本發(fā)明涉及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁鎂合金的制備方法。
背景技術(shù)：
以鎂為主要合金元素的鋁合金具有質(zhì)量輕、耐蝕好、易成型、中等強(qiáng)度的 特征，廣泛應(yīng)用于汽車板、油罐車、運(yùn)煤車、船舶等交通工具制造，用鋁合金制造交通工具可明顯減輕自重、提高運(yùn)載能力、減少能源消耗，目前多用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們要求交通工具具備更高的使用性能與可靠性，這對(duì)某些部件用材料的力學(xué)性能、成型性能、熱穩(wěn)定性等綜合性能 也提出了更高的要求。以汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金為例，要求材料性能滿足抗拉強(qiáng)度在280 ～ 350Mpa、屈服強(qiáng)度 σ0.2 ≥ 125 Mpa、伸長(zhǎng)率 δ ≥ 26％，同時(shí)材料噴漆烘烤后強(qiáng)度不發(fā)生明顯下降。這就要求材料在較高強(qiáng)度的情況下保存很高的延伸率，以提高 材料的成型性能，同時(shí)要求材料具有很高的耐熱性能，以使制備出的交通工具具有更高的 安全性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可制備強(qiáng)度高、延伸性較好的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁鎂合金的制備方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁鎂合金的制備方法，其包括以下步驟：
（1）將鋁粒、鎳粒和鎂粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；
（2）將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；
（3）將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；
（4）裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；
（5）將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)擠壓成型，得到合金材料；
（6）再對(duì)上述合金材料進(jìn)行燒結(jié)和熱處理；
（7）然后將熱處理后的材料與液體混合，并加入有機(jī)粘合劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；
（8）再將漿料通過(guò)噴霧造粒機(jī)制成金屬粉末。
作為優(yōu)選，鎳的含量為2-3wt%，鎂的含量為5—12 wt %，余量為鋁。
作為優(yōu)選，所述液體采用蒸餾水或去離子水，且合金粉與液體的質(zhì)量比為（2.5—3）：1。
作為優(yōu)選，所述有機(jī)粘合劑采用金屬造粒劑，其加入量為合金粉質(zhì)量的2—4%。
作為優(yōu)選，所述噴霧造粒機(jī)采用離心噴霧造粒機(jī)或壓力噴霧造粒機(jī)。
作為優(yōu)選，所述離心噴霧造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為5000—8000轉(zhuǎn)/分，壓力噴霧造粒機(jī)的壓力為15—25kg/ cm 2。
作為優(yōu)選，所述噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為250—350℃、出口溫度為100—150℃；干燥空氣的流量為100—200 Nm 3 /h；進(jìn)料速度為10—20 kg/h。
作為優(yōu)選，擠壓成型在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，壓力為1000—1200MPa。
作為優(yōu)選，燒結(jié)時(shí)，先以280—320℃的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600℃溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700℃溫度燒結(jié)20—30s。
作為優(yōu)選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時(shí)效處理，其中固溶處理的溫度為650—700℃，時(shí)間為10—12min；冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%；時(shí)效處理的溫度為300—350℃，時(shí)間為2—3h
從以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過(guò)旋轉(zhuǎn)的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時(shí)間較短，合金元素來(lái)不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析，然后通過(guò)擠壓和熱處理工藝提高材料的強(qiáng)度，再通過(guò)噴霧造粒機(jī)可制備前強(qiáng)度較高、延伸率較好的粉末。
具體實(shí)施方式
下面將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁鎂合金的制備方法，其包括以下步驟：
以鋁、鎂、鎳粒為原料，并按鎳的含量為2-3wt%、鎂的含量為5—12 wt %、余量為鋁進(jìn)行配料；然后將鋁粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入鎂粒和鎳粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，以除去合金帶表面的氧化層，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；球磨時(shí)間為18—22h，球料比為4.5：1。
將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)擠壓成型，得到合金材料；在擠壓過(guò)程中，模具中的金屬粉末處除受到擠壓機(jī)沖頭的正壓力外，還受到模具壁的側(cè)壓力和摩擦力的作用；隨著沖頭的移動(dòng)，模具中的粉末被逐漸壓實(shí)，從而通過(guò)模具擠出。為了防止金屬氧化，擠壓成型在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，壓力采用1000—1200MPa，這樣可獲得致密度較高的的材料，且性能分布均勻，生產(chǎn)率高；接著對(duì)上述擠壓成型獲得的銅鎳鋁合金材料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)分三階段進(jìn)行，先以280—320℃的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600℃溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700℃溫度燒結(jié)20—30s；第一階段屬于燒結(jié)準(zhǔn)備階段，為進(jìn)一步地?zé)Y(jié)凈化環(huán)境；第二階段隨著溫度的升高，合金物質(zhì)顆粒之間開始形成燒結(jié)頸，并相互結(jié)合，顆粒表面氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，從而繼續(xù)參與燒結(jié)，顆粒間的結(jié)合封閉了相互之間的空隙；第三個(gè)階段的燒結(jié)溫度更高，顆粒間的燒結(jié)頸進(jìn)一步長(zhǎng)大，更多的顆粒得到合并，燒結(jié)體得到進(jìn)一步收縮、球化，從而提高制備材料的強(qiáng)度和硬度。
