专利名称：一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法
技术领域：
本发明涉及一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，属于一种轻质轮毂材料及制造新方法，特别是铝基复合材料的制备。
背景技术：
目前使用的轮毂材料一般为ZLlOlA或356A等合金，此材料在使用过程中存在以下不足1)轮毂刚性不足导致的变形；2)抗疲劳强度不够导致的裂纹；3)热膨胀系数过大导致的密封性低等。针对上述一系列问题，本发明采用Al-TiO2-B2O3系熔铸反应合成a _Al203+TiB2颗粒增强的高强内生型铝基复合材料，以替代目前使用的ZLlOl或A356铝合金轮毂材料。由于增强体a-Al203+TiB2是通过反应组分在基体中化学反应产生的，因而具有1)表面无污染；2)热力学稳定；3)与基体的界面干净；反应放热还可净化基体，特别是反应产物TiB2颗粒还可作为铝基体结晶时的外来核，细化基体晶粒，进一步提高材料的性 能。本发明铝基复合材料轮毂具有高的比强度、比刚度和弹性模量，低的热膨胀系数，优异的抗疲劳强度等，可基本克服目前所用的轮毂材料存在的不足，因而具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，研制和开发出高强内生型铝基复合材料(TiB2+Al203)/Al和相关的铸造工艺技术，替代轮毂现用材料ZLlOl或A356，充分利用原位反应技术的优点，全面提高轮毂的拉伸强度、抗疲劳性能、降低其低膨胀系数，减小受热时的变形量，提高轮毂的密封性能，并形成新一代的高性能轮毂产品。本发明是通过以下方式实现的(I)反应块的制备将参与反应的粉末状Al、Ti02、B分别按I : 0.04 0. 02,
I 0. 06 0.03、I 0. 08 0.04的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450-460°C，按挤压比15 I挤压成反应块；(2)基体合金的熔炼将含硅
6.5-7. 5%、镁0. 3-0. 45%的铝锭在720_750°C的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；(3)反应块的注入将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至200°C —300°C并保温I小时；然后按基体熔液的15-20% (质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体a -Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置IOmin后，排渣处理，获得a -Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至680-720°C待用；(4)铸造首先将模具加热至250-300°C，然后调整熔体的温度至720-750°C,以0. 1-0. 15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；(5)热处理因a -Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175°C ±5°C，升温时间30—40min，时效时间为2_5h。本发明特色创新之处在于运用原位反应技术与基体合金化熔炼相结合的方式，可使原位反应与基体合金的熔炼同步进行，并且反应放热可促进合金元素顺利进入基体合金化，制备内生型金属基复合材料，从而提高轮毂的抗疲劳性能。而且，因a-A1203和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，可直接将汽缸盖毛坯进行人工时效处理，节减了固熔处理流程，减少了能源的消耗及设备的投入。
具体实施例方式实施例I :(I)反应块的制备将参与反应的粉末状Al、Ti02、B按I : 0.06 : 0.03的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1100K，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450°C，按挤压比15 I挤压成反应块；
(2)基体合金的熔炼将含硅6. 5-7. 5%、镁0. 3-0. 45%的铝锭在730°C的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；(3)反应块的注入将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至260°C并保温I小时；然后按基体熔液的20% (质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体a -Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置IOmin后，排渣处理，获得a-Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至700°C待用；(4)铸造首先将模具加热至280°C，然后调整熔体的温度至740°C，以0. 13MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；(5)热处理因a -Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175°C ±5°C，升温时间40min，时效时间为5h。实施例2:(I)反应块的制备将参与反应的粉末状Al、TiO2, B分别按I : 0. 08 : 0. 04的
摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1050K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至460°C，按挤压比15 : I挤压成反应块；(2)基体合金的熔炼将含硅6. 5-7. 5%、镁0. 3-0. 45%的铝锭在750°C的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；(3)反应块的注入将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至300°C并保温I小时；然后按基体熔液的18% (质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体a -Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置IOmin后，排渣处理，获得a-Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至720°C待用；(4)铸造首先将模具加热至300°C，然后调整熔体的温度至750°C，以0. 15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；(5)热处理因a -Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175°C ±5°C，升温时间40min，时效时间为
4.5h。
权利要求
1.一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，其特征在于(1)反应块的制备将参与反应的粉末状 Al、Ti02、B 分别按 I 0. 04 0. 02,1 0. 06 0. 03,1 0. 08 0. 04 的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450_460°C，按挤压比15 : I挤压成反应块；(2)基体合金的熔炼将含硅6. 5-7. 5%、镁0. 3-0. 45%的铝锭在720_750°C的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；(3)反应块的注入将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至200°C —300°C并保温I小时；然后按基体熔液的15-20% (质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体a -Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置IOmin后，排渣处理，获得a -Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至680-720°C待用；⑷铸造首先将模具加热至250-300°C，然后调整熔体的温度至720-750°C，以0. 1-0. 15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；(5)热处理因a-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175°C ±5°C，升温时间30—40min，时效时间为2_5h。
2.按照权利要求I所述的一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，其特征在于粉末状 Al、Ti02、B 的纯度分别为 99. 9%,99. 5%,99. 0%，粒度分别为 80 y m、25 y m、25 y m，Al、Ti02、B 粉未以 I : 0.04 : 0. 02,1 0. 06 0. 03,1 0. 08 0.04 的摩尔比压成反应块。
3.按照权利要求I所述的一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，其特征在于反应块的加入按基体熔液的15-20% (质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，生成增强颗粒a -Al2O3 和 TiB2。
全文摘要
本发明涉及一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法。其特征在于(1)反应块的制备将参与反应的粉末状Al、TiO2、B分别按1∶0.04∶0.02、1∶0.06∶0.03、1∶0.08∶0.04的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450-460℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；(2)反应块的加入按基体熔液的15-20％(质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，生成增强颗粒α-Al2O3和TiB2；(3)热处理因α-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175℃±5℃，升温时间30--40min，时效时间为2-5h。
文档编号C22C21/02GK102758115SQ20111010839
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者蔡家源, 赵凯志 申请人:蔡家源, 赵凯志