CN109680225A - 一种改性铝复合材料及其制备方法 - Google Patents

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张维亮
夏伦忠
张维峰
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Abstract

本发明公开了一种改性铝复合材料，属于汽车制造领域，旨在提供一种抗屈服度和刚度更好的改性铝复合材料，该改性铝复合材料，由A组分和B组分制成；所述A组分包括：铝80‑90份，钛0.5‑0.8份，镍0.3‑0.7份，氢氧化铝0.2‑0.5份，金属羰基化合物1‑5份；所述B组分包括：玻璃纤维1‑5份、玄武岩纤维3‑5份。

Description

一种改性铝复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车空调气缸制造技术领域，特别涉及一种改性铝复合材料及其制备方法。
背景技术
随着近年来汽车、船舶、航空、家电、摩托车等产业的迅速发展，铝合金已经成为铸造业中最受重视的结构材料之一。为了不断满足整车轻量化的产品需求，通过应用轻量化新材料替代钢铁材料已经成为车桥发展的重要方向，铝合金是所有先用金属材料中密度交底的轻金属材料，因而成为汽车减轻自重，提高节能性和环保性的首选材料。铝合金密度和弹性模量大约都只有钢铁材料的三分之一，但是单一化的铝型材在刚度和强度上十分薄弱，现有技术中的铝合金还存在屈服强度低，热膨胀系数大、热衰退显著等技术缺陷，严重制约了汽车空调气缸的轻量化。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种改性铝复合材料，大幅提升铝合金材料的屈服强度和刚度以及强度；本发明的第二个目的是提供一种改性铝复合材料的制备方法，具有同样的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种改性铝复合材料，由A组分和B组分制成；按照质量分数计算，所述A组分包括：铝80-90份，钛0.5-0.8份，镍0.3-0.7份，氢氧化铝0.2-0.5份，金属羰基化合物1-5份；所述B组分包括：玻璃纤维1-5份、玄武岩纤维3-5份。
进一步的，金属羰基化合物是Mn2(CO)10、Fe(CO)5、Ni(CO)4或Mo(CO)6中的任意两种的混合物。
进一步的，A组分的制备方法是：
S1.将熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热到700℃以上，加入钛，镍混合搅拌均匀，冷却至100-120℃，保温；
S2.将氢氧化铝和金属羰基化合物混合并搅拌均匀；
S3.将S2得到的混合物投入到S1中进行精炼，去渣后得到所述A组分。
进一步的，B组分的制备方法是：将玻璃纤维和玄武岩纤维加入到高速混料机中充分混合均匀后进行喷雾造粒，得到粒径为10-20μm的颗粒，即为B组分。
进一步的，一种改性铝复合材料的制备方法，将所述A组分和所述B组分在700℃的高温下超声混合均匀，形成铝合金液体，在线除气、除渣，采用重力铸造浇注，得到所述铝改性铝复合材料。
进一步的，所述A组分和所述B组分超声混合的过程中，加入氢化锆搅拌均匀，期间采用氩气作为保护气，发泡1-3h。
进一步的，重力铸造浇注的操作步骤如下：
B1.将回用砂、黄砂、红煤粉、硅藻土放入混砂机中加水混合均匀备用；
B2.将模具预热到200-300℃，将B1得到的混合物倒入模具中，保持温度为200-300℃；
B3.将所述铝合金液体倒入模具中，浇注温度是700-750℃，冷却至室温，得到所述一种改性铝复合材料。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明在改性铝复合材料的合成中加入了金属羰基化合物，制备了Al-Ni、Al-Co的金属体系，提高了改性铝复合材料的刚度和强度；
