CN110331320B - 一种耐腐抗高温镁合金轮毂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的涉及一种耐腐抗高温镁合金轮毂及其制备方法，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：4.0～6.5％，Zn：1.2～3.0％，Mn：0.8～1.5％，Yb：0.1～3.3％，N：0.3～0.8％，Si：0.8～2.3％，Cr：18～25％，W：≤2.5％，Zr：0.2～0.6％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。所述轮毂外表面通过微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，再烘烤喷涂漆料而成。并包括一种制备方法。本发明微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，强化了表面强度，避免了车轮的磨损、磕碰、剐蹭导致保护层破裂，大大提高了轮毂的耐腐蚀和耐高温性能和美观性。

Description

一种耐腐抗高温镁合金轮毂及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，更具体地说，特别是涉及一种耐腐抗高温镁合金轮毂及其制备方法。
背景技术
对于轮毂的制造材料方面，目前全球都在向着轻量化、安全性、环保性这三个趋势发展。镁的轻量化、导热性和材料本身的金属属性比铝要更好，关于轻量化材料的应用和优点，在电动汽车上使用轻量化镁合金轮毂取代原有产品，四个轮子换一换，汽车耗能就降低20％，加速度也会更大，操控感明显提升。镁合金轮毂将成为未来的流行趋势。然而镁合金耐蚀性能差、易于氧化、耐热性差，另外涂装的保护层使得轮毂的美观度下降，同时一旦车轮遭到磨损、磕碰、剐蹭导致保护层破裂，而后果就更加严重。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐腐抗高温镁合金轮毂及其制备方法，用以解决上述背景技术中提到的容易破损和美观的问题。.
本发明通过下述技术方案来实现：
一种耐腐抗高温镁合金轮毂，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：4.0～6.5％，Zn：1.2～3.0％，Mn：0.8～1.5％，Yb：0.1～3.3％，N：0.3～0.8％，Si.：0.8～2.3％，Cr：18～25％，W：≤2.5％，Zr：0.2～0.6％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。所述轮毂外表面通过微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，再烘烤喷涂漆料而成。
在镁合金中，由于N的加入在材料表面不断形成氮化层，因此防止了金属的晶间腐蚀。
Yb在镁中扩散速率很低，能够很好的固溶在镁基质中，提高镁合金的耐腐蚀性；同时Yb与Mg能形成热稳定性良好的具有高熔点(熔点为718℃)的第二相Mg2Yb，从而提高其耐热性能。
Cr、Si、W实现耐热性的基本合金元素。
Zr可以细化合金的微观组织，显著提高材料的力学性能，减少夹杂，改善镁合金的抗腐蚀性能。
本发明微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，强化了表面强度，避免了车轮的磨损、磕碰、剐蹭导致保护层破裂，大大提高了轮毂的耐腐蚀和耐高温性能和美观性。
进一步地，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.0～6.5％，Zn：2.0～3.0％，Mn：1.2～1.5％，Yb：1.5～2.5％，N：0.5～0.8％，Si：1.6～2.3％，Cr：18～20％，W：≤2.5％，Zr：0.2～0.4％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
进一步地，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.5％，Zn：2.5％，Mn：1.2％，Yb：2％，N：0.8％，Si：2.3％，Cr：20％，W：2％，Zr：0.35％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
