CN114921699B - 抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂 - Google Patents

抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂，该复合材料包括镁合金基体以及熔覆层；按重量百分比计，镁合金基体包括：Al：3.0～8.4％，Zn：1.0～3.2％，Mn：0.5～1.7％，Re：0.1～1.7％，W：0.3～2.1％，La：0.1～1.4％，Si：0.5～3.6％，余量为Mg；熔覆层包括：Al：8.0～22.5％，Fe：4.2～12.6％，Mg：7.4～21.0％，Cu：2.1‑6.5％；TaC：3.8～8.2％；石墨烯：1.3‑4.7％；余量为镍。本发明提供的抗高温轮毂用复合材料，通过激光熔覆在镁合金基体上形成增强涂层，能够获得高机械强度和抗高温性能的轮毂用复合材料。

Description

抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂
技术领域
本发明涉及轮毂材料领域，特别涉及一种抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂。
背景技术
汽车轻量化在保证整车强度和安全性能的前提下，尽可能减少不必要的重量，从而降低油耗、提高操控性，采用高性能合金替代传统汽车金属材料是实现汽车轻量化的一种有效的手段。其中，镁的轻量化、导热性等方面的优势，使得镁合金轮毂材料日益受到用户青睐。例如专利CN110331320A公开的一种耐腐抗高温镁合金轮毂及其制备方法、专利CN111745121B公开的一种镁合金轮毂的高成形性锻造方法与装置等。
但随着对更高性能轮毂要求的日益提升，仍需对镁合金材料进行进一步改进。在镁合金材料表面制备强化涂层能够是一种改进方向，例如专利CN107488801B公开的一种汽车轮毂用高强耐蚀镁合金复合材料及其制备方法，其通过在镁合金基体表面沉积的ZrO2涂层来提高轮毂用镁合金材料的强度和耐蚀性能，但其对镁合金材料材料的抗高温性能未进行改进，且其工艺较为复杂。
选择适宜原料结合合理的制备工艺，能够在镁合金材料表面形成有助于提升材料整体性能的涂层。石墨烯特殊的结构致使其具有很多优异的性质：如极好的力学性能，石墨烯已经被尝试作为增强体来提高合金材料的强度，但由于石墨烯大的比表面积往往使其团聚在一起，且石墨烯与多数合金体系(如镁铝合金)之间润湿性差，导致石墨烯很难在体系中充分、均匀分散，会严重影响石墨烯自身优异性能的发挥，导致石墨烯作为增强体往往难以到达预期效果。TaC具有高硬度、高热力学稳定性等特点，在合金材料中添加TaC还能抑制合金中晶粒的长大，从而显著提升其综合性能，且TaC粒度越细，提升效果越佳。传统方案中，通过球磨来制备细粒度的TaC存在时间长、功耗高等缺陷，且细粒度的TaC在合金材料中的均匀分散性对TaC提升作用的充分发挥具有重要作用，而传统方案中也往往难以实现TaC的均匀分散。上述问题使得将石墨烯、TaC应用于合金材料中遇到了障碍，所以，现在有必要提供一种可靠的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗高温轮毂用复合材料，包括镁合金基体以及熔覆层；
所述镁合金基体按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：3.0～8.4％，Zn：1.0～3.2％，Mn：0.5～1.7％，Re：0.1～1.7％，W：0.3～2.1％，La：0.1～1.4％，Si：0.5～3.6％，余量为Mg及不可避免的杂质元素；
所述熔覆层通过激光熔覆形成于所述镁合金基体表面熔覆，所述熔覆层按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：8.0～22.5％，Fe：4.2～12.6％，Mg：7.4～21.0％，Cu：2.1-6.5％；TaC：3.8～8.2％；石墨烯：1.3-4.7％；余量为镍及不可避免的杂质元素。
优选的是，所述镁合金基体通过以下方法制备得到：
S1-1、按照重量百分比称取原料：含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料以及镁锭，将镁锭投入熔炼炉中，加热至685-750℃；
S1-2、镁锭熔化后，将粉碎后的含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料加入镁锭熔液中，于710-755℃、氩气气氛下熔炼60-120min；
S1-3、机械打渣，于640-690℃下保温30-90min；
S1-4、锻造，得到镁合金基体。
优选的是，所述镁合金基体通过以下方法制备得到：
S1-1、按照重量百分比称取原料：含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料以及镁锭，将镁锭投入熔炼炉中，加热至720℃；
S1-2、镁锭熔化后，将粉碎后的含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料加入镁锭熔液中，于735℃、氩气气氛下熔炼90min；
S1-3、机械打渣，于675℃下保温60min；
S1-4、锻造，得到镁合金基体。
优选的是，所述熔覆层的制备方法为：
S2-1、镁合金基体表面预处理：对镁合金基体表面进行打磨，然后用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：将镍原料、含碳的质量分数为0.8～3.6％的铁原料、Ta原料以及石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中95-130℃下烘干4-7小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至220-340℃，
