DE112016000649T5

DE112016000649T5 - Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6X82-Substrat für einen Fahrzeuglenker

Info

Publication number: DE112016000649T5
Application number: DE112016000649.7T
Authority: DE
Inventors: Yutao Zhao; Xizhou Kai; Gang Chen; Qirong Li; Jianying Pu
Original assignee: Asia-Pacific Light Alloy (nantong) Tech Co Ltd; ASIA-PACIFIC LIGHT ALLOY (NANTONG) TECHNOLOGY Co Ltd; Jiangsu University
Current assignee: Asia Pacific Light Alloy Nantong Technology Cn; Jiangsu University Jiangsu Cn
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: DE112016000649B4; WO2016184237A1; DE112016000649B8; CN104928542A; CN104928542B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumsubstrat-Verbundmaterial, insbesondere ein Herstellungsverfahren eines Hochleistungs-Aluminiumsubstrat-Verbundmaterials für einen Fahrzeuglenker. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die "Beschränkung und Steuerung des spiralförmigen Magnetfeldes" und die "hochenergetische Ultraschall-Dispersion“ des Reaktionspartners des Stärkungskörpers kombiniert werden, um einen mehrwertigen mehrmaßstäblichen Nanoverbundverstärker herzustellen, dann wird anhand der Gestaltung der Leistungsbestandteile der Nanoverbundverstärker mit einer angemessenen Menge unmittelbar in der 6 × 82-Legierungsschmelze nach der Reinigungsbehandlung hinzugefügt und homogenisiert, am Ende wird mittels eines optimierten verbesserten Gasform-Gießsystems eine Serienproduktion des Verbundmaterialsstabmaterials mit 6 × 82-Substrat realisiert. Die vorliegende Erfindung verfügt über folgende Vorteile: der mehrwertige mehrmaßstäbliche Nanostärkungskörper hat eine hohe Reaktions- und Generierungseffizienz, die Nanostärkungskörper im Verbundmaterial sind gleichmäßig verteilt und das Verbundmaterial hat eine stabile Leistung, aufgrund dessen eignet sich die vorliegenden Erfindung zur Serienproduktion des Verbundmaterials mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumsubstrat-Verbundmaterial, insbesondere ein Herstellungsverfahren eines Hochleistungs-Aluminiumsubstrat-Verbundmaterials für einen Fahrzeuglenker.
STAND DER TECHNIK
Wegen der Anforderungen an die Energieeffizienz und den Umweltschutz des Fahrzeugs, ein niedriges Gewicht und eine gute Mobilität wird ein Teil der Eisenbauteile und Stahlbauteile wie Fahrzeuglenker allmählich durch Aluminiumlegierungen ersetzt; mit Rücksicht auf die Hochplastizität und die Sicherheit werden zurzeit auf internationalen Gebiet in der Regel Gussteile aus 6082 Aluminiumlegierung (Al-Mg-Si-Cu-Serie) als Lenker für leichte Fahrzeuge verwendet. Obwohl nach Luftform-Gießen, zweimaligen Extrudieren und Schmieden die Zugfestigkeit der Materialien 340 MPa, die Dehngrenze Rp 0,2 310 MPa, die Dehnung 12 % und die Steifigkeit erreichen kann, können nach langem Gebrauch immer noch kleinere Verformungen (nicht ausreichende Festigkeit und Steifigkeit) und Ermüdungsbrüche (nicht ausreichende Zähigkeit) auftreten, was das geringe Gewicht und die Sicherheit des Fahrzeugs gefährdet.