进一步地，烘烤完成后，进行底粉喷涂，再喷涂底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂，并再次进行涂层烘烤。
通过不同的喷涂和烘烤工序大大提高了轮毂的美观度以及防腐蚀性。
进一步地，还包括一种耐腐抗高温镁合金轮毂的制造方法，包括如下步骤：
步骤一、预热：选用复合式坩埚，内层由20mm～30mm厚的耐热锅炉钢，外层由4mm～6mm厚的不锈钢板经爆炸复合而成，进行镁锭预热，在100℃预热60min，然后升温至300℃预热60min；
步骤二、合金化：镁锭熔化，并加热至680℃～700℃加入微量元素；机械搅拌15min，将镁合金液密闭环境中通入SF6和CO2混合气体，静置90min，并加热至725℃～740℃温度下保温60min；
步骤三、精炼：750℃～760℃，采用PFD无氧精炼；
步骤四、铸造：降温至695℃～705℃，采用中频电磁铸造；
步骤五、备料：对铸料进行均质化处理，将铸料截成重量为23.8～24.1Kg的棒料，在450℃～500℃的加热炉中预热120min～180min；
步骤六：锻造：在氮气的氛围下，采用8000T压力锻造机对铸棒的正、反面进行预锻，锻成桶状，最后通过旋压机将铸棒滚压得到锻坯，锻坯呈轮毂的轮辋造型；
步骤七：喷砂处理：通过350℃～400℃的固液混合喷砂液喷砂去除轮辋表面氧化皮；
步骤八、热处理：将热压后的轮毂半成品进行回火处理，回火温度为550℃～620℃，回火时间为30min，之后在淬火温度为60℃～80℃，保持时间2～3min，淬火后时效处理，时效温度为115℃～125℃，时效时间为24h；
步骤九、机加工：经过立式车床对车轮毂外圆进行粗加工，同时精车轮毂外圆，粗车轮毂内孔弧随后对其进行精车，最后对轮毂孔进行加工；
步骤十、表面处理：机加成品来料先进行微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，增加耐腐蚀性；然后经过烘烤线去除水分；烘烤完成后，进行底粉喷涂，增加耐腐蚀性，并按照客户要求进行颜色的喷涂，主要是底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂，并进行涂层烘烤。
因铁几乎不溶于镁，且镁熔点远低于铁的熔点，因而大都采用耐热钢板焊接而成，但坩埚是在熔剂浸蚀和频繁冷热及潮湿环境中工作，氧化严重，寿命短。因此，选用复合式坩埚，内层由20-30mm厚的耐热锅炉钢，外层由4-6mm厚的不锈钢板经爆炸复合而成。
通过稀释的SF6/SO2做保护气，防止镁放生燃烧反应。静置90min，并加热至725℃～740℃温度下保温60min可以有效地去除铁和杂质，并可以控制晶粒的长大速度。
通过350℃～400℃的固液混合喷砂液一方面可以去除表面氧化皮，另一方面热的喷砂液可以缓冲温度快速下降造成的组织晶粒不均匀。
热压后的通过一系列的热处理工艺使得镁合金内部应力消失，达到了分子间的熔融一体。
进一步地，所述步骤五中，产品切面垂直度小于2mm；产品长度误差±0.5mm。
进一步地，所述步骤七中，喷射液为水15～25份、研磨颗粒5～8份和亮氨酸9～13份配比而成；喷射压力：2.5Mpa，喷射距离：5cm，喷射时间4～5min。
通过一定比例的水和研磨颗粒可以去除大部分氧化皮，通过亮氨酸一定程度上提高表面精度，喷射压力和距离的配合达到较好的处理效果和较短的时间。
进一步地，所述步骤九中，机加工序过程中全程采用X射线检测仪检测轮毂所加工的完整性，机加完成后用热水将切削油进行清洗，并用压缩空气清楚其表面的水分；随后采用氦气侧漏检测装置对轮毂的气密性进行检测；最后一道工序是用动平衡检测仪利用离心式平衡机对轮毂进行模拟车辆在路面实际行驶情况进行检测。
进一步地，所述步骤十中，微弧氧化处理后，先在120℃～150℃温度下烘烤15min～30min；进行底粉喷涂后，再在160℃～200℃温度下烘烤15min～30min；在喷涂底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂后，再在140℃～200℃温度下烘烤15min～30min。
本发明产生的有益效果是：
1.本发明产品表面形成陶瓷膜，强化了表面强度，避免了车轮的磨损、磕碰、剐蹭导致保护层破裂。同时通过加入耐高温和耐氧化的微量元素提升了镁合金芯的整体性能和美观。
2.在镁合金中，由于N的加入在材料表面不断形成氮化层，因此防止了金属的晶间腐蚀。
3.Yb在镁中扩散速率很低，能够很好的固溶在镁基质中，提高镁合金的耐腐蚀性；同时Yb与Mg能形成热稳定性良好的具有高熔点(熔点为718℃)的第二相Mg2Yb，从而提高其耐热性能。
