CN109536783B

CN109536783B - 一种上水室

Info

Publication number: CN109536783B
Application number: CN201811433869.XA
Authority: CN
Inventors: 徐志阳; 王文刚
Original assignee: Ningbo Mingfa Automobile Parts Co ltd
Current assignee: Ningbo Mingfa Automobile Parts Co ltd
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2020-07-17
Anticipated expiration: 2038-11-28
Also published as: CN109536783A

Abstract

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种上水室，上水室由铝合金制成，所述的铝合金由如下质量百分比的原料组成：笼型聚倍半硅氧烷：0.5‑2.5％、Tl：0.03‑0.09％、Zr：0.2‑0.3％、Mn：0.08‑0.12％、余量为Al和杂质。并通过冶炼、气流搅拌、固化成型、成品等工艺步骤进行制备，通过调整原料配比和工艺变化，最终获得的产品具有较好的强度、硬度、伸长率及耐蚀性，适合于复杂的使用环境。

Description

一种上水室

技术领域

本发明涉及一种上水室，属于金属材料领域。

背景技术

汽车水室是汽车散热器的重要组成部分，汽车水室一般设置在散热器的上部和下部，其作用是用于缓冲流入散热器芯体内的冷却水，并将散热器冷却后的冷却水重新输送至发动机保证发动机的散热效果。

汽车水室一般可以简单的区分为上、下两个水室，作用均比较单一，主要是用于储存冷却水并辅助散热，但不可或缺。

由此可见，上水室在散热器中起到的过渡协助作用还是具有较大的作用。而上水室的形状在制备时已经决定，无法从形状上进行优化从而延长上水室的使用寿命，所以我们致力于上水室的材质优化，从根本上延长上水室的有效使用寿命。铝合金具有较好的性能。

铝合金是指以铝为基础，加入一定量的添加元素并控制杂质元素含量而组成的合金体系。铝合金兼具高强度、高硬度、耐腐蚀和重量轻的优点，适合用作结构材料。但是传统铝合金的材质组成和冶炼工艺无法更好的提升合金性能。

针对传统合金硬度低，不耐磨等缺点，公开号CN102121414A公开了一种全铝合金的重型卡车水箱，其通过利用铝合金来替代塑料，并通过结构改变制成水箱，从而提高水箱的使用寿命、减少塑料制造对环境的污染、降低用户维护使用成本。然而，这种简单的材质替换容易在制备工艺上产生缺陷，且无法从根本上改变水室的性能，更无法应对复杂的使用环境。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供更高强度、高硬度、耐腐蚀的可以适应复杂环境的上水室。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种上水室，所述的上水室由铝合金制成，所述的铝合金由如下质量百分比的原料组成：笼型聚倍半硅氧烷：0.5-2.5％、Tl：0.03-0.09％、Zr：0.2-0.3％、Mn：0.08-0.12％、余量为Al和杂质。

作为优选，所述笼型聚倍半硅氧烷呈颗粒状，粒径为0.6-0.8mm。

进一步优选，所述笼型聚倍半硅氧烷的每一个颗粒包覆有铜箔，包覆形态为半包覆或全包覆。

进一步优选，所述铜箔的厚度为7-9μm，笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为24-28:1。

本发明在铝合金材质中，特殊加入了笼型聚倍半硅氧烷，其根本属性属于无机粒子，但是由于硅元素在其中存在延伸性，其同时又具有金属性，在试验过程中，发现能很好的融入铝合金中，作为增强组份。在开发铝合金的过程中，我们发现铝合金中的不同元素在混合形成组份的同时，会存在不同程度的晶须生长现象，而过度的生长会不同程度上影响合金的性能，容易造成合金成型后产生微裂纹，降低合金生产的产品的寿命，同时，也不利于晶粒细化，造成合金属性(如强度、硬度、抗性等)下降。晶须生长的动力很大程度上来自于合金中微量氧对部分添加元素的氧化生成氧化物，进而引起体积膨胀，对周围的其他相产生压迫应力，而笼型聚倍半硅氧烷能极大地缓解添加元素的氧化进程，抑制添加元素的氧化物生成，从而减缓晶须生长。而将笼型聚倍半硅氧烷的粒径进行限定，是为了更好的融入合金组分中，避免粒径过大发生分层(融合不充分)。

同时，由于上水室在散热器中接触冷却水的时间可能略大于下水室，需要对上水室的合金组成成分及含量进行调整。去掉了Sr、Zn元素，加入了Tl元素，并略提高了Zr与Mn元素的含量。这是因为Tl元素能取代Sr、Zn元素在合金相的位置，且比Sr元素更容易游离至合金表层，使得合金耐蚀性能提升5-10％。提高Zr与Mn元素的含量是为了弥补Tl元素的含量不足(Tl有毒，尽量控制在较低的加入量)，试验后发现，综合性能与加入大量Tl时相差无几，完全符合设计的初衷。而将笼型聚倍半硅氧烷的粒径、铜箔厚度及两者的体积比控制在较小的范围，有利于笼型聚倍半硅氧烷更好的融入合金中，使得铝合金具有更好的致密性，进而保证上水室具有更好的耐蚀性。