Der derzeit bestehenden Literatur und der Literaturübersicht ist zu entnehmen, dass zurzeit hauptsächlich durch eine optimierte Zusammensetzung der Bestandteile der Legierungen in Kombination mit einer strikten Wärmebehandlungstechnik die Gesamtleistung des Aluminiumlenkers verbessert wird (wie in Patent CN103173664 ); allerdings hat die obige Technik immer noch folgende Nachteile und Mängel: (1) Verbesserung der Hochplastizität nicht erheblich (in der Regel niedriger als 10%), dabei basiert sie hauptsächlich auf der Verstärkung der Legierung und der Abhärtung der Ausfällung, und ein Problem ist die umgekehrte Proportionalität zur Hochplastizität, üblicherweise wird die Festigkeit auf Kosten der Formbarkeit verbessert; (2) Durch Legieren kann der Elastizitätsmodul der Materialien nicht wirksam erhöht werden, deshalb kann die Steifigkeit der Materialien nicht gründlich verbessert werden, und der Effekt des geringen Gewichts ist nicht erheblich.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, hinsichtlich der Mängel aus dem Stand der Technik dass auf der Grundlage der Optimierung der Legierungszusammensetzung und des Wärmebehandlungsverfahrens in der gereinigten Legierungsschmelze ein mehrwertiger mehrmaßstäblicher Nanoverbundverstärker mit reichlichem Nano-Aln-Whisker, Nano-ZrB₂-Teilchen, Submikron-TiB₂-Teilchen, Nano-Al₂O₃-Teilchen und Mikron-Al₃Ti-Teilchen zugegeben wird, wobei durch eine Verstärkung des Tragens der Nanofasern, eine Verstärkung der Nanokorpuskeln Orowan, eine Zähigkeitsverbesserung des Nanostärkungskörpers und eine Stärkung des Feinkristalls und die Wirkung anderer Mechanismen die plastische Zähigkeit des Legierungssubstrats im höchsten Grad erhalten wird, während Festigkeit und Elastizitätsmodul verbessert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die "Beschränkungs- und Steuertechnik des spiralförmigen Magnetfeldes" und die "hochenergetische Ultraschall-Dispersionstechnik“ miteinander kombiniert, um den mehrwertigen mehrmaßstäblichen Nanoverbundverstärker hocheffizient in situ herzustellen; dann wird der Verbundverstärker in der 6 × 82-Legierungsschmelze nach der Optimierung der Zusammensetzung und der Reinigungsbehandlung zugegeben, und mit einem Verfahren des Rührens des niederfrequenten Magnetfeldes werden die Verschmelzung und die Dispersion des Verbundverstärkers gefördert; am Ende wird durch ein optimiertes verbessertes Gasformgusssystem ein Verbundmaterialgussstrang erhalten, welcher anschließend einer Wärmebehandlung, Verformung und dem Formen der Lenkerbauteile unterworfen wird.
Mit dem Nanoverbundverstärker der vorliegenden Erfindung und der Technik der Nanoverbundzähmodifizierung werden die Nachteile der derzeit bestehenden Optimierungsmethode der Legierungszusammensetzung, dass die Festigkeit der Materialien nicht erheblich ist, der Elastizitätsmodul der Legierung nicht verbessert werden kann und die plastische Zähigkeit geopfert wird, wirksam gelöst; darüber hinaus werden beim unmittelbaren In-Situ-Zusammensetzen des Stärkungskörpers im Legierungsschmelzbad die Nachteile wirksam vermieden, dass die Reaktionspartner schwer zu infiltrieren sind, die Nebenerzeugnisse die Legierung verschmutzen, die Anlagenumgestaltung hohe Kosten verursacht und die Produktionseffizienz verschlechtert wird; dadurch kann auf der Grundlage einer minimalen Umgestaltung der Anlage eine hocheffiziente Serienproduktion des Verbundmaterials mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker mit niedrigen Kosten und ohne Verschmutzung realisiert werden.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst folgende Schritte:

(1) Herstellung des mehrwertigen mehrmaßstäblichen Nanoverbundverstärkers: Die 6 × 82-Legierung wird in einem Tiegel der Verbundvorrichtung mit der Spiralmagnetfeld-Ultraschallfeld-Kombination hinzugefügt, wie in 1 dargestellt, dann erfolgt eine Temperaturerhöhung auf die benötigte Reaktionstemperatur, anschließend werden die Reaktionspartner in der Schmelze zugeführt oder zugegeben, und das Generierungssystem des Spiralmagnetfeldes und des Ultraschallfeldes wird gestartet, so dass die Reaktionspartner und die Aluminiumschmelze vollständig miteinander vermischt werden und miteinander in Kontakt sind, nach dem Beenden der Reaktion wird der mehrwertige mehrmaßstäbliche Nanoverbundverstärker aus der Ausgabeöffnung erhalten.
(2) Herstellung des Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker: Der in Schritt 1 hergestellte Verbundverstärker wird im Legierungsschmelzbad der Halbstrangguss-Produktionslinie der 6 × 82-Legierung für einen Fahrzeuglenker nach dem Entfernen der Gase und Schlacke hinzugefügt, dann erfolgt ein gleichmäßiges Rühren, dann wird ein Verbundmaterialstab mittels eines optimierten verbesserten Gasform-Gießsystems hergestellt.