4.Cr、Si、W实现耐热性的基本合金元素。
5.Zr可以细化合金的微观组织，显著提高材料的力学性能，减少夹杂，改善镁合金的抗腐蚀性能。
6.通过不同的喷涂和烘烤工序大大提高了轮毂的美观度以及防腐蚀性。
7.选用复合式坩埚，内层由20-30mm厚的耐热锅炉钢，外层由4-6mm厚的不锈钢板经爆炸复合而成，防止坩埚中结垢和铁锈的形成，同时防止氧化反应。
8.通过稀释的SF6/SO2做保护气，防止镁放生燃烧反应。
9.静置90min，并加热至725℃～740℃温度下保温60min可以有效地去除铁和杂质，并可以控制晶粒的长大速度。
10.通过350℃～400℃的固液混合喷砂液一方面可以去除表面氧化皮，另一方面热的喷砂液可以缓冲温度快速下降造成的组织晶粒不均匀。热压后的通过一系列的热处理工艺使得镁合金内部应力消失，达到了分子间的熔融一体。
11.通过一定比例的水和研磨颗粒可以去除大部分氧化皮，通过亮氨酸一定程度上提高表面精度，喷射压力和距离的配合达到较好的处理效果和较短的时间。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例作进一步说明，实施例仅是对本发明的解释，本实用性型的技术方案并不限于实施例所描述的内容。
实施例1.
一种耐腐抗高温镁合金轮毂，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：4.0～6.5％，Zn：1.2～3.0％，Mn：0.8～1.5％，Yb：0.1～3.3％，N：0.3～0.8％，Si：0.8～2.3％，Cr：18～25％，W：≤2.5％，Zr：0.2～0.6％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。所述轮毂外表面通过微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，再烘烤喷涂漆料而成。
本发明产品表面形成陶瓷膜，强化了表面强度，避免了车轮的磨损、磕碰、剐蹭导致保护层破裂。同时通过加入耐高温和耐氧化的微量元素提升了镁合金芯的整体性能和美观。
优选地，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.0～6.5％，Zn：2.0～3.0％，Mn：1.2～1.5％，Yb：1.5～2.5％，N：0.5～0.8％，Si：1.6～2.3％，Cr：18％～20％，W：≤2.5％，Zr：0.2～0.4％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
优选地，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.5％，Zn：2.5％，Mn：1.2％，Yb：2％，N：0.8％，Si：2.3％，Cr：20％，W：2％，Zr：0.35％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
在镁合金中，由于N的加入在材料表面不断形成氮化层，因此防止了金属的晶间腐蚀。
Yb在镁中扩散速率很低，能够很好的固溶在镁基质中，提高镁合金的耐腐蚀性；同时Yb与Mg能形成热稳定性良好的具有高熔点(熔点为718℃)的第二相Mg2Yb，从而提高其耐热性能。
Cr、Si、W实现耐热性的基本合金元素。
Zr可以细化合金的微观组织，显著提高材料的力学性能，减少夹杂，改善镁合金的抗腐蚀性能。
具体而言，烘烤完成后，进行底粉喷涂，再喷涂底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂，并再次进行涂层烘烤。通过不同的喷涂和烘烤工序大大提高了轮毂的美观度以及防腐蚀性。
实施例2
一种耐腐抗高温镁合金轮毂的制造方法，包括如下步骤：
步骤一、预热：选用复合式坩埚，内层由20mm～30mm厚的耐热锅炉钢，外层由4mm～6mm厚的不锈钢板经爆炸复合而成，进行镁锭预热，在100℃预热60min，然后升温至300℃预热60min；
步骤二、合金化：镁锭熔化，并加热至680℃～700℃加入微量元素；机械搅拌15min，将镁合金液密闭环境中通入SF6和CO2混合气体，静置90min，并加热至725℃～740℃温度下保温60min；
步骤三、精炼：750℃～760℃，采用PFD无氧精炼；
步骤四、铸造：降温至695℃～705℃，采用中频电磁铸造；
步骤五、备料：对铸料进行均质化处理，将铸料截成重量为23.8～24.1Kg的棒料，在450℃～500℃的加热炉中预热120min～180min；
