CN111041388A - 一种铝合金型材的汽车用行李架 - Google Patents

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潘祖堂
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Abstract

本发明涉及一种铝合金型材的汽车用行李架，包括有基材和基材覆盖层，所述基材中各元素组成质量百分比为：铬1％‑2％、铜1％‑3％、锰2％‑3％、锆0.05％‑0.15％、钕0.03％‑0.09％、钒0.04％‑0.08％、锗0.5％‑1.0％、硼化硅纤维0.5％‑0.9％、氮化硅纤维0.4％‑0.9％、碳化硅纤维0.3％‑0.7％、镍0.1％‑0.3％、钛0.05％‑0.08％、铁1.2％‑2.5％、钯0.03％‑0.05％、镧0.01％‑0.03％、钴0.1％‑0.5％、碳纤维1.5％‑3.5％、石墨晶须0.02％‑0.05％，余量为铝；本发明保证了行李架具有超高强度，且提高了行李架的力学性能。

Description

一种铝合金型材的汽车用行李架
技术领域
本发明涉及汽车行李架设计技术领域，具体涉及一种铝合金型材的汽车用行李架。
背景技术
铝是地球上含量极丰富的金属元素，且具有高比强度和弹性模量，高电导率和高热导率，极良好的耐腐蚀性能。1921年全世界的铝产量为20.3万吨，1988年达到了1780万吨，2003年则达到了2400万吨。我国铝工业规模居世界第三，已具有年产400万吨电解铝的生产能力。铝材已成为我国仅次于钢铁的第二大金属材料，在现代国民生活中起着越来越重要的作用。
对汽车而言，环保、安全、质轻成为重中之重，无论是从节能减排还是从循环经济的角度，车身轻量化都是一个成效显著的途径。乘用车车身轻量化势在必行，载货车、客车、轨道车辆车身轻量化亟待突破。铝合金是轻量化材料中应用比较成熟的材料之一，根据美国铝学会的报告,汽车上每使用0.45kg铝就可减轻车重1kg，理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40％左右。
铝合金材料是当前汽车材料研究的热点，在合金改良、成型性、铸件的疲劳强度、结构件的可焊接性、原材料循环利用等方面；在发展低成本、稳定制造的生产工艺方面，均有待于深入研究。由于强度不够大，使用时间较长易生锈等原因，铝合金较少作为汽车行李架而多数使用不锈钢材料。不锈钢材料的脚踏板不易生锈但价格较贵，而且质量大，不利于汽车轻量化的发展方向。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种铝合金型材的汽车用行李架，通过添加高强度、高硬度、耐腐蚀的金属以及碳化硅、氮化硅、硼化硅以及碳纤维，目的在于解决汽车用行李架强度、刚度、硬度以及耐磨耐腐蚀不够的缺陷。
为实现本发明目的，采用的技术方案是：
一种铝合金型材的汽车用行李架，包括有基材和基材覆盖层，所述该汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比为：铬1％-2％、铜1％-3％、锰2％-3％、锆0.05％-0.15％、钕0.03％-0.09％、钒0.04％-0.08％、锗0.5％-1.0％、硼化硅纤维0.5％-0.9％、氮化硅纤维0.4％-0.9％、碳化硅纤维0.3％-0.7％、镍0.1％-0.3％、钛0.05％-0.08％、铁1.2％-2.5％、钯0.03％-0.05％、镧0.01％-0.03％、钴0.1％-0.5％、碳纤维1.5％-3.5％、石墨晶须0.02％-0.05％，余量为铝。
优选的，所述该汽车用行李架的基材覆盖层采用碳纤维编织而成，集采覆盖层包裹在基层的外表面。
优选的，所述汽车用行李架的制备方法为：
(1).升温熔融：按照所述汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料；将余量铝投入熔炼炉在1000-1500℃下进行熔炼，熔化后搅拌20-30min，搅拌的同时进行超声；
再升温至1900-1950℃，加入配料好的其他金属元素进行熔融，搅拌30-60min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
(2).过滤杂质：将步骤(1)所得到的合金混合熔液保持在1900-1950℃的状态下进行过滤，过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质，得到相对纯净的合金混合熔液；
再将硼化硅纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维、碳纤维以及石墨晶须剪切为所需长度，投入到1900-1950℃的合金混合熔液中，搅拌20-40min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