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.5-1.3mm的熔覆层；
S2-5、于220-280℃下保温2-6小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
优选的是，所述熔覆层的制备方法为：
S2-1、镁合金基体表面预处理；先打磨，用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：将镍原料、含碳的质量分数为1.4％的铁原料、Ta原料以及石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中105℃烘干5小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至270℃，
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.7mm的熔覆层；
S2-5、于250℃下保温4小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
优选的是，所述步骤S2-4)中，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1.8-4.2KW，束斑直径为3-6mm，扫描速率为4-20mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描。
优选的是，所述石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1)制备氧化石墨烯分散液：
将2-10g氧化石墨烯加入到分散到2-8L无水乙醇中，超声振荡60-120min，得到氧化石墨烯分散液；
2)取1-4L氧化石墨烯分散液、7-27g环烷酸铜、3-12g纳米铝粉、3-14g镁粉、0.2-1L去离子水加入到0.1-1.2L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理1-3h；
3)60-95℃下真空干燥1.5-5h；
4)将步骤3)的固体产物在800-1150℃下真空加热60-180min；
5)升温至1100-1350℃，氩气气氛下熔炼60-180min；
6)降温至950-1200℃，氩气气氛中保温60-120min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
优选的是，所述石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1)制备氧化石墨烯分散液：
将4g氧化石墨烯加入到分散到4L无水乙醇中，超声振荡90min，得到氧化石墨烯分散液；
2)取2L氧化石墨烯分散液、13.5g环烷酸铜、6.0g纳米铝粉、7.0g镁粉、0.8L去离子水加入到0.6L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理2h；
3)85℃下真空干燥3h；
4)将步骤3)的固体产物在950℃下真空加热150min；
5)升温至1230℃，氩气气氛下熔炼120min；
6)降温至1000℃，氩气气氛中保温80min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
优选的是，所述石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1)制备氧化石墨烯分散液：
将4g氧化石墨烯加入到分散到4L无水乙醇中，超声振荡90min，得到氧化石墨烯分散液；
2)取2L氧化石墨烯分散液、13.5g环烷酸铜、6.0g纳米铝粉、7.0g镁粉、0.8L去离子水加入到0.6L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理2h；
3)90℃下真空干燥3h；
4)将步骤3)的固体产物在1050℃下真空加热150min；
5)升温至1300℃，氩气气氛下熔炼120min；
6)降温至1050℃，氩气气氛中保温90min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
本发明还提供一种汽车轮毂，其采用如上所述的抗高温轮毂用复合材料制成。
本发明的有益效果是：
本发明提供的抗高温轮毂用复合材料，通过激光熔覆在镁合金基体上形成增强涂层，能够获得高机械强度和抗高温性能的轮毂用复合材料；
本发明的镁合金基体中，添加的Re能起到强化基体的作用，同时还能够提高形核率，细化晶粒，提高抗拉强度和塑韧性；
本发明制备的熔覆层中，以石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金的形式引入石墨烯，能够很好的克服石墨烯不易分散的缺陷；并通过激光熔覆工艺能够在熔覆涂层中原位合成均匀的细粒TaC，且能在熔覆层中均匀分散，充分发挥TaC的功效；从而能够在镁合金基体表面形成高强度、抗高温的熔覆层，最终能够显著提升轮毂材料的机械性能和抗高温性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供了一种抗高温轮毂用复合材料，包括镁合金基体以及熔覆层；
镁合金基体按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：3.0～8.4％，Zn：1.0～3.2％，Mn：0.5～1.7％，Re：0.1～1.7％，W：0.3～2.1％，La：0.1～1.4％，Si：0.5～3.6％，余量为Mg及不可避免的杂质元素；
熔覆层通过激光熔覆形成于镁合金基体表面熔覆，熔覆层按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：8.0～22.5％，Fe：4.2～12.6％，Mg：7.4～21.0％，Cu：2.1-6.5％；TaC：3.8～8.2％；石墨烯：1.3-4.7％；余量为镍及不可避免的杂质元素。
