CN109435650A - 一种汽车前门窗框 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种门窗框，具体涉及一种汽车前门窗框，属于汽车配件领域。本发明汽车前门窗框包括本体和本体表面涂覆的海鞘纤维素纳米晶膜，本发明本体由合金钢材料制成，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.08‑0.15％，Si：0.12‑0.25％，Mn：0.4‑0.6％，Cr：0.8‑1.1％，Mo：0.15‑0.24％，V：0.12‑0.20％，聚芳噁二唑纤维：0.23‑0.28％，余量为Fe；本发明在合金钢表面涂覆有海鞘纤维素纳米晶膜，使其在合金钢界面表面形成与金属元素对应的拓扑结构，使得合金钢的力学性能增加。

Description

一种汽车前门窗框
应用领域
本发明涉及一种门窗框，具体涉及一种汽车前门窗框，属于汽车配件领域。
背景技术
随着汽车工业的发展，人们对汽车的品质要求越来越高。在过去的近十年间，我国的汽车产量取得了大幅度的增长。随着人们生活水平的提高，为了适应时代的发展和消费者的需求，世界各地的汽车生产商也在不断地进行创新，不断地提高汽车零部件的功效和品质。在汽车前车门结构中包括外蒙皮总成和内蒙皮总成，其中内蒙皮总成一般由窗框外加强板、窗框后加强板、前门上加强板和前门内蒙皮总成等部件焊接连接组成，现有的前门窗框总成主要存在的缺点是：由于前门腰线处窗框布置空间较窄，不易布置加强件来满足前门窗框侧向刚度的标准要求，而前门窗框侧向刚度不足会引起汽车窗框上端在行驶过程中的抖动，极大的影响了消费者的使用。
因此，需要对汽车前门窗框进行改进，使其可提高前门窗框的侧向刚度，能够避免因前门窗框侧向刚度不足引起汽车窗框上端在行驶过程中产生抖动的现象的发生。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种高强度、机械性能优异的汽车前门窗框。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种汽车前门窗框，所述汽车前门窗框包括本体和本体表面涂覆的海鞘纤维素纳米晶膜。
在上述一种汽车前门窗框中，所述合金钢材料表面涂覆有海鞘纤维素纳米晶膜。本发明在合金钢表面涂覆有海鞘纤维素纳米晶膜，海鞘纤维素纳米晶结晶度高，而且其晶型完全是Iβ型，且海鞘纤维素纳米晶的长径比大，力学性能优异，模量高，从外，海鞘纤维素纳米晶表面具有大量活性官能团易于化学改性，可组装成胆甾型液晶，因此本发明在合金钢表面通过涂覆海鞘纤维素纳米晶膜，使其在合金钢界面表面形成与金属元素对应的拓扑结构，导致其力学性能增加,而应力传递是通过基体与填料之间相互作用实现的，因此在合金钢表面涂覆的海鞘纤维素纳米晶膜对于合金钢的杨氏模量和拉伸强度都有显著的提高。
作为优选，所述海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为2.5-3.8μm。海鞘纤维素纳米晶膜的厚度过大，会导致制得的汽车前门窗框厚度超过标准，并且在于外界接触时，也会极易磨损海鞘纤维素纳米晶膜，而纳米晶膜的厚度过小，则其作为增强型膜的作用难以发挥。
在上述一种汽车前门窗框中，所述本体由合金钢材料制成，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.08-0.15％，Si：0.12-0.25％，Mn：0.4-0.6％，Cr：0.8-1.1％，Mo：0.15-0.24％，V：0.12-0.20％，聚芳噁二唑纤维：0.23-0.28％，余量为Fe。
本发明汽车前门窗框采用铬钼合金钢，铬钼合金钢具有高强度和高韧性，还具有优良的淬透性，其中铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。而钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。结构钢中加入钼，能提高机械性能，还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。
