CN108146232B

CN108146232B - 一种密封油箱

Info

Publication number: CN108146232B
Application number: CN201711406553.7A
Authority: CN
Inventors: 高志明
Original assignee: Sks Hydraulic Technology Co ltd
Current assignee: Sks Hydraulic Technology Co ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108146232A

Abstract

本发明公开了一种密封油箱，属于金属材料技术领域。密封油箱包括油箱本体和油箱本体表面的覆膜，油箱本体由如下成分及其质量百分比的铝合金组成：Si：0.2‑0.3％、Mn：0.05‑0.15％、Cr：0.1‑0.3％、Ni：0.2‑0.4％、Mo：0.1‑0.3％、Ti：0.05‑0.1％、C：0.1‑0.5％、余量为Al和杂质。将Si、Ti、C元素以SiC、TiC的形式添加，能有效降低杂质。油箱本体表面的覆膜为碳纳米管或C₆₀。石墨的同素异构体既有C元素的惰性，又有纳米级材料的活泼性，容易与铝合金进行结合，增强铝合金的比强度、比刚度以及低膨胀、高导热等功能。又配合研发出新型砂芯，便于油箱一体成型后容易除去砂芯。

Description

一种密封油箱

技术领域

本发明涉及一种密封油箱，属于金属材料领域。

背景技术

随着国内汽车、飞机等行业的快速发展，对于机械的可靠性控制越来越严格。为提高机械的可靠性，做为机械核心部件的油箱的稳定性要求越来越高，而油箱的稳定性又取决于油箱的主要结构和构成油箱的材料。现在汽车、飞机等的使用油箱一般是通过板材焊接而成，加工精度不高，焊接的部位可能存在长时间使用产生间隙的风险，不仅对于运行系统传动的稳定性有影响，而且间隙的存在会造成安全隐患。

油箱的材料组成起着决定性因素，通常以钢、铝等材料进行制作。铝合金是指以铝为基础，加入一定量的镁、硅、铬、锰等元素并控制杂质元素含量而组成的合金体系。铝合金具有高强度、高硬度、重量轻和良好的延展性，特别适合于作结构材料，因此被广泛应用于工业中，尤其在汽车、摩托车、枪械和家电行业中占有重要地位。但是铝合金在铸造过程中，容易产生裂纹。

针对传统铝合金裂纹多、延伸率差等缺点，公开号106048379A公开了一种通过在铝合金中加入稀土、锶等元素来提高产品的韧性、延伸率。然而，仅仅提升铝合金的韧性、延伸率等性能并不能使铝合金应对复杂的环境。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供高强度、高韧性、耐腐蚀、高硬度的密封油箱。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种密封油箱，所述的密封油箱包括油箱本体和油箱本体表面的覆膜，所述的油箱本体由如下成分及其质量百分比的铝合金组成：Si：0.2-0.3％、Mn：0.05-0.15％、Cr：0.1-0.3％、Ni：0.2-0.4％、Mo：0.1-0.3％、Ti：0.05-0.1％、C：0.1-0.5％、余量为Al和杂质。

锰在铝熔炼时具有较好的吸附氧的能力，能把材料中铝的氧化物还原成铝，改善合金的质量，还可以与硫形成化合物，从而减轻硫对合金的有害作用。同时降低铝的脆性，改善铝的热加工性能。Ti本身性质稳定，铝合金中少量的添加，即可使得合金具有良好的耐高低温、耐酸碱、高强度特性，而利用其化学性质非常与铝中的杂质元素H、N、O发生反应从而提高合金的综合性能。

作为优选，在油箱本体表面的覆膜为碳纳米管、C₆₀中的一种。石墨的同素异构体既有C元素的惰性，又有纳米级材料的活泼性，容易与铝合金进行结合，增强铝合金的比强度、比刚度以及低膨胀、高导热等功能。

作为优选，在铝合金成分中，Si、Ti、C以SiC、TiC颗粒化合物的形式添加。

进一步优选，SiC、TiC的粒径为6-10μm。

将Si、Ti、C元素以化合物的形式进行添加而不是单质形式，首先，化合物的纯度要远高于单质，可以有效减少铝合金中杂质元素的带入，其次，控制SiC、TiC的粒径为微米级，能增加颗粒的比表面积，增加颗粒与铝合金中存在的杂质元素，通过吸附反应来去除或降低。

作为优选，在铝合金成分中，所述杂质包括H＜0.001％、S＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.001％。控制杂质含量可以有效避免合金发生热脆、机械时效等危害。

本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：

一种密封油箱的制备工艺，所述的方法包括如下步骤：

(1)配料：按铝合金的成分及其质量百分比称取原料，将Mn、Cr、Ni、Mo、Al直接熔炼成合金液1；

(2)净化：合金液1升温，硅棒搅拌，边搅拌边加入SiC和TiC颗粒，同时通入惰性气体得合金液2；

(3)砂芯制备：将原砂、粘结剂、添加剂混合碾压形成砂粉，再把砂粉填入模具中，向模具中充入惰性气体得油箱砂芯半成品，然后对油箱砂芯半成品进行微波加热得油箱砂芯成品；