考虑到笼型聚倍半硅氧烷的无机粒子性略高于其金属性，在其外层进行了铜箔包覆处理，同时限定了铜箔的厚度和用量，较小的厚度和较低含量的铜箔能充分保证笼型聚倍半硅氧烷与合金结合程度。同时，微量的铜元素也会增强合金的综合性能。

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：

一种上水室的制备方法，包括如下步骤：

(1)冶炼：按上述原料进行称取，将除笼型聚倍半硅氧烷外的所有原料混合熔融形成合金液；

(2)气流搅拌：从合金液底面向合金液中通入惰性气体，同时以石墨网从合金液侧面循环反复过筛；

(3)固化成型：缓慢降低温度，待合金液呈半固态浆液时，加入笼型聚倍半硅氧烷颗粒，继续以石墨网过筛，自然冷却直至形成合金块；

(4)成品：将合金块经机械加工形成上水室。

本发明在上水室的制备过程中，特殊采用了气流搅拌的合金加工工艺。气流搅拌是将气流与搅拌相结合的方式，利用气流对合金液产生强对流，并利用石墨网过筛的搅拌方式，进行合金晶粒细化，进而形成性能良好的半固态组织，极大地增强了合金的延伸率。

作为优选，气流搅拌时的温度控制在600-650℃，并在固化时采用软金属进行冷却(如镓铟合金、锡合金等)。保持较为缓慢的冷却速率，能保护笼型聚倍半硅氧烷颗粒不会因为温度的较大差异发生部分变性和部分固化，形成成分不均匀的合金。

作为优选，步骤(2)所述惰性气体包括氩气、氦气、氖气中的一种或多种。

作为优选，步骤(2)中侧面通气时，合金液上表面形成5-15个/min的鼓泡。

通入气体时，由于气泡作用，使合金液处于强对流、强搅拌状态。此时气泡产生紊流附加切应力作用于合金液。在紊流中，流体质点做布朗运动，从而引起不同金属流体相质点间的动量交换，由此产生较大的切应力和损失更多的有效能。即优化合金组织形态。

作为优选，步骤(2)所述石墨网的网格高度不超过合金液上表面。

控制石墨网高度不超过合金液上表面，是为了控制惰性气体在合金液内部停留的时间更长，保证合金的组织相具有层次性，使得最外层的合金相具有更高的耐蚀性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明特殊加入了笼型聚倍半硅氧烷，作为增强组份，并抑制晶须生长。

(2)本发明在笼型聚倍半硅氧烷外层进行了铜箔包覆处理，并限定铜箔的厚度和用量，较小的厚度和较低含量的铜箔能充分保证笼型聚倍半硅氧烷与合金结合程度。

(3)本发明特殊采用了气流与搅拌相结合的方式，利用气流对合金液产生强对流和石墨网过筛的搅拌方式，进行合金晶粒细化，形成性能良好的半固态组织，极大地增强合金的延伸率。

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：按上述铝合金配比称取原料，包括笼型聚倍半硅氧烷：1.5％、Tl：0.06％、Zr：0.25％、Mn：0.1％、余量为Al和杂质，其中笼型聚倍半硅氧烷呈颗粒状，粒径为0.7mm，且笼型聚倍半硅氧烷的每一个颗粒均包覆有呈半包覆样式的铜箔，控制铜箔的厚度为8μm，笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为26:1；

冶炼：将除笼型聚倍半硅氧烷外的所有原料混合熔融形成合金液；

气流搅拌：控制合金液温度为630℃，从合金液底面向合金液中通入氩气、氦气、氖气混合气，并控制合金液上表面形成10个/min的鼓泡，同时以网格高度不超过合金液上表面的石墨网从合金液侧面循环反复过筛；

固化成型：利用镓铟合金对合金液进行缓慢降温，待合金液呈半固态浆液时，加入笼型聚倍半硅氧烷颗粒，继续以石墨网过筛，自然冷却直至形成合金块；

成品：将合金块经机械加工形成上水室。

实施例2

配料：按上述铝合金配比称取原料，包括笼型聚倍半硅氧烷：0.5％、Tl：0.03％、Zr：0.2％、Mn：0.08％、余量为Al和杂质，其中笼型聚倍半硅氧烷呈颗粒状，粒径为0.6mm，且笼型聚倍半硅氧烷的每一个颗粒均包覆有呈半包覆样式的铜箔，控制铜箔的厚度为7μm，笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为24:1；