其中，镁合金基体通过以下方法制备得到：
S1-1、按照重量百分比称取原料：含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料以及镁锭，将镁锭投入熔炼炉中，加热至685-750℃；
S1-2、镁锭熔化后，将粉碎后的含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料加入镁锭熔液中，于710-755℃、氩气气氛下熔炼60-120min；
S1-3、机械打渣，于640-690℃下保温30-90min；
S1-4、锻造，得到镁合金基体。
本发明的镁合金基体中，添加的镧能与杂质元素反应生成密度大的难溶物，沉入铝熔体底部，从而降低杂质含量，提高强度；添加的Re能与铁、硅等原料生成稳定的金属间化合物(ReFe5、ReSi等)，起到强化基体的作用，同时还能够提高形核率，细化晶粒，提高抗拉强度和塑韧性。
本发明中，熔覆层的制备方法为：
S2-1、镁合金基体表面预处理：对镁合金基体表面进行打磨，然后用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：将镍原料、含碳的质量分数为0.8～3.6％的铁原料、Ta原料以及石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中95-130℃下烘干4-7小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至220-340℃，
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.5-1.3mm的熔覆层；
S2-5、于220-280℃下保温2-6小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
其中，步骤S2-4中，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1.8-4.2KW，束斑直径为3-6mm，扫描速率为4-20mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；保护气体流量为4L/min-12L/min。
本发明中，石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1)制备氧化石墨烯分散液：
将2-10g氧化石墨烯加入到分散到2-8L无水乙醇中，超声振荡60-120min，得到氧化石墨烯分散液；
2)取1-4L氧化石墨烯分散液、7-27g环烷酸铜、3-12g纳米铝粉、3-14g镁粉、0.2-1L去离子水加入到0.1-1.2L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理1-3h；
3)60-95℃下真空干燥1.5-5h；
4)将步骤3)的固体产物在800-1150℃下真空加热60-180min；
5)升温至1100-1350℃，氩气气氛下熔炼60-180min；
6)降温至950-1200℃，氩气气氛中保温60-120min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
镁合金材料机械性能优异，被广泛用于制造轮毂，但随着对更高性能轮毂要求的日益提升，仍需对镁合金材料进行进一步改进。在镁合金材料表面制备强化涂层能够是一种改进方向，合理配伍的涂层原料结合适宜的制备工艺，能够在镁合金材料表面形成有助于提升材料整体性能的涂层。石墨烯特殊的结构致使其具有很多优异的性质：如极好的力学性能，石墨烯已经被尝试作为增强体来提高合金材料的强度，但由于石墨烯大的比表面积往往使其团聚在一起，且石墨烯与多数合金体系(如镁铝合金)之间润湿性差，导致石墨烯很难在体系中充分、均匀分散，会严重影响石墨烯自身优异性能的发挥，导致石墨烯作为增强体往往难以到达预期效果。而本发明中，以石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金的形式引入石墨烯，能够很好的克服石墨烯不易分散的缺陷，可显著改善上述问题。
TaC具有高硬度、高热力学稳定性等特点，在合金材料中添加TaC还能抑制合金中晶粒的长大，从而显著提升其综合性能，且TaC粒度越细，提升效果越佳。传统方案中，通过球磨来制备细粒度的TaC存在时间长、功耗高等缺陷，且细粒度的TaC在合金材料中的均匀分散性对TaC提升作用的充分发挥具有重要作用，而传统方案中也往往难以实现TaC的均匀分散。而本发明中，利用含C的铁粉引入碳源，通过激光熔覆工艺能够在熔覆涂层中原位合成均匀的细粒TaC，且能在熔覆层中均匀分散，充分发挥TaC的功效；从而能够在镁合金基体表面形成高强度、抗高温的熔覆层，从而能够显著提升轮毂材料的机械性能和抗高温性能。
具体的，本发明中，熔覆层的制备及作用原理为：
1、本发明中采用的氧化石墨烯表面具有大量带负电的含氧官能团(-O、-OH、-COOH等)，铝粉表面的铝水解后会产生Al(OH)3，从而出现带正电的Al3+，藉由静电作用，Al3+可与这些含氧官能团结合而使氧化石墨烯吸附到铝粉表面，其为氧化石墨烯与铝粉结合的第一重作用。
2、由于体系中加入了Cu2+，带正电的Cu2+能够作为键合桥，Cu2+与氧化石墨烯表面的含氧官能团通过静电作用结合，同时，Cu2+又与铝粉表面水解产生的-OH结合，从而通过Cu2+的键桥作用能够促进氧化石墨烯均匀吸附到铝粉表面，其为氧化石墨烯与铝粉结合的第二重作用。
3、在激光熔覆的高温作用下，一方面，铝粉和镁粉能够作为还原剂，使大量氧化石墨烯被还原为石墨烯，使得体系的力学性能得到增强(石墨烯具有极高的强度，氧化后虽然能够为表面引入大量含氧官能团，但会导致强度下降)；另一方面，铁粉中的C与熔覆粉末中的Ta粉在激光产生的高温下原位合成均匀的细粒TaC，能够显著提升熔覆层的抗高温性能和耐磨性能。