(3).水冷铸造：采用金属型水冷半连续铸造技术对步骤(2)所得到的合金混合熔液进行处理，控制合金混合熔液出炉温度为700-750℃,铸造温度为650-700℃,铸造速度为90-100mm/min,冷却水压为0.3-0.5MPa，得到铝合金铸锭；
(4).多级热处理：对步骤(3)得到的铝合金铸锭进行多级热处理：
第一级：升温至250-350℃，保温3-5h；
第二级：升温至450-480℃，保温4-6h；
第三级：降温至200-250℃，保温2-3h，空冷至室温；
第四级：升温至150-250℃，保温2-3h；
第五级：升温至450-500℃，保温6-8h；
第六级：降温至150-200℃，保温1-2h，空冷至室温；
第七级：升温至300-350℃，保温2-4h，出炉空冷至室温；
(5).挤压成型：将挤压模具预热到400℃-450℃，模筒预热到350℃-450℃，将步骤(4)得到的铝合金铸锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，以挤压压力为110N/mm2-120N/mm2、挤压速度为0.5m/s-0.6m/s进行挤压，得到铝合金型材；
(6).淬火校直：将步骤(5)中挤压出来的铝合金型材进行淬火处理，随后进行校直处理，得到成品铝合金型材；
将成品铝合金型材放入退火炉中，设定温度为80-100℃，保温10-13h；
再设定温度为150-200℃，保温6-12h；
然后设定温度为50-80℃，保温12-20h；
空冷至室温后再设定温度为95-105℃，保温8-12h，空冷至室温；
经表面处理、精整、检查验收得到铝合金型材；
(7).切锯时效：对得到的铝合金型材按照实际需要进行锯切，将锯切后的型材在温度为150-200℃、保温时间为3-8h的条件下进行时效处理；
(8).编织喷涂：将时效后的铝合金型材按照汽车用行李架模样进行打孔、焊接、组装，将碳纤维编织套装在汽车用行李架的铝合金型材的外表面，再用防腐防静电油性环保涂料喷涂在编织碳纤维的表面，形成致密的喷涂层，即得到铝合金型材的汽车用行李架。
优选的，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤3中的水冷：冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于45℃。
优选的，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤4中的多级热处理：第一级以100-150℃/h升温；第二级以50-80℃/h升温；第三级以强风风冷降温；第四级以80-120℃/h升温；第五级以100-150℃/h升温；第六级以150-180℃/h降温至150-180℃，以水冷方式冷至室温；第七级以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温。
优选的，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤5中的淬火处理：通过将铝合金型材缓慢通过温度为45℃-55℃的水槽内进行。
优选的，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤5中得到的铝合金型材的厚度为30-40mm。
优选的，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤6中得到的铝合金型材的厚度为25-35mm。
优选的，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤3、4和5中水冷或淬火所使用的冷却水为浓度为2-10％的碱性食盐水。
优选的，所述碱性食盐水中的原料组成的质量百分比为：氯化钠2-3％、碳酸钠1-2％、氢氧化钠0.5-1.5％、硅酸钠0.5-15％，余量为水。
本发明的有益效果为：本发明汽车用的行李架说使用的铝合金型材，采用铬、锰、铜、铁、钴、锗和镍为主要元素制成的铝合金型材，加入适当比例的锆、钕、钒、钛、钯、镧等微量元素，而且还加入了硼化硅纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维以及碳纤维材料，可大大提高铝合金的强度、硬度和刚度；适当比例的铜的加入，保证了铝合金在具有超高强度的同时，可对合金产生附加的强化效果，提高合金的耐腐蚀和疲劳性能；通过加入微量铬元素、锆元素、钕元素和锆锰元素，在铝合金中形成复合强化相，对晶界的钉扎作用更强，能更有效地抑制再结晶；采用微量钕、镧等稀土元素，在铝合金中起到净化、变质作用，同时细化铸态组织，易填补铝相表面缺陷，改善合金的热塑性，提高铝合金力学性能；添加锰元素可细化晶粒，降低合金淬火敏感性，提高铝合金型材的应力腐蚀性能，提高材料的韧性；加入碳纤维，进一步地提升铝合金的刚度、强度和硬度，提升其抗拉伸性能。
