CN117089739A - 轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法 - Google Patents

轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及技术领域，具体为轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，所述冷却水管由如下成分及其重量百分比组成：Be：0.1～3％、Zr：0.3～0.6％、C：0.01～0.1％、P：0.03～0.04％、Si：0.4～0.8％、Cr：0.5～1％、Ni：2～4％、余量为Ti和其余杂质；所述Ni为按比例称取的NiCl2·6H2O。该轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，同现有技术相比，本发明的原料中加入铍，铍和氧、硫都有极强的亲和力，除氧、除硫的能力更优于锰，同时可以使钢具有较高的温度强度和蠕变性能。

Description

轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车冷却水管技术领域，具体为轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金过程，和字面
吻合。而粉末冶金制品则常远远超出材料和冶金的范畴，往往是跨多学科(材料和冶金，机械和力学等)的技术。尤其现代金属粉末3D打印，集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，使得粉末冶金制品技术成为跨更多学科的现代综合技术。
粉末冶金低合金钢是指用粉末冶金方法制备的以铁为基础(铁含量一般在90％-98％)，加入一定量的铜、镍、钼、铬、锰等元素并控制碳含量而组成的合金体系。粉末冶金低合金钢具有高强度、高硬度和一定的延性，特别适合于作结构材料，因此被广泛应用于国防工业和民用工业中，尤其在汽车、摩托车、枪械和家电行业中占有重要地位。
而传统的发动机冷却水管通常采用压力加工，使被加工的钢(坯、锭等)产生塑性变形，然后根据钢材加工温度不同分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有：轧制、铸造、拉拨、挤压等。传统加工方法不仅工序繁多，而且在产品的性能如强度、硬度等也有所欠缺。
针对传统合金钢硬度低，不耐磨等缺点，公告号为CN115890137A的发明专利名称为一种高强度轻量化的钛合金管及其加工工艺，公开了将Ti合金材料采用真空感应熔炼、真空电子束炉熔炼或等离子体炉熔炼等技术进行一次熔炼，然后采用真空电子束炉或者等离子体炉熔炼技术对一次铸锭进行二次熔炼，最后采用空心铸锭结晶器和电磁铸造装置对二次熔炼的合金液进行铸锭成型，得到Ti合金棒材坯料。并通过对棒材坯料表面处理，以及管坯制作等加工工艺。然而，该加工工艺并不能很好的解决合金钢的抗拉强度、屈服强度。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，的特点。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，所述冷却水管由如下成分及其重量百分比组成：Be：0.2～2％、Zr：0.3～0.6％、C：0.01～0.1％、P:0.08～0.2％、Si：0.4～0.8％、Cr：0.5～1％、Ni：2～4％、余量为Ti和其余杂质；
所述Ni为按比例称取的NiCl2·6H2O。
优选的，所述的方法包括如下步骤：
步骤一：制粉：按上述冷却水管成分及其质量百分比称取原料，将除NiCl2·6H2O外的各种原料混合均匀并制成粉末：
步骤二：选定并配制粘结剂：将硅溶胶26～32重量份、锆溶胶32～51重量份、正辛醇0.01～0.018重量份和乳胶0.2～0.58重量份混合均匀，并进行搅拌，从而得到粘结剂；
步骤三：包覆粉：往NiCl2·6H2O所在的容器中加入H3BO3和蒸馏水混合成溶液，加入铁粉反应制得包覆Ni的铁粉；
步骤四：将步骤一得到的粉末和步骤三得到的粉末与步骤二中的粘结剂进行混合搅拌，得到混合搅拌料；
步骤五：在步骤四中进行搅拌混合操作后将其放入钢模中，并压制成管状毛坯；
步骤六：将管状毛坯进行干燥处理；干燥的目的是尽量地去除金属膜坯料中的可挥发物，避免样品在烧结时由于水分、黏结剂等可挥发物的挥发量太大、挥发速率太快，产生应力集中而导致多孔金属膜发生开裂或形成针孔。
步骤七：将管状毛坯在600～800℃下进行预烧结，再经负压处理后在1100～1400℃，制得发动机冷却水管半成品；
步骤八：将水管半成品置于水蒸气环境中，于500～900℃下保持1～2h，制得发动机冷却水管成品。
优选的，步骤一中，可采用冷气流粉碎的方式制成粉末，粉末的粒径为3～5μm。
优选的，在步骤二中，进行配置粘结剂的各材料是以重量配比方式进行承重，其中硅溶胶31重量份，锆溶胶49重量份、正辛醇0.017重量份和乳胶0.35重量份混合均匀，采用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为40min，得到粘结剂。
优选的，在步骤三中，NiCl·6H2O和H3BO3按10:1混合，加入蒸馏水直至完全溶解，控制溶液的pH在3.5～4.5，温度为70～80°C，最后在氢气气氛中进行还原。
优选的，步骤四中，进行混合搅拌的方式，可以使用搅拌机以90rmp的速度进行搅拌，搅拌时间为100min，然后静置50min得到混合搅拌料。