(4)成型：将油箱砂芯置入油箱模具中，再将合金液2注入油箱模具中，凝固后取出，去除砂芯即得油箱半成品；

(5)表面处理：对油箱半成品表面进行激光直射，再覆上碳膜，得油箱成品。

在大多数的合金冶炼中，使用的原材料往往会带入许多无法预期的杂质元素，许多微量的合金或非合金元素对合金本身无多大影响，但是气体元素会有较大影响。而常规的净化过程往往是通过添加额外的合金元素或非合金元素来完成，但是额外的添加元素会造成合金的纯度不够，从而降低性能。本发明依靠SiC和TiC颗粒的高比表面积来吸附反应除去杂质元素，又不会带入新的杂质元素。

理想的结构材料具有高强度兼有高韧性、低脆性转变温度。要使材料获得这一综合性能，我们可以通过细化晶粒来完成。本发明通过加入Ti、Si等元素，以化合物的形式加入，在冶炼成合金液的过程中，分离、重组、交联进行晶粒细化。

同时，传统的油箱制备往往是将板材进行焊接而成，本发明通过制备易处理的砂芯，使得油箱能一次性浇注而成，避免焊接处因使用过度而产生裂缝。而且本发明的砂芯可以通过简便的方法除去：先将砂芯在浓度为0.1-2％的NaOH溶液中浸泡25-35min，然后采用500-2000N的激振力清理25-35min。

最后的表面处理，是利用了最少的材料，获得较好的保护性能，碳纳米管或足球烯在与合金的结合处，会形成Al₄C₃化合物，使得两者紧密结合，而合金中的其他添加元素，可以部分隔离Al与C的结合，提高其与金属的表面润湿性，避免崩裂。

作为优选，在步骤(2)中，合金液1升温至800-1000℃。提高合金液的温度，一方面可以对合金进行提纯，同时为后面加入的化合物提高其与杂志元素结合的概率。

作为优选，在步骤(3)中，粘结剂为氯化钙、氯化镁、氯化钾、硫酸钠、硝酸镁中的一种或多种。使用无机盐作为砂芯的粘结剂，既能保证砂芯具有足够的强度，又可以在最后成型的油箱制品中容易除去。

作为优选，在步骤(3)中，充入气体后模具内压强为2-4个大气压，微波加热次数为3-5次。增加压强即物理塑性，初步稳定结构，而多次的微波加热能快速除去水分，牢固砂芯整体。

作为优选，在步骤(2)和(3)中，惰性气体均为氩气、氦气中的一种或两种。隔绝空气，能有效避免杂质气体元素的混入。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)合金中的添加元素很多本身就具备强烈的净化性能。

(2)通过改变添加元素的加入形态SiC和TiC，并控制两者的粒径，增大比表面积达到极好的除杂能力。

(3)通过额外制备砂芯，搭建油箱的中空层，使得一次成型的油箱不会出现焊接的缺点。

(4)合金表面的碳纳米管或足球烯与合金反应结合，增强铝合金的比强度、比刚度以及低膨胀、高导热等功能。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

配料：按铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括：Si：0.25％、Mn：0.1％、Cr：0.2％、Ni：0.3％、Mo：0.2％、Ti：0.08％、C：0.3％、余量为Al和杂质，其中Si、Ti、C以SiC、TiC颗粒化合物的形式称取，杂质包括H＜0.001％、S＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.001％，将Mn、Cr、Ni、Mo、Al直接熔炼成合金液1。

净化：将合金液1升温至900℃，硅棒搅拌，边搅拌边加入粒径为8μm的SiC和TiC颗粒，同时通入氦气得合金液2。

砂芯制备：将原砂、粘结剂、添加剂混合碾压形成砂粉，其中粘结剂为氯化钙、氯化镁，再把砂粉填入模具中，向模具中充入氩气至压强为3个大气压得油箱砂芯半成品，然后对油箱砂芯半成品进行微波加热4次得油箱砂芯成品。

成型：将油箱砂芯置入油箱模具中，再将合金液2注入油箱模具中，凝固后取出坯件，将坯件在浓度为1％的NaOH溶液中浸泡30min，然后采用1300N的激振力清理30min得油箱半成品。

表面处理：对油箱半成品表面进行激光直射直至其表面软化，再覆上碳纳米管，得油箱成品。

实施例2

配料：按铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括：Si：0.2％、Mn：0.05％、Cr：0.1％、Ni：0.2％、Mo：0.1％、Ti：0.05％、C：0.1％、余量为Al和杂质，其中Si、Ti、C以SiC、TiC颗粒化合物的形式称取，杂质包括H＜0.001％、S＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.001％，将Mn、Cr、Ni、Mo、Al直接熔炼成合金液1。