Die 6 × 82-Legierung ist eine spezifische Legierung, deren Zusammensetzung durch unser Unternehmen anhand der Anforderungen der Kunden der Fahrzeuglenkerlieferanten an die Performance optimiert wird. Zuerst werden der Si-Gehalt und der Mg-Gehalt jeweils von 1,05–1,12% und 0,82–0,95% von 6082 auf 0,9–1,05% und 0,9–1,05% eingestellt, dabei wird der Gehalt an freiem Silizium reduziert (von 0,58% auf 0,4%), während der Mg₂Si-Gehalt erhöht wird (von 1,4% auf 1,5%), um die Duktilität und Formbarkeit der Legierung zu verbessern, während die Festigkeit unverändert bleibt; gleichzeitig wird der Bestandteil von Cu auf 0,5–0,6 eingestellt, um die Festigkeit der Legierung zu verbessern; zweitens wird Zr als Zusatzelement auf 0,03% eingestellt, und Cr wird als Zusatzelement im Bereich von 0,1–0,15% eingestellt, durch die Verbundfunktion von den drei Elementen wird eine feine dispergierte Verbindung ausgebildet, um die Rekristallisationstemperatur zu erhöhen; schließlich wird die Legierung im Vergleich zur 6082-Legierung in Hinsicht auf die Hochplastizität und die Formbarkeit weiter verbessert; die detaillierte Zusammensetzung der 6 × 82-Legierung wird nach dem Gewichtsprozentanteil wie folgt berechnet: Si: 0,9–1,05, Mg: 0,9–1,05, Cu: 0,5–0,6, Fe: 0,2, Cr: 0,1–0,15, Zr: 0,03, wobei andere Verunreinigungselemente einschließlich Pb, Sn und Na einen Einzelgewichtsprozentanteil von niedriger als 0,05 haben und einen Gesamtgewichtsprozentanteil von nicht mehr als 0,15 haben, und wobei der Rest Al ist.
Die "Verbundvorrichtung mit der Spiralmagnetfeld-Ultraschallfeld-Kombination" umfasst einen in der Isolations- und Wärmehaltungsschicht befindlichen Tiegel, wobei am Tiegel ein Deckel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Ultraschallsystem aus einem Doppelultraschallhorn und einem Spiralrührmagnetkörper versehen ist, wobei das Doppelultraschallhorn sich durch den Deckel in den Tiegel erstreckt und entlang der Mittelachse des Tiegels symmetrisch angeordnet ist; und wobei der Spiralrührmagnetkörper an der Oberfläche der Isolations- und Wärmehaltungsschicht installiert ist, die detaillierte Struktur ist in 1 dargestellt, und die Prozessparameter sind dadurch gekennzeichnet: dass das rotierende Magnetfeld (Umfangsrichtung) und das wandernde Magnetfeld (radial) des Spiralrührmagnetkörpers separat eingestellt werden können, wobei die Spannung 380 V beträgt, der Strom im Bereich von 50–190 A einstellbar ist und die Frequenz im Bereich von 2–20 Hz einstellbar ist; und wobei die Ultraschallleistung 500–2000 W, die Geschwindigkeit 1500 m/s und die Ultraschallfrequenz 10–30 kHz beträgt; mittels einer Einstellung der Stärke und Frequenz der Magnetfelder in zwei Richtungen kann eine gleichmäßige Mischung zwischen den Reaktionspartnern und der Aluminiumschmelze wirksam realisiert werden, während ein Auftauchen und Versinken der durch die Reaktionspartner des hochenergetischen Ultraschallzerbrechens generierten feinen Luftbläschen, Tröpfchen der geschmolzene Salzlösung oder Pulver beschränkt werden, so dass die Aluminiumschmelze und die Reaktionspartner in vollständigen Kontakt miteinander gelangen, um den Reaktionsvorgang zu beschleunigen und die Eigenschaften des Stärkungskörpers zu homogenisieren; unter besten Prozessparametern hat das rotierende Magnetfeld folgende Parameter: Strom 50 A, Frequenz 10 Hz; das wandernde Magnetfeld: Strom 90 A, Frequenz 15 Hz; der Ultraschall: Leistung 1500 W, Frequenz 20 kHz, nach 30 min kann die Gesamtreaktion beendet werden (keine Restreaktionspartner), darüber hinaus sind die Stärkungskörper gleichmäßig verteilt.
Die Bestandteile des Stärkungskörpers im mehrwertigen mehrmaßstäblichen Nanoverbundverstärker werden nach dem Gewichtsprozentanteil wie folgt berechnet: Nano-AlN-Whisker (1–2 Gew.-%), Nano-ZrB₂-Teilchen (1–5 Gew.-%), Nano-Al₂O₃-Teilchen (0–10 Gew.-%) und Submikron-TiB₂-Teilchen (1–5 Gew.-%), wobei der Rest 6 × 82-Legierung ist.
Im Schritt (2) beträgt die Zugabemenge des Verbundverstärkers 0,5–5 Gew.- der 6 × 82-Legierung.
Der zum Herstellen des Stärkungskörpers verwendete Gasreaktionspartner ist N₂ oder NH₃, wobei seine Reinheit 99,8 Vol.-% nicht unterschreitet und die Flussmenge 1,5–3–5 L/min beträgt; wobei der Festkörperreaktionspartner durch eines von K₂ZrF₆ und ZrO₂, eines von K₂TiF₆ und TiO₂ und eines von KBF₄ und B₂O₃ ausgebildet ist, und wobei das Verhältnis des Festkörperreaktionspartners anhand des stöchiometrischen Verhältnisses des Stärkungskörpers festgelegt wird.
