CN107881440A - 一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，属于铝合金制备技术领域。本发明以玄武岩为原料经粉碎、熔融、牵引拉丝得到玄武岩纤维，正硅酸乙酯在无水乙醇中水解、酸化、陈化得到二氧化硅溶胶前驱体，玄武岩纤维抗拉强度高于玻璃纤维，剪切和压缩模量也很高，铝合金材料中玄武岩纤维能够作为增强材料，提高铝合金的韧性，从而提升铝合金的弯折性能；二氧化硅是玄武岩纤维的主要成分之一，镀硅玄武岩纤维的二氧化硅涂层和玄武岩纤维有良好的相容性，另外在玄武岩纤维表面引入二氧化硅涂层，避免其大量参与界面反应造成纤维性能损伤；减少铝基体和其他纤维成分发生反应生成不可控且非均匀分布的脆性相，从而提高铝合金的抗弯折性能。

Description

一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法

技术领域

本发明公开了一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，属于铝合金制备技术领域。

背景技术

排气管为了减振降噪、方便安装和延长排气消声系统寿命的作用的装置，它安装在发动机排气岐管和消声器之间，使整个排气系统呈挠性联接。排气管主要用于轻型车、微型车和客车，摩托车，排气管结构是双层波纹管外覆钢丝网套，两端直边段外套卡环的结构，为使消声效果更佳，波纹管内部可配伸缩节或网套。排气管的主要材质是不锈钢，卡套和接管材质可为不锈钢或镀铝钢。

随着我国经济持续快速增长，人们的生活水平也越来越高，尤其是汽车已经成为当今社会居民新的消费热点。当前，节能减排已经成为汽车行业竞争的利器，因此汽车的排气系统也就越发的重要，而在铁合金中加入少量的Mn、Nb等元素，使铁合金具有良好的深冲性，并能改善排气系统的其他性能。在当今汽车材料向轻量化、节能、环保方向发展的今天，具有广阔的发展空间；汽车排气管处在汽车后端，所处的工作环境温度很高，对耐热性、抗冲击性和抗腐蚀性要求很高，这些构件借助于压力加工由钢板而制造，因此要求母材钢板具有压力成形性。另一方面，使用的环境温度也逐年提高，有必要增加Cr、Mo、Nb等合金元素的添加量而提高高温强度、抗氧化性以及热疲劳特性等。目前汽车排气管用铝合金材料还存在抗弯折性能差的缺陷，因此，发明一种抗弯折性能好的用铝合金制得汽车排气管道对铝合金制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对汽车排气管用铝合金材料抗弯折性能差的缺陷，提供了一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取玄武岩放入磨石机中粉碎，得到玄武岩磨料，将玄武岩磨料置于带有漏嘴的刚玉坩埚中，将刚玉坩埚移入电阻炉中，通电升温，保温熔融，得到玄武岩熔融料，将漏嘴打开，用牵引棒牵引拉丝玄武岩熔融料，得到玄武岩纤维；

（2）取200～220mL正硅酸乙酯与300～350mL无水乙醇混合放入烧杯中，向烧杯中加入60～80mL盐酸，用磁力搅拌器搅拌，得到二氧化硅溶胶，向二氧化硅溶胶中加入20～30mL聚乙烯醇，室温下陈化，得到二氧化硅溶胶前驱体；

（3）将玄武岩纤维浸入二氧化硅前驱体中，得到浸渗处理液，用超声仪对浸渗处理液进行超声处理，得到超声处理液，用干净的镊子将玄武岩纤维竖直向上提拉，得到涂膜纤维，将涂膜纤维放入烘箱中，加热升温，干燥后，放入电阻炉中，通电升温，烧结，得到镀硅玄武岩纤维；

（4）按重量份数计，对坩埚电阻炉加热升温，先向坩埚电阻炉中加入4～5份氯化铝后，保温，继续加入80～90份铝锭，升温，保温，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入10～15份二氧化钛、5～10份镍，保温熔融得到铝合金熔体；

（5）按重量份数计，将20～30份镀硅玄武岩纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温预热，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，将模具放入水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到汽车排气管用铝合金材料。

步骤（1）所述的粉碎时间为3～4h，漏嘴直径为8～10mm，升温速率为20～25℃/min，通电升温后温度为1350～1400℃，保温熔融时间为20～25min，玄武岩纤维的直径为6～8m。