對(duì)上述粉末冶金材料進(jìn)行熱處理；熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時(shí)效處理；固溶處理的溫度為650—700℃，時(shí)間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大小；固溶溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大，降低合金強(qiáng)度；固溶溫度過(guò)低，晶粒雖較小，但會(huì)導(dǎo)致后續(xù)時(shí)效處理難以發(fā)揮強(qiáng)化合金的作用；冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%；時(shí)效處理前對(duì)合金進(jìn)行冷加工變形，可使合金呈現(xiàn)形變強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化的雙重效果；時(shí)效處理的溫度為300—350℃，時(shí)間為2—3h；時(shí)效處理可析出第二相，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化；接著將合金粉與液體混合，并加入金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過(guò)離心噴霧造粒機(jī)或壓力噴霧造粒機(jī)制備金屬粉末。
實(shí)施例1
將93wt %鋁粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入2wt %鎳粒和5wt%鎂粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干；然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；將合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)采用1000MPa的壓力擠壓成型，得到合金材料，接著以280℃的溫度燒結(jié)30s，然后以500℃溫度燒結(jié)60s，再以650℃溫度燒結(jié)30s；隨后以650℃固溶處理12min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%；最后以300℃時(shí)效處理3h；接著將熱處理后的材料與蒸餾水混合，且材料與蒸餾水的質(zhì)量比為2.5：1，并加入材料質(zhì)量的2%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過(guò)離心噴霧造粒機(jī)進(jìn)行造粒，其中噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為250℃、出口溫度為100℃、干燥空氣的流量為100 Nm 3 /h、進(jìn)料速度為10kg/h，離心噴霧造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為5000—8000轉(zhuǎn)/分，從而得到鋁鎂合金粉末；該合金粉末用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件時(shí)的抗拉強(qiáng)度可達(dá)337Mpa、屈服強(qiáng)度達(dá)到136Mpa、伸長(zhǎng)率達(dá)25.3％。
實(shí)施例2
將88wt %鋁粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入3 wt %鎳粒和9wt%鎂粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干；然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；將合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)采用1100MPa的壓力擠壓成型，得到合金材料，接著以300℃的溫度燒結(jié)25s，然后以560℃溫度燒結(jié)50s，再以680℃溫度燒結(jié)25s；隨后以680℃固溶處理11min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%；最后以330℃時(shí)效處理2.5h；接著將熱處理后的材料與去離子水混合，且材料與去離子水的質(zhì)量比為2.8：1，并加入材料質(zhì)量的3%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過(guò)壓力噴霧造粒機(jī)進(jìn)行造粒，其中噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為300℃、出口溫度為130℃、干燥空氣的流量為150 Nm 3 /h、進(jìn)料速度為15 kg/h，壓力噴霧造粒機(jī)的壓力為25kg/ cm 2，從而得到鋁鎂合金粉末；該合金粉末用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件時(shí)的抗拉強(qiáng)度可達(dá)379Mpa、屈服強(qiáng)度達(dá)到158Mpa、伸長(zhǎng)率達(dá)28.2％。
實(shí)施例3
將85.5 wt %鋁粒置于感應(yīng)加熱爐中，鋁粒溶解后加入2.5wt %鎳粒和12wt%鎂粒進(jìn)行熔煉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無(wú)水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干；然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；將合金粉置于擠壓模具中，再通過(guò)擠壓機(jī)采用1200MPa的壓力擠壓成型，得到合金材料，接著以320℃的溫度燒結(jié)20s，然后以600℃溫度燒結(jié)40s，再以700℃溫度燒結(jié)20s；隨后以700℃固溶處理10min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%；最后以350℃時(shí)效處理2h；接著熱處理的材料與去離子水混合，且材料與去離子水的質(zhì)量比為3：1，并加入材料質(zhì)量的4%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過(guò)壓力噴霧造粒機(jī)進(jìn)行造粒，其中噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為350℃、出口溫度為150℃、干燥空氣的流量為200 Nm 3 /h、進(jìn)料速度為20 kg/h，壓力噴霧造粒機(jī)的壓力為15kg/ cm 2，從而得到鋁鎂合金粉末；該合金粉末用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件時(shí)的抗拉強(qiáng)度可達(dá)352Mpa、屈服強(qiáng)度達(dá)到148Mpa、伸長(zhǎng)率達(dá)26.7％。
以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在具體實(shí)施方式以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。