在本发明汽车前门窗框中，通过在合金钢中加入Si，能够提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合性能特别是弹性模量有利，还可以增强钢在自然条件下的耐腐蚀能力，但合金钢中Si含量过高，则对钢的焊接性能不利，有损焊缝质量，并易导致冷脆，因此本发明选用上述含量的Si。
另外，锰是好的脱氧剂和脱硫剂，显著提高淬透性。锰对钢的硬度和冲击韧度影响很大，硬度随锰含量的提高而上升，冲击韧度则随之下降。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。锰还能显著降低钢的心温度和奥氏体分解速度。但是作为合金元素锰也有它不利的一面。锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆性敏感性。冶炼浇铸和锻轧后冷却不当时，容易使钢产生白点。
另外，本发明汽车前门窗框通过在合金钢中添加V，能够提高钢的淬透性，V固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用；同时，V有细化晶粒的作用，在合金钢中与C反应生成碳化钒化合物，碳化钒化合物为碳化物中最坚硬耐磨的化合物，可以提高合金钢的耐磨性能，从而达到本发明的目的。因此，V通过细小碳化物颗粒的弥散分布可以提高钢的蠕变和持久强度，但V含量过高，对钢抗高温氧化性不利，因此本发明采用上述成分的V。
在本发明汽车前门窗框中，还加入了聚芳噁二唑纤维。聚芳噁二唑纤维具有优异的耐高温和耐腐蚀性能，并且其纤维组成中的分子链结构苯环和噁二唑环交替共轭，将其加入到合金钢中，能够吸引合金钢中具有极性组成的金属原子，使之形成弥散化分布，从而提高合金钢的蠕变和持久强度。再者，聚芳噁二唑纤维中的分子链呈高度刚性、分子链间的作用力强且结晶度高，因此聚芳噁二唑纤维具有极好的耐化学性能，而在合金钢中，含有的金属元素能够在纤维分子链上引入、取代甚至引入聚合物主链，从而改善金属元素相互间的融合力。
本发明的另一个目的在于提供一种上述汽车前门窗框的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
熔化浇铸：称取制备本体的合金钢材料并将合金钢材料在真空感应炉中熔化后浇铸并锻造成型成铸坯；
热轧：将铸坯在双辊可逆式轧机上进行热轧后酸洗；
冷轧：在四辊直拉式可逆轧机上进行冷轧得试样；
改性处理：在试样表面采用双辉等离子渗金属方式涂覆铱涂层进行改性处理；
热处理：将改性处理后的试样进行热处理；
机械加工：将热处理后的试样机械加工成汽车前门窗框半成品；
涂层涂覆：在汽车前门窗框半成品表面涂覆海鞘纤维素纳米晶膜得汽车前门窗框成品。
在上述一种汽车前门窗框的制备方法中，本发明在热处理前在试样表面进行铱涂层的涂覆作为改性处理，得到的涂层呈多晶结构，并沿晶面择优生长，并且由于其本身柱状晶中晶界之间的结合强度，能与试样基体结合良好，在后续的热处理过程中，不仅能保护合金钢材料被国服氧化，而且防止由于热处理过程导致的后续海鞘纤维素纳米晶膜的涂覆与合金钢基体之间由于热膨胀系数过大而产生的塑性变形。
作为优选，所述铱涂层的厚度为1.5-1.8μm。
在上述一种汽车前门窗框的制备方法中，所述热处理依次为固溶处理、预时效处理、回归处理和再时效加热处理。其中，所述固溶处理采用双级强化固溶制度，具体包括如下步骤：将试样升温至400-480℃保温1-2h后升温至450-500℃再保温2-3h后水淬。
作为优选，所述预时效处理为升温至120-140℃保温16-18h后空冷。
作为优选，所述回归处理为激光加热处理，所述激光加热处理中的激光功率为500-600W，扫描速度为1-3mm/s，离焦量为30-45mm。本发明采用激光加热处理，有别于常见的回归加热处理，能够使合金钢晶内析出相大多以η相为主，且尺寸小，而且数量较多，使得合金钢晶内强化相体积分数较大，因此使得合金钢的性能得到提高。
作为优选，所述再时效处理为120-140℃保温24-26h后空冷。
在上述一种汽车前门窗框的制备方法中，所述机械处理包括拉弯、冲压、锯切、焊接和打磨工艺。对于本发明汽车前门窗框，在后续的加工过程中需要对其进行精密的机械处理，其应用于汽车领域，在使用过程中要保证安全性能和一定的安装稳定性，因此后处理对本发明汽车前门窗框具有举足轻重的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明在合金钢表面涂覆有海鞘纤维素纳米晶膜，使其在合金钢界面表面形成与金属元素对应的拓扑结构，使得合金钢的力学性能增加；