步骤（2）所述的盐酸的质量分数为10%，磁力搅拌器转速为400～450r/min，搅拌时间为1～2h，聚乙烯醇的质量分数为5%，室温下陈化时间为20～24h。

步骤（3）所述的超声处理时间为15～18min，控制超声仪功率为200～250W，竖直向上提拉的速率为3～4mm/s，加热升温后温度为70～80℃，干燥时间为3～4h，通电升温后温度为500～550℃，烧结时间为3～4h。

步骤（4）所述的对坩埚电阻炉加热升温后温度为500～520℃，保温时间为10～12min，升温后温度为770～800℃，保温时间为3～4h。

步骤（5）所述的对烘箱升温后温度为120～150℃，预热时间为30～35min，浇注时铝合金熔体温度为700～720℃，控制压铸压力为0.3～0.4MPa，压铸时间为20～25min后，退火水温为20～25℃。

本发明的有益效果是：

（1）本发明以玄武岩为原料经粉碎、熔融、牵引拉丝得到玄武岩纤维，利用正硅酸乙酯在无水乙醇中水解、酸化、陈化得到二氧化硅溶胶前驱体，将玄武岩纤维浸入二氧化硅溶胶前驱体中，经超声浸渗、提拉镀膜、干燥、高温烧结得到镀硅玄武岩纤维，最后将镀硅玄武岩纤维放入排气管模具中，用铝合金熔体浇注模具，压力浸渗，退火冷却至室温得到排气管用铝合金材料，玄武岩纤维具有极好的力学性能，抗拉强度高于玻璃纤维，剪切和压缩模量也很高，铝合金材料中玄武岩纤维能够作为增强材料，并能够在高温下帮助铝合金承载压力，抑制铝合金因疲劳而弯折，提高铝合金的韧性，从而提升铝合金的弯折性能；

（2）本发明中二氧化硅是玄武岩纤维的主要成分之一，镀硅玄武岩纤维的二氧化硅涂层和玄武岩纤维有良好的相容性，铝液浇注镀硅玄武岩纤维后，二氧化硅和铝在高温下反应，其反应生成物有氧化铝，其界面反应的过程主要氧化铝的不断生成和其他元素不断以单质形式和铝液发生反应进入熔体或以固溶的形式存在于氧化铝中传输过程，氧化铝相与铝基体有良好的结合，形成很强的物理结合或者共格界面，界面反应产物氧化铝以薄层形式存在于纤维表层，和基体金属铝直接接触，界面光滑平直，使铝合金材料弯折时，载荷能够顺利传递给纤维，另外在玄武岩纤维表面引入二氧化硅涂层，一方面可以牺牲表面的二氧化硅涂层达到保护纤维的目的，避免其大量参与界面反应造成纤维性能损伤；另一方面可以使界面反应体系简单化，减少铝基体和其他纤维成分发生反应生成不可控且非均匀分布的脆性相，从而提高铝合金的抗弯折性能。

具体实施方式

取玄武岩放入磨石机中粉碎3～4h，得到玄武岩磨料，将玄武岩磨料置于带有漏嘴的刚玉坩埚中，漏嘴直径为8～10mm，将刚玉坩埚移入电阻炉中，以20～25℃/min的升温速率，通电升温至1350～1400℃，保温熔融20～25min，得到玄武岩熔融料，将漏嘴打开，用牵引棒牵引拉丝玄武岩熔融料，得到直径为6～8mm的玄武岩纤维；取200～220mL正硅酸乙酯与300～350mL无水乙醇混合放入烧杯中，向烧杯中加入60～80mL质量分数为10%的盐酸，用磁力搅拌器以400～450r/min的转速，搅拌1～2h，得到二氧化硅溶胶，向二氧化硅溶胶中加入20～30mL质量分数为5%的聚乙烯醇，室温下陈化20～24h，得到二氧化硅溶胶前驱体；将玄武岩纤维浸入二氧化硅前驱体中，得到浸渗处理液，用超声仪对浸渗处理液进行超声处理15～18min，控制超声仪功率为200～250W，得到超声处理液，用干净的镊子将玄武岩纤维以3～4mm/s的速率竖直向上提拉，得到涂膜纤维，将涂膜纤维放入烘箱中，加热升温至70～80℃，干燥3～4h后，放入电阻炉中，通电升温至500～550℃，烧结3～4h，得到镀硅玄武岩纤维；按重量份数计，对坩埚电阻炉加热升温至500～520℃，先向坩埚电阻炉中加入4～5份氯化铝后，保温10～12min，继续加入80～90份铝锭，升温至770～800℃，保温3～4h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入10～15份二氧化钛、5～10份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将20～30份镀硅玄武岩纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至120～150℃，预热30～35min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为700～720℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.3～0.4MPa，压铸20～25min后，将模具放入20～25℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到汽车排气管用铝合金材料。