2.本发明在改性铝复合材料中加入了玄武岩纤维，通过金属羰基化合物的配位作用，在超声的条件下形成负电荷，对产生正电荷的玄武岩纤维产生更强的吸附作用，使玄武岩纤维能够更为均一分散的附着在铝液中，提高改性铝复合材料的抗屈服能力；
3.本发明在改性铝复合材料的制备过程中，加入了氢化锆作为发泡剂，对铝合金液进行发泡，使铝与其他金属之间的混合更加均匀。
具体实施方式
实施例1：一种改性铝复合材料
按照质量分数计算，将由铝80-90份，钛0.5-0.8份，镍0.3-0.7份，氢氧化铝0.2-0.5份，金属羰基化合物1-5份制备成的A组分和由玻璃纤维1-5份、玄武岩纤维3-5份制成的B组分在模具中浇注，得到改性铝复合材料。
其中A组分的制备方法是：
S1.将熔炼炉中加入80-90份铝锭或熔融铝液，加热到700℃以上，并保温；
S2.将钛0.5-0.8份，镍0.3-0.7份，氢氧化铝0.2-0.5份，金属羰基化合物1-5份混合并搅拌均匀；
S3.将S2得到的混合物投入到S1中进行精炼，去渣后得到A组分。
在氢氧化铝的作用下，金属羰基化合物能够与铝、钛、镍形成金色有机配位化合物，从而增强了合金的稳定性，从宏观上提高了改性铝复合材料的抗屈服性。
实施例2一种改性铝复合材料
按照质量分数计算，将由铝80-90份，钛0.5-0.8份，镍0.3-0.7份，氢氧化铝0.2-0.5份，金属羰基化合物1-5份制备成的A组分和由玻璃纤维1-5份、玄武岩纤维3-5份制备成的A组分和由玻璃纤维1-5份、玄武岩纤维3-5份制成的B组分在模具中浇注，得到铝基复合材料。
其中A组分的制备方法是：
S1. 按照质量分数计算，将熔炼炉中加入80-90份铝锭或熔融铝液，加热到700℃以上，并保温；
S2. 按照质量分数计算，将铝80-90份，钛0.5-0.8份，镍0.3-0.7份，氢氧化铝0.2-0.5份，金属羰基化合物1-5份制备成的A组分和由玻璃纤维1-5份、玄武岩纤维3-5份混合并搅拌均匀，金属羰基化合物优选为Mn2(CO)10和Fe(CO)5的混合物；
S3.将S2得到的混合物投入到S1中进行精炼，去渣后得到A组分。
其中B组分的制备方法是：将玻璃纤维和玄武岩纤维加入到高速混料机中充分混合均匀后进行喷雾造粒，得到粒径为10-20μm的颗粒，即为B组分。
此种方法添加的玻璃纤维和玄武岩纤维能够使玻璃纤维和玄武岩纤维充分混合均匀，更加易于合金颗粒与之相结合，极大的提高了铝基复合材料的加工性能，尤其是切削性。
实施例3.一种改性铝复合材料
按照质量分数计算，将由铝80份，钛0.5份，镍0.3份，氢氧化铝0.2份，Fe(CO)5、Ni(CO)4 2份制备成的A组分和由玻璃纤维1份、玄武岩纤维3份制成的B组分在模具中浇注，得到改性铝复合材料。
其中A组分的制备方法是：
S1. 按照质量分数计算，将熔炼炉中加入80份铝锭或熔融铝液，加热到700℃以上，并保温；
S2. 按照质量分数计算，将钛0.5份，镍0.3份，氢氧化铝0.2份，Fe(CO)5、Ni(CO)4 2份混合并搅拌均匀；
S3.将S2得到的混合物投入到S1中进行精炼，去渣后得到A组分。
其中B组分的制备方法是：将玻璃纤维和玄武岩纤维加入到高速混料机中充分混合均匀后进行喷雾造粒，得到粒径为10-20μm的颗粒，即为B组分。
本实施例采用的浇注方法如下：
B1.将回用砂、黄砂、红煤粉、硅藻土放入混砂机中加水混合均匀备用；
B2.将模具预热到200℃，将B1得到的混合物倒入模具中，保持温度为200℃；
B3.将所述铝合金液体倒入模具中，浇注温度是700℃，冷却至室温，得到所述铝基复合材料。
其中的回用砂、黄砂、红煤粉能够防止浇注过程中金属发生氧化，形成沙孔，硅藻土的加入，在浇注过程中可以形成Al-Si体系，增强了改性铝复合材料的刚度。
实施例4一种改性铝复合材料