Das optimierte verbesserte Gasform-Gießsystem ist wie in 2 dargestellt, nachdem der Verbundverstärker in der 6 × 82-Legierungsschmelze verschmolzen wurde, hat der Nanostärkungskörper darin unter Wirkung der Antriebskraft der Reduzierung der freien Energie einen Trend zum Agglomerieren, am Ende wird das Agglomerieren der Nanostärkungskörper im endgültigen Verbundmaterial nicht förderlich für die Entfaltung der Stärkungswirkung; bei der vorliegenden Erfindung ist am Einfließende der Schmelze des Gasform-Gießsystems eine rechteckige Stromführungshülse angeordnet, an deren vier Umfangsflächen jeweils ein elektromagnetischer Rührmagnetkörper angeordnet ist, wobei in der Mitte der Stromführungshülse ein hochenergetisches Ultraschallgerät angeordnet ist, dessen Leistung 500 W und Frequenz 20 kHz beträgt; wobei der hochenergetische Ultraschall eine erneute Dispersion der in der Schmelze agglomerierten Nanostärkungskörper ermöglichen kann, während das rotierende Magnetfeld hoher Stärke am Umfang der Stromführungshülse eine Spannung von 380 V, einen Strom von 25 A und eine Frequenz von 20 Hz hat; so dass die Schmelze in der Stromführungshülse mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert und die rechteckige Innenwand der Stromführungshülse schlagend berührt, um die Dispersion und die Übertragung der Nanoteilchen zu fördern, und wobei die gleichmäßige verteilte Schmelze der Nanostärkungskörper in der Stromführungshülse beim Eintreten in den Kristallisierapparat schnell starr wird; so dass es nicht nur gewährleistet wird, dass das Verbundmaterial feine kristalline Körner hat, die Nanostärkungskörper gleichmäßig verteilt sind und die Verbundschmelze während des spiralförmigen Senkungsprozesses unter Wirkung des Magnetfeldes und des Schwerkraftfeldes starr wird, sondern die Oberflächentrennung der Gussstäbe auch wirksam verringert werden kann.
Aus dem Stand der Technik werden nur die Legierungsbestandteile optimiert, und ein striktes Wärmebehandlungssystem wird festgelegt, dadurch wird die Festigkeit der Legierung nicht erheblich verbessert, sondern nur um 10%, darüber hinaus zeigt die Literatur, dass aus dem bevorzugten Verfahren die Verbesserung der Festigkeit auf Kosten der plastischen Zähigkeit der Legierung geht, was sehr nachteilig ist, und dass durch die Legierung der Elastizitätsmodul des Materials nicht im Wesentlichen erhöht werden kann, so dass die Verbesserung der Steifigkeit der Legierung beschränkt ist. Zudem werden die Bestandteile und das Verfahren der derzeit bestehenden Legierung international schon seit Jahren verbessert. Vom technischen Standpunkt betrachtet kann davon ausgegangen werden, dass die mittels des Legierens realisierte Verbesserung der Performance der 6082-Legierung für einen Fahrzeuglenker schon die Grenze der Optimierung erreicht hat. Aber Ermüdungsbrüche und Verformungen bei langfristiger Verwendung treten immer noch ab und zu auf. Aufgrund dessen ist es eine wichtige Methode zur Verbesserung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit und zurm weiten Verbreitetung des Aluminiumfahrzeuglenkers, mittels neuer technischer Maßnahmen die Festigkeit, den Elastizitätsmodul und die Ermüdungsleistung der Legierung zu verbessern, während die plastische Zähigkeit der Legierung erhalten wird.
Bei der mehrwertigen mehrmaßstäblichen Nanoverbundverstärkungstechnik und dem Herstellungsverfahren des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Festigkeit und der Elastizitätsmodul des Materials mittels der Wirkung des Nanostärkungskörpers im Nanobereich erheblich verbessert, während die plastische Zähigkeit des Materials erhalten wird. Im Vergleich zum herkömmlich Verfahren, bei dem das Aluminiumsubstrat-Verbundmaterial unmittelbar in situ synthetisiert wird, werden bei der vorliegenden Erfindung die Herstellung des Verbundverstärkers und die Herstellung des Verbundmaterials voneinander getrennt, auf der Grundlage einer minimalen Umgestaltung der ursprünglichen Produktionslinie können die doppelten Vorteile – Einfachheit und Steuerbarkeit der Herstellungseinrichtung des Verbundverstärkers sowie die Kontinuität und die Effizienz der Liegierungsstranggussproduktionslinie – wirksam entfaltet werden; dadurch wird das Problem des Reaktionsverfahrens, dass die Reaktionspartner des Stärkungskörpers und die Aluminiumschmelze schwer zu infiltrieren sind, unmittelbar gelöst und eine niedrige Reaktionseffizienz besteht, gleichzeitig werden die durch eine unmittelbare Zugabe des Reaktionspartners des Stärkungskörpers in dem Schmelzbad der Legierungsstranggussproduktionslinie bewirkten Nachteile vermieden, dass durch die Nebenerzeugnisse der Reaktion die Schmelze verschmutzt und die Effizienz der Stranggussproduktionslinie verschlechtert wird; dadurch kann die vorliegende Erfindung eine umweltschonende hocheffiziente Serienproduktion des Verbundmaterials mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker mit niedrigen Kosten realisieren, um eine technische Unterstützung der Energieeffizienz, der Umweltfreundlichkeit, bei geringem Gewicht und einer Verbesserung der Manövrierbarkeit des Fahrzeugs zu bieten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Strukturansicht der Verbundvorrichtung mit der Spiralmagnetfeld-Ultralschallfeld-Kombination gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 Hebe- und Senkvorrichtung des Deckels, 2 Ultraschallgerät, 3 Lüftungsrohr, 4 Eingabeöffnung, 5 Deckel, 6 Tiegel, 7 Ultraschallhorn, 8 Induktive Erwärmungsspule, 9 Spiralrührmagnetkörper, 10 Isolations- und Wärmehaltungsschicht, 11 Stützhalter, 12 Ausgabeöffnung.