成品：将合金块经机械加工形成上水室。

实施例3

配料：按上述铝合金配比称取原料，包括笼型聚倍半硅氧烷：2.5％、Tl：0.09％、Zr：0.3％、Mn：0.12％、余量为Al和杂质，其中笼型聚倍半硅氧烷呈颗粒状，粒径为0.8mm，且笼型聚倍半硅氧烷的每一个颗粒均包覆有呈半包覆样式的铜箔，控制铜箔的厚度为9μm，笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为28:1；

成品：将合金块经机械加工形成上水室。

实施例4

配料：按上述铝合金配比称取原料，包括笼型聚倍半硅氧烷：1.5％、Tl：0.06％、Zr：0.25％、Mn：0.1％、余量为Al和杂质，其中笼型聚倍半硅氧烷呈颗粒状，粒径为0.7mm，且笼型聚倍半硅氧烷的每一个颗粒均包覆有呈全包覆样式的铜箔，控制铜箔的厚度为8μm，笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为26:1；

气流搅拌：控制合金液温度为600℃，从合金液底面向合金液中通入氦气、氖气混合气，并控制合金液上表面形成5个/min的鼓泡，同时以网格高度不超过合金液上表面的石墨网从合金液侧面循环反复过筛；

成品：将合金块经机械加工形成上水室。

实施例5

气流搅拌：控制合金液温度为650℃，从合金液底面向合金液中通入氩气、氦气混合气，并控制合金液上表面形成15个/min的鼓泡，同时以网格高度不超过合金液上表面的石墨网从合金液侧面循环反复过筛；

成品：将合金块经机械加工形成上水室。

与实施例1的区别仅在于，实施例6铝合金原料中笼型聚倍半硅氧烷的含量为0.4％。

实施例7

与实施例1的区别仅在于，实施例7铝合金原料中笼型聚倍半硅氧烷的含量为2.6％。

实施例8

与实施例1的区别仅在于，实施例8笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为23:1。

实施例9

与实施例1的区别仅在于，实施例9笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为29:1。

实施例10

与实施例1的区别仅在于，实施例10铝合金原料中Tl的含量为0.02％。

实施例11

与实施例1的区别仅在于，实施例11铝合金原料中Tl的含量为0.1％。

实施例12

与实施例1的区别仅在于，实施例12石墨网的网格高度超过合金液上表面。

实施例13

与实施例1的区别仅在于，实施例13合金液上表面形成4个/min的鼓泡。

实施例14

与实施例1的区别仅在于，实施例14合金液上表面形成16个/min的鼓泡。

实施例15

与实施例1的区别仅在于，实施例15惰性气体从合金液侧面通入。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，对比例1的铝合金成分中不含笼型聚倍半硅氧烷。

对比例2

与实施例1的区别仅在于，对比例2的铝合金成分中不含Tl。

对比例3

与实施例1的区别仅在于，对比例3制备过程中仅通入惰性气体，不进行石墨网过筛。

对比例4

与实施例1的区别仅在于，对比例4制备过程中仅进行石墨网过筛，不通入惰性气体。

将实施例1-15及对比例1-4的产品进行测试，测试其强度、伸长率、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：

表1：实施例1-15及对比例1-4中产品的性能

表中耐蚀性数据是指上水室表面出现蚀点的时间，而Tl的存在和含量及其他元素的种类、含量变化均造成了水室的性能较大的改变，是难以分割的联动效果。

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

1.一种上水室，其特征在于，所述的上水室由铝合金制成，所述的铝合金由如下质量百分比的原料组成：笼型聚倍半硅氧烷：0.5-2.5%、Tl：0.03-0.09%、Zr：0.2-0.3%、Mn：0.08-0.12%、余量为Al和杂质;

所述上水室的制备方法，包括如下步骤：

（1）冶炼：按所述原料进行称取，将除笼型聚倍半硅氧烷外的所有原料混合熔融形成合金液；

（2）气流搅拌：从合金液底面向合金液中通入惰性气体，同时以石墨网从合金液侧面循环反复过筛；

（3）固化成型：缓慢降低温度，待合金液呈半固态浆液时，加入笼型聚倍半硅氧烷颗粒，继续以石墨网过筛，自然冷却直至形成合金块；

（4）成品：将合金块经机械加工形成上水室。

2.根据权利要求1所述的上水室，其特征在于，所述笼型聚倍半硅氧烷呈颗粒状，粒径为0.6-0.8mm。

3.根据权利要求2所述的上水室，其特征在于，所述笼型聚倍半硅氧烷的每一个颗粒包覆有铜箔，包覆形态为半包覆或全包覆。

4.根据权利要求3所述的上水室，其特征在于，所述铜箔的厚度为7-9μm，笼型聚倍半硅氧烷与铜箔的体积比为24-28:1。

5.根据权利要求1所述的一种上水室的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述惰性气体包括氩气、氦气、氖气中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种上水室的制备方法，其特征在于，步骤（2）中底面通气时，合金液上表面形成5-15个/min的鼓泡。

7.根据权利要求1所述的一种上水室的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述石墨网的网格高度不超过合金液上表面。