实例1

取玄武岩放入磨石机中粉碎3h，得到玄武岩磨料，将玄武岩磨料置于带有漏嘴的刚玉坩埚中，漏嘴直径为8mm，将刚玉坩埚移入电阻炉中，以20℃/min的升温速率，通电升温至1350℃，保温熔融20min，得到玄武岩熔融料，将漏嘴打开，用牵引棒牵引拉丝玄武岩熔融料，得到直径为6mm的玄武岩纤维；取200mL正硅酸乙酯与300mL无水乙醇混合放入烧杯中，向烧杯中加入60mL质量分数为10%的盐酸，用磁力搅拌器以400r/min的转速，搅拌1h，得到二氧化硅溶胶，向二氧化硅溶胶中加入20mL质量分数为5%的聚乙烯醇，室温下陈化20h，得到二氧化硅溶胶前驱体；将玄武岩纤维浸入二氧化硅前驱体中，得到浸渗处理液，用超声仪对浸渗处理液进行超声处理15min，控制超声仪功率为200W，得到超声处理液，用干净的镊子将玄武岩纤维以3mm/s的速率竖直向上提拉，得到涂膜纤维，将涂膜纤维放入烘箱中，加热升温至70℃，干燥3h后，放入电阻炉中，通电升温至500℃，烧结3h，得到镀硅玄武岩纤维；按重量份数计，对坩埚电阻炉加热升温至500℃，先向坩埚电阻炉中加入4份氯化铝后，保温10min，继续加入80份铝锭，升温至770℃，保温3h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入10份二氧化钛、5份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将20份镀硅玄武岩纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至120℃，预热30min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为700℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.3MPa，压铸20min后，将模具放入20℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到汽车排气管用铝合金材料。

实例2

取玄武岩放入磨石机中粉碎3.5h，得到玄武岩磨料，将玄武岩磨料置于带有漏嘴的刚玉坩埚中，漏嘴直径为9mm，将刚玉坩埚移入电阻炉中，以21℃/min的升温速率，通电升温至1370℃，保温熔融22min，得到玄武岩熔融料，将漏嘴打开，用牵引棒牵引拉丝玄武岩熔融料，得到直径为7mm的玄武岩纤维；取210mL正硅酸乙酯与320mL无水乙醇混合放入烧杯中，向烧杯中加入70mL质量分数为10%的盐酸，用磁力搅拌器以420r/min的转速，搅拌1.5h，得到二氧化硅溶胶，向二氧化硅溶胶中加入25mL质量分数为5%的聚乙烯醇，室温下陈化22h，得到二氧化硅溶胶前驱体；将玄武岩纤维浸入二氧化硅前驱体中，得到浸渗处理液，用超声仪对浸渗处理液进行超声处理17min，控制超声仪功率为220W，得到超声处理液，用干净的镊子将玄武岩纤维以3mm/s的速率竖直向上提拉，得到涂膜纤维，将涂膜纤维放入烘箱中，加热升温至75℃，干燥3.5h后，放入电阻炉中，通电升温至520℃，烧结3.5h，得到镀硅玄武岩纤维；按重量份数计，对坩埚电阻炉加热升温至510℃，先向坩埚电阻炉中加入4份氯化铝后，保温11min，继续加入85份铝锭，升温至780℃，保温3.5h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入12份二氧化钛、7份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将25份镀硅玄武岩纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至135℃，预热32min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为710℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.3MPa，压铸22min后，将模具放入22℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到汽车排气管用铝合金材料。

实例3

取玄武岩放入磨石机中粉碎4h，得到玄武岩磨料，将玄武岩磨料置于带有漏嘴的刚玉坩埚中，漏嘴直径为10mm，将刚玉坩埚移入电阻炉中，以25℃/min的升温速率，通电升温至1400℃，保温熔融25min，得到玄武岩熔融料，将漏嘴打开，用牵引棒牵引拉丝玄武岩熔融料，得到直径为8mm的玄武岩纤维；取220mL正硅酸乙酯与350mL无水乙醇混合放入烧杯中，向烧杯中加入80mL质量分数为10%的盐酸，用磁力搅拌器以450r/min的转速，搅拌2h，得到二氧化硅溶胶，向二氧化硅溶胶中加入30mL质量分数为5%的聚乙烯醇，室温下陈化24h，得到二氧化硅溶胶前驱体；将玄武岩纤维浸入二氧化硅前驱体中，得到浸渗处理液，用超声仪对浸渗处理液进行超声处理18min，控制超声仪功率为250W，得到超声处理液，用干净的镊子将玄武岩纤维以4mm/s的速率竖直向上提拉，得到涂膜纤维，将涂膜纤维放入烘箱中，加热升温至80℃，干燥4h后，放入电阻炉中，通电升温至550℃，烧结4h，得到镀硅玄武岩纤维；按重量份数计，对坩埚电阻炉加热升温至520℃，先向坩埚电阻炉中加入5份氯化铝后，保温12min，继续加入90份铝锭，升温至800℃，保温4h，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入15份二氧化钛、10份镍，保温熔融得到铝合金熔体；按重量份数计，将30份镀硅玄武岩纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温至150℃，预热35min，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注温度为720℃的铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，控制压铸压力为0.4MPa，压铸25min后，将模具放入25℃的水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到汽车排气管用铝合金材料。