2、在本发明前门窗框中，还加入了聚芳噁二唑纤维，改善金属元素相互间的融合力，从而提高合金钢的蠕变和持久强度；
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
熔化浇铸：称取制备本体的合金钢材料并将合金钢材料在真空感应炉中熔化后浇铸并锻造成型成铸坯；其中，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.08％，Si：0.12％，Mn：0.4％，Cr：0.8％，Mo：0.15％，V：0.12％，聚芳噁二唑纤维：0.23％，余量为Fe；
热轧：将铸坯在双辊可逆式轧机上进行热轧后酸洗；
冷轧：在四辊直拉式可逆轧机上进行冷轧得试样；
改性处理：在试样表面采用双辉等离子渗金属方式涂覆铱涂层进行改性处理；所述铱涂层的厚度为1.5μm；
热处理：将改性处理后的试样进行热处理；所述热处理依次为固溶处理、预时效处理、回归处理和再时效加热处理，所述固溶处理采用双级强化固溶制度，具体包括如下步骤：将试样升温至400℃保温1h后升温至450℃再保温2h后水淬，所述预时效处理为升温至120℃保温16h后空冷；所述回归处理为激光加热处理，所述激光加热处理中的激光功率为500W，扫描速度为1mm/s，离焦量为30mm；所述再时效处理为120℃保温24h后空冷；
机械加工：将热处理后的试样机械加工成汽车前门窗框半成品；所述机械加工包括拉弯、冲压、锯切、焊接和打磨工艺；
涂层涂覆：在汽车前门窗框半成品表面涂覆海鞘纤维素纳米晶膜得汽车前门窗框成品，所述海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为2.5μm。
实施例2
熔化浇铸：称取制备本体的合金钢材料并将合金钢材料在真空感应炉中熔化后浇铸并锻造成型成铸坯；其中，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.09％，Si：0.16％，Mn：0.45％，Cr：0.9％，Mo：0.17％，V：0.14％，聚芳噁二唑纤维：0.24％，余量为Fe；
热轧：将铸坯在双辊可逆式轧机上进行热轧后酸洗；
冷轧：在四辊直拉式可逆轧机上进行冷轧得试样；
改性处理：在试样表面采用双辉等离子渗金属方式涂覆铱涂层进行改性处理；所述铱涂层的厚度为1.6μm；
热处理：将改性处理后的试样进行热处理；所述热处理依次为固溶处理、预时效处理、回归处理和再时效加热处理，所述固溶处理采用双级强化固溶制度，具体包括如下步骤：将试样升温至400-480℃保温1.2h后升温至460℃再保温2.2h后水淬，所述预时效处理为升温至125℃保温16.5h后空冷；所述回归处理为激光加热处理，所述激光加热处理中的激光功率为520W，扫描速度为1.5mm/s，离焦量为33mm；所述再时效处理为125℃保温24.5h后空冷；
机械加工：将热处理后的试样机械加工成汽车前门窗框半成品；所述机械加工包括拉弯、冲压、锯切、焊接和打磨工艺；
涂层涂覆：在汽车前门窗框半成品表面涂覆海鞘纤维素纳米晶膜得汽车前门窗框成品，所述海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为2.8μm。
实施例3
熔化浇铸：称取制备本体的合金钢材料并将合金钢材料在真空感应炉中熔化后浇铸并锻造成型成铸坯；其中，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.12％，Si：0.18％，Mn：0.5％，Cr：0.95％，Mo：0.2％，V：0.16％，聚芳噁二唑纤维：0.26％，余量为Fe；
热轧：将铸坯在双辊可逆式轧机上进行热轧后酸洗；
冷轧：在四辊直拉式可逆轧机上进行冷轧得试样；
改性处理：在试样表面采用双辉等离子渗金属方式涂覆铱涂层进行改性处理；所述铱涂层的厚度为1.65μm；