在制造过程，对热处理及时效处理采用多级处理方式，可改善超高强度铝合金型材的抗应力腐蚀性；再在铝合金型材的外表面包裹有编织碳纤维，进一步补强铝合金型材的强度、刚度和硬度。综上所述，本发明铝合金型材的汽车用行李架不仅保证了铝合金型材具有超高强度，同时提高了铝合金型材的综合力学性能，使得最终制备得到的汽车用行李架在性能和结构上远胜现有技术，具有十分广阔的市场前景和市场价值，具有实用性和创造性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种铝合金型材的汽车用行李架，包括有基材和基材覆盖层，所述该汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比为：铬％、铜3％、锰3％、锆0.15％、钕0.09％、钒0.08％、锗1.0％、硼化硅纤维0.9％、氮化硅纤维0.9％、碳化硅纤维0.7％、镍0.3％、钛0.08％、铁2.5％、钯0.05％、镧0.03％、钴0.5％、碳纤维3.5％、石墨晶须0.05％，余量为铝。
实施例2
一种铝合金型材的汽车用行李架，包括有基材和基材覆盖层，所述该汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比为：铬1％、铜1％、锰2％、锆0.05％、钕0.03％、钒0.04％、锗0.5％、硼化硅纤维0.5％、氮化硅纤维0.4％、碳化硅纤维0.3％、镍0.1％、钛0.05％、铁1.2％、钯0.03％、镧0.01％、钴0.1％、碳纤维1.5％、石墨晶须0.02％，余量为铝。
一种如实施例1-2所述的铝合金型材的汽车用行李架，所述该汽车用行李架的基材覆盖层采用碳纤维编织而成，集采覆盖层包裹在基层的外表面。
更进一步地，所述汽车用行李架的制备方法为：
(1).升温熔融：按照所述汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料；将余量铝投入熔炼炉在1000-1500℃下进行熔炼，熔化后搅拌20-30min，搅拌的同时进行超声；
再升温至1900-1950℃，加入配料好的其他金属元素进行熔融，搅拌30-60min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
(2).过滤杂质：将步骤(1)所得到的合金混合熔液保持在1900-1950℃的状态下进行过滤，过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质，得到相对纯净的合金混合熔液；
再将硼化硅纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维、碳纤维以及石墨晶须剪切为所需长度，投入到1900-1950℃的合金混合熔液中，搅拌20-40min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
(3).水冷铸造：采用金属型水冷半连续铸造技术对步骤(2)所得到的合金混合熔液进行处理，控制合金混合熔液出炉温度为700-750℃,铸造温度为650-700℃,铸造速度为90-100mm/min,冷却水压为0.3-0.5MPa，得到铝合金铸锭；
(4).多级热处理：对步骤(3)得到的铝合金铸锭进行多级热处理：
第一级：升温至250-350℃，保温3-5h；
第二级：升温至450-480℃，保温4-6h；
第三级：降温至200-250℃，保温2-3h，空冷至室温；
第四级：升温至150-250℃，保温2-3h；
第五级：升温至450-500℃，保温6-8h；
第六级：降温至150-200℃，保温1-2h，空冷至室温；
第七级：升温至300-350℃，保温2-4h，出炉空冷至室温；
(5).挤压成型：将挤压模具预热到400℃-450℃，模筒预热到350℃-450℃，将步骤(4)得到的铝合金铸锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，以挤压压力为110N/mm2-120N/mm2、挤压速度为0.5m/s-0.6m/s进行挤压，得到铝合金型材；
(6).淬火校直：将步骤(5)中挤压出来的铝合金型材进行淬火处理，随后进行校直处理，得到成品铝合金型材；
将成品铝合金型材放入退火炉中，设定温度为80-100℃，保温10-13h；
再设定温度为150-200℃，保温6-12h；
然后设定温度为50-80℃，保温12-20h；
空冷至室温后再设定温度为95-105℃，保温8-12h，空冷至室温；
经表面处理、精整、检查验收得到铝合金型材；
(7).切锯时效：对得到的铝合金型材按照实际需要进行锯切，将锯切后的型材在温度为150-200℃、保温时间为3-8h的条件下进行时效处理；
(8).编织喷涂：将时效后的铝合金型材按照汽车用行李架模样进行打孔、焊接、组装，将碳纤维编织套装在汽车用行李架的铝合金型材的外表面，再用防腐防静电油性环保涂料喷涂在编织碳纤维的表面，形成致密的喷涂层，即得到铝合金型材的汽车用行李架。