优选的，步骤五中，需要先将混合搅拌料经气体雾化处理后形成粉末，在放入钢模中；压制成管状毛坯的方式采用封闭钢模冷压成型，在常温下，粉料在封闭钢模中，按规定的单位压力，将粉料制成压坯的方法，其压制过程中，粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧；粉末挤紧过程中，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始出现变形；粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合呈牢固接触状态；粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。
优选的，步骤七中，进行预烧结的温度为700℃，时间为50min，同时包括对管状毛坯的复压整形；烧结的温度为1300℃，时间为3h；管状毛坯在进行预烧结时，使得管状毛坯中产生原子扩散、固溶、化合和溶解，致使管状毛坯收缩并强化。
优选的，在步骤八中，制成发动机冷却水管成品后，将需要对其进行表面保护处理。避免模具出现脆弱的尖角。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1～ 4%的度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0～1.2%的硅，强度可提高15～20%。硅和低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。但含硅超过3%时;将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比,以及疲劳强度和疲劳比等,这是硅或硅锰钢可作为弹簧钢种的缘故。硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化。降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向，使磁化容易，磁阻减小，可用来生产电工用钢，所以硅钢片的磁滞损耗较低，硅能提高铁素体的磁导率，使硅钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。但在强磁场下，硅降低钢的磁感强度。硅因有强的脱氧力，从而减小了铁的磁时效作用。
该轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，同现有技术相比，本发明的原料中加入铍，铍和氧、硫都有极强的亲和力，除氧、除硫的能力更优于锰，同时可以使钢具有较高的温度强度和蠕变性能。
原料中的锆是强有力的脱氧和脱氮元素，是除去氧、氮、硫、磷的净化剂，在低合金结构钢中改善钢的低温韧性，作用远优于传统合金钢中的钒。
原料中的硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
原料中的磷在粉末治金中的作用：经过特殊处理磷铁合金微细粉末，易氧化元素含量低，即使在磷含量小于0.6%的情况下，也不发生脆性断裂现象。其分散性好，可以提高制品的延伸率。这种添加剂可以制得韧性良好的磷合金化的烧结钢，同时兼有良好的缩性与强度。使得制品的综合性能得到提高。
制备方法采用包覆粉工艺，使镍能均匀分布在铁粉表面，包覆粉中合金元素扩散距离短，烧结时容易获得均匀的显微组织，有利于产品耐腐蚀性能的提高。
附图说明
并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本公开的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本公开。
图1为本发明冷却水管的结构示意图。
1、冷却水管。
如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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。
请参阅，本发明提供一种技术方案：轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，包括冷却水管1，所述冷却水管1由如下成分及其重量百分比组成：Be：0.1～3％、Zr：0.3～0.6％、C：0.01～0.1％、P:0.03～0.04％、Si：0.4～0.8％、Cr：0.5～1％、Ni：2～4％、余量为Ti和其余杂质；
所述Ni为按比例称取的NiCl2·6H2O。
所述的方法包括如下步骤：
步骤一：制粉：按上述冷却水管1成分及其质量百分比称取原料，将除NiCl2·6H2O外的各种原料混合均匀并制成粉末：
步骤二：选定并配制粘结剂：将硅溶胶26～32重量份、锆溶胶32～51重量份、正辛醇0.01～0.018重量份和乳胶0.2～0.58重量份混合均匀，并进行进行搅拌，从而得到粘结剂；
步骤三：包覆粉：往NiCl2·6H2O所在的容器中加入H3BO3和蒸馏水混合成溶液，加入铁粉反应制得包覆Ni的铁粉；
步骤四：将步骤一得到的粉末和步骤三得到的粉末与步骤二中的粘结剂进行混合搅拌，得到混合搅拌料；
步骤五：在步骤四中进行搅拌混合操作后将其放入钢模中，并压制成管状毛坯；
步骤六：将管状毛坯进行干燥处理；
步骤七：将管状毛坯在600～800℃下进行预烧结，再经负压处理后在1100～1400℃，制得发动机冷却水管半成品；
步骤八：将水管半成品置于水蒸气环境中，于500～900℃下保持1～2h，制得发动机冷却水管1成品。
步骤一中，可采用冷气流粉碎的方式制成粉末，粉末的粒径为3～5μm。在步骤二中，进行配置粘结剂的各材料是以重量配比方式进行承重，其中硅溶胶31重量份，锆溶胶49重量份、正辛醇0.017重量份和乳胶0.35重量份混合均匀，采用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为40min，得到粘结剂。
在步骤三中，NiCl·6H2O和H3BO3按10:1混合，加入蒸馏水直至完全溶解，控制溶液的pH在3.5～4.5，温度为70～80°C，最后在氢气气氛中进行还原。
步骤四中，进行混合搅拌的方式，可以使用搅拌机以90rmp的速度进行搅拌，搅拌时间为100min，然后静置50min得到混合搅拌料。