步骤六：锻造：在氮气的氛围下，采用8000T压力锻造机对铸棒的正、反面进行预锻，锻成桶状，最后通过旋压机将铸棒滚压得到锻坯，锻坯呈轮毂的轮辋造型；
步骤七：喷砂处理：通过350℃～400℃的固液混合喷砂液喷砂去除轮辋表面氧化皮；
步骤八、热处理：将热压后的轮毂半成品进行回火处理，回火温度为550℃～620℃，回火时间为30min，之后在淬火温度为60℃～80℃，保持时间2～3min，淬火后时效处理，时效温度为115℃～125℃，时效时间为24h；
步骤九、机加工：经过立式车床对车轮毂外圆进行粗加工，同时精车轮毂外圆，粗车轮毂内孔弧随后对其进行精车，最后对轮毂孔进行加工；
步骤十、表面处理：机加成品来料先进行微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，增加耐腐蚀性；然后经过烘烤线去除水分；烘烤完成后，进行底粉喷涂，增加耐腐蚀性，并按照客户要求进行颜色的喷涂，主要是底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂，并进行涂层烘烤。
选用复合式坩埚，内层由20-30mm厚的耐热锅炉钢，外层由4-6mm厚的不锈钢板经爆炸复合而成，防止坩埚中结垢和铁锈的形成，同时防止氧化反应。通过稀释的SF6/SO2做保护气，防止镁放生燃烧反应。静置90min，并加热至725℃～740℃温度下保温60min可以有效地去除铁和杂质，并可以控制晶粒的长大速度。通过350℃～400℃的固液混合喷砂液一方面可以去除表面氧化皮，另一方面热的喷砂液可以缓冲温度快速下降造成的组织晶粒不均匀。热压后的通过一系列的热处理工艺使得镁合金内部应力消失，达到了分子间的熔融一体。
具体而言，所述步骤五中，产品切面垂直度小于2mm；产品长度误差±0.5mm。
具体而言，所述步骤七中，喷射液为水15～25份、研磨颗粒5～8份和亮氨酸9～13份配比而成；喷射压力：2.5Mpa，喷射距离：5cm，喷射时间4～5min。
通过一定比例的水和研磨颗粒可以去除大部分氧化皮，通过亮氨酸一定程度上提高表面精度，喷射压力和距离的配合达到较好的处理效果和较短的时间。
具体而言，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.0～6.5％，Zn：2.0～3.0％，Mn：1.2～1.5％，Yb：1.5～2.5％，N：0.5～0.8％，Si：1.6～2.3％，Cr：18～20％，W：≤2.5％，Zr：0.2～0.4％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
优选地，其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.5％，Zn：2.5％，Mn：1.2％，Yb：2％，N：0.8％，Si：2.3％，Cr：20％，W：2％，Zr：0.35％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
具体而言，所述步骤九中，机加工序过程中全程采用X射线检测仪检测轮毂所加工的完整性，机加完成后用热水将切削油进行清洗，并用压缩空气清楚其表面的水分；随后采用氦气侧漏检测装置对轮毂的气密性进行检测；最后一道工序是用动平衡检测仪利用离心式平衡机对轮毂进行模拟车辆在路面实际行驶情况进行检测。
具体而言，所述步骤十中，微弧氧化处理后，先在120℃～150℃温度下烘烤15min～30min；进行底粉喷涂后，再在160℃～200℃温度下烘烤15min～30min；在喷涂底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂后，再在140℃～200℃温度下烘烤15min～30min。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种耐腐抗高温镁合金轮毂，其特征在于：其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：4.0～6.5％，Zn：1.2～3.0％，Mn：0.8～1.5％，Yb：0.1～3.3％，N:0.3～0.8％，Si：0.8～2.3％，Cr:18～25％，W:≤2.5％，Zr：0.2～0.6％，余量为Mg及不可避免的杂质元素；所述轮毂外表面通过微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，再烘烤喷涂漆料而成。