4、熔覆粉末中的铁和镁的添加还能够促进熔覆层与镁合金基体在界面见的扩散，能提高熔覆层的结合强度。
本发明还提供了一种汽车轮毂，其采用如上的抗高温轮毂用复合材料制成。
以上为本发明的总体构思，以下再提供更为详细的实施例和对比例，以对本发明做进一步说明。
实施例1
一种抗高温轮毂用复合材料，包括镁合金基体以及熔覆层；
镁合金基体按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：5.2％，Zn：1.4％，Mn：0.9％，Re：0.6％，W：1.1％，La：0.7％，Si：1.3％，余量为Mg及不可避免的杂质元素；
熔覆层通过激光熔覆形成于镁合金基体表面熔覆，熔覆层按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：12.0％，Fe：6.4％，Mg：14.0％，Cu：2.5％；TaC：5.4％；石墨烯：2.8％；余量为镍及不可避免的杂质元素。
该抗高温轮毂用复合材料的制备方法为：
S1、制备镁合金基体：
S1-1、按照重量百分比称取原料：含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料以及镁锭，将镁锭投入熔炼炉中，加热至720℃；
S1-2、镁锭熔化后，将粉碎后的含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料加入镁锭熔液中，于735℃、氩气气氛下熔炼90min；
S1-3、机械打渣，于675℃下保温60min；
S1-4、锻造，得到镁合金基体。
S2、制备熔覆层：
S2-1、镁合金基体表面预处理；先打磨，用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：将镍原料、含碳的质量分数为1.4％的铁原料、Ta原料以及石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中105℃烘干5小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至270℃；
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.7mm的熔覆层；其中，先将激光熔覆粉末置于送粉器内，通过送粉气将熔覆粉末喷覆在镁合金基体表面；激光熔覆的工艺参数为：激光功率为2.5KW，束斑直径为5mm，扫描速率为6mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；保护气体流量为7L/min。
S2-5、于250℃下保温4小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
其中，石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1)制备氧化石墨烯分散液：
将4g氧化石墨烯加入到分散到4L无水乙醇中，超声振荡90min，得到氧化石墨烯分散液；
2)取2L氧化石墨烯分散液、13.5g环烷酸铜、6.0g纳米铝粉、7.0g镁粉、0.8L去离子水加入到0.6L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理2h；
3)85℃下真空干燥3h；
4)将步骤3)的固体产物在950℃下真空加热150min；
5)升温至1230℃，氩气气氛下熔炼120min；
6)降温至1000℃，氩气气氛中保温80min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于镁合金基体的成分和制备方法，以下仅列出不同之处。
本实施例中，镁合金基体按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：6.1％，Zn：1.1％，Mn：1.2％，Re：0.7％，W：1.2％，La：0.9％，Si：1.2％，余量为Mg及不可避免的杂质元素；
该抗高温轮毂用复合材料的制备方法为：
S1、制备镁合金基体：
S1-1、按照重量百分比称取原料：含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料以及镁锭，将镁锭投入熔炼炉中，加热至750℃；
S1-2、镁锭熔化后，将粉碎后的含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料加入镁锭熔液中，于745℃、氩气气氛下熔炼100min；
S1-3、机械打渣，于690℃下保温60min；
S1-4、锻造，得到镁合金基体。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于熔覆层的制备方法，以下仅列出不同之处。
本实施例中，制备熔覆层的方法包括：
S2-1、镁合金基体表面预处理；先打磨，用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：将镍原料、含碳的质量分数为1.4％的铁原料、Ta原料以及石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中110℃烘干5小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至320℃；
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.7mm的熔覆层；其中，先将激光熔覆粉末置于送粉器内，通过送粉气将熔覆粉末喷覆在镁合金基体表面；激光熔覆的工艺参数为：激光功率为2.5KW，束斑直径为5mm，扫描速率为6mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；保护气体流量为7L/min。