步骤五中，需要先将混合搅拌料经气体雾化处理后形成粉末，在放入钢模中；压制成管状毛坯的方式采用封闭钢模冷压成型，在常温下，粉料在封闭钢模中，按规定的单位压力，将粉料制成压坯的方法，其压制过程中，粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧；粉末挤紧过程中，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始出现变形；粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合呈牢固接触状态；粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。
步骤七中，进行预烧结的温度为700℃，时间为50min，同时包括对管状毛坯的复压整形；烧结的温度为1300℃，时间为3h；管状毛坯在进行预烧结时，使得管状毛坯中产生原子扩散、固溶、化合和溶解，致使管状毛坯收缩并强化。
在步骤八中，制成发动机冷却水管成品后，将需要对其进行表面保护处理。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”、“设置”等均做广义理解，例如，“连接”是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明或发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，包括冷却水管，其特征在于，所述冷却水管由如下成分及其重量百分比组成：Be：0.1～3％、Zr：0.3～0.6％、C：0.01～0.1％、P：0.03～0.04％、Si：0.4～0.8％、Cr：0.5～1％、Ni：2～4％、余量为Ti和其余杂质；
所述Ni为按比例称取的NiCl2·6H2O。
2.根据权利要求1所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
步骤一：制粉：按上述冷却水管成分及其质量百分比称取原料，将除NiCl2·6H2O外的各种原料混合均匀并制成粉末：
步骤二：选定并配制粘结剂：将硅溶胶26～32重量份、锆溶胶32～51重量份、正辛醇0.01～0.018重量份和乳胶0.2～0.58重量份混合均匀，并进行搅拌，从而得到粘结剂；
步骤三：包覆粉：往NiCl2·6H2O所在的容器中加入H3BO3和蒸馏水混合成溶液，加入铁粉反应制得包覆Ni的铁粉；
步骤四：将步骤一得到的粉末和步骤三得到的粉末与步骤二中的粘结剂进行混合搅拌，得到混合搅拌料；
步骤五：在步骤四中进行搅拌混合操作后将其放入钢模中，并压制成管状毛坯；
步骤六：将管状毛坯进行干燥处理；
步骤七：将管状毛坯在600～800℃下进行预烧结，再经负压处理后在1100~1400℃，制得发动机冷却水管半成品；
步骤八：将水管半成品置于水蒸气环境中，于500～900℃下保持1～2h，制得发动机冷却水管成品。
3.根据权利要求2所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：步骤一中，可采用冷气流粉碎的方式制成粉末，粉末的粒径为3～5μm。
4.根据权利要求2所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：在步骤二中，进行配置粘结剂的各材料是以重量配比方式进行承重，其中硅溶胶31重量份，锆溶胶49重量份、正辛醇0.017重量份和乳胶0.35重量份混合均匀，采用搅拌机进行搅拌，搅拌时间为40min，得到粘结剂。
5.根据权利要求4所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：在步骤三中，NiCl·6H2O和H3BO3按10:1混合，加入蒸馏水直至完全溶解，控制溶液的pH在3.5～4.5，温度为70～80°C，最后在氢气气氛中进行还原。
6.根据权利要求1所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：步骤四中，进行混合搅拌的方式，可以使用搅拌机以90rmp的速度进行搅拌，搅拌时间为100min，然后静置50min得到混合搅拌料。
7.根据权利要求6所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：步骤五中，需要先将混合搅拌料经气体雾化处理后形成粉末，在放入钢模中；压制成管状毛坯的方式采用封闭钢模冷压成型，在常温下，粉料在封闭钢模中，按规定的单位压力，将粉料制成压坯的方法，其压制过程中，粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧；粉末挤紧过程中，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始出现变形；粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合呈牢固接触状态；粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。
8.根据权利要求7所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：步骤七中，进行预烧结的温度为700℃，时间为50min，同时包括对管状毛坯的复压整形；烧结的温度为1300℃，时间为3h；管状毛坯在进行预烧结时，使得管状毛坯中产生原子扩散、固溶、化合和溶解，致使管状毛坯收缩并强化。
9.根据权利要求1所述的轻量化高强度新能源汽车冷却水管及制备方法，其特征在于：在步骤八中，制成发动机冷却水管成品后，将需要对其进行表面保护处理。
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