更进一步地，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤3中的水冷：冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于45℃。
更进一步地，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤4中的多级热处理：第一级以100-150℃/h升温；第二级以50-80℃/h升温；第三级以强风风冷降温；第四级以80-120℃/h升温；第五级以100-150℃/h升温；第六级以150-180℃/h降温至150-180℃，以水冷方式冷至室温；第七级以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温。
更进一步地，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤5中的淬火处理：通过将铝合金型材缓慢通过温度为45℃-55℃的水槽内进行。
更进一步地，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤5中得到的铝合金型材的厚度为30-40mm。
更进一步地，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤6中得到的铝合金型材的厚度为25-35mm。
更进一步地，所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤3、4和5中水冷或淬火所使用的冷却水为浓度为2-10％的碱性食盐水。
更进一步地，所述碱性食盐水中的原料组成的质量百分比为：氯化钠2-3％、碳酸钠1-2％、氢氧化钠0.5-1.5％、硅酸钠0.5-15％，余量为水。
在本发明中，本发明汽车用的行李架说使用的铝合金型材，采用铬、锰、铜、铁、钴、锗和镍为主要元素制成的铝合金型材，加入适当比例的锆、钕、钒、钛、钯、镧等微量元素，而且还加入了硼化硅纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维以及碳纤维材料，可大大提高铝合金的强度、硬度和刚度；适当比例的铜的加入，保证了铝合金在具有超高强度的同时，可对合金产生附加的强化效果，提高合金的耐腐蚀和疲劳性能；通过加入微量铬元素、锆元素、钕元素和锆锰元素，在铝合金中形成复合强化相，对晶界的钉扎作用更强，能更有效地抑制再结晶；采用微量钕、镧等稀土元素，在铝合金中起到净化、变质作用，同时细化铸态组织，易填补铝相表面缺陷，改善合金的热塑性，提高铝合金力学性能；添加锰元素可细化晶粒，降低合金淬火敏感性，提高铝合金型材的应力腐蚀性能，提高材料的韧性；加入碳纤维，进一步地提升铝合金的刚度、强度和硬度，提升其抗拉伸性能。
在制造过程，对热处理及时效处理采用多级处理方式，可改善超高强度铝合金型材的抗应力腐蚀性；再在铝合金型材的外表面包裹有编织碳纤维，进一步补强铝合金型材的强度、刚度和硬度。综上所述，本发明铝合金型材的汽车用行李架不仅保证了铝合金型材具有超高强度，同时提高了铝合金型材的综合力学性能，使得最终制备得到的汽车用行李架在性能和结构上远胜现有技术，具有十分广阔的市场前景和市场价值，具有实用性和创造性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：包括有基材和基材覆盖层，所述该汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比为：铬1％-2％、铜1％-3％、锰2％-3％、锆0.05％-0.15％、钕0.03％-0.09％、钒0.04％-0.08％、锗0.5％-1.0％、硼化硅纤维0.5％-0.9％、氮化硅纤维0.4％-0.9％、碳化硅纤维0.3％-0.7％、镍0.1％-0.3％、钛0.05％-0.08％、铁1.2％-2.5％、钯0.03％-0.05％、镧0.01％-0.03％、钴0.1％-0.5％、碳纤维1.5％-3.5％、石墨晶须0.02％-0.05％，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述该汽车用行李架的基材覆盖层采用碳纤维编织而成，集采覆盖层包裹在基层的外表面。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述汽车用行李架的制备方法为：
(1).升温熔融：按照所述汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料；将余量铝投入熔炼炉在1000-1500℃下进行熔炼，熔化后搅拌20-30min，搅拌的同时进行超声；
再升温至1900-1950℃，加入配料好的其他金属元素进行熔融，搅拌30-60min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