S2-5、于265℃下保温4.5小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金的制备方法，以下仅列出不同之处。
本实施例中，石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1)制备氧化石墨烯分散液：
将4g氧化石墨烯加入到分散到4L无水乙醇中，超声振荡90min，得到氧化石墨烯分散液；
2)取2L氧化石墨烯分散液、13.5g环烷酸铜、6.0g纳米铝粉、7.0g镁粉、0.8L去离子水加入到0.6L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理2h；
3)90℃下真空干燥3h；
4)将步骤3)的固体产物在1050℃下真空加热150min；
5)升温至1300℃，氩气气氛下熔炼120min；
6)降温至1050℃，氩气气氛中保温90min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
对比例1
本例与实施例1基本相同，不同之处仅在于本例中，镁合金基体中不包括Re。
对比例2
本例与实施例1基本相同，不同之处仅在于本例中，镁合金基体表面无熔覆层，直接采用镁合金基体作为轮毂材料。
对比例3
本例与实施例1基本相同，不同之处仅在于熔覆层的制备方法，具体的，本例中，制备熔覆层的方法为：
S2-1、镁合金基体表面预处理；先打磨，用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：按照重量百分比，将镍原料、含碳的质量分数为1.4％的铁原料、TaC原料、石墨烯、Cu原料、Al原料、Mg原料制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中105℃烘干5小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至270℃；
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.7mm的熔覆层；其中，先将激光熔覆粉末置于送粉器内，通过送粉气将熔覆粉末喷覆在镁合金基体表面；激光熔覆的工艺参数为：激光功率为2.5KW，束斑直径为5mm，扫描速率为6mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；保护气体流量为7L/min。
S2-5、于250℃下保温4小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
对比例4
本例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，本例中熔覆粉末中不包括Ta原料。
对比例5
本例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，本例中熔覆粉末中不包括石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
性能测试
将实施例1-4以及对比例1-5制备的轮毂材料制成试样，进行力学性能测试：按照GB/T 16865-2013检测标准进行拉伸试验(在常温和320℃下分别检测)；根据ASTM E18-2018金属材料洛氏硬度标准测试方法(常温下测试)，测试洛氏硬度，测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0003664265480000131
从实施例1-4的测试结果可以看出，本发明制备的抗高温轮毂用复合材料具有优异的机械强度和抗热性能；
从对比例1与实施例1的结果对比可以说明Re的添加能够起到强化基体的作用；
从对比例2-4与实施例1的结果对比可以说明，石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金与Ta的添加，在提升抗高温轮毂用复合材料的机械强度和抗热性能方面，能够起到协同增强的效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，包括镁合金基体以及熔覆层；
所述镁合金基体按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：3.0～8.4％，Zn：1.0～3.2％，Mn：0.5～1.7％，Re：0.1～1.7％，W：0.3～2.1％，La：0.1～1.4％，Si：0.5～3.6％，余量为Mg及不可避免的杂质元素；
所述熔覆层通过激光熔覆形成于所述镁合金基体表面熔覆，所述熔覆层按重量百分比计，其包括以下成分：
Al：8.0～22.5％，Fe：4.2～12.6％，Mg：7.4～21.0％，Cu：2.1-6.5%；TaC：3.8～8.2％；石墨烯：1.3-4.7%；余量为镍及不可避免的杂质元素；
所述熔覆层的制备方法为：
S2-1、镁合金基体表面预处理：对镁合金基体表面进行打磨，然后用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：将镍原料、含碳的质量分数为0.8~3.6%的铁原料、Ta原料以及石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中95-130℃下烘干4-7小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至220-340℃；
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.5-1.3mm的熔覆层；
S2-5、于220-280℃下保温2-6小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
2.根据权利要求1所述的抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，所述镁合金基体通过以下方法制备得到：