按照质量分数计算，将由铝90份，钛0.8份，镍0.7份，氢氧化铝0.5份，金属羰基化合物1-5份制备成的A组分和由玻璃纤维5份、玄武岩纤维5份制成的B组分在模具中浇注，得到改性铝复合材料。
其中A组分的制备方法是：
S1. 按照质量分数计算，将熔炼炉中加入90份铝锭或熔融铝液，加热到700℃以上，并保温；
S2. 按照质量分数计算，将钛0.8份，镍0.7份，氢氧化铝0.5份，金属羰基化合物1-5份混合并搅拌均匀，金属羰基化合物优选为Ni(CO)4和Mo(CO)6；
S3.将S2得到的混合物投入到S1中进行精炼，去渣后得到A组分。
其中B组分的制备方法是：将玻璃纤维和玄武岩纤维加入到高速混料机中充分混合均匀后进行喷雾造粒，得到粒径为10-20μm的颗粒，即为B组分。
本实施例采用的浇注方法如下：
B1.将回用砂、黄砂、红煤粉、硅藻土放入混砂机中加水混合均匀备用；
B2.将模具预热到300℃，将B1得到的混合物倒入模具中，保持温度为300℃；
B3.将所述铝合金液体倒入模具中，浇注温度是750℃，冷却至室温，得到所述铝基复合材料。
其中，在A组分和B组分超声混合的过程中，加入氢化锆作为发泡剂，搅拌均匀，期间采用氩气作为保护气，发泡1-3h。氢化锆的加入能够有效增大合金颗粒与玄武岩纤维和玻璃纤维的接触面积，使之混合更加均匀，从而在宏观上提升改性铝复合材料的加工性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种改性铝复合材料，其特征在于，由A组分和B组分制成；按照质量分数计算，所述A组分包括：铝80-90份，钛0.5-0.8份，镍0.3-0.7份，氢氧化铝0.2-0.5份，金属羰基化合物1-5份；所述B组分包括：玻璃纤维1-5份、玄武岩纤维3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种改性铝复合材料，其特征在于，所述金属羰基化合物是Mn2(CO)10、Fe(CO)5、Ni(CO)4或Mo(CO)6中的任意两种的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种改性铝复合材料，其特征在于，所述A组分的制备方法是：
S1.将熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热到700℃以上，加入钛，镍混合搅拌均匀，冷却至100-120℃，保温；
S2.将氢氧化铝和金属羰基化合物混合并搅拌均匀；
S3.将S2得到的混合物投入到S1中进行精炼，去渣后得到所述A组分。
4.根据权利要求1所述的一种改性铝复合材料，其特征在于，所述B组分的制备方法是：将玻璃纤维和玄武岩纤维加入到高速混料机中充分混合均匀后进行喷雾造粒，得到粒径为10-20μm的颗粒，即为B组分。
5.根据权利要求1所述的一种改性铝复合材料的制备方法，其特征在于，将所述A组分和所述B组分在700℃的高温下超声混合均匀，形成铝合金液体，在线除气、除渣，采用重力铸造浇注，得到所述铝改性铝复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种改性铝复合材料的制备方法，其特征在于，在所述A组分和所述B组分超声混合的过程中，加入氢化锆搅拌均匀，期间采用氩气作为保护气，发泡1-3h。
7.根据权利要求6所述的一种改性铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述重力铸造浇注的操作步骤如下：
B1.将回用砂、黄砂、红煤粉、硅藻土放入混砂机中加水混合均匀备用；
B2.将模具预热到200-300℃，将B1得到的混合物倒入模具中，保持温度为200-300℃；
B3.将所述铝合金液体倒入模具中，浇注温度是700-750℃，冷却至室温，得到所述一种改性铝复合材料。
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