实施例3

配料：按铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括：Si：0.3％、Mn：0.15％、Cr：0.3％、Ni：0.4％、Mo：0.3％、Ti：0.1％、C：0.5％、余量为Al和杂质，其中Si、Ti、C以SiC、TiC颗粒化合物的形式称取，杂质包括H＜0.001％、S＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.001％，将Mn、Cr、Ni、Mo、Al直接熔炼成合金液1。

实施例4

净化：将合金液1升温至800℃，硅棒搅拌，边搅拌边加入粒径为6μm的SiC和TiC颗粒，同时通入氦气得合金液2。

砂芯制备：将原砂、粘结剂、添加剂混合碾压形成砂粉，其中粘结剂为硝酸镁、氯化钾，再把砂粉填入模具中，向模具中充入氩气至压强为2个大气压得油箱砂芯半成品，然后对油箱砂芯半成品进行微波加热3次得油箱砂芯成品。

实施例5

净化：将合金液1升温至1000℃，硅棒搅拌，边搅拌边加入粒径为10μm的SiC和TiC颗粒，同时通入氦气得合金液2。

砂芯制备：将原砂、粘结剂、添加剂混合碾压形成砂粉，其中粘结剂为硫酸钠、硝酸镁，再把砂粉填入模具中，向模具中充入氩气至压强为4个大气压得油箱砂芯半成品，然后对油箱砂芯半成品进行微波加热5次得油箱砂芯成品。

实施例6

砂芯制备：将原砂、粘结剂、添加剂混合碾压形成砂粉，其中粘结剂为硝酸镁、氯化镁，再把砂粉填入模具中，向模具中充入氩气至压强为3个大气压得油箱砂芯半成品，然后对油箱砂芯半成品进行微波加热4次得油箱砂芯成品。

成型：将油箱砂芯置入油箱模具中，再将合金液2注入油箱模具中，凝固后取出坯件，将坯件在浓度为0.1％的NaOH溶液中浸泡25min，然后采用500N的激振力清理25min得油箱半成品。

实施例7

砂芯制备：将原砂、粘结剂、添加剂混合碾压形成砂粉，其中粘结剂为氯化钙、硝酸镁，再把砂粉填入模具中，向模具中充入氩气至压强为3个大气压得油箱砂芯半成品，然后对油箱砂芯半成品进行微波加热4次得油箱砂芯成品。

成型：将油箱砂芯置入油箱模具中，再将合金液2注入油箱模具中，凝固后取出坯件，将坯件在浓度为2％的NaOH溶液中浸泡35min，然后采用2000N的激振力清理35min得油箱半成品。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，对比例1原料中的Si、Ti、C以单质加入。

对比例2

与实施例1的区别仅在于，对比例2不制取油箱砂芯，直接利用合金板进行切割、焊接制成油箱。

对比例3

与实施例1的区别仅在于，对比例3油箱表面仅进行喷漆处理。

将实施例1-7及对比例1-3的产品进行测试，测试其强度、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：

表1：实施例1-7及对比例1-3中产品的性能

根据实验数据来看，实施例6、7仅是改变去除砂芯的工艺参数，对油箱本体的性能没有太大变化，但是参数的改变会对砂芯的去除效果造成影响，有些甚至会有很大残留，不利于使用。而耐蚀性数据为油箱本体出现锈迹的时间。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种密封油箱，其特征在于，所述的密封油箱包括油箱本体和油箱本体表面的覆膜，所述的油箱本体由如下成分及其质量百分比的铝合金组成：Si：0.2-0.3％、Mn：0.05-0.15％、Cr：0.1-0.3％、Ni：0.2-0.4％、Mo：0.1-0.3％、Ti：0.05-0.1％、C：0.1-0.5％、余量为Al和杂质；所述覆膜为碳纳米管、C₆₀中的一种；所述铝合金中的Si、Ti、C以SiC、TiC颗粒化合物的形式添加；所述SiC、TiC的粒径为6-8μm；

所述密封油箱的制备工艺，包括如下步骤：

(1)配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，将Mn、Cr、Ni、Mo、Al直接熔炼成合金液1；

(5)表面处理：对油箱半成品表面进行激光直射，再覆上碳纳米管、C₆₀中的一种，得油箱成品；

步骤(2)所述合金液1升温至800-1000℃；

步骤(3)所述粘结剂为氯化钙、氯化镁、氯化钾、硫酸钠、硝酸镁中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的密封油箱，其特征在于，所述杂质包括H＜0.001％、S＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.001％。

3.根据权利要求1所述的一种密封油箱，其特征在于，步骤(3)所述充入气体后模具内压强为2-4个大气压，微波加热次数为3-5次。

4.根据权利要求1所述的一种密封油箱，其特征在于，步骤(2)与步骤(3)所述惰性气体均为氩气、氦气中的一种或两种。