S1-1、按照重量百分比称取原料：含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料以及镁锭，将镁锭投入熔炼炉中，加热至685-750℃；
S1-2、镁锭熔化后，将粉碎后的含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料加入镁锭熔液中，于710-755℃、氩气气氛下熔炼60-120min；
S1-3、机械打渣，于640-690℃下保温30-90min；
S1-4、锻造，得到镁合金基体。
3.根据权利要求2所述的抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，所述镁合金基体通过以下方法制备得到：
S1-1、按照重量百分比称取原料：含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料以及镁锭，将镁锭投入熔炼炉中，加热至720℃；
S1-2、镁锭熔化后，将粉碎后的含Al、Zn、Mn、Re、W、La、Si的原料加入镁锭熔液中，于735℃、氩气气氛下熔炼90min；
S1-3、机械打渣，于675℃下保温60min；
S1-4、锻造，得到镁合金基体。
4.根据权利要求1所述的抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，所述熔覆层的制备方法为：
S2-1、镁合金基体表面预处理；先打磨，用无水乙醇和丙酮依次清洗，干燥；
S2-2、制备熔覆粉末：将镍原料、含碳的质量分数为1.4%的铁原料、Ta原料以及石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金制备成粉末后混匀，于惰性气体气氛中105℃烘干5小时，得到熔覆粉末；
S2-3、将预处理后的镁合金基体预热至270℃；
S2-4、氩气保护下采用同步式激光熔覆方法使熔覆粉末在镁合金基体上形成0.7mm的熔覆层；
S2-5、于250℃下保温4小时，冷却至室温，对熔覆层表面打磨、抛光，完成熔覆层的制备。
5.根据权利要求4所述的抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，所述步骤S2-4）中，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1.8-4.2kW，束斑直径为3-6mm，扫描速率为4-20mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描。
6.根据权利要求1所述的抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，所述石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1）制备氧化石墨烯分散液：
将2-10g氧化石墨烯加入到分散到2-8L无水乙醇中，超声振荡60-120min，得到氧化石墨烯分散液；
2）取1-4L氧化石墨烯分散液、7-27g环烷酸铜、3-12g纳米铝粉、3-14g 镁粉、0.2-1L去离子水加入到0.1-1.2L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理1-3h；
3）60-95℃下真空干燥1.5-5h；
4）将步骤3）的固体产物在800-1150℃下真空加热60-180min；
5）升温至1100-1350℃，氩气气氛下熔炼60-180min；
6）降温至950-1200℃，氩气气氛中保温60-120min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
7.根据权利要求6所述的抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，所述石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1）制备氧化石墨烯分散液：
将4g氧化石墨烯加入到分散到4L无水乙醇中，超声振荡90min，得到氧化石墨烯分散液；
2）取2L氧化石墨烯分散液、13.5g环烷酸铜、6.0g纳米铝粉、7.0g 镁粉、0.8L去离子水加入到0.6L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理2h；
3）85℃下真空干燥3h；
4）将步骤3）的固体产物在950℃下真空加热150min；
5）升温至1230℃，氩气气氛下熔炼120min；
6）降温至1000℃，氩气气氛中保温80min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
8.根据权利要求6所述的抗高温轮毂用复合材料，其特征在于，所述石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金通过以下方法制备得到：
1）制备氧化石墨烯分散液：
将4g氧化石墨烯加入到分散到4L无水乙醇中，超声振荡90min，得到氧化石墨烯分散液；
2）取2L氧化石墨烯分散液、13.5g环烷酸铜、6.0g纳米铝粉、7.0g 镁粉、0.8L去离子水加入到0.6L浓度为1mol/L的盐酸溶液中，高压均质处理2h；
3）90℃下真空干燥3h；
4）将步骤3）的固体产物在1050℃下真空加热150min；
5）升温至1300℃，氩气气氛下熔炼120min；
6）降温至1050℃，氩气气氛中保温90min，冷却至室温，硝酸清洗，去离子水清洗，干燥，得到石墨烯-Cu-Al-Mg中间合金。
9.一种汽车轮毂，其特征在于，其采用如权利要求1-8中任意一项所述的抗高温轮毂用复合材料制成。
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