热处理：将改性处理后的试样进行热处理；所述热处理依次为固溶处理、预时效处理、回归处理和再时效加热处理，所述固溶处理采用双级强化固溶制度，具体包括如下步骤：将试样升温至440℃保温1.5h后升温至475℃再保温2.5h后水淬，所述预时效处理为升温至130℃保温17h后空冷；所述回归处理为激光加热处理，所述激光加热处理中的激光功率为550W，扫描速度为2mm/s，离焦量为37.5mm；所述再时效处理为1300℃保温25h后空冷；
机械加工：将热处理后的试样机械加工成汽车前门窗框半成品；所述机械加工包括拉弯、冲压、锯切、焊接和打磨工艺；
涂层涂覆：在汽车前门窗框半成品表面涂覆海鞘纤维素纳米晶膜得汽车前门窗框成品，所述海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为3.2μm。
实施例4
熔化浇铸：称取制备本体的合金钢材料并将合金钢材料在真空感应炉中熔化后浇铸并锻造成型成铸坯；其中，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.12％，Si：0.22％，Mn：0.55％，Cr：1.0％，Mo：0.22％，V：0.18％，聚芳噁二唑纤维：0.27％，余量为Fe；
热轧：将铸坯在双辊可逆式轧机上进行热轧后酸洗；
冷轧：在四辊直拉式可逆轧机上进行冷轧得试样；
改性处理：在试样表面采用双辉等离子渗金属方式涂覆铱涂层进行改性处理；所述铱涂层的厚度为1.73μm；
热处理：将改性处理后的试样进行热处理；所述热处理依次为固溶处理、预时效处理、回归处理和再时效加热处理，所述固溶处理采用双级强化固溶制度，具体包括如下步骤：将试样升温至400-480℃保温1.8h后升温至490℃再保温2.8h后水淬，所述预时效处理为升温至135℃保温17.5h后空冷；所述回归处理为激光加热处理，所述激光加热处理中的激光功率为580W，扫描速度为2.5mm/s，离焦量为42mm；所述再时效处理为135℃保温25.5h后空冷；
机械加工：将热处理后的试样机械加工成汽车前门窗框半成品；所述机械加工包括拉弯、冲压、锯切、焊接和打磨工艺；
涂层涂覆：在汽车前门窗框半成品表面涂覆海鞘纤维素纳米晶膜得汽车前门窗框成品，所述海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为3.6μm。
实施例5
熔化浇铸：称取制备本体的合金钢材料并将合金钢材料在真空感应炉中熔化后浇铸并锻造成型成铸坯；其中，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.15％，Si：0.25％，Mn：0.6％，Cr：1.1％，Mo：0.24％，V：0.2％，聚芳噁二唑纤维：0.28％，余量为Fe；
热轧：将铸坯在双辊可逆式轧机上进行热轧后酸洗；
冷轧：在四辊直拉式可逆轧机上进行冷轧得试样；
改性处理：在试样表面采用双辉等离子渗金属方式涂覆铱涂层进行改性处理；所述铱涂层的厚度为1.8μm；
热处理：将改性处理后的试样进行热处理；所述热处理依次为固溶处理、预时效处理、回归处理和再时效加热处理，所述固溶处理采用双级强化固溶制度，具体包括如下步骤：将试样升温至400-480℃保温2h后升温至500℃再保温3h后水淬，所述预时效处理为升温至140℃保温18h后空冷；所述回归处理为激光加热处理，所述激光加热处理中的激光功率为600W，扫描速度为3mm/s，离焦量为45mm；所述再时效处理为140℃保温26h后空冷；
机械加工：将热处理后的试样机械加工成汽车前门窗框半成品；所述机械加工包括拉弯、冲压、锯切、焊接和打磨工艺；
涂层涂覆：在汽车前门窗框半成品表面涂覆海鞘纤维素纳米晶膜得汽车前门窗框成品，所述海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为3.8μm。
实施例6
与实施例3的区别仅在于，该实施例中海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为2.3μm，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，该实施例中海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为4.0μm，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例8