2.如权利要求1所述的耐腐抗高温镁合金轮毂，其特征在于：其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.0～6.5％，Zn：2.0～3.0％，Mn：1.2～1.5％，Yb：1.5～2.5％，N:0.5～0.8％，Si：1.6～2.3％，Cr:18～20％，W:≤2.5％，Zr：0.2～0.4％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
3.如权利要求1所述的耐腐抗高温镁合金轮毂，其特征在于：其中镁合金的质量百分比包括以下合金元素：Al：5.5％，Zn：2.5％，Mn：1.2％，Yb：2％，N:0.8％，Si：2.3％，Cr:20％，W:2％，Zr：0.35％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
4.如权利要求1所述的耐腐抗高温镁合金轮毂，其特征在于：烘烤完成后，进行底粉喷涂，再喷涂底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂，并再次进行涂层烘烤。
5.如权利要求1-4任一项所述的耐腐抗高温镁合金轮毂的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、预热：选用复合式坩埚，内层由20mm～30mm厚的耐热锅炉钢，外层由4mm～6mm厚的不锈钢板经爆炸复合而成，进行镁锭预热，在100℃预热60min，然后升温至300℃预热60min；
步骤二、合金化：镁锭熔化，并加热至680℃～700℃加入微量元素；机械搅拌15min，将镁合金液在密闭环境中通入SF6和CO2混合气体，静置90min，并加热至725℃～740℃温度下保温60min；
步骤三、精炼：750℃～760℃，采用PFD无氧精炼；
步骤四、铸造：降温至695℃～705℃，采用中频电磁铸造；
步骤五、备料：对铸料进行均质化处理，将铸料截成重量为23.8～24.1kg的棒料，在450℃～500℃的加热炉中预热120min～180min；
步骤六：锻造：在氮气的氛围下，采用8000T压力锻造机对铸棒的正、反面进行预锻，锻成桶状，最后通过旋压机将铸棒滚压得到锻坯，锻坯呈轮毂的轮辋造型；
步骤七：喷砂处理：通过350℃～400℃的固液混合喷砂液喷砂去除轮辋表面氧化皮；
步骤八、热处理：将热压后的轮毂半成品进行回火处理，回火温度为550℃～620℃，回火时间为30min，之后在淬火温度为60℃～80℃，保持时间2～3min，淬火后时效处理，时效温度为115℃～125℃，时效时间为24h；
步骤九、机加工：经过立式车床对车轮毂外圆进行粗加工，同时精车轮毂外圆，粗车轮毂内孔弧随后对其进行精车，最后对轮毂孔进行加工；
步骤十、表面处理：机加成品来料先进行微弧氧化处理，使产品表面形成陶瓷膜，增加耐腐蚀性；然后经过烘烤线去除水分；烘烤完成后，进行底粉喷涂，增加耐腐蚀性，并按照客户要求进行颜色的喷涂，主要是底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂，并进行涂层烘烤。
6.如权利要求5所述的耐腐抗高温镁合金轮毂的制造方法，其特征在于：所述步骤五中，产品切面垂直度小于2mm；产品长度误差±0.5mm。
7.如权利要求5所述的耐腐抗高温镁合金轮毂的制造方法，其特征在于：所述步骤七中，喷射液为水15～25份、研磨颗粒5～8份和亮氨酸9～13份配比而成；喷射压力：2.5MPa，喷射距离：5cm，喷射时间4～5min。
8.如权利要求5所述的耐腐抗高温镁合金轮毂的制造方法，其特征在于：所述步骤九中，机加工序过程中全程采用X射线检测仪检测轮毂所加工的完整性，机加完成后用热水将切削油进行清洗，并用压缩空气清除其表面的水分；随后采用氦气侧漏检测装置对轮毂的气密性进行检测；最后一道工序是用动平衡检测仪利用离心式平衡机对轮毂进行模拟车辆在路面实际行驶情况进行检测。
9.如权利要求5所述的耐腐抗高温镁合金轮毂的制造方法，其特征在于：所述步骤十中，微弧氧化处理后，先在120℃～150℃温度下烘烤15min～30min；进行底粉喷涂后，再在160℃～200℃温度下烘烤15min～30min；在喷涂底漆和色漆的液体涂料，以及亮漆或亮粉进行表面保护层的喷涂后，再在140℃～200℃温度下烘烤15min～30min。
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