2 zeigt eine schematische Strukturansicht eines optimierten verbesserten Gasform-Gießsystems gemäß der vorliegenden Erfindung; 13 Hochenergieultraschallkopf, 14 Rechteckige Stromführungshülse, 15 Rührmagnetfeld, 16 Kristallisierapparat.
3 zeigt eine strukturelle Hauptansicht eines optimierten verbesserten Gasform-Gießsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Organigramm eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten (ZrB₂ + AlN + TiB₂)/6 × 82 OrganigrammAl-Verstärkers.
5 zeigt ein Organigramm eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten (ZrB₂ + AlN + TiB₂)/6 × 82OrganigrammAl-Verbundmaterials.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Zusammenhang mit Figuren wird die Umsetzungslösung der vorliegenden Erfindung im Folgenden näher erläutert: die folgenden Ausführungsformen werden unter der Voraussetzung der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung umgesetzt, dabei werden ausführliche Ausführungsform und konkreter Betätigungsablauf offenbart, jedoch ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, wie eine schematische Darstellung der Arbeitsposition der Prozessanlage zum Herstellen des Verbundmaterials gemäß 1.
Ausführungsform 1
Mit N₂-Gas, K₂ZrF₆, K₂TiF₆ und KBF₄ als Reaktionspartner wird ein (ZrB₂ + AlN + TiB₂)/6 × 82Al-Verbundmaterial hergestellt, dabei enthält das endgültige Verbundmaterial Nano-ZrB₂-Teilchen (0,15 Gew.-%), Nano-AlN-Whisker (0,05–0,1 Gew.-%), und Submikron-TiB₂-Teilchen (0,1 Gew.-%), wobei der Rest 6 × 82-Legierung ist.
Die zum Herstellen des Stärkungskörpers verwendeten Gasreaktionspartner sind N₂, K₂ZrF₆, K₂TiF₆ und B₂O₃, rotierendes Magnetfeld: Strom 50 A, Frequenz 10 Hz; wanderndes Magnetfeld: Strom 90 A, Frequenz 15 Hz; Ultraschall Leistung 1500 W, Frequenz 20 kHz; die Reinheit des industrielles N₂-Gases ist nicht niedriger als 99,8 Vol.-%, und die Flussmenge beträgt 1,5–3,5 L/min; der Festkörperreaktionspartner ist durch K₂ZrF₆, K₂TiF₆ und B₂O₃ ausgebildet, und sie werden nach der Menge zugegeben, so dass 4 Gew.-% Nano-ZrB₂-Teilchen, 4 Gew.-% Submikron-TiB₂-Teilchen und 5 Gew.-% Mikron-Al₃Ti-Teilchen generiert werden, dann beträgt die theoretische Generierungsmenge von Nano-Al₂O₃ in der Schmelze des Verbundverstärkers 6,3 Gew.-%, mit einer Menge von 3 Gew.-% der Gesamtmenge der 6 × 82-Legierung wird die Schmelze des Verstärkers im gereinigten Legierungsschmelzbad, welches ein Gasform-Gießen erwartet, zugeführt, dabei sind die detaillierten Schritte gleich wie die in der ersten Ausführungsform, am Ende wird ein (ZrB₂ + AlN + Al₂O₃ + TiB₂)/6 × 82Al-Verbundmaterial erhalten.
Der Probenahme-Test über die mechanischen Eigenschaften zeigt an, dass die Zugfestigkeit des Verbundmaterial-Lenkers nach dem Schmieden 455 MPa, die Dehngrenze 394 MPa, die Dehnung 12,8 % und der Elastizitätsmodul 79 GPa beträgt.