与实施例3的区别仅在于，该实施例中的合金钢材料为普通市售合金钢，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例9
与实施例3的区别仅在于，该实施例中的合金钢材料中不含有聚芳噁二唑纤维，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，该实施例在制备过程中没有进行改性处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例11
与实施例3的区别仅在于，该实施例在制备过程中没有经过热轧和冷轧处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例12
与实施例3的区别仅在于，该实施例在制备过程中采用普通热处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例13
与实施例3的区别仅在于，该实施例在制备过程中的回归处理为普通回归加热处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，该对比例汽车前门窗框本体表面没有涂覆海鞘纤维素纳米晶膜，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
将上述实施例1-13及对比例1制得的汽车前门窗框进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1：实施例1-13及对比例1中汽车前门窗框的性能检测结果
从上述结果可以看出，本发明在合金钢表面涂覆有海鞘纤维素纳米晶膜，使其在合金钢界面表面形成与金属元素对应的拓扑结构，使得合金钢的力学性能增加；同时，在本发明前门窗框中，还加入了聚芳噁二唑纤维，改善金属元素相互间的融合力，从而提高合金钢的蠕变和持久强度。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
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 (8)

1.一种汽车前门窗框，其特征在于，所述汽车前门窗框包括本体和本体表面涂覆的海鞘纤维素纳米晶膜。
2.根据权利要求1所述的一种汽车前门窗框，其特征在于，所述海鞘纤维素纳米晶膜的厚度为2.5-3.8μm。
3.根据权利要求1所述的一种汽车前门窗框，其特征在于，所述本体由合金钢材料制成，所述合金钢材料由如下质量百分比的成分组成：C：0.08-0.15％，Si：0.12-0.25％，Mn：0.4-0.6％，Cr：0.8-1.1％，Mo：0.15-0.24％，V：0.12-0.20％，聚芳噁二唑纤维：0.23-0.28％，余量为Fe。
4.一种如权利要求1所述的汽车前门窗框的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
熔化浇铸：称取制备本体的合金钢材料并将合金钢材料在真空感应炉中熔化后浇铸并锻造成型成铸坯；
热轧：将铸坯在双辊可逆式轧机上进行热轧后酸洗；
冷轧：在四辊直拉式可逆轧机上进行冷轧得试样；
改性处理：在试样表面采用双辉等离子渗金属方式涂覆铱涂层进行改性处理；
热处理：将改性处理后的试样进行热处理；
机械加工：将热处理后的试样机械加工成汽车前门窗框半成品；
涂层涂覆：在汽车前门窗框半成品表面涂覆海鞘纤维素纳米晶膜得汽车前门窗框成品。
5.根据权利要求4所述的一种汽车前门窗框的制备方法，其特征在于，所述铱涂层的厚度为1.5-1.8μm。
6.根据权利要求4所述的一种汽车前门窗框的制备方法，其特征在于，所述热处理依次为固溶处理、预时效处理、回归处理和再时效加热处理。
7.根据权利要求6所述的一种汽车前门窗框的制备方法，其特征在于，所述回归处理为激光加热处理，所述激光加热处理中的激光功率为500-600W，扫描速度为1-3mm/s，离焦量为30-45mm。
8.根据权利要求4所述的一种汽车前门窗框的制备方法，其特征在于，所述机械加工包括拉弯、冲压、锯切、焊接和打磨工艺。
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