搅拌半固态铝基金属边加入纳米氮化铝，升温将固态混合浆料加热到液态混合浆料备用；

e将步骤d的液态浆料加热到740-760℃进行精炼，将步骤c制备的块倒合金液中，并作均匀水平旋转移动，精炼时间为10-12min，扒渣后静置10-15min，再加入发泡剂氢化锆搅拌均匀，混合均匀后倒入发泡槽于620-700℃氩气保护下发泡0.5-2h；

f将模具预热至220-300℃备用，再将步骤b制备的混合物置于模具中，将步骤e得到的发泡合金液浇注到模具中，浇注温度为650-680℃，然后自然冷却至室温即可得到。