Die zum Herstellen des Stärkungskörpers verwendeten Gasreaktionspartner sind N₂, K₂ZrF₆, K₂TiF₆ und B₂O₃, rotierendes Magnetfeld: Strom 50 A, Frequenz 10 Hz; wanderndes Magnetfeld: Strom 90 A, Frequenz 15 Hz; Ultraschall Leistung 1500 W, Frequenz 20 kHz; die Reinheit des industrielles N₂-Gases ist nicht niedriger als 99,8 Vol.-%, und die Flussmenge beträgt 1,5–3,5 L/min; der Festkörperreaktionspartner ist durch K₂ZrF₆, K₂TiF₆ und B₂O₃ ausgebildet, und sie werden nach der Menge zugegeben, so dass 4 Gew.-% Nano-ZrB₂-Teilchen, 4 Gew.-% Submikron-TiB₂-Teilchen und 5 Gew.-% Mikron-Al₃Ti-Teilchen generiert werden, dann beträgt die theoretische Generierungsmenge von Nano-Al₂O₃ in der Schmelze des Verbundverstärkers 6,3 Gew.-%, mit einer Menge von 3 Gew.-% der Gesamtmenge der 6 × 82-Legierung wird die Schmelze des Verstärkers im gereinigten Legierungsschmelzbad, welches ein Gasform-Gießen erwartet, zugeführt, dabei sind die detaillierten Schritte gleich wie die in der ersten Ausführungsform, am Ende wird ein (ZrB₂ + AlN + Al₂O₃ + TiB₂)/6 × 82Al-Verbundmaterial erhalten.
Der Probenahme-Test über die mechanischen Eigenschaften zeigt an, dass die Zugfestigkeit des Verbundmaterial-Lenkers nach dem Schmieden 455 MPa, die Dehngrenze 394 MPa, die Dehnung 12,8% und der Elastizitätsmodul 79 GPa beträgt.
Der Probenahme-Test über die mechanischen Eigenschaften zeigt an, dass die Zugfestigkeit des Verbundmaterial-Lenkers nach dem Schmieden 440 MPa, die Dehngrenze 380 MPa, die Dehnung 14,3% und der Elastizitätsmodul 75 GPa beträgt, im Vergleich zum 6 × 82-Legierungssubtrat besteht jeweils eine Erhöhung um 29,4%, 22,5%, 19,1% und 11,4%.
Ausführungsform 2
Mit NH₃-Gas, ZrO₂, TiO₂ und B₂O₃ als Reaktionspartner wird ein (ZrB₂ + AlN + Al₂O₃ + TiB₂)/6 × 82Al-Verbundmaterial hergestellt, dabei enthält das endgültige Verbundmaterial Nano-ZrB₂-Teilchen von 0,08 Gew.-%, Nano-Al₂O₃-Teilchen von 0,248 Gew.-%, Nano-AlN-Whisker von 0,05-0,1 Gew.-% und Submikron-TiB₂-Teilchen von 0,04 Gew.-%, wobei der Rest 6 × 82-Legierung ist.
Für den Stärkungskörper-Reaktionspartner werden NH₃, ZrO₂, TiO₂ und B₂O₃ ausgewählt, rotierendes Magnetfeld: Strom 50 A, Frequenz 10 Hz; wanderndes Magnetfeld: Strom 90 A, Frequenz 15 Hz; Ultraschall Leistung 1500 W, Frequenz 20 kHz; industrielles Ammoniak, NH₃ ≥ 99,8 Vol.-%, Flussmenge 3L/min, die Reaktionspartner-Pulvermittel ZrO₂, TiO₂ und B ₂O₃ werden nach der Menge zugegeben, so dass 2 Gew.-% Nano-ZrB₂-Teilchen,1 Gew.-% Submikron-TiB₂-Teilchen und 2 Gew.-% Mikron-Al₃Ti-Teilchen generiert werden, dann beträgt die theoretische Generierungsmenge von Nano-Al₂O₃ in der Schmelze des Verbundverstärkers 6,2 Gew.-%, mit einer Menge von 4 Gew.-% der Gesamtmenge der 6 × 82-Legierung wird der Verstärker im gereinigten Legierungsschmelzbad, welches ein Gasform-Gießen erwartet, hinzugefügt, dabei sind die detaillierten Schritte gleich wie die in der ersten Ausführungsform, am Ende wird ein (ZrB₂ + AlN + Al₂O₃ + TiB₂)/6 × 82Al-Verbundmaterial erhalten.
Der Probenahme-Test über die mechanischen Eigenschaften zeigt an, dass die Zugfestigkeit des Verbundmaterial-Lenkers nach dem Schmieden 442 MPa, die Dehngrenze 390 MPa, die Dehnung 13,5 % und der Elastizitätsmodul 78 GPa beträgt.