(2).过滤杂质：将步骤(1)所得到的合金混合熔液保持在1900-1950℃的状态下进行过滤，过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质，得到相对纯净的合金混合熔液；
再将硼化硅纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维、碳纤维以及石墨晶须剪切为所需长度，投入到1900-1950℃的合金混合熔液中，搅拌20-40min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
(3).水冷铸造：采用金属型水冷半连续铸造技术对步骤(2)所得到的合金混合熔液进行处理，控制合金混合熔液出炉温度为700-750℃,铸造温度为650-700℃,铸造速度为90-100mm/min,冷却水压为0.3-0.5MPa，得到铝合金铸锭；
(4).多级热处理：对步骤(3)得到的铝合金铸锭进行多级热处理：
第一级：升温至250-350℃，保温3-5h；
第二级：升温至450-480℃，保温4-6h；
第三级：降温至200-250℃，保温2-3h，空冷至室温；
第四级：升温至150-250℃，保温2-3h；
第五级：升温至450-500℃，保温6-8h；
第六级：降温至150-200℃，保温1-2h，空冷至室温；
第七级：升温至300-350℃，保温2-4h，出炉空冷至室温；
(5).挤压成型：将挤压模具预热到400℃-450℃，模筒预热到350℃-450℃，将步骤(4)得到的铝合金铸锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，以挤压压力为110N/mm2-120N/mm2、挤压速度为0.5m/s-0.6m/s进行挤压，得到铝合金型材；
(6).淬火校直：将步骤(5)中挤压出来的铝合金型材进行淬火处理，随后进行校直处理，得到成品铝合金型材；
将成品铝合金型材放入退火炉中，设定温度为80-100℃，保温10-13h；
再设定温度为150-200℃，保温6-12h；
然后设定温度为50-80℃，保温12-20h；
空冷至室温后再设定温度为95-105℃，保温8-12h，空冷至室温；
经表面处理、精整、检查验收得到铝合金型材；
(7).切锯时效：对得到的铝合金型材按照实际需要进行锯切，将锯切后的型材在温度为150-200℃、保温时间为3-8h的条件下进行时效处理；
(8).编织喷涂：将时效后的铝合金型材按照汽车用行李架模样进行打孔、焊接、组装，将碳纤维编织套装在汽车用行李架的铝合金型材的外表面，再用防腐防静电油性环保涂料喷涂在编织碳纤维的表面，形成致密的喷涂层，即得到铝合金型材的汽车用行李架。
4.根据权利要求3所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤3中的水冷：冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于45℃。
5.根据权利要求3所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤4中的多级热处理：第一级以100-150℃/h升温；第二级以50-80℃/h升温；第三级以强风风冷降温；第四级以80-120℃/h升温；第五级以100-150℃/h升温；第六级以150-180℃/h降温至150-180℃，以水冷方式冷至室温；第七级以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温。
6.根据权利要求3所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤5中的淬火处理：通过将铝合金型材缓慢通过温度为45℃-55℃的水槽内进行。
7.根据权利要求3所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤5中得到的铝合金型材的厚度为30-40mm。
8.根据权利要求3所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤6中得到的铝合金型材的厚度为25-35mm。
9.根据权利要求3所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述超高强度铝合金型材的制备方法步骤3、4和5中水冷或淬火所使用的冷却水为浓度为2-10％的碱性食盐水。
10.根据权利要求9所述的铝合金型材的汽车用行李架，其特征在于：所述碱性食盐水中的原料组成的质量百分比为：氯化钠2-3％、碳酸钠1-2％、氢氧化钠0.5-1.5％、硅酸钠0.5-15％，余量为水。
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