对比例

以上海某公司生产的汽车排气管用铝合金材料作为对比例 对本发明制得的汽车排气管用铝合金材料和对比例中的汽车排气管用铝合金材料进行性能检测，检测结果如表1所示：

1、测试方法：

抗弯折强度测试采用铝合金抗拉抗弯曲试验机进行检测。

备注：采用三点弯曲夹具，压头为R5 实际试验速度为1 mm/ mim。

表1

根据上述中数据可知，本发明制得的汽车排气管用铝合金材料的抗弯折强度高，具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取玄武岩放入磨石机中粉碎，得到玄武岩磨料，将玄武岩磨料置于带有漏嘴的刚玉坩埚中，将刚玉坩埚移入电阻炉中，通电升温，保温熔融，得到玄武岩熔融料，将漏嘴打开，用牵引棒牵引拉丝玄武岩熔融料，得到玄武岩纤维；

（2）取200～220mL正硅酸乙酯与300～350mL无水乙醇混合放入烧杯中，向烧杯中加入60～80mL盐酸，用磁力搅拌器搅拌，得到二氧化硅溶胶，向二氧化硅溶胶中加入20～30mL聚乙烯醇，室温下陈化，得到二氧化硅溶胶前驱体；

（3）将玄武岩纤维浸入二氧化硅前驱体中，得到浸渗处理液，用超声仪对浸渗处理液进行超声处理，得到超声处理液，用干净的镊子将玄武岩纤维竖直向上提拉，得到涂膜纤维，将涂膜纤维放入烘箱中，加热升温，干燥后，放入电阻炉中，通电升温，烧结，得到镀硅玄武岩纤维；

（4）按重量份数计，对坩埚电阻炉加热升温，先向坩埚电阻炉中加入4～5份氯化铝后，保温，继续加入80～90份铝锭，升温，保温，待铝锭熔融成铝液，再向铝液中投入10～15份二氧化钛、5～10份镍，保温熔融得到铝合金熔体；

（5）按重量份数计，将20～30份镀硅玄武岩纤维竖直插入半开式的排气管模具中，将排气管模具放入烘箱中升温预热，取出排气管模具，在氩气保护下，向排气管模具中浇注铝合金熔体，盖上模具的压头，将模具放入压力机下压铸，将模具放入水中退火，直至模具冷却至常温，脱模得到汽车排气管用铝合金材料。

2.根据权利要求1所述的一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，其特征在于：

步骤（1）所述的粉碎时间为3～4h，漏嘴直径为8～10mm，升温速率为20～25℃/min，通电升温后温度为1350～1400℃，保温熔融时间为20～25min，玄武岩纤维的直径为6～8m。

3.根据权利要求1所述的一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，其特征在于：

步骤（2）所述的盐酸的质量分数为10%，磁力搅拌器转速为400～450r/min，搅拌时间为1～2h，聚乙烯醇的质量分数为5%，室温下陈化时间为20～24h。

4.根据权利要求1所述的一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，其特征在于：

步骤（3）所述的超声处理时间为15～18min，控制超声仪功率为200～250W，竖直向上提拉的速率为3～4mm/s，加热升温后温度为70～80℃，干燥时间为3～4h，通电升温后温度为500～550℃，烧结时间为3～4h。

5.根据权利要求1所述的一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，其特征在于：

步骤（4）所述的对坩埚电阻炉加热升温后温度为500～520℃，保温时间为10～12min，升温后温度为770～800℃，保温时间为3～4h。

6.根据权利要求1所述的一种汽车排气管用铝合金材料的制备方法，其特征在于：

步骤（5）所述的对烘箱升温后温度为120～150℃，预热时间为30～35min，浇注时铝合金熔体温度为700～720℃，控制压铸压力为0.3～0.4MPa，压铸时间为20～25min后，退火水温为20～25℃。