Ausführungsform 3
Mit N₂-Gas, K₂ZrF, K₂TiF₆ und B₂O₃ als Reaktionspartner wird ein (ZrB₂ + AlN + Al₂O₃ + TiB₂)/6 × 82Al-Verbundmaterial hergestellt, dabei enthält das endgültige Verbundmaterial Nano-ZrB₂-Teilchen von 0,12 Gew.-%, Nano-Al₂O₃-Teilchen von 0,183 Gew.-%, Nano-AlN-Whisker von 0,05–0,1 Gew.-% und Submikron-TiB₂-Teilchen von 0,12 Gew.-%, wobei der Rest 6 × 82-Legierung ist.
Die zum Herstellen des Stärkungskörpers verwendeten Gasreaktionspartner sind N₂, K₂ZrF₆, K₂TiF₆ und B₂O₃, rotierendes Magnetfeld: Strom 50 A, Frequenz 10 Hz; wanderndes Magnetfeld: Strom 90 A, Frequenz 15 Hz; Ultraschall Leistung 1500 W, Frequenz 20 kHz; die Reinheit des industrielles N₂-Gases ist nicht niedriger als 99,8 Vol.-%, und die Flussmenge beträgt 1,5–3,5 L/min; der Festkörperreaktionspartner ist durch K₂ZrF₆, K₂TiF₆ und B₂O₃ ausgebildet, und sie werden nach der Menge zugegeben, so dass 4 Gew.-% Nano-ZrB₂-Teilchen, 4 Gew.-% Submikron-TiB2-Teilchen und 5 Gew.-% Mikron-Al₃Ti-Teilchen generiert werden, dann beträgt die theoretische Generierungsmenge von Nano-Al₂O₃ in der Schmelze des Verbundverstärkers 6,3 Gew.-%, mit einer Menge von 3 Gew.-% der Gesamtmenge der 6 × 82-Legierung wird die Schmelze des Verstärkers im gereinigten Legierungsschmelzbad, welches ein Gasform-Gießen erwartet, zugeführt, dabei sind die detaillierten Schritte gleich wie die in der ersten Ausführungsform, am Ende wird ein (ZrB₂ + AlN + Al₂O₃ + TiB₂)/6 × 82Al-Verbundmaterial erhalten.
Der Probenahme-Test über die mechanischen Eigenschaften zeigt an, dass die Zugfestigkeit des Verbundmaterial-Lenkers nach dem Schmieden 455 MPa, die Dehngrenze 394 MPa, die Dehnung 12,8 % und der Elastizitätsmodul 79 GPa beträgt.

Claims

Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker, dadurch gekennzeichnet, dass die detaillierten Schritte wie folgt sind: – Hinzufügen der 6 × 82-Legierung in einem Tiegel der Verbundvorrichtung mit der Spiralmagnetfeld-Ultraschallfeld-Kombination, dann erfolgt eine Temperaturerhöhung auf die benötigte Reaktionstemperatur, anschließend werden die Reaktionspartner in der Schmelze zugeführt oder zugegeben, und das Generierungssystem des Spiralmagnetfeldes und des Ultraschallfeldes wird gestartet, so dass die Reaktionspartner und die Aluminiumschmelze vollständig miteinander vermischt werden und miteinander in Kontakt sind, nach dem Beenden der Reaktion wird der mehrwertige mehrmaßstäbliche Nanoverbundverstärker aus der Ausgabeöffnung erhalten; Hinzufügen des Verbundverstärkers im Legierungsschmelzbad der Halbstrangguss-Produktionslinie der 6 × 82-Legierung für den Fahrzeuglenker nach dem Entfernen der Gase und Schlacke, dann erfolgt ein gleichmäßiges Rühren, dann wird ein Verbundmaterialstab mittels eines optimierten verbesserten Gasform-Gießsystems hergestellt.
Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die detaillierte Zusammensetzung der 6 × 82-Legierung nach dem Gewichtsprozentanteil wie folgt berechnet wird: Si: 0,9–1,05, Mg: 0,9–1,05, Cu: 0,5–0,6, Fe: 0,2, Cr: 0,1–0,15, Zr: 0,03, wobei andere Verunreinigungselemente einschließlich Pb, Sn und Na einen Einzelgewichtsprozentanteil von niedriger als 0,05 haben und einen Gesamtgewichtsprozentanteil von nicht mehr als 0,15 haben, und wobei der Rest Al ist.
Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbundvorrichtung mit einer Spiralmagnetfeld-Ultraschallfeld-Kombination einen in der Isolations- und Wärmehaltungsschicht befindlichen Tiegel umfasst, wobei am Tiegel ein Deckel angeordnet ist, und wobei die Vorrichtung mit einem Ultraschallsystem aus einem Doppelultraschallhorn und einem Spiralrührmagnetkörper versehen ist, und wobei das Doppelultraschallhorn sich durch den Deckel in den Tiegel erstreckt und entlang der Mittelachse des Tiegels symmetrisch angeordnet ist; und wobei der Spiralrührmagnetkörper an der Oberfläche der Isolations- und Wärmehaltungsschicht installiert ist, und wobei das rotierende Magnetfeld in der Umfangsrichtung und das wandernde Magnetfeld in der radialen Richtung des Spiralrührmagnetkörpers separat eingestellt werden können, und wobei die Spannung 380 V beträgt, der Strom im Bereich von 50–190 A einstellbar ist und die Frequenz im Bereich von 2–20 Hz einstellbar ist; und wobei die Ultraschallleistung 500–2000 W, die Geschwindigkeit 1500 m/s und die Ultraschallfrequenz 10–30 kHz beträgt; und wobei mittels einer Einstellung der Stärke und Frequenz Magnetfelder in zwei Richtungen eine gleichmäßige Mischung zwischen den Reaktionspartnern und der Aluminiumschmelze wirksam realisiert werden kann, während ein Auftauchen und Versinken der durch die Reaktionspartner des hochenergetischen Ultraschallzerbrechens generierten feinen Luftbläschen, Tröpfchen der geschmolzene Salzlösung oder Pulver beschränkt werden, so dass die Aluminiumschmelze und die Reaktionspartner vollständig miteinander in Kontakt sind, um den Reaktionsvorgang zu beschleunigen und die Zeugnisse des Stärkungskörpers zu homogenisieren.
Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Magnetfeld in der Umfangsrichtung folgende Parameter hat: Strom 50 A, Frequenz 10 Hz; wobei das wandernde Magnetfeld folgende Parameter hat: Strom 90 A, Frequenz 15 Hz; und wobei der Ultraschall folgende Parameter hat: Leistung 1500 W, Frequenz 20 kHz, und wobei nach 30 min die Gesamtreaktion beendet werden kann, und wobei keine Restreaktionspartner bestehen und darüber hinaus die Stärkungskörper gleichmäßig verteilt sind.
Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für den Fahrzeuglenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile des Stärkungskörpers im mehrwertigen mehrmaßstäblichen Nanoverbundverstärker nach dem Gewichtsprozentanteil wie folgt berechnet werden: Nano-AlN-Whisker von 1–2 Gew.-%, Nano-ZrB₂-Teilchen von 1–5 Gew.-%), Nano-Al₂O₃-Teilchen von 0–10 Gew.-% und Submikron-TiB₂-Teilchen von 1–5 Gew.-%, wobei der Rest 6 × 82-Legierung ist.
Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabemenge des mehrwertigen mehrmaßstäblichen Nanoverbundverstärkers 0,5–5 Gew.-% der 6 × 82-Legierung beträgt.
Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Herstellen des Stärkungskörpers verwendete Gasreaktionspartner N₂ oder NH₃ ist, wobei seine Reinheit 99,8 Vol.-% nicht unterschreitet und die Flussmenge 1,5–3–5 L/min beträgt; und wobei der Festkörperreaktionspartner im Reaktionspartner durch eines von K₂ZrF₆ und ZrO₂, eines von K₂TiF₆ und TiO₂ und eines von KBF₄ und B₂O₃ ausgebildet ist, und wobei das Verhältnis des Festkörperreaktionspartners anhand des stöchiometrischen Verhältnisses des Stärkungskörpers festgelegt wird.
Herstellungsverfahren für Verbundmaterial mit 6 × 82-Substrat für einen Fahrzeuglenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Einfließende der Schmelze des Gasform-Gießsystems eine rechteckige Stromführungshülse angeordnet ist, an deren vier Umfangsflächen jeweils ein elektromagnetischer Rührmagnetkörper angeordnet ist, wobei in der Mitte der Stromführungshülse ein hochenergetisches Ultraschallgerät angeordnet ist, dessen Leistung 500 W und Frequenz 20 kHz beträgt; wobei der hochenergetische Ultraschall eine erneute Dispersion der in der Schmelze agglomerierten Nanostärkungskörper ermöglichen kann, während das rotierende Magnetfeld hoher Stärke am Umfang der Stromführungshülse eine Spannung von 380 V, einen Strom von 25 A und eine Frequenz von 20 Hz hat; so dass die Schmelze in der Stromführungshülse mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert und die rechteckige Innenwand der Stromführungshülse schlagend berührt, um die Dispersion und die Übertragung der Nanoteilchen zu fördern, und wobei die gleichmäßig verteilte Schmelze der Nanostärkungskörper in der Stromführungshülse beim Eintreten in den Kristallisierapparat schnell starr wird; so dass es nicht nur gewährleistet wird, dass das Verbundmaterial feine kristalline Körner hat, die Nanostärkungskörper gleichmäßig verteilt sind und die Verbundschmelze während des spiralförmigen Senkungsprozesses unter Wirkung des Magnetfeldes und des Schwerkraftfeldes starr wird, sondern die Oberflächentrennung der Gussstäbe auch wirksam verringert werden kann.